JP5296949B1 - 誘導加熱方法 - Google Patents
誘導加熱方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5296949B1 JP5296949B1 JP2013513880A JP2013513880A JP5296949B1 JP 5296949 B1 JP5296949 B1 JP 5296949B1 JP 2013513880 A JP2013513880 A JP 2013513880A JP 2013513880 A JP2013513880 A JP 2013513880A JP 5296949 B1 JP5296949 B1 JP 5296949B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- induction heating
- phase angle
- phase
- self
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 189
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 169
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 34
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
【解決手段】被加熱物を加熱し、電流の供給により相互誘導を生じさせる複数の加熱コイルのそれぞれに、周波数を一致させた電流を投入する共振型高周波電源を接続した複数の自己共振回路を備えた誘導加熱装置による誘導加熱方法であって、システム内インピーダンスの位相を合致させ、できるだけこの位相を小さくする。起動時から電流の位相差を零に近似させることができるインバータ位相にする。インバータ位相を一定範囲に制御するために、周波数及び電流値制御を行う。
【選択図】図1
Description
そして、高効率、高力率で、高速応答性に優れ、コンパクトで経済的な相互誘導環境下においても均一加熱を実現できる誘導加熱装置による誘導加熱方法を構築する。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記周波数の制御は、前記自己共振回路の共振周波数よりも高い値の範囲内で行うようにすると良い。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法において、電流の供給により相互誘導を生じさせる隣接配置された加熱コイルへの給電路に、それぞれ逆結合インダクタンスを接続することで前記第1の比または前記第1の位相角を減少させるようにすると良い。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記第1の比または前記第1の位相角を予め定められた目標値に合わせるように調整し、当該目標値に前記第2の比または前記第2の位相角を一致させるようにすることもできる。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記逆結合インダクタンスを構成する自己インダクタンスを調整して前記第2の比又は前記第2の位相角を目標値に合わせるように調整し、または前記自己インダクタンスの結合係数を調整して前記第1の比または前記第2の比を目標値に合わせるように調整するようにしても良い。
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記位相、前記位相角、および前記位相差を周波数に対応する時間に換算して設定、調整、または制御しても良い。
さらに、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記検出、前記設定、および前記制御は、コンピュータプログラム、またはプログラマブルデバイスを介して行うようにしても良い。
少なくとも2つの加熱コイルにそれぞれ接続され、各加熱コイルに電流を供給することにより相互誘導を生じさせる自己共振回路では、相互誘導電圧の影響により各自己共振回路には、共振型高周波電源としてのインバータの出力と逆向きとなる電力が投入される。このため、出力電圧と出力電流の位相が大きく変化する。そして、位相角が小さくなりすぎた場合には、ZVS(Zero Voltage Switching:電圧型インバータ使用時)や、ZCS(Zero Current Switching:電流型インバータ使用時)といった電圧制御、電流制御ができなくなってしまい、出力電力の制御が困難となる。一方、位相角が大きくなりすぎた場合には、各インバータにおけるスイッチングロスが大きくなり、極端にエネルギー効率が悪くなってしまう。また、時には両者の位相差が90度を超え、制御不能となることもある。このため、電流と電圧の位相角は、ZVS制御やZCS制御が可能であり、かつできるだけ変動が小さく、小さな値とすることが、安定した高効率運転に繋がることとなる。
・・・(数式1)
・・・(数式2)
数式1、2において、位相角θに関し、θs1=θs2=θm=θとした場合、数式3、4を得ることができる。
・・・(数式3)
・・・(数式4)
図2に示す誘導加熱装置10は、加熱コイル12a,12bと、インバータ(逆変換回路)14a,14b、チョッパ回路22a,22b、コンバータ(順変換回路)26、電源部30、および制御回路42a,42bを基本として構成されている。
加熱コイル12a,12bは、高周波電流を供給可能なインバータ14a,14bが接続されたコイルである。本実施形態の場合、単一の被誘導加熱部材50に対して、複数(図2に示す例では2つ)の加熱コイル12a,12bを近接配置する構成としている。このような配置構成とした場合、コイルへ電力を投入した際、隣接して配置された加熱コイル12a,12b間には、相互誘導が生ずることとなる。
制御回路42a,42bは、検出されたインバータ14a,14bからの出力電圧、および出力電流に基づいて各自己共振回路におけるインピーダンスの調整や、各インバータ14a,14b、およびチョッパ回路22a,22bに対して、制御のためのゲートパルスを与える役割を担う。なお、インバータ14a,14bに与えるゲートパルスは、スイッチング素子であるIGBT16の切換えタイミングを制御する信号であり、出力電圧Vivの位相が制御される。
各インバータにおける位相角θivの制御は、周波数調整、および/または出力電流の調整により行う。具体的には、次のような方法で行えば良い。
上記制御を行う場合、位相角θsの下限値や上限値を定めるための位相角リミッタや、出力電流Iivの下限値や上限値を定めるための電流値リミッタを定めるようにすると良い。各リミッタ値と検出値とを比較することで、制御パターンを定めることが可能となるからである。
具体的には、回路内のインピーダンスのレジスタンス成分とリアクタンス成分の比を一致させるための制御を行う。それぞれの比が一致していれば、インピーダンス|Z|の大きさが異なっていても、θに変化は無いからである。
・・・数式5
・・・数式6
と示すことができる。
・・・数式7
数式7からは、Ls1やLs2を変化させる、あるいは周波数を変化させることによりωを変化させることにより、数式7が成立することを読み取ることができる。
上記実施形態では、自己共振回路の説明として、電圧型インバータを用いた直列共振回路を挙げて説明した。しかしながら、本発明に係る誘導加熱方法を適用可能な自己共振回路は、図11に示すようなものであっても良い。
図11に示す誘導加熱装置10aでは、誘導加熱装置10においてインバータ14a,14bとチョッパ回路22a,22bとの間に配設されていた平滑コンデンサ20を排除しDCL20aを配置している。また、インバータ14a1,14b1と加熱コイル12a,12bとの間に配設する共振コンデンサ40a,40bは、加熱コイル12a,12bに対して並列に配置し、並列共振回路が構成されている。なお、図11には、制御回路、インピーダンス調整手段、電流検出手段、および電圧検出手段を明示していないが、その構成については、図2に示す実施形態と同様とすれば良い。図11に示す自己共振回路の等価回路図については、図10に示す。
・・・数式8
・・・数式9
よって、インバータに与えるゲートパルスを同期させれば、インバータ電流Iiv1とIiv2の位相が同期し、コイル電流Il1とIl2の位相を同期させることができる。
また、図11に示す自己共振回路には、逆結合インダクタンスが設けられていないが、電圧型インバータを採用する場合と同様に、逆結合インダクタンスを設けた回路であっても、本発明を適用することができる(図12:等価回路、図13:一例を示す回路図)。
Claims (24)
- 被加熱物を加熱し、電流の供給により相互誘導を生じさせる複数の加熱コイルのそれぞれに、周波数を一致させた電流を供給する共振型高周波電源を接続した複数の自己共振回路を備えた誘導加熱装置による誘導加熱方法であって、
相互誘導インピーダンスのリアクタンス成分とレジスタンス成分からなる位相角と、自己共振回路のインピーダンスのリアクタンス成分とレジスタンス成分からなる位相角を合わせるように調整、または制御した後、
前記電流の位相差が零となるようにするため、および/または、前記共振型高周波電源の出力電流と出力電圧との位相角の変動を抑制するために、前記周波数および/または、前記出力電流の値を制御することを特徴とする誘導加熱方法。 - 前記誘導加熱装置を高効率運転するために、
前記相互誘導インピーダンスにおける位相角及び、前記自己共振回路のインピーダンスにおける位相角を減少させるように調整または制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱方法。 - 隣接配置された前記加熱コイルへの給電線路に逆結合インダクタンスを付加することにより、相互誘導電圧と相互誘導を生じさせるコイル電流間の位相である第1の位相角を減少させ、
前記自己共振回路の合成電圧と前記加熱コイルに供給される電流間の位相である第2の位相角を前記第1の位相角に一致させるように調整または制御することで、
前記共振型高周波電源の出力電流と出力電圧との位相角を減少させることを特徴とする請求項2に記載の誘導加熱方法。 - 被加熱物を加熱し、電流の供給により相互誘導を生じさせる複数の加熱コイルのそれぞれに、周波数を一致させた電流を供給する共振型高周波電源を接続した複数の自己共振回路を備えた誘導加熱装置による誘導加熱方法であって、
相互誘導電圧と相互誘導を生じさせるコイル電流間の位相である第1の位相角と、
自己共振回路の合成電圧と前記加熱コイルに供給される電流間の位相である第2の位相角を一致させるように調整、または制御して運転することを特徴とする誘導加熱方法。 - 被加熱物を加熱し、電流の供給により相互誘導を生じさせる複数の加熱コイルのそれぞれに、周波数を一致させた電流を供給する共振型高周波電源を接続した複数の自己共振回路を備えた誘導加熱装置による誘導加熱方法であって、
隣接する前記自己共振回路間における相互誘導インピーダンスのレジスタンス成分に対する相互誘導インピーダンスのリアクタンス成分の比である第1の比と、
前記自己共振回路における自己インピーダンスのレジスタンス成分に対する自己インピーダンスのリアクタンス成分の比である第2の比を、一致させるように調整、または制御して運転することを特徴とする誘導加熱方法。 - 前記第1の位相角と前記第2の位相角とを一致させるように、または前記第1の比と前記第2の比とを一致させるようにする調整、または制御は、前記自己共振回路のインピーダンスを調整、または制御することによって成すことを特徴とする請求項4または5に記載の誘導加熱方法。
- 前記第1の位相角と前記第2の位相角とを一致させるように、または前記第1の比と前記第2の比とを一致させるようにする調整、または制御は、前記加熱コイルに供給する電流の周波数を調整、または制御することによって成すことを特徴とする請求項4または5に記載の誘導加熱方法。
- 各自己共振回路における前記共振型高周波電源に対してゲートパルスを供給する際に、当該ゲートパルスの位相差が零となるように、または予め定めた位相差に近似するように出力して、前記誘導加熱装置を運転することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 各自己共振回路における前記共振型高周波電源を電圧型高周波電源とし、当該電圧型高周波電源の出力電圧の位相差が零となるようにして、前記誘導加熱装置を運転することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 各自己共振回路における前記共振型高周波電源を電流型高周波電源とし、当該電流型高周波電源の出力電流の位相差が零となるようにして、前記誘導加熱装置を運転することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 前記共振型高周波電源の起動時に、前記ゲートパルスの位相差が零となるように、または予め定めた位相差となるように出力した後、
各加熱コイルに供給される前記電流の位相を基準信号の位相に一致させるように、前記共振型高周波電源に供給するゲートパルスを制御して、前記誘導加熱装置を運転することを特徴とする請求項8に記載の誘導加熱方法。 - 前記ゲートパルスの位相差が零となるようにして前記共振型高周波電源を起動させる際に、前記ゲートパルスが、前記基準信号に基づいて定めた電流同期基準位置対して、予め定めた位相、または当該位相に対応する時間を持つように制御することを特徴とする請求項11に記載の誘導加熱方法。
- 前記共振型高周波電源起動後に、各加熱コイルに供給する電流のゼロクロス位置を検出し、各電流のゼロクロス位置が前記電流同期基準位置からずれている場合には、各電流のゼロクロス位置と前記電流同期基準位置との位相差が零となるように、前記ゲートパルス位置を制御することを特徴とする請求項12に記載の誘導加熱方法。
- 前記出力電圧と前記出力電流との間の位相角の許容範囲である許容位相角範囲を定め、
前記出力電圧と前記出力電流との間の位相角が前記許容位相角範囲内に位置するように、前記周波数及び/または出力電流の値を制御することを特徴とする請求項13に記載の誘導加熱方法。 - 前記周波数の制御を行いつつ、前記各電流間の位相差が零となるように、前記ゲートパルス位置を制御することを特徴とする請求項14に記載の誘導加熱方法。
- 前記周波数の制御は、前記自己共振回路の共振周波数よりも高い値の範囲内で行うことを特徴とする請求項14または15に記載の誘導加熱方法。
- 前記ゲートパルス位置と前記電流同期基準位置との間の位相差の限界範囲としての電流同期制御範囲リミッタを定め、前記ゲートパルス位置が前記電流同期制御範囲リミッタの範囲内となるように、前記出力電流を制御することを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 電流の供給により相互誘導を生じさせる隣接配置された加熱コイルへの給電路に、それぞれ逆結合インダクタンスを接続することで前記第1の比または前記第1の位相角を減少させることを特徴とする請求項4乃至17のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 前記第1の比と前記第2の比、または前記第1の位相角と前記第2の位相角を一致させるために、前記逆結合インダクタンスのリアクタンス成分を調整または制御することを特徴とする請求項18に記載の誘導加熱方法。
- 前記第1の比または前記第1の位相角を予め定められた目標値に合わせるように調整し、
当該目標値に前記第2の比または前記第2の位相角を一致させるようにすることを特徴とする請求項19に記載の誘導加熱方法。 - 前記逆結合インダクタンスにおける結合係数を変化させることで、相互誘導インピーダンスのリアクタンス成分を変化させ、
前記第1の比、または前記第1の位相角を調整することを特徴とする請求項20に記載の誘導加熱方法。 - 前記自己共振回路におけるインダクタンスまたは、キャパシタンスを調整し、前記第2の比または前記第2の位相角を調整することを特徴とする請求項4乃至20のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 前記位相、前記位相角、および前記位相差を周波数に対応する時間に換算して設定、調整、または制御することを特徴とする請求項1乃至請求項22のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
- 前記検出、前記設定、および前記制御は、コンピュータプログラム、またはプログラマブルデバイスを介して行うことを特徴とする請求項1乃至23のいずれか1項に記載の誘導加熱方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013513880A JP5296949B1 (ja) | 2012-06-01 | 2013-01-23 | 誘導加熱方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012125900 | 2012-06-01 | ||
JP2012125900 | 2012-06-01 | ||
PCT/JP2013/051346 WO2013179683A1 (ja) | 2012-06-01 | 2013-01-23 | 誘導加熱方法 |
JP2013513880A JP5296949B1 (ja) | 2012-06-01 | 2013-01-23 | 誘導加熱方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5296949B1 true JP5296949B1 (ja) | 2013-09-25 |
JPWO2013179683A1 JPWO2013179683A1 (ja) | 2016-01-18 |
Family
ID=49396807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013513880A Active JP5296949B1 (ja) | 2012-06-01 | 2013-01-23 | 誘導加熱方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5296949B1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014069526A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 三井造船株式会社 | 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及びプログラム |
CN114071816A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-18 | 江苏科技大学 | 多负载柔性感应加热装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004259665A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱方法及び装置 |
JP2005529475A (ja) * | 2002-06-26 | 2005-09-29 | 三井造船株式会社 | 誘導加熱方法および装置 |
JP2006040693A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導電圧検出方法および装置、並びに誘導加熱システム |
JP2010245002A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱装置、その制御方法、及びプログラム |
-
2013
- 2013-01-23 JP JP2013513880A patent/JP5296949B1/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005529475A (ja) * | 2002-06-26 | 2005-09-29 | 三井造船株式会社 | 誘導加熱方法および装置 |
JP2004259665A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱方法及び装置 |
JP2006040693A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導電圧検出方法および装置、並びに誘導加熱システム |
JP2010245002A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 誘導加熱装置、その制御方法、及びプログラム |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014069526A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 三井造船株式会社 | 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及びプログラム |
US10136476B2 (en) | 2012-10-30 | 2018-11-20 | Mitsui E&S Machinery Co., Ltd. | Inductive heating device, method for controlling inductive heating device, and program |
CN114071816A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-18 | 江苏科技大学 | 多负载柔性感应加热装置 |
CN114071816B (zh) * | 2021-11-24 | 2024-04-19 | 江苏科技大学 | 多负载柔性感应加热装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2013179683A1 (ja) | 2016-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013179683A1 (ja) | 誘導加熱方法 | |
JP2017524327A (ja) | 共振周波数補償 | |
CN103444260B (zh) | 感应加热装置、感应加热装置的控制方法以及控制程序 | |
WO2016059684A1 (ja) | 多重巻線電動機駆動制御装置 | |
JP5559944B1 (ja) | 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及びプログラム | |
JPWO2015015771A1 (ja) | 無線電力伝送システムおよび送電装置 | |
JP6356416B2 (ja) | インバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法 | |
EP2879287A1 (en) | Method and apparatus for minimising a circulating current or a common-mode voltage of an inverter | |
JP6129669B2 (ja) | 給電装置 | |
JP5968564B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2010245002A (ja) | 誘導加熱装置、その制御方法、及びプログラム | |
JP2014024365A (ja) | 非接触給電システム | |
JP4427417B2 (ja) | 電力供給装置および誘導加熱装置 | |
JP5296949B1 (ja) | 誘導加熱方法 | |
KR20160150512A (ko) | 전자 유도 가열 조리기 | |
JP5612396B2 (ja) | 誘導加熱装置および誘導加熱方法 | |
JP5923215B2 (ja) | 回転機及び回転機ドライブシステム | |
JP6054103B2 (ja) | 誘導加熱装置の制御方法 | |
JP6154216B2 (ja) | インバータ回路の制御回路、この制御回路を備えたインバータ装置、このインバータ装置を備えた誘導加熱装置、および、制御方法 | |
JP2017060243A (ja) | 誘導加熱装置とその出力電力制御方法。 | |
JP4948388B2 (ja) | 誘導加熱調理器 | |
JP5612519B2 (ja) | 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及び制御プログラム | |
JP2019092246A (ja) | 1パルスインバータ装置 | |
JP5612518B2 (ja) | 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及び制御プログラム | |
JP6004309B2 (ja) | 高周波インバータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130514 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130613 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5296949 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |