JP3936240B2 - Induction heating roller equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導発熱ローラ設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転する中空のローラの内部に、鉄心と、その外周に巻装された誘導コイルとからなる誘導発熱機構を配置し、これによってローラの周壁を誘導発熱させる誘導発熱ローラ装置は既に知られている。誘導コイルは単相電源で励磁するのが好ましいので、手近にある三相電源から単相電圧を取りだし、これを利用すればよく、具体的には三相電源の各線間に誘導発熱ローラ装置の各誘導コイルを接続して励磁することが考えられる。この場合容量が等しい3台の誘導コイルを、三相電源の各線路間にそれぞれ接続する配線構成とすれば、三相電源の相電流は平衡するので、特に問題はない。
【0003】
しかしこの配線構成では、前記のように各相の線路間に、同容量の誘導コイルを3台接続すれば電源電流は平衡するとしても、誘導コイルが2台または1台であって、誘導コイルが接続されない線路間が存在するようなときは、三相電源電流は不平衡となり、三相電源構成に支障をきたすことは明らかである。
【0004】
たとえば三相電源線路U,V,Wにおいて、線路UV間およびVW間にそれぞれ1台の誘導コイルを接続したとする。両誘導コイルの容量が同じであるとし、各相の電源電流をIすると、線路U,V,Wに流れる電流Iu,Iv,IwはそれぞれI,√(3)I,Iとなり、その比は、1:√(3):1となる。また線路UV間のみに誘導コイルを接続し、線路VW間を無負荷とした場合は、電流IWは0となるので、各線路電流の比は、1:1:0となる。いずれも電流が不平衡となる傾向は大きい。
【0005】
このように三相電源線路のU,V,Wにおいて、線路UV間およびVW間または線路UV間のみに誘導コイルを接続した場合でも、各線路電流が平衡するように、あるいは不平衡傾向が少なくなるようにした構成は、本発明者によって既に提案されているところである。すなわちこれは三相電源の各線路にそれぞれ一端が接続され、他端が一括して接続されて中性点とされてあって、かつ同じ巻数の第1乃至第3の巻線からなり、第1の巻線にまたがって第1の誘導発熱ローラ装置に属している誘導コイルを接続し、第2の巻線および第3の巻線の、一括されている端部とは反対側の端部間にまたがって、第2の誘導発熱ローラ装置に属している誘導コイルを接続した構成である。しかしこの構成によれば、中性点とひとつの巻線の端部との間に誘導コイルを接続しているので、中性点の電位が移動するようなことがあると、誘導コイルの入力電圧が負荷電流によって変動してしまう。そのためこのようなことがあると、誘導発熱ローラの温度を安定して制御できなくなってしまう恐れがでてくる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、三相電源から単相電圧を取りだして、これを2台または1台の誘導コイルの励磁電圧とすることにより、三相電源電流が可及的に平衡となるようにした構成において、3個の巻線を一括接続してある中性点の電位移動をなくして安定させるとともに、各巻線における高調波の発生の抑制を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1ないし請求項7に係る本発明は、三相電源の各線路にそれぞれ一端が接続されてある、同巻数の第1乃至第3の巻線と、一端が一括して中性点に接続されてあり、第1乃至第3の巻線と同相かつ同巻数である第4乃至第6の巻線とを備え、各第1乃至第3の巻線の各他端を、隣の相の前記各第4乃至第6の巻線の各他端に順次千鳥状に結線し、第1の巻線の一端と前記中性点と間にまたがって第1の誘導発熱ローラ装置に属している誘導コイルを接続し、第2の巻線と第3の巻線の各一端同志の間にまたがって、第2の誘導発熱ローラ装置に属している誘導コイルを接続した構成を基本構成として備える。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図によって説明する。図1〜図5は、本発明の実施の形態における基本構成を説明する図で、本発明では複数の誘導発熱ローラ装置を二群に分け、そのうちの一方の第1の誘導発熱ローラ装置1に属している誘導コイルと、他方の第2の誘導発熱ローラ装置2に属している誘導コイルとにそれぞれ、三相電源線路から得た単相電圧を印加して励磁する構成である。各誘導発熱ローラ装置1,2はともに図1に示すように構成されている。
【0009】
11はローラシェル、12はその両側に一体的に取り付けられているジャーナルで、軸受13を介して機台14に回転自在に支持されている。なお必要に応じてローラシェル11の周壁の内部にジャケット室が設けられてあり、その内部に気液二相の熱媒体が減圧密封されている。15は誘導発熱機構で、支持ロッド16によって支持されている。支持ロッド16はジャーナル2内に挿通され、軸受17を介してジャーナル12に支持されている。誘導発熱機構15は、筒状の鉄心18とその外周に巻装されている誘導コイル19とによって構成されている。20は誘導コイル19のリード線で、支持ロッド16の内部を通って外部に引き出されている。
【0010】
本発明の実施の形態における基本構成では、図1および図2に示すように、巻数がそれぞれnの巻線a1,b1,c1が用意される。各巻線a1,b1,c1の各一方の端部は三相電源線路の各線路U,V,Wにそれぞれ接続されている。また巻数が同じnである巻線a2,b2,c2が用意される。各巻線a2,b2,c2の各一方の端部は一括して接続されている。この接続点を中性点Nとする。巻線a1,a2同志,巻線b1,b2同志,ならびに巻線c1、c2同志は共通の鉄心に重ね巻きされるなどして、同相の電圧が印加されるようにしてある。
【0011】
巻線a1,b1,c1のそれぞれは、隣の相に属している巻線a2,b2,c2にそれぞれ直列に接続され、これにより千鳥状の結線とされる。巻線a1,b1,c1のうちの一つの巻線a1の一端と中性点Nとの間にまたがって、第1の誘導発熱ローラ装置1に属している誘導コイルA(図1の誘導発熱ローラ装置1の誘導コイル19)を接続する。また他の二つの巻線b1,c1の各一端同志の間にまたがり、第2の誘導発熱ローラ装置2に属している誘導コイルB(図1の誘導発熱ローラ装置2の誘導コイル19)をそれぞれ接続する。
【0012】
次に図示する構成が三相電源に対して平衡する理由を説明する。三相電源の電圧をE、各巻線の巻数をn、各誘導発熱ローラ装置の誘導コイルA,Bは同容量とし、これに流れる電流をI1,I2とする。また各相電流をIu、Iv,Iwとすると、誘導コイルAの入力電圧はE/{√(3)}、誘導コイルBの入力電圧はEであるから、
|I1|={√(3)}×I2 (1式)
お本明細書では、電流、電圧の各値の上に表示するベクトルを意味するドットは省略してある。
【0013】
電源に対して各相のインピーダンスは同じであるから、巻線a1,b2を流れる電流、巻線b1,c2を流れる電流、巻線c1,a2を流れる電流をそれぞれIun,Ivn,Iwn,とすれば、
|Iun|=|Ivn|=|Iwn| (2式)
中性点Nにおいて、
Iun+Ivn+Iwn=I1 (3式)
(1式)乃至(3式)から
|Iun|=|Ivn|=|Iwn|=|I1|/3=|I2|/{√(3)} (4式)
【0014】
巻線a1の一端において
|Iu|+|I1|/3=|I1| (5式)
(5式)に(1式)を代入して整理すれば、
巻線b1の一端において
|Iv|=−|I1|/3+|I2| (6式)
【0015】
(4式)と(6式)から
巻線c1の一端において
(4式)と(7式)とから
【0016】
故に
|Iu|=|Iv|=|Iw|=|I2|×2/{√(3)}
したがって、電源電流Iu,Iv,Iwは互いに等しくなり、平衡三相電流となる。そして各巻線は千鳥結線とされているので、高調波が発生することはないし、また中性点の電位の移動もなく安定する。図3は図2における各巻線のベクトル図を示す。なお各巻線は独立した3個の鉄心に巻回してもよいし、あるいは3脚鉄心の各脚に巻回してもよい。前者の場合の配線図を示したのが図4であり、後者の場合の配線図を示したのが図5である。
【0017】
図6に示す第1の実施形態は、誘導コイルA,Bの入力電圧がともに電源電圧Eとなるようにしたものである。そのために巻線b2に直列に、かつ重ね巻きされた巻線b3を接続し、また巻線b3に直列に、かつ巻線a1に重ね巻きされた巻線a3を接続する。他の巻線の巻数を図2と同様にnとした場合、巻線b3の巻数を{√(3)−1}×nとし、巻線a3の巻数を√(3)×nとする。なお巻数がnである部分に印加される電圧はE/3となる。巻線a3の端部と中性点Nとにまたがって誘導コイルAを接続する。
【0018】
中性点Nから巻線a3の端部までの巻数は
n+{√(3)−1}×n+√(3)×n=2×√(3)×nであるから、誘導コイルAに入力される電圧Vtは
Vt=E×{2×√(3)×n}×cos30°/3n=E
誘導コイルBの入力電圧はEであるから、したがって両誘導コイルA,Bの入力電圧は互いに同じ値となる。
【0019】
このように両誘導コイルA,Bの入力電圧は互いに同じ値となることにより、
|I1|=|I2| (8式)
両誘導コイルA,Bの容量を同じとすれば、
Iu=2×I1/√(3) (9式)
となり、巻線a3,b3に流れる電流はI1、巻線a1に流れる電流は
2×I1/√(3)となる。
【0020】
巻線b2に流れる電流をIbとすれば、巻線b2,b3,a1の接続点において
I1−Iu−Ib=0
上式に(9式)を代入して
I1−{2×I1/√(3)}−Ib=0
よって
Ib=〔1−{2/√(3)}〕×I1 (10式)
【0021】
中性点Nにおいて、
Ib+Ivn+Iwn=I1 (11式)
10式を11式に代入すれば、
巻線b1,c2と、巻線c1,a2のインピーダンスは同じであるから、
Ivn=Iwn={1/√(3)}×I1
【0022】
巻線b1と誘導コイルBとの接続点において、
Iv=−〔{1/√(3)}×I1〕+I2 (12式)
上式と8式から
巻線c1と誘導コイルBとの接続点において、
上式と8式から
【0023】
これらの結果から理解されるように、電源電流Iu,Iv,Iwは互いに等しくなり、平衡三相電流となる。高調波が発生しないこと、中性点の電位が安定することはさきの実施形態と同様である。なお各巻線は独立した3個の鉄心に巻回してもよいし、あるいは3脚鉄心の各脚に巻回してもよい。前者の場合の配線図を示したのが図7であり、後者の場合の配線図を示したのが図8である。
【0024】
図9に示す第2の実施形態は、誘導コイルAの入力電圧を任意に設定自在としたものである。この構成は、巻線b2に延長して巻線b4を設け、この巻線b4に直列に、かつ巻線a1,a2と同相の巻線a4を接続してある。そして巻線b2と巻線b4との巻数の和をn1とする。巻線b2の巻数を図2の場合と同様にnとすれば、巻線b4の巻数は(n1−n)となる。また巻線a4の巻数もn1とする。なお電源電圧をEとすれば、巻数がnである部分に印加される電圧はE/3となる。ここでは巻数n1を任意に設定することにより、誘導コイルAの入力電圧を自在に調整する。
【0025】
各誘導コイルA,Bに流れる電流を、I1,I2とすれば、
|I2|= n1/{√(3)×n}×|I1| (14式)
誘導コイルA,Bの容量を図2の場合と同様に同容量とすれば、
Iu=(2n1/3n)×I1 (15式)
巻線a4,b4に流れる電流はI1,巻線a1に流れる電流はIuすなわち
(2n1/3n)×I1であるから、巻線b2に流れる電流をIbとすれば、巻線b4,a1,b2の接続点においては
I1−Iu−Ib=0
【0026】
上式に15式を代入して電流Ibを求めると、
Ib={1−(2n1/3n)}×I1 (16式)
中性点Nにおいて、
Ib+Ivn+Iwn=I1 (17式)
上式に17式に代入すれば、
Ivn+Iwn=(2n1/3n)×I1
巻線b1,c2と、巻線c1,a2のインピーダンスは同じであるから、
Ivn=Iwn=(n1/3n)×I1 (18式)
【0027】
巻線b1と誘導コイルBとの接続点において、
Iv=−{(n1/3n)×I1}+I2 (19式)
上式と14式から
巻線c1と誘導コイルBとの接続点において、
Iw=−(n1/3n)×I1−I2 (20式)
上式と14式から
【0028】
これらの結果から理解されるように、電源電流Iu,Iv,Iwは互いに等しくなり、平衡三相電流となる。高調波が発生しないこと、中性点の電位が安定することはさきの実施形態と同様である。なお各巻線は独立した3個の鉄心に巻回してもよいし、あるいは3脚鉄心の各脚に巻回してもよい。前者の場合の配線図を示したのが図10であり、後者の場合の配線図を示したのが図11である。図では巻線b4を巻線b2より延長して設けているが、これに代えて、巻線b2の一部を利用してもよい。
【0029】
図12に示す第3の実施形態は、誘導コイルBの入力電圧を任意に設定自在としたものである。この構成は、巻線c2に延長して巻線c3を設け、この巻線c4に直列に、かつ巻線b1,b2と同相の巻線b5を接続してある。そして巻線c2と巻線c5との巻数の和をn2とする。巻線c2の巻数を図2の場合と同様にnとすれば、巻線c3の巻数は(n2−n)となる。また巻線b5の巻数もn2とする。
【0030】
さらに巻線a2に延長して巻線a5を設け、この巻線a5に直列に、かつ巻線c2,c3と同相の巻線c5を接続してある。そして巻線a2と巻線a5との巻数の和をn2とする。巻線a2の巻数を図2の場合と同様にnとすれば、巻線a5の巻数は(n2−n)となる。また巻線c5の巻数もn2とする。ここでは巻数n2を任意に設定することにより、誘導コイBの入力電圧を自在に調整する。
【0031】
ここでも各誘導コイルA,Bは同容量とし、それぞれに流れる電流をI1,I2とする。電流I1と電流I2の位相角差は90度である。中性点Nから線路U,V,Wに至る各巻線のインピーダンスは等しいので、電流I1は中性点Nで3等分し、 Iun=Ivn=Iwn (21式)
巻線a1と誘導コイルAとの接続点においては
Iu=I1−Iun (22式)
【0032】
上式に21式を代入して電流Iuを求めると、
Iu=(2/3)×I1 (23式)
巻線b5,c3,c2,a2,a5,c5に至る回路と、巻線b1と巻線c1とにおいて、
2n×cos30°×(Iv−Iw)=4×n2×cos30°×I2
故に
Iv−Iw=2×(n2/n)×I2 (24式)
誘導コイルA,Bは同容量であるから、
|I2|= n/{√(3)×n2}×|I1| (25式)
【0033】
中性点Nにおいて、
Iu+Iv+Iw=0 (26式)
24式と26式とを加えると、
Iu+2Iv=2×(n2/n)×I2 (27式)
上式と23式から
2Iv=2×(n2/n)×I2−(2/3)×I1
故に
Iv=(n2/n)×I2−(1/3)×I1 (28式)
25式に28式を代入して整理すれば、
|Iv|=(2/3)×|I1|
次に24式に28式を代入して整理すれば、
Iw=(−n2/n)×I2−(1/3)×I1 (29式)
25式と29式から
|Iw|=(2/3)×|I1|
【0034】
これらの結果から理解されるように、電源電流Iu,Iv,Iwは互いに等しくなり、平衡三相電流となる。高調波が発生しないこと、中性点の電位が安定することはさきの実施形態と同様である。なお各巻線は独立した3個の鉄心に巻回してもよいし、あるいは三脚鉄心の各脚に巻回してもよい。前者の場合の配置図を示したのが図13であり、後者の場合の配置図を示したのが図14である。図では巻線c3,a5を巻線c2,a2より延長して設けているが、これに代えて、巻線c2,a2の一部を利用してもよい。
【0035】
図15に示す第4の実施形態は、図9に示す第2の実施形態と、図12に示す第3の実施形態とを合体させ、誘導コイルA,Bの入力電圧をともに独立して任意に設定自在としたものである。この構成は、図9および図12と同様に、巻線a1,a2乃至巻線c1,c2の巻数をn、巻線b4の巻数を(n1−n)、巻線c3、巻線a5の巻数を(n2−n)、巻線a4の巻数をn1、巻線b5および巻線c5の巻数をn2とする。各巻線の位相関係は図9,図12と同じである。巻数n1およびn2を調整することによって、誘導コイルA,Bの入力電圧が調整される。
【0036】
この構成においても、三相電流が平衡することを以下に説明する。27式に15式を代入して電流Ivを求めると、
Iv=(n2/n)×I2−(n1/3n)×I1 (30式)
上式と25式からI2を消去してIvの絶対値を求めると、
|Iv|=(2/3)×(n1/n)×|I1|
24式に30式を代入して電流Iwを求めると、
Iw=(−n2/n)×I2−(n1/3n)×I1 (31式)
上式と25式からI2を消去してIwの絶対値を求めると、
|Iw|=(2/3)×(n1/n)×|I1|
【0037】
これらの結果から理解されるように、電源電流Iu,Iv,Iwは互いに等しくなり、平衡三相電流となる。高調波が発生しないこと、中性点の電位が安定することはさきの実施形態と同様である。なお各巻線は独立した3個の鉄心に巻回してもよいし、あるいは三脚鉄心の各脚に巻回してもよい。前者の場合の配置図を示したのが図16であり、後者の場合の配置図を示したのが図17である。図では巻線c3,a5,b4を巻線c2,a2,b2より延長して設けているが、これに代えて、巻線c2,a2,b2の一部を利用してもよいことは図9,図14の場合と同様である。
【0038】
以上の各実施態様は、いずれも誘導コイルA,Bをともに用いた構成であったが、これらの構成において誘導コイルBに代えて、誘導コイルBに匹敵する負荷として、リアクトルを接続するようにしてもよい。誘導コイルA,Bは同容量であるので、ここに使用するリアクトルは誘導コイルAと同容量のものを用いる。このようなリアクトルを利用することにより、三相電源の各相電流が平衡することは、これまでの説明から容易に理解されるところである。
【0039】
たとえば図18に示す第5の実施形態では、第1の実施形態における誘導コイルBに代えてリアクトルLを、また図21に示す第6の実施形態では、図15に示す第4の実施形態における誘導コイルBに代えて、リアクトルLを接続している。他の実施形態においても同様である。
【0040】
なお図19,図22は、図18,図21に示す構成を互いに独立した鉄心に、それぞれ同相の巻線を巻回して構成した配置図、図20,図23は図18,図21に示す構成を、三脚鉄心の各脚にそれぞれ同相の巻線を巻回して構成した配置図である。
【0041】
以上述べたすべての実施形態における誘導コイルB(前記したリアクトルLを含めて)を省略し、誘導コイルAのみを負荷としてもよい。たとえば基本構成における誘導コイルBを省略した図24の構成(第7の実施形態)では、誘導コイルAの入力電圧はE/√3となり、また三相電源に対して各相のインピーダンスは同じであるから、
|Iun|=|Ivn|=|Iwn|
中性点Nにおいて
Iun+Ivn+Iwn=I1
上記両式から
|Iun|=|Ivn|=|Iwn|=|I1|×1/3
【0042】
巻線a1と誘導コイルAとの接続点において、
|Iu|+|I1|×1/3=|I1|
したがって
|Iu|=|I1|−|I1|×1/3=|I1|×2/3
|Iv|=|Ivn|=|I1|×1/3
|Iw|=|Iwn|=|I1|×1/3
故に
|Iu|:|Iv|:|Iw|=2:1:1
となる。
【0043】
因みに三相交流電源の一つの線路間にのみ誘導コイルを接続した場合の三相電源電流の比は、冒頭に述べたように1:1:0となる。これに比較して図24のように構成した場合のほうが、電源電流の不平衡を緩和することができる。なお図25は、図24に示す構成を、互いに独立した鉄心にそれぞれ同相の巻線を巻回して構成した配置図、図26は図24に示す構成を、三脚鉄心の各脚にそれぞれ同相の巻線を巻回して構成した配置図である。
【0044】
また図9に示す第2の実施形態における誘導コイルBを省略した図27の構成(第8の実施形態)では、19式,20式における電流I1を0としたときの電流Iv,Iwと15式の電流Iuの各絶対値の比は、2:1:1となる。すなわち第8の実施形態と同じ電流比となり、三相電源電流の不平衡を緩和することができる。図28は、図27に示す構成を、互いに独立した鉄心に同相の巻線を巻回して構成した配置図、図29は図27に示す構成を、三脚鉄心の各脚にそれぞれ同相の巻線を巻回して構成した配置図である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、三相電源から単相電圧を取り出して、誘導発熱ローラ装置の誘導コイルの励磁電圧とするにあたり、三相電源電流を平衡させることができ、または不平衡を緩和することができるとともに、高調波の発生は抑制され、かつ中性点の電位が安定するといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様の基本構成を示す断面図である。
【図2】図1の結線図である。
【図3】図1のベクトル図である。
【図4】図1の配線図である。
【図5】図1の他の配線図である。
【図6】本発明の第1の実施態様を示す結線図である。
【図7】図6の配線図である。
【図8】図6の他の配線図である。
【図9】本発明の第2の実施態様を示す結線図である。
【図10】図9の配線図である。
【図11】図9の他の配線図である。
【図12】本発明の第3の実施態様を示す結線図である。
【図13】図12の配線図である。
【図14】図12の他の配線図である。
【図15】本発明の第4の実施態様を示す結線図である。
【図16】図15の配線図である。
【図17】図15の他の配線図である。
【図18】本発明の第5の実施態様を示す結線図である。
【図19】図18の配線図である。
【図20】図18の他の配線図である。
【図21】本発明の第6の実施態様を示す結線図である。
【図22】図21の配線図である。
【図23】図21の他の配線図である。
【図24】本発明の第7の実施態様を示す結線図である。
【図25】図24の配線図である。
【図26】図24の他の配線図である。
【図27】本発明の第8の実施態様を示す結線図である。
【図28】図27の配線図である。
【図29】図27の他の配線図である。
【符号の説明】
1,2 誘導発熱ローラ装置
A,B 誘導コイル
a1〜a5 巻線
b1〜b5 巻線
c1〜c5 巻線
L リアクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to induction heating roller equipment.
[0002]
[Prior art]
There is already known an induction heating roller device in which an induction heating mechanism including an iron core and an induction coil wound around the outer periphery of a rotating hollow roller is arranged so that the peripheral wall of the roller is induced to generate heat. . Since the induction coil is preferably excited by a single-phase power supply, a single-phase voltage is taken from a nearby three-phase power supply, and this can be used. Specifically, the induction heating roller device is connected between each line of the three-phase power supply. It can be considered that each induction coil is connected and excited. In this case, if three induction coils having the same capacity are connected to each line of the three-phase power source, the phase current of the three-phase power source is balanced, so that there is no particular problem.
[0003]
However, in this wiring configuration, if three induction coils of the same capacity are connected between the lines of each phase as described above, the power supply current is balanced, but there are two or one induction coil. Obviously, when there is a line between which the two are not connected, the three-phase power supply current becomes unbalanced, which causes a problem in the three-phase power supply configuration.
[0004]
For example, in the three-phase power supply lines U, V, and W, one induction coil is connected between the lines UV and VW. Assuming that the capacity of both induction coils is the same and the power supply current of each phase is I, the currents Iu, Iv, Iw flowing in the lines U, V, W are I, √ (3) I, I, respectively, and the ratio is 1: √ (3): 1. Further, when an induction coil is connected only between the lines UV and no load is applied between the lines VW, the current IW is 0, so that the ratio of each line current is 1: 1: 0. In either case, the current tends to be unbalanced.
[0005]
As described above, in the U, V, and W of the three-phase power supply line, even when the induction coil is connected between the lines UV and VW or only between the lines UV, each line current is balanced or the tendency of unbalance is small. Such a configuration has already been proposed by the present inventors. That is, one end is connected to each line of the three-phase power source, the other end is collectively connected to be a neutral point, and is composed of first to third windings having the same number of turns. An induction coil belonging to the first induction heating roller device is connected across one winding, and ends of the second winding and the third winding on the side opposite to the bundled ends It is the structure which connected the induction coil which belongs to the 2nd induction heat-generating roller apparatus in between. However, according to this configuration, since the induction coil is connected between the neutral point and the end of one winding, if the potential of the neutral point moves, the input of the induction coil The voltage fluctuates depending on the load current. For this reason, there is a risk that the temperature of the induction heating roller cannot be stably controlled.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, a single-phase voltage is taken from a three-phase power source and used as an excitation voltage for two or one induction coil so that the three-phase power source current is balanced as much as possible. The purpose is to eliminate the potential shift at the neutral point where the three windings are connected at once, to stabilize the winding, and to suppress the generation of harmonics in each winding.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention according to
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 5 are diagrams for explaining a basic configuration in an embodiment of the present invention . In the present invention, a plurality of induction heat roller devices are divided into two groups, and one of the first induction
[0009]
11 is a roller shell, 12 is a journal integrally attached to both sides thereof, and is rotatably supported by a
[0010]
In the basic configuration of the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, windings a1, b1, and c1 each having n turns are prepared. One end of each winding a1, b1, c1 is connected to each line U, V, W of the three-phase power line. In addition, windings a2, b2, and c2 having the same number of turns n are prepared. One end of each of the windings a2, b2, c2 is connected together. This connection point is defined as a neutral point N. The windings a1 and a2, the windings b1 and b2, and the windings c1 and c2 are wound around a common iron core so that a common-phase voltage is applied.
[0011]
Each of the windings a1, b1, and c1 is connected in series to the windings a2, b2, and c2 belonging to the adjacent phases, thereby forming a staggered connection. An induction coil A belonging to the first induction heat roller device 1 (inductive heat generation in FIG. 1) spans between one end of one of the windings a1, b1, and c1 and the neutral point N. The induction coil 19) of the
[0012]
Next, the reason why the illustrated configuration is balanced with respect to the three-phase power source will be described. The voltage of the three-phase power supply is E, the number of turns of each winding is n, the induction coils A and B of each induction heating roller device have the same capacity, and the currents flowing through these coils are I1 and I2. If each phase current is Iu, Iv and Iw, the input voltage of the induction coil A is E / {√ (3)}, and the input voltage of the induction coil B is E.
| I1 | = {√ (3)} × I2 (1 set)
In the present specification, dots representing vectors displayed on the current and voltage values are omitted.
[0013]
Since the impedance of each phase with respect to the power supply is the same, the current flowing through the windings a1 and b2, the current flowing through the windings b1 and c2, and the current flowing through the windings c1 and a2 are respectively represented as Iun, Ivn, and Iwn. If
| Iun | = | Ivn | = | Iwn | (2 formulas)
At neutral point N,
Iun + Ivn + Iwn = I1 (3 formulas)
From (1 set) to (3 set)
| Iun | = | Ivn | = | Iwn | = | I1 | / 3 = | I2 | / {√ (3)} (Formula 4)
[0014]
At one end of winding a1
| Iu | + | I1 | / 3 = | I1 | (Formula 5)
Substituting (1) into (5) and rearranging
At one end of winding b1
| Iv | =-| I1 | / 3 + | I2 |
[0015]
From (Formula 4) and (Formula 6)
At one end of winding c1
From (Formula 4) and (Formula 7)
[0016]
Therefore
| Iu | = | Iv | = | Iw | = | I2 | × 2 / {√ (3)}
Accordingly, the power supply currents Iu, Iv, and Iw are equal to each other, and a balanced three-phase current is obtained. Since the windings are staggered, no harmonics are generated and the potential at the neutral point does not move and stabilizes. FIG. 3 shows a vector diagram of each winding in FIG. Each winding may be wound around three independent iron cores, or may be wound around each leg of a three-legged iron core. FIG. 4 shows a wiring diagram in the former case, and FIG. 5 shows a wiring diagram in the latter case.
[0017]
In the first embodiment shown in FIG. 6, the input voltages of the induction coils A and B are both set to the power supply voltage E. For this purpose, the winding b3 is connected in series with the winding b2, and the winding a3 wound in series with the winding b3 is connected to the winding b3. When the number of turns of the other winding is n as in FIG. 2, the number of turns of the winding b3 is {√ (3) -1} × n, and the number of turns of the winding a3 is √ (3) × n. The voltage applied to the portion with n turns is E / 3. The induction coil A is connected across the end of the winding a3 and the neutral point N.
[0018]
Since the number of turns from the neutral point N to the end of the winding a3 is n + {√ (3) -1} × n + √ (3) × n = 2 × √ (3) × n, input to the induction coil A The voltage Vt is Vt = E * {2 * √ (3) * n} * cos30 [deg.] / 3n = E
Since the input voltage of the induction coil B is E, therefore, the input voltages of both induction coils A and B have the same value.
[0019]
Thus, the input voltages of both induction coils A and B have the same value,
| I1 | = | I2 | (8 formulas)
If the capacity of both induction coils A and B is the same,
Iu = 2 × I1 / √ (3) (9 formulas)
Thus, the current flowing through the windings a3 and b3 is I1, and the current flowing through the winding a1 is 2 × I1 / √ (3).
[0020]
If the current flowing through the winding b2 is Ib, I1-Iu-Ib = 0 at the connection point of the windings b2, b3, a1.
Substituting (Equation 9) into the above equation, I1− {2 × I1 / √ (3)} − Ib = 0
Therefore, Ib = [1- {2 / √ (3)}] × I1 (10 equations)
[0021]
At neutral point N,
Ib + Ivn + Iwn = I1 (11 formulas)
Substituting equation 10 into
Since the impedances of the windings b1 and c2 and the windings c1 and a2 are the same,
Ivn = Iwn = {1 / √ (3)} × I1
[0022]
At the connection point between the winding b1 and the induction coil B,
Iv =-[{1 / √ (3)} * I1] + I2 (12 formulas)
From the above formula and formula 8
At the connection point between the winding c1 and the induction coil B,
From the above formula and formula 8
[0023]
As can be understood from these results, the power supply currents Iu, Iv, and Iw are equal to each other, resulting in a balanced three-phase current. As in the previous embodiment, no harmonics are generated and the neutral point potential is stabilized. Each winding may be wound around three independent iron cores, or may be wound around each leg of a three-legged iron core. FIG. 7 shows a wiring diagram in the former case, and FIG. 8 shows a wiring diagram in the latter case.
[0024]
In the second embodiment shown in FIG. 9, the input voltage of the induction coil A can be arbitrarily set. In this configuration, a winding b4 is provided extending to the winding b2, and a winding a4 in phase with the windings a1 and a2 is connected in series with the winding b4. The sum of the number of turns of the winding b2 and the winding b4 is n1. If the number of turns of the winding b2 is n as in FIG. 2, the number of turns of the winding b4 is (n1-n). The number of turns of the winding a4 is also n1. If the power supply voltage is E, the voltage applied to the portion where the number of turns is n is E / 3. Here, the input voltage of the induction coil A is freely adjusted by arbitrarily setting the number of turns n1.
[0025]
If the currents flowing through the induction coils A and B are I1 and I2,
| I2 | = n1 / {√ (3) × n} × | I1 |
If the capacities of the induction coils A and B are the same as in the case of FIG.
Iu = (2n1 / 3n) × I1 (15 formulas)
Since the current flowing through the windings a4 and b4 is I1 and the current flowing through the winding a1 is Iu, that is, (2n1 / 3n) × I1, if the current flowing through the winding b2 is Ib, the windings b4, a1 and b2 I1-Iu-Ib = 0 at the connection point
[0026]
Substituting equation (15) into the above equation, the current Ib is obtained.
Ib = {1- (2n1 / 3n)} × I1 (16 formulas)
At neutral point N,
Ib + Ivn + Iwn = I1 (17 formulas)
Substituting 17 into the above equation,
Ivn + Iwn = (2n1 / 3n) × I1
Since the impedances of the windings b1 and c2 and the windings c1 and a2 are the same,
Ivn = Iwn = (n1 / 3n) × I1 (18 formulas)
[0027]
At the connection point between the winding b1 and the induction coil B,
Iv =-{(n1 / 3n) * I1} + I2 (Equation 19)
From above and 14
At the connection point between the winding c1 and the induction coil B,
Iw =-(n1 / 3n) * I1-I2 (20 formulas)
From above and 14
[0028]
As can be understood from these results, the power supply currents Iu, Iv, and Iw are equal to each other, resulting in a balanced three-phase current. As in the previous embodiment, no harmonics are generated and the neutral point potential is stabilized. Each winding may be wound around three independent iron cores, or may be wound around each leg of a three-legged iron core. FIG. 10 shows a wiring diagram in the former case, and FIG. 11 shows a wiring diagram in the latter case. In the figure, the winding b4 is extended from the winding b2, but a part of the winding b2 may be used instead.
[0029]
In the third embodiment shown in FIG. 12, the input voltage of the induction coil B can be arbitrarily set. In this configuration, a winding c3 is provided extending to the winding c2, and a winding b5 in phase with the windings b1 and b2 is connected in series with the winding c4. The sum of the number of turns of the winding c2 and the winding c5 is n2. If the number of turns of the winding c2 is n as in the case of FIG. 2, the number of turns of the winding c3 is (n2-n). The number of turns of the winding b5 is also n2.
[0030]
Further, a winding a5 is provided extending to the winding a2, and a winding c5 in phase with the windings c2 and c3 is connected in series with the winding a5. The sum of the number of turns of the windings a2 and a5 is n2. If the number of turns of the winding a2 is n as in the case of FIG. 2, the number of turns of the winding a5 is (n2-n). The number of turns of the winding c5 is also n2. Here, the input voltage of the induction carp B can be freely adjusted by arbitrarily setting the number of turns n2.
[0031]
Again, the induction coils A and B have the same capacity, and the currents flowing through them are I1 and I2, respectively. The phase angle difference between the current I1 and the current I2 is 90 degrees. Since the impedance of each winding from the neutral point N to the lines U, V, and W is equal, the current I1 is divided into three equal parts at the neutral point N, and Iun = Ivn = Iwn (Formula 21)
At the connection point between the winding a1 and the induction coil A, Iu = I1-Iun (Equation 22)
[0032]
Substituting equation (21) into the above equation, the current Iu is obtained.
Iu = (2/3) × I1 (23 formulas)
In the circuit extending to the windings b5, c3, c2, a2, a5, c5, and the windings b1 and c1,
2n × cos30 ° × (Iv−Iw) = 4 × n2 × cos30 ° × I2
Therefore, Iv-Iw = 2 * (n2 / n) * I2 (24 formulas)
Since induction coils A and B have the same capacity,
| I2 | = n / {√ (3) × n2} × | I1 | (Equation 25)
[0033]
At neutral point N,
Iu + Iv + Iw = 0 (Formula 26)
Adding
Iu + 2Iv = 2 × (
From the above equation and
Therefore, Iv = (n2 / n) × I2− (1/3) × I1 (Equation 28)
Substituting 28 into 25 and rearranging,
| Iv | = (2/3) × | I1 |
Next, substituting 28 formulas into 24 formulates,
Iw = (-n2 / n) * I2- (1/3) * I1 (formula 29)
From
| Iw | = (2/3) × | I1 |
[0034]
As can be understood from these results, the power supply currents Iu, Iv, and Iw are equal to each other, resulting in a balanced three-phase current. As in the previous embodiment, no harmonics are generated and the neutral point potential is stabilized. Each winding may be wound around three independent iron cores, or may be wound around each leg of a tripod iron core. FIG. 13 shows the layout in the former case, and FIG. 14 shows the layout in the latter case. In the figure, the windings c3 and a5 are provided extending from the windings c2 and a2, but instead, a part of the windings c2 and a2 may be used.
[0035]
In the fourth embodiment shown in FIG. 15, the second embodiment shown in FIG. 9 and the third embodiment shown in FIG. 12 are combined, and the input voltages of the induction coils A and B are both arbitrarily determined. Can be set freely. In this configuration, as in FIGS. 9 and 12, the number of turns of the windings a1, a2 to c1, c2 is n, the number of turns of the winding b4 is (n1-n), the number of turns of the winding c3, and the winding a5. (N2−n), the number of turns of the winding a4 is n1, and the number of turns of the winding b5 and the winding c5 is n2. The phase relationship of each winding is the same as in FIGS. By adjusting the turns n1 and n2, the input voltages of the induction coils A and B are adjusted.
[0036]
It will be described below that the three-phase current is balanced even in this configuration. Substituting
Iv = (n2 / n) × I2− (n1 / 3n) × I1 (30 formulas)
When I2 is eliminated from the above equation and
| Iv | = (2/3) × (n1 / n) × | I1 |
Substituting equation 30 into
Iw = (-n2 / n) * I2- (n1 / 3n) * I1 (31 formulas)
If I2 is eliminated from the above equation and
| Iw | = (2/3) × (n1 / n) × | I1 |
[0037]
As can be understood from these results, the power supply currents Iu, Iv, and Iw are equal to each other, resulting in a balanced three-phase current. As in the previous embodiment, no harmonics are generated and the neutral point potential is stabilized. Each winding may be wound around three independent iron cores, or may be wound around each leg of a tripod iron core. FIG. 16 shows the layout in the former case, and FIG. 17 shows the layout in the latter case. In the figure, the windings c3, a5, and b4 are provided extending from the windings c2, a2, and b2. However, instead of this, a part of the windings c2, a2, and b2 may be used. 9. The same as in the case of FIG.
[0038]
In each of the above embodiments, the induction coils A and B are both used. However, instead of the induction coil B in these configurations, a reactor is connected as a load comparable to the induction coil B. May be. Since the induction coils A and B have the same capacity, the reactor used here has the same capacity as the induction coil A. It can be easily understood from the above description that the phase currents of the three-phase power supply are balanced by using such a reactor.
[0039]
For example, in the fifth embodiment shown in FIG. 18, a reactor L is used instead of the induction coil B in the first embodiment, and in the sixth embodiment shown in FIG. 21, in the fourth embodiment shown in FIG. Instead of the induction coil B, a reactor L is connected. The same applies to other embodiments.
[0040]
19 and 22 are layout diagrams in which the configurations shown in FIGS. 18 and 21 are formed by winding the same-phase windings around the independent iron cores, and FIGS. 20 and 23 are shown in FIGS. FIG. 3 is a layout diagram in which the same phase winding is wound around each leg of a tripod iron core.
[0041]
The induction coil B (including the reactor L described above) in all the embodiments described above may be omitted, and only the induction coil A may be used as a load. For example, in the configuration of FIG. 24 in which the induction coil B in the basic configuration is omitted ( seventh embodiment), the input voltage of the induction coil A is E / √3, and the impedance of each phase is the same as that of the three-phase power source. because there is,
| Iun | = | Ivn | = | Iwn |
At neutral point N Iun + Ivn + Iwn = I1
From both of the above formulas
| Iun | = | Ivn | = | Iwn | = | I1 | × 1/3
[0042]
At the connection point between winding a1 and induction coil A,
| Iu | + | I1 | × 1/3 = | I1 |
Therefore
| Iu | = | I1 |-| I1 | × 1/3 = | I1 | × 2/3
| Iv | = | Ivn | = | I1 | × 1/3
| Iw | = | Iwn | = | I1 | × 1/3
Therefore
| Iu |: | Iv |: | Iw | = 2: 1: 1
It becomes.
[0043]
Incidentally, the ratio of the three-phase power supply current when the induction coil is connected only between one line of the three-phase AC power supply is 1: 1: 0 as described at the beginning. Compared to this, the configuration shown in FIG. 24 can alleviate the unbalance of the power supply current. FIG. 25 is a layout diagram in which the configuration shown in FIG. 24 is configured by winding the same-phase windings around independent iron cores, and FIG. 26 shows the configuration shown in FIG. 24 in the same phase on each leg of the tripod core. It is the arrangement figure constituted by winding a winding.
[0044]
Further, in the configuration of FIG. 27 ( the eighth embodiment) in which the induction coil B in the second embodiment shown in FIG. 9 is omitted, currents Iv, Iw and 15 when the current I1 in
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the single-phase voltage is taken out from the three-phase power source and used as the excitation voltage of the induction coil of the induction heating roller device, the three-phase power source current can be balanced or unbalanced. Can be mitigated, the generation of harmonics is suppressed, and the neutral point potential is stabilized.
[Brief description of the drawings]
1 is a sectional view showing a basic structure of the actual embodiments with the present invention.
FIG. 2 is a connection diagram of FIG.
FIG. 3 is a vector diagram of FIG. 1;
4 is a wiring diagram of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is another wiring diagram of FIG. 1;
FIG. 6 is a connection diagram showing a first embodiment of the present invention.
7 is a wiring diagram of FIG. 6;
FIG. 8 is another wiring diagram of FIG. 6;
FIG. 9 is a connection diagram showing a second embodiment of the present invention.
10 is a wiring diagram of FIG. 9;
FIG. 11 is another wiring diagram of FIG. 9;
FIG. 12 is a connection diagram illustrating a third embodiment of the present invention.
13 is a wiring diagram of FIG.
FIG. 14 is another wiring diagram of FIG.
FIG. 15 is a connection diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
16 is a wiring diagram of FIG.
FIG. 17 is another wiring diagram of FIG. 15;
FIG. 18 is a connection diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a wiring diagram of FIG. 18;
FIG. 20 is another wiring diagram of FIG.
FIG. 21 is a connection diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
22 is a wiring diagram of FIG. 21. FIG.
23 is another wiring diagram of FIG. 21. FIG.
FIG. 24 is a connection diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
25 is a wiring diagram of FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is another wiring diagram of FIG. 24.
FIG. 27 is a connection diagram illustrating an eighth embodiment of the present invention.
28 is a wiring diagram of FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is another wiring diagram of FIG. 27;
[Explanation of symbols]
1, 2 induction heating roller device A, B induction coil a1 to a5 winding b1 to b5 winding c1 to c5 winding L reactor
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