JP5815904B1 - 誘導溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる誘導溶解炉を提供する。【解決手段】制御回路１０は、電流検出器５２で検出された出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第１電流一定制御回路と、電流検出器５２で検出された出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第２電流一定制御回路と、電圧検出器５３で検出された出力電圧信号（ｅ）に基づく比例積分フィードバック制御により電圧一定制御を行う電圧一定制御回路とを有し、第１電流一定制御回路と第２電流一定制御回路と電圧一定制御回路との出力値のうち最大のものを選択してＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂに対する制御信号を生成し、第１電流一定制御回路の積分制御の時定数は、第２電流一定制御回路の積分制御の時定数より大きいことを特徴とする。【選択図】図１

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加熱材を溶解させる誘導溶解炉に関する。

従来、この種の誘導溶解炉としては、本願発明者および出願人による下記特許文献１に示すように、順変換器と、第１および第２スイッチング素子が交互に動作する逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換部と、加熱コイルへの電力の供給状態から負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、前記第１および第２スイッチング素子に対する制御信号を生成する制御信号生成部とを備える制御装置が知られている。

特許５０７９８６５号公報

ここで、従来の誘導溶解炉では、被加熱材の溶解開始から溶解終了までの各段階で、負荷インピーダンスに応じて電力変換部の出力周波数を最適に制御することで溶解時間の短縮を図ることができるものの、被加熱材の投入量や加熱・溶解温度によって負荷状態が大きく変動した場合への対応が望まれている。

特に、溶解初期や溶解した被加熱材を出湯した後は、軽負荷状態となり負荷力率が悪く、加熱コイルに電流が多く流れ、コイル電流が振動して不安定となる可能性がある。

以上の事情に鑑みて、本発明は、負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる誘導溶解炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明の誘導溶解炉は、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高周波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、
順変換器と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子が交互に動作する逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換部と、
前記加熱コイルへの高周波電流の供給状態を検出する負荷電流検出器と、
前記加熱コイルへの高周波電圧の供給状態を検出する負荷電圧検出器と、
前記負荷電流検出器で検出された高周波電流および前記負荷電圧検出器で検出された高周波電圧に基づいて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に対する制御信号を生成する制御信号生成部と
を備え、
前記制御信号生成部は、（１）前記負荷電流検出器で検出された高周波電流に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第１電流一定制御回路と、（２）前記負荷電流検出器で検出された高周波電流に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第２電流一定制御回路と、（３）前記負荷電圧検出器で検出された高周波電圧に基づく比例積分フィードバック制御により電圧一定制御を行う電圧一定制御回路とを有して、該第１電流一定制御回路と該第２電流一定制御回路と該電圧一定制御回路との出力値のうち最大のものを選択する遅れ優先回路を介して選択された該出力値により、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に対する制御信号を生成し、
前記第１電流一定制御回路の積分制御の時定数は、前記第２電流一定制御回路の積分制御の時定数より大きいことを特徴とする。

第１発明の誘導溶解炉によれば、電流一定制御を行う電流一定制御回路を第１および第２電流一定制御回路の２つで構成し、これらの積分制御の時定数を第２電流一定制御回路に対して第１電流一定制御回路を大きくすることで、第１電流一定制御回路を低速応答とすると共に、第２電流一定制御回路を高速応答とすることができる。

そして、第１電流一定制御回路を低速応答とすることで、遅れ優先回路を介して、出力値（偏差）が大きい第１電流一定制御回路を第２電流一定制御回路に優先して通常使用させることができ、（溶解初期や溶解した被加熱材を出湯した後のように軽負荷状態となり負荷力率が悪く）加熱コイルに電流が多く流れてコイル電流が振動して不安定となることを防止することができる。

一方で、コイル電流が振動するレベルを超えて、負荷状態が大きく変動した場合には、第２電流一定制御回路の出力値（偏差）が大きくなり、負荷変動に追従するよう出力電流を制御することができる。

ここで、第１および第２電流制御回路に加えて電圧一定制御回路が遅れ優先回路において選択可能に構成されることから、第１および第２電流制御回路による電流一定制御を行う場合でも、過電圧トリップが発生するような事象に対しては、遅れ優先回路を介して電圧一制御回路を選択させることができ、過電圧トリップを確実に防止することができる。

このように、第１発明の誘導溶解炉によれば、負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる。

第２発明の誘導溶解炉は、第１発明において、
（１）前記第１電流一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第１微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
（２）前記第２電流一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第２微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
（３）前記電圧一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第３微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
前記第１微分回路の時定数は、前記第２微分回路の時定数より小さく且つ前記第３微分回路の時定数よりも大きいことを特徴とする。

第２発明の誘導溶解炉の制御装置によれば、第１電流一定制御回路、第２電流一定制御回路および電圧一定制御回路は、遅れ優先回路を介して選択された出力値がそれぞれ第１微分回路、第２微分回路および第３微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系により構成される。

これにより、遅れ優先回路を介して、第１電流一定制御回路、第２電流一定制御回路および電圧一定制御回路が相互に選択されて切り替わった際に、出力値の変化を滑らかにすることができる。

ここで、微分回路は、変化速度が速いほど高い出力特性を示すので、第１〜第３微分回路の時定数を３段階に分け、第１微分回路の時定数を第２微分回路の時定数より小さくして出力値の変化衝撃を和らげながらも、第３微分回路の時定数よりも大きくする（第３微分回路の時定数を最小とする）ことで、過電圧トリップには変化を和らげながらも迅速に応答することができる。

このように、第２発明の誘導溶解炉によれば、負荷状態が大きく変動した場合にも変化の前後の安定性を担保して動作させることができる。

誘導溶解炉の構成を示す全体構成図。 制御回路の構成を示す説明図。 制御回路による処理内容を示す説明図。 制御回路による処理内容を示す説明図。 制御回路による処理内容を示すフローチャート。 制御回路による処理内容を示す説明図。

図１を参照して、本実施形態の誘導溶解炉について説明する。

誘導溶解炉は、溶解炉内に収納された被加熱材Ｘを溶解させるものであり、具体的には、電源１と、高圧受電盤２と、変換装置用変圧器３と、電力変換装置４と、高周波整合装置５と、誘導加熱装置６と、コントローラ１００とを備える。

なお、電力変換装置４および高周波整合装置５が本発明の電力変換部に相当する。

電源１は、交流電源であって、高圧受電盤２に接続されている。

高圧受電盤２は、誘導加熱装置６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２ａと遮断器２ｂとを備える。パワーヒューズ２ａは、短絡事故時に電流遮断する手段であって、遮断器２ｂは、電源の通電と停止に伴う開閉動作を行う。

変換装置用変圧器３は、高圧受電盤２に接続され、電力変換装置４への入力電圧が所定の値となるように調整する。

電力変換装置４は、変換装置用変圧器３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、制御回路１０と、交流/直流変換器である順変換器４１ａ，４１ｂと、直流/交流変換器である逆変換器４２ａ，４２ｂ（本発明の第１スイッチング素子，第２スイッチングに相当する）とを備え、制御回路１０からの出力制御信号により制御される。

具体的に、電力変換装置４は、入力側にダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂを備え、出力側にＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂを備え、順変換器４１ａ，４１ｂに直列に平滑用リアクトル４３が接続されると共に、順変換器４１ａ，４１ｂに並列に平滑用コンデンサ４４が接続される。

さらに、電力変換装置４は、順変換器４１ａ，４１ｂの出力側の直流電圧を検出して直流電圧信号（ａ）を出力する直流電圧検出器４５を備え、直流電圧検出器４５の出力値は、制御回路１０に出力される。

なお、制御回路１０による電力変換装置４の制御内容については詳細を後述する。

高周波整合装置５は、電力変換装置４と誘導加熱装置６との間に設けられて、誘導加熱装置６が低力率である場合に負荷力率を改善する。

具体的に、高周波整合装置５は、共振用コンデンサ５１ａ，５１ｂと、高周波整合装置５の出力電流を検出して出力電流信号（ｄ）を出力する電流検出器５２および出力電圧を検出して出力電圧信号（ｅ）を出力する電圧検出器５３等から構成される。

なお、電流検出器５２が本発明の負荷電流検出器に相当し、電圧検出器５３が本発明の負荷電圧検出器に相当する。また、出力電流信号（ｄ）が本発明の高周波電流に相当し、出力電圧信号（ｅ）が本発明の高周波電圧に相当する。

誘導加熱装置６は、電力変換装置４と高周波整合装置５とから供給される高周波電流を加熱コイル６１に通電させることにより、溶解炉本体内に収納された被加熱材Ｘにうず電流を発生させ、うず電流により発生するジュール熱で被加熱材Ｘを加熱溶解させる。

コントローラ１００は、制御誘導溶解炉の運転・停止を始めとする誘導溶解炉の運転の全般を制御する。

次に、説明を後回しにした制御回路１０について、図２を参照して説明する。

制御回路１０は、主に、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出力力率を検出する力率検出部、ＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂの制御を行う制御信号生成部としての機能を備える。

図２に示すように、制御回路１０は、第１電流一定制御回路１１（ACR(Automatic Current Regulator)1）と、第２電流一定制御回路１２（ACR(Automatic Current Regulator)2）と、電圧一定制御回路１３（AVR(Automatic Voltage Regulator)）と、遅れ優先回路１４と、基準周波数保持回路１５と、電圧制御発振回路１６とを備える。

第１電流一定制御回路１１は、ＰＩＤ制御系であって、主として、電流検出器５２の出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う。より具体的には、出力電流信号（ｄ）と第１電流一定制御回路１１の基準電流である第１基準電流Ｉｒｅｆ１との偏差に基づく比例積分制御が行われる。

第２電流一定制御回路１２は、ＰＩＤ制御系であって、主として、電流検出器５２の出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う。より具体的には、出力電流信号（ｄ）と第２電流一定制御回路１２の基準電流である第２基準電流Ｉｒｅｆ２との偏差に基づく比例積分制御が行われる。

電圧一定制御回路１３は、ＰＩＤ制御系であって、主として、電圧検出器５３の出力電圧信号（ｅ）に基づく比例積分フィードバック制御により電圧一定制御を行う。より具体的には、出力電圧信号（ｅ）と電圧一定制御回路１３の基準電圧である基準電圧Ｖｒｅｆとの偏差に基づく比例積分制御が行われる。

なお、第１電流一定制御回路１１、第２電流一定制御回路１２および電圧一定制御回路１３の詳細は、後述する。

遅れ優先回路１４は、第１電流一定制御回路１１、第２電流一定制御回路１２および電圧一定制御回路１３の出力値を常時検出し、出力値の最大のもの（最も基準に対し遅れている信号）を選択する。

図３に模式的に示すように、遅れ優先回路１４は、出力電流信号（ｄ）に基づいて第１電流一定制御回路１１により生成された出力信号（ｆ１）および第２電流一定制御回路１２により生成された出力信号（ｆ２）と、出力電圧信号（ｅ）に基づいて電圧一定制御回路１３により生成された出力信号（ｇ）とから、出力値が最大となる出力信号が適時選択される。

これにより、時刻ｔ１より前では、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）が選択されて遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が生成される。同様に、時刻ｔ１〜ｔ２では、第２電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ２）が選択され、時刻ｔ２〜ｔ３では、電圧一定制御回路１３の出力信号（ｇ）が選択され、時刻ｔ３以降は、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）が選択され、それぞれ遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が生成される。

なお、説明の都合上、図３では、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）をやや上方に移して示している。

基準周波数保持回路１５は、遅れ優先回路１４により選択された出力値と周波数基準Ｆｒｅｆとの加減値が入力され、この入力値から電力変換装置４の出力周波数を決定する出力信号を生成する。

電圧制御発振回路１６は、基準周波数保持回路１５の出力信号を基に発振周波数を確定すると共に、ＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂのゲート制御を行うためのゲート信号を出力する。

次に、説明を後回しにした、第１電流一定制御回路１１、第２電流一定制御回路１２および電圧一定制御回路１３の詳細について説明する。

第１電流一定制御回路１１は、電流検出器５２の出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御に加えて、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が第１微分回路Ｄ１を介して帰還され、かかる帰還信号による微分フィードバック制御を行う。

第２電流一定制御回路１２は、電流検出器５２の出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御に加えて、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が第２微分回路Ｄ２を介して帰還され、かかる帰還信号による微分フィードバック制御を行う。

なお、第１および第２電流一定制御回路１１，１２は、いずれも電流検出器５２の出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行うが、積分制御の時定数が異なる。

具体的には、第１電流一定制御回路１１の積分制御の時定数は、第２電流一定制御回路１２の積分制御の時定数より大きい。これらの時定数の差は、少なくとも３倍〜５倍以上であり、例えば、７倍〜１５倍であり、より好ましくは８〜１２倍である。

このように、第１および第２電流一定制御回路１１，１２の積分制御の時定数を変化させることで、第１電流一定制御回路１１を低速応答とすると共に、第２電流一定制御回路１２を高速応答とすることができる。

そして、第１電流一定制御回路１１を低速応答とすることで、遅れ優先回路１４を介して、出力値（偏差）が大きい第１電流一定制御回路１１を第２電流一定制御回路１２に優先して通常使用させることができる。特に、溶解初期や溶解した被加熱材を出湯した後に、軽負荷状態となり負荷力率が悪く加熱コイル６１に電流が多く流れてコイル電流が振動することがあるが、第１電流一定制御回路１１を通常使用させることで、このようなコイル電流の振動を抑制して系が不安定となることを防止することができる。

一方で、コイル電流が振動するレベルを超えて、負荷状態が大きく変動した場合には、第２電流一定制御回路１２の出力値（偏差）が大きくなり、負荷変動に追従するよう出力電流を制御することができる。

ここで、第１および第２電流一定制御回路１１，１２に加えて電圧一定制御回路１３が遅れ優先回路１４において選択可能に構成されることから、第１および第２電流一定制御回路１１，１２による電流一定制御を行う場合でも、過電圧トリップが発生するような事象に対しては、遅れ優先回路１４を介して電圧一制御回路を選択させることができ、過電圧トリップを確実に防止することができる。

このように、本実施形態の誘導溶解炉よれば、負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる。

電圧一定制御回路１３は、電圧検出器５３の出力電圧信号（ｅ）に基づく比例積分フィードバック制御に加えて、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が第３微分回路Ｄ３を介して帰還され、かかる帰還信号による微分フィードバック制御を行う。

なお、第１電流一定制御回路１１と、第２電流一定制御回路１２と、電圧一定制御回路１３とには、それぞれ第１微分回路Ｄ１と、第２微分回路Ｄ２と、第３微分回路Ｄ３とを介して、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が帰還されるが、第１〜第３微分回路Ｄ１〜Ｄ３の時定数が異なる。

具体的には、第１微分回路Ｄ１の時定数が、第２微分回路Ｄ２の時定数より小さく且つ第３微分回路Ｄ３の時定数よりも大きい。これらの時定数の差は、第１微分回路Ｄ１の時定数が、少なくとも第２微分回路Ｄ２の時定数の１／５以下であり、且つ少なくとも第３微分回路Ｄ３の時定数の５倍以上である。

例えば、第１微分回路Ｄ１の時定数が、第２微分回路Ｄ２の時定数の１／１０〜１／５０であり、且つ第３微分回路Ｄ３の時定数の７倍〜１５倍であり、より好ましくは、第１微分回路Ｄ１の時定数が、第２微分回路Ｄ２の時定数の１／２０〜１／４０であり、且つ第３微分回路Ｄ３の時定数の８倍〜１２倍である。

これにより、遅れ優先回路１４を介して、第１電流一定制御回路１１、第２電流一定制御回路１２および電圧一定制御回路１３が相互に選択されて切り替わった際に、出力値の変化を滑らかにすることができる。

この様子を図４に模式的に示す。図４（Ａ）は、第１微分回路〜第３微分回路Ｄ１〜Ｄ３を省略した場合であり、図４（Ｂ）は、本実施形態のように第１微分回路〜第３微分回路Ｄ１〜Ｄ３を設けた場合である。

図４（Ａ）では、時間ｔにおいて、遅れ優先回路１４を介して、電圧一定制御回路１３の出力信号（ｇ）から第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）へ切り替わった際に、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が矩形となっている。

一方、図４（Ｂ）では、時間ｔにおいて、遅れ優先回路１４を介して、電圧一定制御回路１３の出力信号（ｇ）から第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）へ切り替わった際に、遅れ優先回路１４の出力信号（ｈ）が滑らかに変移している。

ここで、微分回路は、その特定上、変化速度が速いほど高い出力特性を示すので、第１〜第３微分回路Ｄ１〜Ｄ３の時定数を上述のように３段階に分けることで、まず、第３微分回路Ｄ３の時定数を最小として、過電圧トリップ対策として応答性を高めておくと共に、第１微分回路Ｄ１および第２微分回路Ｄ２の応答性のバランスを取っている。

仮に、微分回路Ｄ１とＤ２が同じ時定数の場合、第１電流一定制御回路１１は低速応答，第２電流一定制御回路１２は高速応答としているので、負荷変動があった場合に第２電流一定制御回路が即反応することになってしまう。

ここで、高速電流制御の変化量が大きい場合，出力電流の安定性に欠けるため電流の振動が起こり易くなる。そこで、第１微分回路Ｄ１の時定数を小さくして応答性を早める一方、第２微分回路Ｄ２の時定数を（第１微分回路Ｄ１に比して）大きくして応答性を遅くすることで反応速度のバランスを取ることができる。

このように、本実施形態の誘導溶解炉によれば、負荷状態が大きく変動した場合にも変化の前後の安定性を担保して動作させることができる。

以上、本実施形態の誘導溶解炉の構成の詳細であり、かかる構成の誘導溶解炉によれば、図５にフローチャートで模式的に示すように、被加熱材Ｘの溶解状態に応じて加熱コイル６１への供給電力が以下のように制御される。

まず、溶解が開始されると、制御回路１０は、電流検出器５２が検出した出力電流信号（ｄ）を取得する（ＳＥＴＰ１１）。

次に、制御回路１０は、取得した出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御を第１電流一定制御回路１１で行う（ＳＴＥＰ１２）。

なお、補足説明すると、取得した出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御を第１および第２電流一定制御回路１１，１２で行うが、上述のように、通常使用では、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）が遅れ優先回路１４を介して選択される。

そのため、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）に基づいて、基準周波数保持回路１５および電圧制御発振回路１６を介して、ＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂのゲート制御を行うためのゲート信号が生成される。

ここで、第１電流一定制御回路１１の積分制御の時定数は、第２電流一定制御回路１２の積分制御の時定数と比して、極端に大きいことから出力電流信号（ｄ）が多少振動してもこれに過敏に反応して追従することがなく、その出力値も振動発振することがない。

一方で、第１電流一定制御回路１１では追従できない大きな出力電流信号（ｄ）が生じた場合には（ＳＴＥＰ１３でＹＥＳ）、第２電流一定制御回路１２が取得した出力電流信号（ｄ）に基づく比例積分フィードバック制御を行う（ＳＴＥＰ１４）。

なお、正確には、出力電流信号（ｄ）に基づいて、第１および第２電流一定制御回路１１，１２が同時並行的に比例積分フィードバック制御を行っている状態で、遅れ優先回路１４により、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）から第２電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ２）が選択される。

そして、第２電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ２）に基づいて、基準周波数保持回路１５および電圧制御発振回路１６を介して、ＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂのゲート制御を行うためのゲート信号が生成される。

ここで、制御回路１０は、出力電流信号（ｄ）が第２基準電流Ｉｒｅｆ２を超えた場合には（ＳＴＥＰ１５でＹＥＳ）、出力電流信号（ｄ）が過電流レベル以上となっているか判定する（ＳＴＥＰ１６）。

そして、出力電流信号（ｄ）が過電流レベル以上となっている場合には（ＳＴＥＰ１６でＹＥＳ）、過電流トリップと判定する（ＳＴＥＰ１７）。一方で、未だ過電流レベルには至っていない場合には（ＳＴＥＰ１６でＮＯ）、ＳＴＥＰ１４にリターンして、第２電流一定制御回路１２による制御を継続する。

ここで、第１電流一定制御回路１１または第２電流一定制御回路１２によりそれぞれ出力電流信号（ｄ）による比例積分制御を行う場合でも（ＳＴＥＰ１３でＮＯまたはＳＴＥＰ１５でＮＯ）、制御回路１０は、電圧検出器５３により検出された出力電圧信号（ｅ）を取得し（ＳＴＥＰ２１）、出力電圧信号（ｅ）に基づく電圧一定制御回路１３による比例積分フィードバック制御を行う。

具体的には、取得した取得した出力電圧信号（ｅ）が基準電圧Ｖｒｅｆ以上となっている場合には（ＳＴＥＰ２２でＹＥＳ）、出力電圧信号（ｅ）に基づく電圧一定制御回路１３による比例積分フィードバック制御を行う（ＳＴＥＰ２３）。

そして、電圧一定制御回路１３の出力信号（ｇ）に基づいて、基準周波数保持回路１５および電圧制御発振回路１６を介して、ＩＧＢＴ式逆変換器４２ａ，４２ｂのゲート制御を行うためのゲート信号が生成される。

一方で、出力電圧信号（ｅ）が基準電圧Ｖｒｅｆ未満の場合には（ＳＴＥＰ２２でＮＯ）、ＳＴＥＰ１１にリターンして制御処理を継続する。

なお、正確には、取得した出力電圧信号（ｅ）に基づく比例積分フィードバック制御を第１および第２電流一定制御回路１１，１２と並行して、電圧一定制御回路１３で行っており、第１電流一定制御回路１１または第２電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ１）または（ｆ２）が遅れ優先回路１４を介して選択されていて、これらでは追従できない出力電圧信号（ｅ）の変動があった場合に、遅れ優先回路１４を介して電圧一定制御回路１３の出力信号（ｇ）が選択される。

次に、制御回路１０は、出力電圧信号（ｅ）が過電圧レベル以上となっているか判定する（ＳＴＥＰ２４）。

そして、出力電圧信号（ｅ）が過電圧レベル以上となっている場合には（ＳＴＥＰ２４でＹＥＳ）、過電圧トリップと判定する（ＳＴＥＰ２５）。一方で、未だ過電圧レベルには至っていない場合には（ＳＴＥＰ２４でＮＯ）、ＳＴＥＰ２２にリターンして、電圧一定制御回路１３による制御を継続する。

ここで、制御回路１０は、ＳＴＥＰ１７で過電流トリップと判定された場合、またはＳＴＥＰ２５で過電圧トリップと判定された場合には、トリップ復帰処理を行う（ＳＴＥＰ３０）。

その結果、復帰できた場合には（ＳＴＥＰ３０でＹＥＳ）、運転再開処理を行った上で（ＳＴＥＰ３１）で、ＳＴＥＰ１１にリターンして制御処理を継続する。

一方で、トリップ復帰処理を行っても復帰できない場合には（ＳＴＥＰ３０でＮＯ）、溶解を停止する。

以上が、本実施形態の誘導溶解炉における制御処理であり、かかる制御処理により、図６に示すように、負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる。

図６（Ａ）は、電流一定制御回路を１つ（第２電流一定制御回路１２のみ）で構成した場合の無負荷状態における制御出力として、信号（ｄ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）の波形を示す。

このように、電流一定制御回路を１つ（第２電流一定制御回路１２のみ）で構成した場合には、無負荷状態では、電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ）が振動することで、出力制御信号（ｈ）が振動し、加熱コイル６１に電流が多く流れてコイル電流である出力電流帰還信号（ｄ）が振動して不安定となる。

一方、図６（Ｂ）は、本実施形態の誘導溶解炉で、電流一定制御回路を特性の異なる（第１電流一定制御回路１１および第２電流一定制御回路１２の）２つで構成した場合の無負荷状態における制御出力として、信号（ｄ），（ｆ１），（ｆ２），（ｇ），（ｈ）の波形を示す。

この場合、無負荷状態において、第２電流一定制御回路１２の出力信号（ｆ２）は振動しているものの、第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）は振動することがない。そのため、遅れ優先回路１４を介して第１電流一定制御回路１１の出力信号（ｆ１）が選択され、（出力制御信号（ｈ）も振動することがなく）加熱コイル６１に電流が多く流れてコイル電流である出力電流帰還信号（ｄ）が振動して不安定となることもない。

このように、本実施形態の誘導溶解炉によれば、負荷状態が大きく変動した場合にも安定して動作させることができる。

１…電源、２…高圧受電盤、３…変換装置用変圧器、４…電力変換装置、５…高周波整合装置、６…誘導加熱装置、１０…制御回路（制御信号生成部）、１１…第１電流一定制御回路、１２…第２電流一定制御回路、１３…電圧一定制御回路、１４…遅れ優先回路、１５…基準周波数保持回路、１６…電圧制御発振回路、４１ａ，４１ｂ…ダイオード式順変換器、４２ａ，４２ｂ…ＩＧＢＴ式逆変換器、６１…加熱コイル、１００…コントローラ、Ｘ…被加熱材。

Claims (2)

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高周波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であって、
   順変換器と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子が交互に動作する逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換部と、
   前記加熱コイルへの高周波電流の供給状態を検出する負荷電流検出器と、
   前記加熱コイルへの高周波電圧の供給状態を検出する負荷電圧検出器と、
   前記負荷電流検出器で検出された高周波電流および前記負荷電圧検出器で検出された高周波電圧に基づいて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に対する制御信号を生成する制御信号生成部と
   を備え、
   前記制御信号生成部は、（１）前記負荷電流検出器で検出された高周波電流に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第１電流一定制御回路と、（２）前記負荷電流検出器で検出された高周波電流に基づく比例積分フィードバック制御により電流一定制御を行う第２電流一定制御回路と、（３）前記負荷電圧検出器で検出された高周波電圧に基づく比例積分フィードバック制御により電圧一定制御を行う電圧一定制御回路とを有して、該第１電流一定制御回路と該第２電流一定制御回路と該電圧一定制御回路との出力値のうち最大のものを選択する遅れ優先回路を介して選択された該出力値により、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に対する制御信号を生成し、
   前記第１電流一定制御回路の積分制御の時定数は、前記第２電流一定制御回路の積分制御の時定数より大きいことを特徴とする誘導溶解炉。
2. 請求項１記載の誘導溶解炉において、
   （１）前記第１電流一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第１微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
   （２）前記第２電流一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第２微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
   （３）前記電圧一定制御回路は、前記遅れ優先回路を介して選択された前記出力値が第３微分回路を介して帰還されるＰＩＤ制御系であり、
   前記第１微分回路の時定数は、前記第２微分回路の時定数より小さく且つ前記第３微分回路の時定数よりも大きいことを特徴とする誘導溶解炉。