JPH1183906A - Apparatus for detecting current of induction heating load - Google Patents
Apparatus for detecting current of induction heating loadInfo
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- JPH1183906A JPH1183906A JP9238311A JP23831197A JPH1183906A JP H1183906 A JPH1183906 A JP H1183906A JP 9238311 A JP9238311 A JP 9238311A JP 23831197 A JP23831197 A JP 23831197A JP H1183906 A JPH1183906 A JP H1183906A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は誘導加熱用負荷の電
流検出装置に関する。The present invention relates to a current detecting device for an induction heating load.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は誘導加熱装置の構成例を示す回路
図である。図において、１０は複数のインバータユニッ
トであり、それぞれ１〜４までの４個のスイッチング素
子から構成されている。それぞれのインバータユニット
１０の出力は共通接続され、負荷を駆動するようになっ
ている。スイッチング素子１〜４としては、例えばトラ
ンジスタが用いられる。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of an induction heating device. In the figure, reference numeral 10 denotes a plurality of inverter units, each of which comprises four switching elements 1 to 4. The outputs of the inverter units 10 are commonly connected to drive a load. As the switching elements 1 to 4, for example, transistors are used.
【０００３】インバータユニット１０の出力は、整合ト
ランス５を介して負荷に供給される。整合トランス５の
２次側は、直流カットコンデンサＣを介してワークコイ
ル１１を駆動する。１２は該ワークコイル１１で駆動さ
れるワークである。[0005] The output of the inverter unit 10 is supplied to a load via a matching transformer 5. The secondary side of the matching transformer 5 drives the work coil 11 via the DC cut capacitor C. Reference numeral 12 denotes a work driven by the work coil 11.
【０００４】この種の誘導加熱装置の出力は、数１００
ｋＷであり、流れる電流も数１００Ａと極めて高い値に
なる。そこで、電流が流れるパワーライン６，７として
はブスバーが用いられる。インバータユニット１０の出
力周波数としては、５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度が用
いられる。The output of this type of induction heating device is several hundreds.
kW, and the flowing current also has an extremely high value of several hundred A. Therefore, bus bars are used as the power lines 6 and 7 through which current flows. As an output frequency of the inverter unit 10, about 50 kHz to 400 kHz is used.
【０００５】この場合において、インバータユニット１
０の出力や周波数を制御するためには、高周波電流の振
幅情報及び位相情報が必要である。そこで、整合トラン
ス５の１次側ブスバー６のＢ点、又は整合トランス５の
２次側ブスバー７のＡ点等における高周波電流及び位相
情報が検出される。高周波電流検出手段としては、例え
ばカレントトランスが用いられる。In this case, the inverter unit 1
In order to control the output and frequency of 0, amplitude information and phase information of a high-frequency current are required. Thus, high-frequency current and phase information at point B of the primary bus bar 6 of the matching transformer 5 or point A of the secondary bus bar 7 of the matching transformer 5 are detected. As the high-frequency current detecting means, for example, a current transformer is used.
【０００６】図５は従来のカレントトランスの構成例を
示す図で、断面図を示している。図において、２０がブ
スバー、２１が該ブスバー２０に巻回されたカレントト
ランスである。２２はブスバー２０を冷却するための冷
却水通路である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional current transformer, and is a sectional view. In the figure, reference numeral 20 denotes a bus bar, and reference numeral 21 denotes a current transformer wound around the bus bar 20. Reference numeral 22 denotes a cooling water passage for cooling the bus bar 20.
【０００７】カレントトランス２１は、一般にフェライ
トコア上にＮ2回巻線が巻かれている。カレントトラン
ス２１の１次側巻線数（ブスバー２０のこと）をＮ1、
流れる電流をＩ1、２次側巻線数をＮ2、流れる電流をＩ
2とすると、 Ｎ1・Ｉ1＝Ｎ2・Ｉ2 （１） が成立する。The current transformer 21 generally has a ferrite core wound N 2 times on a ferrite core. The number of primary windings (the bus bar 20) of the current transformer 21 is N 1 ,
The flowing current is I 1 , the number of secondary windings is N 2 , and the flowing current is I 2
Assuming that 2 , N 1 · I 1 = N 2 · I 2 (1) holds.
【０００８】図５において、（１）式により流れる電流
の相違により、即ち出力の相違により巻数Ｎ2の異なる
カレントトランスが必要となる。[0008] In FIG. 5, (1) due to the difference of the current flowing through the equation, i.e. different current transformer turns N 2 is required due to the difference of the output.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】前述した従来装置の場
合、数１００Ａの高周波電流を流すブスバー２０は冷却
水にて冷却するとしても、ブスバー２０の幅は数ｃｍ〜
数１０ｃｍの幅となる。従って、ブスバー２０に流れる
高周波電流を検出するカレントトランス２１としては、
大型のものとなり、従って高価になるという問題があっ
た。In the case of the above-described conventional apparatus, the width of the bus bar 20 is several centimeters or more even if the bus bar 20 through which a high-frequency current of several hundred A is cooled by cooling water.
The width is several tens cm. Therefore, as the current transformer 21 for detecting the high-frequency current flowing through the bus bar 20,
There is a problem in that it becomes large and therefore expensive.
【００１０】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、第１に高周波電流を検出する手段に小型
で安価なカレントトランスを用いることができる誘導加
熱用負荷の電流検出装置を提供することを目的とし、第
２に異なる出力を容易に得ることができる誘導加熱用負
荷の電流検出装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and a first object of the present invention is to provide a current detecting device for an induction heating load which can use a small and inexpensive current transformer as a means for detecting a high-frequency current. Second, it is an object of the present invention to provide a current detecting device for an induction heating load capable of easily obtaining a different output.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、電源から誘導加熱用負荷にパワーを供給する
場合において、パワーラインを形成するブスバーに近接
して空芯コイルを配置し、該空芯コイルからブスバーに
流れる電流を検出するように構成したことを特徴として
いる。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided an air-core coil arranged near a bus bar forming a power line when power is supplied from a power source to a load for induction heating. The present invention is characterized in that a current flowing from the air core coil to the bus bar is detected.
【００１２】この発明の構成によれば、ブスバーに流れ
る電流（高周波電流）を検出するのに、ブスバー自体を
コイルで巻回する必要がなくなり、小型で安価なカレン
トトランスを用いることができる誘導加熱用負荷の電流
検出装置を提供することができる。According to the configuration of the present invention, it is not necessary to wind the bus bar itself with a coil to detect the current (high-frequency current) flowing through the bus bar, so that a small and inexpensive current transformer can be used. A load current detection device.
【００１３】この場合において、前記空芯コイルをブス
バーに対して回転可能に構成し、検出する電流量を可変
できるようにしたことを特徴としている。この発明の構
成によれば、空芯コイルを回転可能にすることにより、
鎖交する磁束数を可変して検出する電流量を可変とする
ことができ、異なる出力を容易に得ることができ、出力
の相違により巻数Ｎ2の異なるカレントトランスが不要
となる。In this case, the air-core coil is configured to be rotatable with respect to a bus bar so that the amount of current to be detected can be varied. According to the configuration of the present invention, by enabling the air core coil to rotate,
The amount of current detected by varying the number of magnetic flux interlinking can be variable, a different output can be easily obtained, different current transformer turns N 2 become unnecessary due to the difference of the output.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の
形態例を示す構成図である。図５と同一のものは、同一
の符号を付して示す。３０は空芯コイルであり、図の
（ａ）は空芯コイルの形状を、（ｂ）は空芯コイルの取
り付け状態を示す。空芯コイル３０は一辺がａの四辺形
でその長さはｌcである。空芯コイル３０の巻数として
は、例えば数１００ターン巻回される。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. Numeral 30 denotes an air-core coil, in which (a) shows the shape of the air-core coil and (b) shows how the air-core coil is attached. The air-core coil 30 is a quadrilateral with one side a and its length is l c . The number of turns of the air-core coil 30 is, for example, several hundred turns.
【００１５】（ｂ）において、２０ａ、２０ｂは対向ブ
スバーである。ブスバー２０ａ、２０ｂはＬoの距離を
置いて配置されており、図に示すように、それぞれ逆向
きに電流が流れている。ブスバー２０ａ、２０ｂの幅手
方向の長さをｌとする。には、数１００Ａの大電流が流
れるので、冷却水通路２２に冷却水を流して常時冷却し
ておく必要がある。In FIG. 2B, 20a and 20b are opposing bus bars. Bus bars 20a, 20b are arranged at a distance of L o, as shown, a current flows in opposite directions, respectively. The length in the width direction of the bus bars 20a and 20b is represented by l. In this case, since a large current of several hundred A flows, it is necessary to flow cooling water through the cooling water passage 22 to constantly cool the cooling water.
【００１６】ブスバー２０ａ側には、空芯コイル保持機
構３１を設けて空芯コイル３０が取り付けられている。
このように構成された装置の動作を説明すると、以下の
通りである。An air core coil holding mechanism 31 is provided on the bus bar 20a side, and an air core coil 30 is attached.
The operation of the device configured as described above will be described below.
【００１７】従来のカレントトランスの場合には、ブス
バー全体を巻回していたので、鎖交磁束数も多く、高周
波電流の検出感度も高い。しかも、コアに巻かれたもの
を使用しているので、コアの透磁率をμとすると、発生
磁束数はμＨ（Ｈは磁界）となり、高周波電流を正確に
検出することができる。In the case of a conventional current transformer, since the entire bus bar is wound, the number of interlinkage magnetic fluxes is large, and the detection sensitivity of a high-frequency current is high. Moreover, since the core is wound, if the magnetic permeability of the core is μ, the number of generated magnetic fluxes is μH (H is a magnetic field), and a high-frequency current can be detected accurately.
【００１８】一方、本発明者は、ブスバーの周囲に発生
する磁界分布を調べてみた。図２は磁界分布の計算例を
示す図である。縦軸は磁界Ｈ（ＡＴ／ｍ）、横軸はブス
バー内側と外側を示す。対向するブスバー間の距離をＬ
0、ブスバーの幅をｌとする。単位はｍである。ブスバ
ー内側の磁界の平均（Ａv）は３．５ＡＴ／ｍ、ブスバ
ー外側の磁界の平均（Ａv）は１．２ＡＴ／ｍ程度であ
る。ブスバーの外側は、ブスバーの内側に比較して小さ
いものの、１．２ＡＴ／ｍ程度の磁界が発生している。
従って、ブスバーの外側に空芯コイルを配置しても、高
周波電流を検出できる。On the other hand, the present inventor examined the distribution of the magnetic field generated around the busbar. FIG. 2 is a diagram illustrating a calculation example of the magnetic field distribution. The vertical axis shows the magnetic field H (AT / m), and the horizontal axis shows the inside and outside of the busbar. The distance between opposing busbars is L
0 , the width of the bus bar is l. The unit is m. The average (A v ) of the magnetic field inside the bus bar is 3.5 AT / m, and the average (A v ) of the magnetic field outside the bus bar is about 1.2 AT / m. Although the outside of the bus bar is smaller than the inside of the bus bar, a magnetic field of about 1.2 AT / m is generated.
Therefore, even if an air-core coil is arranged outside the bus bar, a high-frequency current can be detected.
【００１９】ここでの実施の形態例では、空芯コイル３
０は、図１に示すようにブスバー２０ａに背負わせる形
で取り付けられている。即ち、空芯コイル保持機構３１
により、ブスバー２０ａの外側に取り付けられている。In this embodiment, the air-core coil 3
0 is mounted on the bus bar 20a as shown in FIG. That is, the air-core coil holding mechanism 31
Thus, it is attached to the outside of the bus bar 20a.
【００２０】この状態でブスバー２０ａに高周波大電流
が流れると、ブスバーの周囲には磁界が発生する。空芯
コイル３０は、この磁界中に置かれることになる。この
結果、空芯コイル３０には、その鎖交磁束量に応じた磁
束を打ち消すような磁束を発生させる電流が誘起電力を
発生する。この発生電流を電源部（インバータユニッ
ト）の出力制御、周波数制御用の信号として用いれば、
誘導加熱用負荷へのパワー供給を的確に行なうことがで
きる。When a high-frequency large current flows through the bus bar 20a in this state, a magnetic field is generated around the bus bar. The air core coil 30 will be placed in this magnetic field. As a result, in the air-core coil 30, a current that generates a magnetic flux that cancels the magnetic flux corresponding to the amount of the interlinkage magnetic flux generates the induced power. If this generated current is used as output control and frequency control signals for the power supply unit (inverter unit),
Power can be accurately supplied to the induction heating load.
【００２１】実験結果によれば、検出電流の振幅情報及
び位相情報としては、インバータの定格動作時に、検出
できる検出信号電流として、０．５Ａ程度が妥当と考え
られる。ブスバーの幅を１２ｃｍ、ブスバー２０ａと２
０ｂの間隔Ｌ0を１１ｃｍ、空芯コイル窓４ｃｍ×４ｃ
ｍ、空芯コイル長ｌcを１０ｃｍとした時に、 ６７０Ａ時、約２５０ターンで０．５Ａ ５００Ａ時、約１８０ターンで０．５Ａ ３４０Ａ時、約１２０ターンで０．５Ａ の出力電流を得ることができた。According to the experimental results, it is considered that about 0.5 A is appropriate as the detection signal current that can be detected during the rated operation of the inverter as the amplitude information and the phase information of the detection current. The width of the bus bar is 12 cm, and the bus bars 20a and 2
11cm the interval L 0 = 0b, the air-core coil window 4cm × 4c
m, air coil length l c is 10 cm, output current of 0.5A at 670A, at 0.5A at about 250 turns, at 500A, at about 180 turns at 0.5A at 340A, and at about 120 turns at 0.5A Was completed.
【００２２】上述の実施の形態例では、空芯コイル３０
をブスバー２０ａ側に設けた場合を例にとったが、ブス
バー２０ｂ側に設けてもよく、また、対向ブスバー内
側、対向ブスバー上部又は下部と何れに設けてもよい。
空芯コイルの誘導起電圧（磁界とコイルの巻数により決
まる）と、空芯コイルのインダクタンスと負荷によって
決まる最適な場所を選べばよい。In the above embodiment, the air core coil 30
Is provided on the bus bar 20a side, but may be provided on the bus bar 20b side, or may be provided on the inside of the opposing bus bar, on the upper or lower part of the opposing bus bar.
An optimum location determined by the induced electromotive voltage of the air-core coil (determined by the magnetic field and the number of turns of the coil) and the inductance and load of the air-core coil may be selected.
【００２３】この実施の形態例によれば、ブスバーに流
れる電流（高周波電流）を検出するのに、ブスバー自体
をコイルで巻回する必要がなくなり、小型で安価なカレ
ントトランスを用いることができる誘導加熱用負荷の電
流検出装置を提供することができる。According to this embodiment, it is not necessary to wind the bus bar itself with a coil in order to detect the current (high-frequency current) flowing through the bus bar, and it is possible to use a small and inexpensive current transformer. A current detection device for a heating load can be provided.
【００２４】図３は本発明の他の実施の形態例を示す構
成図である。（１）式で示すように、カレントトランス
にはＮ1・Ｉ1＝Ｎ2・Ｉ2 を満たす電流が流れることに
なる。ここで、カレントトランスの出力を変更しようと
すると、２次側巻線Ｎ2を変える必要がある。それで
は、実用的でない。FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. As shown in the equation (1), a current that satisfies N 1 · I 1 = N 2 · I 2 flows through the current transformer. Here, an attempt to change the output of the current transformer, it is necessary to change the secondary winding N 2. Then it is not practical.
【００２５】そこで、先の実施の形態例で用いた空芯コ
イル３０を回転可能にブスバーに取り付けるようにし
た。ブスバーへの空芯コイル３０の取り付け方法は、
（ａ）に示すように図１に示すものと基本的に同じであ
るが、その際に空芯コイル３０を（ｂ）に示すように回
転可能なようにしておく。空芯コイル３０とブスバー２
０ａとのなす角をθとする。Therefore, the air core coil 30 used in the above embodiment is rotatably attached to the bus bar. How to attach the air core coil 30 to the busbar
As shown in (a), it is basically the same as that shown in FIG. 1, but at that time, the air core coil 30 is made rotatable as shown in (b). Air core coil 30 and bus bar 2
The angle formed with 0a is defined as θ.
【００２６】母線即ち、カレントトランスの１次電流を
Ｉｓｉｎωｔとすると、空芯コイル３０、即ちカレント
トランスの２次側電流ｉ（ｔ）は、以下のようになる。 ｉ（ｔ）＝ｅ（ｔ）／ωＬ＝ｋ1（ｌ／Ｎ）×Ｉｓｉｎωｔ ＝（ｋ2Ｉ／Ｎ）ｓｉｎωｔ （２） ω：角周波数 ｌ：ブスバーの幅 Ｌ：空芯コイルのインダクタンス Ｉ：１次電流ピーク値 Ｎ：空芯コイルの巻数 ｋ1、ｋ2は比例定数Assuming that the bus, that is, the primary current of the current transformer is Isinωt, the secondary current i (t) of the air core coil 30, that is, the current transformer is as follows. i (t) = e (t ) / ωL = k 1 (l / N) × Isinωt = (k 2 I / N) sinωt (2) ω: angular frequency l: the width of the bus bar L: air-core coil inductance I : Primary current peak value N: Number of turns of air core coil k 1 and k 2 are proportional constants
【００２７】図３に示す取り付け角度θを考慮すると、
（２）式は以下のようになる。 ｉ（ｔ）＝ｋ3（Ｉ／Ｎ）ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθ （３） ここで、ｋ3は比例定数である。今、例えば１００ｋＷ
で最適カレントトランス（空芯コイル）を設計したとす
ると、 ｃｏｓθ＝ｃｏｓ４５゜＝１／√２ 即ち√２Ｉｓｉｎ
ωｔ ｃｏｓθ＝ｃｏｓ６０゜＝１／２ 即ち２Ｉｓｉｎωｔ 倍の電流を検出することができる。理論的には１００ｋ
Ｗで最適空芯コイルにて∞ｋＷまで可能となる。実際に
は、１００ｋＷ最適カレントトランスにて３００ｋＷ程
度までは、同一最適空芯コイルを用いることができる。Considering the mounting angle θ shown in FIG.
Equation (2) is as follows. i (t) = k 3 (I / N) sinωt × cos θ (3) where k 3 is a proportionality constant. Now, for example, 100kW
If an optimal current transformer (air-core coil) is designed by the following equation, cos θ = cos 45 ゜ = 1 / √2, ie, {2I sin
ωt cosθ = cos60 ゜ = １ ／ That is, 2Isinωt times the current can be detected. 100k in theory
With W, it becomes possible to up to ∞kW with the optimal air core coil. Actually, the same optimal air-core coil can be used up to about 300 kW with a 100 kW optimal current transformer.
【００２８】この実施の形態例によれば、空芯コイルを
ブスバーに対して回転可能にすることにより、鎖交する
磁束数を可変して検出する電流量を可変とすることがで
き、異なる出力を容易に得ることができ、出力の相違に
より巻数Ｎ2の異なるカレントトランスが不要となる。According to this embodiment, by making the air-core coil rotatable with respect to the bus bar, the amount of current to be detected by changing the number of interlinking magnetic fluxes can be made variable, and different outputs can be obtained. It can be obtained easily, different current transformer turns N 2 become unnecessary due to the difference of the output.
【００２９】具体的には、同一空芯コイルで約３倍程度
のパワー制御に対して同一のものが使用できる。また、
小型で安価である。More specifically, the same air-core coil can use the same coil for power control of about three times. Also,
Small and inexpensive.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、電源から誘導加熱用負荷にパワーを供給する場
合において、パワーラインを形成するブスバーに近接し
て空芯コイルを配置し、該空芯コイルからブスバーに流
れる電流を検出することにより、ブスバーに流れる電流
（高周波電流）を検出するのに、ブスバー自体をコイル
で巻回する必要がなくなり、小型で安価なカレントトラ
ンスを用いることができる誘導加熱用負荷の電流検出装
置を提供することができる。As described above in detail, according to the present invention, when power is supplied from a power supply to an induction heating load, an air-core coil is arranged close to a bus bar forming a power line. By detecting the current flowing from the air-core coil to the bus bar, it is not necessary to wind the bus bar itself with a coil to detect the current (high-frequency current) flowing through the bus bar, and a small and inexpensive current transformer is used. It is possible to provide a current detection device for an induction heating load that can be used.
【００３１】この場合において、前記空芯コイルをブス
バーに対して回転可能に構成し、検出する電流量を可変
できるようにしたことにより、空芯コイルを回転可能に
して、鎖交する磁束数を可変して検出する電流量を可変
とすることができ、異なる出力を容易に得ることがで
き、出力の相違により巻数Ｎ2の異なるカレントトラン
スが不要となる。In this case, the air-core coil is configured to be rotatable with respect to the bus bar so that the amount of current to be detected can be varied. the amount of current detected variable to be variable, a different output can be easily obtained, different current transformer turns N 2 become unnecessary due to the difference of the output.
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】磁界分布の計算例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a calculation example of a magnetic field distribution.
【図３】本発明の他の実施の形態例を示す構成図であ
る。FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図４】誘導加熱装置の構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of an induction heating device.
【図５】従来のカレントトランスの構成例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional current transformer.
２０ａ 対向ブスバー ２０ｂ 対向ブスバー ２２ 冷却水通路 ３０ 空芯コイル ３１ 空芯コイル保持機構 20a opposing bus bar 20b opposing bus bar 22 cooling water passage 30 air core coil 31 air core coil holding mechanism
Claims (2)
する場合において、パワーラインを形成するブスバーに
近接して空芯コイルを配置し、該空芯コイルからブスバ
ーに流れる電流を検出するように構成した誘導加熱用負
荷の電流検出装置。When supplying power to an induction heating load from a power supply, an air-core coil is arranged near a bus bar forming a power line, and a current flowing from the air-core coil to the bus bar is detected. The configured current detection device for induction heating load.
可能に構成し、検出する電流量を可変できるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱用負荷の電流
検出装置。2. The current detecting device for an induction heating load according to claim 1, wherein the air core coil is configured to be rotatable with respect to a bus bar so that the amount of current to be detected can be varied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9238311A JPH1183906A (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Apparatus for detecting current of induction heating load |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9238311A JPH1183906A (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Apparatus for detecting current of induction heating load |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1183906A true JPH1183906A (en) | 1999-03-26 |
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ID=17028329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9238311A Withdrawn JPH1183906A (en) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Apparatus for detecting current of induction heating load |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1183906A (en) |
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