JP2799315B2 - High frequency induction heating device - Google Patents

High frequency induction heating device

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JP2799315B2 JP9707489A JP9707489A JP2799315B2 JP 2799315 B2 JP2799315 B2 JP 2799315B2 JP 9707489 A JP9707489 A JP 9707489A JP 9707489 A JP9707489 A JP 9707489A JP 2799315 B2 JP2799315 B2 JP 2799315B2
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Description

【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明は、高周波発振部に高速でターンオン,ターン
オフする複数のスイッチング素子を使用したインバータ
型の高周波誘導加熱装置に関し、特に、出力端の加熱コ
イルが溶断したときの保護手段を備えた高周波誘導加熱
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter-type high-frequency induction heating apparatus using a high-frequency oscillation unit with a plurality of switching elements that turn on and off at a high speed, and particularly to heating of an output end. The present invention relates to a high-frequency induction heating device provided with protection means when a coil is blown.

b. 従来の技術 従来、周波数が10kHz以上の高周波誘導加熱装置に
は、真空管が使用されていたが、ターンオン,ターンオ
フ時間の短い静電誘導形トランジスタ,電力用MOSトラ
ンジスタ(MOS FET),バイポーラ形MOS FETまたはIGBT
(insulated gate bipolar transistor)など高速でス
イッチングできる電力用半導体スイッチング素子の出現
により、高周波発振部にそれらの素子を使用したインバ
ータ型の高周波誘導加熱装置が普及してきている。
b. Conventional technology In the past, vacuum tubes were used for high-frequency induction heating devices with a frequency of 10 kHz or more, but electrostatic induction transistors with short turn-on and turn-off times, power MOS transistors (MOS FETs), and bipolar types MOS FET or IGBT
With the advent of power semiconductor switching elements capable of high-speed switching, such as (insulated gate bipolar transistors), inverter-type high-frequency induction heating devices using these elements in a high-frequency oscillation unit have become widespread.

第3図は従来の高周波誘導加熱装置の回路構成を示
す。同図において、1は直流電源部、2は前記スイッチ
ング素子2a,2aを使用し、電圧型または電流型(同図は
電圧型)の単相ブリッジで構成した高周波発振部、3は
直列共振回路3aを有すると共に、出力側に低電圧、大電
流を送出するための出力トランス3bを有する整合部、4
は高周波磁束を発生させる加熱コイルで、負荷である被
加熱物5を加熱する。6は高周波発振部2を制御する制
御回路部であり、該制御回路部6は、整合部3の共振回
路3aのなかのコンデンサC3の両端の高周波電圧を、フィ
ードバックトランス7を介してフィードバックされてい
る。
FIG. 3 shows a circuit configuration of a conventional high-frequency induction heating device. In the figure, 1 is a DC power supply unit, 2 is a high-frequency oscillation unit using the switching elements 2a and 2a, and is constituted by a voltage-type or current-type (voltage-type) single-phase bridge, and 3 is a series resonance circuit. 3a, and a matching unit having an output transformer 3b for sending a low voltage and a large current to the output side.
Is a heating coil for generating a high-frequency magnetic flux, and heats the object to be heated 5 which is a load. 6 is a control circuit unit for controlling the high frequency oscillator 2, the control circuit section 6, both ends of the high-frequency voltage of the capacitor C 3 of among resonant circuit 3a of the matching portion 3, it is fed back via a feedback transformer 7 ing.

この高周波誘導加熱装置は、直流を高周波発振部2
で、高周波交流にし、その出力を整合部3において直列
または並列(第3図は直列)共振回路3aを利用して高周
波の高電圧または大電流を発生させこれを出力トランス
3bを介して加熱コイル4に供給する。加熱コイル4には
高周波低電圧の大電流が流れて、高周波磁束が発生し、
負荷の被加熱物5はうず電流損やヒステリンス損によっ
て加熱される。
This high-frequency induction heating device uses a direct-current
Then, a high-frequency alternating current is generated, and its output is generated in a matching unit 3 by using a series or parallel (series in FIG. 3) resonance circuit 3a to generate a high-frequency high voltage or large current, which is output to an output transformer.
It is supplied to the heating coil 4 via 3b. A large current of high frequency and low voltage flows through the heating coil 4 to generate a high frequency magnetic flux,
The heated object 5 of the load is heated by eddy current loss and hysteresis loss.

この装置の前記制御回路部6は、高周波発振部2に高
速でスイッチングする自己消弧型型のスイッチング素子
2a,2aを使用しているので、該高周波発振部2の出力電
圧と出力電流の位相が常に同位相になるよう、すなわち
高周波出力の力率が1.0になるように、内部にPLL(phas
e locked loop)回路を使用した自動周波数追従回路に
よって制御し、同装置を最大の効率で動作するようにし
ている。
The control circuit unit 6 of this device is a self-extinguishing type switching element that switches to the high-frequency oscillation unit 2 at high speed.
Since 2a and 2a are used, the PLL (phas) is internally provided so that the phase of the output voltage and the output current of the high-frequency oscillation unit 2 are always the same, that is, the power factor of the high-frequency output is 1.0.
The system is controlled by an automatic frequency tracking circuit using an e-locked loop) circuit to operate the device with maximum efficiency.

c. 発明が解決しようとする課題 しかしながら、この種の高周波誘導加熱装置の前記加
熱コイル4には、数1000アンペア以上の高周波電流が流
れるため、屡々同加熱コイル4が溶断される。この場
合、同装置は該加熱コイル4の溶断によって、高周波発
振部2側から見た負荷状態が急激に変化し、制御回路部
6内の自動周波数追従回路の動作も追従しきれずに、制
御不能になるという問題点があった。
c. Problems to be Solved by the Invention However, since a high-frequency current of several thousand amperes or more flows through the heating coil 4 of this type of high-frequency induction heating device, the heating coil 4 is frequently blown. In this case, due to the fusing of the heating coil 4, the load state seen from the high-frequency oscillating unit 2 changes abruptly, and the operation of the automatic frequency tracking circuit in the control circuit unit 6 cannot be completely followed. There was a problem of becoming.

また、このため高周波発振部2を構成するスイッチン
グ素子2a,2aのスイッチングのタイミングによっては、
最大定格値を超えたサージ電圧や過電流が前記スイッチ
ング素子2a,2aに加わり、屡々該素子2a,2a、または同素
子の駆動回路部2b,2bを破損させるという問題点があっ
た。
Also, for this reason, depending on the switching timing of the switching elements 2a, 2a constituting the high-frequency oscillator 2,
There is a problem that a surge voltage or an overcurrent exceeding the maximum rated value is applied to the switching elements 2a, 2a, and often damages the elements 2a, 2a or the drive circuit sections 2b, 2b of the elements.

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は
前記問題点を解消し、加熱コイルが溶断したとき、装置
内のスイッチング素子などを保護すると共に、同装置を
保護するため、その運転を停止させる保護手段を備えた
高周波誘導加熱装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to protect a switching element and the like in a device when a heating coil is blown, and to protect the same device by operating the device. An object of the present invention is to provide a high-frequency induction heating device provided with a protection means for stopping.

d. 課題を解決するための手段 前記目的を達成するための本発明の構成は、高周波発
振部に高速でターンオン,ターンオフする複数のスイッ
チング素子を使用し、これを制御手段により制御してな
るインバータ型の高周波誘導加熱装置において、 (1) 加熱コイルに並列に、該加熱コイルに比べて充
分大きいインダクタンスを有する保護コイルを設け、前
記加熱コイルの溶断時に前記装置を保護するようにした
ことを特徴とする。
d. Means for Solving the Problems According to a configuration of the present invention for achieving the above object, an inverter configured to use a plurality of switching elements that turn on and off at a high speed in a high-frequency oscillating unit and control these by a control unit is provided. (1) A protection coil having a sufficiently large inductance compared to the heating coil is provided in parallel with the heating coil, and the device is protected when the heating coil is blown. And

(2) 加熱コイルに並列に、該加熱コイルに比べて充
分大きいインダクタンスを有する保護コイルを設けると
共に、 前記制御手段に、前記装置の出力周波数を検知する周
波数検知手段を設け、前記加熱コイルの溶断時における
出力周波数を検知し、この検知信号を基に前記装置の運
転を停止させるようにしたことを特徴とする。
(2) A protection coil having an inductance sufficiently larger than the heating coil is provided in parallel with the heating coil, and the control means is provided with a frequency detection means for detecting an output frequency of the device, and the heating coil is blown. An output frequency at the time is detected, and the operation of the device is stopped based on the detection signal.

e. 作用 第1図は、本発明による高周波誘導加熱装置の要部の
構成を示す回路図である。同図において、整合部3の出
力トランス3bの2次側に接続されている加熱コイル4に
並列に、該加熱コイル4に比べて充分大きいインダクタ
ンスを有する保護コイル10を取り付ける。これによっ
て、加熱コイル4が溶断したときも、瞬時に、該保護コ
イル10が加熱コイル4の役割を果たすことになる。すな
わち、同装置の制御回路部6内の自動周波数追従回路も
追従動作し、同装置に対し制御し続け、このため制御不
能に陥ることはない。
e. Operation FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of the high-frequency induction heating device according to the present invention. In the figure, a protection coil 10 having a sufficiently large inductance compared to the heating coil 4 is attached in parallel with the heating coil 4 connected to the secondary side of the output transformer 3b of the matching section 3. Thereby, even when the heating coil 4 is blown, the protection coil 10 plays the role of the heating coil 4 instantaneously. That is, the automatic frequency tracking circuit in the control circuit section 6 of the device also performs a tracking operation, and keeps controlling the device, thereby preventing the control from being disabled.

また、保護コイル10のインダクタンスは、加熱コイル
4のそれに比べて少なくとも数10倍以上の値を持たせて
いるので、加熱コイル4が溶断し、保護コイル10で動作
しているときの出力周波数は、加熱コイル4で動作して
いるときの周波数よりも低下する。このため、該保護コ
イル10での動作となったときの出力周波数を周波数検知
手段により検知し、この検知信号を基に高周波発振部の
駆動を停止し、同装置の運転を停止させる。
In addition, since the inductance of the protection coil 10 has a value at least several tens of times greater than that of the heating coil 4, the output frequency when the heating coil 4 is melted and the protection coil 10 is operated is , Lower than the frequency when operating with the heating coil 4. For this reason, the output frequency when the operation of the protection coil 10 is started is detected by the frequency detection means, and based on this detection signal, the driving of the high-frequency oscillation unit is stopped and the operation of the device is stopped.

f. 実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的
に詳しく説明する。
f. Embodiment Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be illustratively described in detail with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例を示し、周波数が40kHz〜6
0kHzで、静電誘導形トランジスタを高周波インバータの
スイッチング素子として使用した出力が200kWの高周波
誘導加熱装置の回路構成図である。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, wherein the frequency is 40 kHz to 6 kHz.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a high-frequency induction heating device having an output of 200 kW using a static induction type transistor as a switching element of a high-frequency inverter at 0 kHz.

同図において、直流電源部11には電源制御回路部12に
より制御されるサイリスタ整流器13を使用し、高周波発
振部14は複数の静電誘導形トランジスタ15,15を使用し
た電圧型の単相ブリッジ構成のインバータ回路になって
おり、該トランジスタ15,15はそれぞれの駆動回路部16,
16により駆動される。高周波発振部14の出力は整合部17
に送出される。この整合部17は40kHz〜60kHzのひとつの
周波数で直列共振するコンデンサ回路19と、出力トラン
ス20と、前記コンデンサ回路19のなかのコンデンサCの
両端の高周波電圧をフィードバックするためのフィード
バックトランス21とからなる。この整合部17は、直列共
振回路で発生した高周波高電圧を出力トランス20の1次
側に入力し、該出力トランス20を介して被加熱物22を含
む負荷側23に高周波電力を供給する。出力トランス20の
2次側には、加熱コイル24と並列に保護コイル10が接続
されており、この加熱コイル24に低電圧、大電流の高周
波電力を供給している。
In FIG. 1, a thyristor rectifier 13 controlled by a power supply control circuit 12 is used for a DC power supply unit 11, and a high-frequency oscillation unit 14 is a voltage-type single-phase bridge using a plurality of electrostatic induction transistors 15, 15. The transistors 15 and 15 have respective drive circuit units 16 and
Driven by 16. The output of the high-frequency oscillator 14 is matched to the matching unit 17
Sent to The matching unit 17 is composed of a capacitor circuit 19 that resonates in series at one frequency of 40 kHz to 60 kHz, an output transformer 20, and a feedback transformer 21 for feeding back a high-frequency voltage across the capacitor C in the capacitor circuit 19. Become. The matching section 17 inputs a high-frequency high voltage generated in the series resonance circuit to the primary side of the output transformer 20 and supplies high-frequency power to the load side 23 including the object to be heated 22 via the output transformer 20. The protection coil 10 is connected to the secondary side of the output transformer 20 in parallel with the heating coil 24, and supplies high-frequency power of low voltage and large current to the heating coil 24.

制御回路部25は、前記高周波発振部14を発振制御する
ためのPLL回路を使用した自動周波数追従回路を有し、
前記各駆動回路部16,16を駆動すると共に、前記整合部1
7のフィードバックトランス21からのフィードバックに
より、周波数を検知しながら所定周波数の出力電圧と出
力電流の位相が完全に一致させるように作動し、かつ、
検知した周波数が所定周波数より大きく変化したとき
は、その検知信号により駆動回路16,16を介して、前記
トランジスタ15,15のゲートを遮断し、前記高周波発振
部14の駆動を停止させるように動作する。
The control circuit unit 25 has an automatic frequency tracking circuit using a PLL circuit for controlling the oscillation of the high-frequency oscillation unit 14,
While driving each of the drive circuit sections 16, 16, the matching section 1
By the feedback from the feedback transformer 21 of 7, the operation is performed such that the phase of the output voltage and the output current of the predetermined frequency are completely matched while detecting the frequency, and
When the detected frequency changes more than a predetermined frequency, the detection signal is used to drive the driving circuits 16 and 16 to shut off the gates of the transistors 15 and 15 and stop driving the high-frequency oscillation unit 14. I do.

次に、本実施例の試験結果を示す。 Next, the test results of this example are shown.

この試験は、前記保護コイル10のインダクタンスを、
加熱コイル24のインダクタンスの約300倍の6μHと
し、被加熱物22を同加熱コイル24で加熱した状態での供
試高周波誘導加熱装置の駆動周波数は47kHz(実測値)
であった。次に、同加熱コイル24の回路を開いて、保護
コイル10のみの場合の周波数は実測値で41kHzとなり、
約15%の周波数の低下があった。そして、この周波数に
なったとき、前記制御回路部25は高周波発振部14の駆動
を停止させ、供試誘導加熱装置の運転を停止させた。
In this test, the inductance of the protection coil 10 is
The driving frequency of the high-frequency induction heating device under test is 47 kHz (actual value) in a state where the inductance of the heating coil 24 is set to 6 μH, which is about 300 times, and the object 22 is heated by the heating coil 24.
Met. Next, the circuit of the heating coil 24 is opened, and the frequency in the case of only the protection coil 10 is 41 kHz as an actually measured value,
There was a frequency drop of about 15%. When the frequency reached this frequency, the control circuit unit 25 stopped driving the high-frequency oscillation unit 14 and stopped the operation of the test induction heating apparatus.

また、前記加熱コイル24に並列に保護コイル10を接続
しても、保護コイル10のインダクタンクが加熱コイル24
に比べて大きいので、同誘導加熱装置の効率の低下は殆
どみられなかった。
Even if the protection coil 10 is connected in parallel with the heating coil 24, the inductance of the protection coil 10
, The efficiency of the induction heating device was hardly reduced.

さらに、実際に加熱コイル24を溶断させた過程におい
て、同誘導加熱装置は該加熱コイル24の溶断と同時に、
保護コイル10のみで動作しながら運転を停止した。その
間、制御回路部25内の自動周波数追従回路も制御不能に
ならず動作し続けたという結果を得ている。
Further, in the process of actually fusing the heating coil 24, the induction heating device simultaneously melts the heating coil 24,
The operation was stopped while operating only with the protection coil 10. In the meantime, the result is that the automatic frequency tracking circuit in the control circuit unit 25 continues to operate without being disabled.

なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定
されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手
段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲
内において種々の変更、付加が可能である。
Note that the technology of the present invention is not limited to the technology in the above-described embodiment, and may be implemented by means of another embodiment that performs the same function. Addition is possible.

g. 発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、高周
波誘導加熱装置の出力端の加熱コイルに並列に、同加熱
コイルに比べて充分大きいインダクタンスを有する保護
コイルを設けたので、加熱コイルの溶断時においても、
同装置は制御手段により正常に制御され、同装置に使用
されているスイッチング素子などを破損させることはな
く、これを保護する。
g. Effects of the Invention As is apparent from the above description, according to the present invention, a protection coil having a sufficiently large inductance as compared with the heating coil at the output end of the high-frequency induction heating device is provided in parallel with the heating coil. , Even when the heating coil is blown,
The device is normally controlled by the control means, and protects the switching elements used in the device without damaging them.

また、制御手段に、同装置の出力周波数を検知する手
段を設け、加熱コイルの溶断時における出力周波数を検
知して、この検知信号を基に同装置の運転を停止させる
ようにしたので、同装置を充分保護することができる。
これにより、同装置の保護協調の信頼性もより高いもの
となる。
Further, the control means is provided with a means for detecting the output frequency of the device, the output frequency when the heating coil is blown is detected, and the operation of the device is stopped based on this detection signal. The device can be sufficiently protected.
As a result, the reliability of the protection coordination of the device becomes higher.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による高周波誘導加熱装置の要部構成を
示す回路図、第2図は本発明の一実施例を示す高周波誘
導加熱装置の回路構成図、第3図は従来の高周波誘導加
熱装置の回路構成図である。 4,24……加熱コイル、10……保護コイル、 19……コンデンサ回路、 21……フィードバックトランス、 25……制御回路部。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of a high-frequency induction heating apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a high-frequency induction heating apparatus showing one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the device. 4,24 Heating coil, 10 Protection coil, 19 Capacitor circuit, 21 Feedback transformer, 25 Control circuit section.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】高周波発振部に高速でターンオン,ターン
オフする複数のスイッチング素子を使用し、これを制御
手段により制御してなるインバータ型の装置において、 加熱コイルに並列に、該加熱コイルに比べて充分大きい
インダクタンスを有する保護コイルを設け、前記加熱コ
イルの溶断時に前記装置を保護するようにしたことを特
徴とする高周波誘導加熱装置。
1. An inverter-type device in which a plurality of switching elements that turn on and off at a high speed are used in a high-frequency oscillating unit and are controlled by control means. A high-frequency induction heating device comprising a protection coil having a sufficiently large inductance to protect the device when the heating coil is blown.
【請求項2】高周波発振部に高速でターンオン,ターン
オフする複数のスイッチング素子を使用し、これを制御
手段により制御してなるインバータ型の装置において、 加熱コイルに並列に、該加熱コイルに比べて充分大きい
インダクタンスを有する保護コイルを設けると共に、 前記制御手段に、前記装置の出力周波数を検知する周波
数検知手段を設け、前記加熱コイルの溶断時における出
力周波数を検知し、この検知信号を基に前記装置の運転
を停止させるようにしたことを特徴とする高周波誘導加
熱装置。
2. An inverter-type device in which a plurality of switching elements that turn on and off at a high speed are used in a high-frequency oscillation unit and controlled by control means. A protection coil having a sufficiently large inductance is provided, and the control means is provided with frequency detection means for detecting an output frequency of the device, and detects an output frequency when the heating coil is blown, and based on the detection signal, A high-frequency induction heating device, wherein the operation of the device is stopped.
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