JP4273381B2 - インバータ設備の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数組の共振負荷回路それぞれに対して個別に高周波電力を供給する該複数組のインバータ装置を同一筐体内に配置してなるインバータ設備に関し、特に、それぞれのインバータ装置が出力する周波数を所定の範囲内で運転するためのインバータ設備の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はこの種のインバータ設備として、同一筐体内にインバータ装置が２組配置され、それぞれのインバータ装置が電磁調理器の高周波電源に供されるときの従来例を示す回路構成図であり、１は商用電源などの単相の交流電源、２は交流電源１から給電されるインバータ設備、３，４はインバータ設備３でそれぞれ誘導加熱される鍋を示す。
【０００３】
このインバータ設備２にはノイズフィルタ２１と、一方のインバータ装置としての整流回路２２，フィルタコンデンサ２３，ＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を上下アームとしたインバータ主回路２４，加熱コイル２５，共振コンデンサ２６及び２７と、他方のインバータ装置としての整流回路３１，フィルタコンデンサ３２，ＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を上下アームとしたインバータ主回路３３，加熱コイル３４，共振コンデンサ３５及び３６とを備えている。
【０００４】
図８の回路構成において、フィルタコンデンサ２３，３２それぞれは整流回路２２，３２それぞれの高周波インピーダンスを下げる目的で備えており、このコンデンサに代えてＬＣフィルタを備える場合もある。
【０００５】
図８に示したインバータ設備の従来の制御方法を、図９に示す特性図を参照しつつ、以下に説明する。
【０００６】
図９は加熱コイル（参照符号２５又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２６，２７又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路に供給される高周波電力の周波数と該負荷回路に注入される有効電力との関係を示す特性図であり、例えば紙面右側の特性を鍋３側とし、紙面左側の特性を鍋４側とすると、それぞれの特性におけるピークの周波数はそれぞれの共振負荷回路の共振周波数であり、それぞれのインバータ装置から出力する周波数が前記共振周波数より高い周波数では該インバータ装置から見た共振負荷回路側の力率が遅れ領域であり、また、低い周波数では該インバータ装置から見た共振負荷回路側の力率が進み領域である。
【０００７】
すなわち、従来の制御方法では前記遅れ領域でそれぞれのインバータ装置が出力する周波数を変化させることにより、前記共振負荷回路に注入する有効電力、すなわち、鍋３又は鍋４への加熱電力を調整していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のインバータ設備の制御方法によると、図９に示す◇印の点または○印の点の周波数の高周波電力で鍋３又は鍋４への加熱電力が定格値に達するが、このときの周波数の差、または、それぞれの鍋を加熱中にそれぞれのインバータ装置が出力する周波数の差により電磁音が発生し、特に、この差が数ｋＨｚのときの電磁音が周りの人達に不快感を与えることがあった。
【０００９】
この不快感をより少なくするための第１の方策として、それぞれのインバータ装置を別々の筐体に配置し、これらをできるだけ離して設置することであるが、その結果、設置スペースの増大を招き、調理作業に支障を来し、特に、料理店などの厨房用の電磁調理器に供されることには問題がある。
【００１０】
また、前記不快感をより少なくするための第２の方策として、加熱中にそれぞれのインバータ装置が出力する周波数の差を１ｋＨｚ以下にすることであるが、共振負荷回路側の力率を遅れ領域のみで運転する従来の制御方法では、それぞれのインバータ装置が出力する周波数の差を１ｋＨｚ以下にすると、鍋の種類によっては所望の加熱電力が得られなくなり、その結果、調理時間が著しく長くなるなど調理効率を阻害する要因となることがあった。
【００１１】
この発明の目的は、上記問題点を解消するインバータ設備の制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数組の共振負荷回路それぞれに対して個別に高周波電力を供給する該複数組のインバータ装置を同一筐体内に配置してなるインバータ設備からなり、前記共振負荷回路側の力率が進み及び遅れの双方の領域に渡った周波数の高周波電力を前記インバータ装置それぞれが前記負荷回路に供給することにより、前記インバータ装置が出力する所望の高周波電力で、前記共振負荷回路を形成するそれぞれの鍋を誘導加熱するインバータ設備の制御方法において、
前記それぞれのインバータ装置が起動時に、前記インバータ装置それぞれが予め設定した所定の周波数の高周波電力を該インバータ装置のＰＷＭ制御により徐々に増大させつつ前記共振負荷回路に供給し、該負荷回路に注入される有効電力の検出値が所定の値に達したとき、その周波数のみを若干高くまたは低くした高周波電力を前記負荷回路に供給し、この高くまたは低くした周波数の高周波電力による前記有効電力の検出値の変化から前記共振負荷回路側の力率が進み領域か遅れ領域かを判定した後に、前記それぞれのインバータ装置の運転を前記所定の周波数または、この周波数より若干高くまたは低くした周波数で通常運転に移行し、通常運転移行後は、前記共振負荷回路それぞれに注入される有効電力の検出値を監視し、この有効電力の検出値がそれぞれの有効電力指令値に対して過不足 状態になったときに、前記共振負荷回路側の力率が進み領域か遅れ領域かの判定結果に基づいて、前記インバータ装置の出力する周波数の増減を行うことにより前記過不足状態を解消することを特徴とするものである。
【００１３】
この発明は下記に着目してなされたものである。
【００１４】
すなわち、インバータ装置から見た共振負荷回路側の力率が進み領域でインバータ装置を運転するときには、周知の如く、このインバータ装置の主回路を構成する自己消弧形素子と逆並列に接続されるダイオードに比較的大きな逆回復電流が流れるが、この逆回復電流を許容するインバータ装置にすることにより、前記負荷回路側の力率が進み及び遅れの双方の領域に渡った周波数の高周波電力を該インバータ装置それぞれが前記負荷回路に供給することが可能となり、従って、インバータ装置が出力する所望の高周波電力の周波数それぞれを所定の周波数差の範囲内にすることができ、その結果、先述の電磁音を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示し、同一筐体内にインバータ装置が２組配置され、それぞれのインバータ装置が電磁調理器の高周波電源に供されるときの回路構成図であり、図８に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１６】
すなわち、図１に示したインバータ設備５の回路構成が図８に示した回路構成と異なる点はインバータ主回路２４，３３に代えて、インバータ主回路５１，５２を備えていることである。
【００１７】
このインバータ主回路５１，５２を構成するＩＧＢＴと逆並列接続のダイオードには、上述の逆回復電流が許容できる定格を有するダイオード、該逆回復電流をより少なくできるファーストリカバリダイオードなどを選定し、その結果、インバータ主回路５１，５２から加熱コイル（参照符号２５又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２６，２７又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路側の力率が進み及び遅れの双方の領域に渡った周波数の高周波電力を供給可能にしている。
【００１８】
図２は、図１に示したインバータ装置において、加熱コイル（参照符号２５又は３４）と共振コンデンサ（参照符号２６，２７又は３５，３６）と鍋（参照符号３又は４）とからなる共振負荷回路に供給される高周波電力の周波数と該負荷回路に注入される有効電力との関係を示す特性図であり、例えば紙面右側の特性を鍋３側とし、紙面左側の特性を鍋４側とすると、それぞれの特性におけるピークの周波数はそれぞれの共振負荷回路の共振周波数であり、それぞれのインバータ装置から出力する周波数が前記共振周波数より高い周波数では該インバータ装置から見た共振負荷回路側の力率が遅れ領域であり、また、低い周波数では該インバータ装置から見た共振負荷回路側の力率が進み領域である。
【００１９】
すなわち、この発明の制御方法では鍋３側のインバータ装置は前記進み領域で運転し、鍋４側は前記遅れ領域で運転し、それぞれのインバータ装置が出力する周波数を所定の範囲内で、インバータ主回路５１，５２それぞれに対してＰＷＭ（パルス幅変調）制御とＰＦＭ（パルス周波数変調）制御とを併用することにより、さらに、この併用結果のＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御で得られるパルス列信号を間引きしてインバータ主回路５１又は５２を動作させることにより、前記共振負荷回路に注入する有効電力、すなわち、鍋３又は鍋４への加熱電力を広範囲に調整することができる。
【００２０】
その結果として、図２に示す◇印の点または○印の点の周波数の高周波電力で鍋３又は鍋４への加熱電力が定格値に達するが、このときの周波数の差も僅かにすることができる。
【００２１】
図３は、図１に示したインバータ設備５によるこの発明の第１の実施例を示すフローチャートである。
【００２２】
運転に先立って、このインバータ設備５の特性仕様，鍋の材質などから、２組のインバータ装置の出力周波数ｆ_o を起動時にはｆ_ref に、この周波数での前記共振負荷回路側の力率が進み，遅れを判定するために前記負荷回路へ注入する有効電力をＷ_det に、変化させる出力周波数をｆ_det （ｆ_det ＞ｆ_ref ）に予め設定しておく。
【００２３】
以下に、図３に示したフローチャートに従って、個々のインバータ装置の起動から通常運転に入るまでの動作を説明する。
【００２４】
インバータ装置が起動すると、紙面左部の流れに入り、インバータ装置は出力周波数を前記ｆ_ref でインバータ主回路５１又は５２をＰＷＭ制御により出力を徐々に増大させ、例えば、整流回路２２または３１の出力電圧の検出値と出力電流の検出値との乗算演算値に基づいて鍋３又は４の加熱電力を求め、この加熱電力が前記Ｗ_det に達するまで、インバータ主回路５１又は５１の高周波出力をＰＷＭ制御により増大させる。
【００２５】
鍋３又は４の加熱電力が前記Ｗ_det に達すると、紙面左部の流れから紙面中央部の流れに入り、インバータ装置は高周波電力値をそのままで出力周波数のみを前記ｆ_ref から前記ｆ_det にインバータ主回路５１又は５２のＰＦＭ制御により徐々に増加させ、この高くした周波数の高周波電力による前記加熱電力の検出値の変化を監視し、前記検出値が前記Ｗ_det より増大したときには前記インバータ装置が前記進み領域で運転していると判定し、また、該検出値が前記Ｗ_det より減少したときには前記遅れ領域で運転していると判定し、さらに、前記検出値に変化が認められないときには、前記共振負荷回路の共振周波数の近辺にあると判定する。
【００２６】
上述の判定が終了すると、チューニングが終了したとして、紙面右側の流れに移り、インバータ装置は出力周波数を前記ｆ_det から前記ｆ_ref にインバータ主回路５１又は５２のＰＦＭ制御により徐々に減少させ、前記ｆ_ref に達すると、紙面左部の通常電力制御に入り、前記チューニング結果と鍋３又は４の加熱を加熱電力設定値とに基づき、インバータ主回路５１又は５２のＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御を行う。
【００２７】
図４は、図１に示したインバータ設備５によるこの発明の第２の実施例を示すフローチャートである。
【００２８】
運転に先立って、このインバータ設備５の特性仕様，鍋の材質などから、２組のインバータ装置の出力周波数ｆ_o を起動時にはｆ_ref に、この周波数での前記共振負荷回路側の力率が進み，遅れを判定するために前記負荷回路へ注入する有効電力をＷ_det に、変化させる出力周波数をｆ_det （ｆ_det ＜ｆ_ref ）に予め設定しておく。
【００２９】
すなわち図４に示したフローチャートによる実施例が、図３に示したフローチャートによる実施例と異なる点は周波数ｆ_det がｆ_det ＜ｆ_ref の関係にあり、従って、インバータ装置が出力する高周波電力による前記加熱電力の検出値の変化に対する領域の判定が先述の図３のフローチャートとは逆である。
【００３０】
図５は、図１に示したインバータ設備５によるこの発明の第３の実施例を示すフローチャートである。
【００３１】
運転に先立って、このインバータ設備５の特性仕様，鍋の材質などから、２組のインバータ装置の出力周波数ｆ_o を起動時にはｆ_ref に、この周波数での前記共振負荷回路側の力率が進み，遅れを判定するためにインバータ主回路５１又は５２を構成するいずれか一方のＩＧＢＴのオン，オフの際の時比率λを予め設定した値に、変化させる周波数をｆ_det （ｆ_det ＞ｆ_ref ）にしておく。
【００３２】
ここで、時比率λは前記ＩＧＢＴの〔オン時間／（オン時間＋オフ時間）〕で定義される値である。
【００３３】
以下に、図５に示したフローチャートに従って、個々のインバータ装置の起動から通常運転に入るまでの動作を説明する。
【００３４】
インバータ装置が起動すると、紙面左部の流れに入り、インバータ装置は出力周波数を前記ｆ_ref でインバータ主回路５１又は５２をＰＷＭ制御により、前記時比率λの設定値に達するまで、高周波電力を徐々に増大させ、例えば、整流回路２２または３１の出力電圧の検出値と出力電流の検出値との乗算演算値に基づいて、前記時比率λの設定値に達したときの鍋３又は４の加熱電力を求め、この加熱電力をＷ_det として記憶しておく。
【００３５】
インバータ主回路５１又は５２が前記時比率λの設定値に達すると、紙面左部の流れから紙面中央部の流れに入り、インバータ装置は高周波電力値をそのままで出力周波数のみを前記ｆ_ref から前記ｆ_det にインバータ主回路５１又は５２のＰＦＭ制御により徐々に増加させ、この高くした周波数の高周波電力による前記加熱電力の検出値の変化を監視し、前記検出値が前記Ｗ_det より増大したときには前記インバータ装置が前記進み領域で運転していると判定し、また、該検出値が前記Ｗ_det より減少したときには前記遅れ領域で運転していると判定し、さらに、前記検出値に変化が認められないときには、前記共振負荷回路の共振周波数の近辺にあると判定する。
【００３６】
上述の判定が終了すると、チューニングが終了したとして、紙面右側の流れに移り、インバータ装置は出力周波数を前記ｆ_det から前記ｆ_ref にインバータ主回路５１又は５２のＰＦＭ制御により徐々に減少させ、前記ｆ_ref に達すると、紙面左部の通常電力制御に入り、前記チューニング結果と鍋３又は４の加熱を加熱電力設定値とに基づき、インバータ主回路５１又は５２のＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御を行う。
【００３７】
図６は、図１に示したインバータ設備５によるこの発明の第４の実施例を示すフローチャートである。
【００３８】
運転に先立って、このインバータ設備５の特性仕様，鍋の材質などから、２組のインバータ装置の出力周波数ｆ_o を起動時にはｆ_ref に、この周波数での前記共振負荷回路側の力率が進み，遅れを判定するためにインバータ主回路５１又は５２を構成するいずれか一方のＩＧＢＴのオン，オフの際の時比率λを予め設定した値に、変化させる周波数ｆ_det （ｆ_det ＜ｆ_ref ）にしておく。
【００３９】
すなわち図６に示したフローチャートによる実施例が、図５に示したフローチャートによる実施例と異なる点は周波数ｆ_det がｆ_det ＜ｆ_ref の関係にあり、従って、インバータ装置が出力する高周波電力による前記加熱電力の検出値の変化に対する領域の判定が先述の図５のフローチャートとは逆である。
【００４０】
図７は、図１に示したインバータ設備５によるこの発明の第５の実施例を示すフローチャートである。
【００４１】
運転に先立って、このインバータ設備５の特性仕様，鍋の材質などから、２組のインバータ装置の出力周波数ｆ_o を起動時にはｆ_ref に、この周波数での前記共振負荷回路側の力率が進み，遅れを判定するために前記負荷回路へ注入する有効電力をＷ_det に、変化させる出力周波数をｆ_det （ｆ_det ＜ｆ_ref 又はｆ_det ＞ｆ_ref ）に予め設定しておく。
【００４２】
すなわち図７に示したフローチャートによる実施例が、図３又は図４に示したフローチャートによる実施例と異なる点は、前述のチューニングが終了した後、紙面左部の通常電力制御に入り、前記チューニング結果と前記ｆ_det と鍋３又は４の加熱を加熱電力設定値とに基づき、インバータ主回路５１又は５２のＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御を行うことである。
【００４３】
その結果、インバータ主回路５１又は５２の出力周波数ｆ_o を前記ｆ_det から前記ｆ_ref に戻す時間が省略されるので、前記チューニング時間が短縮され、このインバータ設備５の起動から通常運転に入るまでの出力周波数ｆ_o の変化も滑らかになる。
【００４４】
なお図１に示した実施の形態回路は、それぞれのインバータ装置として、ハーフブリッジ方式で共振コンデンサを2個用いた電圧形インバータ装置の例を示したが、フルブリッジ方式の電圧形インバータ装置、直流入力の中性点電位を利用したハーフブリッジ方式の電圧形インバータ装置などでも、この発明の制御方法を実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明によれば、複数組の共振負荷回路それぞれに対して個別に高周波電力を供給する該複数組のインバータ装置を同一筐体内に配置してなるインバータ設備において、起動時に前記負荷回路に注入される有効電力の微小な変化から、前記負荷回路の運転位相をチューニングし、その後、通常の運転に入り、ＰＷＭ制御により有効電力の調整を行ない、該有効電力の最大付近及び最小付近においてはＰＷＭ制御とＰＦＭ制御の併用、さらに、この併用結果のＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御で得られるパルス列信号を間引きしてインバータ装置を動作させることにより、前記共振負荷回路に注入する有効電力の広範囲な調整と、先述の電磁音の解消とが可能になる。
【００４６】
その結果、誘導加熱される鍋の中の被加熱物が多彩で、その加熱電力も広範囲にわたる業務用の電磁調理器のインバータ設備として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態を示すインバータ設備の回路構成図
【図２】 図１の動作を説明する特性図
【図３】 この発明の第１の実施例を示すフローチャート
【図４】 この発明の第２の実施例を示すフローチャート
【図５】 この発明の第３の実施例を示すフローチャート
【図６】 この発明の第４の実施例を示すフローチャート
【図７】 この発明の第５の実施例を示すフローチャート
【図８】 従来例を示すインバータ装置の回路構成図
【図９】 図８の動作を説明する特性図
【符号の説明】
１…交流電源、２，５…インバータ設備、３，４…鍋、２１…ノイズフィルタ、２２，３１…整流回路、２３，３２…コンデンサ、２４，３３…インバータ主回路、２５，３４…加熱コイル、２６，２７，３５，３６…共振コンデンサ、５１，５２…インバータ主回路。

Claims (1)

1. 複数組の共振負荷回路それぞれに対して個別に高周波電力を供給する該複数組のインバータ装置を同一筐体内に配置してなるインバータ設備からなり、前記共振負荷回路側の力率が進み及び遅れの双方の領域に渡った周波数の高周波電力を前記インバータ装置それぞれが前記負荷回路に供給することにより、前記インバータ装置が出力する所望の高周波電力で、前記共振負荷回路を形成するそれぞれの鍋を誘導加熱するインバータ設備の制御方法において、
   前記それぞれのインバータ装置が起動時に、前記インバータ装置それぞれが予め設定した所定の周波数の高周波電力を該インバータ装置のＰＷＭ制御により徐々に増大させつつ前記共振負荷回路に供給し、該負荷回路に注入される有効電力の検出値が所定の値に達したとき、その周波数のみを若干高くまたは低くした高周波電力を前記負荷回路に供給し、この高くまたは低くした周波数の高周波電力による前記有効電力の検出値の変化から前記共振負荷回路側の力率が進み領域か遅れ領域かを判定した後に、前記それぞれのインバータ装置の運転を前記所定の周波数または、この周波数より若干高くまたは低くした周波数で通常運転に移行し、通常運転移行後は、前記共振負荷回路それぞれに注入される有効電力の検出値を監視し、この有効電力の検出値がそれぞれの有効電力指令値に対して過不足状態になったときに、前記共振負荷回路側の力率が進み領域か遅れ領域かの判定結果に基づいて、前記インバータ装置の出力する周波数の増減を行うことにより前記過不足状態を解消することを特徴とするインバータ設備の制御方法。

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