JPH07114143B2 - 誘導加熱装置の不適性加熱物検出装置 - Google Patents

誘導加熱装置の不適性加熱物検出装置

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JPH07114143B2
JPH07114143B2 JP14159689A JP14159689A JPH07114143B2 JP H07114143 B2 JPH07114143 B2 JP H07114143B2 JP 14159689 A JP14159689 A JP 14159689A JP 14159689 A JP14159689 A JP 14159689A JP H07114143 B2 JPH07114143 B2 JP H07114143B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高周波インバータを用いる誘導加熱装置にお
いて、不適性加熱物の検出により前記インバータの保護
を行なう不適性加熱物検出装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のこの種の不適性被加熱物検出装置としては、例え
ば特願平1−65541号(平成1年3月17日付)による第
6図の回路図に示すものがあり、その不適性被加熱物検
出動作の基本は、定電力制御状態にあるインバータの出
力或いは入力電力がその所定値よりも減少し且つその出
力電流がその所定値よりも増大した状態を以って前記の
被加熱物の特性を不適性とみなすものであり、その不適
性被加熱物検出特性図が第7図に示す如くなるものであ
る。
以下、先ず前記誘導加熱装置における高周波インバータ
の出力特性について説明する。
第4図は前記インバータの主回路図であり、第5図はそ
の出力電圧V0と出力電流I0と該両者間の位相差γとに関
する動作波形図である。
第4図において、1は三相交流電源に対する三相全波整
流器、2は平滑用の電解コンデンサ、3はトランジスタ
式の単相インバータ、4は共振コンデンサ、5は被加熱
物、6は加熱コイルである。なお前記の被加熱物5と加
熱コイル6とは、該加熱物において発生するジュール熱
に相当する等価抵抗Rと前記加熱コイル6のインダクタ
ンスLとの直列回路を構成する。
上記回路構成において、前記等価抵抗Rにて消費される
前記インバータ3の出力電力P0は下記の式(1)の如く
なる。
P0=0.9V0・I0・COSγ=I0 2・R ……(1) なお式(1)における係数0.9は前記出力電圧V0が矩形
波であることによる補正用の波形率である。
前記式(1)の変形により次の式(2)又は式(3)を
得る。
R=0.9V0・COSγ/I0 ……(2) 0.9V0・COSγ=R・I0 ……(3) 従って前記式(3)における0.9V0・COSγとI0との関係
は、該両者をそれぞれ縦軸と横軸となす図において原点
を通る直線にて示されその勾配が前記等価抵抗Rとな
る。なお該等価抵抗Rは前記被加熱物の材質,形状或い
はその温度により変化するものである。
次に第7図は、前記等価抵抗Rをパラメータとし前記式
(3)に従う直線L4〜L6と前記式(1)に従いP0=P0S
(一定)となした場合の双曲線H1とを同一図面上に表示
した不適性被加熱物検出特性図であり、前記出力電力P0
と出力電流I0とに関し、図中P0≦P0SとI0S≦I0≦Ion
の両条件にて囲まれた斜線部を前記被加熱物の不適性検
出領域となすものである。なお前記P0SとI0Sとはそれぞ
れ適当に決定された前記インバータの出力電力P0と出力
電力I0との設定値である。
第6図の回路図に示す不適性被加熱物検出装置は、その
運転状態が前記検出領域に入った被加熱物を誘導加熱に
不適性なものとして自動検出し、前記出力電流I0の所定
値までの自動低減制御を行うものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記第4図の如き主回路構成をなしその出力電圧V0と出
力電流I0とが前記第5図に示す如き相対関係を有するイ
ンバータにおいて、該インバータとその負荷としての被
加熱物を含む加熱コイル回路との間の図示位相角γに関
する不整合は前記インバータの出力無効電力の増大を来
しその入力側における直流中間回路の電解コンデンサに
おける発熱の増大とその主回路スイッチング素子におけ
る損失の増大を招きインバータ効率を著しく低下させ
る。
従って前記被加熱物のインバータ負荷としての不適性の
判定を前記位相角γを基準として行うことが妥当とな
る。
しかしながら前記の如くインバータの出力有効電力P0
低下と出力電流I0の増大とにより被加熱物を不適性と判
定する従来方式においては、前記位相角γに関しては余
裕があるにもかかわらず前記被加熱物の特性線が、前記
第7図直線L5の如く、前記出力電流I0の変化と共に不適
性検出領域に入る場合があり、従って適性被加熱物を不
適性なものとして誤判定することになり、誘導加熱装置
としての運転上望ましくなかった。
上記に鑑み本発明は、前記被加熱物のインバータ負荷と
しての不適性判定を前記位相角γの判定により行う誘導
加熱装置の不適性被加熱物検出装置の提供を目的とする
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の誘導加熱装置の不
適性加熱物検出装置は、その高周波インバータの出力周
波数或いは出力電圧と出力電流との位相差を変化させて
その出力高周波電力を制御する誘導加熱装置において、
前記インバータの出力電流の検出値と前記位相差の検出
値とが互に所定の関係にあるか否かを演算判定すること
により被加熱物の適性を判断する手段を設けたものであ
り、更に前記位相差検出のために、前記インバータ出力
電流検出信号の零クロス点検出信号と前記インバータの
主回路スイッチング素子に対するオン・オフ制御信号と
の排他的論理和信号とを以って前記位相差の所要の検出
信号となす位相差検出手段を設け、なお且つ前記被加熱
物を不適性と判断した場合に前記インバータ出力電流の
所定値までの低減指令を発するようになしたものであ
る。
〔作用〕
前記の如く被加熱物のインバータ負荷としての不適性判
定は、インバータ出力電流I0に対応する前記位相角γの
実際値が適当な値であるか否かの判定により行うことが
できる。
また前記の如きインバータと加熱コイルを含む負荷回路
との構成においては前記の関係式(2)が成り立つ。従
って前記出力電流I0とその定格値I0n及び該両電流I0とI
0nとにそれぞれ対応する前記位相角γとその定格値γ
との間に次の式(4)と式(5)とが成り立つ。
0.9V0・COSγu/I0n=0.9V0・COSγ/I0 ∴γ=COS-1{(I0/I0n)COSγ} ……(4) γ≒(γ−90)I0/I0n+90 ……(5) 前記の式(5)は式(4)に対する実用的な直線近似式
であり、その単位は度となる。
第2図は前記位相角γを判定基準とする不適性被加熱物
検出特性図であり、前記インバータ負荷回路の等価抵抗
Rをパラメータとし前記関係式(2)に従う直線群L1
L3と、同じく前記関係式(2)に従い且つ前記インバー
タの定格動作点を通過する直線すなわち前記関係式
(4)を満足する位相角特性の直線により区切られた図
示斜線部の不適性検出領域とを示すものである。従って
図示直線L1〜L2とに対応する被加熱物は適性であり、図
示直線L3の場合は不適性と判定される。
また第3図は前記位相角γの対インバータ出力電流特性
図であり、前記位相角γを50゜(度)とした場合に前
記関係式(4)に従う特性線C1と、同じく関係式(5)
に従う特性線C2とを示すものである。なお実用的に特定
の範囲、図示の場合I0/I0n=40〜100%域、における精
度を満足すれば良い場合には図示特性線C3の如く直線近
似が可能となる。
本発明は、前記出力電流I0の検出値により前記関係式
(4)または(5)に従って該出力電流検出値に見合っ
た前記位相角γを演算し、該演算位相角と別途検出した
その実際値との比較演算を行って前記被加熱物の適・不
適を判定するものである。
なお前記位相角γの実際値の検出は、前記出力電流I0
検出信号の零クロス点検出信号と前記インバータ主回路
スイッチング素子に対するオン・オフ制御信号との排他
的論理和信号の作成により行うものである。
〔実施例〕
以下この発明の実施例を図面により説明する。第1図は
この発明の実施例を示す回路図であり、その主回路構成
要素に関しては第4図に示すインバータ主回路図におけ
る場合と同一機能の構成要素に対しては同一の表示符号
を附している。
第1図において、インバータ3の出力電流I0は変流器CT
により検出され整流回路7により全波整流された後フィ
ルタ8により平滑されその設定値ISと比較される。該両
電流ISとI0との電流偏差は電流調節器10に入力され量的
及び時間的に適値に変換された後に位相比較器11に入力
されてその基準三角波信号と比較され、該比較結果はオ
ン・オフ制御フリップ・フロップ(FF)12に入力され、
該フリップ・フロップにおいて前記インバータ3のスイ
ッチング素子に対する基本的なオン・オフ制御信号が作
成される。更に該オン・オフ制御信号はオンディレイタ
イマ13を経由してベース駆動回路14に入力され、該駆動
回路において前記オン・オフ制御信号は前記インバータ
の各アームのスイッチング素子それぞれに対する制御信
号として適当に位相配分された複数の信号に編成された
後に対応する前記各スイッチング素子の制御入力端子に
印加される。以上の信号経路は前記インバータ出力電流
I0のその設定値ISに対する通常の電流制御系を形成する
ものである。
次に、前記インバータ出力電流I0の検出信号は零クロス
検出回路9に入力され、該検出回路9において交流波で
ある前記I0検出信号の値が零となる各零クロス点間にて
継続する矩形波状信号が該I0検出信号の半波毎に作成さ
れて零クロス点検出信号となる。更に零クロス点検出信
号と前記オン・オフ制御フリップ・フロップ12より出力
される前記インバータスイッチング素子に対するオン・
オフ制御信号とは排他的論理和素子EX・ORにて論理演算
され、前記第5図に示す相対関係を有する前記インバー
タ3の出力電圧V0と出力電流I0間位相角γに対応する巾
を有するパルス信号が作成され、該パルス信号はフィル
タ17により電圧信号に変換される。
一方、前記I0検出信号はI0/γ変換回路18に入力され、
前記関係式(4),(5)或いはまた前記信号I0の変動
域を限定した直線近似に従って演算され、前記被加熱物
の不適性判断の基準となる限界位相角は前記信号I0とそ
の定格値I0nとの比の関数として前記第3図に示す特性
線C1〜C3の何れか一つに変換されて出力される。
前記フィルタ17より出力される前記位相角γの実際値と
前記変換回路18より出力される前記位相角γの限界値と
は比較器19にて大小比較され、前記の実際値がその限界
値より大となった場合には、前記被加熱物が不適性なも
のとして、リミッタ回路20を動作させ、該リミッタ回路
より前記電流調節器10に対し電流制限指令を出力し前記
インバータ出力電流の自動低減制御を行う。不適性加熱
物検出装置15は前記の符号17〜20にて示される各要素と
前記EX・ORとにより構成される。
なお、前記オン・オフ制御フリップ・フロップ12からの
オン・オフ制御信号による前記インバータのスイッチン
グ素子の実際のターンオフまでには信号伝達遅れ時間と
前記スイッチング素子のターンオフタイムとの和に相当
する時間遅れがあり、実際の位相角γとその検出値とは
異ることになるが、その差異は前記インバータの高周波
出力の周期に比し前記時間遅れが十分小であれば無視で
き、またもし無視できぬ場合は前記オン・オフ制御信号
に代えて前記インバータ出力電圧V0の検出信号の零クロ
ス点検出信号を用いて前記位相角γの実際値検出を行え
ばよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高周波インバータによる誘導加熱装置
における被加熱物の不適性判断に関し、前記インバータ
の出力電圧と出力電流間位相角の限界値を前記出力電流
の変化に応じて自動的に演算し該演算値とその検出実際
値との比較により前記不適性判断を行うことにより、従
来技術による場合の如き前記出力電流の変化に従って起
り得る誤判断が回避されると共に前記インバータの電力
検出回路が不要となり、不適性判断の信頼性の向上と所
要回路の簡易化による価格の低廉化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の実施例を示す回路図、第2図と第3
図とはそれぞれ第1図に対応する不適性被加熱物検出特
性図と位相角の対インバータ出力電流特性図、第4図は
インバータ主回路図、第5図は第4図各部の動作波形
図、第6図は特願平1−65541号による従来技術の実施
例を示す回路図、第7図は第6図に対応する不適性被加
熱物検出特性図である。 1……整流器、2……電解コンデンサ、3……インバー
タ、4……共振コンデンサ、5……被加熱物、6……加
熱コイル、7……整流回路、8……フィルタ、9……零
クロス検出回路、10……電流調節器、11……位相比較
器、12……オン・オフ制御フリップ・フロップ(FF)、
13……オンディレイタイマ、14……ベース駆動回路、15
……不適性加熱物検出装置、17……フィルタ、18……I0
/γ変換回路、19……比較器、20……リミッタ回路、CT
……変流器、EX・OR……排他的論理和素子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】その高周波インバータの出力周波数或いは
    出力電圧と出力電流との位相差を変化させてその出力高
    周波電力を制御する誘導加熱装置において、前記インバ
    ータの出力電流の検出値と前記位相差の検出値とが互に
    所定の関係にあるか否かを演算判定することにより被加
    熱物の適性を判断する手段を設けたことを特徴とする誘
    導加熱装置の不適性加熱物検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の誘導加熱装置の不適性加熱
    物検出装置において、前記インバータ出力電流検出信号
    の零クロス点検出信号と前記インバータの主回路スイッ
    チング素子に対するオン・オフ制御信号との排他的論理
    和信号とを以って前記位相差の所要の検出信号となす位
    相差検出手段を設けたことを特徴とする誘導加熱装置の
    不適性加熱物検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の誘導加熱装置の不適性加熱
    物検出装置において、前記被加熱物を不適性と判断した
    場合に、前記インバータ出力電流の所定値までの低減指
    令を発することを特徴とする誘導加熱装置の不適性加熱
    物検出装置。
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JP5744432B2 (ja) * 2009-07-21 2015-07-08 高周波熱錬株式会社 高周波焼入れシステム及び高周波焼入れ異常判定方法

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