TWI642264B - 電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供可減輕在設定能夠進行輸出之條件上所需工夫的電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式。本發明的電力變換裝置10係具備：順變換部11，係將交流電變換為定電流的直流電；逆變換部13，係具有切換元件；及控制部22，係設定有逆變換部13的輸出電流值、逆變換部13的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的逆變換部13的使用率，並根據所設定的輸出電流值、通電時間及使用率，令順變換部11及逆變換部13動作；控制部22係根據將輸出頻率、通電時間及使用率與切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的逆變換部13的輸出電流值、通電時間、使用率、以及所設定的負載15的諧振頻率進行的輸出之可否，僅在判定輸出為可時，令順變換部11及逆變換部13動作。

Description

電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式
本發明係有關電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式。
就由鋼材等構成的工件的熱處理的工件的加熱方法而言，可舉例有感應加熱。此外，具體而言，在利用感應加熱的熱處理當中，特別是淬火處理中，係相應於淬火深度而選擇頻率。
下述之非專利文獻1所記載的電力變換裝置係使用作為切換(switching)元件的功率半導體元件，將直流電變換為高頻的交流電。就功率半導體元件而言，例如在輸出的頻率未滿10kHz時係使用閘流體元件，10kHz至100kHz時係使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；絕緣閘雙極性電晶體)，100kHz以上時係使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金屬氧化物半導體場效應電晶體)。
在輸出的頻率為10kHz時與100kHz時，功 率半導體元件的切換損失差10倍，功率半導體元件的溫升亦有相當之差距。若是以裝置的動作範圍的最大頻率及連續輸出來決定電力變換裝置的逆變器(inverter)的最大額定值，則在輸出的頻率低時及/或為短時間輸出時，就算功率半導體元件的溫升小而在輸出上仍充裕，還是會被限制在最大額定值，經濟性不佳。
對此，專利文獻1及專利文獻2記載的電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為直流電；平滑部，係將由順變換部變換出的直流電予以平滑化；逆變換部，係藉由切換元件的開/關(on/off)將經平滑部平滑化的直流電變換為高頻的交流電；及控制部，係令順變換部及逆變換部動作；控制部係相應於輸出的頻率等的裝置的使用狀況，在切換元件的可使用溫度範圍內，令逆變換部的最大額定值變化。
具體而言，控制部係使用將輸出的頻率、通電時間、使用率(通電時間/(通電時間+未通電的時間))、及切換元件在可使用溫度時的功率賦予關聯性之資料來設定通電時間、使用率，而在所設定的條件的基礎上，根據該資料來計算相應於輸出的頻率而能夠流通於切換元件的最大容許電流。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本國特開2015-117425號公報
專利文獻2：日本國特開2017-11835號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：http://www.k-neturen.co.jp/Portals/0/images/products/ihsystem/pdf/mk16a.pdf
專利文獻1及專利文獻2所記載的電力變換裝置係預設負載為並聯諧振電路，順變換部係將交流電變換為定電壓的直流電。因為是定電壓控制，所以若沒有實際通電便無法知道切換元件會流通多大的電流。因此，專利文獻1及專利文獻2所記載的電力變換裝置中，控制部係根據來自順變換部的電流反饋信號檢測順變換部的輸出電流，當所檢測得的電流超過最大容許電流時，停止輸出或令輸出降低。並且，重新設定通電時間、使用率的條件，但通電及條件的設定係反覆地進行，在設定能夠進行輸出之條件上頗費工夫。
本發明係鑒於上述情事而研創，目的在於提供可減輕在設定能夠進行輸出之條件上所需工夫的電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式。
本發明一態樣的電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將 供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的輸出電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制部中係更設定有前述負載的諧振頻率；前述控制部係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否，僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
此外，本發明一態樣的電力變換裝置的控制方法中，電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制方法係具備由前述控制部所進行的下列步驟：設定步驟，係接收用以設定前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、前述逆變換部的使用率、及前述負載的諧振 頻率之輸入；判定步驟，係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否；及輸出步驟，係僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
此外，本發明一態樣的程式係令電腦執行前述電力變換裝置的控制方法的各步驟。
依據本發明，可提供減輕在設定能夠進行輸出之條件上所需工夫的電力變換裝置及電力變換裝置的控制方法與程式。
10‧‧‧電力變換裝置
11‧‧‧順變換部
13‧‧‧逆變換部
14‧‧‧控制盤
15‧‧‧負載
20‧‧‧操作部
21‧‧‧顯示部
22‧‧‧控制部
C‧‧‧電容器
L‧‧‧加熱線圈(電感器)
f0‧‧‧諧振頻率
f、f1、f2‧‧‧頻率
Ptm‧‧‧電力損失
PAV‧‧‧平均值
t‧‧‧時間
t1至t4‧‧‧通電時間
ta‧‧‧通電時間
tb‧‧‧非通電時間
Z‧‧‧負載的阻抗
α‧‧‧使用率
τ‧‧‧週期
第1圖係用以說明本發明的實施形態的電力變換裝置的一例之方塊圖。
第2圖係連接於第1圖的電力變換裝置之輸出的負載的阻抗變化的一例之圖表。
第3圖係逆變換部的通電型態的一例之圖表。
第4圖係用於輸出可否之判定的資料的一例之圖表。
第5圖係用於輸出可否之判定的資料的其他例之圖表。
第6圖(A)至(C)係顯示切換元件的容許電流值的計算手法的一例之圖。
第1圖係顯示用以說明本發明的實施形態的電力變換裝置的一例。
電力變換裝置10係具備：順變換部11，係將供給自商用電源等的交流電變換為定電流的直流電；逆變換部13，係將供給自順變換部11的直流電變換為交流電後輸出；及控制盤14，係令順變換部11及逆變換部13的控制電路(未圖示)動作。
逆變換部13之輸出係連接有負載15，負載15係具有對以鋼材等構成的工件進行感應加熱的加熱線圈L、及電容器C。加熱線圈L與電容器C係對逆變換部13之輸出以串聯的方式連接，形成串聯諧振電路。
順變換部11係例如使用能夠根據外部信號進行導通之控制的閘流體等半導體元件與平滑電容器，將平滑化後的電壓以可變的方式變換為直流電。關於半導體元件的導通，係由上述控制電路以令平滑化後的電壓變化而成為定電流之方式進行控制。另外，為了抑制對於平滑電容器的突波電流，亦可進一步使用電抗器。
逆變換部13係由複數個切換元件連接成橋式而成，藉由切換元件的開/關，將供給自順變換部11的定電流的直流電變換為交流電後輸出。關於切換元件的開/關、亦即逆變換部13的輸出頻率，係由上述控制電路進行控制。此控制中，輸出頻率係從逆變換部13的動作範圍內的最大頻率起逐漸下降，而保持在輸出頻率下降的過程中 所檢測得的負載15的諧振頻率。
就切換元件而言，係能夠使用功率半導體元件，就功率半導體元件而言，係例如能夠使用IGBT和MOSFET之類能夠進行切換動作的各種功率半導體元件，就半導體材料而言，係例如使用Si(silicon；矽)的材料、使用SiC(Silicon Carbide；碳化矽)的材料等。
第2圖係顯示負載15的阻抗變化的一例。
如第2圖所示，形成串聯諧振電路的負載15的阻抗Z，典型而言，係在諧振頻率f0時成為最小。連接此種負載15的電力變換裝置10係構成為輸出定電流。之所以要構成為輸出定電流，係因若電力變換裝置10構成為輸出定電壓，則輸出取決於負載15的阻抗Z的電流，而逆變換部13係在負載15的阻抗Z成為最小的諧振頻率f0來動作，會使得大電流流通於逆變換部13。此外，若對於串聯諧振電路將輸出控制為定電壓，則方波電流施加於加熱線圈(電感器)L，電感器L的兩端產生L×di/dt的電壓，而由於方波電流的di/dt非常大，故在電感器L兩端會產生急遽的電壓。
另外，雖省略圖示，但形成並聯諧振電路的負載(對於逆變換部之輸出，將加熱線圈L與電容器C以並聯的方式連接的負載)的阻抗，典型而言，係在諧振頻率時成為最大，連接此種負載的電力變換裝置係構成為輸出定電壓。之所以要構成為輸出定電壓，係因若電力變換裝置構成為輸出定電流，則輸出取決於負載的阻抗的電 壓，而逆變換部係在負載的阻抗成為最大的諧振頻率來動作，會使得大電壓施加在逆變換部。此外，若對於並聯諧振電路將輸出控制為定電流，則方波電壓施加於電容器C，電容器C流通C×dv/dt的電流，而由於方波電壓的dv/dt非常大，故在電容器C會流通急遽的電流。
再次參照第1圖，令順變換部11及逆變換部13的控制電路動作的控制盤14係具有操作部20、顯示部21、及控制部22。
操作部20係例如含有開關等的硬體按鍵，供操作者進行的各種操作的輸入時使用。顯示部21係例如含有LCD(liquid crystal display；液晶顯示器)等的顯示裝置，顯示操作畫面等。控制部22係例如使用PLC(programmable logic controller；可程式邏輯控制器)等的電腦，含有一個以上的處理器、記憶處理器所執行的程式和執行程式所需資料的ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)、RAM(Random access memory；隨機存取記憶體)等的記憶裝置，藉由處理器執行程式而令順變換部11及逆變換部13的控制電路動作。以下，說明控制部22所執行的處理。
<設定步驟>
令順變換部11及逆變換部13的控制電路動作時，控制部22係接收用以設定逆變換部13的輸出電流值、逆變換部13的通電時間、逆變換部13的使用率、負載15的諧振頻率之對操作部20的輸入，根據所輸入的值來設定輸出 電流值、通電時間、使用率、諧振頻率。
在此，參照第3圖，針對通電時間及使用率進行說明。
工件的感應加熱中，從逆變換部13輸出交流電至加熱線圈L的時間，依工件的不同而為數秒至十數秒。一個工件的感應加熱結束後，將下個工件設置至感應加熱裝置時，便再次從逆變換部13輸出交流電至加熱線圈L。通電時間ta係從逆變換部13輸出交流電的時間，對應於一個工件的感應加熱的完成所需的時間。非通電時間tb係從逆變換部13未輸出交流電的時間，對應於一個工件的感應加熱結束後到下個工件的感應加熱開始為止所需的時間。
逆變換部13的使用率α係以通電時間ta與非通電時間tb之和為1週期，而採用通電時間相對於週期τ的比例，以下式定義。使用率α=100%係相當於連續輸出。另外，使用率α的設定中，可直接輸入使用率α，亦可輸入通電時間ta及非通電時間tb。
α=ta/τ=ta/(ta+tb)
<判定步驟>
接著，控制部22係判定可否以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行輸出。輸出可否之判定係使用將逆變換部13的輸出頻率、通電時間及使用率與逆變換部13所含切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，此資料係預先記 憶在控制部22的記憶裝置。
在此，參照第4圖及第5圖，針對用於輸出可否之判定的資料進行說明。
第4圖及第5圖所示圖表中，橫軸為使用率α(%)、縱軸為額定功率(kW)，分別依頻率f1、f2(f1<f2)顯示各通電時間t1、t2、t3、t4(t1<t2<t3<t4)的使用率與從切換元件的溫度達到最大可使用溫度以下的預定溫度時的容許輸出電流值換算的額定功率之關係。
切換元件的溫度係由切換元件的損失與冷卻決定，而切換元件的損失係以下式表示。
切換元件的損失=常態損失+切換損失其中，常態損失係因切換元件的通電而產生的損失，其損失量係依存於輸出電流值及通電時間。另一方面，切換損失係因切換元件的開/關而產生的損失，其損失量係存於頻率(切換次數)及通電時間。
因此，即便以相同通電時間且相同使用率來流通相同電流，當頻率高時，切換損失量增大，使得切換元件的溫度變高。換言之，若無論切換元件的溫度如何，相對於切換元件的損失之溫升皆固定，且為相同通電時間且相同使用率，則頻率愈低，愈能夠提高容許輸出電流值及由容許輸出電流值換算的額定功率。以第4圖所示頻率f1的資料與第5圖所示頻率f2(f1<f2)的資料比較相同通電時間且相同使用率的額定功率時，相對地低頻的頻率f1的額定功率較大。
此外，在使用率未滿100%的斷續輸出中，以相同頻率且相同使用率流通相同電流時，若通電時間長則常態損失量及切換損失量變大，使得切換元件的溫度變高。此外，以相同頻率且相同通電時間流通相同電流時，若使用率高則切換元件的冷卻便不足，使得切換元件的溫度變高。換言之，若為相同頻率且相同使用率，則通電時間愈短愈能夠提高容許輸出電流值及由容許輸出電流值換算的額定功率；若為相同頻率且相同通電時間，則使用率愈低愈能夠提高容許輸出電流值及由容許輸出電流值換算的額定功率。例如，以第5圖所示頻率f2的資料比較通電時間t1、t2、t3、t4(t1<t2<t3<t4)各者於相同使用率的額定功率時，基本上，相對地愈短的通電時間的額定功率愈大。並且，例如，檢視通電時間t1的額定功率時，可知使用率愈低額定功率愈大。另外，在使用率為100%的連續輸出中，額定功率係相同。
以下，說明容許電流值的計算手法的一例。
第6圖(A)至(C)係顯示以熱計算用的方波近似於規律地重複的電流亦即實際的正弦波而得的電流來求取切換元件的溫度(接面溫度)時的計算手法。如第6圖(A)所示，將電力損失Ptm的通電時間設為tp、週期設為τ時，如第6圖(B)所示，除了至近的2個脈波之外，係取平均值(PAV)而將電力損失近似化，如第6圖(C)所示，將重疊定理使用在電力損失。藉此，求取切換元件的接面溫度。
由規律地重複的方波電流求取切換元件的 接面溫度Tj已知可由下式求取。
Tj=Tw+Ptm{(tp/τ)‧R(j-w)+(1-tp/τ)‧R(j-w)(τ+tp)-R(j-w)(τ)+R(j-w)(tp)}
上式可變形如下。
Tj-Tw=(T∞+T3-T2+T1)‧Ptm
式中T∞=(tp/τ)‧R(j-w)
T3=(1-tp/τ)‧R(j-w)(τ+tp)
T2=R(j-w)(τ)
T1=R(j-w)(tp)
T∞係指損失的通電率(tp/τ)之比例被賦予無限的時間，可由連續額定時的熱阻×通電率(tp/τ)而求取。
T3係指(τ+tp)時間的損失減去(τ+tp)時間的損失的通電率(tp/τ)之比例。
-T2係指減去τ時間的損失量。
T1係指加上tp時間的損失量。
其中，τ為重覆的時間(週期)，R(j-w)(t)為時間t的暫態熱阻(℃/W)。Tw為冷卻水的溫度(℃)。
損失係例如能夠如下所述，以求得的常態損失與切換損失之和來求取。首先，針對常態損失，係能夠預先實測某電流時的損失值，對於其損失值分別乘上因電流增加造成的損失增加率以及因電流增加造成的切換元件的損失增加率來求取。此外，針對切換損失，係能夠例如預先實測1kHz時的切換損失的值，對於其值乘上頻率 再考量電流增加成分來求取。
對於如上所述求得的常態損失與切換損失之和，乘上前述的T∞+T3-T2+T1而得的值設為成為預定溫度以下的關係，而求取滿足此關係的電流值，而能夠以此電流值作為容許輸出電流值。另外，預定溫度係依所使用的切換元件而定，能夠採用切換元件的最大可使用溫度，亦能夠採用對於最大可使用溫度乘上適宜的安全率而得的溫度。
控制部22係參照與所設定的諧振頻率相應的資料，比較所所設定的電流值和資料中與所設定的通電時間及使用率對應的容許輸出電流值，接著，當所設定的電流值為容許輸出電流值以下時，將以所設定的電流值、通電時間及使用率進行的輸出判定為「可」。另一方面，當所設定的電流值超出容許輸出電流值時，將輸出判定為「不可」。
<輸出步驟>
當輸出可否之判定為「可」時，控制部22係以所設定的輸出電流值、通電時間及使用率令順變換部11及逆變換部13的控制電路動作。
另一方面，當輸出可否之判定為「不可」時，控制部22係不令順變換部11及逆變換部13的控制電路動作，例如，進行令判定結果顯示於顯示部21等，將所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率(逆變換部13的輸出頻率)下之輸出為「不可」一事告知操作者。 此時，由操作者適宜地變更輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率當中一者以上的參數。另外，諧振頻率(逆變換部13的輸出頻率)係例如能夠藉由增減負載15所含電容器C的電容量來變更。
如上述，電力變換裝置10係相應於逆變換部13的輸出頻率、輸出電流值、通電時間及使用率，在切換元件的可使用溫度範圍內令逆變換部13的最大額定值變化，因此，能夠有效率地活用例如伴隨輸出頻率變低而發生的輸出的充裕量，經濟性佳。
此外，電力變換裝置10係構成為以所設定的輸出電流值輸出定電流，且使用將輸出頻率、通電時間及使用率與逆變換部13所含切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定可否以所設定的輸出電流值、通電時間及使用率進行輸出，因此，無需實際通電即能夠判定輸出之可否。藉此，可減輕在設定能夠進行輸出之條件(輸出電流值、通電時間及使用率)上所需工夫。
<變更步驟>
另外，亦可構成為在輸出可否之判定為「不可」時，控制部22係求取使判定成為「可」的頻率或使用率，令所求得的頻率或使用率顯示於顯示部21。
控制部22求取的頻率係例如能夠採用比所設定的諧振頻率低的頻率且為與所設定的輸出電流值、通電時間及使用率間之關係下輸出成為「可」的頻率。如第 4圖及第5圖所示，即便為相同通電時間且相同使用率，藉由降低頻率，仍能夠提高容許輸出電流值及由容許輸出電流值換算的額定功率，而能夠以所設定的輸出電流值、通電時間及使用率令順變換部11及逆變換部13動作。
此外，控制部22求取的使用率亦能夠採用比所設定的使用率低的使用率且為與所設定的輸出電流值、通電時間、諧振頻率間之關係下輸出成為「可」的使用率。例如，如第5圖所示，即便為相同頻率且相同通電時間，藉由降低使用率，仍能夠提高容許輸出電流值及由容許輸出電流值換算的額定功率，而能夠以所設定的輸出電流值、通電時間及諧振頻率(逆變換部13的輸出頻率)令順變換部11及逆變換部13動作。
如上述，若構成為由控制部22根據將輸出頻率、通電時間及使用率與逆變換部13所含切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的容許電流值賦予關聯性之資料，求取輸出可否之判定成為「可」的頻率或使用率，並令所求得的頻率或使用率顯示於顯示部21，便能夠進一步減輕在設定能夠進行輸出之條件上所需工夫，而能夠提高電力變換裝置10的便利性。
控制部22進行的上述步驟係亦能夠以令電腦執行該些步驟的程式的形式來提供。如上述的程式係能夠記載在電腦可讀取的非暫態的(Non-transitory)記錄媒體來提供。如上述的「電腦可讀取的記錄媒體」係例如包括CD-ROM(Compact Disc-ROM；唯讀光碟)等的光學媒體和 記憶卡等的磁性記錄媒體等。此外，亦能夠經由網路下載而藉以提供此種程式。
如同上述說明，本說明書所揭示的電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的輸出電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制部中係更設定有前述負載的諧振頻率；前述控制部係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否，僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
此外，本說明書所揭示的電力變換裝置係更具備顯示部；前述控制部係當判定為以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出為不可時，求取比所設定的諧振頻率低的頻率且為在與所設定的輸出電流值、通電時間及使用率間之關係下輸出成為可的頻率，並令所求得的頻率顯示於前述顯示部。
此外，本說明書所揭示的電力變換裝置係 更具備顯示部；前述控制部係當判定為以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出為不可時，求取比所設定的使用率低的使用率且為在與所設定的電流值、通電時間及諧振頻率間之關係下輸出成為可的使用率，並令所求得的使用率顯示於前述顯示部。
此外，本說明書所揭示的電力變換裝置的控制方法中，電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制方法係具備由前述控制部所進行的下列步驟：設定步驟，係接收用以設定前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、前述逆變換部的使用率、及前述負載的諧振頻率之輸入；判定步驟，係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否；及輸出步驟，係僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
此外，本說明書所揭示的程式係令電腦執 行前述電力變換裝置的控制方法的各步驟。

Claims (5)

  1. 一種電力變換裝置，係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的輸出電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制部中係更設定有前述負載的諧振頻率；前述控制部係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否，僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，更具備顯示部；前述控制部係當判定為以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出為不可時，求取比所設定的諧振頻率低的頻率且為在與所設定的輸出電流值、通電時間及使用率間之關係下輸出成為可的頻率，並令所求得的頻率顯示於前述顯示部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中，更具備顯示部；前述控制部係當判定為以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出為不可時，求取比所設定的使用率低的使用率且為在與所設定的電流值、通電時間及諧振頻率間之關係下輸出成為可的使用率，並令所求得的使用率顯示於前述顯示部。
  4. 一種電力變換裝置的控制方法，該電力變換裝置係具備：順變換部，係將交流電變換為定電流的直流電；諧振型的逆變換部，係具有切換元件，藉由前述切換元件的開/關，將供給自前述順變換部的直流電變換為交流電後輸出至負載；及控制部，係設定有前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、及從通電時間/(通電時間+非通電時間)求取的前述逆變換部的使用率，並根據所設定的電流值、通電時間及使用率，令前述順變換部及前述逆變換部動作；前述控制方法係具備由前述控制部所進行的下列步驟：設定步驟，係接收用以設定前述逆變換部的輸出電流值、前述逆變換部的通電時間、前述逆變換部的使用率、及前述負載的諧振頻率之輸入；判定步驟，係根據將前述逆變換部的輸出頻率、通電時間及使用率與前述切換元件的最大可使用溫度以下的預定溫度時的前述逆變換部的容許輸出電流值賦予關聯性之資料，來判定以所設定的輸出電流值、通電時間、使用率及諧振頻率進行的輸出之可否；及輸出步驟，係僅在判定輸出為可時，令前述順變換部及前述逆變換部動作。
  5. 一種程式，係令電腦執行申請專利範圍第4項所述之電力變換裝置的控制方法的各步驟。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01303059A (ja) * 1988-05-27 1989-12-06 Shinko Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2007026750A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 誘導加熱装置の制御方法、及び誘導加熱装置
JP2010245002A (ja) * 2009-04-10 2010-10-28 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 誘導加熱装置、その制御方法、及びプログラム
JP2014044549A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Buffalo Inc 情報処理システム及び外部機器
JP2015117425A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 高周波熱錬株式会社 熱処理用電力変換装置及び方法
JP2016131993A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 株式会社ダイヘン 溶接ロボットの熱増加量算出装置
JP2017011835A (ja) * 2015-06-18 2017-01-12 高周波熱錬株式会社 熱処理用電力変換装置及び方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19824064A1 (de) * 1998-05-29 1999-12-09 Semikron Elektronik Gmbh Schaltungsanordnung mit kennfeldorientierter Überlastbewertung
CN100521484C (zh) * 2003-08-19 2009-07-29 高周波热錬株式会社 电力供给装置以及感应加热装置
DE102004010331B4 (de) * 2004-02-25 2014-03-20 Newfrey Llc Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Heizstroms, insbesondere zum induktiven Erwärmen eines Werkstücks
EP2023690B1 (en) * 2006-06-02 2016-06-29 Panasonic Corporation Power control apparatus for high frequency dielectric heating and control method employed by the power control apparatus
JP2010165524A (ja) * 2009-01-14 2010-07-29 Toshiba Home Technology Corp 誘導加熱制御手段
ES2536432T3 (es) * 2010-01-20 2015-05-25 Panasonic Corporation Aparato de calentamiento por inducción
JP5625496B2 (ja) * 2010-05-28 2014-11-19 パナソニック株式会社 誘導加熱装置
US9006624B2 (en) * 2010-07-22 2015-04-14 General Electric Company Resonant frequency detection for induction resonant inverter
WO2012073379A1 (ja) * 2010-12-03 2012-06-07 三井造船株式会社 誘導加熱装置、誘導加熱方法、及びプログラム
TWI501534B (zh) * 2011-01-21 2015-09-21 Delta Electronics Inc 電熱裝置及其準諧振式反流器的控制系統與方法
US10903753B2 (en) * 2011-03-29 2021-01-26 Texas Instruments Incorporated Resonant isolated converters for power supply charge balancing systems and other systems
US20120305546A1 (en) * 2011-06-06 2012-12-06 Mariano Pablo Filippa Induction cooktop pan sensing
CN202817865U (zh) * 2012-09-20 2013-03-20 广州市井源机电设备有限公司 智能型非接触充电系统
CN105850022B (zh) * 2013-12-19 2020-11-06 高周波热錬株式会社 电力转换设备和电力转换方法
US9673721B2 (en) * 2014-07-17 2017-06-06 Solantro Semiconductor Corp. Switching synchronization for isolated electronics topologies
JP6589545B2 (ja) 2015-10-16 2019-10-16 シンフォニアテクノロジー株式会社 誘導加熱装置
JP2017223774A (ja) 2016-06-14 2017-12-21 富士ゼロックス株式会社 現像器および画像形成装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01303059A (ja) * 1988-05-27 1989-12-06 Shinko Electric Co Ltd 電力変換装置
JP2007026750A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 誘導加熱装置の制御方法、及び誘導加熱装置
JP2010245002A (ja) * 2009-04-10 2010-10-28 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 誘導加熱装置、その制御方法、及びプログラム
JP2014044549A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Buffalo Inc 情報処理システム及び外部機器
JP2015117425A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 高周波熱錬株式会社 熱処理用電力変換装置及び方法
JP2016131993A (ja) * 2015-01-19 2016-07-25 株式会社ダイヘン 溶接ロボットの熱増加量算出装置
JP2017011835A (ja) * 2015-06-18 2017-01-12 高周波熱錬株式会社 熱処理用電力変換装置及び方法

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