JPS5851396B2 - Method and device for obtaining constant power in induction heating/melting furnace - Google Patents

Method and device for obtaining constant power in induction heating/melting furnace

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JPS5851396B2
JPS5851396B2 JP2816080A JP2816080A JPS5851396B2 JP S5851396 B2 JPS5851396 B2 JP S5851396B2 JP 2816080 A JP2816080 A JP 2816080A JP 2816080 A JP2816080 A JP 2816080A JP S5851396 B2 JPS5851396 B2 JP S5851396B2
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Japan
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phase angle
power
melting furnace
induction heating
conductance
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ジヨージ・ヘイバス
フレツド・デイー・エセンワイン
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AJATSUKUSU MAGUNESAAMITSUKU CORP
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AJATSUKUSU MAGUNESAAMITSUKU CORP
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般的には、誘導加熱・溶解炉において定
電力を得る方法及び装置に関するものであり、特に、負
荷のコンダクタンスが変化する誘導加熱・溶解炉への電
力を、負荷のコンダクタンスの変化に応答して定電流並
列根回路インバータの位相角を適切に調整することによ
り、一定に保つための方法及び装置に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates generally to a method and apparatus for obtaining constant power in an induction heating/melting furnace, and in particular to a method and apparatus for obtaining constant power in an induction heating/melting furnace, and in particular to a method and apparatus for obtaining constant power in an induction heating/melting furnace where the conductance of the load varies. , by appropriately adjusting the phase angle of a constant current parallel root circuit inverter in response to changes in load conductance.

並列共振回路(タンク回路)へ適当な電流を供給するた
めの電気装置は周知である。
Electrical devices for supplying suitable current to parallel resonant circuits (tank circuits) are well known.

通常、電源周波数の3相電力を整流して直流電流を得る
Normally, three-phase power at the mains frequency is rectified to obtain direct current.

高調波リップルは平滑用チョークの作用によって除かれ
、直流電流は、サイリスタ全波整流プリッジから成る固
体インバータに供給される。
The harmonic ripples are removed by the action of a smoothing choke and the direct current is fed to a solid state inverter consisting of a thyristor full-wave rectifier bridge.

この電力インバータは直流電流を、制御可能な周波数の
単相交流電流に変換する。
This power inverter converts direct current into single-phase alternating current with a controllable frequency.

その出力(はぼ矩形の電流)は、並列共振負荷回路に供
給されて、正弦波形電圧を発生させる。
Its output (roughly rectangular current) is fed into a parallel resonant load circuit to generate a sinusoidal voltage.

誘導加熱・溶解炉においては負荷のインダクタンス及び
抵抗値の両方とも大きく変化する。
In induction heating and melting furnaces, both the load inductance and resistance value change significantly.

このような負荷に対して従来から提案された制御方法は
、直流電圧を制御することであった この種の制御例は
、米国特許第3551632号及び第3942090号
に見られる。
A previously proposed control method for such loads has been to control the DC voltage. Examples of this type of control can be found in US Pat. Nos. 3,551,632 and 3,942,090.

また、ブリッジ回路から成るサイリスタに一定のターン
オフ時間を与えることによってインバータを制御する方
法もすでに提案されている。
Furthermore, a method has already been proposed in which an inverter is controlled by giving a constant turn-off time to a thyristor consisting of a bridge circuit.

米国特許第3882370号は、この種の制御を行なう
代表的なものである。
US Pat. No. 3,882,370 is representative of this type of control.

これらの装置は電源線路の力率を悪化させることになり
、従って可変負荷が存在する場合、所定の電力に対して
線路容量(KVA)が大きくなってしまっていた 上述したような定電圧又は定ターンオフ時間を維持する
ことによってインバータを制御する方法は、平均動作サ
イクルを通じてコンダクタンスがほぼ一定な負荷に対し
ては有効であるが、コンダクタンスが大きく変化する誘
導負荷に対しては、このような制御方法では上述した如
く、電力を一定に保つ必要がある場合には、線路容量(
KVA)が過度に大きなものとなり、かつ線路力率が過
度に遅れたものとなる この発明はインバータ回路を効率よく制御するものであ
り、特に、コンダクタンスが大きく変化する負荷に電力
を供給する回路であって、負荷に供給される電力が、コ
ンダクタンスの変動に拘らずほぼ一定に保たれるものに
適している。
These devices degrade the power factor of the power supply line, thus increasing the line capacity (KVA) for a given power when variable loads are present. Although controlling an inverter by maintaining a turn-off time is effective for loads whose conductance is approximately constant throughout the average operating cycle, such control methods are effective for inductive loads whose conductance varies widely. As mentioned above, when it is necessary to keep the power constant, the line capacity (
KVA) becomes excessively large and the line power factor lags excessively.This invention efficiently controls inverter circuits, especially in circuits that supply power to loads whose conductance changes significantly. Therefore, it is suitable for applications where the power supplied to the load can be kept almost constant regardless of changes in conductance.

また、ここで改良される制御により、3相電源を整流す
るための制御されたブリッジ回路網は、負荷ノいかなる
コンダクタンス変動からも有効に絶縁される。
The improved control herein also effectively isolates the controlled bridge network for rectifying a three-phase power supply from any conductance variations in the load.

即ち、この発明では、コンバータと、インバータと、に
より炉の電力を一定に制御する場合、コンバータでは制
御できない負荷変動領域を、負荷のコンダクタンス変動
に基づきインバータの位相角を制御することによって行
なうことが目的である。
That is, in the present invention, when the power of the furnace is controlled to be constant using the converter and the inverter, it is possible to control the phase angle of the inverter based on the conductance fluctuation of the load in a load fluctuation region that cannot be controlled by the converter. It is a purpose.

この発明の目的は、定電流並列共振回路を作動してコン
ダクタンスの変動に拘らずこの共振回路に定電力を供給
する改良された方法を提供することである。
It is an object of this invention to provide an improved method of operating a constant current parallel resonant circuit to provide constant power to the resonant circuit despite variations in conductance.

この発明の別の目的は、誘導加熱・溶解炉に定電力を送
り、以て誘導加熱・溶解サイクル中電力レベルが影響を
受けないようにすることである。
Another object of the invention is to deliver constant power to an induction heating and melting furnace so that the power level is not affected during the induction heating and melting cycle.

この発明の更に別の目的は、誘導加熱・溶解炉に定電流
並列共振回路を与え、以て負荷のコンダクタンスの変動
を入力電源から有効に絶縁することである。
Yet another object of the invention is to provide an induction heating and melting furnace with a constant current parallel resonant circuit to effectively isolate variations in load conductance from the input power source.

この発明の更に別の目的は、上記のことを実施する装置
を提供することである。
Yet another object of the invention is to provide a device for implementing the above.

上記目的を達成するため、この発明に係る装置の構成は
、可制御コンバータと、誘導加熱・溶解炉に電力を供給
する並列共振回路インバータと、によって制御され広範
囲なコンダクタンス変動に応答できる前記誘導加熱・溶
解炉の電力制御装置において、前記可制御コンバータに
よって制御できない負荷変動領域で前記コンダクタンス
の変動に応答して前記インバータの位相角を調整するこ
とにより電力を一定に保ち前記可制御コンバータの直流
電流を一定に維持する手段と、前記位相角を所定最小値
に制限する制限手段と、を備えたことを特徴とする誘導
加熱・溶解炉の電力制御装置、に在る。
In order to achieve the above object, the configuration of the device according to the present invention is such that the induction heating is controlled by a controllable converter and a parallel resonant circuit inverter that supplies power to the induction heating/melting furnace, and is capable of responding to a wide range of conductance fluctuations. - In a power control device for a melting furnace, the DC current of the controllable converter is kept constant by adjusting the phase angle of the inverter in response to fluctuations in the conductance in a load fluctuation range that cannot be controlled by the controllable converter. 1. A power control device for an induction heating/melting furnace, comprising means for maintaining the phase angle constant, and limiting means for limiting the phase angle to a predetermined minimum value.

また、この発明に係る方法の構成は、可制御コンバータ
と、コンダクタンスが変化する誘導加熱・溶解沢に接続
された並列共振回路インバータとによって電力を一定に
制御する方法であって、前記可制御コンバータによって
制御できない負荷変動領域で前記炉のコンダクタンスの
変動に応答して前記インバータの位相角を調整して前記
可制御コンバータの直流電流を一定に維持する工程と、
前記位相角の最小値を制限する工程と、を備えたことを
特徴とする方法、に在る。
Further, the method according to the present invention has a configuration in which electric power is controlled to be constant by a controllable converter and a parallel resonant circuit inverter connected to an induction heating/melting stream whose conductance changes, wherein the controllable converter adjusting the phase angle of the inverter in response to fluctuations in the conductance of the furnace in a range of load fluctuations that cannot be controlled by the controllable converter;
and limiting the minimum value of the phase angle.

この発明のその他の目的及び利点は、添附図面に示され
たこの発明の好ましい実施例の以下の詳しい説明により
当業者に明らかとなろう。
Other objects and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the preferred embodiments of the invention, illustrated in the accompanying drawings.

図面において、同じ部分は同じ符号で示されている。In the drawings, like parts are designated by the same reference numerals.

第1図は、直流電流をチョーク又はリアクトル16を介
してDC/AC(直□/交流)インバータ14に供給す
る可制御AC/DCコンバータすなわち整流器12を示
している。
FIG. 1 shows a controllable AC/DC converter or rectifier 12 that provides direct current through a choke or reactor 16 to a DC/AC (direct/alternating current) inverter 14 .

インバータ14は、誘導加熱及び/又は溶解炉18と同
調コンデンサ19とを備えた並列共振負荷回路17に電
力を供給する。
Inverter 14 powers a parallel resonant load circuit 17 comprising an induction heating and/or melting furnace 18 and a tuning capacitor 19 .

インバータ点弧制御回路20は、サイリスタ、トランジ
スタ、或いは機能的に等価な公知の素子であるインバー
タスイッチング手段、の点弧順序を与える。
The inverter firing control circuit 20 provides the firing order of the inverter switching means, which may be thyristors, transistors, or functionally equivalent known elements.

コンバータ点弧制御回路21は、コンバータ12のブリ
ッジ整流器を制御し、以て、直流出力を制御するもので
ある。
Converter ignition control circuit 21 controls the bridge rectifier of converter 12, thereby controlling the DC output.

コンバータの出力直流電流は、インバータ点弧制御回路
20がインバータ14を定電力制御することにより一定
に保たれる。
The output DC current of the converter is kept constant by constant power control of the inverter 14 by the inverter ignition control circuit 20.

インバータ14はほぼ矩形波形の電流Iを並列共振負荷
回路17に供給し、その結果、そこにほぼ正弦波形の電
圧vT を発生させる。
The inverter 14 supplies a current I with a substantially rectangular waveform to the parallel resonant load circuit 17, thereby generating a voltage vT therein with a substantially sinusoidal waveform.

第2図は、電圧波形と電流波形との関係を示しており、
これらは図示の如く、電流が電圧より進むように電気角
φだけずれている。
Figure 2 shows the relationship between voltage waveform and current waveform,
As shown, these are offset by an electrical angle φ so that the current leads the voltage.

インバータ電流Iは連続的で対称的なので、インバータ
電iI基本成分■。
Since the inverter current I is continuous and symmetrical, the inverter current II basic component ■.

は電圧vTFc対して同じ電気角φだけずれており、こ
の電気角φの余弦関数は基本動作係数すなわち単に負荷
回路の力率として定義される。
is shifted by the same electrical angle φ with respect to the voltage vTFc, and the cosine function of this electrical angle φ is defined as the fundamental operating coefficient, ie simply the power factor of the load circuit.

全負荷変動領域の前段部分については第1図のコンバー
タ12、チョーク16、インバータ14、及び回路21
だゆで炉電力を制御することができる。
The converter 12, choke 16, inverter 14, and circuit 21 shown in FIG.
Furnace power can be controlled by boiling.

第2図において、tl は電流波形が一方の電気路を介
して完全に導通しているところから交互になった電気路
を介して完全に導通するところ(t2で示されている)
へ向かってスイッチし始める時点を表わしている。
In Figure 2, tl is the point at which the current waveform changes from fully conducting through one electrical path to fully conducting through alternating electrical paths (indicated by t2).
This represents the point at which the switch begins.

これら2つの時点間の差はインバータ回路の転流時間を
表わしている。
The difference between these two points in time represents the commutation time of the inverter circuit.

正から負への転流は、電圧波形の零交差前に完了してい
なげればならない。
The positive to negative commutation must be completed before the voltage waveform crosses zero.

第3図は、周知の定電圧制御法を用いて強磁性金属を誘
導溶解するときに観測される典型的な電力サイクルを示
している。
FIG. 3 shows a typical power cycle observed when inductively melting ferromagnetic metals using the well-known constant voltage control method.

誘導加熱・溶解炉に材料を充填したときの最初の電力値
から少し上昇した後、出力電力は、充填材がキューり転
移点を経て熱くなるにつれて負荷のコンダクタンスが急
激に減少することにより減少し、溶解が始まるまで中間
値に横ばい状態となる。
After a slight increase from the initial power value when the induction heating and melting furnace is filled with material, the output power decreases due to a sharp decrease in the conductance of the load as the filling material heats up through the cue transition point. , levels off at an intermediate value until dissolution begins.

充填材が溶解するにつれ、負荷のコンダクタンスは増加
し、電力は徐徐に増加して行く。
As the filler dissolves, the conductance of the load increases and the power gradually increases.

電力の変動は充填材のコンダクタンスの変動に直接起因
する。
The power variation is directly due to the filler conductance variation.

定電圧制御又は定ターンオフ時間制御のいずれかを行な
う従来装置では、実際の加熱又は融解中に観測されるコ
ンダクタンスの変動について適切に対処することはでき
ない。
Conventional devices that provide either constant voltage control or constant turn-off time control cannot adequately account for conductance variations observed during actual heating or melting.

これらの制御方法は、動作サイクル中ずつとコンダクタ
ンスの変動を呈するわけではない負荷に対しては適切で
あるが、コンダクタンスが大きく変動する負荷に対して
はインバータを制御するためのこれらの措置は電力を一
定に保つ必要がある場合、結果的に線路容量を過度に太
きいものとし、線路力率を過度に遅れたものにしてしま
う。
These control methods are appropriate for loads that do not exhibit variations in conductance during the operating cycle, but for loads that exhibit large variations in conductance, these measures for controlling the inverter are If it is necessary to keep the line constant, the result will be an excessively large line capacity and an excessively delayed line power factor.

電圧と電流との間の位相角を変化させるこの発明によれ
ば斯かる従来技術の欠点を克服することができる。
The present invention, which changes the phase angle between voltage and current, overcomes the drawbacks of the prior art.

具体的には、この発明の制御装置は、並列共振回路(タ
ンク回路)の両端の電圧vT及び共振回路を流れる電流
■を検出して、これらに比例した信号を発生し、所定の
基準信号と比較する。
Specifically, the control device of the present invention detects the voltage vT across a parallel resonant circuit (tank circuit) and the current ■ flowing through the resonant circuit, generates a signal proportional to these, and generates a signal proportional to the voltage vT across the parallel resonant circuit (tank circuit) and a predetermined reference signal. compare.

この基準信号は、負荷の電力が所望かつ所定値になるよ
うに選ばれる。
This reference signal is chosen such that the power of the load is at a desired and predetermined value.

検出された電力値と所望の電力値とを適切に比較するこ
とにより、所定基準値からの変動の度合を示す補正信号
を発生し、インバータスイッチング手段の点弧時点を適
切に調整することにより基準値に合わせることができる
By suitably comparing the detected power value with the desired power value, a correction signal is generated indicating the degree of deviation from a predetermined reference value, and by suitably adjusting the firing point of the inverter switching means, the reference value is adjusted. can be adjusted to the value.

更に、このことにより、力率角は、負荷のコンダクタン
スの変動によって引き起こされる最適な電力状態からの
ずれをほとんどなくすように変化することとなる。
Furthermore, this causes the power factor angle to vary in a manner that substantially eliminates deviations from the optimal power state caused by variations in load conductance.

電流、電圧、及び位相角間の関係は第4図に最もよく示
されている。
The relationship between current, voltage, and phase angle is best shown in FIG.

第4図は、タンク回路電圧VTの変動と負荷電流の同相
(有効)成分の変動を、これらの間の位相角φの関数と
して示したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the variation in tank circuit voltage VT and the variation in the in-phase (active) component of the load current as a function of the phase angle φ therebetween.

ベクトル−F は、大きさが一定の負荷電流の基本成分
を示している。
Vector -F shows the fundamental component of the load current, which is constant in magnitude.

従って、Oo〜9000位相角範囲にわたるベクトル軌
跡は四分円となる。
Therefore, the vector locus over the Oo to 9000 phase angle range is a quadrant.

電流ベクトルIFは2つの成分、すなわち同相又は有効
成分■と無効成分■工と、から成っている。
The current vector IF consists of two components: an in-phase or active component (2) and an inactive component (2).

■ 及び■、の相対値は、第4図の全範囲にわたって位
相角φによって求まる。
The relative values of (2) and (2) are determined by the phase angle φ over the entire range of FIG.

電圧V1は、ベクトルIF の円弧からの接線と第4図
のグラフの縦座標との交点によって求まる。
The voltage V1 is determined by the intersection of the tangent from the arc of the vector IF and the ordinate of the graph of FIG.

従って、タンク回路の電力はvT と■8 との積とし
て容易に求めることかできる。
Therefore, the power of the tank circuit can be easily determined as the product of vT and ■8.

この発明の原理に従って動作すると、この積(すなわち
電力)は位相角と無関係に一定のままとなる。
Operating according to the principles of the invention, this product (ie, power) remains constant regardless of phase angle.

例えば、位相角φ1の場合、第4図の目盛で同相電流は
0.5であり、タンク回路電圧は2.0である。
For example, for a phase angle φ1, the common mode current is 0.5 and the tank circuit voltage is 2.0 on the scale of FIG.

位相角がφ2に変化すると、同相電流は0.8となり、
タンク回路電圧は1.25となる。
When the phase angle changes to φ2, the common mode current becomes 0.8,
The tank circuit voltage will be 1.25.

第4図に示された位相角φ3について第3の例では、同
相電流は0.4でありタンク回路電圧は2.5を示して
いる。
In the third example for the phase angle φ3 shown in FIG. 4, the common mode current is 0.4 and the tank circuit voltage is 2.5.

従って、どの場合にも電力は第4図の目盛で1.0の一
定値に保たれている。
Therefore, in all cases, the power is kept at a constant value of 1.0 on the scale of FIG.

位相角φは、力率(cosφ)が次の関係cosφ二K
(G”/2) 又はφ−cos !(K(G’/2)) (ここでK
は定数)によって負荷のコンダクタンスGの関数である
限りコンダクタンスGに直接関連したものとなっている
The phase angle φ is determined by the power factor (cosφ) according to the following relationship cosφ2K
(G”/2) or φ-cos !(K(G'/2)) (where K
is a constant), so that it is directly related to the conductance G as long as it is a function of the conductance G of the load.

従って、位相角φを、制御されない可変コンダクタンス
の変動の影響をなくすための制御可能な変数として用い
て、負荷への電力が動作サイクル中一定に保たれるよう
にすることができる。
Therefore, the phase angle φ can be used as a controllable variable to counteract the effects of uncontrolled variable conductance fluctuations so that the power to the load remains constant during the operating cycle.

位相角、タンク回路電圧、及び同相電流と負荷のコンダ
クタンスとの関係が、一定の直流電圧及び直流電流に対
して、第5図に示されている。
The relationship between phase angle, tank circuit voltage, and common mode current versus load conductance is shown in FIG. 5 for constant DC voltage and current.

従って、第5図からは与えられたコンダクタンスに対す
る一定のパラメータが簡単に計算できる。
Therefore, certain parameters for a given conductance can be easily calculated from FIG.

例えば、0.5(単位法)のコンダクタンスに対して一
定電力を得るための位相角φは、曲線φと横軸目盛0.
5から垂直に延ばした線との交点によって決まる。
For example, the phase angle φ to obtain constant power for a conductance of 0.5 (unit method) is determined by the curve φ and the horizontal axis scale of 0.
It is determined by the intersection with a line extending perpendicularly from 5.

45°となる。このような状態で、所望の一定電力を維
持するには、タンク回路電圧は1.4(単位法)となる
が、同相電流は0.7C単位法)となる。
It becomes 45°. Under these conditions, to maintain the desired constant power, the tank circuit voltage would be 1.4 (units), but the common mode current would be 0.7C (units).

このような状態での電流と電圧との積は電力1となり、
1の電力を維持するという目的と合致する。
The product of current and voltage in this state is power 1,
This corresponds to the purpose of maintaining the power of 1.

コンダクタンスが変化すると、定電力を保証するに必要
な位相角φの値も変化し、その絶対値は第5図から確か
められる。
As the conductance changes, the value of the phase angle φ necessary to guarantee constant power also changes, and its absolute value can be ascertained from FIG.

第6図は、電流と電圧との位相角が負荷のコンダクタン
スの変動に応答して変わり、定電力が供給されるように
この発明の上述した方法を実施するインバータ点弧制御
回路20のブロック図を示している。
FIG. 6 is a block diagram of an inverter firing control circuit 20 implementing the above-described method of the present invention such that the phase angle of current and voltage changes in response to variations in load conductance to provide constant power. It shows.

タンク回路電圧及び電流を表わす帰還信号が計算回路網
22に印加される。
Feedback signals representative of tank circuit voltage and current are applied to calculation circuitry 22.

この計算回路網22は、電カドランスジューサ24と電
圧自乗トランスジューサ26とから成っており、これら
のトランスジューサはそれらの帰還信号を入力してそれ
に比例した信号を出力する。
The computational network 22 consists of a voltage transducer 24 and a voltage squared transducer 26 which receive their feedback signals and output a signal proportional thereto.

電カドランスジューサ24はタンク回路電圧及び負荷電
流双方を入力して電力に比例した信号を発生する一方、
電圧自乗トランスジューサ26はタンク回路電圧だけを
入力している。
The electric power transducer 24 receives both the tank circuit voltage and the load current and generates a signal proportional to the electric power.
Voltage squared transducer 26 receives only the tank circuit voltage.

これらのトランスジューサ24及び26からの出力は計
算回路28に印加され、この計算回路28は負荷のコン
ダクタンスの関数として位相角を表わす誤差信号を発生
する。
The outputs from these transducers 24 and 26 are applied to a calculation circuit 28 which generates an error signal representing the phase angle as a function of the conductance of the load.

すなわち、計算回路28では、電カドランスジューサか
らの出力P(=VXI)と、トランスジューサ26から
の出力V2C1からインダクタンスG(=−=P/V2
=VI/V2)を計算し、且つ第5図のグラスより当該
コンダクタンスに対応する位相角φを求め、これを誤差
信号として出力している。
That is, in the calculation circuit 28, the inductance G (=-=P/V2
=VI/V2), and also obtains the phase angle φ corresponding to the conductance from the glass shown in FIG. 5, and outputs this as an error signal.

この誤差信号は位相角調整回路30へ第1人力として印
加される。
This error signal is applied to the phase angle adjustment circuit 30 as a first manual input.

負荷からの帰還信号は、位相角検出器32にも入力され
ており、この位相検出器32は負荷電流とタンク回路電
圧との位相角を表わす位相角調整回路30への第2人力
を供給している。
The feedback signal from the load is also input to a phase angle detector 32 which provides a second input to a phase angle adjustment circuit 30 representing the phase angle between the load current and the tank circuit voltage. ing.

負荷において適切な電力値が得られるように選択された
基準入力信号が位相角調整回路30への第3人力を形成
している。
A reference input signal selected to obtain the appropriate power value at the load forms the third input to the phase angle adjustment circuit 30.

計算回路網22からの誤差信号は基準位相角と加算又は
減算され、これら2つの入力の和が負荷回路における検
出された位相角と比較される。
The error signal from calculation circuitry 22 is added or subtracted from the reference phase angle and the sum of these two inputs is compared to the detected phase angle in the load circuit.

位相角調整回路30からの補正出力は比較回路に供給さ
れるが、この補正出力は、所望の電力レベルを保証する
に必要な適切な位相角から位相角に関するあらゆる誤差
を直接指示することとなる。
A corrected output from the phase angle adjustment circuit 30 is provided to a comparator circuit, which directly indicates any error in phase angle from the proper phase angle necessary to guarantee the desired power level. .

すなわち、負荷のコンダクタンスが変動すると、位相角
を変えてその変動をなくす必要がある。
That is, when the conductance of the load fluctuates, it is necessary to change the phase angle to eliminate the fluctuation.

計算回路網22は適切な補正係数(誤差信号)を発生し
、これはまず一定の基準位相角入力と加算された後、負
荷における電流と電圧との実際の位相角と比較される。
Computation circuitry 22 generates an appropriate correction factor (error signal), which is first summed with a constant reference phase angle input and then compared to the actual phase angle of the current and voltage at the load.

これによって比較器34への補正出力が得られる。This provides a corrected output to the comparator 34.

一例として、第5図のGの関数として■、及び■T の
関数から求められる負荷に供給すべき適当な電力値を得
るには3000位相角φが必要であるとする。
As an example, assume that a phase angle φ of 3000 is required to obtain an appropriate power value to be supplied to the load, which is determined from the function of G as shown in FIG. 5, and as a function of T.

30°に相当する電圧が、位相角調整回路30への基準
位相角入力として印加される。
A voltage corresponding to 30° is applied as a reference phase angle input to the phase angle adjustment circuit 30.

位相角検出回路32は、負荷において定められる電圧と
電流とのこの位相角30°を検出する一方、計算回路網
22は補正係数を出力するが、これはコンダクタンスが
変化しない場合は零となる。
The phase angle detection circuit 32 detects this phase angle of 30° between voltage and current defined at the load, while the calculation circuitry 22 outputs a correction factor, which would be zero if the conductance did not change.

従って補正信号は何も発生しない。Therefore, no correction signal is generated.

もし負荷のコンダクタンスが減少すると、確立された、
すなわち必要な電力を負荷に供給するためにはより大き
な位相角が必要である。
If the conductance of the load decreases, the established
That is, a larger phase angle is required to supply the required power to the load.

この新しいコンダクタンスGの関数としての位相角φの
増加は、計算回路網22によって計算され、これを示す
信号が位相角調整回路30に供給される。
This increase in phase angle φ as a function of the new conductance G is calculated by calculation circuitry 22 and a signal indicative thereof is provided to phase angle adjustment circuit 30 .

位相角検出回路32は3000位相角を検出し続ける。The phase angle detection circuit 32 continues to detect 3000 phase angles.

従って、計算回路網22からの信号が基準位相角30°
に加算され、かつ検出された3000位相角と比較され
ると、誤差を表わす補正信号が比較器34に入力されて
インバータサイリスタの点弧開始時点を変える。
Therefore, the signal from calculation circuitry 22 has a reference phase angle of 30°.
When added to and compared with the detected 3000 phase angle, a correction signal representative of the error is input to comparator 34 to change the point at which the inverter thyristor begins firing.

サイリスタの点弧タイミングを変えることにより、第2
図に示されるインバータ電流の零交差点とタンク回路電
圧の零交差点とのずれはより大きくなり、位相角φを増
加させる。
By changing the firing timing of the thyristor, the second
The deviation between the zero crossing points of the inverter current and the tank circuit voltage shown in the figure becomes larger, increasing the phase angle φ.

コンダクタンスが減少したことにより、必要な、より大
きい値に位相角をいったん調整すると、計算回路網22
からの補正信号と基準位相角入力信号との和は、コンダ
クタンスが更に変動するまで位相角検出器32からの検
出された位相角信号と再びつり合〉こととなる。
Once the phase angle is adjusted to the required larger value due to the reduced conductance, the calculation circuitry 22
The sum of the correction signal from the phase angle input signal and the reference phase angle input signal will rebalance the detected phase angle signal from the phase angle detector 32 until the conductance changes further.

位相角制限回路36は、最小位相角を設定するものであ
り、この最小位相角は、計算回路がブリッジサイリスタ
を小さ過ぎる位相角φで点弧しないようにインバータサ
イリスタの最小ターンオフ時間に合わせたものである。
The phase angle limiting circuit 36 sets a minimum phase angle, which is adjusted to the minimum turn-off time of the inverter thyristor so that the calculation circuit does not fire the bridge thyristor with a phase angle φ that is too small. It is.

この位相角制限回路36はタンク回路電圧帰還信号を入
力し、比較器34に対し、許容できる最小の位相角を表
わす一定の所定値を有する出力信号を供給する。
The phase angle limiting circuit 36 receives the tank circuit voltage feedback signal and provides an output signal to the comparator 34 having a constant predetermined value representing the minimum allowable phase angle.

位相角調整回路30からの出力が位相角制限回路36の
出力より大きいなら、位相角調整回路30からの出力に
より比較器34はサイリスタの点弧時間の開始を調節す
るパルスを発生する。
If the output from phase angle adjustment circuit 30 is greater than the output of phase angle limiting circuit 36, the output from phase angle adjustment circuit 30 causes comparator 34 to generate a pulse that adjusts the start of the firing time of the thyristor.

この最小の許容できる値を越えた場合には、位相角制限
回路36が位相角調整回路30からの出力信号を無効に
し、比較器34は最小ターンオフ時間を表わすパルスを
発生する。
If this minimum allowable value is exceeded, phase angle limiting circuit 36 overrides the output signal from phase angle adjusting circuit 30 and comparator 34 generates a pulse representative of the minimum turn-off time.

比較器34からのパルスは、サイリスタのゲート電極へ
適切な点弧信号を送るパルス増幅器38で増幅される。
The pulse from the comparator 34 is amplified in a pulse amplifier 38 which sends the appropriate firing signal to the gate electrode of the thyristor.

最大位相角を設定するための選択的(任意)な位相角制
限回路40を設けてもよく、これは第6図に点線で示さ
れている。
An optional phase angle limiting circuit 40 may be provided for setting the maximum phase angle, which is shown in dotted lines in FIG.

もし、例えば、位相角が増加して、回路素子に関する最
大電圧定格を越える値までになった場合には、最大位相
角制限回路40が無効信号を比較器34に供給する 従
って、位相角はインバータ素子に十分なターンオフ時間
を保証するように選ばれた所定の最小値と最大値との間
を変化するとともにインバータ素子の両端に過度の電圧
が発生しないようにすることができる。
If, for example, the phase angle increases to a value that exceeds the maximum voltage rating for the circuit element, the maximum phase angle limiting circuit 40 supplies an override signal to the comparator 34 so that the phase angle It can be varied between predetermined minimum and maximum values chosen to ensure sufficient turn-off time for the devices and avoid excessive voltages across the inverter devices.

動作に関しては、第6図に示された実施例は、定電力が
負荷回路に送られるようにする簡潔でしかも高効率の方
法を提供するものである。
In operation, the embodiment shown in FIG. 6 provides a simple yet highly efficient method of delivering constant power to a load circuit.

所定の動作モードに対しては、必要な電力を簡単に求め
ることができる。
For a given operating mode, the required power can be easily determined.

従って、■8及びvTの適当な値は第5図のグラフから
所定の負荷コンダクタンスについて確かめることができ
る。
Therefore, appropriate values of 8 and vT can be ascertained for a given load conductance from the graph of FIG.

これにより、この電力に相当する適切な位相角φを定め
ることができ、この位相角に比例した信号を位相角調整
回路30への基準位相角入力として供給する。
Thereby, an appropriate phase angle φ corresponding to this power can be determined, and a signal proportional to this phase angle is supplied as a reference phase angle input to the phase angle adjustment circuit 30.

動作サイクル中、位相角検出回路32は負荷の電圧と電
流との実際の位相角を監視するとともに計算回路網22
がコンダクタンスの関数として位相角φを計算する。
During the operating cycle, phase angle detection circuit 32 monitors the actual phase angle of the voltage and current of the load and computation circuitry 22
calculates the phase angle φ as a function of conductance.

コンダクタンスが変化すると、位相角、負荷へ確立され
た必要な電力を送るのに適当な値にはもはやなく、誤差
信号が計算される。
When the conductance changes, the phase angle is no longer at a suitable value to deliver the established required power to the load, and an error signal is calculated.

この誤差信号は基準角と加算され、かつ、検出された値
と比較されて比較器34へ信号を出力する。
This error signal is added to the reference angle and compared with the detected value to output a signal to the comparator 34.

この信号はブリッジサイリスタの点弧開始時点を調節し
て位相角制限回路36及び40によって許容された所定
の最小値と最大値との間の位相角関係を変化させる。
This signal adjusts the point at which the bridge thyristor begins firing to change the phase angle relationship between the predetermined minimum and maximum values allowed by the phase angle limiting circuits 36 and 40.

第1図は、この発明の方法を実施するための点弧制御回
路の別の実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating another embodiment of an ignition control circuit for carrying out the method of the present invention.

第7図の回路は、負荷回路ITに定電力が送られるよう
にした閉ループ調整器50である。
The circuit of FIG. 7 is a closed loop regulator 50 with constant power delivered to load circuit IT.

この閉ループ調整器50は、負荷の電力を求め、かつ、
それに比例した出力信号を発生するために、負荷電流帰
還信号及びタンク回路電圧帰還信号を入力する電カドラ
ンスジューサ52を備えている。
This closed loop regulator 50 determines the power of the load, and
In order to generate an output signal proportional thereto, an electric current transducer 52 is provided which inputs the load current feedback signal and the tank circuit voltage feedback signal.

この電力信号は電力(KW)調整器54への入力信号と
して送られ、電力調整器54では、負荷に送るべき所望
の所定電力に比例した基準信号も入力している。
This power signal is sent as an input signal to a power (KW) regulator 54, which also receives a reference signal proportional to the desired predetermined power to be delivered to the load.

電力調整器54は電力(KW))ランスジューサ52か
らの検出された電力信号と基準信号とを比較して、位相
角検出回路56へ入力される誤差信号を出力する。
Power regulator 54 compares the detected power signal from power (KW) transducer 52 with a reference signal and outputs an error signal that is input to phase angle detection circuit 56 .

最小及び最大位相角制限回路58及び60は、それぞれ
、第6図の実施例と同様に設けられており、所定の位相
角範囲の限界を越える場合、位相角制御回路56に送ら
れる誤差信号を無効にする。
Minimum and maximum phase angle limiting circuits 58 and 60, respectively, are provided similarly to the embodiment of FIG. To disable.

誤差信号が許容範囲内にある場合には、位相角制御回路
56から出力パルスが発生されて、ブリッジサイリスタ
のゲート電極に印加される前にパルス増幅器62で噌幅
される。
If the error signal is within the tolerance range, an output pulse is generated from the phase angle control circuit 56 and amplified by a pulse amplifier 62 before being applied to the gate electrode of the bridge thyristor.

第7図の閉ループ調整器50は、タンク回路電圧と電流
との位相角が計算されずに予め定められた基準値と比較
される限りにおいては第6図の装置と動作が異なってい
る。
The closed loop regulator 50 of FIG. 7 differs in operation from the device of FIG. 6 insofar as the phase angle between tank circuit voltage and current is not calculated but compared to a predetermined reference value.

むしろ、電力調整器54へ入力される基準電力によって
点弧制御回路に課される要求を満足するためには、位相
角はより大きくか或いは小さくかのいずれかに変化する
Rather, the phase angle is varied either larger or smaller to meet the demands imposed on the firing control circuit by the reference power input to power regulator 54.

しかしながら、実際の効果は、負荷のコンダクタンスが
変わるとき、ブリッジサイリスタの点弧時へ従って電圧
と電流の位相角関係を変えることによって定電流■が負
荷に供給されるという点で同じである。
However, the actual effect is the same in that when the conductance of the load changes, a constant current ■ is supplied to the load by changing the phase angle relationship of voltage and current accordingly to the firing of the bridge thyristor.

以上説明した本発明によれば、コンダクタンスの変化に
対応してインバータの位相角を調整しているので、■滑
らかで且つ連続した精度の高い定電力制御が可能であり
、■周波数を変えることなく(周波数が変化すると負荷
によっては加熱特性が変化し好ましくない)電力を一定
にでき、更に、■機械式でないので瞬時の制御ができ故
障が少なく保守も容易であり且つ経済的である、という
効果を奏する。
According to the present invention described above, since the phase angle of the inverter is adjusted in response to changes in conductance, ■ smooth, continuous and highly accurate constant power control is possible, and ■ without changing the frequency. (If the frequency changes, the heating characteristics will change depending on the load, which is undesirable.) The power can be kept constant, and it also has the following advantages: ■ Since it is not mechanical, it can be controlled instantaneously, has fewer breakdowns, is easy to maintain, and is economical. play.

以上、この発明をいくつかの好ましい実施例に関して説
明して来たが、この他にもいろいろな交換、変形、変更
及び省略が、この発明の思想から逸脱せずに行なえるこ
とは当業者に明らかなことであろう。
Although this invention has been described with reference to several preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that various other substitutions, modifications, changes, and omissions can be made without departing from the spirit of the invention. That should be obvious.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明における制御回路を示すブロック図、
第2図は負荷電流及びタンク回路の両端の電圧波形を示
すグラフ、第3図は誘導加熱・溶解炉において通常経験
する電力変動を示すグラフ、第4図は位相角の関数とし
てタンク回路電圧及び負荷電流の同相及び無効成分との
関係を示すグラフ、第5図はコンダクタンスが変化する
ときの位相角、タンク回路電圧、及び同相電流の関係(
直流電流及び電圧は一定)を示すグラフ、第6図はこの
発明の制御回路及びこれとともに用いられる制限回路に
用いられる点弧回路を示すブロック図、及び第7図はこ
の発明による点弧回路の別の実施例を示すブロック図、
である。 14・・・・・・インバータ、17・・・・・・タンク
回路、18・・・・・・炉、20・・・・・・インバー
タ点弧制御回路、22・・・・・・計算回路網、30・
・・・・・位相角調整回路、32・・・・・・位相角検
出回路、36. 40. 58゜60・・・・・・位相
角制限回路、34・・・・・・比較器。 伺、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a control circuit in this invention;
Figure 2 is a graph showing the load current and voltage waveforms across the tank circuit, Figure 3 is a graph showing the power fluctuations typically experienced in induction heating and melting furnaces, and Figure 4 is a graph showing the tank circuit voltage and voltage waveforms across the tank circuit as a function of phase angle. A graph showing the relationship between the common-mode and reactive components of the load current, Figure 5 shows the relationship between the phase angle, tank circuit voltage, and common-mode current when the conductance changes (
FIG. 6 is a block diagram showing the ignition circuit used in the control circuit of the present invention and the limiting circuit used therewith, and FIG. 7 is a graph showing the ignition circuit according to the present invention. A block diagram showing another embodiment,
It is. 14...Inverter, 17...Tank circuit, 18...Furnace, 20...Inverter ignition control circuit, 22...Calculation circuit Net, 30・
... Phase angle adjustment circuit, 32 ... Phase angle detection circuit, 36. 40. 58°60... Phase angle limiting circuit, 34... Comparator. The same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 可制御コンバータと、誘導加熱・溶解炉に電力を供
給する並列共振回路インバータと、によって制御され広
範囲なコンダクタンス変動に応答できる前記誘導加熱・
溶解炉の電力制御装置において、 前記可動制御コンバータによって制御できない負荷変動
領域で前記コンダクタンスの変動に応答して前記インバ
ータの位相角を調整することにより電力を一定に保ち前
記可制御コンバータの直流電流を一定に維持する手段と
、前記位相角を所定最小値に制限する制限手段と、を備
えたことを特徴とする誘導加熱・溶解炉の電力制御装置
。 2 電力を予め定められた値に自動的に維持するために
閉ループ電力調整器が設けられている特許請求の範囲第
1項記載の誘導加熱・溶解炉の電力制御装置。 3 前記位相角が所定最大値に制限される特許請求の範
囲第1項記載の誘導加熱・溶解炉の電力制御装置。 4 前記位相角が所定最大値に制限される特許請求の範
囲第21項記載の誘導加熱・溶解炉の電力制御装置。 5 可制御コンバータと、コンダクタンスが変化する誘
導加熱・溶解炉に接続された並列共振回路インバータと
によって電力を一定に制御する方法であって、 前記可制御コンバータによって制御できない負荷変動領
域で前記炉のコンダクタンスの変動に応答して前記イン
バータの位相角を調整して前記可制御コンバータの直流
電流を一定に維持する工程と、 前記位相角の最小値を制限する工程と、を備えたことを
特徴とする方法。 6 電力が、予め定められた値に自動的に維持される特
許請求の範囲第5項記載の方法。 7 前記位相角が所定最大値に制限される特許請求の範
囲第5項記載の方法。 8 前記位相角が所定最大値に制限される特許請求の範
囲第6項記載の方法。
[Scope of Claims] 1. The induction heating and melting furnace is controlled by a controllable converter and a parallel resonant circuit inverter that supplies power to the induction heating and melting furnace and is responsive to a wide range of conductance fluctuations.
In a power control device for a melting furnace, the DC current of the controllable converter is kept constant by adjusting the phase angle of the inverter in response to fluctuations in the conductance in a load fluctuation range that cannot be controlled by the movable control converter. 1. A power control device for an induction heating/melting furnace, comprising: means for maintaining the phase angle constant; and limiting means for limiting the phase angle to a predetermined minimum value. 2. A power control device for an induction heating and melting furnace according to claim 1, wherein a closed loop power regulator is provided to automatically maintain the power at a predetermined value. 3. The power control device for an induction heating/melting furnace according to claim 1, wherein the phase angle is limited to a predetermined maximum value. 4. The power control device for an induction heating/melting furnace according to claim 21, wherein the phase angle is limited to a predetermined maximum value. 5. A method of controlling electric power to a constant level using a controllable converter and a parallel resonant circuit inverter connected to an induction heating/melting furnace whose conductance changes, the method comprising: The method comprises the steps of: adjusting the phase angle of the inverter in response to variations in conductance to maintain a constant DC current of the controllable converter; and limiting a minimum value of the phase angle. how to. 6. The method of claim 5, wherein the power is automatically maintained at a predetermined value. 7. The method of claim 5, wherein the phase angle is limited to a predetermined maximum value. 8. The method of claim 6, wherein the phase angle is limited to a predetermined maximum value.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05166083A (en) * 1991-12-13 1993-07-02 New Cosmos Electric Corp Warning device for gas leakage
JP2016131134A (en) * 2015-01-15 2016-07-21 三井造船株式会社 Control method for induction heating device

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JPH05166083A (en) * 1991-12-13 1993-07-02 New Cosmos Electric Corp Warning device for gas leakage
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