JP3190622B2 - 導電性材料の高周波誘導加熱システム - Google Patents

導電性材料の高周波誘導加熱システム

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JP3190622B2
JP3190622B2 JP24204898A JP24204898A JP3190622B2 JP 3190622 B2 JP3190622 B2 JP 3190622B2 JP 24204898 A JP24204898 A JP 24204898A JP 24204898 A JP24204898 A JP 24204898A JP 3190622 B2 JP3190622 B2 JP 3190622B2
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inverter
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inverter power
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朝貞 谷口
宏 白江
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株式会社京浜コーポレーション
白光電気株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数の誘導加熱
用インバータ電源を並列運転して導電性材料を誘導加熱
する高周波誘導加熱システムに関する。
【0002】
【従来の技術】各種の建設工事の現場で鋼管や鋼棒その
他の被加熱材を接合したり加熱処理する場合、1台の大
容量で大型の誘導加熱用インバータ電源を備えた高周波
誘導加熱装置を使用するよりも、運搬や移動に便利な小
容量で小型の誘導加熱用インバータ電源を何台か並列に
接続して使用する方が便利である。
【0003】小容量で小型の複数の誘導加熱用インバー
タ電源と加熱コイルとから構成される従来の高周波誘導
加熱装置では、各誘導加熱用インバータ電源のスイッチ
ング周波数とその位相がそれぞれ個別に制御されていた
ためにその各周波数の値と位相に差が生じうる。そのた
め、相互インダクタンスが、その各誘導加熱用インバー
タ電源の出力部にそれぞれ接続されている被加熱材を加
熱する加熱コイルと加熱コイルとの間に発生し、加熱効
率を低下させるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、複
数の誘導加熱用インバータ電源の出力の周波数と位相を
同期さて各加熱コイル電流から発生する磁束がその相互
干渉によって減少することを防止し、高周波誘導加熱の
効率を向上させることのできる高周波誘導加熱システム
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、交流電力を直流電力に変換する整流部と、直流
電力を高周波電力に変換するインバータ部と、スイッチ
ングトランジスタの導通期間を決める同期化部とから成
るインバータ電源を少なくとも二つ用い、各インバータ
電源に対応する加熱する個別コイルに高周波電力を供給
して導電性材料を加熱する高周波誘導加熱システムにあ
って、前記同期化部が、高周波発振電圧を出力する周波
数決定部と、出力決定部で設定したインバータ出力とな
るように前記スイッチングトランジスタに前記高周波発
振電圧に対応する周波数の励起パルス信号を供給するパ
ルス発生部と、前記周波数決定部の出力端に通じる第一
接点および前記出力端から分離した第二接点を有する選
択スイッチとを備え、前記選択スイッチが第一インバー
タ電源で第一接点に、また他の全てのインバータ電源で
第二接点に選択され、第一インバータ電源の高周波発振
電圧が他の全てのインバータ電源の同期化部に供給され
ている、ことによって解決される。
【0006】その他の有利な構成は従属請求項に記載さ
れている。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に、一実施例を示す図面に基
づきこの発明の高周波誘導加熱システムを詳しく説明す
る。
【0008】図1は、この発明の高周波誘導加熱システ
ムを実現する複数の誘導加熱用インバータ電源(以下
「インバータ電源」と略記する)の回路構成図である。
【0009】各インバータ電源HFPは後述する同期化
部MU,SUを除いては公知のいわゆる汎用インバータ
で構成できる。このインバータ電源HFPは、三相交流
電源R,S,Tを直流に変換する整流ダイオードDBと
平滑コンデンサSCから成る整流部、その直流を高周波
(例えば1〜 10 kHZ )に変換するインバータ部IN
V,必要に応じて設ける絶縁用の絶縁トランスT,並び
にそのインバータ部INVのスイッチング周波数fm
位相を同期制御するための同期化部MU,SUから構成
されている。
【0010】ここでは、インバータ電源HFP1 を基準
となる周波数を発生する親機とし、その他の各インバー
タ電源HFPn をこの親機の周波数と位相に同期する子
機としている。
【0011】図2は図1の各インバータ電源HFP1
HFPn 用の同期化部MU,SUの回路構成図である。
そして、図3は図2の同期化部MU,SU内の各要素か
ら発生する電圧波形Am 等と各加熱コイルL1 〜L3
通電する負荷電流の電流波形との関係を示す。
【0012】この各要素は基準となるスイッチング周波
数fm を設定する周波数決定部FD,インバータ電源出
力の正動作期間と負動作期間を決定する極性決定部P
D,基準となる親機の基準波形信号Am をPWM変調す
る出力決定部OD,並びにこの極性決定部PDと出力決
定部ODからそれぞれ出力される正動作信号,負動作信
号Bm と変調信号Cm,s との論理積の結果を出力し
て、そのインバータ部INVのスイッチングトランジス
タPTr,NTr をドライブする2個のアンド回路LAか
ら構成されている。
【0013】また、使用する条件に応じてインバータ電
源HFPの数量を変更する必要があるので、各インバー
タ電源HFPn を親機としても子機としても使用できる
ようにする必要がある。そのため、切換スイッチSW1
〜SW6 が図2に示したように設けられている。切換ス
イッチSW1 〜SW6 を図2に示す接点位置から接続さ
れていない接点位置に同時に切換えて親機と子機の関係
を容易に入れ替えることができる。
【0014】各インバータ電源HFP1 〜HFPn の周
波数と位相の同期は以下の動作シーケンスによって実現
される:
【0015】 (1)親機の同期化部MUの動作 所望の設定周波数fm を周波数決定部FDに設定する。 所望の出力設定レベルLVm を出力決定部ODに設定する。 所望の設定周波数fm に設定された基準波形信号Am (例えば、三角波, のこぎり波等)が極性決定部PDと出力決定部ODに入力する。 一方で、出力決定部OD内で基準波形信号Am を出力設定レベルLVm と 比較してPWM変調された変調信号Cm を生成する。 他方で、極性決定部PD内で基準波形信号Am に同期した正動作期間信号 Bm1と負動作期間信号Bm2が生成される。 正動作期間信号Bm1がオン期間中に変調信号Cm の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路LA1 が正動作期間用スイッチングトランジスタP Tr をドライブする。 負動作期間信号Bm2がオン期間中に変調信号Cm の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路LA2 が負動作期間用スイッチングトランジスタN Tr をドライブする。
【0016】 (2)子機の同期化部SUの動作 所望の出力設定レベルLVs を出力決定部ODに設定する。 親機の同期化部MUから送られた所望の設定周波数fm に設定された基準 波形信号Am (例えば、三角波,のこぎり波等)が極性決定部PDと出力 決定部ODに入力する。 一方で、出力決定部OD内で親機の同期化部MUから送られた基準波形信 号Am を出力設定レベルLVs と比較してPWM変調された変調信号Cs を生成し、これがアンド回路LA3 とLA4 に入力する。 他方で、親機の同期化部MUから送られた正動作期間信号Bm1と負動作期 間信号Bm2がアンド回路LA3 とLA4 にそれぞれ入力する。 正動作期間信号Bm1がオン期間中に変調信号Cs の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路LA3 が正動作期間用スイッチングトランジスタP Tr をドライブする。 負動作期間信号Bm2がオン期間中に変調信号Cs の各オン・デューティ幅 の期間だけアンド回路LA4 が負動作期間用スイッチングトランジスタN Tr をドライブする。
【0017】上記の動作シーケンスを実行して、親機の
変調信号Cm がそのインバータ電源HFP1 のスイッチ
ングトランジスタPTr,NTr をドライブし、それと同
時にその各子機の変調信号Cs が各インバータ電源HF
n のスイッチングトランジスタPTr,NTr をそれぞ
れドライブするので、子機としてのその各インバータ電
源HFPn の出力の周波数と位相が親機としてのそのイ
ンバータ電源HFP1の出力の周波数と位相に同期す
る。それ故、子機としてのインバータ電源HFPの出力
(例えば、加熱コイルLに流れる負荷電流IL 等の出
力)の周波数と位相を親機としてのインバータ電源HF
Pの出力の周波数と位相に一致させかつ同期させること
が可能になる。
【0018】一方、各インバータ電源HFPの所望の出
力量の設定は、その出力がその各インバータ電源HFP
用の同期化部MU,SUで生成される変調信号Cm,s
のオン・デューティ幅に比例するようにそれぞれ個別に
設定できることも上述した説明と図2,3とから容易に
理解できる。
【0019】図4は、既に説明した動作を行う並列に配
置された各誘導加熱用インバータ電源HFPと加熱コイ
ルLとから成る高周波誘導加熱装置を示す。
【0020】この場合、親機がインバータ電源HFP1
であり、子機がインバータ電源HFP2,HFP3 であ
る。これらに接続されている各加熱コイルL1 〜L3
巻き方向は全て同一方向にする必要がある。基準波形信
号Am と正動作期間信号Bm1と負動作期間信号Bm2は、
各端子CNG,CNFを接続する同期信号ケーブルを介
して授受される。
【0021】
【発明の効果】上述した構成の高周波誘導加熱システム
を使用すれば、各加熱コイル間の相互インダクタンスに
よる電磁エネルギー損失が除去されるので、加熱効率が
向上する。しかも、各加熱コイルを重ねて密に巻くこと
もできるので、各加熱コイルを全体として小型化でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の複数の誘導加熱用インバータ電源
の回路構成図、
【図2】 図1の誘導加熱用インバータ電源用の同期化
部の回路構成図、
【図3】 図2の同期化部内の各要素から発生する電圧
波形と各加熱コイルに通電する負荷電流の電流波形図、
【図4】 並列に配置された図1の各誘導加熱用インバ
ータ電源と加熱コイルとから成る高周波誘導加熱システ
ムの配置を示す。
【符号の説明】
HFP 誘導加熱用インバータ電源 DB 整流ダイオード SC 平滑コンデンサ INV インバータ部 T 絶縁トランジスタ IL 負荷電流 MU 親機用同期化部 SU 子機用同期化部 FD 周波数決定部 PD 極性決定部 OD 出力決定部 LA アンド回路 PTr 正動作期間用スイッチングトランジスタ NTr 負動作期間用スイッチングトランジスタ SW 切換スイッチ S 接点 fm 設定周波数,スイッチング周波数 LVm 親機の出力設定レベル LVs 子機の出力設定レベル Am 親機の基準波形信号 As 子機の基準波形信号 Bm 親機の正動作期間信号(Bm1)と負動作期
間信号(Bm2) Bs 子機の正動作期間信号(Bs1)と負動作期
間信号(Bs2) Cm 親機の変調信号 Cs 子機の変調信号 L 加熱コイル AM 被加熱材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−10687(JP,A) 特開 平4−168922(JP,A) 特開 平4−289775(JP,A) 特開 平10−189234(JP,A) 特開 平3−30281(JP,A) 特開 昭58−80290(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 6/06 H05B 6/44 H05B 6/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電力を直流電力に変換する整流部
    と、直流電力を高周波電力に変換するインバータ部と、
    スイッチングトランジスタの導通期間を決める同期化部
    とから成るインバータ電源を少なくとも二つ用い、各イ
    ンバータ電源に対応する加熱する個別コイルに高周波電
    力を供給して導電性材料を加熱する高周波誘導加熱シス
    テムにおいて、 前記同期化部が、高周波発振電圧を出力する周波数決定
    部と、出力決定部で設定したインバータ出力となるよう
    に前記スイッチングトランジスタに前記高周波発振電圧
    に対応する周波数の励起パルス信号を供給するパルス発
    生部と、前記周波数決定部の出力端に通じる第一接点お
    よび前記出力端から分離した第二接点を有する選択スイ
    ッチとを備え、 前記選択スイッチが第一インバータ電源で第一接点に、
    また他の全てのインバータ電源で第二接点に選択され、
    第一インバータ電源の高周波発振電圧が他の全てのイン
    バータ電源の同期化部に供給されている、 ことを特徴とする高周波誘導加熱システム。
  2. 【請求項2】 前記発振器の発振周波数は可変できるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の高周波誘導加熱システ
    ム。
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