JPS645836Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、炭化珪素質発熱体を使用した電気炉
用の電源装置に関するものである。

炭化珪素質発熱体は、表面温度1600℃程度の高
温が容易に達成されるため、各種電熱炉の発熱体
として多く使用されている。この炭化珪素質発熱
体は、使用過程で徐々に電気抵抗が増加する、い
わゆる「老化」現象があり、一般に発熱体の電気
抵抗が初期値の約４倍に増加した時点を以て寿命
とする運用がなされている。

かかる事情を考慮して、炭化珪素質発熱体を使
用した電気炉においては、抵抗値の経時変化によ
り温度調節計出力信号に相当する負荷電力が得ら
れなくなると、変圧器の負荷電圧を手動で逓昇さ
せながら使用することが多かつた。一方、電気炉
の温度調節には、サイリスタを用いてPID制御を
行うことが広く行われている。このようなサイリ
スタと電力リミツタ等を用いて前述の抵抗体の老
化現象に対処しようとすると、抵抗値の変化が４
倍にも及ぶことから、初期の低抵抗時には力率が
極端に悪くなり、かつ設備電力が過大となる等の
欠点がある。

また複数の電圧タツプを有する変圧器を発熱体
の抵抗値変化に応じて手動で段階的に切り換える
前記の方法は、操作員の技能や注意力如何によつ
て適切な切り換えが行われないこともあり、長期
間の管理や自動運転には不適当であつた。

このように、炭化珪素質発熱体を使用する電気
炉の運転には、サイリスタや適当な接触器を用い
る本来の温度調節機能のほかに、発熱体の老化現
象を高い力率で自動的に補償する機能を具備せし
める要請があつたが、適切な装置は得られていな
かつた。

本考案の目的は、炭化珪素質発熱体の老化現象
に対応して適切かつ自動的に電圧タツプ切り換え
を行うことによつて、発熱体の特性を十分に発揮
しながら寿命延長を図り得る炭化珪素質発熱体用
電源装置を提供することである。

この目的は、実用新案登録請求の範囲に記載の
構成を有する電源装置、すなわち、複数の電圧タ
ツプを有する変圧器と、電動タツプ切換器と、該
電動タツプ切換器を作動せしめるための制御回路
とから構成され、該制御回路が炭化珪素質発熱体
の抵抗変化を検出し、炭化珪素質発熱体の老化現
象による抵抗増加にもかかわらず、任意に設定し
た最大負荷電力に相当する抵抗値と比較して前記
タツプ切換器を作動させ、前記変圧器の出力電圧
を段階的に増加せしめながら所望の電力供給を行
う炭化珪素質発熱体用電源装置によつて達成され
る。

本考案にかかる電源装置によれば、簡単な構成
でありながら高信頼度での迅速なタツプ切り換え
が可能であり、十分な特性を発揮しつつ抵抗体の
寿命を延長することができる。

以下、実施例を示す添付図を参照して本考案を
詳述する。

第１図は、本考案にかかる電源装置によつて炭
化珪素質発熱体使用電気炉を運転する場合のブロ
ツク図である。電源スイツチ１によつて複数の電
圧タツプを有する変圧器、したがつて全装置への
伝力供給が行われる。変圧器２の負荷側電圧タツ
プは、電気炉の発熱体の特性および被加熱物の性
質等に応じて適当な電圧間隔およびタツプ段数に
選定される。

この変圧器２の複数の電圧タツプは、電動タツ
プ切換器３によつて所望位置に切り換えられる。
この電動タツプ切換器としては、例えば本出願人
の所有する特許第117390号にかかる「直線運動式
間欠送り装置」を備えた電動切換スイツチを使用
すると都合がよいが、回転式その他の切換スイツ
チも使用し得ることは論をまたない。

電動タツプ切換器３によつて選択された電圧に
よる電力は、適当なサイリスタまたは接触器等か
ら構成された電力調節器４を経て炭化珪素質発熱
体を使用する電気炉５に供給される。この電力調
節器４は電気炉５の温度を所望範囲に維持するた
めの温度調節計６によつて制御される。ここに示
した電力調節器４及び温度調節計６は、周知のよ
うに電気炉５をフイードバツク制御するものであ
るが、本考案とは直接関係しないので詳述はしな
い。

電気炉５に供給される電力は、例えば適当な
CTと組み合わされた検出要素７によつて、電圧
Ｅ及び電流Ｉが検出される。このように検出され
た電圧・電流によつて参照符号８〜１１で表され
た制御回路（後に詳述する）が適宜作動し、電動
タツプ切換器３を所望位置に切り換えるための駆
動回路１２を制御する。

第２図は、第１図に示したブロツク図の要部を
より詳細に示した実施例の構成であり、第１図と
同一の部材は同一参照符号で表している。電動タ
ツプ切換器３は直線運動式のものを開示している
が、前述のようにその他形式のものも使用可能で
ある。

検出要素７は、電圧Ｅは直接、そして電流は
CTを介して電気炉５に供給されている電力の状
態を正確に検出する。この検出要素７によつて得
られた値は、制御回路の一部を形成する負荷抵抗
計算部８に入力せしめられる。

負荷抵抗計算部８は、負荷電流Ｉと電圧Ｅとか
ら次式によつて負荷抵抗Ｒを計算する。

Ｒ＝Ｅ／１ このように計算された抵抗値Ｒは、所要電圧計
算部９に入力せしめられる。この所要電圧計算部
９には、さらに最大電力設定部１０から最大電力
を表す値Pmが入力せしめられる。最大電力Pm
は、一般に手動設定される。所要電圧計算部９は
これら入力から次式によつて所要電圧Emを計算
する。

Em＝√・ このように計算された所要電圧Emは、最適タ
ツプ位置計算部１１に供給され、駆動部１２に対
して必要なタツプ位置指定を行う。この最適タツ
プ位置計算部１１は、変圧器のタツプ位置番号、
場合によつては、それぞれに対応する電圧等の表
示機構を具備するものとすることができる。この
ように指定されたタツプ置となるように電動タツ
プ切換器３で切り換えられた電圧において変圧器
２からの電力が電気炉５に供給される。

第３図は、変圧器のタツプ番号と電圧との関係
を示すグラフで、いま所要電圧計算部９で計算さ
れた電圧Emが縦軸上に示す値であるとすると、
変圧器のタツプNo.３が選択され、斜線のような電
圧で電気炉が運転されることになる。かかる変圧
器のタツプ段数やそれぞれのタツプ電圧等は、電
気炉の定格、被加熱物の種類、用途等を考慮して
適宜選定されるものであることはいうまでもな
い。

したがつて、もし炭化珪素質発熱体の抵抗値が
老化現象により増加しても、その都度の抵抗値を
計算し所要電圧を常に印加することができ、前述
のような不都合が改善される。この場合、最大電
力の設定を除き全ての動作が自動的に行われるの
で、例えば長時間にわたるプログラム制御におい
ても、被加熱物に対して常に最適電圧、したがつ
て高効率かつ経済的な加熱が可能となる。

第４図は、タツプ位置計算部１１の基本動作を
示す論理記号によるブロツク図である。変圧器２
のタツプ数に応じた電圧指定可変抵抗器VR₁，
VR₂……VR_oを含む回路でそれぞれＲ→Ｖ変換を
行い、このようにして得られた電圧を所要電圧
Emと差動増幅器DAで比較して、それぞれに応
じたタツプ選択出力を得るものである。もし、最
大電圧タツプに至つた場合は炭化珪素質発熱体の
寿命をも意味するので、その旨の警報出力とする
ことができる。回路素子Ｉ及びＡはそれぞれイン
バータおよびアンドゲートを表すものである。

第５図は、電動タツプ切換器３を作動せしめる
に際してのフロー図である。かかるフローによつ
て、無負荷状態でのツプ切り換えが可能となり、
遮断能力の十分でないタツプ切換器を使用してい
る場合においても安全な運転が可能となる。この
フロー図では、まずステツプＩでタツプ位置指定
信号と現タツプ位置が合致しているか否かが判断
される。この判断がYESの場合は、ステツプ
のように、タツプ切換器が投入され、次いでステ
ツプのように一次側ブレーカの投入が行われ
る。

一方、ステツプＩの判断がNOの場合は、ステ
ツプのように、一次側ブレーカがオフであるか
否かが判断される。この判断がNOの場合は、ス
テツプＶのように一次側ブレーカのオフ操作が行
われたのち、ステツプの前にもどる。ステツプ
の判断がYESの場合は、安全に切り換え動作
が可能であるから、ステツプ及びのように、
タツプ切換器の開放及びタツプの昇降操作が行わ
れ、再び先のフローを繰り返す。

かかる構成を有する電源装置によつて、炭化珪
素質発熱体を使用する電気炉の適切かつ安全な運
転が確保され、さらに炭化珪素質発熱体の寿命を
延長することが可能となる。

好適な実施例に即して本考案を開示したが、本
考案の範囲内において、多くの変形または変更が
可能であることは当業者においては明白であろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案にかかる電源装置を含む装置
の基本構成を示すブロツク図である。第２図は、
電源装置の実施例を示すブロツク図である。第３
図は、電圧タツプ番号と電圧との関係を示すグラ
フである。第４図は、最適タツプ位置計算部の基
本動作を示す論理回路図である。第５図は、電動
タツプ切換器の切り換え動作を示すフロー図であ
る。 図中、主な参照符号の対応は以下の通りであ
る。２：変圧器、３：電動タツプ切換器、５：電
気炉、７：検出要素、８：負荷抵抗計算部、９：
所要電圧計算部、１０：最大電力設定部、１１：
最適タツプ位置計算部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数の電圧タツプを有する変圧器２と、電動タ
   ツプ切換器３と、該電動タツプ切換器を作動せし
   めるための制御回路８〜１１とから構成され、該
   制御回路が炭化珪素質発熱体の抵抗変化を検出
   し、炭化珪素質発熱体の老化現象による抵抗増加
   にもかかわらず、任意に設定した最大負荷電力に
   相当する抵抗値と比較して前記タツプ切換器を作
   動させ、前記変圧器の出力電圧を段階的に増加せ
   しめながら所望の電力供給を行うことを特徴とす
   る、炭化珪素質発熱体用電源装置。