JP6054103B2 - Induction heating apparatus control method - Google Patents

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Description

本発明は、誘導加熱装置の制御方法に係り、特に、複数配置された誘導加熱コイル間において相互誘導が生じる誘導加熱装置を正方向電力領域で安定的に運転する場合に好適な誘導加熱送致の制御方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling an induction heating device, and more particularly to induction heating feeding suitable for a case where an induction heating device in which mutual induction occurs between a plurality of induction heating coils is stably operated in a positive power range. It relates to a control method.

従来より、急速加熱を行う手段として、誘導加熱が有効であることは知られている。しかし、誘導加熱による加熱方法は、電磁誘導を利用していることから、電力制御手段(例えばインバータ)を個別に持つ加熱用コイル(誘導加熱コイル)を複数近接配置して稼動させた場合、各誘導加熱コイルに相互誘導が生ずる。このような現象が生じると、インバータからの出力電圧と出力電流との位相が大幅にズレ、出力電力の制御が困難となると共に、過電流の発生により逆方向電力が生じ、機器の破損を招くといった事象が生じ得る。   Conventionally, it has been known that induction heating is effective as means for rapid heating. However, since the heating method by induction heating uses electromagnetic induction, each of the heating coils (induction heating coils) each having an electric power control means (for example, an inverter) is arranged in close proximity and operated. Mutual induction occurs in the induction heating coil. When such a phenomenon occurs, the output voltage and output current from the inverter are greatly out of phase, making it difficult to control the output power, and generating reverse current due to overcurrent, resulting in damage to the equipment. Such an event may occur.

このような問題を鑑み、特許文献1に開示されているような技術が提案されている。特許文献1に開示されている技術は、近接配置した複数の誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイルのそれぞれに接続された共振型インバータとを有する誘導加熱装置に関するものである。そして、特許文献1では、全インバータの周波数を同じにして、いずれかのインバータが共振点に一番近い位相で運転する周波数で運転させている。   In view of such a problem, a technique as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. The technique disclosed in Patent Document 1 relates to an induction heating device having a plurality of induction heating coils arranged close to each other and a resonance type inverter connected to each of the induction heating coils. And in patent document 1, the frequency of all the inverters is made the same and it is made to drive | operate with the frequency which one inverter drive | operates with the phase nearest to a resonance point.

特開2011−14331号公報JP 2011-14331 A

上記運転方法は、誘導加熱コイル間に相互誘導の無い状態で運転する制御方法と同じである。つまり、電圧型共振インバータのZVS運転用位相制御と全く同じであり、相互誘導環境下で適用(実施)することはできない。   The operation method is the same as the control method in which the operation is performed without mutual induction between the induction heating coils. That is, it is exactly the same as the ZVS operation phase control of the voltage-type resonant inverter, and cannot be applied (implemented) in a mutual induction environment.

相互誘導環境下で運転するためには、相互誘導が、回生電力を与えることを考慮する必要がある。回生電力は、インバータの電圧電流位相角による力率=cosθが、負になる場合である。相互誘導環境下では、この力率が「−」になり、インバータに逆方向電力が入って、インバータ過電圧、過電流になる。   In order to operate in a mutual induction environment, it is necessary to consider that mutual induction provides regenerative power. The regenerative power is a case where the power factor = cos θ due to the voltage / current phase angle of the inverter becomes negative. Under the mutual induction environment, this power factor becomes “−”, and reverse power is input to the inverter, resulting in inverter overvoltage and overcurrent.

相互誘導の影響によるインバータ過電圧、過電流を回避して誘導加熱コイルに対する供給電力を正方向電力として安定して供給することのできる誘導加熱装置の制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a control method for an induction heating apparatus that can stably supply power supplied to an induction heating coil as positive direction power while avoiding inverter overvoltage and overcurrent caused by mutual induction.

上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置の制御方法は、相互誘導している複数の誘導加熱コイル各々へ給電する電源を備える誘導加熱装置において、出力電流の運転周波数を同一にするとともに出力電流と出力電圧の極性変化点の位相角θを求め、前記位相角θが0°≧θ≧−90°の範囲内にあるか否かを判定し、前記位相角θが前記範囲内に無い場合に、電源電流または電源電圧を増やすように制御することを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。 In order to achieve the above object, an induction heating apparatus control method according to the present invention provides an induction heating apparatus having a power supply for supplying power to each of a plurality of mutually induction induction coils. In addition, the phase angle θ of the polarity change point of the output current and the output voltage is obtained, and it is determined whether or not the phase angle θ is within the range of 0 ° ≧ θ ≧ −90 °, and the phase angle θ is within the range. If not, a control method for the induction heating device, wherein the control is performed so as to increase the power supply current or the power supply voltage.

また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置の制御方法において、前記出力電流の運転周波数を同一にすると共に、出力力率が低下した場合に前記電源電流または前記電源電圧を増やすようにしても良い。 In the control method of the induction heating device having the features as described above, while at the same the operating frequency of the output current, the output power factor is as Yasu increasing the supply current or the supply voltage when decreased Also good.

また、上記のような特徴を有する誘導加熱装置の制御方法において、前記電源電流または前記電源電圧の増加は、前記出力電流の周波数を共振点から離れる方向に制御することにより成すようにしても良い。 Moreover, in the control method of the induction heating apparatus having the above-described characteristics, the increase of the power supply current or the power supply voltage may be performed by controlling the frequency of the output current in a direction away from the resonance point. .

上記のような特徴を有する誘導加熱装置の制御方法によれば、各電源からの出力電力について、安定的に正方向電力で、運転することが可能となる。これにより、逆方向電力の発生に起因した機器の破損等を防ぐことができる。   According to the control method of the induction heating apparatus having the above-described characteristics, it is possible to stably operate with the positive power for the output power from each power source. Thereby, damage of the apparatus resulting from generation | occurrence | production of reverse power can be prevented.

第1の実施形態に係る制御方法を実施するための誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the induction heating apparatus for implementing the control method which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す誘導加熱装置で採用した電圧型インバータの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the voltage type inverter employ | adopted with the induction heating apparatus shown in FIG. 位相角の範囲を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the range of a phase angle. 直流電流と直流電圧の増減とインバータからの出力電圧と出力電流との間の位相角の増減の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of increase / decrease in a direct current and a DC voltage, and the increase / decrease in the phase angle between the output voltage and output current from an inverter. 本発明に関連する実施形態に係る制御方法を実施するための誘導加熱装置で採用した電流型インバータの構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the current type inverter employ | adopted with the induction heating apparatus for implementing the control method which concerns on embodiment relevant to this invention . インバータに対するゲートパルスと、出力電圧と出力電流の位相角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the gate pulse with respect to an inverter, and the phase angle of an output voltage and an output current.

以下、本発明の誘導加熱装置の制御方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る制御方法を実施するための誘導加熱装置について説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments according to a method for controlling an induction heating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, the induction heating apparatus for implementing the control method which concerns on 1st Embodiment is demonstrated.

本実施形態で用いる誘導加熱装置10は、誘導加熱コイル12(12a,12b)とインバータ20(20a,20b)、波形検出手段14(14a,14b),16(16a,16b)、位相角判定手段18(18a,18b)、および電圧制御手段24(24a,14b)を基本として構成される。   The induction heating apparatus 10 used in this embodiment includes an induction heating coil 12 (12a, 12b), an inverter 20 (20a, 20b), waveform detection means 14 (14a, 14b), 16 (16a, 16b), and a phase angle determination means. 18 (18a, 18b) and voltage control means 24 (24a, 14b).

誘導加熱コイル12は、被誘導加熱部材を加熱するための磁束を生じさせるためのコイルである。本実施形態では、複数(図1に示す例では2つ)の誘導加熱コイル12a,12bを近接して配置する構成としている。ここで、近接配置とは、複数(本実施形態では2つ)の誘導加熱コイル12a,12bに対して電力を供給した際に、少なくとも相互誘導の影響を受けることとなる距離、すなわち運転状態において相互誘導していることとなる距離をいう。   The induction heating coil 12 is a coil for generating a magnetic flux for heating the induction heating member. In the present embodiment, a plurality (two in the example shown in FIG. 1) of induction heating coils 12a and 12b are arranged close to each other. Here, the close arrangement refers to a distance that is affected at least by mutual induction when power is supplied to a plurality of (two in this embodiment) induction heating coils 12a and 12b, that is, in an operating state. This is the distance that leads to mutual guidance.

本実施形態の場合インバータ20は、複数の誘導加熱コイル12a,12bのそれぞれに、個別に接続されている。インバータ20は、誘導加熱コイル12に対して所定周波数の交流電流を供給する。このため、複数の誘導加熱コイル12a,12bのそれぞれに個別に接続することで、各誘導加熱コイル12a,12bに対する電力制御を個別に行うことが可能となる。なお、誘導加熱コイル12a,12bのそれぞれに電力を供給する際には、供給する電流の周波数をそれぞれ一致させるようにする。   In this embodiment, the inverter 20 is individually connected to each of the plurality of induction heating coils 12a and 12b. The inverter 20 supplies an alternating current having a predetermined frequency to the induction heating coil 12. For this reason, it becomes possible to perform electric power control with respect to each induction heating coil 12a, 12b separately by connecting to each of the some induction heating coil 12a, 12b. In addition, when supplying electric power to each of the induction heating coils 12a and 12b, the frequency of the supplied current is made to match.

本実施形態では、インバータ20として、電圧型のインバータを採用し、上述した誘導加熱コイル12との間においては、直列共振回路を構成している。インバータ20の具体的構成としては次の通りである。すなわち、図2に示すように、単相のフルブリッジインバータを構成している。スイッチング素子としては、IGBT26を採用し、負荷電流を転流させるためにダイオード28を逆並列に接続する構成としている。ブリッジ回路の前段には、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ30が設けられている。   In the present embodiment, a voltage type inverter is adopted as the inverter 20, and a series resonance circuit is configured with the induction heating coil 12 described above. The specific configuration of the inverter 20 is as follows. That is, as shown in FIG. 2, a single-phase full-bridge inverter is configured. As the switching element, an IGBT 26 is employed, and a diode 28 is connected in antiparallel in order to commutate the load current. A smoothing capacitor 30 for smoothing the DC voltage is provided in the previous stage of the bridge circuit.

インバータ20の上流側には、電圧変換器22(22a,22b)を介して電源32が接続されている。電圧変換器22は、例えばチョッパ回路や順変換器などであれば良い。チョッパ回路を用いた場合には、順変換器から出力された定電圧の直流電圧をチョッピングすることで、インバータ20へ入力する電圧を変化させることとなる。一方、順変換器を用いて電圧制御を行う場合には、順変換部を構成するサイリスタにより、インバータ20によって定められる周波数に応じた電圧変化を得るという方式を採ることとなる。   A power source 32 is connected to the upstream side of the inverter 20 via a voltage converter 22 (22a, 22b). The voltage converter 22 may be a chopper circuit or a forward converter, for example. When the chopper circuit is used, the voltage input to the inverter 20 is changed by chopping the constant DC voltage output from the forward converter. On the other hand, when voltage control is performed using a forward converter, a method is adopted in which a voltage change corresponding to a frequency determined by the inverter 20 is obtained by a thyristor constituting the forward converter.

波形検出手段14,16は、各インバータ20から出力される電流値、電圧値、および電流と電圧の波形を検出する役割を担う手段である。波形検出手段14,16は、オシロスコープなどであれば良い。本実施形態では、誘導加熱コイル12に対して直列に、電流波形を検出する波形検出手段16を設け、誘導加熱コイル12に対して並列に、電圧波形を検出する波形検出手段14を設ける構成としている。波形検出手段14,16によって検出された波形データは、詳細を後述する位相角判定手段18へと出力される。また、電流値、および電圧値は、電圧変換器22へと出力される。   The waveform detection means 14 and 16 are means for detecting the current value, the voltage value, and the current and voltage waveforms output from each inverter 20. The waveform detection means 14 and 16 may be an oscilloscope or the like. In the present embodiment, a waveform detection unit 16 that detects a current waveform is provided in series with the induction heating coil 12, and a waveform detection unit 14 that detects a voltage waveform is provided in parallel with the induction heating coil 12. Yes. The waveform data detected by the waveform detection means 14 and 16 is output to the phase angle determination means 18 described later in detail. In addition, the current value and the voltage value are output to the voltage converter 22.

位相角判定手段18は、各インバータ20から出力された電流と電圧の波形を比較することで、電流と電圧の極性変化点の位相差(位相角:電源出力位相θ)を検出し、当該位相角θが適正値の範囲内にあるか否かを判定するための手段である。このため、位相角判定手段18ではまず、各インバータ20から出力された電流と電圧の波形における極性変化点を測定し、測定された電流、および電圧の極性変化点の位相角θを求める。ここで、位相角θとは、電圧に対する電流の位相差として示す。すなわち、電圧に対して電流が遅れ位相となる場合には、マイナス(−)で示し、進み位相となる場合にはプラス(+)で示すこととする。   The phase angle determination means 18 detects the phase difference (phase angle: power supply output phase θ) between the polarity change points of the current and voltage by comparing the current and voltage waveforms output from the inverters 20. This is means for determining whether or not the angle θ is within the range of the appropriate value. Therefore, the phase angle determination means 18 first measures the polarity change point in the waveform of the current and voltage output from each inverter 20, and obtains the phase angle θ of the measured current and voltage polarity change point. Here, the phase angle θ is shown as a phase difference of current with respect to voltage. That is, when the current has a lagging phase with respect to the voltage, it is indicated by a minus (-), and when the current has a leading phase, it is indicated by a plus (+).

電流と電圧の位相角θが検出された後、検出された位相角θが、インバータ20を安定運転させるための位相角の範囲内にあるか否かの判定を行う。判定は、予め定められた位相角上限値、および位相角下限値のそれぞれと、検出された位相角θとの比較により行う。   After the phase angle θ of the current and voltage is detected, it is determined whether or not the detected phase angle θ is within the phase angle range for stable operation of the inverter 20. The determination is performed by comparing each of the predetermined phase angle upper limit value and the phase angle lower limit value with the detected phase angle θ.

電圧と電流の位相角θについて、図3に示すように4つの象限で示した場合、電圧型インバータ20では、位相角θが第4象限の範囲内にある場合に、ZVS(Zero Volt Switching)が保たれ、かつ力率が正方向となる安定運転が可能となる。   When the voltage and current phase angles θ are shown in four quadrants as shown in FIG. 3, in the voltage type inverter 20, when the phase angle θ is within the fourth quadrant, ZVS (Zero Volt Switching). Is maintained, and a stable operation with a positive power factor is possible.

なお、位相角θが第1象限、第2象限の範囲内となった場合には、電圧に対して電流が進み位相となり、ZVSを保つことができなくなる。このため、ダイオード28に電流が流れている時に、IGBT26がスイッチオンすることになり、ダイオード28にリカバリー電流が流れ、IGBT26の電力損失が大きくなる。また、位相角θが第3象限の範囲内となった場合には、ZVSを保つことはできるが、力率が負の方向となるため、電源回生できない場合には、電圧変換器22からの出力電圧を過大に設定する必要が生じる。   When the phase angle θ falls within the range of the first quadrant and the second quadrant, the current advances with respect to the voltage, and ZVS cannot be maintained. For this reason, when current flows through the diode 28, the IGBT 26 is switched on, a recovery current flows through the diode 28, and the power loss of the IGBT 26 increases. Further, when the phase angle θ falls within the range of the third quadrant, ZVS can be maintained, but since the power factor is in a negative direction, when the power source cannot be regenerated, the voltage converter 22 It becomes necessary to set the output voltage excessively.

このため、本実施形態では、位相角θにいついて、0°≧θ>−90°の範囲で、位相角上限値と位相角下限値を定めることとしている。
比較の結果、検出された位相角θが位相角上限値から位相角下限値の範囲内に無い場合には、電流と電圧の位相角θを位相角上限値と位相角下限値の範囲内に戻すための制御を行う。
For this reason, in this embodiment, the phase angle upper limit value and the phase angle lower limit value are determined within the range of 0 ° ≧ θ> −90 ° at the phase angle θ.
As a result of comparison, if the detected phase angle θ is not within the range of the phase angle upper limit value to the phase angle lower limit value, the current and voltage phase angles θ should be within the range of the phase angle upper limit value and the phase angle lower limit value. Control to return.

相互誘導環境下においては、電流と電圧の位相角θが大きくなる要因として、無効電力の増大を挙げることができる。すなわち、相互誘導電圧の増大により、インバータの出力電圧VIV1に対する実質的な出力電圧が下がった場合には、出力電流も低下し、有効電力が低下する。これらの事は一般的に、力率の悪化、すなわちインバータ20のIGBT26と平滑コンデンサ30とによって構成される並列回路における等価抵抗(直流抵抗)が増大し、出力電流IIV1の減少が生ずると考えられる。しかし、相互誘導環境下においては、相互誘導電圧Vm21の増大による実質的な出力電圧の低下として置き換えることができる。すなわち、インバータ20aからの出力電流VIV1と、相互誘導電圧Vm21との値が等しい場合、実質的な出力電力はゼロとなる。出力電流もゼロとなり、必然的に、電源電流Idc1もゼロとなり、電源電圧Vdc1に対するIdc1の割合が急激に低下することとなる。 In a mutual induction environment, an increase in reactive power can be cited as a factor that increases the phase angle θ between current and voltage. That is, when the substantial output voltage with respect to the output voltage V IV1 of the inverter decreases due to the increase of the mutual induction voltage, the output current also decreases and the active power decreases. In general, these factors are considered that the power factor deteriorates, that is, the equivalent resistance (DC resistance) in the parallel circuit constituted by the IGBT 26 and the smoothing capacitor 30 of the inverter 20 increases, and the output current I IV1 decreases. It is done. However, in a mutual induction environment, it can be replaced with a substantial decrease in output voltage due to an increase in the mutual induction voltage Vm21. That is, when the values of the output current V IV1 from the inverter 20a and the mutual induction voltage Vm21 are equal, the substantial output power is zero. The output current is also zero, and the power supply current Idc1 is inevitably zero, and the ratio of Idc1 to the power supply voltage Vdc1 is rapidly reduced.

このため本実施形態では、位相角θが位相角上限値と下限値の範囲内に無い場合、Vdc1を増大させるように、電圧制御手段24aを制御する。Idc1は、図4(A),(B)に示すように、Vdc1の増加に伴って相対的に増加し、有効電力成分を増加させる。このため、位相角θを所定の範囲内に戻すことができる。なお、図4において、図4(A)は、直流電圧Vdc1、直流電流Idc1が所定の値以上である場合における出力電圧VIV1、出力電流IIV1の波形を示す図であり、(B)は、Vdc1、Idc1が低下した場合におけるVIV1、IIV1の様子を示す図である。 For this reason, in the present embodiment, when the phase angle θ is not within the range between the upper limit value and the lower limit value of the phase angle, the voltage control unit 24a is controlled so as to increase Vdc1. As shown in FIGS. 4A and 4B, Idc1 relatively increases as Vdc1 increases, and increases the active power component. For this reason, the phase angle θ can be returned within a predetermined range. 4A is a diagram showing waveforms of the output voltage V IV1 and the output current I IV1 when the DC voltage Vdc1 and the DC current Idc1 are equal to or higher than predetermined values, and FIG. is a diagram showing a state of a V IV1, I IV1 when the Vdc1, Idc1 is lowered.

また、電圧と電流の位相差(位相角θ)は、回路抵抗によって変化するため、インピーダンスを用いた数式1のようにも示すことができる。
・・・(数式1)
Xsはインピーダンスのリアクタンス成分であり、Rsは抵抗値である。また、Vm21sinθmは相互誘導電圧の無効成分であり、Vm21cosθmは相互誘導電圧の有効成分である。なお、ここで、θmは、相互誘導電圧と相互誘導電流との間の位相角である。そして、XsをL(インダクタンス)とC(キャパシタンス)を用いて示すと、数式2のように示すことができる。
・・・(数式2)
ここで、ωは交流の角周波数であり、ω=2πfと示すこととする。
Further, since the phase difference (phase angle θ) between the voltage and the current changes depending on the circuit resistance, it can be expressed as Equation 1 using impedance.
... (Formula 1)
Xs is a reactance component of impedance, and Rs is a resistance value. Vm21sin θm is an ineffective component of the mutual induction voltage, and Vm21 cos θm is an effective component of the mutual induction voltage. Here, θm is a phase angle between the mutual induction voltage and the mutual induction current. And if Xs is shown using L (inductance) and C (capacitance), it can be shown like Formula 2.
... (Formula 2)
Here, ω is an angular frequency of alternating current, and ω = 2πf.

このため、インバータ20からの出力電流の周波数fが大きくなった場合には、位相角θも増大し、出力電流IIVの周波数fが小さくなった場合には、位相角θも減少する。 Therefore, when the frequency f of the output current from the inverter 20 becomes large, also the phase angle theta increases, when the frequency f of the output current I IV is reduced is reduced even phase angle theta.

よって、周波数調整信号は、位相角θが位相角上限値を超えた場合には、出力電流IIVの周波数fを共振周波数よりも小さくする旨の信号を出力する。一方、位相角θが位相角下限値を超えた場合には、出力電流IIVの周波数fを共振周波数よりも大きくする旨の信号を出力する。すなわち、本実施形態の場合、位相角θが−90°に近づいた場合には、cosθで表される出力電力の力率が低下する。このため、位相角θが−90°に近づいた場合には、出力電流の周波数を共振点(共振周波数)よりも大きくなる方向に離間させるように制御し、位相角θの値を大きくする。 Therefore, when the phase angle θ exceeds the phase angle upper limit value, the frequency adjustment signal outputs a signal indicating that the frequency f of the output current I IV is smaller than the resonance frequency. On the other hand, when the phase angle θ exceeds the phase angle lower limit value, a signal indicating that the frequency f of the output current I IV is larger than the resonance frequency is output. That is, in the present embodiment, when the phase angle θ approaches −90 °, the power factor of the output power represented by cos θ decreases. For this reason, when the phase angle θ approaches −90 °, control is performed so that the frequency of the output current is separated in a direction larger than the resonance point (resonance frequency), and the value of the phase angle θ is increased.

このような制御を行った上で、上述したようにインバータ20からの出力電圧VIVを上昇させる制御を行うことで、位相角θを0°≧θ>−90°の範囲に保つことができ、ZVS制御を安定的に行うことが可能となる。 After performing such control, by controlling the output voltage V IV from the inverter 20 as described above, the phase angle θ can be maintained in the range of 0 ° ≧ θ> −90 °. ZVS control can be performed stably.

次に、本発明に関連する実施形態として、インバータに、電流型インバータを採用した誘導加熱装置に関する制御方法について、図5を参照して説明する。よって、インバータ21(21a,21b)の構成以外の構成については、第1の実施形態の説明で用いた誘導加熱装置の構成を示す図1を援用することとする。本実施形態に係るインバータ21は、スイッチング素子としてのIGBT26に対して、ダイオード28を逆並列接続すると共に、ダイオード27を直列に接続する構成としている。逆並列接続したダイオード28により逆方向加圧を防止し、直列接続したダイオード27により逆電流の阻止を図るためである。また、本実施形態に係るインバータ21では、電圧変換器22との間に、直流電流を平滑化するための直流リアクトル29を直列に接続している。そして、本実施形態に係るインバータ21は、誘導加熱コイル12との間において並列共振回路を構成している。 Next, as an embodiment related to the present invention, a control method related to an induction heating apparatus employing a current type inverter as an inverter will be described with reference to FIG. Therefore, FIG. 1 which shows the structure of the induction heating apparatus used by description of 1st Embodiment shall be used about structures other than the structure of inverter 21 (21a, 21b). The inverter 21 according to the present embodiment has a configuration in which a diode 28 is connected in antiparallel to an IGBT 26 serving as a switching element, and a diode 27 is connected in series. This is because reverse pressure is prevented by the diode 28 connected in reverse, and reverse current is blocked by the diode 27 connected in series. In the inverter 21 according to the present embodiment, a DC reactor 29 for smoothing a DC current is connected in series with the voltage converter 22. And the inverter 21 which concerns on this embodiment comprises the parallel resonance circuit between the induction heating coils 12. FIG.

本実施形態に係る誘導加熱装置では、インバータ21において、力行運転を行うために、インバータからの出力電圧VIVと出力電流IIVとの位相角θの関係においてZCS(Zero Current Switching)が可能となる第1象限の範囲内で運転する構成としている。よって、本実施形態の誘導加熱装置におけるインバータ21の出力電圧VIVと出力電流IIVとの関係は、出力電圧VIVに対して出力電流IIVが進み位相となるように制御される。そして、位相角θの位相角下限値、および位相角上限値は、0°≦θ<90°の範囲で定めることとする。 In the induction heating apparatus according to the present embodiment, in order to perform power running operation in the inverter 21, ZCS (Zero Current Switching) is possible in the relationship of the phase angle θ between the output voltage V IV and the output current I IV from the inverter. It is set as the structure which drive | operates within the range of the 1st quadrant which becomes. Therefore, the relationship between the output voltage V IV of the inverter 21 and the output current I IV in the induction heating device of the present embodiment is controlled so that the output current I IV is in a leading phase with respect to the output voltage V IV . The phase angle lower limit value and the phase angle upper limit value of the phase angle θ are determined in the range of 0 ° ≦ θ <90 °.

なお、位相角θの調整方法は、上述した第1の実施形態に係る誘導加熱装置10と同様である。すなわち、波形検出手段14,16により、インバータ21からの出力電圧VIVと出力電流IIVの波形を検出する。検出された波形は、位相角判定手段18へ入力され、電圧に対する電流の位相角θが求められた上で、当該位相角θが、適正値の範囲内にあるか否かを判定する。判定の結果、位相角θが、予め定められた位相角下限値と、位相角上限値との間に無い場合、位相角調整信号をインバータ21へ出力する。なお、本実施形態においても、各インバータ21から出力される電流の周波数については、相互に一致させた上で運転を行うこととする。 In addition, the adjustment method of phase angle (theta) is the same as that of the induction heating apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment mentioned above. That is, the waveforms of the output voltage V IV and the output current I IV from the inverter 21 are detected by the waveform detection means 14 and 16. The detected waveform is input to the phase angle determination means 18, and after determining the phase angle θ of the current with respect to the voltage, it is determined whether or not the phase angle θ is within an appropriate value range. As a result of the determination, if the phase angle θ is not between the predetermined phase angle lower limit value and the phase angle upper limit value, a phase angle adjustment signal is output to the inverter 21. In the present embodiment, the operation is performed after the frequencies of the currents output from the respective inverters 21 are matched with each other.

本実施形態においても、電流と電圧の位相角θが大きくなる要因として、無効電力の増大を挙げることができる。すなわち、相互誘導電圧の増大により、インバータの出力電圧VIV1に対する実質的な出力電流IIV1の値が下がった場合には、回路抵抗の増大と同じ作用が生じ、有効電力が低下する。 Also in this embodiment, an increase in reactive power can be cited as a factor that increases the phase angle θ between current and voltage. That is, when the value of the substantial output current I IV1 with respect to the output voltage V IV1 of the inverter decreases due to the increase of the mutual induction voltage, the same effect as the increase in circuit resistance occurs, and the active power decreases.

つまり、並列共振型のインバータ21を採用した本実施形態では、インバータ21aからの出力電流IIV1は、共振コンデンサを通過する分の電流Ic1と、誘導加熱コイル12aを通過する分の電流Il1との合成値となる。ここで、相互誘導電圧Vm21が生じた場合、誘導加熱コイル12aを通過する分の電流Il1の電圧は、インバータの出力電圧VIV1から相互誘導電圧Vm21を減算した値(VIV1−Vm21)であるから、VIV1とVm21との値が等しい場合には、誘導加熱コイル12aに供給される電流がゼロとなってしまう。すなわち、有効電力がゼロとなってしまうのである。このような状況が、出力電流と出力電圧との位相差(位相角θ)が90°となった状態である。 That is, in this embodiment employing the parallel resonance type inverter 21, the output current I IV1 from the inverter 21a is the current Ic1 that passes through the resonance capacitor and the current I11 that passes through the induction heating coil 12a. It becomes a composite value. Here, if the mutual induction voltage Vm21 occurs, minute voltage of the current Il1 passing through the induction heating coil 12a is a value obtained by subtracting the mutual induction voltage Vm21 from the inverter output voltage V IV1 (V IV1 -Vm21) Therefore, when the values of V IV1 and Vm21 are equal, the current supplied to the induction heating coil 12a becomes zero. That is, the effective power becomes zero. Such a situation is a state in which the phase difference (phase angle θ) between the output current and the output voltage is 90 °.

これに対し、有効電力を増加、すなわち位相角θを小さくするためには、誘導加熱コイル12aに対して、所望する電流値が供給されるように、インバータの出力電圧VIV1を増大させ、VIV1>Vm21を保てば良い。 On the other hand, in order to increase the active power, that is, to reduce the phase angle θ, the inverter output voltage V IV1 is increased so that a desired current value is supplied to the induction heating coil 12a. It is sufficient to keep IV1 > Vm21.

インバータ21aからの出力電流IIV1は、Ic1+Il1で示されることより、Il1の変化によって変動する。このため、IIV1の変化(減少)に応じて、インバータ21aの出力電圧を定める電源電流Idc1を変化(増大)させ、電源電圧Vdc1(=VIV1)を変化(増大)させるように電圧制御手段24aを制御すれば良い。 Since the output current I IV1 from the inverter 21a is represented by Ic1 + Il1, it fluctuates due to the change in Il1. Therefore, in accordance with the change (decrease) in I IV1 , the voltage control means is configured to change (increase) the power supply current Idc1 that determines the output voltage of the inverter 21a and change (increase) the power supply voltage Vdc1 (= V IV1 ). What is necessary is just to control 24a.

なお、位相角θの進み度合いの増大は、インバータ21に対して入力されるIGBT26のゲートパルスに基づいて判断することもできる。図6に示すように、ゲートパルスと出力電流の波形との間には、転流重なり角として必要とされるデッドタイム(dt)の存在に相違はあるものの、その波形の立ち上がりはリンクしている。このため、ゲートパルスA、Bの立ち上がりから出力電圧VIV1のスイッチングまでの経過時間に基づいても、位相角θの進み度合いを判断することができる。 An increase in the advance degree of the phase angle θ can be determined based on the gate pulse of the IGBT 26 input to the inverter 21. As shown in FIG. 6, although there is a difference in the dead time (dt) required as the commutation overlap angle between the gate pulse and the waveform of the output current, the rise of the waveform is linked. Yes. Therefore, the advance degree of the phase angle θ can also be determined based on the elapsed time from the rise of the gate pulses A and B to the switching of the output voltage V IV1 .

すなわち、図6(A)のようにゲートパルスの立ち上がりから出力電圧VIV1のスイッチングまでの時間が短い場合には、正常運転が行われていると判断し、同図(B)のように、スイッチングまでの時間が長くなった場合には、電圧に対する電流の進み角度θが大きくなったと判断することができる。なお、進み角度とスイッチングまでの経過時間の相関については、予め調べておけば良い。このようにして進み度合いの検出を行った場合であっても、Idc1を増大させ、Vdc1を増加させることで、正方向電力での運転を維持することが可能となる。   That is, when the time from the rise of the gate pulse to the switching of the output voltage VIV1 is short as shown in FIG. 6 (A), it is determined that the normal operation is performed, and the switching is performed as shown in FIG. 6 (B). It can be determined that the current advance angle θ with respect to the voltage has increased. The correlation between the advance angle and the elapsed time until switching may be examined in advance. Even when the degree of advance is detected in this way, it is possible to maintain the operation with the positive power by increasing Idc1 and increasing Vdc1.

また、インバータ21からの出力電流と出力電圧の位相角θが位相角下限値を下回った場合、出力電流IIVの周波数を向上させる旨の信号を出力すると良い。一方、位相角θが位相角上限値を上回った場合には、周波数を低下させる旨の信号を出力すると良い。本実施形態では特に、位相角θが大きくなった場合に、cosθで示される力率が悪化する。このため、位相角θが+90°に近づいた場合には、出力電流の周波数が共振点(共振周波数)よりも低くなるように離間させる制御を行う。このような制御を行うことにより、電圧に対する電流の進み位相を維持することができ、ZCS運転を安定的に行うことが可能となる。
そして、このような周波数制御を行った上で、上述したような電圧制御を行うことが有効である。
Further, when the phase angle θ between the output current from the inverter 21 and the output voltage falls below the lower limit of the phase angle, a signal for improving the frequency of the output current I IV may be output. On the other hand, when the phase angle θ exceeds the upper limit value of the phase angle, it is preferable to output a signal for decreasing the frequency. Particularly in this embodiment, when the phase angle θ increases, the power factor indicated by cos θ deteriorates. For this reason, when the phase angle θ approaches + 90 °, control is performed so that the frequency of the output current is separated from the resonance point (resonance frequency). By performing such control, it is possible to maintain the leading phase of the current with respect to the voltage, and it is possible to stably perform the ZCS operation.
It is effective to perform voltage control as described above after performing such frequency control.

10………誘導加熱装置、12(12a,12b)………誘導加熱コイル、14(14a,14b)………波形検出手段、16(16a,16b)………波形検出手段、18(18a,18b)………位相角判定手段、20(20a,20b)………インバータ、22(22a,22b)………電圧変換器、24(24a,24b)………電圧制御手段、26………IGBT、28………ダイオード、30………平滑コンデンサ、32………電源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Induction heating apparatus, 12 (12a, 12b) ......... Induction heating coil, 14 (14a, 14b) ......... Waveform detection means, 16 (16a, 16b) ......... Waveform detection means, 18 (18a) 18b)... Phase angle determination means, 20 (20a, 20b) ......... Inverter, 22 (22a, 22b) ... Voltage converter, 24 (24a, 24b) ... Voltage control means, 26 ... ... IGBT, 28 ... ... Diode, 30 ... ... Smoothing capacitor, 32 ... ... Power supply.

Claims (3)

相互誘導している複数の誘導加熱コイル各々へ給電する電源を備える誘導加熱装置において、
出力電流の運転周波数を同一にするとともに出力電流と出力電圧の極性変化点の位相角θを求め、
前記位相角θが0°≧θ≧−90°の範囲内にあるか否かを判定し、
前記位相角θが前記範囲内に無い場合に、電源電流または電源電圧を増やすように制御することを特徴とする誘導加熱装置の制御方法。
In an induction heating apparatus provided with a power source for supplying power to each of a plurality of induction heating coils that are mutually induced,
While making the operating frequency of the output current the same, obtain the phase angle θ of the polarity change point of the output current and output voltage ,
Determining whether the phase angle θ is in the range of 0 ° ≧ θ ≧ −90 °;
A control method for an induction heating apparatus, wherein control is performed to increase a power supply current or a power supply voltage when the phase angle θ is not within the range .
前記出力電流の運転周波数を同一にすると共に、出力力率が低下した場合に前記電源電流または前記電源電圧を増やすように制御することを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱装置の制御方法。 The method of the induction heating apparatus according to claim 1, wherein while the same operation frequency of the output current, output power factor and controls to increase the power supply current or the supply voltage when decreased . 前記電源電流または前記電源電圧の増加は、前記出力電流の周波数を共振点から離れる方向に制御することにより成すことを特徴とする請求項1または2に記載の誘導加熱装置の制御方法。The method for controlling the induction heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the increase in the power supply current or the power supply voltage is performed by controlling the frequency of the output current in a direction away from a resonance point.
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