JP4047647B2 - 金属板の通電加熱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板などの金属板を効率よく通電加熱することができる金属板の通電加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板などの金属板を温間プレスするような場合には、金属板を通電加熱により短時間で所定温度に昇温させる方法が取られている。通電加熱は図１に示すように電極１，１間に金属板を支持し、電源装置２から直流電流を通電することにより行われる。
【０００３】
ところが、電源装置２から一定電圧の電流を流して金属板に通電を行おうとしても、金属板の温度が上昇するにつれて次第に電流が流れにくくなり、通電加熱効率が低下するという問題があった。その原因は図２(A),(B)のグラフに示すように、温度の上昇に連れて金属板の抵抗率が二次関数的に増加し、比熱が一次関数的に増加して電流が流れにくくなるためである。このため従来法では、短時間で１０００℃近くまで金属板を加熱するには極めて大容量の電源装置が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、常温付近から高温領域まで、金属板を効率よく通電加熱することができる通電加熱方法を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の金属板の通電加熱方法は、金属板の通電加熱に一次側電圧の制御手段を備えたタップ切替式の変圧器を備えた電源装置を使用し、二次側が低電圧となるタップに設定して通電を開始し、金属板の温度上昇につれて一次側電圧を次第に上昇させて一次電流が定格電流となるように通電し、一次側電圧が上昇限界点に達した後、一次電流及び金属板に通電される二次電流が減少して、二次電流が次のタップにおける目標電流まで低下したとき、変圧器のタップを二次側が高電圧となる側に切替え、再び一次側電流が定格電流となるように一次側電圧を制御しつつ通電する制御を繰り返すことを特徴とするものである。なおタップ切替式の変圧器として、サイリスタによる一次側電圧の制御手段を備えたものを使用することが好ましい。
【０００６】
本発明によれば、金属板の温度上昇につれて変圧器のタップを順次切り替え、通電初期の低温度領域では比較的低電圧大電流を、また高温度領域では高電圧小電流を通電する。低温度領域では金属板の抵抗率が小さいため大電流が通電されやすく、金属板の温度が上昇して抵抗率が増加したときには高電圧として通電を助ける。この結果、常温付近から高温領域まで、金属板を効率よく通電加熱することができる。また二次側電流が減少したとき、次のタップに切替えた場合の目標電流と一致するタイミングでタップの切替えを行うことにより、金属板への通電電流の変動が小さくなり、電源装置の負荷が急変することも防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図３は本発明に用いられるタップ切替式の変圧器３を備えた電源装置２を示すもので、１０は変圧器３の一次巻線、１１は二次巻線である。この実施形態では一次巻線１０に３つのタップ１２が設けられており、その有効巻数を変えることができるようになっている。１３は一次側電圧の制御手段としてのサイリスタであり、１４は二次巻線１１に接続された直流変換用のダイオードブリッジである。なお図３は三相をデルタ接続した例であるが、スター接続する場合には図４のような構成とすることができる。
【０００８】
本発明では、このようなタップ切替式の変圧器３を備えた電源装置２を用いて金属板に直流電流を通電する。通電開始時にはタップ１２は一次巻線１０の有効巻数が最大で二次側が低電圧となるタップ１に設定して通電を開始する。低温時には金属板の抵抗率は小さいので低電圧でも通電され易く、変圧器３の一次側電流を定格電流とし、二次側電流（金属板に流れる電流）は図５の４段目のグラフに示すような電流となる。
【０００９】
しかし通電により金属板の温度が上昇すると図２(A)に示したように抵抗率が上昇するため、変圧器３の一次側電圧の制御手段であるサイリスタ１３により図５の１段目のグラフに示すように一次側電圧を上昇させる。これに伴い二次側電圧も徐々に上昇し、このようにして変圧器３の一次側電流及び二次側電流を一定に保ちながら通電加熱を行う。
【００１０】
図５のＡ点は変圧器３の一次側電圧の上昇限界点であり、このとき電源装置２の能力は最大に発揮される。このＡ点に達すると一次側電圧をそれ以上上昇することができなくなる。しかし金属板の温度上昇に伴い抵抗率は増加して行くので、変圧器３の一次側電流及び二次側電流は図示のように次第に減少して行く。タップ１２を一次巻線１０の有効巻数を減らしたタップ２に切替えた場合の一次側電流が定格電流に達したＢ点でタップ２に切替える。また、サイリスタ１３により、一次側電流が定格電流となるように一次側電圧を制御する。
【００１１】
この結果、二次側電圧を再び上昇させることができるので、Ｃ点までは一次側電流を定格に保ちながら通電加熱を行う。なおタップ切替えにより二次側電圧を上昇させることに伴い、二次側電流は必然的に減少するので、二次側電流は図５の４段目のグラフに示すように低いレベル（タップ２における目標電流）で一定に保たれる。
【００１２】
このようにして変圧器３の一次側電圧の上昇限界点であるＣ点に達すると、電源装置２の能力は最大に発揮される。前記と同様に一次側電流及び二次側電流は図示のように次第に減少して行く。タップ１２を一次巻線１０の有効巻数を更に減らしたタップ３に切替えた場合の一次側電流が定格電流に達したＤ点でタップ３に切替える。またサイリスタ１３により、一次側電流が定格電流となるように一次側電圧を制御する。このときの二次側電流はタップ３における目標電流に維持される。
【００１３】
上記したように、本発明の通電加熱方法によれば変圧器３のタップを順次切替えることにより、変圧器３の一次側電流をできるだけ定格値に保ちながら二次側電圧を次第に上昇させ、金属板の通電加熱を行う。このため温度上昇に伴い金属板の抵抗率が上昇しても、電源装置２の能力を最大に発揮させながら効率よく通電を継続することができる。
【００１４】
なお、この実施形態のように二次側電流が減少したとき、次のタップに切替えた場合の目標電流と一致するタイミングでタップの切替えを行えば、図５の４段目のグラフに示すように金属板への通電電流の変動が小さくなる。また電源装置２の負荷が急変することも防止できる利点がある。
【００１５】
以上の説明では３段階にタップ切替えを行う変圧器３を例示したが、タップ数を増加させればより効率的な通電加熱が行えることはいうまでもない。また電源装置の構成も図３、図４のものに限定されないことはいうまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の金属板の通電加熱方法によれば、タップ切替式の変圧器を備えた電源装置を使用し、通電初期には比較的低電圧大電流を通電し、金属板の温度上昇につれて変圧器のタップを高電圧小電流側に切替えて通電することによって、通電加熱効率の低下を防止しつつ常温付近から高温領域まで、金属板を効率よく通電加熱することができる。このため本発明によれば、従来法に比べて小容量の電源装置で短時間で、１０００℃近くまで金属板を加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通電加熱装置の概略図である。
【図２】(A)は金属板の抵抗率と温度との関係を示すグラフ、(B)は比熱と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に用いられるタップ切替式の変圧器を示す回路図である。
【図４】本発明に用いられるタップ切替式の変圧器の他の例を示す回路図である。
【図５】実施形態における変圧器の一次側電流、一次側電圧、二次側電流、二次側電圧の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 電極
２ 電源装置
１０ 変圧器の一次巻線
１１ 変圧器の二次巻線
１２ タップ
１３ サイリスタ
１４ ダイオードブリッジ

Claims (2)

1. 金属板の通電加熱に一次側電圧の制御手段を備えたタップ切替式の変圧器を備えた電源装置を使用し、二次側が低電圧となるタップに設定して通電を開始し、金属板の温度上昇につれて一次側電圧を次第に上昇させて一次電流が定格電流となるように通電し、一次側電圧が上昇限界点に達した後、一次電流及び金属板に通電される二次電流が減少して、二次電流が次のタップにおける目標電流まで低下したとき、変圧器のタップを二次側が高電圧となる側に切替え、再び一次側電流が定格電流となるように一次側電圧を制御しつつ通電する制御を繰り返すことを特徴とする金属板の通電加熱方法。
2. タップ切替式の変圧器として、サイリスタによる一次側電圧の制御手段を備えたものを使用する請求項１記載の金属板の通電加熱方法。

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