KR20230004203A - Modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high voltage output and inverter circuit operation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 유도가열기 인버터를 모듈화하고, 모듈화 된 복수의 유도가열기 인버터를 IPOS(Input-Parallel Output-Series) 연결 함으로써, 유도가열 인버터 회로의 출력 전압을 유도가열기 인버터의 개수(N)배 만큼 높여 동작시키는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법 에 관한 것이다.In the present invention, by modularizing an induction heater inverter and connecting a plurality of modularized induction heater inverters through IPOS (Input-Parallel Output-Series), the output voltage of the induction heating inverter circuit is determined by the number of induction heater inverters (N) It relates to a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input and output and an operating method of the inverter circuit.
유도가열기는 기존의 가열방식과 다르게, 직접 가열을 통해 피 가열체에 와전류를 인가하여, 피 가열체의 내부 온도를 올리는 장치이다.Unlike conventional heating methods, an induction heater is a device that raises the internal temperature of an object to be heated by applying an eddy current to an object to be heated through direct heating.
유도가열기의 가열 방식은, 주변온도를 상승시키고 열전달을 통해 피 가열체를 가열하는 기존의 간접 가열방식과는, 가열성능, 가열효율 등에서 차별점이 있다. 높은 효율, 가열에너지를 피 가열체에 집중시키는 점, 탄소가스를 연소하여 발생하는 부산물 등을 만들지 않는 깨끗한 가열방식이라는 점에서, 유도가열기 직접가열 방식은 우수한 점이 두드러진다.The heating method of an induction heater differs from the conventional indirect heating method in which an ambient temperature is raised and an object to be heated is heated through heat transfer in terms of heating performance and heating efficiency. In terms of high efficiency, concentration of heating energy on an object to be heated, and clean heating method that does not produce by-products generated by burning carbon gas, the direct heating method of an induction heater stands out for its superiority.
산업계에 있어, 예열과정은, 선박 및 플랜트 강재를 용접하기 전 예열을 하는 것으로, 열 영향부의 경도를 낮추고, 인성을 증가시켜 용접에 의한 변형과 잔류 응력을 낮추며, 균열을 방지하기 위해 필수적이다.In the industry, the preheating process is preheating before welding ship and plant steel materials, which is essential to reduce the hardness of the heat-affected zone, increase toughness, reduce deformation and residual stress caused by welding, and prevent cracking.
현재의 용접 예열은, 가스 토치 및 세라믹저항을 이용한 예열방식을 사용하고 있는데, 이는 산업계에서 작업 비효율을 발생시키고, 가열시간을 증대시키며, 에너지를 과다하고 비효율적으로 사용하게 하고, 불균일하게 가열시키는 문제점을 가지고 있다.Current welding preheating uses a preheating method using a gas torch and ceramic resistance, which causes work inefficiency in the industry, increases heating time, causes excessive and inefficient use of energy, and causes uneven heating. has
기존의 가스 토치, 세라믹 등을 이용한 예열방식을, 유도가열기의 직접 가열방식으로 대체하기 위해서는, 대형 설비를 통한 고출력 IH(Induction Heating) 전력시스템을 구축하는 것을 필요로 한다.In order to replace the existing preheating method using a gas torch, ceramic, etc., with a direct heating method of an induction heater, it is necessary to build a high-output IH (Induction Heating) power system through large-scale facilities.
따라서, 유도가열기의 부가적인 설계비용 없이 유도가열 시스템의 안정적 동작 및 출력을 큰 폭으로 증대시키는 개선된 구성에 대한 새로운 모델이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a new model for an improved configuration that greatly increases the stable operation and output of the induction heating system without additional design cost of the induction heating system.
본 발명의 실시예는, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인해, 각 모듈에서 일 부분씩 전력을 처리하므로 열설계를 간편하게 하는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention is a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output, which simplifies thermal design because each module processes power in part due to modularization of the induction heater inverter, and It is an object of the present invention to provide an operation method of an inverter circuit.
또한, 본 발명의 실시예는, 전력 장치 및 구성 요소에 대한 일과 전기적 스트레스 감소로 인해 전체 유도가열 시스템의 신뢰성을 향상시키는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention is a modular input-parallel output-series connection induction heating inverter circuit for high input and output, which improves the reliability of the entire induction heating system due to reduced work and electrical stress on power devices and components, and Another object is to provide an operation method of an inverter circuit.
또한, 본 발명의 실시예는, 설계 프로세스 단축으로 인한 비용을 절감하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input/output and an operating method of the inverter circuit, which reduces costs due to shortening of the design process.
또한, 본 발명의 실시예는, 모듈화 된 유도가열기 인버터를 IPOS 방식으로 연결 함으로써, 컨버터 연결의 확장을 용이하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention is a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit and inverter circuit for input and output, which facilitates expansion of converter connection by connecting modularized induction heater inverters in an IPOS manner. Another object is to provide a method of operation.
또한, 본 발명의 실시예는, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인하여 유도가열 시스템의 생산에 프로세스 단순화와 규모의 경제가 실현되어 비용 절감을 가능하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention is a modular input-parallel output-serial for input/output that enables cost reduction by realizing process simplification and economy of scale in the production of an induction heating system due to the modularization of the induction heater inverter. Another object is to provide a connected induction heating inverter circuit and a method of operating the inverter circuit.
본 발명의 일실시예에 따른, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로는, 전원을 입력받아 3상(R상, T상, S상)으로 변압하는 입력 전원 및 변압기; 상기 3상의 변압 전원에 대해 정류하는 정류부; 및 상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시켜, 워킹코일 및 부하단을 전위차에 따른 전압으로 동작시키는 복수의 유도가열기 인버터를 포함하고, 상기 복수의 유도가열기 인버터는, 각각이 모듈 형태로 구성되어, 상호 간을 IPOS(Input Parallel Output Series) 방식으로 연결 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input and output includes input power for receiving power and transforming it into three phases (R phase, T phase, S phase) and Transformers; a rectifier for rectifying the three-phase transformed power supply; and a plurality of induction heater inverters for converting the rectified three-phase transformed power into high-frequency AC power and operating a working coil and a load stage with a voltage according to a potential difference, wherein the plurality of induction heater inverters, respectively, Composed of this module type, it can be connected to each other in IPOS (Input Parallel Output Series) method.
또한, 본 발명의 실시예에 따른, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법은, 입력 전원 및 변압기에서, 전원을 입력받아 3상(R상, T상, S상)으로 변압하는 단계; 정류부에서, 상기 3상의 변압 전원에 대해 정류하는 단계; 및 유도가열기 인버터에서, 상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시켜, 워킹코일 및 부하단을 전위차에 따른 전압으로 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 유도가열기 인버터는, 각각이 모듈 형태로 구성되는 복수 개이고, 상호 간을 IPOS 방식으로 연결하여 구성할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a method of operating a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input and output receives power from an input power supply and a transformer, and three-phase (R-phase, T-phase) , S phase); rectifying the three-phase transformed power supply in a rectifying unit; And in an induction heater inverter, converting the rectified three-phase transformed power into high-frequency AC power to operate the working coil and the load stage with a voltage according to the potential difference, wherein the induction heater inverter, each It is composed of a plurality of modules, and can be configured by connecting them to each other in the IPOS method.
본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인해, 각 모듈에서 일 부분씩 전력을 처리하므로 열설계를 간편하게 하는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter for high input/output, which simplifies thermal design because each module handles power in part due to modularization of the induction heater inverter. The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 장치 및 구성 요소에 대한 일과 전기적 스트레스 감소로 인해 전체 유도가열 시스템의 신뢰성을 향상시키는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-series connection induction heating inverter for high input/output, which improves the reliability of the entire induction heating system due to reduced work and electrical stress on power devices and components The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 설계 프로세스 단축으로 인한 비용을 절감하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output and an operating method of the inverter circuit, which reduces costs due to shortening of the design process.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 모듈화 된 유도가열기 인버터를 IPOS 방식으로 연결 함으로써, 컨버터 연결의 확장을 용이하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output, which facilitates the expansion of converter connection by connecting modularized induction heater inverters in an IPOS manner, and A method of operating the inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인하여 유도가열 시스템의 생산에 프로세스 단순화와 규모의 경제가 실현되어 비용 절감을 가능하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, process simplification and economies of scale are realized in the production of induction heating systems due to modularization of induction heater inverters, enabling cost reduction, modular input for input/output - parallel output -Can provide series connection induction heating inverter circuit and operation method of inverter circuit.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 상용 3상 380V 전압을, 인버터를 사용하여 고주파 변환하여 부하를 가열시키는 기존의 유도가열기의 구조를 나타내는 도이다.
도 3은 입력-직렬 출력-병렬을 적용한 유도가열 인버터 회로의 구성을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 동작 주파수에 따른 Voltage Gain 과 동작영역의 분류를 설명하는 도이다.
도 5(a)는 IPOS 연결을 예시하여 설명하기 위한 구조도이고, 도 5(b)는 IPOS 연결이 적용된 유도가열기 인버터의 등가회로를 보여주는 도이다.
도 6은 유도가열(IH)의 동작 주파수, 입력 전압에 따른 출력 전력을 보여주는 도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input and output according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the structure of a conventional induction heater that heats a load by converting a commercial three-phase 380V voltage to a high frequency using an inverter.
3 is a diagram for explaining the configuration of an induction heating inverter circuit applying input-serial output-parallel.
4 is a diagram explaining classification of voltage gain and operating region according to operating frequency.
5(a) is a structural diagram illustrating an IPOS connection, and FIG. 5(b) is a diagram showing an equivalent circuit of an induction heater inverter to which an IPOS connection is applied.
6 is a diagram showing the output power according to the operating frequency and input voltage of induction heating (IH).
7 is a flowchart illustrating an operating method of a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input and output according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로(이하, '모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로'라 약칭함)(100)는, 입력 전원 및 변압기(110), 정류부(120), 유도가열기 인버터(130), 및 워킹코일 및 부하단(140)을 포함하여 구성할 수 있다.Referring to FIG. 1, a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output according to an embodiment of the present invention (hereinafter, abbreviated as 'modular IPOS connection induction heating inverter circuit') ( 100) may include an input power source and a
우선, 입력 전원 및 변압기(110)는 전원을 입력받아 3상(R상, T상, S상)으로 변압한다. 즉, 입력 전원 및 변압기(110)는 전원을 인가받아, 후단의 유도가열기 인버터(130)를 구동시키기 위한 고전압의 3상 전력으로 변압시키는 역할을 할 수 있다.First, the input power and
3상 전력은 3상 교류에 의해 공급되고, 또는 소비되는 전력을 말하며, 3개의 선간 전압 및 선전류가 평형하고 있을 때는 
정류부(120)는 상기 3상의 변압 전원에 대해 정류한다. 즉, 정류부(120)는 고전압의 3상 전력 중, 후단의 유도가열기 인버터(130)에서 필요로 하는 입력 부분을 선별적으로 정류하는 역할을 할 수 있다.The
유도가열기 인버터(130)는 상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시켜, 워킹코일 및 부하단(140)을 전위차에 따른 전압으로 동작시킨다. 즉, 유도가열기 인버터(130)는 복수 개의 모듈 형태로 구성되어, 각각으로 정류되어 입력되는 3상의 변압 전원을, 교류 전력으로 변환 후, 워킹코일 및 부하단(140)으로 인가하는 역할을 할 수 있다.The induction heater inverter 130 converts the rectified three-phase transformed power into high-frequency alternating current power, and operates the working coil and the
특히, 상기 복수의 유도가열기 인버터(130)는, 각각이 모듈 형태로 구성되어, 상호 간을 IPOS(Input Parallel Output Series) 방식으로 연결 할 수 있다. 이러한 IPOS 방식의 연결은, 입력을 병렬로 연결하여 도통 손실을 저감하고, 출력을 직렬로 연결하여 낮은 내압의 다이오드선정 및 턴 수비를 증가시켜 입력 전압 범위에서 공진 및 Below 영역 동작을 가능하게 하여 최적화 된 효율 및 부피를 가질 수 있는 입력-병렬 출력-직렬 구조의 유도가열기 인버터(130)를 설계 할 수 있게 한다.In particular, each of the plurality of
워킹코일 및 부하단(140)은, 복수의 유도가열기 인버터(130)로부터 인가되는 고주파의 교류 전력을 열로 전환하여, 후판을 직접적으로 가열시킨다.The working coil and the
이때, 상기 워킹코일 및 부하단(140)에서 출력되는 출력 전력은, 상기 복수의 유도가열기 인버터(130)가 연결되는 개수에 비례하여 증감 할 수 있다. 즉, 후판의 가열 온도와 직접적으로 관계되는 워킹코일 및 부하단(140)에서의 출력 전력의 크기는 모듈화하여 IPOS 연결되고 있는 유도가열기 인버터의 개수에 연동 할 수 있다.At this time, the output power output from the working coil and the
예컨대, 후판을 보다 높은 온도로 가열하고자 하는 경우, 본 발명의 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, IPOS 연결되는 유도가열기 인버터의 개수를 증가 시킴으로써, 희망하는 온도로 높여, 후판을 가열시킬 수 있다.For example, when heating a thick plate to a higher temperature, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 of the present invention increases the number of IPOS-connected induction heater inverters to raise the plate to a desired temperature, can be heated.
반면, 후판의 가열 온도를 낮추고자 하는 경우, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, 모듈화 된 유도가열기 인버터 중 일부를 IPOS 연결 해제 함으로써, 유도가열기 인버터의 개수를 감소 시켜 희망하는 온도로 낮춰, 후판을 가열시킬 수 있다.On the other hand, when it is desired to lower the heating temperature of the thick plate, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 disconnects some of the modularized induction heater inverters from the IPOS, thereby reducing the number of induction heater inverters to obtain desired By lowering it to a temperature, the thick plate can be heated.
상기 출력 전력의 크기 변화는, 수식으로 표현할 수 있다.The magnitude change of the output power can be expressed by a formula.
즉, 상기 출력 전력의 크기 변화는, 출력 전압(Vac)에 전압 게인(
[수식 5][Formula 5]
여기서 n은 연결된 모듈형 유도가열기 인버터의 개수로 정의할 수 있다.Here, n can be defined as the number of connected modular induction heater inverters.
실시예에 따라, 상기 복수의 유도가열기 인버터(130)는, 상기 워킹코일 및 부하단(140)에서 유도되는 와전류의 크기를 고려하여, 상기 IPOS 방식으로 연결되는 개수 N(상기 N은 자연수)이 조정 될 수 있다.According to the embodiment, the plurality of
즉, 본 발명의 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, 후판의 가열시 필요한 와전류의 크기에 연동되어, IPOS 연결해야 하는 유도가열기 인버터의 개수를 결정 할 수 있다.That is, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 of the present invention can determine the number of induction heater inverters to be connected to the IPOS in association with the size of eddy current required for heating the thick plate.
또한, 상기 복수의 유도가열기 인버터(130) 각각은, 상기 교류 전력의 변환에 따른 부하(load)를 동일 비율로 나누어 처리 할 수 있다. 즉, 유도가열기 인버터(130)는 전체 부하(후판의 전체 영역) 중 담당하는 특정 부하(후판의 일부)에 대해 독립적으로 가열 처리를 함으로써, 모듈별로 부하를 같은 비율로 나눠서 처리하여, 유도가열 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있다.In addition, each of the plurality of
본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인해, 각 모듈에서 일 부분씩 전력을 처리하므로 열설계를 간편하게 하는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter for high input/output, which simplifies thermal design because each module handles power in part due to modularization of the induction heater inverter. The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 장치 및 구성 요소에 대한 일과 전기적 스트레스 감소로 인해 전체 유도가열 시스템의 신뢰성을 향상시키는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-series connection induction heating inverter for high input/output, which improves the reliability of the entire induction heating system due to reduced work and electrical stress on power devices and components The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 설계 프로세스 단축으로 인한 비용을 절감하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output and an operating method of the inverter circuit, which reduces costs due to shortening of the design process.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 모듈화 된 유도가열기 인버터를 IPOS 방식으로 연결 함으로써, 컨버터 연결의 확장을 용이하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output, which facilitates the expansion of converter connection by connecting modularized induction heater inverters in an IPOS manner, and A method of operating the inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인하여 유도가열 시스템의 생산에 프로세스 단순화와 규모의 경제가 실현되어 비용 절감을 가능하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, process simplification and economies of scale are realized in the production of induction heating systems due to modularization of induction heater inverters, enabling cost reduction, modular input for input/output - parallel output -Can provide series connection induction heating inverter circuit and operation method of inverter circuit.
도 2는 상용 3상 380V 전압을, 인버터를 사용하여 고주파 변환하여 부하를 가열시키는 기존의 유도가열기의 구조를 나타내는 도이다.2 is a diagram showing the structure of a conventional induction heater that heats a load by converting a commercial three-phase 380V voltage to a high frequency using an inverter.
도 2에서와 같이, 유도가열기는, 입력 전압 이후의 다이오드, 입력 커패시터로 연결된 부분의 정류부, 스위칭 소자 및 공진 커패시터 등이 연결된 부분의 공진형 인버터와, 워킹코일 및 부하의 부하단으로 구성 할 수 있다.As shown in FIG. 2, the induction heater may be composed of a diode after the input voltage, a rectifier of a portion connected to an input capacitor, a resonance type inverter of a portion connected to a switching element and a resonance capacitor, a working coil, and a load stage of a load. can
유도가열기는 입력 전압이 인가된 이후 다이오드와 입력 커패시터에 의해 전압을 정류하여 맥동류 전압을 생성 할 수 있다.The induction heater can generate a pulsating current voltage by rectifying the voltage by a diode and an input capacitor after the input voltage is applied.
유도가열기는, 워킹코일, 공진 커패시터 및 부하의 전기적, 자기적 특성에 의해 공진주파수를 결정 할 수 있다.In the induction heater, the resonant frequency can be determined by the electrical and magnetic characteristics of the working coil, resonant capacitor, and load.
이후, 유도가열기는, 공진형 인버터에서 동작 주파수를 조작하고, 부하단에서 공진주파수-동작주파수 간의 함수 관계를 이용하여 출력 전력을 결정 할 수 있다.Thereafter, the induction heater may manipulate the operating frequency in the resonance type inverter and determine the output power using a function relationship between the resonance frequency and the operating frequency at the load end.
이때 유도가열기는, 동작주파수를 통해 출력 전력을 조절할 수 있지만, 공진점에 근접한 동작주파수로 동작시키는 것 이상으로 출력 전력을 높일 수 없다는 한계점을 가지고 있다.At this time, the induction heater can adjust the output power through the operating frequency, but has a limitation that the output power cannot be increased beyond operating at an operating frequency close to the resonance point.
따라서, 유도가열기의 동작 주파수를 공진 주파수 이상으로 하여 유도가열기의 출력 전력이 기존의 한계점 이상이 되도록 하기 위해, 출력 전압을 승압시키는 개선된 방안이 절실히 필요한 실정이다.Therefore, in order to make the operating frequency of the induction heater higher than the resonant frequency so that the output power of the induction heater exceeds the existing limit, an improved method of boosting the output voltage is urgently needed.
본 발명이 속한 기술 분야는 전력전자(Power Electronics) 기술을 기반으로 하는 AC/AC 전력 변환에 관한 기술과, 유도 기전력을 활용한 부하 가열에 관한 기술이다.The technical field to which the present invention belongs is a technology related to AC/AC power conversion based on power electronics technology and a technology related to load heating using induction electromotive force.
도 3은 입력-직렬 출력-병렬을 적용한 유도가열 인버터 회로의 구성을 설명하기 위한 도이다.3 is a diagram for explaining the configuration of an induction heating inverter circuit applying input-serial output-parallel.
도 3에서와 같이, 입력-직렬 출력-병렬을 적용한 유도가열 인버터 회로는, 입력 전원 및 변압기(310), 정류부(320), 유도가열기 인버터(330), 및 워킹코일 및 부하단(340)으로 구성 될 수 있다.As shown in FIG. 3, the induction heating inverter circuit applying input-serial output-parallel includes an input power supply and a
도 3에는, IH 인버터를 모듈형으로 제작하고, 입력-병렬, 출력-직렬 (Input-Parallel Output-Series; IPOS) 연결하여 유도가열 시스템을 안정시키고, 출력을 손쉽게 확장하는, 유도가열 인버터 회로의 구성을 보여준다.In Figure 3, the IH inverter is manufactured in a modular, input-parallel, output-series (Input-Parallel Output-Series; IPOS) connection to stabilize the induction heating system and easily expand the output, of an induction heating inverter circuit. show the configuration.
기존의 방식에서, 고출력 IH를 달성하기 위해서는, 출력 전압을 키우고, 일정한 주파수의 동작이 가능한 소자를 사용해야 했다. 스위칭 소자를 사용하여 Full-bridge inverter를 구현하게 되는 경우에는, 내압 보호회로 제작, 스위칭 소자의 단가 상승 등으로 고출력 IH 제작에 한계점이 있다.In the conventional method, in order to achieve a high output IH, it was necessary to increase the output voltage and use a device capable of operating at a constant frequency. In the case of implementing a full-bridge inverter using switching elements, there are limitations in manufacturing high-output IH due to the production of withstand voltage protection circuits and the increase in unit price of switching elements.
또한, 더 많은 스위칭 소자를 사용하여, 출력 용량을 확장하기 위해서는, 출력에 맞는 유도가열 시스템을 재설계 해야 함으로, 설계비용 및 시간을 추가로 투입해야 하는 어려움이 있어 왔다.In addition, in order to expand the output capacity by using more switching elements, it is necessary to redesign the induction heating system suitable for the output, so that design costs and time have to be additionally invested.
반면, 도 3의 본 발명에 따른 유도가열 인버터 회로는, 유도가열기 인버터(330)를 모듈형으로 만들고, IPOS 연결하는 방법으로, 입력 전원 및 변압기(310)를 통해서 절연을 확보하고, N개의 유도가열기 인버터(330)에서 고주파의 교류 전력으로 변환시킨다.On the other hand, the induction heating inverter circuit according to the present invention of FIG. 3 makes the
유도가열 인버터 회로는, 이후 워킹코일 및 부하단(340)에서 전위차에 따라서 고전압으로 동작한다.The induction heating inverter circuit operates at a high voltage according to the potential difference between the working coil and the
유도가열 인버터 회로는 출력의 전압을 유도가열기 인버터(330)의 연결 개수 N개 만큼 증대하는 장점을 가지고 있다. 또한 유도가열 인버터 회로는 유도가열기 인버터(330)를 모듈형으로 제작하였으므로 용량 확장 및 생산단가 절감이 용이할 수 있다.The induction heating inverter circuit has the advantage of increasing the voltage of the output by the number N of connections of the
도 4는 동작 주파수에 따른 Voltage Gain 과 동작영역의 분류를 설명하는 도이다.4 is a diagram explaining classification of voltage gain and operating region according to operating frequency.
유도가열 인버터 회로는 공진형 컨버터, 워킹코일, 부하의 재질 및 전기, 자기적 특성으로 인해서, 부하로 출력할 수 있는 출력 전력의 한계점이 고정된다.In the induction heating inverter circuit, the limit of the output power that can be output to the load is fixed due to the materials and electric and magnetic characteristics of the resonant converter, the working coil, and the load.
유도가열 인버터 회로는 도 4와 같이, 최대 출력 점에 가깝게 동작시키다 Capacitive region으로 오동작하는 경우, 전체 유도가열 시스템이 소손되는 문제가 발생할 수 있으므로 최대 전력을 사용하는데 부작용이 뒤따른다.As shown in FIG. 4, when the induction heating inverter circuit operates close to the maximum output point and malfunctions in the capacitive region, the entire induction heating system may burn out, so side effects follow when using maximum power.
본 발명은 앞서 언급한 출력전력의 한계사항, 인버터의 부하분담을 해결하기 위해서 유도가열기 인버터를 모듈화한다.The present invention modularizes an induction heater inverter in order to solve the above-mentioned limitations of output power and load sharing of the inverter.
본 발명에서는, 모듈화 된 유도가열기 인버터를 IPOS 연결하여 출력 전압을, 유도가열기 인버터의 개수(N) 배 만큼 높이고, 이로 인해 전체 유도가열 시스템의 전력을 높일 수 있고, 모듈별로 부하를 나눠서 처리하므로 전체 유도가열 시스템의 안정도를 향상할 수 있다.In the present invention, the output voltage is increased by the number (N) times of the number (N) of the induction heater inverters by connecting the modularized induction heater inverters to the IPOS, thereby increasing the power of the entire induction heating system, and dividing and processing the load for each module. Therefore, the stability of the entire induction heating system can be improved.
본 발명에서는 유도가열기 인버터를 모듈화하고, 모듈화 된 복수의 유도가열기 인버터에 대해 IPOS 연결을 적용하여, 출력전력을 대폭 향상시키고, 처리되는 전력을 유도가열기 인버터 별로 분산해서 처리하는 구성을 포함한다.In the present invention, the induction heater inverter is modularized, and the IPOS connection is applied to a plurality of modularized induction heater inverters to significantly improve the output power and distribute and process the processed power for each induction heater inverter. do.
도 5(a)는 IPOS 연결을 예시하여 설명하기 위한 구조도이고, 도 5(b)는 IPOS 연결이 적용된 유도가열기 인버터의 등가회로를 보여주는 도이다.5(a) is a structural diagram illustrating an IPOS connection, and FIG. 5(b) is a diagram showing an equivalent circuit of an induction heater inverter to which an IPOS connection is applied.
도 5(a)는 절연된 컨버터의 IPOS 연결의 등가회로이다.Figure 5 (a) is the equivalent circuit of the IPOS connection of the isolated converter.
도 5(b)의 회로는 IPOS 연결을 적용하여 유도가열기 인버터를 모듈화 하고, 입력전압을 변압기를 통해서 다른 모듈화 된 유도가열기 인버터의 전압과 절연 시킨 회로의 등가모델이다.The circuit of FIG. 5(b) is an equivalent model of a circuit in which the induction heater inverter is modularized by applying IPOS connection and the input voltage is insulated from the voltage of other modularized induction heater inverters through a transformer.
도 5(a)와 같이 구성된 등가회로는, 각 모듈간 전류를 공유하여 입력 전류의 스트레스를 저감 할 수 있다.The equivalent circuit configured as shown in FIG. 5 (a) can reduce the stress of the input current by sharing the current between modules.
[수식 1][Equation 1]
[수식 1]과 같이, 입력의 절연이 보장되므로, 전체 출력전압 Vout은 각 모듈의 출력 전압과 효율(ηn)을 곱한 값이 합쳐져 커지는 형태로 표현될 수 있다.As shown in [Equation 1], since input insulation is ensured, the total output voltage Vout can be expressed in a form in which the value obtained by multiplying the output voltage of each module by the efficiency (η n ) is added together and increased.
[수식 1]에 의해서는, n개의 인버터를 연결하면 n배의 출력전압을 얻을 수 있음을 알 수 있다.According to [Equation 1], it can be seen that if n inverters are connected, an output voltage of n times can be obtained.
[수식 2, 3, 4][
[수식 2 내지 수식 4]에 따라 출력전압을 모두 동일한 값으로 유지시킬 때, 입력 전류 값은 모두 동일하게 유지되는 특성이 있다.When all output voltages are maintained at the same value according to [
스위칭 소자의 동작에 의해, 모듈별로 출력전압이 동일하게 유지되면, 입력 전류 값은 모듈별로 동일하게 유지되어, 출력의 전류에서의 순환전류를 방지할 수 있다. When the output voltage is maintained the same for each module by the operation of the switching element, the input current value is maintained the same for each module, so that a circulating current in the current of the output can be prevented.
유도가열 시스템은 코일에 교류전력을 인가하여 전자기장을 생성하고, 생성된 전자기장을 후판으로 전달한다.The induction heating system generates an electromagnetic field by applying AC power to a coil, and transfers the generated electromagnetic field to a thick plate.
후판으로 전달된 전자기장은 페러데이-렌쯔법칙에 의해 와전류를 형성하고, 유도가열 시스템은 후판에 형성된 와전류(Eddy Current)가 저항체를 통과하면서 발생하는 열을 이용한다.The electromagnetic field transmitted to the thick plate forms eddy current according to the Faraday-Lenz law, and the induction heating system uses the heat generated when the eddy current formed in the thick plate passes through the resistor.
유도가열 시스템은 와전류 형성을 위해 직렬 공진형 인버터를 사용한다.The induction heating system uses a series resonant inverter to form eddy currents.
직렬 공진형 인버터는 1) 후판저항, 2) 후판인가 전압, 3) 공진 전류를 고려하여 사용한다.Series resonant type inverter is used considering 1) thick plate resistance, 2) thick plate applied voltage, and 3) resonance current.
유도가열 시스템(IH 시스템)은 정류부, 직렬 공진형 인버터, IH 워킹코일 및 부하로 구성된다.The induction heating system (IH system) consists of a rectifier, a series resonant inverter, an IH working coil, and a load.
정류부는 3상 입력 AC 전압을 인가받아 정류된 단상의 맥동 전압을 형성한다.The rectifier receives the three-phase input AC voltage and forms a rectified single-phase pulsating voltage.
직렬 공진형 인버터는 풀-브릿지 Topology를 사용하여 동작주파수를 사용자가 원하는 부하에 맞게 출력 제어할 수 있다.The series resonant inverter uses a full-bridge topology to control the operating frequency according to the load desired by the user.
유도가열 시스템은 유도가열(IH)을 설계할 때 워킹코일 및 부하 단의 등가 저항, 등가 리액턴스의 값을 토대로 공진 주파수를 계산하고, 계산된 공진 주파수에 맞는 공진 커패시터를 선정하여 동작 주파수를 원하는 Bandwidth로 설계할 수 있다.When designing induction heating (IH), the induction heating system calculates the resonance frequency based on the values of the equivalent resistance and equivalent reactance of the working coil and load, and selects a resonance capacitor suitable for the calculated resonance frequency to achieve the desired bandwidth of the operating frequency. can be designed with
도 6은 유도가열(IH)의 동작 주파수, 입력 전압에 따른 출력 전력을 보여주는 도이다.6 is a diagram showing the output power according to the operating frequency and input voltage of induction heating (IH).
도 6에서는 유도가열 시스템의 동작주파수와 입력 전압의 변동에 따른 출력 전력의 크기 변화를 보여준다.Figure 6 shows the change in the size of the output power according to the change in the operating frequency and input voltage of the induction heating system.
출력 전력의 크기 변화는, 회로의 공진주파수-동작주파수의 함수관계의 영향으로 입력 전압이 영향을 받고, 출력 전압이 전압 게인(GV)이 곱해지는 형태로 변동하게 된다.The size change of the output power is affected by the function relationship of the resonant frequency-operating frequency of the circuit, and the input voltage is affected, and the output voltage fluctuates in the form of being multiplied by the voltage gain (G V ).
출력 전력의 크기 변화는 [수식 5]로 나타낼 수 있다.The magnitude change of the output power can be expressed by [Equation 5].
[수식 5][Formula 5]
여기서 n은 연결된 모듈형 유도가열기 인버터의 개수이다.where n is the number of connected modular induction heater inverters.
[수식 5]에 의거하면, 유도가열 시스템의 출력 전압은 모듈형 유도가열기 인버터의 개수의 증가에 따라 큰 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.According to [Equation 5], it can be confirmed that the output voltage of the induction heating system increases significantly with the increase in the number of modular induction heater inverters.
따라서 본 발명은 유도가열기의 부가적인 설계비용 없이 유도가열 시스템의 안정적 동작 및 출력을 큰 폭으로 증대시키는 방안으로서, 고출력 유도가열기에 적용할 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to a high-output induction heater as a method of significantly increasing the stable operation and output of an induction heating system without additional design cost of the induction heater.
이하, 도 7에서는 본 발명의 실시예들에 따른 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.Hereinafter, in FIG. 7, the work flow of the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 according to embodiments of the present invention will be described in detail.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an operating method of a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법은 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)에 의해 수행될 수 있다.The operating method of the modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output according to the present embodiment can be performed by the modular IPOS connection induction heating inverter circuit 100.
우선, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)의 입력 전원 및 변압기에서, 전원을 입력받아 3상(R상, T상, S상)으로 변압한다(710). 단계(710)는 입력 전원 및 변압기에 의해, 전원을 인가받아, 후단의 유도가열기 인버터를 구동시키기 위한 고전압의 3상 전력으로 변압시키는 과정일 수 있다.First, the input power and transformer of the modular IPOS connection induction heating inverter circuit 100 receives power and transforms it into three phases (R phase, T phase, S phase) (710). Step 710 may be a process of receiving power by an input power source and a transformer and converting the power into high-voltage three-phase power for driving an induction heater inverter at a later stage.
3상 전력은 3상 교류에 의해 공급되고, 또는 소비되는 전력을 말하며, 3개의 선간 전압 및 선전류가 평형하고 있을 때는 
또한, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)의 정류부에서, 상기 3상의 변압 전원에 대해 정류한다(720). 단계(720)는 정류부에 의해, 고전압의 3상 전력 중, 후단의 유도가열기 인버터(130)에서 필요로 하는 입력 부분을 선별적으로 정류하는 과정일 수 있다.In addition, in the rectification unit of the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100, the 3-phase transformed power supply is rectified (720). Step 720 may be a process of selectively rectifying an input portion required by the
계속해서, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)의 유도가열기 인버터에서, 상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시킨다(730). 단계(730)는 복수 개의 모듈 형태로 구성되는 유도가열기 인버터 각각에 의해, 정류되어 입력되는 3상의 변압 전원을, 교류 전력으로 변환하는 과정일 수 있다.Subsequently, in the induction heater inverter of the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100, the rectified three-phase transformed power is converted into high-frequency AC power (730). Step 730 may be a process of converting rectified and input three-phase transformed power into AC power by each of the induction heater inverters configured in the form of a plurality of modules.
특히, 상기 복수의 유도가열기 인버터는, 각각이 모듈 형태로 구성되어, 상호 간을 IPOS(Input Parallel Output Series) 방식으로 연결 할 수 있다. 이러한 IPOS 방식의 연결은, 입력을 병렬로 연결하여 도통 손실을 저감하고, 출력을 직렬로 연결하여 낮은 내압의 다이오드선정 및 턴 수비를 증가시켜 입력 전압 범위에서 공진 및 Below 영역 동작을 가능하게 하여 최적화 된 효율 및 부피를 가질 수 있는 입력-병렬 출력-직렬 구조의 유도가열기 인버터를 설계 할 수 있게 한다.In particular, each of the plurality of induction heater inverters is configured in the form of a module and can be connected to each other in an Input Parallel Output Series (IPOS) method. This IPOS-type connection reduces conduction loss by connecting the input in parallel, and by connecting the output in series, it is optimized by selecting a diode with low breakdown voltage and increasing the number of turns to enable resonance and below-region operation in the input voltage range. It is possible to design an induction heater inverter with an input-parallel output-series structure that can have a reduced efficiency and volume.
또한, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)의 워킹코일 및 부하단에서, 전위차에 따른 전압으로 동작시킨다(740). 단계(740)는, 워킹코일 및 부하단에 의해, 복수의 유도가열기 인버터로부터 인가되는 고주파의 교류 전력을 열로 전환하여, 후판을 직접적으로 가열시키는 과정일 수 있다.In addition, at the working coil and the load end of the modular IPOS connection induction heating inverter circuit 100, it is operated with a voltage according to the potential difference (740). Step 740 may be a process of directly heating the thick plate by converting the high-frequency AC power applied from the plurality of induction heater inverters into heat by the working coil and the load stage.
이때, 상기 워킹코일 및 부하단에서 출력되는 출력 전력은, 상기 복수의 유도가열기 인버터가 연결되는 개수에 비례하여 증감 할 수 있다. 즉, 후판의 가열 온도와 직접적으로 관계되는 워킹코일 및 부하단에서의 출력 전력의 크기는 모듈화하여 IPOS 연결되고 있는 유도가열기 인버터의 개수에 연동 할 수 있다.At this time, the output power output from the working coil and the load stage may increase or decrease in proportion to the number of connected induction heater inverters. That is, the size of the output power at the working coil and the load end, which is directly related to the heating temperature of the thick plate, can be modularized and interlocked with the number of induction heater inverters connected to the IPOS.
예컨대, 후판을 보다 높은 온도로 가열하고자 하는 경우, 본 발명의 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, IPOS 연결되는 유도가열기 인버터의 개수를 증가 시킴으로써, 희망하는 온도로 높여, 후판을 가열시킬 수 있다.For example, when heating a thick plate to a higher temperature, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 of the present invention increases the number of IPOS-connected induction heater inverters to raise the plate to a desired temperature, can be heated.
반면, 후판의 가열 온도를 낮추고자 하는 경우, 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, 모듈화 된 유도가열기 인버터 중 일부를 IPOS 연결 해제 함으로써, 유도가열기 인버터의 개수를 감소 시켜 희망하는 온도로 낮춰, 후판을 가열시킬 수 있다.On the other hand, when it is desired to lower the heating temperature of the thick plate, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 disconnects some of the modularized induction heater inverters from the IPOS, thereby reducing the number of induction heater inverters to obtain desired By lowering it to a temperature, the thick plate can be heated.
상기 출력 전력의 크기 변화는, 수식으로 표현할 수 있다.The magnitude change of the output power can be expressed by a formula.
즉, 상기 출력 전력의 크기 변화는, 출력 전압(Vac)에 전압 게인(
[수식 5][Formula 5]
여기서 n은 연결된 모듈형 유도가열기 인버터의 개수로 정의할 수 있다.Here, n can be defined as the number of connected modular induction heater inverters.
실시예에 따라, 상기 복수의 유도가열기 인버터는, 상기 워킹코일 및 부하단에서 유도되는 와전류의 크기를 고려하여, 상기 IPOS 방식으로 연결되는 개수 N(상기 N은 자연수)이 조정 될 수 있다.Depending on the embodiment, in the plurality of induction heater inverters, the number N (where N is a natural number) connected in the IPOS scheme may be adjusted in consideration of the size of the eddy current induced at the working coil and the load stage.
즉, 본 발명의 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로(100)는, 후판의 가열시 필요한 와전류의 크기에 연동되어, IPOS 연결해야 하는 유도가열기 인버터의 개수를 결정 할 수 있다.That is, the modular IPOS-connected induction heating inverter circuit 100 of the present invention can determine the number of induction heater inverters to be connected to the IPOS in association with the size of eddy current required for heating the thick plate.
또한, 상기 복수의 유도가열기 인버터 각각은, 상기 교류 전력의 변환에 따른 부하(load)를 동일 비율로 나누어 처리 할 수 있다. 즉, 유도가열기 인버터는 전체 부하(후판의 전체 영역) 중 담당하는 특정 부하(후판의 일부)에 대해 독립적으로 가열 처리를 함으로써, 모듈별로 부하를 같은 비율로 나눠서 처리하여, 유도가열 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있다.In addition, each of the plurality of induction heater inverters may divide and process the load according to the AC power conversion at the same ratio. In other words, the induction heater inverter independently heats the specific load (part of the thick plate) in charge of the entire load (the entire area of the thick plate), divides the load by module in the same ratio, and improves the stability of the induction heating system. can improve
본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인해, 각 모듈에서 일 부분씩 전력을 처리하므로 열설계를 간편하게 하는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter for high input/output, which simplifies thermal design because each module handles power in part due to modularization of the induction heater inverter. The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전력 장치 및 구성 요소에 대한 일과 전기적 스트레스 감소로 인해 전체 유도가열 시스템의 신뢰성을 향상시키는, 고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-series connection induction heating inverter for high input/output, which improves the reliability of the entire induction heating system due to reduced work and electrical stress on power devices and components The operating method of the circuit and inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 설계 프로세스 단축으로 인한 비용을 절감하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output and an operating method of the inverter circuit, which reduces costs due to shortening of the design process.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 모듈화 된 유도가열기 인버터를 IPOS 방식으로 연결 함으로써, 컨버터 연결의 확장을 용이하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, a modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for input and output, which facilitates the expansion of converter connection by connecting modularized induction heater inverters in an IPOS manner, and A method of operating the inverter circuit can be provided.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기 인버터의 모듈화로 인하여 유도가열 시스템의 생산에 프로세스 단순화와 규모의 경제가 실현되어 비용 절감을 가능하게 하는, 입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로 및 인버터 회로의 동작 방법을 제공 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, process simplification and economies of scale are realized in the production of induction heating systems due to modularization of induction heater inverters, enabling cost reduction, modular input for input/output - parallel output -Can provide a series connection induction heating inverter circuit and an operation method of the inverter circuit.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
100 : 모듈형 IPOS 연결 유도가열 인버터 회로
110 : 입력 전원 및 변압기
120 : 정류부
130 : 유도가열기 인버터
140 : 워킹코일 및 부하단100: modular IPOS connection induction heating inverter circuit
110: input power and transformer
120: rectifying unit
130: induction heater inverter
140: working coil and load stage
Claims (11)
상기 3상의 변압 전원에 대해 정류하는 정류부; 및
상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시켜, 워킹코일 및 부하단을 전위차에 따른 전압으로 동작시키는 복수의 유도가열기 인버터
를 포함하고,
상기 복수의 유도가열기 인버터는,
각각이 모듈 형태로 구성되어, 상호 간을 IPOS(Input Parallel Output Series) 방식으로 연결하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로.An input power supply and transformer that receives power and transforms it into three phases (R phase, T phase, S phase);
a rectifier for rectifying the three-phase transformed power supply; and
A plurality of induction heater inverters that convert the rectified three-phase transformed power into high-frequency AC power and operate the working coil and the load stage with voltage according to the potential difference
including,
The plurality of induction heater inverters,
Each is composed of a module type and connected to each other in the IPOS (Input Parallel Output Series) method.
Modular input-parallel output-series connected induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 워킹코일 및 부하단에서 출력되는 출력 전력은,
상기 복수의 유도가열기 인버터가 연결되는 개수에 비례하여 증감하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로.According to claim 1,
The output power output from the working coil and the load stage is,
Increasing or decreasing in proportion to the number of connected induction heater inverters
Modular input-parallel output-series connected induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 출력 전력의 크기 변화는,
출력 전압(Vac)에 전압 게인(
- 상기 [수식 5]는,
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로.According to claim 2,
The magnitude change of the output power,
Voltage gain (to the output voltage (Vac)
- The above [Formula 5] is,
Modular input-parallel output-series connected induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 복수의 유도가열기 인버터는,
상기 워킹코일 및 부하단에서 유도되는 와전류의 크기를 고려하여, 상기 IPOS 방식으로 연결되는 개수 N(상기 N은 자연수)이 조정되는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로.According to claim 1,
The plurality of induction heater inverters,
Considering the size of the eddy current induced at the working coil and the load end, the number N connected in the IPOS method (N is a natural number) is adjusted
Modular input-parallel output-series connected induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 복수의 유도가열기 인버터 각각은,
상기 교류 전력의 변환에 따른 부하(load)를 동일 비율로 나누어 처리하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로.According to claim 1,
Each of the plurality of induction heater inverters,
The load according to the conversion of the AC power is divided and processed in the same ratio
Modular input-parallel output-series connected induction heating inverter circuit for high input/output.
정류부에서, 상기 3상의 변압 전원에 대해 정류하는 단계; 및
유도가열기 인버터에서, 상기 정류된 3상의 변압 전원을 고주파의 교류 전력으로 변환시켜, 워킹코일 및 부하단을 전위차에 따른 전압으로 동작시키는 단계
를 포함하고,
상기 유도가열기 인버터는,
각각이 모듈 형태로 구성되는 복수 개이고, 상호 간을 IPOS 방식으로 연결하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법.In an input power source and a transformer, receiving power and transforming it into three phases (R phase, T phase, S phase);
rectifying the three-phase transformed power supply in a rectifying unit; and
In an induction heater inverter, converting the rectified three-phase transformed power into high-frequency AC power, operating the working coil and the load stage with a voltage according to the potential difference
including,
The induction heater inverter,
It is a plurality of modules, each of which is connected to each other in the form of an IPOS.
Method of operation of modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 워킹코일 및 부하단에서 출력되는 출력 전력은,
상기 복수의 유도가열기 인버터가 연결되는 개수에 비례하여 증감하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법.According to claim 6,
The output power output from the working coil and the load stage is,
Increasing or decreasing in proportion to the number of connected induction heater inverters
Method of operation of modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 출력 전력의 크기 변화는,
출력 전압(Vac)에 전압 게인(
- 상기 [수식 5]는,
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법.According to claim 7,
The magnitude change of the output power,
Voltage gain (to the output voltage (Vac)
- The above [Formula 5] is,
Method of operation of modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 복수의 유도가열기 인버터는,
상기 워킹코일 및 부하단에서 유도되는 와전류의 크기를 고려하여, 상기 IPOS 방식으로 연결되는 개수 N(상기 N은 자연수)이 조정되는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법.According to claim 6,
The plurality of induction heater inverters,
Considering the size of the eddy current induced at the working coil and the load end, the number N connected in the IPOS method (N is a natural number) is adjusted
Method of operation of modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output.
상기 복수의 유도가열기 인버터 각각은,
상기 교류 전력의 변환에 따른 부하(load)를 동일 비율로 나누어 처리하는
고입출력을 위한 모듈형 입력-병렬 출력-직렬 연결 유도가열 인버터 회로의 동작 방법.According to claim 6,
Each of the plurality of induction heater inverters,
The load according to the conversion of the AC power is divided and processed in the same ratio
Method of operation of modular input-parallel output-serial connection induction heating inverter circuit for high input/output.
Applications Claiming Priority (2)
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06103952A (en) * | 1992-04-13 | 1994-04-15 | Us Government | Electron-beam high-voltage changeover power supply |
-
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH06103952A (en) * | 1992-04-13 | 1994-04-15 | Us Government | Electron-beam high-voltage changeover power supply |
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