JPS58108685A - 誘導炉の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、誘導炉の運転制御装置に関する。

最大出力電圧および最大出力電流が所定の値に制限され
た、たとえば、高周波インバータ装置等の交流電源装置
から、誘導炉の誘導コイルに給電して、該炉内に投入し
た金属材料を溶解するように誘導炉を運転することがお
こなわれている。

この種の誘導炉においては、炉内の金属材料の量、即ち
、該金属材料の溶湯の貯留量に応じて、誘導コイルのイ
ンピーダンスは、第１図に示すように変化する。

即ち、当該誘導炉内の溶湯の貯留量は、上記交流電源装
置から誘導・イｙｂ　ｚ　ｆ！’）供給電力が最大Ｖｍ
ａｘ　−１ｍａｘ　、即ち、該交流電源装置の負荷であ
る誘導炉の入力インピーダンスと交流電源装置の内部イ
ンピーダンスとが等しい、いわゆる、整合状態にあると
きに相当した量よりも低減すると、図中、実線Ｚ２、Ｚ
ｌで示すように、上記入力インピーダンスが変化し、該
誘導コイルへの印加電圧は最大値Ｖｍａｘとされかつそ
の供給電流は、最大値ＩｍａｘよりＩ２．ＩＩ　と低減
し、該誘導コイルへの供給室Ｊ月１低減する。

一方、当該炉内の金属材料の貯留量が、上述した整合状
態時に相当した量よりも増大すると、図中、実線Ｚ４．
Ｚ５で示すように、誘導コイルのインピーダンスが変化
し、該誘導コイルへの供給電流は最大値１ｍａｘとされ
かつ印加電圧は最大値ＶｍａｘよりＶ４．Ｖ５　と低下
し、該誘導コイルへの供給電力が低減する。

上述したように、」二記誘導炉の運転中、炉内の金属材
料の量、および、その温度等が変化すると、誘導コイル
のインピーダンス、即ち、交流電源装置の負荷が変動し
、上述した交流電源装置とその負荷との整合が外れ、誘
導コイルへの供給電力、したがって、炉内の金属材料へ
の誘導加熱量が低減して、それだけ効率が低下するとい
う問題点があった。

このため、従来、たとえば、第１図に示すように、最大
出力電圧および最大出力電流が所定の値に制限された高
周波インバータ装置１と、誘導炉の炉体２に巻装された
誘導コイル３との間に、複数の切換タップ４−１．　４
−２．　・・・・・・を有する整合用の単巻トランス４
を接続するとか、上記誘導コイル３と並列に接続された
力率改善用のコンデンサ５に、並列に、スイッチ６と力
率改善用の補助コンデンサ７とを接続する一方、当該誘
導炉の操作者は、インバータ装置１の出力電力検出用の
電力計（図示しない）を見ながら、上記切換タップの切
換操作とか、スイッチ６のオン・オフ操作等をおこ々う
とか、或いは、インバータ装置１のサイリスタ等の点弧
角に余裕角αを設定して、その点弧角の調整操作をおこ
なうとかの手段により、誘導コイル３への供給電力がほ
ぼ最大とがるように誘導炉の運転制御がおこなわれてい
た。

しかし々から、上述の従来の運転制御装置においては、
交流電源装置として、当該誘導炉の炉容等に応じて要求
される電力より可成り大きい電力゛容量を有するものが
要求され、そ−れだけ、構成が複雑かつ大型化し、その
製作コストも高価であるという欠点があった。

！！た、上述の切換タップとかスイッチ６とかの（３） 切換操作、および、余裕角αの調整操作は、上記電力計
の指示値に応じて操作者がおこなうもので、その操作に
は、熟練とカンとが要求され、操作性が悪いという欠点
もあった。

この発明は、」二記欠点を除去するためになされたもの
で、誘導炉の誘導コイルに給電する交流電源装置の出力
電圧および出力電流の検出信号により、溶解を行なって
いる誘導炉のインピーダンスを演算して、その演算され
たインピーダンスが所定の範囲内に入っているか否かを
判定して、対応する表示灯を点灯することにより、誘導
炉内に投入されている材料の量の過不足の判別を容易に
し、これによって、誘導炉に最大電力を投入するために
、材料を投入すべきか否かの判断を容易にできるように
した制御装置を提供することを目的とするものである。

以下に、この発明の一実施例を、第２図および第３図と
ともに説明する。

なお、第２図において、第１図の装置の構成部分と等価
な部分は、同一符号を付して説明する。

（４） 第２図において、１０は、所定の周波数の交流電力を、
誘導炉の炉体２に巻装された誘導コイル８に供給する交
流電源装置である。

上記交流電源装置１０は、商用三相交流電源１１に、６
個のサイリスタを用いたブリッジ整流回路１２を接続し
、このブリッジ整流回路１２に、直流リアクトル１３を
介して、４個のサイリスタを用いたインバータ回路１４
を接続する一方、上記　　・ブリッジ整流回路１２およ
びインバータ回路１４の各サイリスクのゲートに、点弧
指令信号を印加するようにインパーク制御回路１５を接
続して構成したものである。そして、この交流電源装置
１０の最大出力電圧および最大出力電流は、インバータ
制御回路１５によシ公知の方法で、それぞれＶｍａｘお
よびＩｍａｘに制限されている。

１８は、上記交流電源装置１０の出力電流検出用の電流
検出器で、たとえば、計器用変流器を用いたものである
。この電流検出器１８は、上記三相交流電源１１とブリ
ッジ整流回路１２との間に接続されている。そして、電
流検出器１８の出力は、ダイオード整流＋ｉ’ｌ路１９
に印加され、このダイオード整流回路１９からは、上記
交流電源装置１０への入力電流、いいかえると電源装置
の出力電流を表わす直流電圧の検出電流信号Ｉｘが出力
される。

２１は、」−記交流電源装置１０の出力電圧検出用の電
圧検出器で、たとえば、計器用変成器を用いたものであ
る。この電圧検出器２１ば、」−記交流電源装置１１に
おけるインバータ回路１４と、」二記誘導コイル３との
間に接続されている。そして、との電圧検出器２１の出
力は、ダイオード整流回路２２に印加され、このダイオ
ード整流回路２２からは、」二記交流電源装置１０の出
力電圧を表わす直流電圧の検出電圧信号Ｖｘが出力され
る。

２３はインピーダンス算出用の演算回路で、この演算回
路２３は、上記ダイオード整流回路２２から一方の入力
端子Ｔ１に入力された検出電圧信号Ｖｘを、上記ダイオ
ード整流回路１９から他方の入力端子Ｔ２に入力された
検出電流信号Ｉｘで除算して、上記交流電源装置１０の
負荷の当該誘導炉の入力インピーダンスＺｘ（＝Ｖｘ／
Ｉｘ　）ヲ演算し、このインピーダンス算出用を表わす
信号をレベル判定回路２４に印加するように接続されて
いる。

」二記レベル判定回路２４は、上記演算回路２３で演算
された誘導炉のインピーダンスＺｘが、第１図のインピ
ーダンスＺ１．Ｚ２　、Ｚａにより定まる範囲Ａ１乃至
Ａ４のいずれの範囲内の大きさであるかを判定する回路
である。

」二連の範囲Ａ１は、誘導炉のインピーダンスが第１図
の１１よりも大きい範囲であって、金属材料が少なく、
多量の金属材料の投入が必要な範囲である。また範囲Ａ
２は誘導炉のインピーダンスがＺｌより小さく’Ｚ２　
より大きい範囲であって、少量の金属材料の投入が必要
な範囲である。さらに範囲Ａ８は誘導炉のインピーダン
スがＺ２と７４の間にあって、誘導炉内の金属材料が適
正な範囲である。

さらに、範囲Ａ４は、誘導炉のインピーダンスがｚ４よ
り小さい範囲であって、金属材料が過多（７） となっている範囲である。

」−記演算回路２８で演算されたインピーダンスＺｘが
第１範囲Ａｌ内の値であるときには出力端子【ｌにのみ
“１１を出力し、以下同様にして、該インピーダンスＺ
ｘが第２範囲Ａ２内の値であるときには出力端子ｔ２に
のみ１１１を出力する。

出力端子ｔ８．［４についても同様である。

２５−１，２５−２．・・・・・・、２５−４は、それ
ぞれ、溶解すべき金属材料の炉内への投入指令を表示す
る表示ランプである。各表示ランプ２５−１、　２５−
２．　・・・・・・、２５−４は、上記レベル判定器２
４の出力端子口、【２．・・・・・・、　　ｔ４に接続
され、対応する出力端子から信号１１Ｎを受けたときに
点灯する。なお、各表示ランプ２５−１゜２５−２．・
・・・・・はそれぞれ、ランプに限らす一指示事項を表
示した表示器等としてもよい。

つぎに、上記構成のこの発明に係る制御装置の動作を説
明する。

当該制御対象の誘導炉の炉体２内に、溶解すべき金属材
料を適宜量投入して、交流電源装置１０（８） から誘導コイル３に交流電力を供給すると、その供給電
力に応じて金属材料が加熱されて溶解する。

電流検出器１８により、商用交流電源１１からブリッジ
整流回路１２に入力された電流、即ち、交流電源装置１
０の出力電流に対応する電流Ｉｘが検出され、この検出
電流信号は、ダイオード整流回路１９により公知の方法
で直流電圧信号に変換されて、演算回路２３０入力端子
Ｔ２に印加される。また、電圧検出器１８により交流電
源装置１０の出力電圧Ｖｘが検出され、この検出電圧信
号は、ダイオード整流回路２２により公知の方法で直流
電圧信号に変換されて、演算回路２３の入力端子Ｔ１に
印加される。

上記演算回路２３においては、入力端子Ｔｌに受けた検
出電圧Ｖｘを、入力端子Ｔ２に受けた信号の電流Ｉｘで
除算した値、即ち、誘導炉３の入力インピーダンスＺＸ
が算出される。この入力インピーダンスＺｘを表わす信
号は、レベル判定回路２４に印加される。

い捷、誘導炉内に投入された金属材料が多量に不足して
いるときは、誘導炉の入力インピーダンスはｚｌより大
きく、第１の範囲Ａｌ内にある。

この状態においては、上記レベル判定器２４の出力端子
Ｅ１はｗｌ”とされ、表示ランプ２５−１が点灯し、そ
の他の出力端子１２．Ｌ８・　Ｌ４はともに１ＯＮとさ
れる。この判定回路２４の出力端子【ｌからの信号１１
Ｎは表示ランプ２５−１に印加され、該表示ランプ２５
−１はオンとされて点灯し、操作者に、炉体２に多量の
溶解すべき金属材料を投入するように表示する。

また、誘導炉に投入された金属材料が適正量に対して少
１〜不足しているときには、誘導炉の入力インピーダン
スばＺ２よシも大きくなる。したがって表示ランプ２５
−２が点灯して、炉体２に金属材料を少量投入するよう
に表示する。

また、炉内の金属材料の量が適正な値であるときには、
」二記入力インピーダンスＺｘが、インピーダンスＺ２
と７４との間の第３の範囲Ａ８内の値であって、１４４
力端子【８が７１１とされ、その仙の出力端子１１，１
２．ｔ４はともにＯ１とされる。よって、表示ランプ２
５−３が点灯し、誘導炉内の金属材料の量は適正である
ことを表示する。

さらに、誘導炉内の金属材料が過多であると、」二記入
力インピーダンスＺｘが７４より小さい第４の範囲Ａ４
内の値であり、判定回路２４の出力端子ｔ４が”１１と
され、その他の出力端子【１゜１２、ｔ８はともにＯＩ
とされる。よって、表示ランプ２５−４は点灯し、誘導
炉内の金属材料が過多であることを表示する。

上記構成の制御装置においては、表示ランプ２５−１も
しくは２５−２が７６灯しているときには、これ等の表
示ランプが消灯して表示ランプ２５−３が点灯するまで
金属材料を炉体２内に補給する操作により、当該誘導炉
の入力インピーダンスが交流電源装置１０と整合した状
態、即ち、該交流電源装置１０の出力電力を、最大出力
電力に維持させることができる。したがって、それだけ
、効率よく誘導コイル３に給電して金属材料の溶解をお
こなうことができる。特に、当該誘導炉の運転Ｃ１１） 開始前における炉体２への金属材料の投入は、該炉体２
の定格容量より若干少な目におこ々い、その後、」−記
表示器２５−１．２５−２．による指令にしたがって該
炉体２への金属材料の補給をおこなうようにすれは、当
該炉体２内の金属材料（溶湯）の温度が」二昇するに応
じて誘導コイル３の入力インピーダンスが変動しても、
上述の金属材料の補給操作により、誘導炉への供給電力
をほぼ最大値に維持することができ、それだけ能率　良
く誘導炉を運転することができる。

以」二に詳述したように、この発明によれば、運転しよ
うとする誘導炉の誘導コイルに給電する交流電源装置の
出力電圧および出力電流に相当する検出信号にもとづき
、該交流電源装置の負荷のインピーダンスを自動的に算
出し、このインピーダンス信号にもとづき、当該誘導炉
内の金属材料の過不足を表示するようにしたから、操作
者は、上記表示を一見するだけで誘導炉内に貯留されて
いる金属材料の量が多過ぎるか、少な過ぎるか、適正で
あるかを判別することができ、誘導炉に金属（１２） 材料を補給するだけの簡単な操作で、当該誘導炉を常に
最大電力で運転する。即ち、非常に効率良く運転するこ
とができる。また、この発明は、交流電源装置の出力電
圧と出力電流とによってインピーダンスを算出すればよ
いから、構造が簡単でかつ安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用できる誘導炉の電源装置の電
気的特性を示すグラフ、第２図は、従来の運転制御装置
の基本的構成を示す電気回路図、第３図は、この発明の
一実施例の運転制御装置の電箆回路図である。 ２・・・・・・誘導炉の炉体、３・・・・・・誘導コイ
ル、１０・・・・・交流電源装置、１１・・・・・・商
用三相交流電源、１２・・・・・・ブリッジ整流回路、
１３・・・・・・直流リアクトル、１４・・・・・・イ
ンバータ回路、１８・・・・・・電流検出器、】９・・
・・・・ダイオード整流回路、２１・・・・・電圧検出
器、２２・・・・・・ダイオード整流回路、２３・・・
・・・入力インピーダンスの演算回路、２４・・・・・
・レベル判定回路、２５−１．２５−２．　　・・・・
・・２５−４・・・・・・材料投入指令用の表示ランプ
。 特許出願人　富士電機製造株式会社 代理　人弁理士青山　葆外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）最大出力電圧および最大出力電流が所定の値に制
   限された交流電源装置により誘導炉の誘導コイルに給電
   する一方、上記誘導炉に金属材料を供給して、該金属材
   料を溶解する誘導炉の運転制御装置において、 」二記交流電源装置の出力電圧を検出する電圧検出器と
   、 上記交流電源装置の出力電流に対応する値を検出する電
   流検出器と、 上記電圧検出器の出力を上記電流検出器の出力で除算し
   て、上記交流電源装置の負荷である誘導炉の入力インピ
   ーダンスを算出する演算回路と、上記演算回路の演算結
   果にし／こがって、誘導炉のインピーダンスの状態を表
   示する表示装置とを設けたことを特徴とする誘導炉の運
   転制御装置。