JPH09330785A - Induction heating apparatus - Google Patents

Induction heating apparatus

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JPH09330785A
JPH09330785A JP14945996A JP14945996A JPH09330785A JP H09330785 A JPH09330785 A JP H09330785A JP 14945996 A JP14945996 A JP 14945996A JP 14945996 A JP14945996 A JP 14945996A JP H09330785 A JPH09330785 A JP H09330785A
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JP
Japan
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heated
temperature
voltage
power
heating
Prior art date
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Pending
Application number
JP14945996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukinobu Nakamura
行延 中村
Futoshi Oda
太 小田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower a heating unit requirement and save energy by providing an arithmetic circuit determining the voltage of prescribed inverters so that the sum of generated power of N inverters may be minimum based on prescribed data. SOLUTION: Before the operation of a heating apparatus, data necessary for the operation, that is, the diameter of a material to be heated and the carrier speed of the material to be heated are inputted by a material to be heated data input device 11. An arithmetic unit 10 calculates the value of a weight to be treated which is calculated by the diameter of the material to be heated and the carrier speed and rough required power by a rough heating unit requirement, based on the data. Next, voltage is determined with repeated calculations by prescribed expressions so that the sum P of generated power of N inverters may be minimum on prescribed conditions. Based on the calculation result, voltage is set to a high frequency inverter 3 for low-temperature and a high frequency inverter 4 for high-temperature. Thus, power which makes the heating unit requirement the smallest is supplied to a heating coil 5 for low-temperature and a heating coil 6 for high-temperature and energy can be saved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、省エネルギ化を図
ることができる鍛造用の誘導加熱装置に関するのであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction heating device for forging which can save energy.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は特開平1−313877号公報に
掲載された誘導加熱装置の構成図である。同図におい
て、1は交流の商用周波数電源を開閉する受電盤、2は
電源用の変圧器、3は低温域用の高周波インバータ装
置、4は高温域用の高周波インバータ装置、5は低温域
用の加熱コイル、6は高温域用の加熱コイル、7は鋼材
である被加熱材、8は被加熱材搬送用のピンチローラ機
構、9はピンチローラ機構8の駆動用のモータである。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram of an induction heating device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-313877. In the figure, 1 is a power receiving panel for opening and closing an AC commercial frequency power source, 2 is a power supply transformer, 3 is a high frequency inverter device for low temperature regions, 4 is a high frequency inverter device for high temperature regions, and 5 is for low temperature regions. Is a heating coil for a high temperature range, 7 is a material to be heated which is a steel material, 8 is a pinch roller mechanism for conveying the material to be heated, and 9 is a motor for driving the pinch roller mechanism 8.

【0003】この誘導加熱装置(以下、加熱装置)の動
作を以下に説明する。最初に定常運転時について説明す
る。被加熱材7はピンチローラ機構8によって一定の速
度で連続的に低温域用加熱コイル5と高温域用加熱コイ
ル6の中を搬送されて、所定の鍛造温度(通常は120
0℃前後)に昇温させられて加熱装置より排出され、図
示しない後工程(プレス装置)に送られる。この定常運
転時においては、加熱コイル(以下、低温域用加熱コイ
ル5と高温域用加熱コイル6の両方を示す)内のビレッ
ト(被加熱材)の昇温過程は図4に示すように常温から
所定の温度に上昇して行くカーブとなる。
The operation of this induction heating device (hereinafter, heating device) will be described below. First, the steady operation will be described. The material 7 to be heated is continuously conveyed at a constant speed through the heating coil 5 for the low temperature region and the heating coil 6 for the high temperature region by the pinch roller mechanism 8 to a predetermined forging temperature (usually 120).
It is heated to about 0 ° C.), discharged from the heating device, and sent to a post process (press device) not shown. During this steady operation, the temperature rise process of the billet (material to be heated) in the heating coil (hereinafter, both the heating coil 5 for the low temperature region and the heating coil 6 for the high temperature region is shown) is normal temperature as shown in FIG. It becomes a curve that rises from to a predetermined temperature.

【0004】ここで、低温域用高周波インバータ3と高
温域用高周波インバータ4の出力する電力は、図4に示
すような昇温カーブに合うように決められる。これらの
動作に必要な被加熱材の搬送速度、高周波インバータ装
置3、4の出力電圧は加熱装置内の制御装置(図示しな
い)により決められる。
Here, the electric power output from the high-frequency inverter 3 for the low temperature region and the high-frequency inverter 4 for the high temperature region is determined so as to match the temperature rising curve shown in FIG. The conveyance speed of the material to be heated and the output voltage of the high frequency inverter devices 3 and 4 required for these operations are determined by a control device (not shown) in the heating device.

【0005】次に、被加熱材の単位時間当たりの処理重
量が変わる場合について説明する。この処理重量は、単
位時間当たりの被加熱材通過重量をいい、被加熱材の径
および搬送速度で決まるものである。処理重量が加熱装
置の容量に比べて大きい場合は、高周波インバータ装置
3、4の発生する電力を図5のP1のように設定し、加
熱装置内の昇温特性は図4のAのカーブとなる。次に処
理重量が比較的小さい場合には、高周波インバータ装置
3、4の発生する電力は図5のP2L、P2Hのように
設定し、加熱装置内の昇温特性は図4のBのカーブとな
る。
Next, the case where the treated weight of the material to be heated changes per unit time will be described. The processing weight is the weight of the material to be heated passing through per unit time, and is determined by the diameter of the material to be heated and the conveying speed. When the processing weight is larger than the capacity of the heating device, the electric power generated by the high frequency inverter devices 3 and 4 is set as shown in P1 of FIG. 5, and the temperature rise characteristic in the heating device is the curve of A of FIG. Become. Next, when the processing weight is relatively small, the electric power generated by the high frequency inverter devices 3 and 4 is set as shown by P2L and P2H in FIG. 5, and the temperature rise characteristic in the heating device is the curve of B in FIG. Become.

【0006】この理由について述べると、処理重量が小
さくなると、必要な電力も小さくなるが、放熱損失はほ
ぼ一定のため、高温ゾーンにおいては高周波インバータ
装置の発生する電力に対して放熱損失の比率が大きくな
る。そのため、高温ゾーンでは昇温に寄与する電力が小
さくなり、高温域用加熱コイル6の電力を単純に小さく
すると昇温特性は図4のBのようになるわけである。さ
らに処理重量が小さくなると、投入される電力が放熱損
失より小さくなり、昇温特性は図4のCのように高温ゾ
ーンで過昇温するカーブとなる。図4のCのような特性
はオーバーヒートとなり、また放熱損失を大きくするこ
とになって加熱原単位を悪くする。
The reason for this is as follows: As the processing weight becomes smaller, the required power also becomes smaller, but since the heat radiation loss is almost constant, the ratio of the heat radiation loss to the power generated by the high frequency inverter is high in the high temperature zone. growing. Therefore, the electric power that contributes to the temperature rise becomes small in the high temperature zone, and if the electric power of the heating coil 6 for the high temperature region is simply made small, the temperature rise characteristic becomes as shown in FIG. 4B. When the treatment weight is further reduced, the input electric power becomes smaller than the heat radiation loss, and the temperature rise characteristic becomes a curve in which the temperature rises excessively in the high temperature zone as shown in C of FIG. A characteristic such as C in FIG. 4 causes overheating and increases heat dissipation loss, which deteriorates the heating unit.

【0007】例として、定格電力1,000kWの加熱
装置を考えると、φ50の径の被加熱材を1,200℃
に昇温させる場合、加熱コイルの全長は約3,000m
mとなるが、高温領域(約1,100℃以上とする)の
長さは約1,000mmとなる。この場合の低温領域で
の放熱損失(加熱コイル電力に換算)は約10kWに過
ぎないが、高温領域での放熱損失は約50kWになる。
これは、被加熱材の表面温度が大きいほど、放熱損失が
増大するためである(正確には絶対温度の4乗に比例し
て増える)。
As an example, let us consider a heating device with a rated power of 1,000 kW.
When the temperature is raised to 1, the total length of the heating coil is about 3,000m.
m, the length of the high temperature region (about 1,100 ° C. or higher) is about 1,000 mm. In this case, the heat dissipation loss in the low temperature region (converted into heating coil power) is only about 10 kW, but the heat dissipation loss in the high temperature region is about 50 kW.
This is because the heat dissipation loss increases as the surface temperature of the material to be heated increases (more accurately, it increases in proportion to the fourth power of the absolute temperature).

【0008】定格電力を使用する大きな搬送速度では、
低温ゾーンに供給される電力は約800kWなので、例
え搬送速度が1/5に低下しても、供給電力は約160
kWもあり、放熱損失よりはるかに大きいので、放熱損
失は無視してよい。一方、高温ゾーンでは供給電力は約
200kWなので、定格電力を使用する搬送速度では放
熱損失より大きいが、搬送速度が1/5に低下した場合
にそれに比例して供給電力を低下させると約40kWに
低下し、放熱損失より少なくなる。このままでは高温領
域で温度が低下するので、それを避けるために供給電力
を1/5より大きくすると、高温領域で図4のCのよう
なオーバーヒートが起こる。
At high conveying speeds using rated power,
The power supplied to the low temperature zone is about 800 kW, so even if the transport speed is reduced to 1/5, the power supplied is about 160
Since there is also kW, which is much larger than the heat dissipation loss, the heat dissipation loss can be ignored. On the other hand, in the high temperature zone, the supply power is about 200 kW, so the heat dissipation is larger than the heat dissipation loss at the transfer speed using the rated power, but when the transfer speed is reduced to 1/5, the supply power is reduced to about 40 kW in proportion to it. Lower than the heat dissipation loss. If this condition is left as it is, the temperature will drop in the high temperature region. Therefore, if the supply power is made larger than ⅕ in order to avoid it, overheating such as C in FIG. 4 will occur in the high temperature region.

【0009】しかし、図3のように低温域用インバータ
と高温域用インバータが別に設置されている場合には、
搬送速度を低下させる場合に低温域用インバータの電力
は搬送速度に比例させて低下させても、高温域用インバ
ータの電力は搬送速度の低下ほどには低下させないよう
な設定が可能である。
However, when the low temperature inverter and the high temperature inverter are separately installed as shown in FIG. 3,
It is possible to set such that even if the power of the low temperature range inverter is reduced in proportion to the transport speed when the transport speed is reduced, the power of the high temperature region inverter is not reduced as much as the transport speed is reduced.

【0010】よって、放熱損失を常に上回る電力を投入
するため、図5のP3Hのように高温域用加熱コイル6
に比較的大きな電力を投入する。すなわち、低温域用高
周波インバータ装置3に比べて高温域用高周波インバー
タ装置4の発生電力を大きくする。この方法によって、
高温ゾーンにおいても放熱損失を上まわる電力が投入で
き、昇温特性は図4のBに示すように大きい処理重量の
昇温特性(図4のA)と同様にオーバーヒートを起こさ
ないカーブとなる。
Therefore, in order to constantly apply electric power exceeding the heat radiation loss, the heating coil 6 for high temperature range as shown by P3H in FIG.
Apply a relatively large amount of power to. That is, the generated power of the high frequency high frequency inverter device 4 is made higher than that of the low temperature high frequency inverter device 3. By this method
Even in the high temperature zone, the electric power exceeding the heat dissipation loss can be applied, and the temperature rising characteristic is a curve that does not cause overheating like the temperature rising characteristic of a large processing weight (A of FIG. 4) as shown in FIG. 4B.

【0011】以上の説明では、高周波インバータ装置お
よび加熱コイルが各2台の場合を示したが、3台(3セ
クション)以上においても同様の動作、すなわち処理重
量が小さい場合には高温ゾーンに投入する電力を比較的
大きくすることにより、オーバーヒートが避けられ、高
い加熱原単位を常に得ることができる。
In the above description, the case where each of the high frequency inverter device and the heating coil is two units is shown, but the same operation is performed even when three or more units (three sections), that is, when the processing weight is small, it is put into the high temperature zone. By making the electric power to be relatively large, overheating can be avoided and a high heating unit consumption can always be obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の誘導
加熱装置においては、複数のセクション、すなわち複数
の高周波インバータ装置および加熱コイルを使うことに
より、被加熱材のオーバーヒートが避けられ、高い加熱
原単位を常に得ることができるが、以下のような問題が
あった。図6においては被加熱材の表面および中心の温
度特性を示す。誘導加熱は被加熱材の表面に誘導電流を
流すため、最初に表面温度が上がり、高温域において熱
伝導により中心温度が追いついてくる。鍛造用誘導加熱
装置においては、被加熱材の表面、中心間の温度差が小
さいほど後工程のプレスによって品質の高い鍛造品が製
造できる。
As described above, in the conventional induction heating apparatus, by using a plurality of sections, that is, a plurality of high-frequency inverter devices and heating coils, overheating of the material to be heated can be avoided and a high heating source can be avoided. You can always get credits, but there were the following problems. FIG. 6 shows the temperature characteristics of the surface and center of the material to be heated. In induction heating, an induction current is passed through the surface of the material to be heated, so that the surface temperature first rises and the central temperature catches up due to heat conduction in the high temperature region. In the induction heating device for forging, the smaller the temperature difference between the surface of the material to be heated and the center, the higher the quality of the forged product can be manufactured by pressing in the subsequent process.

【0013】よって、一般に前半のセクション(低温
域)において大きな電力を投入して、まず表面の温度を
高く上げ、後半のセクション(高温域)において投入電
力を小さくして中心温度が上がるのを待つ。ところが、
前半セクションで大きな電力を投入して、前半セクショ
ンで表面温度を高くすることは、放熱損失を増やすこと
になり、余分な電力を投入するため、加熱原単位を悪く
する。すなわち、被加熱材の表面、中心間の温度差を小
さくすることつまり均熱化は、加熱原単位を悪くすると
いう相反する問題がある。従来の誘導加熱装置において
は、以上のような問題は考慮されておらず、誘導加熱装
置の使用者にとって使いにくいという問題があった。
Therefore, generally, a large amount of electric power is applied to the first half section (low temperature region) to raise the temperature of the surface first, and a small amount of electric power is applied to the latter half section (high temperature region) to wait for the center temperature to rise. . However,
If a large amount of power is applied in the first half section and the surface temperature is increased in the first half section, heat dissipation loss is increased, and since extra power is applied, the heating unit is deteriorated. That is, reducing the temperature difference between the surface and the center of the material to be heated, that is, soaking has the contradictory problem of deteriorating the heating unit. The conventional induction heating device does not consider the above problems, and has a problem that it is difficult for the user of the induction heating device to use.

【0014】本発明は、以上のような問題点を解決し、
加熱原単位を下げて省エネルギ化を達成することができ
る加熱装置を提供するものである。
The present invention solves the above problems,
The present invention provides a heating device capable of reducing energy consumption and achieving energy saving.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、連続的に搬送される被加熱
材を常温より所定の高温に誘導加熱するN個のセクショ
ンに分割された加熱コイルと、上記加熱コイルに1対1
で接続されて高周波の電力を供給するN個のインバータ
装置と、上記被加熱材を供給部から排出部に向かって上
記加熱コイルの中を連続して定常速度で搬送させる搬送
機構と、上記定常速度に応じて上記インバータ装置の電
圧を設定する電圧設定回路とを有する誘導加熱装置にお
いて、上記被加熱材の単位時間当たりの処理重量、上記
被加熱材の最終加熱温度、上記被加熱材の表面、中心間
の温度差の許容値から、上記N個のインバータ装置の発
生電力の総和を最小にするように、低温域からI個目の
セクションのインバータ装置の電圧を決定する演算回路
を有するようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and is divided into N sections for inductively heating a continuously conveyed material to be heated to a predetermined high temperature from room temperature. Heating coil and one to one to the above heating coil
N inverter devices connected to each other to supply high-frequency power, a transport mechanism for continuously transporting the material to be heated from the supply section to the discharge section in the heating coil at a constant speed, and the steady state. In an induction heating device having a voltage setting circuit for setting the voltage of the inverter device according to the speed, the processing weight per unit time of the heated material, the final heating temperature of the heated material, the surface of the heated material , An arithmetic circuit for determining the voltage of the inverter device of the I-th section from the low temperature region so as to minimize the total sum of the generated power of the N inverter devices from the allowable value of the temperature difference between the centers. It is the one.

【0016】また、本発明は、上記演算回路において、
上記被加熱材の表面温度TS、上記被加熱材の中心温度
C、上記被加熱材の表面、中心間の温度差の許容値
D、上記N個のインバータ装置の発生電力の総和Pか
ら、係数KSI、KCI、KPI、で表せられる次式より、上
記電力Pを最小にするような上記インバータ装置の電圧
Iを演算する電圧決定手段を有するようにしたもので
ある。
Further, according to the present invention, in the above arithmetic circuit,
The surface temperature T S of the material to be heated, the center temperature T C of the material to be heated, the allowable value T D of the temperature difference between the surface of the material to be heated and the center, and the total power P generated by the N inverter devices. Therefore, the voltage determining means for calculating the voltage V I of the inverter device that minimizes the electric power P is provided from the following equations represented by the coefficients K SI , K CI , and K PI .

【0017】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J) TC=ΣI=1 N(KCI×VI J) P=ΣI=1 N(KPI×VI J) |TS−TC|≦TD T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) P = Σ I = 1 N (K PI × V I J ) │T S -T C │ ≦ T D

【0018】また、本発明は、上記演算回路において、
上記被加熱材の単位時間当たりの処理重量M、被加熱材
の表面温度TS、上記被加熱材の中心温度TC、上記被加
熱材の表面、中心間の温度差の許容値TD、上記N個の
インバータ装置の発生電力の総和Pから、係数KSI、K
SM、KCI、KCM、KPI、KPMで表せられる次式より、上
記電力Pを最小にするような上記インバータ装置の電圧
Iを演算する電圧決定手段を有するようにしたもので
ある。
Further, according to the present invention, in the above arithmetic circuit,
The treatment weight M of the heated material per unit time, the surface temperature T S of the heated material, the center temperature T C of the heated material, the surface of the heated material, and an allowable value T D of the temperature difference between the centers, From the sum P of the generated power of the above N inverter devices, the coefficients K SI , K
According to the following expressions represented by SM , K CI , K CM , K PI , and K PM , a voltage determining means for calculating the voltage V I of the inverter device that minimizes the power P is provided. .

【0019】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J)−KSM×M TC=ΣI=1 N(KCI×VI J)−KCM×M P=ΣI=1 N(KPI×VI J)−KPM×M |TS−TC|≦TD T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) −K SM × M T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) −K CM × M P = Σ I = 1 N (K PI × V I J) -K PM × M | T S -T C | ≦ T D

【0020】以上のような構成において、本発明では、
誘導加熱装置の各セクションの印加電圧を決定するべ
く、最終加熱温度および加熱原単位の演算式より最適な
印加電圧を演算することができる。
According to the present invention having the above-mentioned structure,
In order to determine the applied voltage to each section of the induction heating device, the optimum applied voltage can be calculated from the calculation formula of the final heating temperature and the heating unit.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、本発明の1つの実施の形態を図面
を参照して説明する。図1において、1〜9は図3に示
したものと同じ、または相当物である。10は演算回路
11は被加熱材データの入力装置、12は低温域用高周
波インバータ装置の電圧設定器、13は高温域用高周波
インバータ装置の電圧設定器である。
Embodiment 1. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 to 9 are the same as or equivalent to those shown in FIG. Reference numeral 10 is an arithmetic circuit 11, an input device for data of a material to be heated, 12 is a voltage setter of a high-frequency inverter device for low temperature region, and 13 is a voltage setter of a high-frequency inverter device for high temperature region.

【0022】次に、この装置の動作を説明する。前半セ
クションの印加電力、すなわち高周波インバータ装置3
の発生する電力をPA、後半セクションの印加電力、す
なわち高周波インバータ装置4の発生する電力をPB
全電力をPT、被加熱材の処理重量をM、加熱原単位を
0とすると、以下の式になる。
Next, the operation of this device will be described. Applied power of the first half section, that is, high frequency inverter device 3
Of the generated power P A, the power applied in the latter half section, i.e. power P B generated by the high-frequency inverter unit 4,
When the total electric power is P T , the treated weight of the material to be heated is M, and the heating unit is N 0 , the following formula is obtained.

【0023】 PT=PA+PB ・・・(1) PT=M×N0 ・・・(2)P T = P A + P B (1) P T = M × N 0 (2)

【0024】ここで加熱原単位N0は、前述したように
昇温特性によって増減する値であるが、通常の加熱装置
においては、その増減範囲は±10%ほどである。被加
熱材の温度は、同一の処理重量では電力PA、PBが大き
いほど、また同一の電 力では処理重量Mが小さいほど
高くなる。よって、以下の式が成立する。
Here, the heating basic unit N 0 is a value that increases or decreases depending on the temperature rising characteristics as described above, but in a normal heating device, the range of increase or decrease is about ± 10%. The temperature of the material to be heated increases as the electric powers P A and P B increase with the same processing weight and as the processing weight M decreases with the same electric power. Therefore, the following formula is established.

【0025】 温度T=KA×PA+KB×PB−KM×M ・・・(3) ここで、KA、KB、KMは係数である。Temperature T = K A × P A + K B × P B −K M × M (3) Here, K A , K B , and K M are coefficients.

【0026】上記の式を被加熱材の表面温度TSおよび
中心温度TCについて記載すると以下の式となる。
When the above equation is described for the surface temperature T S and the central temperature T C of the material to be heated, the following equation is obtained.

【0027】 TS=KSA×VA 2+KSB×VB 2−KSM×M ・・・(4) TC=KCA×VA 2+KCB×VB 2−KCM×M ・・・(5) ここで、KSA、KSB、KSM、KCA、KCB、KCMは係数で
ある。
T S = K SA × V A 2 + K SB × V B 2 −K SM × M (4) T C = K CA × V A 2 + K CB × V B 2 −K CM × M ... (5) where, K SA, K SB, K SM, K CA, K CB, K CM is a coefficient.

【0028】また、前述に説明したように、前半のセク
ションの電力が後半のセクションの電力に比べて大きい
ほど被加熱材は均熱しやすく、前半のセクションの電力
が後半のセクションの電力に比べて小さいほど被加熱材
は均熱しにくい。また、加熱コイルの全長は変わらない
から、処理重量Mが大きくなると被加熱材の全加熱コイ
ル通過時間は短くなり、被加熱材の表面、中心間の温度
差は大きくなる。
Further, as described above, as the power of the first half section is larger than the power of the latter half section, the material to be heated is more likely to be soaked, and the power of the first half section is higher than the power of the latter half section. The smaller the size, the harder it is to heat the material to be heated. Further, since the total length of the heating coil does not change, when the treatment weight M increases, the total heating coil passing time of the material to be heated becomes short, and the temperature difference between the surface and the center of the material to be heated becomes large.

【0029】ここで、鍛造用の誘導加熱装置においては
最終加熱温度の表面、中心間の許容温度差TDは一般に
40〜60℃とされ、昇温カーブにかかわらずこの値内
であれば問題ない。よって、以下の式が成立する。
Here, in the induction heating device for forging, the allowable temperature difference T D between the surface and the center of the final heating temperature is generally 40 to 60 ° C., and there is a problem if it is within this value regardless of the heating curve. Absent. Therefore, the following formula is established.

【0030】 |TS−TC|≦TD ・・・(7)| T S −T C | ≦ T D (7)

【0031】従って、この許容温度差TDになるよう
に、加熱原単位が最も下がる(小さくなる)ような昇温
カーブを設定すればよい。この加熱原単位が最も小さく
なる昇温カーブというのは、前半セクションの昇温が小
さく、後半セクションで昇温を大きくして加熱装置出口
で所定温度になるようなカーブである。この加熱装置出
口の被加熱材の表面、中心間の温度差が上記の40〜6
0℃に入っていればよい。
Therefore, the temperature rising curve may be set so that the unit heating rate is the lowest (smallest) so that the allowable temperature difference T D can be obtained. The temperature rise curve with the smallest heating unit is a curve in which the temperature rise in the first half section is small, and the temperature rise in the second half section is large to reach the predetermined temperature at the outlet of the heating device. The temperature difference between the surface of the material to be heated at the outlet of the heating device and the center is 40 to 6 above.
It should be 0 ° C.

【0032】前半セクションで昇温を小さくするには、
前半セクションの投入電力を小さくすることであり、後
半セクションで昇温を大きくするには、後半セクション
の投入電力を大きくすることである。よって、所定の温
度差に入るように、前半セクションの印加電力PA、後
半セクションの印加電力PBの比、PA/PBを可能な限
り小さな値にすれば加熱原単位は小さくなる。すなわ
ち、前半セクションの印加電圧VAを小さくして、後半
セクションの印加電圧VBを大きくすればよい。
To reduce the temperature rise in the first half section,
It is to reduce the input power of the first half section, and to increase the temperature rise in the second half section, increase the input power of the second half section. Therefore, if the ratio of the applied power P A of the first half section and the applied power P B of the second half section and P A / P B are set to be as small as possible so as to be within a predetermined temperature difference, the heating unit becomes small. That is, the applied voltage V A of the first half section may be reduced and the applied voltage V B of the second half section may be increased.

【0033】ここで電力Pと電圧、処理重量Mの間には
以下の関係がある。すなわち、式(2)より電力Pは処
理重量Mに比例するが、前述の関係より、与えられたM
に対して前半セクションの印加電圧VAが小さいほど、
後半セクションの印加電圧VBが大きいほど、所要電力
はPは小さくなる。よって、以下の式を得る。
Here, there is the following relationship between the power P, the voltage, and the processing weight M. That is, according to the equation (2), the electric power P is proportional to the treatment weight M, but from the above-mentioned relation,
On the other hand, as the applied voltage V A of the first half section is smaller,
The larger the applied voltage V B in the latter half section, the smaller the required power P becomes. Therefore, the following formula is obtained.

【0034】 P=KPA×VA 2+KPB×VB 2+KPM×M ・・・(6) ここで、KPA、KPB、KPMは係数である。P = K PA × V A 2 + K PB × V B 2 + K PM × M (6) Here, K PA , K PB , and K PM are coefficients.

【0035】以下にこの実施の形態において行われる制
御について説明する。まず、加熱装置の運転前に、被加
熱材データ入力装置11より運転に必要なデータ、すな
わち被加熱材の径D、被加熱材の搬送速度Sを入力す
る。演算装置10は上記データに基づいて、被加熱材径
D、搬送速度Sより計算される処理重量Mの値より、概
略の加熱原単位より概略の所要電力PTを計算する。次
に、式(7)の条件にて、電力Pが最小になるように式
(4)〜(6)より繰り返し計算にて電圧VAおよびVB
を決定する。
The control performed in this embodiment will be described below. First, before operating the heating device, the data required for operation, that is, the diameter D of the material to be heated and the transport speed S of the material to be heated are input from the material to be heated data input device 11. Based on the above data, the arithmetic unit 10 calculates the approximate required power P T from the approximate heating unit based on the value of the treatment weight M calculated from the heated material diameter D and the transport speed S. Next, under the condition of the expression (7), the voltages V A and V B are repeatedly calculated from the expressions (4) to (6) so that the electric power P is minimized.
To determine.

【0036】上記の計算に必要な係数KSA、KSB
SM、KCA、KCB、KCM、KPA、KPB、KPMは、あらか
じめ実験データによって決定することができ、演算装置
10の内部で記憶させておくことが可能である。また、
上記係数は被加熱材の径によって変わるので、被加熱材
の径に応じた記憶を行うことになる。
The coefficients K SA , K SB , necessary for the above calculation,
K SM , K CA , K CB , K CM , K PA , K PB , and K PM can be determined in advance from experimental data and can be stored inside the arithmetic unit 10. Also,
Since the above coefficient changes depending on the diameter of the material to be heated, the memory according to the diameter of the material to be heated is performed.

【0037】上記の計算結果に基づいて、高周波インバ
ータ装置3に電圧VAを、高周波インバータ装置4に電
圧VBを設定する。この動作によって、低温域用加熱コ
イル5と高温域用加熱コイル6には最も加熱原単位が小
さくなるような電力が投入され、この加熱装置は、あら
かじめ入力された被加熱材径Dおよび搬送速度Sに対し
て、所定の温度差TDを得られるように、最も加熱原単
位が小さくなるような昇温カーブでもって運転されるこ
とになる。
Based on the above calculation result, the voltage V A is set in the high frequency inverter device 3 and the voltage V B is set in the high frequency inverter device 4. By this operation, electric power is supplied to the heating coil 5 for low temperature region and the heating coil 6 for high temperature region so that the heating unit is the smallest. In order to obtain a predetermined temperature difference T D with respect to S, the operation is performed with a temperature rising curve that minimizes the heating unit.

【0038】以下に実施の形において行われた本発明に
ついての実施結果を図2に示す。この実験では、定格電
力1,200kWの加熱装置が前半セクション600k
W、後半セクション600kWの2台に分割されてお
り、径44のバー材を1,200℃に加熱するものであ
る。実験によると、前半セクションの電力を比較的大き
く設定したデータ(1)と、前半セクションの電力を比
較的小さく設定したデータ(2)では、データ(2)の
方の所要電力が約8%小さくなった。これからも、前半
セクションの電力を小さくした方が所要電力が少なくて
すむ、すなわち省エネルギ化が達成されることがわか
る。
FIG. 2 shows the result of carrying out the present invention in the following embodiments. In this experiment, a heating device with a rated power of 1,200 kW was installed in the first half section 600 k.
It is divided into two units of W and the latter half section 600 kW, and heats a bar material having a diameter of 44 to 1,200 ° C. According to the experiment, in the data (1) in which the power of the first half section is set to be relatively high and the data (2) in which the power of the first half section is set to be relatively low, the required power of the data (2) is about 8% smaller. became. From this as well, it can be seen that the power required in the first half section is smaller, that is, the energy saving is achieved.

【0039】実施の形態2.上述した実施の形態1で
は、インバータ装置は2台としているが、大きな電力を
要する加熱装置では、これを3台もしくはそれ以上の台
数とすることがある。3台以上の場合でも上記実施の形
態1に説明した制御方法と同様の制御方法が使用でき
る。すなわち、加熱装置の入側(前半)に近いセクショ
ンには小さい電力を、出側(後半)になるほど大きな電
力を投入することによって、加熱原単位を小さくするこ
とができる。この場合の式(4)〜(6)に相当する一
般式は以下となる。
Embodiment 2 In the first embodiment described above, the number of inverter devices is two, but in a heating device that requires a large amount of power, the number may be three or more. Even when three or more units are used, the same control method as the control method described in the first embodiment can be used. That is, the heating unit can be reduced by supplying a small amount of electric power to the section close to the inlet side (first half) of the heating device and a large amount of electric power toward the outlet side (second half). General formulas corresponding to formulas (4) to (6) in this case are as follows.

【0040】TS=ΣI=1N(KSI×VI 2)−KSM×M TC=ΣI=1N(KCI×VI 2)−KCM×M P=ΣI=1N(KPI×VI 2)−KPM×M ここで、KSI、KSM、KCI、KCM、KPI、KPMは係数で
ある。
T S = Σ I = 1 N (K SI × V I 2 ) −K SM × M T C = Σ I = 1 N (K CI × V I 2 ) −K CM × M P = Σ I = 1 N (K PI × V I 2 ) −K PM × M where K SI , K SM , K CI , K CM , K PI , and K PM are coefficients.

【0041】なお、上記実施の形態1、2によれば、制
御、演算に必要な回路は、市販のプログラマブルコント
ローラ等で比較的安価に構成することができる。
According to the first and second embodiments, the circuits required for control and calculation can be constructed at a relatively low cost with a commercially available programmable controller or the like.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係る誘導加熱装置は、連続的に搬送される被加熱材を
常温より所定の高温に誘導加熱するN個のセクションに
分割された加熱コイルと、上記加熱コイルに1対1で接
続されて高周波の電力を供給するN個のインバータ装置
と、上記被加熱材を供給部から排出部に向かって上記加
熱コイルの中を連続して定常速度で搬送させる搬送機構
と、上記定常速度に応じて上記インバータ装置の電圧を
設定する電圧設定回路とを有する誘導加熱装置におい
て、上記被加熱材の単位時間当たりの処理重量、上記被
加熱材の最終加熱温度、上記被加熱材の表面、中心間の
温度差の許容値から、上記N個のインバータ装置の発生
電力の総和を最小にするように、低温域からI個目のセ
クションのインバータ装置の電圧を決定する演算回路を
有するようにしたため、最も加熱原単位が小さくなるよ
うな昇温カーブと各セクション投入電力が設定でき、加
熱装置の省エネルギ化が達成できる。
As is apparent from the above description, the induction heating apparatus according to the present invention is divided into N sections for inductively heating the material to be continuously conveyed to a predetermined high temperature from room temperature. A heating coil, N inverter devices connected to the heating coil in a one-to-one relationship to supply high-frequency power, and the material to be heated continuously from the supply portion to the discharge portion in the heating coil. In an induction heating device having a transport mechanism for transporting at a steady speed, and a voltage setting circuit for setting the voltage of the inverter device according to the steady speed, a processing weight of the heated material per unit time, the heated material From the final heating temperature, the allowable temperature difference between the surface of the material to be heated, and the center, the invertor of the I-th section from the low temperature region is set so as to minimize the total sum of the generated power of the N inverter devices. Because you have an arithmetic circuit for determining the voltage of the device, most heating intensity decreases such Atsushi Nobori curve and each section input power can be set, energy saving of the heating apparatus can be achieved.

【0043】また、本発明に係る誘導加熱装置は、上記
演算回路において、上記被加熱材の表面温度TS、上記
被加熱材の中心温度TC、上記被加熱材の表面、中心間
の温度差の許容値TD、上記N個のインバータ装置の発
生電力の総和Pから、係数KSI、KCI、KPI、で表せら
れる次式より、上記電力Pを最小にするような上記イン
バータ装置の電圧VIを演算する電圧決定手段を有する
ようにしたため、上記と同様に最も加熱原単位が小さく
なるような昇温カーブと各セクション投入電力が設定で
き、加熱装置の省エネルギ化が達成できる。
Further, in the induction heating device according to the present invention, in the arithmetic circuit, the surface temperature T S of the heated material, the central temperature T C of the heated material, the temperature of the surface of the heated material, and the temperature between the centers. From the following equation expressed by the coefficients K SI , K CI , and K PI from the allowable value T D of the difference and the total power P generated by the N inverter devices, the inverter device that minimizes the power P Since a voltage determining means for calculating the voltage V I of the heating device is provided, the temperature rising curve and the electric power applied to each section can be set so that the heating unit can be minimized similarly to the above, and energy saving of the heating device can be achieved. .

【0044】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J) TC=ΣI=1 N(KCI×VI J) P=ΣI=1 N(KPI×VI J) |TS−TC|≦TD T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) P = Σ I = 1 N (K PI × V I J ) │T S -T C │ ≦ T D

【0045】また、本発明に係る誘導加熱装置は、上記
演算回路において、上記被加熱材の単位時間当たりの処
理重量M、被加熱材の表面温度TS、上記被加熱材の中
心温度TC、上記被加熱材の表面、中心間の温度差の許
容値TD、上記N個のインバータ装置の発生電力の総和
Pから、係数KSI、KSM、KCI、KCM、KPI、KPMで表
せられる次式より、上記電力Pを最小にするような上記
インバータ装置の電圧VIを演算する電圧決定手段を有
するようにしたため、上記と同様に最も加熱原単位が小
さくなるような昇温カーブと各セクション投入電力が設
定でき、加熱装置の省エネルギ化が達成できる。
Further, in the induction heating device according to the present invention, in the arithmetic circuit, the treatment weight M of the material to be heated per unit time, the surface temperature T S of the material to be heated, and the central temperature T C of the material to be heated. , The allowable value T D of the temperature difference between the surface of the material to be heated and the center, and the total power P generated by the N inverter devices, the coefficients K SI , K SM , K CI , K CM , K PI , and K Since the voltage determining means for calculating the voltage V I of the inverter device that minimizes the electric power P is provided from the following expression represented by PM , the heating unit unit that minimizes the heating unit is the same as above. The temperature curve and the power input to each section can be set to save energy in the heating device.

【0046】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J)−KSM×M TC=ΣI=1 N(KCI×VI J)−KCM×M P=ΣI=1 N(KPI×VI J)−KPM×M |TS−TC|≦TD T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) −K SM × M T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) −K CM × M P = Σ I = 1 N (K PI × V I J) -K PM × M | T S -T C | ≦ T D

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1を示すブロック構成図
である。
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 実施の形態1における実施結果を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an implementation result in the first embodiment.

【図3】 従来の誘導加熱装置を示すブロック構成図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional induction heating device.

【図4】 昇温カーブを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a temperature rise curve.

【図5】 投入電力を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing input power.

【図6】 被加熱材の表面温度と中心温度の推移を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing changes in surface temperature and center temperature of a material to be heated.

【符号の説明】 1 受電盤、2 変圧器、3 低温域用高周波インバー
タ、4 高温域用高周波インバータ、5 低温域用加熱
コイル、6 高温域用加熱コイル、7 被加熱材(鋼
材)、8 ピンチローラ機構、9 駆動用モータ、10
演算装置、11入力装置、12 電圧設定器、13
電圧設定器。
[Explanation of Codes] 1 power receiving panel, 2 transformer, 3 high frequency inverter for low temperature range, 4 high frequency inverter for high temperature range, 5 heating coil for low temperature range, 6 heating coil for high temperature range, 7 heated material (steel material), 8 Pinch roller mechanism, 9 drive motor, 10
Arithmetic device, 11 input device, 12 voltage setting device, 13
Voltage setting device.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続的に搬送される被加熱材を常温より
所定の高温に誘導加熱するN個のセクションに分割され
た加熱コイルと、上記加熱コイルに1対1で接続されて
高周波の電力を供給するN個のインバータ装置と、上記
被加熱材を供給部から排出部に向かって上記加熱コイル
の中を連続して定常速度で搬送させる搬送機構と、上記
定常速度に応じて上記インバータ装置の電圧を設定する
電圧設定回路とを有する誘導加熱装置において、 上記被加熱材の単位時間当たりの処理重量、上記被加熱
材の最終加熱温度、上記被加熱材の表面、中心間の温度
差の許容値から、上記N個のインバータ装置の発生電力
の総和を最小にするように、低温域からI(≦N)個目
のセクションのインバータ装置の電圧を決定する演算回
路を有することを特徴とする誘導加熱装置。
1. A heating coil divided into N sections for inductively heating a continuously conveyed material from room temperature to a predetermined high temperature, and high-frequency power connected to the heating coil in a one-to-one correspondence. Inverter units for supplying the heating target material, a transport mechanism for continuously transporting the material to be heated from the supply unit to the discharge unit in the heating coil at a steady speed, and the inverter device according to the steady speed. In an induction heating device having a voltage setting circuit for setting the voltage of, the processing weight per unit time of the heated material, the final heating temperature of the heated material, the surface of the heated material, the temperature difference between the center of It has an arithmetic circuit for determining the voltage of the inverter device of the I (≦ N) th section from the low temperature range so as to minimize the total sum of the generated power of the N inverter devices from the allowable value. That the induction heating device.
【請求項2】 上記演算回路は、上記被加熱材の表面温
度TS、上記被加熱材の中心温度TC、上記被加熱材の表
面、中心間の温度差の許容値TD、上記N個のインバー
タ装置の発生電力の総和Pから、係数KSI、KCI
PI、で表せられる次式より、上記電力Pを最小にする
ような上記インバータ装置の電圧VIを演算する電圧決
定手段を有することを特徴とする請求項1に記載の誘導
加熱装置。 【数1】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J) TC=ΣI=1 N(KCI×VI J) P =ΣI=1 N(KPI×VI J) |TS−TC|≦TD
2. The arithmetic circuit comprises a surface temperature T S of the material to be heated, a center temperature T C of the material to be heated, a surface temperature of the material to be heated, a permissible value T D of the temperature difference between the centers, and N. From the sum P of the generated power of the individual inverter devices, the coefficients K SI , K CI ,
The induction heating device according to claim 1, further comprising a voltage determining unit that calculates a voltage V I of the inverter device that minimizes the electric power P from the following expression represented by K PI . [Formula 1] T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) P = Σ I = 1 N (K PI × V I J ) | T S −T C | ≦ T D
【請求項3】 上記演算回路は、上記被加熱材の単位時
間当たりの処理重量M、被加熱材の表面温度TS、上記
被加熱材の中心温度TC、上記被加熱材の表面、中心間
の温度差の許容値TD、上記N個のインバータ装置の発
生電力の総和Pから、係数KSI、KSM、KCI、KCM、K
PI、KPMで表せられる次式より、上記電力Pを最小にす
るような上記インバータ装置の電圧VIを演算する電圧
決定手段を有することを特徴とする請求項1に記載の誘
導加熱装置。 【数2】TS=ΣI=1 N(KSI×VI J)−KSM×M TC=ΣI=1 N(KCI×VI J)−KCM×M P=ΣI=1 N(KPI×VI J)−KPM×M |TS−TC|≦TD
3. The arithmetic circuit comprises a processing weight M of the heated material per unit time, a surface temperature T S of the heated material, a central temperature T C of the heated material, a surface of the heated material, and a center of the heated material. From the allowable value T D of the temperature difference between them and the total P of the generated power of the above N inverter devices, the coefficients K SI , K SM , K CI , K CM , and K
The induction heating device according to claim 1, further comprising a voltage determining unit that calculates a voltage V I of the inverter device that minimizes the electric power P from the following expressions represented by PI and K PM . [Formula 2] T S = Σ I = 1 N (K SI × V I J ) −K SM × M T C = Σ I = 1 N (K CI × V I J ) −K CM × M P = Σ I = 1 N (K PI × V I J) -K PM × M | T S -T C | ≦ T D
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