JPS6311909Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高周波インバータ等の出力周波数を判
別する判別回路に係り、特にインバータを誘導加
熱用電源として用いた場合に、何ら誤動作するこ
となくインバータの出力周波数が規定値にあるか
否かを判別できる、周波数判別回路を提供しよう
とするものである。鋼材等の如き材料を加熱−溶
解する誘導加熱用電源として第１図に示すインバ
ータがよく知られている。このインバータは商用
周波電源より入力される交流電力を直流電力に順
変換して、負荷に印加する電圧を適当に可変する
可変直流電源Ｅと、直流電源電圧を分圧して後述
する逆変換部の定電圧源となるコンデンサC₁−
C₂と、サイリスタS₁−S₂と転流コンデンサC₃さ
らにはサイリスタS₅−S₈と転流コンデンサC₄と
でそれぞれ構成される第１及び第２の直列インバ
ータと、これら直列インバータは総称して逆変換
部と一般的に云われ直流入力電力を所要の交流電
力に逆変換するもので、L₁−L₂は配線の浮遊イ
ンダクタンスで、さらにL₃は後述するタンク回
路とマツチングトランス間の配線の浮遊インダク
タンスを示しており、これらインダクタンスと、
インバータと負荷側との整合をとる為のマツチン
グトランスＴと、整合コンデンサC₅およびワー
クコイルL₆よりなるタンク回路とでそれぞれ構
成される。以上のように構成される定常時の動作
は第１のインバータ及び第２のインバータを介し
てタンク回路に所要のパワーを与え、タンク回路
の材料を加熱−溶解するものであるが、かかる動
作を行なうインバータで、特に動作を出力周波数
よりみた場合、インバータの始動時はタンク回路
の周波数が不明であるので、インバータの内蔵の
発振器側に切換えてこの発振器の出力周波数を基
に第１図に示すインバータを動作させる、所謂
“他制運転”と、タンク回路の負荷に応じてイン
バータの動作周波数を制御する所謂、“自制運転”
とがあり、これら運転方法で他制より自制運転へ
と切換えるのに、インバータの出力周波数が規定
値に達したか否かを条件にして所定の切換え運転
を行なう場合がある。かかる切換え運転時に使用
されているのが第２図に示す周波数判別回路であ
る。この周波数判別回路は図示するように、イン
バータの出力電圧を取り出して検出信号が基準レ
ベルより高い場合に検出信号をそのまま出力させ
るコンパレータ１と、検出信号群で負波の半波期
間のみを取り出すナンドゲート２と、入力される
検出信号群の正波、負波に応動動作し信号が入力
された場合のみ所定期間に渡つて出力を生ずる第
１及び第２のモノマルチ（フリツプフロツプ回
路）３−４と、これらモノマルチの出力信号が入
力されるナンドゲート５と、図示はしないが５の
ナンドゲートより出力される信号を基にインバー
タの出力周波数が規定値にあるか否かを判別する
回路とで構成される。

以上のように構成される従来の周波数判別回路
の動作を第３図のタイムチヤート図を基に詳述す
ると、例えばインバータの交流出力電圧が第３図
ａに示すものとすれば、この出力電圧検出信号が
第２図のコンパレータ１に導びかれて、検出信号
の各半波毎の正波期間のものはそのまま３のモノ
マルチに入力され、これに対して負波の半波期間
のものはナンドゲート２を介して４のモノマルチ
に入力される。しかしてこれらモノマルチは所定
の信号が入力された場合のみインバータの規定周
波数の半周期より短かい一定のパルス幅を、第３
図ｂ，ｃに示すように各半波毎に対応してそれぞ
れ出力する。最終段のナンドゲート５で各モノマ
ルチより出力される信号の論理積をとつて、この
論理積出力を基に、例えば第３図ｄに示すように
両信号が重ならずにｄ出力信号が「１」であれ
ば、インバータの出力周波数が規定値以下にある
と判別し、これとは反対に第３図ｄのt₁点以後に
示すように、モノマルチの両出力信号に重なり期
間があつてｄ出力信号が「０」に落ち込み、この
「０」期間が基準値以上であるか否かでインバー
タの出力周波数が規定値以上であると判別するも
のである。このように従来回路にあつては、取り
出された出力電圧検出信号を基に各半波毎に所定
のパルス幅を取り出して、これらパルス幅が重な
つているか否かで所定の判別を行なうものである
ので、例えばインバータの始動時に誤動作すると
かさらには負荷短絡等の如き事故と始動との判別
が確実になし得ない等の欠点がある。これを具体
的に述べてみるに、第１図に示すインバータで説
明したように出力電圧を取り出すマツチングトラ
ンスＴとタンク回路との間には配線上の浮遊イン
ダクタンスL₃が存在する。従つてインバータを
始動する場合に、第１図の回路でサイリスタS₁と
S₄とをトリガーし、図示極性でチヤージしてある
充電電荷を充電電源C₁→サイリスタS₁→転流コ
ンデンサC₃→サイリスタS₄→マツチングトラン
スＴ→タンク回路→充電電源C₁の経路を通して
デスチヤージし、所要のパワーをタンク回路に与
え材料を加熱し始めると、上記経路の等価回路が
第４図で示されるようにパワー供給源と負荷のタ
ンク回路との間にインダクタンスがあるので、イ
ンバータ始動時の出力電圧波形は第５図に示すよ
うな電圧波形となる。この第５図の電圧波形図で
特に始動初期の半周期T₀がインバータの規定の
半周期より短かいので、第３図のタイムチヤート
図のｄ−t₁以後に示した波形と同様に第２図の従
来回路にあつては、インバータの出力周波数は規
定値以上にあると判別してしまう。従つて始動時
よりインバータの出力周波数が規定値以上にある
と判別されると、よく知られているようにインバ
ータの出力周波数は除々に逓昇して行くものであ
るから全く正常な動作を行なう事が不可能となる
ばかりでなく、最悪の場合インバータは運転不能
となる。本考案はこの点に鑑みて考案されたもの
であつて、特に本願はインバータの始動時は判別
回路そのものを強制的に不動作状態とし、さらに
定常時は負荷短絡を半周期以内で検出できる動作
が非常に安定した回路を実現できることを一大特
徴とし、以下第６図に示す実施例に基づき詳述す
る。第６図の実施例で６は比例アンプでこのアン
プは第２図のコンパレータ１と同様な動作を行な
い、各半波毎の電圧波形を出力する為のものであ
り、その出力の極性は入力に対して反転される。
７は出力電圧の正波の半波期間を取り出す為の第
１のナンドゲートで、８は出力電圧の負波の半波
期間を取り出す為の第２のナンドゲートで、９は
各ナンドゲートより出力される信号に応動動作し
出力周波数の規定の半周期より短かい一定のパル
ス幅を出力する為の第１のモノマルチで、１０は
インバータの始動指令が入力され、この指令信号
が入力された場合のみ否定出力信号を出力し判
別回路そのものを不動作状態とする為の第２のモ
ノマルチで、１１は第１のモノマルチ９より出力
される両信号の論理積の否定をとる為の第３のナ
ンドゲートで、１２は第２のモノマルチ１０と第
３のナンドゲート１１間に接続されるダイオード
である。

以上のように構成される本実施例の動作を第７
図のタイムチヤート図を基に詳述すると、先ずイ
ンバータの始動に際しては始動指令ｇ（第７図−
ｇに示す）が第２のモノマルチ１０に入力される
と共に、他制運転のモードに基づき第１図のイン
バータに始動指令が与えられインバータを他制モ
ードで動作させる。さて、インバータが始動する
と第２図の従来回路図で詳述したように、例えば
サイリスタS₁〜S₄及び転流コンデンサC₃よりな
る第１のインバータが動作したものとすれば、か
かる動作時の等価回路が第４図で示されるよう
に、特にマツチングトランスＴとタンク回路との
間に配線の浮遊インダクタンスL₃があるので、
これによつて始動時のインバータ出力電圧波形は
第７図ａのt₁点以前に示すように、特に始動初期
の過渡時の出力電圧波形の正の半波期間の周期が
極端に短かくなる。このように周期が極端に短か
い交流出力電圧波形が第６図の比例アンプ６→第
１のナンドゲート７の経路で与えられると、この
ナンドゲート７より第７図ｃに示すような「１」
出力が第１のモノマルチ９に入力され、このモノ
マルチ９より第７図ｅに示すようにインバータの
規定周波数の半周期より短かい一定のパルス幅が
出力されることになる。この一定のパルス幅が第
３のナンドゲート１１を介して図示しない判定部
に導びかれる訳であるが、上記したように始動指
令によつて第２のモノマルチ１０より否定出力
が第３のナンドゲート１１に与えられるので、こ
れによつて第３のナンドゲート１１より図示しな
い判定部に所望の信号が出力されることはない。
この状態で交流出力電圧波形の負の半波が比例ア
ンプ６→第１のナンドゲート７→第２のナンドゲ
ート８を介して導びかれると、第２のナンドゲー
ト８より第７図ｂに示すような「１」出力が第１
のモノマルチ９に与えられ、このモノマルチ９よ
り第７図ｄに示すような規定周波数の半周期より
短かい一定のパルス幅が第３のナンドゲート１１
に出力される。

以上の動作を以つて交流出力電圧波形の１周期
の処理が終了する訳であるが、第１のモノマルチ
９から出力されるQ₁信号は、ナンドゲート８か
らモノマルチ９に入力される信号（第７図ｂ）の
立ち上がりによつて「１」になり、モノマルチ９
から出力されるQ₂信号は、ナンドゲート７から
モノマルチ９に入力される信号（第７図ｃ）の立
ち上がりによつて「１」になる。このため第７図
ｄ，ｅの始動初期の各波形から明らかなように第
１のモノマルチ９より出力されるQ₁信号とQ₂信
号とが重なる期間がある。このように重なり期間
があると、重なり期間があつた場合のみ第３のナ
ンドゲート１１の出力が零に落ち込み、インバー
タの出力周波数が規定周波数以上にあると判別さ
れるものであるが、本願によれば第２のモノマル
チ１０より所定期間（規定周波数の１周期の期間
と略等しい）に渡つて否定出力が第３のナンド
ゲート１１に継続して与えられているので、この
否定出力が与えられている期間、いかように判
別回路が動作しようとも第３のナンドゲート１１
より所望の信号が出力されることはない。このよ
うにしてインバータ始動時の誤動作を本願によれ
ば確実に防止することができる。

次に常時の動作であるが、第７図のt₁点の前後
附近に示すようにインバータの出力周波数も規定
値に達して、各半波毎の期間も規定の半周期より
長くなつている。従つてかかる定常時に於ては第
１のモノマルチ９より第７図ｄ，ｅに示すような
信号が出力され、しかもこれら信号は何ら重なる
ことなく所定の間隔を隔てて出力されるので、第
３のナンドゲート１１より「１」なる連続した信
号が出力され、これによりインバータの出力周波
数は規定値以内にあると判別される。かかる定常
時に於て、インバータの負荷側が何らかの原因で
短絡事故等を生じたような場合、よく知られてい
るようにインバータの出力電圧は急激に減衰して
行く。この短絡事故時での出力電圧波形と判別回
路の各部の動作状況を示したのが第７図t₂点の前
後関係の波形で、出力電圧が急激に減衰し各半波
毎の期間も次第に短かくなつて行くので、例えば
第７図のt₂点に於て出力電圧の正の半波が急激に
零に落ち込み、その後負の半波が出力されると、
これら各半波毎の電圧波形に対応して第１のモノ
マルチ９より第７図ｄ，ｅに示すような一定のパ
ルス幅が出力される。この各パルス幅で図示斜線
で示す如く両パルス幅が重なり、この重なり期間
が生じたことを条件に第６図の判別回路は、イン
バータの出力周波数が規定値以上に上昇したこと
を先ず判別し、次いで重なり期間がどれ位のもの
かを検出し基準レベル以上であれば負荷側の短絡
事故である旨を外部に報知するようにする。

以上のように本考案に於ては、インバータの始
動時の過渡期は判別回路を強制的に不動作状態に
し、且つ定常時の動作は単に１個のモノマルチで
所定の信号を出力させ、この信号を基にインバー
タの出力周波数が規定値内にあるか否かを判別す
るようにしているので、以下に示すように種々の
効果を奏すものである。

インバータの始動時にみられる判別回路の誤
動作を完全に解決できるので、非常に安定性の
ある判別回路を提供できる。

２個のモノマルチを用いて構成したとして
も、一方のモノマルチは単に始動時のみ否定信
号を出力するようにし、常時の動作は実質的に
他方のモノマルチのみに依存するようにしてい
るので、信号の処理回路の構成を簡素化でき非
常に経済的な判別回路を提供することができ
る。

負荷側の短絡事故を半周期内で検出できるの
で、保護協調を充分に高め得、事故が拡大する
のを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導加熱用電源として代表的なインバ
ータを示す具体的な回路構成図、第２図はその出
力周波数を監視する場合に用いられる従来の判別
回路を示す具体的な回路構成図、第３図はその各
部の動作を示すタイムチヤート図、第４図はイン
バータが始動した場合のインバータと負荷間を含
めた等価回路図、第５図はその等価回路によつて
現われるインバータ始動時の交流出力電圧波形
図、第６図は本考案による一実施例を示す判別回
路の具体的な回路構成図、第７図はその各部の動
作を示す始動時−定常時−負荷短絡時のタイヤム
ート図。 ６はコンパレータ（比例アンプ）、７−８−１
１はナンドゲート、９−１０はモノマルチ（フリ
ツプフロツプ回路）、１２はダイオード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. インバータの交流出力電圧検出信号が入力され
   基準レベル以上の電圧のみを出力するコンパレー
   タと、前記コンパレータの出力側に接続され、該
   コンパレータの出力が「０」レベルである期間中
   に信号を出力する第１のナンドゲートと、前記第
   １のナンドゲートの出力側に接続され、前記コン
   パレータの出力が「１」レベルである期間中に信
   号を出力する第２のナンドゲートと、前記第１お
   よび第２のナンドゲートから出力される各信号の
   立ち上がりにより起動され、基準周波数の半周期
   より短い一定幅の信号を各々出力する第１のモノ
   マルチと、前記第１のモノマルチから各々出力さ
   れる信号の論理積の否定をとり前記インバータの
   交流出力電圧検出信号の周期が基準周期内にある
   か否かを示す信号を出力する第３のナンドゲート
   と、インバータの始動指令信号に応動し、該始動
   指令信号が入力されてから所定期間に渡つて前記
   第３のナンドゲートを不動作状態にするための信
   号を出力する第２のモノマルチとを備えたことを
   特徴とするインバータの出力周波数判別回路。