JP4854567B2 - Induction heating method and induction heating apparatus - Google Patents
Induction heating method and induction heating apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP4854567B2 JP4854567B2 JP2007093495A JP2007093495A JP4854567B2 JP 4854567 B2 JP4854567 B2 JP 4854567B2 JP 2007093495 A JP2007093495 A JP 2007093495A JP 2007093495 A JP2007093495 A JP 2007093495A JP 4854567 B2 JP4854567 B2 JP 4854567B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- induction heating
- control
- frequency
- heated
- inverter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 160
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims description 144
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
本発明は誘導加熱方法および装置に係り、特にビレットヒータ等、被加熱物を搬送、あるいは停止させながら誘導加熱する場合に好適な方法、および装置に関する。 The present invention relates to an induction heating method and apparatus, and more particularly to a method and apparatus suitable for induction heating while conveying or stopping an object to be heated, such as a billet heater.
ビレットヒータに代表される、被加熱物搬送型の誘導加熱装置では、後段に配置された熱間鍛造プレス等の加工装置の点検や故障に伴う搬送停止状態からの復帰時における被加熱物の温度制御が問題視されており、特許文献1から3に示すように、種々の解決策が提案されている。ここで、特許文献1、2は複数の誘導加熱コイルとこれに対応させた複数のインバータにより被加熱物の加熱制御を行う技術が提示されており、特許文献3には単一の誘導加熱コイルを有する装置にて被加熱物の温度制御を行う技術が提示されている。
In the heated object conveyance type induction heating device represented by the billet heater, the temperature of the heated object at the time of returning from the conveyance stop state due to inspection or failure of a processing device such as a hot forging press arranged in the subsequent stage Control is regarded as a problem, and various solutions have been proposed as shown in
このような技術指向の違いは、加熱装置を製造するためのコスト面を重視する場合と、制御温度の精度面を重視する場合といった観点から分別することができる。すなわち、特許文献3に開示されているような単一の誘導加熱コイル、単一のインバータにより被加熱物の温度制御を行う装置は、コスト面での優位性があるといえる。しかし、工業的に被加熱物を加熱制御するという精度の面では、特許文献1、2に開示されている技術の方が優れているといえる。誘導加熱コイルの分割数を増やすほど、停止あるいは低速運転時における昇温パターンを定常運転時の昇温パターンに近づけて加熱制御することができるからである。
上記特許文献1、2に開示されているような誘導加熱装置によれば確かに、停止あるいは低速運転時における昇温パターンから定常運転時における昇温パターンへの復帰時間を短くすることができると考えられる。しかし、特許文献1、2に開示されているような誘導加熱装置では、各加熱ブロックを構成する誘導加熱コイルを近接配置した場合には近接する誘導加熱コイル間において相互誘導が生ずることとなり、電力制御が困難となる可能性がある。また、相互誘導の影響を受けないほどに隣り合う誘導加熱コイル間に隙間をあけた場合には、コイル間に位置する被加熱物の温度は低下してしまうこととなる。また、相互誘導の影響を回避するために、近接配置する誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を乖離させるという手段を採る方法も考えられるが、この場合であっても、誘導加熱コイル間の加熱効率は低下するため、搬送停止時に2つの誘導加熱コイルの境界部分に位置した被加熱物、あるいはその被加熱物の一部は、前後の被加熱物に比べて低温状態のままビレットヒータから排出される可能性がある。
According to the induction heating apparatus as disclosed in
そこで本発明では、停止時あるいは低速運転時における被加熱物の温度分布制御を高精度に行い、従来よりもさらに捨て材を減らすことができる誘導加熱方法、およびこれらを比較的安価に、かつコンパクトに実現することのできる装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the temperature distribution control of the object to be heated at the time of stoppage or low-speed operation is performed with high accuracy, and the induction heating method capable of reducing the waste material further than before, and these are relatively inexpensive and compact. An object of the present invention is to provide an apparatus that can be realized.
上記目的を達成するための、本発明に係る誘導加熱方法は、隣接して配置された複数の誘導加熱コイルのそれぞれに対応させて設けられたインバータと、前記複数の誘導加熱コイル間に被加熱物を搬送する搬送手段とを有する誘導加熱装置による被加熱物の加熱方法であって、前記インバータは前記搬送手段による被加熱物の搬送状態に応じて前記誘導加熱コイルに対する電力の供給方式を異ならせ、前記被加熱物が定常搬送されている場合には、隣接して配置された各誘導加熱コイルに供給する電流の周波数をそれぞれ乖離させつつ、電流周波数の制御により前記電力の調整を行い、前記被加熱物の搬送が停止、あるいは定常搬送よりも低速となった場合には、各誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を一致させ、各誘導加熱コイルに供給される電流波形を同期、または予め定めた位相差を保つように制御しつつ、1周波間におけるデューティー比を調整して前記電力の調整を行い、前記被加熱物を昇温させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an induction heating method according to the present invention includes an inverter provided corresponding to each of a plurality of induction heating coils arranged adjacent to each other, and heating between the plurality of induction heating coils. A heating method of an object to be heated by an induction heating device having a conveying means for conveying an object, wherein the inverter has a different power supply method to the induction heating coil according to the state of conveyance of the object to be heated by the conveying means. In the case where the object to be heated is regularly conveyed, the power is adjusted by controlling the current frequency while deviating the frequency of the current supplied to each induction heating coil arranged adjacently, When the conveyance of the object to be heated stops or becomes slower than the steady conveyance, the frequency of the current supplied to each induction heating coil is matched to be supplied to each induction heating coil. Adjusting the power by adjusting the duty ratio between one frequency while controlling the current waveform to be synchronized or maintaining a predetermined phase difference, and the temperature of the object to be heated is increased. To do.
また、上記のような特徴を有する誘導加熱方法では、前記被加熱物の搬送が停止、あるいは定常搬送よりも低速となった場合における前記インバータの電力調整は、各誘導加熱コイルによる加熱領域に位置する被加熱物の温度分布を測定し、測定された被加熱物の温度と昇温目標とする温度とを比較し、供給電力の増減を図るようにすると良い。 In addition, in the induction heating method having the above-described characteristics, the power adjustment of the inverter is performed in the heating region by each induction heating coil when the conveyance of the object to be heated is stopped or is slower than the steady conveyance. It is preferable to measure the temperature distribution of the object to be heated and compare the measured temperature of the object to be heated with the target temperature to increase or decrease the supply power.
また、上記目的を達成するための本発明に係る誘導加熱装置は、隣接して配置された複数の誘導加熱コイルのそれぞれに対応させて設けられたインバータと、前記複数の誘導加熱コイル間に被加熱物を搬送する搬送手段とを有する誘導加熱装置であって、前記インバータには、隣接して配置された前記誘導加熱コイルに供給される電流の周波数をそれぞれ所定値以上乖離させつつ電流周波数の制御による電力調整を行う周波数制御または位相角制御と、複数の前記誘導加熱コイルのそれぞれに供給される電流の周波数を一致させた状態で各誘導加熱コイルに供給される電流波形の位相を同期、または予め定めた位相差を保つように制御しつつ、1周波間におけるデューティー比を調整して前記電力の調整を行うゾーンコントロール制御と、の切替制御運転を可能とする電力制御部が接続され、前記電力制御部は、定常運転時における前記周波数制御と、保温運転時における前記ゾーンコントロール制御との切り替えを行う信号の入力に基づいて、前記切替制御運転を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an induction heating apparatus according to the present invention includes an inverter provided corresponding to each of a plurality of adjacent induction heating coils and a cover between the plurality of induction heating coils. An induction heating apparatus having a conveying means for conveying a heated object, wherein the inverter is configured to have a current frequency while causing the inverter to discontinue a frequency of a current supplied to the induction heating coil disposed adjacent to the inverter by a predetermined value or more . The frequency control or phase angle control for adjusting power by control and the phase of the current waveform supplied to each induction heating coil in a state where the frequency of the current supplied to each of the plurality of induction heating coils is synchronized, Or zone control control for adjusting the power by adjusting the duty ratio between one frequency while controlling to maintain a predetermined phase difference, and Is the power control unit to enable exchange control operation connection, the power control unit, said frequency control at the time of steady state operation based on the input signal for switching between the zone control control during maintenance operation, the Switching control operation is performed .
また、上記のような構成の誘導加熱装置では、前記搬送手段には、前記被加熱物の搬送速度を検出すると共に前記電力制御部に対して、検出した搬送速度を示す信号を出力する搬送速度検出手段が接続され、前記電力制御部には、入力された前記搬送速度を示す信号に基づいて、前記周波数制御と前記ゾーンコントロール制御との間で制御モードを設定する判定手段を設けるようにすると良い。 The transport speed in the induction heating apparatus of the above configuration, the the transport means, wherein to the power control unit detects the conveying speed of the object to be heated, and outputs a signal indicating the detected conveying speed Detection means is connected, and the power control unit is provided with determination means for setting a control mode between the frequency control and the zone control control based on the input signal indicating the conveyance speed. good.
さらに、上記のような構成の誘導加熱装置では、前記インバータをハーフブリッジ型とし、前記インバータと誘導加熱コイルとの間に変圧器を設けることなく両者を接続することが望ましい。 Furthermore, in the induction heating apparatus having the above-described configuration, it is desirable that the inverter is a half-bridge type, and that both are connected without providing a transformer between the inverter and the induction heating coil.
上記のような特徴を有する誘導加熱方法および装置によれば、停止時あるいは低速運転時における被加熱物の温度分布制御を高精度に行うことができ、定常運転復帰時における被加熱物に温度ムラが生ずる虞が無い。また、各誘導加熱コイルに対する任意の電力供給により搬送停止時においても所望する昇温勾配を被加熱物に与えることができる。このため、従来よりもさらに捨て材を減らすことができるようになる。 According to the induction heating method and apparatus having the above-described features, the temperature distribution control of the object to be heated can be performed with high accuracy at the time of stoppage or low-speed operation, and the temperature unevenness on the object to be heated at the time of normal operation return There is no risk of occurrence. Further, a desired temperature increase gradient can be given to the object to be heated even when the conveyance is stopped by supplying arbitrary power to each induction heating coil. For this reason, it becomes possible to further reduce the amount of discarded material than in the past.
また、インバータをハーフブリッジ型とし、インバータと誘導加熱コイルとの間に変圧器を設けることなく両者を接続することによれば、上記効果を奏しつつ低コストで設置スペースの縮小化を図ることのできる誘導加熱装置とすることができる。 In addition, the inverter is a half-bridge type, and by connecting both without providing a transformer between the inverter and the induction heating coil, the installation space can be reduced at a low cost while exhibiting the above effects. Induction heating apparatus that can be used.
以下、本発明の誘導加熱方法、および誘導加熱装置に係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図1を参照して本実施形態に係る誘導加熱装置10が適用される製品としてビレットヒータ100を例に挙げて説明する。ビレットヒータ100は少なくとも、被加熱物であるビレット130を加熱するための加熱炉110と、ビレット130を搬送するためのピンチローラ120,122、およびビレット130の搬送軌道を定める図示しないスキッドレールを有する。
Hereinafter, embodiments of the induction heating method and induction heating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a
前記加熱炉110には、加熱源であって本実施形態に係る誘導加熱装置10を構成する複数(図1に示す形態では3つ)の誘導加熱コイル20(20a,20b,20c)が配置されている。本実施形態の場合、誘導加熱コイル20はソレノイド型であり、誘導加熱コイル20には、電力供給ユニット80が接続されている。また、各誘導加熱コイル20による加熱領域にはそれぞれ、ビレット130の温度を測定する温度測定手段(不図示)を設けるようにすると良い。測定温度に基づいてビレット130の温度分布制御を行うことにより、高精度な温度制御が可能となるからである。
In the
電力供給ユニット80は、各誘導加熱コイル20に対応して設けられた逆変換部(インバータ)30(30a,30b,30c)と、各インバータ30を総括して設けられた単一の、若しくは各インバータに対応して設けられた複数の順変換部(コンバータ)40と(図1に示す形態ではコンバータは単一としている)、各インバータ30から各誘導加熱コイル20に供給する電力を制御する電力制御部50とを有する。そして、前記コンバータ40は、商用電源(三相交流電源)70に接続されており、コンバータ40と三相交流電源70との間には変圧器(トランス)60が設けられている。
The
本実施形態におけるインバータ30は、図2に示すように、いわゆるハーフブリッジ型の直列共振インバータである。ブリッジを構成するアームには、スイッチング素子36a1,36a2(図2には、誘導加熱コイル20aに接続されたインバータ30a等の構成を代表的に示す)と、これに対応させた電解コンデンサ34a1,34a2が備えられている。ここで、スイッチング素子36a1,36a2としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SIT(Static Induction Transistor)等を採用することができる。このような構成のインバータ30aは、全ブリッジ型のインバータに比べてスイッチング素子の数を1/2とすることができ、製造コストを抑えることができる。また、ハーフブリッジ型のインバータを採用することにより、インバータ30aからの出力電圧をインバータ30aに対する入力電圧の1/2程度とすることができる。
As shown in FIG. 2, the inverter 30 in the present embodiment is a so-called half-bridge series resonance inverter. The arms constituting the bridge include switching elements 36a1 and 36a2 (FIG. 2 representatively shows the configuration of the
このような作用により、誘導加熱コイル20aにおける端子間電圧とインバータ30aからの出力電圧との電圧差を小さくすることができ、電流電圧のマッチングのために必要としていた高周波トランスを不要とし、両者を直接接続することができる。高周波トランスは誘導加熱装置を構成する上でその占有面積が大きく、高価であることより、各誘導加熱コイル20と各インバータ30との間に必要とされていた高周波トランスを不要とすることは、誘導加熱装置の製造コストおよび設置スペースの低減に大きく貢献することとなる。
By such an action, the voltage difference between the voltage between the terminals in the
さらに、ビレット130の材質や大きさ、およびインバータ30からの出力電流の周波数設定値等により、共振先鋭度Qを低く抑えられる場合であれば、共振コンデンサ32(32a,32b,32c)も不要とすることができる。共振コンデンサ32は誘導加熱コイル20の端子間電圧として発生する無効電力分の電力を補うために必要とされているが、Q値が低くなれば、数式1
また、前記コンバータ40は、詳細を図示しないが、サイリスタによってブリッジ回路を構成した整流回路である。このような構成とされるコンバータ40は、三相交流電源70から供給される三相交流電流を直流電流へと変換し、上記構成のインバータ30へと供給する。そして、このような構成のインバータ30とコンバータ40との間には、平滑コンデンサ42とインダクタンス44によって構成されるフィルタが配されている。
Further, the
また、前記電力制御部50は、各インバータ30から各誘導加熱コイル20に供給される電流の周波数の調整を行うと共に、各誘導加熱コイル20に供給する電流値の調整を行う作用を担う。上記インバータ30による電力制御は、電圧一定状態における電流周波数の制御または電圧一定状態におけるパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御等で行われる。
Further, the
そして、本実施形態におけるインバータ30は、ビレットヒータ100の定常運転時と、停止あるいは低速運転時とにおいて、その電力制御方式の切替が成される。具体的には、ビレットヒータ100が定常運転している時、すなわちピンチローラ120,122が定常速度で回転している時は、電流周波数の制御(周波数制御)により電力制御を行い、ピンチローラ120,122の回転が停止、あるいは低速となった場合には、各インバータ30からの出力電流の周波数を一致させ、電流波形の位相を同期、または所定の位相差を保持させた状態、あるいはこれらに漸近させた状態において、PWM制御により電力制御を行う。このため、電力制御部50は、各運転時に設定された電力制御方式に合致するように、インバータ30に対して所定の制御信号を出力するように構成されている。
The inverter 30 in the present embodiment is switched between power control methods when the
具体的な制御信号の出力タイミングについては、次のように示すことができる。まず、定常運転時における制御信号の出力について説明する。本実施形態の場合、加熱炉110内に配置した3つの誘導加熱コイル20に対する供給電流の周波数をそれぞれ乖離させて運転しつつ、各誘導加熱コイル20に対して周波数制御による電流値調整を実施する。誘導加熱コイル20に供給する電流(回路内を流れる電流i)は、数式2,3および図3に示すように、電圧Vを一定とした場合であっても、周波数を変えることにより、その値を変えることができる(等価回路として例えば図7参照)。
また、本実施形態に係るビレットヒータ100では、加熱炉110の入口側に位置する誘導加熱コイル20aから、出口側に位置する誘導加熱コイル20cまで、それぞれ入力電流の周波数を1.5倍以上乖離させることにより、近接して配置した誘導加熱コイル間における相互誘導の影響を回避している。なお、周波数制御による電力調整時の周波数変化率は、一般的に全体の周波数の10%程度である。また、供給する電流の周波数は、入口側の誘導加熱コイル20aから出口側の誘導加熱コイル20cへ向けて段階的に向上させてゆくことが望ましい。
In the
そして、定常運転時の加熱炉110内環境は、空の状態、加熱状態のビレット130が収容されている状態、冷却状態(加熱されていない状態)のビレット130が収容されている状態等、様々な状態に遷移していく。誘導加熱コイル20はビレット130を囲繞するように配置しているため、ビレット130の流れにより加熱炉110内の内部環境が変化すると、そのインピーダンス(特に抵抗成分Rとインダクタンス成分L)、及び固有共振周波数が変化する。この変化に対して周波数制御による運転では、各インバータ30a〜30cからの出力電流の周波数を変化させることで、設定された電流値を確保することが可能となるのである(図4参照)。
ここで、周波数の調整は、例えばインバータ30aに備えられた2つのスイッチング素子36a1,36a2に対する制御信号の入力切替によって行う。
And the environment in the
Here, the frequency is adjusted, for example, by switching the input of control signals to the two switching elements 36a1 and 36a2 provided in the
次に、停止、あるいは低速運転時における制御信号の出力について説明する。停止、低速運転時におけるインバータ30aの制御は、定常運転時におけるインバータ30aの制御に比べて複雑となり、インバータ30aからの出力電流の周波数、電流波形の位相を考慮して行われることとなる。ここで、各インバータ30から各誘導加熱コイル20へ出力される電流は、図示しない変流器等を介して検出され、これに基づいて出力電流の周波数、電流波形の位相差等が検出あるいは算出されるように構成されている。電流波形の位相差は、3つのインバータ30a,30b,30cからの各出力電流におけるゼロクロス間の差や、各出力電流におけるゼロクロスと基準波形のゼロクロスとの差、各出力電流におけるゼロクロスの平均値と、各出力電流におけるゼロクロスとの差等に基づいて算出される。
Next, the output of the control signal during stop or low speed operation will be described. Control of the
停止、低速運転時における各インバータ30からの出力電流の周波数は、それぞれ一致するようにスイッチング素子36a1,36a2への制御信号の出力タイミングが調整される。このようなインバータ制御を行った上で、上記のようにして検出した出力電流間に位相差が生じた場合には、この位相差を零、または予め定められた位相差、あるいはそれらに漸近するように、インバータ30に対する制御信号の出力タイミングを調整する。具体的には、電流波形の位相を進める際には制御信号の出力切替のタイミングを瞬時的に速め、瞬時的に電流周波数を上昇させれば良く、位相を遅らせる場合には瞬時的に電流周波数を低下させれば良い。 The output timings of the control signals to the switching elements 36a1 and 36a2 are adjusted so that the frequencies of the output currents from the inverters 30 at the time of stop and low speed operation coincide with each other. When a phase difference occurs between the output currents detected as described above after performing such inverter control, this phase difference is made zero, a predetermined phase difference, or asymptotic thereto. As described above, the output timing of the control signal to the inverter 30 is adjusted. Specifically, when the phase of the current waveform is advanced, the control signal output switching timing should be instantaneously accelerated and the current frequency increased instantaneously. When the phase is delayed, the current frequency is instantaneously increased. Can be reduced.
そして、誘導加熱コイル20aに供給する電流値の調整は、各誘導加熱コイル20に対応して配置した図示しない温度測定手段によって測定されたビレット130の温度と、目標とする昇温勾配における温度測定手段配置位置の温度とを比較し、電流値を上昇、あるいは下降させるための制御信号を出力すれば良い。具体的には、電流波形の半波長を形成する各スイッチング素子36a1,36a2毎の出力信号の入力時間(オン・オフ)制御による通流率の調整、すなわち1周期あたりにおけるデューティー比の調整によって行えば良い(図5参照)。
The current value supplied to the
なお、本実施形態のような誘導加熱装置10では、高温部となる位置に配置された誘導加熱コイル20cに対して電力を供給するインバータ30cからの出力電流の周波数を基準として電流ゼロクロスの位相差を制御するようにする。これは、誘導加熱コイル20cが配置された高温部は、被加熱物であるビレット130からの放射熱が大きいことに起因する。被加熱物からの放射熱が大きい箇所では、加熱温度を維持するために必要とされるエネルギーも大きく、このためにインバータ30cからの出力電力も大きくなる。これに対し、誘導加熱コイル20a,20bが配置された部分での放射熱は少なく、また、昇温の際に要するエネルギーを他の誘導加熱コイルからのエネルギーと分担されるため、これらの誘導加熱コイル20a,20bに接続されたインバータ30a,30bの消費電力は極めて小さい。したがって、最も消費電力の大きなインバータ30cを基準として周波数を定めることにより、PWM制御による電力調整を容易に行うことが可能となる。なお、図5においては、単一のパルスの幅を変化させて電流値を定めていたが、電流の立下りが急激になるなど、電流波形に生ずる歪みが大きくなる場合には、当該歪みを鈍らせるために、図6に示すように、複数パルスの幅を制御して電流値を定め、波形形成するようにしても良い。
In addition, in the
前記ピンチローラ120,122には、図示しない駆動用モータと、この駆動用モータを制御する図示しない制御手段が接続されており、前記駆動用モータの制御と前記電力供給ユニット80の電力制御部50とは、上述したような連動を図るようにしている。例えば、駆動用モータを制御する制御手段には前記ピンチローラ120,122の回転速度、すなわちビレット130の搬送速度を検出する速度検出手段と、この検出した速度を信号としてインバータ30に接続された電力制御部50に出力する手段を備えるようにすれば良い。そして、前記電力制御部50には、入力された速度信号に基づいて、後述する周波数制御と、同じく後述するゾーンコントロール制御との制御モードの選択切替を行う判定手段を備えるようにすれば良い。
A drive motor (not shown) and a control means (not shown) for controlling the drive motor are connected to the
ここで、各インバータ30からの出力電流の周波数を乖離させた状態での周波数制御(以下、単に周波数制御という)と各インバータ30からの出力電流を一致させ、電流を同期させた上で電流値調整を行う制御(以下、ゾーンコントロール制御という)とには、それぞれ以下のような特徴がある。 Here, the frequency control in the state where the frequency of the output current from each inverter 30 is deviated (hereinafter simply referred to as frequency control) and the output current from each inverter 30 are matched, and the current value is synchronized with the current. Each of the adjustment controls (hereinafter referred to as zone control control) has the following characteristics.
まず、周波数制御は、相互誘導の影響が生じ無いために皮相電力が低いという特徴がある。また、周波数制御は、近接する誘導加熱コイル20間における相互誘導の影響がないために、加熱領域の境界における磁界の干渉も少ないため、誘導加熱コイル20の境界部分に低温部が生ずるという特徴がある。 First, frequency control is characterized by low apparent power because there is no mutual induction effect. In addition, since frequency control is not affected by mutual induction between adjacent induction heating coils 20, magnetic field interference at the boundary of the heating region is also small, so that a low temperature portion is generated at the boundary portion of the induction heating coil 20. is there.
次に、ゾーンコントロール制御は、相互誘導によって誘導加熱コイル20内に生ずる相互誘導電圧を抑制して運転するために、周波数制御による運転に比べて皮相電力が高くなる一方で、誘導加熱コイル20の境界部分における低温部の発生を防ぐことができるという特徴がある。 Next, since the zone control control is performed while suppressing the mutual induction voltage generated in the induction heating coil 20 by mutual induction, the apparent power is higher than the operation by frequency control, while the induction heating coil 20 There is a feature that it is possible to prevent generation of a low temperature portion in the boundary portion.
以下、上記のような特徴が生ずる理由について、図7〜図9、および数式4を参照して説明する。
まず、皮相電力については、
First, regarding apparent power,
図7において、IV1はゾーン1のインバータを示し、i1はゾーン1を流れる電流、R1はゾーン1回路の抵抗、L1はゾーン1のインダクタンス、C1はゾーン1のキャパシタンス、Vm21はゾーン2からゾーン1への相互誘導によって生じた相互誘導電圧を示す。また、IV2、i2、R2、L2、C2およびVm12は、それぞれゾーン2の各要素を示す。このような構成の等価回路において、ゾーン1のインバータIV1からの出力電圧はVIV1で示すことができ、抵抗の電圧はi1・R1、インダクタンスの電圧はi1・jωL1、キャパシタンスの抵抗はi1・(−j・(1/ωC1))でそれぞれ示すことができる。
In FIG. 7, IV 1 indicates an inverter of
VIV1についてベクトルで表すと、実数成分を横軸、虚数成分を縦軸にとった場合、図8(A)のように示すことができる。ここで、周波数制御を行った場合にはVm21で示す相互誘導電圧が生じ無いため、VIV1についてのベクトルは図8(B)のように示すことができる。図8からも読みとれるようにθ1はθ0よりも小さくなるため、周波数制御を行った場合におけるインバータの出力電圧VIV1は、ゾーンコントロール制御を行った場合におけるインバータの出力電圧VIV1よりも小さくなるということができる。 When VIV1 is represented by a vector, when the real number component is taken on the horizontal axis and the imaginary number component is taken on the vertical axis, it can be shown as in FIG. Here, when frequency control is performed, the mutual induction voltage indicated by Vm 21 does not occur, so the vector for V IV1 can be shown as shown in FIG. Since smaller than θ0 is θ1 as can be read from FIG. 8, the inverter output voltage V IV1 in the case of performing the frequency control is smaller than the output voltage V IV1 of the inverter in case of performing zone control control It can be said.
そして皮相電力は、数式2で求められるため、両者の電流の実効値(電流値)を同一とした場合、周波数制御による運転の方が皮相電力が小さくなるということができる。
Since the apparent power is obtained by
一方、誘導加熱コイルの境界部分における被加熱物に対する磁界の強度については、周波数制御の場合はベクトル和(数式5)で示すことができ、ゾーンコントロール制御の場合はスカラー和(数式6)で表すことができる。なお、αは隣接して配置された誘導加熱コイルからの磁界の強度の割合を示すものとする。
そして、ビレットヒータ100では、停止時あるいは低速時における加熱制御は、定常運転時よりも低い電力で運転することができる。また、ビレットヒータ100では、定常運転時には被加熱物であるビレット130の移動量が多いため、誘導加熱コイル20間の境界部における著しい温度低下は無く、ほとんど無視することができる。
And in the
このため、定常運転時に周波数制御による運転をすることで誘導加熱コイル20の境界部分における温度低下を避けることができ、皮相電力も低く保つことができる。また、停止時において、ビレットのヒートパターンを定常運転時と同じに保つ、いわゆる保温運転時に必要とされる電力は、定常運転時の1/10以下程度で良い。このため、停止あるいは低速運転時にゾーンコントロール制御による運転をすることで、誘導加熱コイル20の境界部分における温度分布を良好に保つことができ、低電力運転とすることができる。よってゾーンコントロール制御を行った場合であっても、皮相電力を低く抑えることができる。したがって、誘導加熱装置10に使用するインバータ30について、皮相電力の容量の小さいものを使用しつつ、被加熱物であるビレット130の加熱精度を高く保つことができる。
For this reason, the temperature reduction in the boundary part of the induction heating coil 20 can be avoided by performing the operation by the frequency control during the steady operation, and the apparent power can be kept low. Further, at the time of stopping, the electric power required during the so-called heat retention operation that keeps the billet heat pattern the same as during the steady operation may be about 1/10 or less of that during the steady operation. For this reason, the temperature distribution in the boundary part of the induction heating coil 20 can be kept good by performing the operation by the zone control control at the time of the stop or the low speed operation, and the low power operation can be achieved. Therefore, even when zone control control is performed, the apparent power can be kept low. Therefore, about the inverter 30 used for the
なお、上記実施形態では、誘導加熱コイルはソレノイド型としているが、被加熱物が平板状等である場合には、渦巻き型に配した誘導加熱コイルにより被加熱物を上方または下方、あるいは両方から誘導加熱するようにしても良い。また、実施形態におけるインバータはハーフブリッジ型としたが、電力制御方式の切替による運転全体の皮相電力の低減を目的とした場合には、インバータを全ブリッジ型としても良い。なおこの場合は、誘導加熱コイルとインバータの出力との間に高周波トランスを配置することが望ましい。 In the above embodiment, the induction heating coil is a solenoid type. However, when the object to be heated is a flat plate or the like, the object to be heated is moved upward, downward, or both by an induction heating coil arranged in a spiral shape. Induction heating may be used. Further, although the inverter in the embodiment is a half-bridge type, the inverter may be a full-bridge type for the purpose of reducing the apparent power of the entire operation by switching the power control method. In this case, it is desirable to arrange a high frequency transformer between the induction heating coil and the output of the inverter.
また、上記実施形態に係る誘導加熱装置をビレットヒータに適用する場合、図10、に示すように、誘導加熱コイル、および電力供給ユニット(インバータ30d〜30f、および共振コンデンサ32d〜32f)を増設し、試打材140用の加熱コイル20d〜20fとすることもできる。
When the induction heating device according to the above embodiment is applied to a billet heater, as shown in FIG. 10, an induction heating coil and a power supply unit (
試打材140は部材単位で長さが異なり、停止状態で加熱されるため長手方向における温度ムラが生ずる場合がある。これに対し、上述したゾーンコントロール制御による電流制御を行えば、電力を供給する誘導加熱コイルを任意に選択することができる他、試打材140の端部に位置する誘導加熱コイルに供給する電力を任意に上昇させることも可能となる。このため、試打材140の大きさ、長さに関わり無く、ムラの無い加熱を行うことができる。また、試打材140は停止状態で加熱されるため、指定温度までの昇温時間を比較的長くとることができる。よって、ゾーンコントロール制御を行った場合であっても、皮相電力を低く抑えることができる。
The
また、コンバータ40に対してインバータ30a〜30fを並列に配置していることより、試打材140用の誘導加熱コイル20d〜20fに接続されたインバータ30d〜30fと、ビレットヒータ本体に配置された誘導加熱コイル20a〜20cに接続されたインバータ30a〜30cとの間に、図示しない開閉器を配置するようにしても良い。このような構成とすることにより、試打材140の加熱を行わない場合には誘導加熱コイル20d〜20fに接続されたインバータ30d〜30fに対する電力の供給を遮断し、消費電力の抑制を図ることが可能となるからである。
Further, since
さらに、上記実施形態では、定常運転時の電力制御方式として、各インバータ30a〜30cからの出力電流の周波数を乖離させた状態での周波数制御により電力調整を行うことについて詳細を説明した。しかしながら、定常時の電力制御方式として、周波数制御に替えて、周波数を乖離させた状態での電圧波形と電流波形の位相角制御による電力調整を行うようにしても良い。インバータからの出力電圧の波形と出力電流の波形の位相角を変えて(互いのパルス位置を変えて)制御することにより、インバータの運転周波数を変化させることができ、出力電流の値を調整することができるからである。
Further, in the above-described embodiment, the details of performing power adjustment by frequency control in a state where the frequencies of output currents from the
10………誘導加熱装置、20(20a〜20f)………誘導加熱コイル、30(30a〜30f)………インバータ、32(32a〜32f)………共振コンデンサ、40………コンバータ、50………電力制御部、60………トランス、70………三相交流電源。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータは前記搬送手段による被加熱物の搬送状態に応じて前記誘導加熱コイルに対する電力の供給方式を異ならせ、
前記被加熱物が定常搬送されている場合には、隣接して配置された各誘導加熱コイルに供給する電流の周波数をそれぞれ乖離させつつ、電流周波数の制御により前記電力の調整を行い、
前記被加熱物の搬送が停止、あるいは定常搬送よりも低速となった場合には、各誘導加熱コイルに供給する電流の周波数を一致させ、各誘導加熱コイルに供給される電流波形を同期、または予め定めた位相差を保つように制御しつつ、1周波間におけるデューティー比を調整して前記電力の調整を行い、
前記被加熱物を昇温させることを特徴とする誘導加熱方法。 An object to be heated by an induction heating apparatus having an inverter provided corresponding to each of a plurality of induction heating coils arranged adjacent to each other and a conveying means for conveying the object to be heated between the plurality of induction heating coils. Heating method,
The inverter varies the power supply method for the induction heating coil according to the state of conveyance of the object to be heated by the conveying means,
When the object to be heated is being transported constantly, the power is adjusted by controlling the current frequency while deviating the frequency of the current supplied to each induction heating coil arranged adjacently,
When conveyance of the object to be heated is stopped or slower than steady conveyance, the frequency of the current supplied to each induction heating coil is matched, and the current waveform supplied to each induction heating coil is synchronized, or While controlling to maintain a predetermined phase difference, the duty ratio between one frequency is adjusted to adjust the power,
An induction heating method, wherein the object to be heated is heated.
測定された被加熱物の温度と昇温目標とする温度とを比較し、
供給電力の増減を図ることを特徴とする請求項1に記載の誘導加熱方法。 The power adjustment of the inverter when the conveyance of the heated object is stopped or at a lower speed than the steady conveyance is to measure the temperature distribution of the heated object positioned in the heating region by each induction heating coil,
Compare the measured temperature of the object to be heated with the target temperature,
The induction heating method according to claim 1, wherein an increase or decrease in supplied power is attempted.
前記インバータには、隣接して配置された前記誘導加熱コイルに供給される電流の周波数をそれぞれ所定値以上乖離させつつ電流周波数の制御による電力調整を行う周波数制御と、複数の前記誘導加熱コイルのそれぞれに供給される電流の周波数を一致させた状態で各誘導加熱コイルに供給される電流波形の位相を同期または予め定めた位相差を保つように制御しつつ1周波間におけるデューティー比を調整して前記電力の調整を行うゾーンコントロール制御と、の切替制御運転を可能とする電力制御部が接続され、
前記電力制御部は、定常運転時における前記周波数制御と、保温運転時における前記ゾーンコントロール制御との切り替えを行う信号の入力に基づいて、前記切替制御運転を行うことを特徴とする誘導加熱装置。 An induction heating apparatus having an inverter provided corresponding to each of a plurality of induction heating coils arranged adjacent to each other, and a conveying means for conveying an object to be heated between the plurality of induction heating coils,
The inverter includes a frequency control that performs power adjustment by controlling a current frequency while separating a frequency of a current supplied to the induction heating coils arranged adjacent to each other by a predetermined value or more, and a plurality of the induction heating coils. Adjusting the duty ratio between one frequency while controlling the phase of the current waveform supplied to each induction heating coil to be synchronized or maintaining a predetermined phase difference in a state where the frequency of the current supplied to each of them is matched. A power control unit that enables a switching control operation between the zone control control that adjusts the power and
The said electric power control part performs the said switching control driving | operation based on the input of the signal which switches the said frequency control at the time of steady operation, and the said zone control control at the time of a heat retention driving | operation .
前記電力制御部には、入力された前記搬送速度を示す信号に基づいて、前記周波数制御と前記ゾーンコントロール制御との間で制御モードを設定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項3に記載の誘導加熱装置。 Wherein the conveying means, the relative to the power control unit detects the conveying speed of the object to be heated, conveying speed detecting means for outputting a signal indicating the detected conveying speed is connected,
4. The power control unit is provided with determination means for setting a control mode between the frequency control and the zone control control based on the input signal indicating the transport speed. The induction heating device described in 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007093495A JP4854567B2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Induction heating method and induction heating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007093495A JP4854567B2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Induction heating method and induction heating apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008251440A JP2008251440A (en) | 2008-10-16 |
JP4854567B2 true JP4854567B2 (en) | 2012-01-18 |
Family
ID=39976135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007093495A Active JP4854567B2 (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Induction heating method and induction heating apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4854567B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100945217B1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-03-03 | 주식회사 다원시스 | Apparatus for polyphase low-frequency induction heating |
JP2011029127A (en) * | 2009-07-29 | 2011-02-10 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Load opening detecting method in contact-type electric resistance welded tube welding power source device |
JP5651311B2 (en) * | 2009-08-28 | 2015-01-07 | 三井造船株式会社 | Induction heating method and continuous heating furnace in continuous heating furnace |
JP5976484B2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-08-23 | 三井造船株式会社 | Induction heating method and induction heating apparatus |
JP7419863B2 (en) * | 2020-02-14 | 2024-01-23 | 富士電機株式会社 | power converter |
CN114698168B (en) * | 2020-12-29 | 2023-06-09 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | Electromagnetic heating equipment, power control method and power control device thereof |
JP7351868B2 (en) * | 2021-03-24 | 2023-09-27 | 島田理化工業株式会社 | Inverter device, control method for inverter device, and billet heater |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01194283A (en) * | 1988-01-27 | 1989-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | Inductive heating device |
JPH06132071A (en) * | 1992-10-19 | 1994-05-13 | Mitsubishi Electric Corp | Induction heater |
JPH11121154A (en) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Mitsubishi Electric Corp | Induction heating device |
JP3866850B2 (en) * | 1998-01-30 | 2007-01-10 | 三井造船株式会社 | Induction heating method and apparatus |
JP4638780B2 (en) * | 2005-07-13 | 2011-02-23 | 三井造船株式会社 | Induction heating apparatus control method and induction heating apparatus |
-
2007
- 2007-03-30 JP JP2007093495A patent/JP4854567B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008251440A (en) | 2008-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4854567B2 (en) | Induction heating method and induction heating apparatus | |
JP3835762B2 (en) | Induction heating device | |
EP2642819B1 (en) | Induction heating cooking apparatus and control method thereof | |
CN103348765B (en) | Induction heating cooker | |
JP5025698B2 (en) | Induction heating device | |
WO2015063942A1 (en) | Induction heating cooker | |
CN1937864A (en) | Induction heating cooker | |
JP5844017B1 (en) | Induction heating cooker and control method thereof | |
CN205491254U (en) | Electromagnetic heating device and heating control circuit thereof | |
JP6013532B2 (en) | Inverter device, induction heating device including this inverter device, and wireless power feeder | |
CN111278182A (en) | Transverse and longitudinal magnetic alternating induction heating system and heating method | |
CN107023861A (en) | Induction heating cooking equipment | |
CN105850022A (en) | Power conversion apparatus and power conversion method | |
JP2014220108A (en) | Induction heating apparatus | |
JP4964737B2 (en) | Induction heating method and apparatus for metal material | |
CN111837454B (en) | Induction heating cooker | |
KR20140054411A (en) | Induction-heating method | |
Chudjuarjeen et al. | Asymmetrical control with phase lock loop for induction cooking appliances | |
CN107027200B (en) | Electromagnetic heating device, heating control circuit and heating control method thereof | |
KR101728949B1 (en) | Induction heat cooking apparatus and method for driving the same | |
JP2006351371A (en) | Induction heating cooker | |
JP2004146283A (en) | Current synchronizing method and device of induction heating device | |
JP4799523B2 (en) | Induction heating cooker | |
JP4431346B2 (en) | Induction heating cooker | |
KR101371009B1 (en) | A system of reducing energe for high frequence inductoin heating device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090310 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20110224 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20110520 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110524 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110725 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111019 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111025 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4854567 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |