JPS58834B2 - 誘導加熱調理器の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静止電力変換装置を高周波電源として用いた誘
導加熱調理器の保護装置に関する。

静止電力変換装置において、使用せられる電力制御素子
は、転流失敗の可能性が多々ある。

転流失敗した場合、電力制御素子には、継続的に電流が
流れ電源は短絡される。

一般的には、過電流遮断器が電源に直列に接続され、転
流失敗した電力制御素子を保護できるようになっている
。

これらの静止電力変換装置は、誘導加熱調理器の高周波
電源として多々用いられるが、これらは継続的に使用さ
れるものであり、たびたび転流失敗して、使用が妨げら
れるのは、不都合であった。

また、過電流遮断器にヒユーズを用いた場合、転流失敗
のたびに交換しなければならないという不具合が生じて
いた。

本発明は、これらの難点を取り除くために、静止電力変
換装置が転流失敗した際に、電気的に保護する装置を提
供することを目的とする。

まず、従来の転流失敗した電力制御素子を保護するため
の構成について説明する。

第１図は従来の一例を示し、サイリスタ１とダイオード
２が逆並列に接続され、この逆並列回路に並列にキャパ
シタンス３とインダクタンス４が接続されている。

交流電源５はサーキットブレーカ−６を介して整流器７
に接続され、この整流器γの出力端にインダクタンス８
を介して前記サイリスタ１とダイオード２の並列回路が
接続されている。

サイリスタ１のゲート・カソード間にはゲートパルス発
生回路９からの点弧パルスが印加され、サイリスタ１の
点弧によりインバータ動作をする。

いま、サイリスタ１に転流失敗が起きると、第２図に示
す通り、定常的な動作電流１０は、１１の如く増加して
いく。

１２に示すのは、サーキットブレーカ−６が遮断するレ
ベルで、増加した電流が、このレベル１２に達した場合
にサーキットブレーカ−６は遮断して、電力制御素子の
破壊は防止される。

この場合の欠点は、サーキットブレーカ−６の遮断する
レベルまで、電流が増加して初めて遮断が行なわれるた
め、電力制御素子は、サージ耐量の犬なるものを使用し
なければならないことである。

また、大電流を機械的に遮断するのは、アークが接点に
飛んだり、あるいは、大きな音が出る等の問題が生じる
ことである。

第３図は別の従来例を示し、１３は周知の静止電力変換
装置を構成する回路であり、この回路には、交流電源５
より整流器７．インダクタンス８キヤパシタンス１４，
１５、抵抗１６を経て直流電圧が印加されている。

整流器７は２個の制御整流素子７ａ、７ｂをダイオード
７ｃ、７ｄからなり、キャパシタンス１５に並列に接続
されたツェナーダイオード１７と抵抗１８の直列回路の
接続中点より、回路１９にて抵抗１８の端子電圧を検出
し、この検出回路１９の出力を制御整流素子７ａ、７ｂ
の位相制御回路２０に与える構成としている。

この構成にて、転流失敗した場合には、回路１９にて抵
抗１８の端子電圧の低下を検出し、位相制御回路２０に
信号を与え、制御整流素子７ａ、７ｂへの点弧パルスを
禁止する。

かかる動作をする回路各部の電圧波形を第４図に示し、
２１は電源電圧波形、２２は抵抗１８の端子電圧波形、
２３は検出回路１９から出る点弧パルス禁止信号波形、
２４は位相制御回路２０の出力波形、２５は制御整流素
子７ａｔ７ｂの出力波形である。

第４図から明らかなように、転流失敗して抵抗１８の端
子電圧が低下した場合、検出回路１９が作動して制御整
流素子７Ｌ７２の位相制御パルス２４が禁止され、制御
整流素子７ａ。

７ｂの出力波形は最後の導通を終了した後は、発生しな
い。

この従来例の場合は、構成が複雑となり、コスト高とな
る欠点を有していた。

さらに、別の従来例として、図示はしないが、静止電力
変換装置におけるサイリスクの両端の電圧を検出して、
これが一定の期間を越えた場合に、サイリスクの点弧パ
ルスを禁止するようにしたものであるが、この場合、転
流失敗の検出は、ある一定の期間を越えるか越えないか
の判断を待ってなされるため、サイリスクとして耐量の
犬なるものを用いなければならず、また、一定の期間を
定めるための回路を必要とし、構成は複雑となりコスト
高となっていた。

本発明は、上記従来の問題点を全て解消するものであっ
て、転流失敗の検出は、電圧の信号を高（ハイ）、低（
ロー）の２信号に置換し、これがあるかないかの判断、
すなわち、０か１かの判断によって行なうようにするこ
とにより、転流失敗の確実な検出を可能とするものであ
る。

本発明の一実施例を第５図に示す。

第５図において、２６は交番磁界を出力とする静止電力
変換装置で、電力制御素子（以下、サイリスタと称す）
を含んでいる。

この静止電力変換装置２６の具体回路構成は第６図、第
７図に示す。

この静止電力変換装置２６のサイリスタに直列に同素子
の転流失敗を保護すべく第１のインダクタンス２７を挿
入し、電源５に直列に第２のインダクタンス２８を挿入
し、電源５と第２のインダクタンス２８の直列接続に並
列にキャパシタンス２９を接続している。

静止電力変換装置２６の出力として転流インダクタンス
３０が設けられ、これと電磁的に結合する調理鍋を負荷
等価抵抗として３１にて示す。

３２は電源５の電圧を検出する手段、３３はキャパシタ
ンス２９の端子電圧を検出する手段、３４は前記検出手
段３３にて検出した両型圧を比較する手段、３５は点弧
パルス発生手段、３６は点弧パルス発生手段３５から静
止電力変換装置２６に至る経路中に設けられた点弧パル
ス禁止手段である。

そして、サイリスクの転流失敗時に、第１のインダクタ
ンス２７とキャパシタンス２９とサイリスクとが閉回路
を形成して、サイリスクの定常の動作周波数より充分に
低い周波数にて直列共振するように構成している。

静止電力変換装置２６のサイリスクが転流失敗を起こす
と、キャパシタンス２９の端子電圧波形が反転するが（
これについては後に詳述）、これを検出手段３３にて検
出し、これと検出手段３２にて検出した電源電圧とを比
較手段３４にて比較し、点弧パルス禁止手段３６に信号
を送り、サイリスクへの点弧パルスを禁止するようにな
っている。

これら３２〜３６の具体回路構成については第９図に示
す。

第６図、第７図は静止電力変換装置２６の具体回路構成
を示し、第６図において、２７１および２７２はサイリ
スク２６Ｌ２６２，２６３゜２６４に直列に入れた第１
のインダクタンスであり、サイリスク２６１〜２６４は
交互に点弧され、転流キャパシタンス２６５と転流イン
ダクタンス３０によって発振動作を行なう。

また、第７図において、２７３および２７４は第１のイ
ンダクタンスであるが、これらは転流インダクタンスと
兼用しており、これと転流キャパシタンス２６６゜２６
７によって発振動作を行なう。

転流インダクタンス２７４と負荷等価抵抗３１とが電磁
的に結合している。

端子Ａ、Ｂは第５図のＡ、Ｂと共通である。

上記構成において、サイリスク２６１〜２６４のいずれ
かにおいて転流失敗が起こった場合を考えると、キャパ
シタンス２９と第１のインダクタンス２７Ｌ２７２また
は２７３，２７４を含む閉回路が形成されることになり
、キャパシタンス２９は成る電圧に充電されているので
、閉回路の形成と同時に、直列共振が発生することにな
る。

転流失敗後に発生するこの直列共振の周波数は、定常の
動作周波数に対し充分低く設定していること、さらには
、転流失敗と同時に転流失敗を検出する手段３２，３３
，３４に信号が発生し、この信号によって、サイリスク
の点弧パルス信号は強制的に禁止される。

この間の動作を第８図ａ、ｂ、ｃに示す波形図とともに
説明する。

第８図ａにおいて３７はキャパシタンス２９の電圧波形
であり、転流失敗のところでは、３８のごとき負の電圧
のピークがあられれる。

この部分を時間軸上で拡大して第８図すに示す。

第８図Ｃにおける４０は定常動作時のサイリスタ電流波
形であり、転流失敗が起こると。

その電流は４１のごとく流れる。

この電流が流れて次に零点を横切る点とキャパシタンス
２９の負電圧ピーク３８点とは一致する。

サイリスク電流波形が４１のごとくなるのは、直列共振
電流だからであり、点線４２の部分も電流は本来流れる
はずであるが、本発明ではサイリスクの点弧パルス信号
が無くなっているため、この点線４２の部分を流すエネ
ルギーは転流失敗したサイリスタに対し、逆電圧として
印加されることになる。

したがって、転流失敗したサイリスクは、再転流するこ
とになり、結局、転流失敗した時点で、４１のごとき電
流が一発、サイリスタに流れるだけですむのである。

サイリスクを含む第１のインダクタンスとキャパシタン
スの閉回路の直列共振周波数を、定常の動作周波数より
低い周波数に設定しているのは。

転流失敗を検出する手段および点弧パルスを禁止する手
段の各々に、それぞれ有限の動作時間を必要とすること
、および転流失敗したサイリスタのターンオフのための
逆電圧が印加される期間を充分にとることの２点で意味
がある。

第９図には電源電圧検出手段３２、キャパシタンス端子
電圧検出手段３３、比較手段３４の具体回路構成を示す
。

電源電圧検出手段３２は、トランジスタ３２１、抵抗３
２２，３２３，３２４により構成され、キャパシタンス
端子電圧検出手段３３は、トランジスタ３３１、抵抗３
３２，３３３゜３３４により構成され、比較手段３４は
、排他論理和ゲート３４０、サイリスタ３４１、抵抗３
４２゜３４３．３４４，３４５，３４６，３４７．コン
デンサ３４８、トランジスタ３４９により構成される。

第１０図ａ−ｆに示す波形図を用いて第９図の構成の動
作を説明する。

第１０ａに示す波形（３７゜３８．３９）は前述の通り
キャパシタンス２９の電圧波形である。

トランジスタ３２Ｌ３３１は各々電源電圧とキャパシタ
ンス２９の端子電圧により動作し、各々電圧が正の場合
には、各トランジスタのコレクタは低レベルとなり、電
圧が負の場合には、各トランジスタのコレクタは高レベ
ルとなる。

第１０図すに示す波形４３はトランジスタ３２１のコレ
クタ電圧波形、第１０図Ｃに示す波形４４はトランジス
タ３３１のコレクタ電圧波形である。

転流失敗時には、トランジスタ３３１のコレクタには電
圧波形４５の出力信号があられれる。

両トランジスタ３２１，３３１の出力をゲ−）３４０に
て排他論理和をとることにより、ゲート３４０の出力に
第１０図ｄに示す出力波形４６が得られる。

これによって、サイリスタ３４１はターンオフし、した
がって、トランジスタ３４９はターンオフし、そのベー
ス電圧波形は第１０図ｅの４７のごとくなり、同トラン
ジスタ３４９のコレクタ電圧波形は第１０図ｆの４８の
ごとくなる。

このトランジスタ３４９の出力にて、点弧パルス禁止手
段３６に信号を与える。

第１１図に本発明の他の実施例を示す。

この実施例は、電源の零点を検出する手段を有し、転流
失敗を検知することにより作動したサイリスクの点弧パ
ルス信号の禁止手段の解除を、前記零点検出信号に同期
して行うようにしたものである。

すなわち、第１１図において、４９は電源電圧の零点を
検出する回路であり、抵抗５０，５１゜５２、トランジ
スタ５３、反転回路５４、コンデンサ５５，５６、抵抗
５７，５８、ダイオード５９．６０、抵抗６１，６２、
トランジスタ６３、抵抗６４、コンデンサ６５、抵抗６
６、ツェナーダイオード６７、抵抗６８、トランジスタ
６９よりなる。

７０はラッチ解除回路で、前記零点検出回路４９の出力
すなわちトランジスタ６９の出力端電圧により動作し、
サイリスタ３４１のラッチを解除するものであり、トラ
ンジスタ７１、抵抗７２よりなる。

零点検出回路４９において、トランジスタ６９の出力端
には電源５の零点に同期して短い幅のハイレベル信号が
発生しており、この信号でもって、ラッチ解除回路７０
のトランジスタ７１を電源に同期して周期的に導通させ
ている。

したがって、電力変換装置２６におけるサイリスクが電
源の位相のどこかで転流失敗を起こして上述のごとく動
作が停止していても、次の半サイクルの零点から再起動
し、誘導加熱調理器の加熱動作を再開する。

すなわち、転流失敗が起こって加熱動作が停止するのを
半サイクル内に押えるように働くことになる。

第１２図に本発明のさらに他の実施例を示す。

この実施例は、電源遮断と同時に働くリセット回路を有
し、転流失敗を検知することにより作動した点弧パルス
信号の禁止手段３６の解除を、前記リセット回路の出力
信号により行うようにしたものである。

すなわち、第１２図において、７３は電源５と直列に挿
入した電源スィッチであり、７４は電源遮断により働く
リセット回路で、トランス７５と、整流ダイオード７６
と、定電圧回路を構成する抵抗γ７、トランジスタ７８
、ツェナーダイオード７９と、抵抗８０，８１、トラン
ジスタ８２、コンデンサ８３、トランジスタ８４よりな
る。

いま、電源スィッチ７３が開路されると、ツェナーダイ
オード７９を介して供給されていたベース電流がトラン
ジスタ８２へ流れなくなり、トランジスタ８２はオフす
る。

したがって、トランジスタ８４はオンして、転流失敗後
にターンオンしているサイリスタ３４１をターンオフさ
せる。

したがって、次の電源スィッチ７３の投入により、誘導
加熱調理器は再始動することになる。

また、第１２図においては、負荷を検出する手段８５を
備えており、転流失敗を検知することにより作動した点
弧パルス信号の禁止手段３６の解除を、前記負荷検知手
段８５の出力により行なうようにしている。

すなわち、負荷検知手段８５は、負荷の有無により作動
するスイッチ８６、抵抗８７．８８、トランジスタ８９
よりなり、このトランジスタ８９のオン出力でもって、
転流失敗後にターンオンしているサイリスタ３４１をタ
ーンオフさせて、再起動可能な状態にラッチ解除するも
のである。

次に本発明の効果について説明する。

静止電力変換装置により起部周波域の交流電流を得て、
これを負荷に電磁結合することにより、誘導加熱を行う
場合において、静止電力変換装置の電力制御素子の誤動
作、すなわち転流失敗は不可避的なものである。

従来は、前述したごとく、サーキット・ブレーカ、フユ
ーズ等の過電流遮断器により、転流失敗時の過大電流か
ら、当該電力制御素子、あるいは電源を保護してきた。

この場合にも、上記の過電流遮断器が作動するまでは、
過大な電流が流れることにかわりなかった。

本発明によれば、転流失敗時には、キャパシタンスと第
１のインダクタにより定まる周期だけしか、過大電流は
流れないので、電力制御素子の絶対最大定格に関して余
裕を持つことができる。

また、従来方式による過電流遮断器の動作する状況は、
大電流を機械的、物理的に強制的に行うものであるから
、大きな音、アーク、火花等が不可避的なものとなり、
しかも、サーキット・ブレーカを使用していればアーク
の発生は、ブレーカの寿命を限定することになっていた
。

本発明によれば、電気的に電流が零を横切る時阻止が行
われるので、音やアークの発生も無く、機械的接点もな
いから高寿命を保証できる。

さらに、サーキット・ブレーカの如き高価な部品を廃止
でき、フユーズを使用しているものにあっては頻繁なヒ
ユーズ交換の煩わしさから、逃げることができる。

さらには、電気的な保護装置であるから自動復帰する構
成とすることも可能である等、犬なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の誘導加熱調理器の保護装置の一例を示す
回路図、第２図は第１図の動作を説明するための電流波
形図、第３図は従来の他の例を示す回路図、第４図は第
３図の動作を説明するための電圧波形図、第５図は本発
明の誘導加熱調理器の保護装置の一実施例を示す構成図
、第６図、第７図はそれぞれ静止電力変換装置の例を示
す回路図、第８図ａ、ｂ、ｃは静止電力変換装置の動作
を説明するための電圧あるいは電流波形図、第９図１ま
第５図の構成の一部を具体的に示した回路図、第１０図
ａｔｂ＋Ｃｔｄ２ｅ？ｆは第９図の動作を説明するため
の各部の電圧波形図、第１１図は本発明の他の実施例を
示す回路図、第１２図は本発明のさらに別の実施例を示
す回路図である。 ５・・・・・・電源、２６・・・・・・静止電力変換装
置、２７゜２７１〜２７４・・・・・・第１のインダク
タンス、２８・・・・・・第２のインダクタンス、２９
・・・・・−キャパシタンス、３０・・・・・・転流イ
ンダクタンス、３１・・・・・・負荷、３２・・・・・
・電源電圧検出手段、３３・・・・・・キャパシタンス
端子電圧検出手段、３４・・・・・・比較手段、３５・
・・・・・点弧パルス発生手段、３６・・・・・・点弧
パルス禁止手段、４９・・・・・・電源電圧の零点検出
回路、７０・・・・・・ラッチ解除回路、７４・・・・
・・リセット回路、８５・・・・・・負荷検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １交番磁界を出力とする誘導加熱調理器の静止電力変換
   装置に使用された電力制御素子と、この電力制御素子の
   転流失敗を保護すべく設けられた電力制御素子に直列に
   入れた第１のインダクタンス、電源に直列に入れた第２
   のインダクタンス、および電源と第２のインダクタンス
   の直列接続に並列に接続されたキャパシタンスと、前記
   電力制御素子の転流失敗時に前記第１のインダクタンス
   と前記キャパシタンスと前記電力制御素子とにより形成
   され、前記電力制御素子の定常の動作周波数より充分に
   低い周波数にて直列共振する閉回路と、電源電圧と前記
   キャパシタンスの端子電圧をそれぞれ検出する手段と、
   前記検出手段の出力信号により転流失敗を検知するとと
   もに、前記電力制御素子の点弧信号を禁止する手段とか
   らなることを特徴とする誘導加熱調理器の保護装置。 ２電源の零点を検出する手段を有し、転流失敗を検知す
   ることにより作動した電力制御素子の点弧信号の禁止手
   段の解除を、前記零点の検出信号に同期して行うように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘導
   加熱調理器の保護装置。 ３電源遮断と同時に働くリセット回路を有し、転流失敗
   を検知することにより動作した電力制御素子の点弧信号
   の禁止手段の解除を、前記リセット回路の出力信号にて
   行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の誘導加熱調理器の保護装置。 ４負荷を検出する手段を有し、転流失敗を検知すること
   により作動した電力制御素子の点弧信号の禁止手段の解
   除を、前記負荷検出手段の出力により行うようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘導加熱調
   理器の保護装置。 ５電源電圧とキャパシタンスの端子電圧の検出手段は、
   電源の正負を各々高レベルと低レベルの２つの信号に置
   換する手段を有し、各手段の出力の排他論理和をとるこ
   とにより転流失敗を検知するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の誘導加熱調理器の保護装
   置。