JP5074535B2 - Induction melting furnace controller - Google Patents

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JP5074535B2 JP2010004273A JP2010004273A JP5074535B2 JP 5074535 B2 JP5074535 B2 JP 5074535B2 JP 2010004273 A JP2010004273 A JP 2010004273A JP 2010004273 A JP2010004273 A JP 2010004273A JP 5074535 B2 JP5074535 B2 JP 5074535B2
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Description

炉壁の外周に設けられた加熱コイルに電力供給手段を介して電力を供給することにより炉内に収納された被溶解材を溶解させる誘導溶解炉の制御装置に関する。   The present invention relates to a control apparatus for an induction melting furnace that melts a material to be melted stored in a furnace by supplying electric power to a heating coil provided on the outer periphery of the furnace wall through power supply means.

従来、この種の誘導溶解炉の制御装置としては、下記特許文献1に示すように、インバータと加熱コイルの間に接続されたタップ付変圧器を有する負荷整合回路と、この変圧器のタップを切り替えるマッチング調整機構とを備え、マッチング調整機構は、インバータの出力電圧及び出力電流を読み込み適正タップを求める演算部と、前記変圧器のタップ値が求めた適正タップとなるようにタップを切り替えるタップ切替回路とにより構成した制御装置が知られている。   Conventionally, as a control device for this type of induction melting furnace, as shown in the following Patent Document 1, a load matching circuit having a transformer with a tap connected between an inverter and a heating coil, and a tap of this transformer are used. A matching adjustment mechanism for switching, the matching adjustment mechanism reads the output voltage and output current of the inverter and obtains an appropriate tap, and tap switching for switching the tap so that the tap value of the transformer is the determined appropriate tap. A control device constituted by a circuit is known.

かかる制御装置によれば、インバータの出力電圧V及び出力電流Iを取り込み、VとIとの比を演算して負荷(被加熱部材)特性の傾きK(=I/V)を求める演算を行い、求めたKと予め設定してある負荷特性の傾きK1〜K4とタップ値T1〜T3とを比較して適正タップ値に切り替えることで、インピーダンス整合をとることができる。 According to such a control device, the output voltage V and the output current I of the inverter are taken in, the ratio of V and I is calculated, and the calculation of the slope K (= I / V) of the load (heated member) characteristic is performed. The impedance matching can be achieved by comparing the obtained K with the inclinations K 1 to K 4 of the preset load characteristics and the tap values T 1 to T 3 and switching to the appropriate tap values.

特開平10−241846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-24184

しかしながら、従来の誘導溶解炉の制御装置では、切換可能なタップ数は有限であること、および、タップの切換は、電源のOFF等の処理を伴うことなど応答速度が遅いことから、負荷インピーダンスが変化する誘導溶解炉のインピーダンス整合では、高精度にインピーダンス整合を行うことは困難であった。   However, in the conventional induction melting furnace control device, the number of taps that can be switched is finite, and the switching of taps is accompanied by processing such as turning off the power supply, resulting in a slow response speed. In impedance matching of a changing induction melting furnace, it is difficult to perform impedance matching with high accuracy.

以上の事情に鑑みて、本発明は、負荷インピーダンスに応じて高精度にインピーダンス整合を行うことができる誘導溶解炉の制御装置を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a control device for an induction melting furnace capable of performing impedance matching with high accuracy according to load impedance.

上記目的を達成するために、第1発明の誘導溶解炉の制御装置は、炉壁の外周に設けられた加熱コイルに電力供給手段を介して電力を供給することにより炉内に収納された被加熱材を溶解させる誘導溶解炉の制御装置であって、
前記電力供給手段の前記加熱コイルへの電力供給状態から負荷インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
逆並列接続された半導体スイッチング素子を介して前記電力供給手段に接続されると共に、前記加熱コイルに並列に接続された補助コイルと、
前記インピーダンス算出手段により算出される負荷インピーダンスに応じて、前記半導体スイッチング素子を制御することにより、前記負荷インピーダンスと前記電力供給手段の電源インピーダンスとのインピーダンス整合を行うスイッチ制御手段とを備え
前記スイッチ制御手段は、前記インピーダンス算出手段により算出された負荷インピーダンスが、前記電源インピーダンスよりも小さい場合に、前記補助コイルへの出力を高めるように前記半導体スイッチング素子を制御すると共に、前記負荷インピーダンスが前記電源インピーダンスよりも大きい場合に、前記補助コイルへの出力を低めるように前記半導体スイッチング素子を制御することにより、前記インピーダンス整合を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the control apparatus for an induction melting furnace according to the first aspect of the present invention is configured to supply power through a power supply means to a heating coil provided on the outer periphery of the furnace wall, so that the object stored in the furnace. A control device for an induction melting furnace for melting a heating material,
Impedance calculation means for calculating a load impedance from the power supply state to the heating coil of the power supply means;
An auxiliary coil connected to the power supply means via a semiconductor switching element connected in reverse parallel and connected in parallel to the heating coil;
Switch control means for performing impedance matching between the load impedance and the power supply impedance of the power supply means by controlling the semiconductor switching element according to the load impedance calculated by the impedance calculation means ;
The switch control means controls the semiconductor switching element to increase the output to the auxiliary coil when the load impedance calculated by the impedance calculation means is smaller than the power supply impedance, and the load impedance is The impedance matching is performed by controlling the semiconductor switching element so as to reduce the output to the auxiliary coil when the impedance is larger than the power supply impedance .

第1発明の誘導溶解炉の制御装置によれば、経時的に負荷インピーダンスが変化した場合に、これに応じて半導体スイッチング素子を制御することにより、補助コイルに掛かる印加電圧を可変させて補助コイルのインピーダンスを変化させることができる。これにより、補助コイルと負荷インピーダンスとの合成インピーダンスを電源インピーダンスに整合させることができる。そのため、タップ切換によるインピーダンス整合を行う場合と異なり、迅速かつ高精度に、負荷インピーダンスと電源インピーダンスとのインピーダンス整合を行うことができる。   According to the control apparatus for the induction melting furnace of the first invention, when the load impedance changes with time, the applied voltage applied to the auxiliary coil is varied by controlling the semiconductor switching element in accordance with this, thereby changing the auxiliary coil. The impedance can be changed. Thereby, the combined impedance of the auxiliary coil and the load impedance can be matched with the power source impedance. Therefore, unlike impedance matching by tap switching, impedance matching between the load impedance and the power source impedance can be performed quickly and with high accuracy.

さらに、第1発明の誘導溶解炉の制御装置によれば、補助コイルのインピーダンス(R1)と加熱コイルのインピーダンス(R2)から、これらの合成コイルのインピーダンス(R3)は、R3=R2×R1/(R1+R2)のように表わされる。かかる合成コイルのインピーダンス(R3)は、補助コイルのインピーダンス(R1)を加熱コイルのインピーダンス(R2)に対して変化させることにより、可変値となる。そのため、負荷インピーダンスの変化を相殺するように補助コイルのインピーダンス(R1)をスイッチング素子を介して変化させることにより、合成コイルのインピーダンス(R3)を電源インピーダンスに高精度に整合させることができる。 Furthermore, according to the control apparatus for the induction melting furnace of the first invention, from the impedance (R1) of the auxiliary coil and the impedance (R2) of the heating coil, the impedance (R3) of these combined coils is R3 = R2 × R1 / It is expressed as (R1 + R2). The impedance (R3) of the synthetic coil becomes a variable value by changing the impedance (R1) of the auxiliary coil with respect to the impedance (R2) of the heating coil. Therefore, by changing the impedance (R1) of the auxiliary coil via the switching element so as to cancel the change of the load impedance, the impedance (R3) of the combined coil can be matched with the power supply impedance with high accuracy.

誘導溶解炉の全体的な構成を示す構成図。The block diagram which shows the whole structure of an induction melting furnace. 図1の等価回路を示す説明図。Explanatory drawing which shows the equivalent circuit of FIG. コントローラによる処理内容を示す説明図。Explanatory drawing which shows the processing content by a controller.

図1を参照して、本実施形態の誘導溶解炉の制御装置について説明する。誘導溶解炉は、溶解炉本体X内に収納された被加熱材Yを溶解させるものである。   With reference to FIG. 1, the control apparatus of the induction melting furnace of this embodiment is demonstrated. The induction melting furnace melts the material to be heated Y accommodated in the melting furnace body X.

具体的に、誘導溶解炉の制御装置は、電源1と、高圧受電盤2と、高調波フィルタ3と、変換装置用変圧器4と、高周波インバータ5と、高周波整合装置6と、サイリスタスイッチ7と、コイル8と、コントローラ10とを備える。   Specifically, the induction melting furnace control device includes a power source 1, a high-voltage power receiving panel 2, a harmonic filter 3, a converter transformer 4, a high-frequency inverter 5, a high-frequency matching device 6, and a thyristor switch 7. A coil 8 and a controller 10.

電源1は、定格の交流電源であって、高圧受電盤2に接続されている。   The power source 1 is a rated AC power source and is connected to the high voltage power receiving panel 2.

高圧受電盤2は、誘導加熱装置への電源通電・停止と故障発生時の電源遮断を行う装置であって、パワーヒューズ21と、遮断機22と、計器用変流器23と、計器用変圧器24とを備える。   The high-voltage power receiving panel 2 is a device that energizes / stops the power supply to the induction heating device and shuts off the power supply when a failure occurs. The power fuse 21, the circuit breaker 22, the current transformer 23, and the instrument transformer And a container 24.

パワーヒューズ21は、短絡事故時に電流遮断する手段であって、遮断機22は、電源の通電と停止に伴う開閉動作を行う。   The power fuse 21 is means for interrupting a current in the event of a short circuit accident, and the circuit breaker 22 performs an opening / closing operation associated with energization and stop of the power source.

高調波フィルタ3は、高圧受電盤2に接続され、高周波インバータ5から高調波電流が電力系統に流出しないように抑制する装置であって、限流リアクトル31と、直列リアクトル32と、高調波コンデンサ33とから構成される。   The harmonic filter 3 is a device that is connected to the high-voltage power receiving panel 2 and suppresses harmonic current from flowing out from the high-frequency inverter 5 to the power system, and includes a current-limiting reactor 31, a series reactor 32, and a harmonic capacitor. 33.

変換装置用変圧器4は、高調波フィルタ3に接続され、高周波インバータ5が所定の出力電圧を出力するために、高周波インバータ5への入力電圧を調整する。   The converter transformer 4 is connected to the harmonic filter 3 and adjusts the input voltage to the high-frequency inverter 5 so that the high-frequency inverter 5 outputs a predetermined output voltage.

高周波インバータ5は、変換装置用変圧器4に接続され、50Hzまたは60Hzの商用電源から任意の高周波電流を生成するための装置であって、交流/直流変換器である順変換器51と、直流/交流変換器である逆変換器52から構成され、コントローラ10からの運転・停止・出力制御信号により制御される。   The high frequency inverter 5 is connected to the converter transformer 4 and generates an arbitrary high frequency current from a commercial power supply of 50 Hz or 60 Hz, and includes a forward converter 51 that is an AC / DC converter, a direct current It is composed of an inverse converter 52 which is an AC converter, and is controlled by an operation / stop / output control signal from the controller 10.

また、高周波インバータ5には、直流リアクトル53が内蔵されており、順変換器51で生成する直流電圧に重畳するリプル成分を除去すると共に、逆変換器52やコイル8などの負荷破損時の過電流の急激な流出を抑制する。   Further, the high frequency inverter 5 has a built-in DC reactor 53, which removes ripple components superimposed on the DC voltage generated by the forward converter 51, and prevents excessive damage caused when a load such as the reverse converter 52 or the coil 8 is damaged. Suppresses sudden outflow of current.

さらに、高周波インバータ5は、故障時にコントローラ10に故障状態を伝える信号や、電圧・電流・電力・周波数といった稼動時の電気データをコントローラ10へ出力する。   Further, the high-frequency inverter 5 outputs a signal indicating a failure state to the controller 10 at the time of failure and electrical data during operation such as voltage, current, power, and frequency to the controller 10.

高周波整合装置6は、高周波インバータ5に接続され、高周波インバータ5と後述する加熱コイル8Bとのインピーダンス整合を図る装置である。高周波整合装置6は、インピーダンス整合を図るための高周波整合変圧器61と、加熱コイル8Bの遅れ力率を進み力率に補償する力率調整コンデンサ62とを備える。   The high-frequency matching device 6 is a device that is connected to the high-frequency inverter 5 and that performs impedance matching between the high-frequency inverter 5 and a heating coil 8B described later. The high-frequency matching device 6 includes a high-frequency matching transformer 61 for impedance matching, and a power factor adjusting capacitor 62 that compensates the delay power factor of the heating coil 8B with the advance power factor.

サイリスタスイッチ7は、逆並列接続された半導体スイッチング素子81,82、すなわち、正の半サイクル用サイリスタスイッチ81と、負の半サイクル用サイリスタスイッチ82とから構成され、高周波インバータ5で生成された高周波電力を任意の電気角度でON/OFFさせることにより、後述する補助コイル8Aに所望の電圧を印加させる。   The thyristor switch 7 includes semiconductor switching elements 81 and 82 connected in reverse parallel, that is, a positive half-cycle thyristor switch 81 and a negative half-cycle thyristor switch 82. A desired voltage is applied to an auxiliary coil 8A, which will be described later, by turning the power ON / OFF at an arbitrary electrical angle.

なお、これらの構成要素1〜7が、本発明の電力供給手段に相当する。   In addition, these components 1-7 are equivalent to the electric power supply means of this invention.

コイル8は、補助コイル8Aと加熱コイル8Bとを有する。補助コイル8Aは、サイリスタスイッチ7を介して高周波インバータ5側に接続され、サイリスタスイッチ7の印加電圧に応じて加熱コイル8Bとの合成コイルを変化させることにより、補助コイル8Aと加熱コイル8Bの合成インピーダンス、すなわち電源(高周波インバータ5側)から見た負荷インピーダンスを変化させる。   The coil 8 has an auxiliary coil 8A and a heating coil 8B. The auxiliary coil 8A is connected to the high-frequency inverter 5 side via the thyristor switch 7, and the synthesis coil of the auxiliary coil 8A and the heating coil 8B is changed by changing the synthesis coil with the heating coil 8B according to the applied voltage of the thyristor switch 7. Impedance, that is, load impedance viewed from the power source (high frequency inverter 5 side) is changed.

加熱コイル8Bは、高周波インバータ5から供給されれた高周波電力により、溶解炉本体X内に収納された鉄等の被加熱材Yにうず電流を発生させ、うず電流により金属材料間に発生するジュール熱で被加熱材Yを昇温させて溶解させる。   The heating coil 8B generates an eddy current in the material to be heated Y such as iron housed in the melting furnace body X by the high frequency power supplied from the high frequency inverter 5, and a joule generated between the metal materials by the eddy current. The material Y to be heated is heated to melt.

コントローラ10は、誘導溶解炉の運転・停止、出力調整等の制御を行うと共に、誘導溶解炉の制御装置としてのインピーダンス算出手段、サイリスタスイッチ7の制御を行うスイッチ制御手段としての機能を備える。   The controller 10 has a function as an impedance calculation means as a control device for the induction melting furnace and a switch control means for controlling the thyristor switch 7 as well as controlling the operation / stopping of the induction melting furnace and the output adjustment.

具体的に、コントローラ10は、高周波インバータ5から出力された電気データ信号を常時監視しており、一定の処理周期で負荷インピーダンスRを算出する。なお、負荷インピーダンスRの算出方法については、本願出願人による先行特許文献(例えば、実公平1―158097号公報)に記載されているため、詳細な説明は省略するが、これに限らず、加熱コイル8Bへ供給される高周波電力から負荷インピーダンスを算出する種々の方法が採用され得る。   Specifically, the controller 10 constantly monitors the electrical data signal output from the high-frequency inverter 5 and calculates the load impedance R at a constant processing cycle. The method for calculating the load impedance R is described in a prior patent document (for example, Japanese Utility Model Publication No. 1-158097) by the applicant of the present application, and thus a detailed description thereof is omitted. Various methods for calculating the load impedance from the high-frequency power supplied to the coil 8B can be adopted.

また、コントローラ10は、算出した負荷インピーダンスRに基づいて、サイリスタスイッチ7を動作させることのより、前述のように、補助コイル8Aと加熱コイル8Bの合成インピーダンス、すなわち電源(高周波インバータ5側)から見た負荷インピーダンスを変化させる。   Further, the controller 10 operates the thyristor switch 7 based on the calculated load impedance R, and as described above, from the combined impedance of the auxiliary coil 8A and the heating coil 8B, that is, from the power source (high frequency inverter 5 side). Change the viewed load impedance.

なお、コントローラ10は、かかる制御処理を実行するプログラムが図示しないメモリに記憶保持され、必要なプログラムがメモリから読み出されることにより、制御処理を実行するための演算装置(シーケンサ)として機能する。   The controller 10 functions as an arithmetic unit (sequencer) for executing the control process by storing and holding a program for executing the control process in a memory (not shown) and reading the necessary program from the memory.

また、コントローラ10を構成する各手段は、CPU,ROM、RAM等のハードウェアにより構成されているが、これらの各手段は共通のハードウェアによって構成されていてもよく、これらの各手段の一部又は全部が、異なるハードウェアによって構成されていてもよい。   Further, each means constituting the controller 10 is configured by hardware such as a CPU, a ROM, and a RAM. However, each of these means may be configured by common hardware. A part or all may be comprised by different hardware.

次に、図2および図3を参照して、コントローラ10によるサイリスタスイッチ7の動作制御について説明する。   Next, operation control of the thyristor switch 7 by the controller 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

まず、図2に等価回路を示すように、図1の誘導溶解炉は、交流電源に対して、補助コイル8Aと、加熱コイル8Bとが並列に接続されており、補助コイル8Aと交流電源との間には補助コイル8Aへの印加電圧を調整するためのサイリスタ7が設けられている。   First, as shown in an equivalent circuit in FIG. 2, in the induction melting furnace of FIG. 1, an auxiliary coil 8A and a heating coil 8B are connected in parallel to an AC power source. A thyristor 7 is provided for adjusting the voltage applied to the auxiliary coil 8A.

かかる構成において、補助コイル8AのインピーダンスをR1、加熱コイル8BのインピーダンスをR2とすると、これらを1つのコイルとした場合の合成コイルのインピーダンスR3は、
R3=R2×R1/(R1+R2) ・・・・・・(式1)
のように表わされる。
In such a configuration, assuming that the impedance of the auxiliary coil 8A is R1 and the impedance of the heating coil 8B is R2, the impedance R3 of the combined coil when these are one coil is:
R3 = R2 × R1 / (R1 + R2) (Equation 1)
It is expressed as

ここで、加熱コイル8BのインピーダンスR2が、誘導溶解炉の負荷インピーダンスに相当し、この負荷インピーダンスは、図3に示すように、時間変化する。   Here, the impedance R2 of the heating coil 8B corresponds to the load impedance of the induction melting furnace, and this load impedance changes with time as shown in FIG.

図3は、横軸を時間とし、縦軸にインピーダンス(%R)とした各インピーダンスの時間変化を示す。ここで、縦軸のインピーダンス(%R)は、定格電力かつ定格電圧時の負荷インピーダンスを100%R(=V/P)とするものである。 FIG. 3 shows the time variation of each impedance with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing impedance (% R). Here, the impedance (% R) on the vertical axis is set so that the load impedance at the rated power and the rated voltage is 100% R (= V 2 / P).

加熱コイル8BのインピーダンスR2は、時刻tで溶解を開始すると、低インピーダンス状態から、被加熱材Yの温度上昇に従って上昇し、時刻tを経過すると、高インピーダンス状態となってピーク値となった後に下降する。そして、加熱コイル8BのインピーダンスR2は、時刻tを経過すると、再び低インピーダンス状態となり、やがて、100%Rに近づき、時刻tで被加熱材Yがすべて溶けて溶解が完了する。 Impedance R2 of the heating coil 8B starts the dissolution at time t 0, the low impedance state, increases as the temperature increase of the material to be heated Y, when the elapsed time t 1, a peak value becomes a high impedance state After descending. Then, the impedance R2 of the heating coil 8B, when elapsed time t 2, the becomes low impedance state again, eventually, approaches 100% R, dissolved melted material to be heated Y all is completed at time t 3.

このように、加熱コイル8BのインピーダンスR2である負荷インピーダンスが、低インピーダンス状態や高インピーダンス状態では、電源の定格電力が加熱コイル8Bに印加し難くなる。すなわち、低インピーダンス状態では、電流が流れ易い状態となり、電流リミットが機能してインバータ出力電圧を抑えることで定格電流を超過しないように制御される。一方、高インピーダンス状態では、電流が流れ難く、電圧が上昇する。そして、低インピーダンス状態および高インピーダンス状態のいずれの場合にも、負荷インピーダンスが電源インピーダンスと整合せず、最大印加電力を加熱コイル8Bに印加することはできない。   Thus, when the load impedance, which is the impedance R2 of the heating coil 8B, is in a low impedance state or a high impedance state, it is difficult to apply the rated power of the power source to the heating coil 8B. That is, in the low impedance state, the current easily flows, and the current limit functions to control the inverter output voltage so that the rated current is not exceeded. On the other hand, in a high impedance state, current hardly flows and the voltage rises. In either of the low impedance state and the high impedance state, the load impedance does not match the power source impedance, and the maximum applied power cannot be applied to the heating coil 8B.

そこで、上記のような、加熱コイル8BのインピーダンスR2の時間変化に対して、コントローラ10は、サイリスタスイッチ7を介して補助コイル8Aの印加電圧を変化させ、補助コイル8AのインピーダンスR1を、図3に示すように、変化させる。すなわち、補助コイル8AのインピーダンスR1を、このR1目標値を基準として、加熱コイル8BのインピーダンスR2の時間変化と逆位相となるように変化させる。これにより、合成コイルのインピーダンスR3は、図3に示すように、溶解の初期段階から100%Rにすることができる。   Therefore, the controller 10 changes the applied voltage of the auxiliary coil 8A via the thyristor switch 7 with respect to the time change of the impedance R2 of the heating coil 8B as described above, and the impedance R1 of the auxiliary coil 8A is changed as shown in FIG. As shown. That is, the impedance R1 of the auxiliary coil 8A is changed so as to have an opposite phase to the time change of the impedance R2 of the heating coil 8B with reference to the R1 target value. Thereby, the impedance R3 of the synthetic coil can be set to 100% R from the initial stage of melting as shown in FIG.

次に、合成コイルのインピーダンスR3の具体的な調整方法について説明する。   Next, a specific method for adjusting the combined coil impedance R3 will be described.

まず、サイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を絞って0にした場合には、合成コイルのインピーダンスR3は、加熱コイル8BのインピーダンスR2となるため、R3=R2となる。これを第1状態とする
一方、サイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を、加熱コイル8Bの印か電圧の33%に絞ると、補助コイルのインピーダンスR1は、
R1=R2×(1/0.33)≒9R2
となる。これを上記式1に代入すると、合成コイルのインダクタンスR3は、
R3=R2×9R2(9R2+R2)=0.9R2
となる。これを第2状態とする。
First, when the voltage applied to the auxiliary coil 8A is reduced to 0 by the thyristor switch 7, the combined coil impedance R3 becomes the impedance R2 of the heating coil 8B, and therefore R3 = R2. On the other hand, when the applied voltage of the auxiliary coil 8A is reduced to 33% of the mark of the heating coil 8B by the thyristor switch 7, the impedance R1 of the auxiliary coil is
R1 = R2 × (1 / 0.33) 2 ≈ 9R2
It becomes. Substituting this into the above equation 1, the inductance R3 of the composite coil is
R3 = R2 × 9R2 (9R2 + R2) = 0.9R2
It becomes. This is the second state.

さらに、サイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を、加熱コイル8Bの印か電圧の50%に絞ると、補助コイルのインピーダンスR1は、
R1=R2×(1/0.5)≒4R2
となる。これを上記式1に代入すると、合成コイルのインダクタンスR3は、
R3=R2×4R2(4R2+R2)=0.8R2
となる。これを第3状態とする。
Further, when the applied voltage of the auxiliary coil 8A is reduced to 50% of the mark of the heating coil 8B by the thyristor switch 7, the impedance R1 of the auxiliary coil is
R1 = R2 × (1 / 0.5) 2 ≈4R2
It becomes. Substituting this into the above equation 1, the inductance R3 of the composite coil is
R3 = R2 × 4R2 (4R2 + R2) = 0.8R2
It becomes. This is the third state.

ここで、第2状態を基準となる前記R1目標値として、負荷インピーダンス(加熱コイル8BのインピーダンスR2)が変化した場合の特性について説明する。   Here, the characteristics when the load impedance (impedance R2 of the heating coil 8B) changes using the second state as the reference R1 target value will be described.

まず、負荷インピーダンスが低インピーダンス状態の場合、例えば、90%Rの場合に、コントローラ10は、第2状態から第1状態へサイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を変化させる。このとき、合成コイルのインダクタンスR3は、0.9R2から1.0R2へ変化する。すなわち、R3は、1.0/0.9倍≒1.1倍に変化する。   First, when the load impedance is in a low impedance state, for example, 90% R, the controller 10 changes the voltage applied to the auxiliary coil 8A by the thyristor switch 7 from the second state to the first state. At this time, the inductance R3 of the composite coil changes from 0.9R2 to 1.0R2. That is, R3 changes to 1.0 / 0.9 times≈1.1 times.

これにより、負荷インピーダンスが低インピーダンスであっても、これを補うように、合成コイルとしての負荷インピーダンスを90%R×1.1≒100%Rとすることができる。   As a result, even if the load impedance is low, the load impedance of the combined coil can be 90% R × 1.1≈100% R so as to compensate for this.

一方、負荷インピーダンスが高インピーダンス状態の場合、例えば、110%Rの場合に、コントローラ10は、第2状態から第3状態へサイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を変化させる。このとき、合成コイルのインダクタンスR3は、0.9R2から0.8R2へ変化する。すなわち、R3は、0.8/0.9倍≒0.9倍に変化する。   On the other hand, when the load impedance is in a high impedance state, for example, 110% R, the controller 10 changes the voltage applied to the auxiliary coil 8A by the thyristor switch 7 from the second state to the third state. At this time, the inductance R3 of the composite coil changes from 0.9R2 to 0.8R2. That is, R3 changes to 0.8 / 0.9 times≈0.9 times.

これにより、負荷インピーダンスが高インピーダンスであっても、これを相殺するように、合成コイルとしての負荷インピーダンスを110%R×0.9≒100%Rとすることができる。   Thereby, even if the load impedance is high impedance, the load impedance as the combined coil can be set to 110% R × 0.9≈100% R so as to cancel out this.

このようにして、負荷インピーダンスの状態に応じてサイリスタスイッチ7により補助コイル8Aの印加電圧を変化させることにより、タップの切換等を不要として、補助コイル8Aと加熱コイル8Bの合成インピーダンス、すなわち電源(高周波インバータ5側)から見た負荷インピーダンスを変化させて、電源インピーダンスと高精度にインピーダンス整合を図ることができる。これにより、最大印加電力で被加熱材Yを加熱溶解させることができ、溶解終了時刻tを大幅に短縮することができる。 In this way, by changing the applied voltage of the auxiliary coil 8A by the thyristor switch 7 according to the state of the load impedance, it is not necessary to switch taps, and the combined impedance of the auxiliary coil 8A and the heating coil 8B, that is, the power source ( The load impedance viewed from the high-frequency inverter 5 side) can be changed to achieve impedance matching with the power supply impedance with high accuracy. Thus, it is possible to heat dissolved material to be heated Y at the maximum applied power, the dissolution completion time t 3 can be greatly shortened.


1…電源、2…高圧受電盤、3…高調波フィルタ、4…変換装置用電圧器、5…高周波インバータ、6…高周波整合装置、7…サイリスタスイッチ(半導体スイッチング素子)、8…コイル、8A…補助コイル、8B…加熱コイル、10…コントローラ(インピーダンス算出手段、スイッチ制御手段)、X…溶解炉本体、Y…被加熱材。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply, 2 ... High voltage receiving board, 3 ... Harmonic filter, 4 ... Voltage device for converters, 5 ... High frequency inverter, 6 ... High frequency matching device, 7 ... Thyristor switch (semiconductor switching element), 8 ... Coil, 8A ... auxiliary coil, 8B ... heating coil, 10 ... controller (impedance calculation means, switch control means), X ... melting furnace body, Y ... heated material.

Claims (1)

炉壁の外周に設けられた加熱コイルに電力供給手段を介して電力を供給することにより炉内に収納された被加熱材を溶解させる誘導溶解炉の制御装置であって、
前記電力供給手段の前記加熱コイルへの電力供給状態から負荷インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
逆並列接続された半導体スイッチング素子を介して前記電力供給手段に接続されると共に、前記加熱コイルに並列に接続された補助コイルと、
前記インピーダンス算出手段により算出される負荷インピーダンスに応じて、前記半導体スイッチング素子を制御することにより、前記負荷インピーダンスと前記電力供給手段の電源インピーダンスとのインピーダンス整合を行うスイッチ制御手段とを備え
前記スイッチ制御手段は、前記インピーダンス算出手段により算出された負荷インピーダンスが、前記電源インピーダンスよりも小さい場合に、前記補助コイルへの出力を高めるように前記半導体スイッチング素子を制御すると共に、前記負荷インピーダンスが前記電源インピーダンスよりも大きい場合に、前記補助コイルへの出力を低めるように前記半導体スイッチング素子を制御することにより、前記インピーダンス整合を行うことを特徴とする誘導溶解炉の制御装置。
A control device for an induction melting furnace that melts a material to be heated stored in the furnace by supplying electric power to the heating coil provided on the outer periphery of the furnace wall through power supply means,
Impedance calculation means for calculating a load impedance from the power supply state to the heating coil of the power supply means;
An auxiliary coil connected to the power supply means via a semiconductor switching element connected in reverse parallel and connected in parallel to the heating coil;
Switch control means for performing impedance matching between the load impedance and the power supply impedance of the power supply means by controlling the semiconductor switching element according to the load impedance calculated by the impedance calculation means ;
The switch control means controls the semiconductor switching element to increase the output to the auxiliary coil when the load impedance calculated by the impedance calculation means is smaller than the power supply impedance, and the load impedance is The induction melting furnace control apparatus , wherein the impedance matching is performed by controlling the semiconductor switching element so as to reduce the output to the auxiliary coil when the power impedance is larger than the power source impedance .
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