JPS6313292A - 加熱電力計測方法 - 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】 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、電力管発振装置を使用した高周波加熱におけ
る加熱入力を、高精度に直接計測する方法に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、電子管発振装置を使用した高周波加熱におけ
る加熱入力の計測方法において、高周波電圧や電流の計
測により高周波電力から全損失を差し引いた実加熱電力
を得るよう比例係数を求めることにより、加熱電力の直
接かつ高精度な計測ができるようにしたものである。

Ｃ従来の技術と間π点 高周波加熱における高周波電源として電子管式の発振装
置が存在する。この電子管発振装置では、従来２０ｋｔ
ｌｚ以上のものにあっては、周波数が高いため生産現場
で高周波電力値ＰＨＦを簡単に計測できる手段がない。

したがって、電子管（以下発振管という）の高周波出力
電力を直接計測できないことから、これに代えて、発振
管の入力端で直流入力値を計測し、この値によフて、間
接的に高周波出力側の制御を行なったり、高周波出力値
におきかえて必要な装置の定格の推定やラインでの電力
計算を行なっている。したがって、間接的な制御や計算
となるので、積度が悪い欠点がある。

また、自動化に際して、直流入力値を使用する場合、例
えば同一の溶接ライン（装置）や熟処理ライン内等では
、例えば、発振管の発振効率（直流入力値と高周波出力
値との比）や、伝送損失を固定して考えることができる
ので、負荷である被処理物が変った場合でも、実績値を
統計的に処理することで何とか対応できるが、ラインや
装置が異なる場合には、上述の発振効率や伝送損失など
も異なり、別のラインの直流入力値と高周波出力値の関
係は適用できないので、ラインごとに改めて実績値を積
重ねざるを得ない。

いずれにしても、高周波電力を直接計測できず間接的な
直流入力値を利用したり、実績値を積重ねねばならない
という問題点がある。

本発明は、上述の問題に鑑み、高周波電力を直接計測す
ることによる加熱電力計測方法の提供を目的とする。

Ｄ　問題点を解決するための手段 上述の目的を達成する本発明の構成は、電子管発振装置
を使用した高周波加熱における被加熱物への加熱入力の
計測方法において、抵抗分圧器にて得られる電子管のプ
レート電圧ｅＨＦの波形信号と高周波変流器にて得られ
る電子管のプレート電流ｆｏｒの波形信号とから高周波
電力実効値ＰＮＰを演算処理によって求め、一方無負荷
時の高周波電力Ｐ。ＰＩが伝送回路の損失（Ｗｔ、＋Ｗ
Ｃ）と等しく大電流高周波変流器にて得られる共振回路
に流れる電流Ｉｔの略２乗に比例することから比例係数
に０を求め、更に被加熱部への通電回路を形成しないダ
ミー負荷に対する高周波電力Ｐ　ＨＦ２から上記の伝送
回路の損失（Ｗｔｒ＋Ｗｃ）を差し引いた値が被加熱物
における損失（Ｗ　ｏ　ｓ　＋Ｗ　＋　ｓ　）と等しく
上記大電流高周波変流器にて得られる電流■、の略２乗
に比例することから比例係数Ｋｓを求め、実負荷に対す
る高周波電力Ｐ　ＨＦ２から上記比例係数（Ｋ０＋に、
）と電流１ｔの略２乗との積である損失（ｗｔ、＋ｗｃ
＋ｗ。ｓ＋ｗ、、）を差引いて被加熱部への加熱実入力
を得ることを特徴とする。

この場合、誘導による高周波加熱によらず、接触式の高
周波加熱にあっては、損失Ｗ。、＝Ｏとなる。

最近においては、高周波に対応して高速のｙＲ時波形を
ストレージできる高速デジタルストレージ可能な計器が
出現しているので実効値演算ができる。

Ｅ実施例 ここで、第１図ないし第７図を参照して本発明の詳細な
説明する。第１図は本発明方法に供する電子管発振回路
図である。まず、この回路から説明するに　、１は電圧
調整用の電力制御器、２は変圧器、３は逆変換器、４は
発振用電子管（発振管）、５はリアクトル５ａとコンデ
ンサ５ｂとからなり整流リップルを平滑する低周波フィ
ルタ、６ａは高周波電流用チョークコイル、６ｂは直流
カットコンデンサ、７．８はタンク回路を形成するコン
デンサ、９はタンク回路を形成して出カドランスとなる
マツチングトランス、１０は２個のグリッド帰還コンデ
ンサ、１１はグリッドチョークコイル、抵抗器、コンデ
ンサの組である。

かかる発振回路において、発振管４のプレートとカソー
ドとの間には、抵抗分圧器１２が接続され、この抵抗分
圧器１２により瞬時のプレート電圧波形ｅＨｒが検出で
きる。

発虎器４のプレート側には、高周波変流器１３が備えら
れ、この変流器１３によって瞬時のプレート出力電流波
形ｉＨＰが検出できる。

更に、コンデンサ７．８とマツチングトランス９とによ
り形成されるタンク回路には、大電流高周波変流器１４
が備えられ、共振回路電流波形ｉｔが検出できる。

抵抗分圧器１２、高周波変流器１３、大電流高周波変流
器１４からの電圧波形や電流波形ｅ　ＩＩＰ　＋　Ｉ　
ＨＦＩ　　１　ｔは、高周波であるため数Ｈｚのデータ
・ストレージの計測が行なわれ、マルチプレクサ１５を
介してデジタルメモリ１６に波形データが記憶される。

そして、その後演算処理部１７にて波形データの転送・
演算が行なわれ、高周波電力Ｐ。Ｐや電流！を等の実効
値が得られる。

なお、第１図においてマツチングトランス９の２次側は
、加熱用コイルＨにつながっている。このコイルＨに対
しＰは被加熱物であって実施例ではパイプである。

かかる第１図の回路図により計測方法を説明する。発振
装置を駆動して抵抗分圧器１２による電圧ｅｌｌＦ＋高
周波電流ｉ□、を検出してデジタルメモリ１６に波形デ
ータを記憶後ＩＨＰを求める。ここで、Ｔは周期であり
、電力ＰＮＰは負荷インピーダンスの状態により変化す
る。

一方、無負荷時にて得られる高周波電力Ｐ　）ＩＰ＋は
、伝送損失Ｗｔｒ及びコイル損失Ｗｃからなる伝送回路
の損失と等しく、しかも大電流高周波変流器１４による
高周波電流波形ｉｔにより演算で求めた実効値！、の１
．８乗から２．２乗に比例することから、比例定数に０
を求める。ここで、 したがって、Ｐ１４Ｆ　ｌ・ｉｙｔ、＋ｗ、、・に。Ｉ
ｔ′・８〜２２の式が成立する。ここで、Ｐ　ＨＰＩは
ＥＨＦとＩＮＦとの実測と演算により求まり、Ｉｔも実
測と演算とにより求まるが、Ｉｔの指数を１．８〜２．
２の範囲にてどの値を選択するかおよび比例係数に０は
いくつかについては、複数の実測値である電力Ｐ。ＰＩ
と電流■、とによる特性の判定による。すなわち、Ｐ　
ＮＰｌ＝ｋ　ｏｒｔ”とおき、両辺ｌｏｇを採りｌｏｇ
　Ｐ　＋ｒ＋＝ｌｏｇ　Ｋｏ＋ｘ　ｌｏｇ　Ｉ　ｔとし
た場合、１ｏｇｌｔと　ｌｏｇＰ　ＨＦＩとの直角座標
をとると１ｏｇＩｔの傾きＸと座標軸１０ｇＰＨＦ＋と
の交点１ｏｇＫ、とが得られる。ここでＸの値すなわち
　１．８〜２．２はおもに波形や回路定数等装置の条件
により変化する。この結果、比例定数に、が求まる。

つぎに、第２図、第３図に示すように加熱コイルＨを有
する誘導式の装置にあって、加熱部を形成しないようす
なわち通電回路を形成しないよう切れている被加熱物Ｐ
であるダミー負荷（パイプ）Ｐ６にてＩＩＩＦ・εＩＩ
Ｆから高周波電力Ｐ。Ｐ２を求める。この場合、高周波
電力Ｐ　ＨＦ２から前述の伝送回路の損失（Ｗ　Ｌ　ｒ
＋Ｗｃ）を差引いた電力は、外周パイプ損失Ｗ　ｏ　ｓ
と内周パイプ損失Ｗ　ｉ　ｓとの和となり、しかも大電
流高周波変流器１４による高周波電流ｉｔにより演算で
求めた実効値Ｉｔの１．８乗から　２．２乗に比例する
ことから、比例定数に、を求める。す５わち、パイプＰ
８の内損失分Ｗ。ｇ＋ＷＩｆｆを求めると、 Ｗｏ、Ｉ＋Ｊ、−ＰＨｒ２−（Ｗｔｒ４ｃ）−に　１ｔ
１　８〜２２　となる。

ここで、■、の指数１．８〜２．２の選択条件は、前述
の無負荷時の条件と同じであり、指数も略同じとなる。

更に、比例定数に３は、コイルの諸元、帯板材質、成形
寸法、肉厚等によって決定されるので、装置及び被加工
物にて個々に予め計測して決定することができる。

この結果、第４図に示すように被加熱部Ｅ、Ｅ２に対す
る加熱実大力Ｐ。とじては、次のようになる。なお、第
４図は加熱コイルＨ内に被加熱物であるパイプＰ、が挿
入された状態を示し、Ｖ字状のエツジ部が被加熱部Ｅ、
Ｅ２となる。

Ｐ（１）＝ＰＨＦ：ｌ　　（（ｉｙｔｒ”ｗｊ”（ｗｏ
ｓ”ｗ＋ｓ））二ＰＨＰ３　　（Ｋｏ＋にｓ）　Ｉｔｌ
、　１！１〜２２ここで、ＰＨＦ３は実負荷時の発振管
１４の高周波電力であって、前述のＥ□２．１□１から
求められる。

こうして、比例係数ｋ。、に３により、加熱実大力Ｐ０
が演算により求まる。

第２図〜第４図は、コイルＨによる誘導式の装置につき
述べたのであるが、第５図、第６図に示す接触子Ｃを有
する接触式の場合も誘導式の場合と同様に加熱実入力が
求められる。すなわち、無負荷にて得られるＰＨＦ　ｌ
　＋ｌｔ１．１３〜２２にて比例係数ｋ。を求め、つい
で加熱部を形成しないように切れているパイプｐａを負
荷として発振器１４の高周波電力ＰＨＦ□を求めること
でバイブ損失を求める。この場合、パイプの外周には電
流が流れないので、外周バイブ損失Ｗ。ＳはＯとなり、
内周バイブ損失Ｗ１．のみとなる。そして、演算により
比例係数に１を求める。

この結果、第７図に示すように接触子Ｃを有する接触式
の装置にて被加熱部Ｅ、Ｅ２に対する加熱実大力Ｐ。と
じては次のようになる。

ＰＷ　＝　ＰＨＦ３−　Ｗｔｒ−Ｗｃ　−（Ｗｏｓ÷Ｗ
１．）＝　Ｐ）ｌＦ３−１’ｔｒ−Ｗｅ−Ｗｉｇ冨Ｐ、
４ｐｓ−（に。十に、）Ｉｔｌ、ａ〜２２こうして、誘
導式でも接触式でも加熱実大力Ｐ（＆、を求めることが
できる。なお、加熱実入力の式より発振管の直流入力も
求められる。すなわち、プレート入力をＥｐｌ、、とす
ると、次式を得る。

Ｅｐｌｐ　−（Ｐ（１３”　（にｏ　鳴）　Ｉｔ　）／
　１−　ｓ。

ここで、η。、０は発振効率である。

また、この発振回路の電圧や電流の計測は、周波数が高
い程困難であるために、本発明か適用される発振回路は
１０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ程度の範囲のものと想定で
きる。このため、デジタルメモリ１６に記憶される波形
のデータとしては、５００ｋＨｚの半波長が％　ｘ　５
００ｋｌｌｚ＝１０−’５ｅｃ＝１０００ｎｓｅｃとな
るので、例えば１００ｎｓｅｃ好ましくは５０ｎｓｅｃ
程の分解能のデジタルメモリ１６を使用すれば、測定誤
差もなく充分となる。

Ｆ１発明の詳細 な説明したように本発明によれば発振管の出力側で高周
波電力の実効値を測定することができる。またタンク回
路の高周波電流を測定して演算により係数に０．に、を
求めることにより被加熱部に投入される実入力の電力値
を直接的に計測し、この電力値を制御の対象とすること
により、従来のような間接的な計測および制御に比べて
外乱要素の影習を受けることなく加熱や溶接における品
質管理の蹟度を向上させまた安定させることができる。

しかも準備としては運転前に損失特性や係数を求めるだ
けの簡単な計測を行なうだけでよい。

また被加熱部への実入力の電力値を把握して管理するの
で装置やラインが異なっても統一的に適用することがで
きる。また設備計画における電子管発振装置の容量の選
定にあたっても粒度の高い選定を行なうことが容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例に係り、第１図は
実施例説明の回路図、第２図は誘導式の場合のダミー負
荷の加熱を示す斜視図、第３図は第２図のダミー負荷を
加熱コイルに挿入した断面図、第４図はエツジ部の加熱
状態説明図、第５図は接触式の場合のダミー負荷の加熱
を示す斜視図、第６図は第５図のｔ乏四図、第７図はエ
ツジ部の加熱状態説明図である。 図　中、 １２は抵抗分圧器、 １３は高周波変流器、 １４は大電流高周波変流器、 Ｐはバイブ。 Ｈは加熱コイル、 Ｃは接触子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電子管発振装置を使用した高周波加熱における加熱入
   力の計測方法において、抵抗分圧器にて得られる電子管
   のプレート電圧ｅ＿Ｈ＿Ｆの波形信号と高周波変流器に
   て得られる電子管のプレート電流ｉ＿Ｈ＿Ｆの波形信号
   とから高周波電力実効値Ｐ＿Ｈ＿Ｆを演算処理によって
   求め、一方無負荷時の高周波電力Ｐ＿Ｈ＿Ｆ＿１が伝送
   回路の損失と等しく大電流高周波変流器にて得られる共
   振回路に流れる電流Ｉ＿ｔの略２乗に比例することから
   比例係数Ｋ＿０を求め、更に被加熱部への通電回路を形
   成しないダミー負荷に対する高周波電力Ｐ＿Ｈ＿Ｆ＿２
   から上記の伝送回路の損失を差し引いた値が被加熱物に
   おける損失と等しく上記大電流高周波変流器にて得られ
   る電流Ｉ＿ｔの略２乗に比例することから比例係数Ｋ＿
   ３を求め、実負荷に対する高周波電力Ｐ＿Ｈ＿Ｆ＿３か
   ら上記比例係数（Ｋ＿０＋Ｋ＿３）と電流Ｉ＿ｔの略２
   乗との積である損失を差引いて被加熱部への加熱実入力
   を得ることを特徴とする加熱電力計測方法。