JPS6220156Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高周波誘導炉の力率調整装置に関す
る。

一般に、誘導炉に高周波電力を供給するインバ
ータの出力電圧及び出力電流は、炉内の溶解材料
の状態によつて変化し、第１図に示すように、炉
内の材料が多い時あるいは材料が鉄の場合の冷材
すなわち温度がキユリー点以下である材料が投入
された時には運転点は電圧が低い低インピーダン
ス領域Ａとなり、炉内の材料が少ない時あるいは
材料が溶湯になつた時には運転点は電流が小さい
高インピーダンス領域Ｂとなる。しかるに、誘導
炉において高効率運転を行なうためには、インバ
ータの出力電圧と出力電流が常に最大となる状
態、すなわち、運転点を第１図の斜線を施した範
囲Ｃとする必要があり、このために、誘導炉の電
源側、即ちインバータ出力からみた負荷の力率が
調整される。

従来、負荷力率の調整は、負荷コイルに並列に
接続された複数の力率調整用コンデンサの接続数
を手動により逐次変更することによつて行なわれ
る。この場合、運転者が炉内の状態を観察しなが
らこの操作を行なうのであるが、コンデンサの接
続または開離を行なうときにコイルへの通電を停
止する必要がある。したがつて、力率改善のため
にコンデンサ量の調整を行なうのに誘導炉を停止
させていたのでは、結果として効率の良い運転が
行なわれることにはならないという問題点を有し
ていた。

本考案は従来における上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、誘導炉の負荷状
態によつて変化するインバータの入力電流を検出
し、この検出値にしたがつて力率改善用コンデン
サの投入量を自動的に調整することによつて、誘
導炉の運転を停止することなく力率調整を行ない
得るようにした高周波誘導炉の力率調整装置を提
供することである。

以下、本考案の一実施例について図面にもとづ
いて説明する。

第２図に示すように、３相交流電源１に変圧器
２の１次側端子が接続され、この変圧器２の２次
側端子が整流器３の入力端子に接続され、この整
流器３の出力端子が直流リアクトル４を介してイ
ンバータ５の入力端子に接続される。このインバ
ータ５の出力端子に炉体６の内部の材料を誘導加
熱するためのコイル７と力率改善用コンデンサ８
との並列回路が接続される。

８−１，８−２，８−３，…，８−ｎは力率改
善用コンデンサであり、この複数の力率改善用コ
ンデンサ８−１，８−２，８−３，…，８−ｎに
スイツチ９−１，９−２，９−３，…，９−ｎが
夫々直列に接続され、この夫々の直列回路がコイ
ル７とコンデンサ８の並列回路に並列に接続され
る。

上述の回路において、３相交流電源１の電圧
が、変圧器２によつて所定の電圧に変圧され、整
流器３で直流に変換され、さらに、直流リアクト
ル４で平滑化された後、インバータ５でコイル７
と力率改善用コンデンサ８，８−１，８−２，
…，８−ｎで定まる共振周波数の高周波電力に変
換されて、コイル７に印加される。

１０は上述の誘導炉の電源装置の制御装置であ
り、この制御装置１０には、整流器３の入力電流
を検出する電流変成器１１、インバータ５の出力
電圧を検出する電圧変成器１２、インバータ５の
出力電圧を設定する設定器１３、上述の整流器３
及びインバータ５を形成するサイリスタの点弧回
路、並びに、変圧器１４を介して交流電源１が
夫々接続される。

さらに、制御装置１０にコンデンサ調整回路１
５が接続される。このコンデンサ調整回路１５
は、制御装置１０から入力される信号に応じて、
上述の力率改善用コンデンサ８−１，８−２，
…，８−ｎに夫々接続されたスイツチ９−１，９
−２，…，９−ｎを夫々適宜開閉する。

上述の制御装置１０は、第３図に示すように、
整流器３（第２図）の入力電流を検出する電流変
成器１１（第２図）が接続される端子I₁，I₂，I₃
にダイオードブリツジで構成された整流器１６の
入力端子が接続され、この整流器１６の−側出力
端子が演算増幅器１７の−入力端子に接続され、
整流器１６の＋側出力端子が接地される。また、
演算増幅器１７の＋入力端子が接地される。この
演算増幅器１７の出力端子は演算増幅器１８の−
入力端子に接続され、この演算増幅器１８の＋入
力端子が接地され、演算増幅器１８の出力端子が
演算増幅器１９の−入力端子に接続され、この演
算増幅器１９の＋入力端子が接地され、演算増幅
器１９の出力端子が整流器位相制御回路２０の入
力端子に接続される。

上述の整流器１６の−側出力端子と演算増幅器
１７の−入力端子との接続点に整流器３（第２
図）の入力電流の制限値を設定する定格電流設定
器２１の出力端子が接続される。また、演算増幅
器１７の出力端子と演算増幅器１８の−入力端子
との接続点に出力電圧設定器１３（第２図）の出
力端子が接続される。さらに、インバータ出力検
出用の電圧変成器１２（第２図）の２次側端子が
接続される端子Ｘ，Ｙがダイオードブリツジで構
成された整流器２２の入力端子に接続され、この
整流器２２の−側出力端子に電圧レベル調整用の
可変抵抗器２３が接続され、この可変抵抗器２３
の出力端子が演算増幅器１７の出力端子と演算増
幅器１８の−入力端子との接続点に接続される。
また、整流器２２の＋側出力端子が接地される。

上述の整流器２２の−側出力端子はまたインバ
ータ位相制御回路２４の入力端子に接続され、こ
のインバータ位相制御回路２４の出力端子がイン
バータ５（第２図）を構成するサイリスタのゲー
トが接続される端子Iiに接続される。さらに、交
流電源１に変圧器１４（第２図）を介して接続さ
れる端子Ｒ，Ｓ，Ｔに同期信号パルス整形回路２
５の入力端子が接続され、この同期信号パルス整
形回路２５の出力端子が整流器位相制御回路２０
の入力端子に接続され、この整流器位相制御回路
２０の出力端子が整流器３を構成するサイリスタ
のゲートが接続される端子Riに接続される。

上述の回路において演算増幅器１７の−入力に
は整流器３の入力電流に対応した整流器１６の出
力電圧と定格電流設定器２１の出力電圧との偏差
である信号が入力される。整流器３の入力電流が
定格電流設定器２１の設定値に等しいかまたは小
であるときには、演算増幅器１７の出力はOvで
あり、演算増幅器１８には出力電圧設定器１３の
出力とインバータ５の出力電圧に対応した整流器
２２の出力電圧のレベル変換された信号との偏差
に相当する信号が入力され、この演算増幅器１８
を介して演算増幅器１９から出力される制御信号
が整流器位相制御回路２０に入力され、インバー
タ５の出力電圧が設定器１３の設定値になるよう
に整流器３の点弧角制御が行なわれる。なお、整
流器位相制御回路２０に同期信号パルス整形回路
２５から電源電圧に同期したパルス信号が入力さ
れ、整流器位相制御回路２０による整流器３の点
弧角制御が電源電圧と同期して行なわれる。一
方、整流器３の入力電流が定格電流設定器２１の
設定値より大になると、演算増幅器１７の出力は
例えば＋10Vとなり、この信号が出力電圧設定信
号とインバータ５の出力電圧の検出信号とに加算
されて演算増幅器１８に入力され、演算増幅器１
８を介して演算増幅器１９からインバータ５の出
力電圧を下げて整流器３の入力電流が定格値を越
えないように制御するための信号が整流器位相制
御回路２０に入力される。

誘導炉を高効率で運転するために、インバータ
の運転点を最大電圧及び最大電流の状態すなわち
第１図に示す斜線を施した範囲Ｃにするために、
自動的に力率調整が行なわれる。以下、この力率
調整を行なうための回路について説明する。

２６は電流比較器であり、この電流比較器２６
の一方の入力端子２６ａに整流器１６の−側出力
端子が接続され、電流比較器２６の他方の入力端
子２６ｂに基準電流設定器２７の出力端子が接続
される。また、この電流比較器２６の一方の出力
端子２６ｃがアンド回路２８の一方の入力端子に
接続され、電流比較器２６の他方の出力端子２６
ｄがアンド回路２９の一方の入力端子に接続され
る。３０は電圧比較器であり、この電圧比較器３
０の一方の入力端子３０ａが出力電圧設定器１３
（第２図）が接続される端子Ｃに接続され、この
電圧比較器３０の他方の入力端子３０ｂに基準電
圧設定器３１の出力端子が接続され、この電圧比
較器３０の出力端子３０ｃがアンド回路２８，２
９の他方の入力端子に夫々接続される。さらに、
アンド回路２８の出力端子がコンデンサ調整回路
１５（第２図）に接続される端子Ｄに接続され、
アンド回路２９の出力端子がコンデンサ調整回路
１５に接続される端子Ｕに接続される。

以下、上述の回路の動作について説明する。

電流比較器２６においては、整流器１６の出力
電圧すなわち整流器３（第２図）の入力電流を表
わす信号と基準電流設定器２７の設定値を表わす
信号とが比較され、整流器３の入力電流が基準電
流設定器２７の設定値より大であると出力端子２
６ｃが“High”になり、整流器３の入力電流が
基準電流設定器２７の設定値より小であると出力
端子２６ｄが“High”になる。この電流比較器
２６は微小幅の不感帯を有し、整流器３の入力電
流が基準電流設定器２７の設定値とほぼ等しくな
ると、出力端子２６ｃ，２６ｄはともに“Low”
になる。基準電流設定器２７の設定値は定格電流
設定器２１の設定値よりわずかだけ小さい値に設
定される。一方、電圧比較器３０においては、出
力電圧設定器１３（第２図）の設定値を表わす信
号と基準電圧設定器３１の設定値を表わす信号と
が比較され、出力電圧設定器１３の設定値が基準
電圧設定器３１の設定値より大であると、出力端
子３０ｃが“High”になる。この基準電圧設定
器３１の設定値は、インバータ５の出力電圧の定
格値のほぼ90％以上の値に設定される。

いま、出力電圧設定器１３の設定値が定格値の
90％以上で整流器３の入力電流が基準電流設定器
２７の設定値より大であり、インバータ出力電圧
の実際値が低くなつているとき、すなわち、誘導
炉のインピーダンスが小であるときには、電圧比
較器３０の出力端子３０ｃが“High”になると
ともに、電流比較器２６の出力端子２６ｃが
“High”になり、アンド回路２８の出力端子が
“High”になつて、この信号が端子Ｄを介してコ
ンデンサ調整回路１５に入力される。この端子Ｄ
を介してコンデンサ調整回路１５に入力される信
号は、力率改善用コンデンサ８−１，８−２，
…，８−ｎの投入量を減らす指令信号であり、コ
ンデンサ調整回路１５は、このコンデンサ容量の
減少指令信号が入力されると、所定の時間間隔
（例えば１〜２秒）でスイツチ９−１，９−２，
…，９−ｎを順次開放することによつて、力率改
善用コンデンサの投入量を単位容量ずつ減少させ
る。これによつて整流器３の入力電流が基準電流
設定器２７の設定値まで低下すると、電流比較器
２６の出力端子２６ｃが“Low”に反転する。こ
の時には電流比較器２６の出力端子２６ｃ，２６
ｄはともに“Low”となる。ここで、アンド回路
２８の出力が“Low”に反転し、端子Ｄを介して
コンデンサ調整回路１５に入力されるコンデンサ
容量の減少指令信号が“Low”となつて、スイツ
チ９−１，９−２，…，９−ｎの開放動作が停止
され、力率改善用コンデンサ８−１，８−２，
…，８−ｎの投入量が所定値に保持される。ここ
で、誘導炉は運転点がインバータ５の出力電圧を
下げて整流器３の入力電流が定格値を越えないよ
うに制御するのと逆の動作でインバータ出力電圧
が設定器１３で設定された値まで上昇し、その結
果に入つて高効率のもので運転される。

また、出力電圧設定器１３の設定値が定格値の
90％以上で整流器３の入力電流が基準電流設定器
２７の設定値より小であるとき、すなわち、誘導
炉のインピーダンスが大で力率が低いときには、
電流比較器２６の出力端子２６ｄが“High”に
なり、電圧比較器３０の出力端子３０ｃが
“High”であるので、アンド回路２９の出力が
“High”になつて、この信号が端子Ｕを介してコ
ンデンサ調整回路１５に入力される。この端子Ｕ
を介してコンデンサ調整回路１５に入力される信
号は、力率改善用コンデンサ８−１，８−２，
…，８−ｎの投入量を増やす指令信号であり、コ
ンデンサ調整回路１５は、このコンデンサ容量の
増加指令信号が入力されると、所定の時間間隔で
スイツチ９−１，９−２，…，９−ｎを順次閉成
することによつて、力率改善用コンデンサの投入
量を単位容量ずつ増加させる。これによつて整流
器３の入力電流が基準電流設定器２７の設定値ま
で上昇すると、電流比較器２６の出力端子２６ｄ
が“Low”に反転する。この時には電流比較器２
６の出力端子２６ｃ，２６ｄはともに“Low”と
なる。ここで、アンド回路２９の出力が“Low”
に反転し、端子Ｕを介してコンデンサ調整回路１
５に入力されるコンデンサ容量の増加指令信号が
“Low”となつて、スイツチ９−１，９−２，
…，９−ｎの閉成動作が停止され、力率改善用コ
ンデンサ８−１，８−２，…，８−ｎの投入量が
所定値に保持される。ここで、誘導炉は運転点が
第１図の範囲Ｃに入つて高効率のもとで運転され
る。

以上説明したように、本考案においては、イン
バータの入力電流の変化を検出し、この検出値と
設定値とを比較し、この比較の結果に応じてコイ
ルと並列に接続された複数の力率改善用コンデン
サの投入量を適宜変更して力率調整を行なうよう
にしたから、力率調整を誘導炉の運転を停止する
ことなく行うことができるとともに負荷を溶解す
る電力を増大させて短時間に溶解を終了させるこ
とができ、したがつて、誘導炉の高効率運転が行
なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導炉におけるインバータの出力電圧
と出力電流との関係を示すグラフ、第２図は本考
案の一実施例を示す回路図、第３図は第２図の制
御装置の詳細な回路図である。 ３……整流器、４……直流リアクトル、５……
インバータ、７……コイル、８，８−１，８−
２，…，８−ｎ……力率改善用コンデンサ、９−
１，９−２，…，９−ｎ……スイツチ、１０……
制御装置、１１……電流変成器、１５……コンデ
ンサ調整回路、２６……電流比較器、２７……基
準電流設定器、２８，２９……アンド回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 インバータと、このインバータから高周波電力
   が供給されるコイルに並列に接続されたスイツチ
   手段と力率改善用コンデンサとが直列に接続され
   た複数の回路とを備え、上記スイツチ手段を開閉
   することによつて回路の力率調整を行なうように
   した高周波誘導炉の力率調整装置において、 上記インバータの入力電流の検出手段と、上記
   インバータの入力電流の設定手段と、上記検出手
   段の検出値と上記設定手段の設定値とを比較して
   この比較の結果に応じて所定の信号を出力する比
   較手段と、この比較手段の出力信号に応じて上記
   スイツチ手段を開閉して力率改善用コンデンサの
   投入量を適宜変更するコンデンサ投入量調整手段
   とを備えたことを特徴とする高周波誘導炉の力率
   調整装置。