JP5835691B2 - 通電加熱装置及び方法 - Google Patents
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Description
上記構成において、電極対の一方の電極と電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、この位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、同期制御部で求めた電圧値を位相角調整部で設定する。
上記目的を達成するため、本発明における通電加熱装置は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された電極対に電流を流す複数の電流制御部と、それぞれが電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して電流制御部と電極対とに加わる電圧を調整することにより、電流制御部から電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、電極対の一方の電極と電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部と、を備え、同期制御部で求めた電圧値を位相角調整部で設定し、電流制御部から電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流してワークを加熱することを特徴とする。
上記構成において、さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、トランス毎に、一次コイルに位相角調整部が接続され、かつ二次コイルに電流制御部を介在して電極対が接続されている。
上記構成において、位相角調整部は、二次コイルに生じる電圧を調整するために一次コイルに設けられた複数のタップと、複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されているか、または、一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている。
上記目的を達するために、本発明の通電加熱方法は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、複数の電極対からワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各記電極対に流すに当たり、複数の電極対のそれぞれに電流制御部を配線で接続し、電流制御部に位相角調整部を接続し、配線に位相検出部を電気的に結合しておき、位相角調整部が、電源からの電圧を調整して電流制御部と電極対とに加わる電圧を調整することにより、電流制御部から電極対に流れる電流の通電位相角を調整し、同期制御部が、位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し、位相角調整部で調整されるべき電圧値を求め、同期制御部で求めた電圧値を位相角調整部で設定し、電流制御部から電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流すことを特徴とする。ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。第1実施形態に係る通電加熱装置10は、電極対11と電流制御部12とトランス13と位相角調整部14とを備えている。
図1に示すように、各位相角調整部14の入力側が並列に接続されており、その一端が図示しない制御盤を介在して、例えば商用周波数電源などの電源15に接続され、その他端が接地されている。位相角調整部14の出力側がトランス13の一次コイル13aに接続されている。
電流制御部12及び位相角調整部14の機能を説明する前提として、SCR逆並列回路の通電位相角と出力との関係について説明する。図2は商用周波数電源からSCR逆並列回路を経由して鋼材を通電加熱する際の回路構成図である。図3は図2に示す回路で鋼材に印加される電圧波形(左側のグラフ)とその物理的な意味を説明した波形(右側のグラフ)とを示す説明図である。図3の何れの波形の横軸はωtであり、縦軸は電圧強度である。なお、ωは角周波数で、tは時間である。
いま、左右幅が奥行き方向に異なる異形板を通電加熱することを検討する。図5に示すように、異形板であるワークWが長尺部W1と短尺部W2とからなっており、長尺部W1は左右幅がL1で断面積がA1であり、短尺部W2は左右幅がL2で断面積がA2であるとする。このようなワークWに対し電極61AL,61AR、61BL,61BRが長尺部W1、短尺部W2の左端部、右端部にそれぞれ配置されている。そして、長尺部W1の左端部に配置した電極61ALとSCR逆並列回路62Aの出力端とが接続され、短尺部W2の左端部に配置した電極61BLとSCR逆並列回路62Bの出力端とが接続され、SCR逆並列回路62A,62Bの各入力端が商用周波数電源63の一端に接続され、長尺部W1の右端部に配置した電極61ARと短尺部W2の右端部に配置した電極61BRとが商用周波数電源63の他端に接続されている。
そこで、本発明の実施形態においては、通電位相角α1を基準にし、長尺部W1における通電位相角α1に短尺部W2における通電位相角α2が一致するよう、長尺部W1における出力比a1(=Ee1/Eo)と短尺部W2における出力比a2(=Ee2/Eo)とを等しくする。そのためには、短尺部W2の電源側電圧E02を、E02=Ee2/a1とする。
図8は、本発明の第2実施形態に係る通電加熱装置を示す図である。第2実施形態に係る通電加熱装置20は図1に示す構成とは同期制御部及び位相検出部の有無の点で相違している。図1と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以上のように、位相角調整部14によって電源15から電流制御部12に加わる電圧を調整することで、電流制御部12から電極対11に流れる通電位相角を調整する。よって、位相角調整部14は、単なる電圧調整部ではないが、一般的には電圧調整部と呼んでも差し支えない。
ワークの最も長い部分、すなわち長尺部の電源電圧をどのように決定するかについて検討した。200mm×50mm×厚さt0.6mmのS25Cの鋼材に、定電流920Aを10秒間流した。図9(A),(B)は、200mm×50mm×厚さt0.6mmのS25Cの鋼材に、920Aを10秒流したとき、鋼材の温度、両端の電圧についての加熱時間依存性を示すグラフである。横軸は何れも時間(10-2秒)であり、(A)の縦軸は温度(℃)、(B)の縦軸は電圧(V)である。図9に示すように、一般に鋼材を通電加熱すると温度上昇と共に抵抗が上昇する。このため、定電流を維持するためには加熱最終の抵抗値に十分通電できる電源側電圧を設定しなければならない。
短尺部側の設定電圧の許容範囲について検討した。長尺部W1と短尺部W2とを有するワークWを次の要領で通電加熱した。図10はワークWの平面図である。ワークWの寸法は次の通りである。長尺部W1、短尺部W2の何れも奥行き幅Dが50mmで、厚みtが0.6mmであるが、長尺部W1の左右幅L1が220mmであり、短尺部W2の左右幅L2が164mmであった。長尺部W1,短尺部W2の左端部、右端部にそれぞれ左右幅3mm、奥行き幅50mmの電極61AL,61AR,61BL,61BRをそれぞれ配置した。長尺部W1に流れる電流を90°(5m秒)の位相角に固定した。
短尺部W2に流す電流のタイミングを90°(5m秒)の位相角となるようにした。加熱時間は16秒であり、加熱開始後13秒経過したときの位相差を測定した。
ワークWの長尺部W1の右端から20mmの位置で、長尺部W1の奥端から順に10mm,25mm、40mmの箇所を第1、第2、第3の測定点P1,P2,P3とし、また、左右両端から等距離にある中心軸上で、短尺部W2の奥端から順に20mm、50mm、80mmの箇所を第4,第5、第6の測定点P4,P5,P6とし、各測定点に熱電対を配置して、加熱開始から13秒経過したときの温度をそれぞれ測定した。
計測例2では、図11(A)に示すように、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より0.44(m秒)遅くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
計測例3では、図11(B)に示すように、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より0.504m秒早くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
計測例4では、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より0.62m秒早くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
計測例5では、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より0.92m秒早くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
計測例6では、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より1.18m秒早くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
計測例7では、短尺部W2に流す電流のタイミングを、長尺部W1への通電より1.96m秒早くした。また、長尺部W1,短尺部W2に流れる電流が計測例1と同じになるように、長尺部W1,短尺部W2に加わる電圧をスライダックにより調整した。
また、基準となるα1よりも小さめのα2となる電圧を与えると、位相差による温度変化が小さいことが分かった。
短尺部側に5%低い電源側電圧(Ed=E02×0.95)を与えると、短尺部の出力電圧Ee2は、Ee2=E02×0.84となり、Ee2=Ed×adとすると、EdのときEe2を出力するための出力比adは、E02×0.84/Ed=(E02×0.84)/(E02×0.95)=0.88となる。
逆に、短尺部側に5%高い電源側電圧(Eu=E02×1.05)を与えると、短尺部の出力電圧Ee2は、Ee2=E02×0.84となり、Ee2=Eu×auとすると、EuのときEe2を出力するための出力比auは、E02×0.84/Eu=(E02×0.84)/(E02×1.05)=0.8となる。
ここで、出力比ad=0.88のとき、図4から、α2d=64°である。よって、Δα=α2d−α1=64°−70°=−6°となる。また、出力比au=0.8のとき、図4から、α2d=77°である。よって、Δα=α2d−α1=77°−70°=+7°となる。
この結果と図12とを併せて判断すると、短尺部の電源に5%低い電圧を与えると、6°位相が進み、温度差が7℃となる。また、短尺部の電源に5%高い電圧を与えると、+7°位相が遅れ、温度差が20℃となる。このようにして、ワークに許容される温度差から設定電圧を精度よく求めることができる。
11:電極対
11AL,11AR,11BL,11BR,61AL,61AR,61BL,61BR:電極
12:電流制御部
12A,62A,62B:SCR逆並列回路
12B:検出部
12C:位相制御部
12D:電流設定部
13:トランス
13a:一次コイル
13b:二次コイル
14、14a,14b:位相角調整部
14A:複数のタップ
14B:切替スイッチ
15:電源
16:位相検出部
17:同期制御部
17A:通電位相角演算部
17B:印加電圧設定部
51:SCR逆並列回路
52:鋼材
53,63:商用周波数電源
Claims (10)
- 左右幅が奥行き方向に異なる板材であるワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、
前記ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された前記電極対に電流を流す複数の電流制御部と、
それぞれが前記電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して該電流制御部と前記電極対とに加わる電圧を調整することにより、前記電流制御部から前記電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、
を備え、
前記ワークの左右幅の長い領域における通電位相角に対して、前記ワークの左右幅の長い領域以外の領域における通電位相角が差を生じないように、前記位相角調整部が出力する電圧を調整し、
前記電流制御部から前記電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流して前記ワークを加熱する、通電加熱装置。 - 前記電極対の一方の電極と前記電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、該位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し前記位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、
上記同期制御部で求めた電圧値を前記位相角調整部で設定する、請求項1に記載の通電加熱装置。 - ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、
前記ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された前記電極対に電流を流す複数の電流制御部と、
それぞれが前記電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して該電流制御部と前記電極対とに加わる電圧を調整することにより、前記電流制御部から前記電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、
前記電極対の一方の電極と前記電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、
前記位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し前記位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部と、
を備え、
前記同期制御部で求めた電圧値を前記位相角調整部で設定し、前記電流制御部から前記電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流して前記ワークを加熱する、加熱装置。 - 前記電流制御部は、前記電極対に接続されるSCR(Silicon Controlled Rectifier)逆並列回路と、前記電極対に流れる電流を検出する検出部と、該検出部により検出した電流の大きさが設定値となるよう上記SCR逆並列回路の通電位相角を制御する位相制御部と、を備える、請求項1又は3に記載の通電加熱装置。
- さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、
前記トランス毎に、前記一次コイルに前記位相角調整部が接続され、かつ前記二次コイルに前記電流制御部を介在して前記電極対が接続されている、請求項1又は3に記載の通電加熱装置。 - 前記位相角調整部は、前記二次コイルに生じる電圧を調整するために前記一次コイルに設けられた複数のタップと、該複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されている、請求項5に記載の通電加熱装置。
- 前記位相角調整部は、前記一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている、請求項5に記載の通電加熱装置。
- 左右幅が奥行き方向に異なる板材であるワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置すると共に、前記複数の電極対のそれぞれに電流制御部を接続し、前記電流制御部に位相角調整部を接続し、
前記ワークの左右幅の長い領域における通電位相角に対して、前記ワークの左右幅の長い領域以外の領域における通電位相角が差を生じないように、前記位相角調整部が前記電流制御部に出力する電圧を調整することにより、
前記複数の電極対から前記ワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各上記電極対に流す、通電加熱方法。 - ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、前記複数の電極対から前記ワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各前記電極対に流すに当たり、
前記複数の電極対のそれぞれに電流制御部を配線で接続し、前記電流制御部に位相角調整部を接続し、前記配線に位相検出部を電気的に結合しておき、
前記位相角調整部が、電源からの電圧を調整して前記電流制御部と前記電極対とに加わる電圧を調整することにより、前記電流制御部から前記電極対に流れる電流の通電位相角を調整し、
同期制御部が、前記位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し、前記位相角調整部で調整されるべき電圧値を求め、
前記同期制御部で求めた電圧値を前記位相角調整部で設定し、前記電流制御部から前記電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流す、加熱方法。 - 前記ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である、請求項9に記載の通電加熱方法。
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