JP4854567B2 - Induction heating method and induction heating apparatus - Google Patents

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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 Patent Documents 1 to 3. Here, Patent Documents 1 and 2 show a technique for controlling heating of an object to be heated by a plurality of induction heating coils and a plurality of inverters corresponding to the induction heating coils. Patent Document 3 discloses a single induction heating coil. A technique for controlling the temperature of an object to be heated with an apparatus having a function has been proposed.

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。
特開平7−249478号公報 特開平10−144462号公報 特開2002−151246号公報
Such a difference in technology orientation can be distinguished from the viewpoint of placing importance on the cost for manufacturing the heating device and placing importance on the accuracy of the control temperature. That is, it can be said that an apparatus for controlling the temperature of an object to be heated by a single induction heating coil and a single inverter as disclosed in Patent Document 3 has an advantage in cost. However, it can be said that the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are superior in terms of accuracy of industrially heating and controlling an object to be heated. This is because as the number of divisions of the induction heating coil is increased, heating control can be performed such that the temperature rising pattern at the time of stop or low speed operation is closer to the temperature rising pattern at the time of steady operation.
JP-A-7-249478 Japanese Patent Laid-Open No. 10-144462 JP 2002-151246 A

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 Patent Documents 1 and 2, it is possible to shorten the return time from the temperature rising pattern during stoppage or low speed operation to the temperature rising pattern during steady operation. Conceivable. However, in the induction heating apparatus as disclosed in Patent Documents 1 and 2, when induction heating coils constituting each heating block are arranged close to each other, mutual induction occurs between the adjacent induction heating coils. Control can be difficult. In addition, when a gap is formed between adjacent induction heating coils so as not to be affected by mutual induction, the temperature of the object to be heated located between the coils is lowered. In order to avoid the influence of mutual induction, a method of taking the frequency of the current supplied to the induction heating coils arranged close to each other can be considered, but even in this case, the heating between the induction heating coils can be considered. Since the efficiency is reduced, the heated object located at the boundary between the two induction heating coils or a part of the heated object is discharged from the billet heater at a lower temperature than the preceding and following heated objects when the conveyance is stopped. There is a possibility that.

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 billet heater 100 will be described as an example of a product to which the induction heating apparatus 10 according to the present embodiment is applied with reference to FIG. The billet heater 100 has at least a heating furnace 110 for heating the billet 130 as an object to be heated, pinch rollers 120 and 122 for conveying the billet 130, and a skid rail (not shown) that defines a conveyance trajectory for the billet 130. .

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 heating furnace 110, a plurality of (three in the embodiment shown in FIG. 1) induction heating coils 20 (20a, 20b, and 20c) that constitute the induction heating apparatus 10 according to the present embodiment as a heating source are arranged. ing. In the present embodiment, the induction heating coil 20 is a solenoid type, and the power supply unit 80 is connected to the induction heating coil 20. Moreover, it is preferable to provide a temperature measuring means (not shown) for measuring the temperature of the billet 130 in each heating region of each induction heating coil 20. This is because by controlling the temperature distribution of the billet 130 based on the measured temperature, highly accurate temperature control becomes possible.

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 power supply unit 80 includes a single or each inverter unit (inverter) 30 (30a, 30b, 30c) provided corresponding to each induction heating coil 20 and each inverter 30. A plurality of forward converters (converters) 40 provided corresponding to the inverters (the converter is single in the form shown in FIG. 1), and power for controlling the power supplied from each inverter 30 to each induction heating coil 20 And a control unit 50. The converter 40 is connected to a commercial power source (three-phase AC power source) 70, and a transformer (transformer) 60 is provided between the converter 40 and the three-phase AC power source 70.

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 inverter 30a and the like connected to the induction heating coil 20a), and electrolytic capacitors 34a1 and 34a2 corresponding thereto. Is provided. Here, as the switching elements 36a1 and 36a2, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), an SIT (Static Induction Transistor), or the like can be employed. The inverter 30a having such a configuration can reduce the number of switching elements to ½ compared to a full-bridge type inverter, and can suppress the manufacturing cost. Further, by employing a half-bridge type inverter, the output voltage from the inverter 30a can be reduced to about ½ of the input voltage to the inverter 30a.

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 induction heating coil 20a and the output voltage from the inverter 30a can be reduced, and the high-frequency transformer required for matching the current voltage is not required. Can be connected directly. The high-frequency transformer occupies a large area and is expensive in constructing the induction heating device, and thus the high-frequency transformer required between each induction heating coil 20 and each inverter 30 is unnecessary. This greatly contributes to the reduction of the manufacturing cost and installation space of the induction heating device.

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

Figure 0004854567
で示すことができる共振コンデンサの一次側電圧、すなわちインバータ30からの出力電圧に対する誘導加熱コイル20の端子間電圧を下げることができる。これは、無効電力を補う必要性が低くなるからである。すなわち、Q値の低下により無効電力分の電力を抑えることが可能となり、共振コンデンサ32が無い場合、すなわち通常のインバータ(共振型でないインバータ)であっても供給電力を補うことが可能となるということである。なおこの場合、高周波帯においてもスイッチングによる電力損失の少ないZVS(Zero Voltage Switching)運転を行うことが望ましい。ここで、ZVS運転を行う場合には、隣接して配置する誘導加熱コイルをそれぞれ、加極性となるように配置し、電流が電圧に対して遅れ位相となるようにして運転すると良い。このように、高周波トランスに加えて共振コンデンサを排除することにより、誘導加熱装置の製造コスト、および設置スペースをさらに低減することが可能となる。このような構成のインバータでは、詳細を後述するコンバータから出力された直流電流を交流電流へと変換すると共に、誘導加熱コイルに供給する電力の電流調整と、電流周波数の調整・同期制御が成される。 Furthermore, if the resonance sharpness Q can be kept low by the material and size of the billet 130 and the frequency setting value of the output current from the inverter 30, the resonance capacitor 32 (32a, 32b, 32c) is not required. can do. The resonance capacitor 32 is required to compensate for the reactive power generated as the voltage between the terminals of the induction heating coil 20.
Figure 0004854567
The voltage across the terminals of the induction heating coil 20 with respect to the primary side voltage of the resonance capacitor, that is, the output voltage from the inverter 30 can be reduced. This is because the necessity of supplementing reactive power is reduced. That is, it is possible to suppress the power corresponding to the reactive power by lowering the Q value, and it is possible to supplement the supplied power even if there is no resonant capacitor 32, that is, even if it is a normal inverter (non-resonant type inverter). That is. In this case, it is desirable to perform ZVS (Zero Voltage Switching) operation with little power loss due to switching even in a high frequency band. Here, when performing the ZVS operation, the induction heating coils arranged adjacent to each other may be arranged so as to have a positive polarity, and the operation may be performed so that the current is delayed in phase with respect to the voltage. Thus, by eliminating the resonant capacitor in addition to the high frequency transformer, it is possible to further reduce the manufacturing cost and installation space of the induction heating device. In the inverter having such a configuration, the direct current output from the converter, which will be described in detail later, is converted into an alternating current, and the current supplied to the induction heating coil is adjusted, and the current frequency is adjusted and synchronized. The

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 converter 40 is a rectifier circuit in which a bridge circuit is configured by a thyristor, although details are not shown. The converter 40 having such a configuration converts the three-phase alternating current supplied from the three-phase alternating current power supply 70 into a direct current, and supplies the direct current to the inverter 30 having the above configuration. A filter including a smoothing capacitor 42 and an inductance 44 is disposed between the inverter 30 and the converter 40 having such a configuration.

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 power control unit 50 adjusts the frequency of the current supplied from each inverter 30 to each induction heating coil 20 and adjusts the current value supplied to each induction heating coil 20. The power control by the inverter 30 is performed by control of the current frequency in a constant voltage state or pulse width modulation (PWM) control in a constant voltage state .

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 billet heater 100 is in a steady operation and when it is stopped or operated at a low speed. Specifically, when the billet heater 100 is in a steady operation, that is, when the pinch rollers 120 and 122 are rotating at a steady speed, power control is performed by current frequency control (frequency control) , and the pinch roller 120 is controlled. , 122 is stopped or slowed down, the frequency of the output current from each inverter 30 is matched, the phase of the current waveform is synchronized, or a predetermined phase difference is maintained, or In the asymptotic state, power control is performed by PWM control. For this reason, the electric power control part 50 is comprised so that a predetermined | prescribed control signal may be output with respect to the inverter 30 so that it may correspond with the electric power control system set at the time of each driving | operation.

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)。

Figure 0004854567
Figure 0004854567
このため、電圧×電流で示される電力も、変化させることができる。ここで一般に、電力損失の少ないZVS運転をする場合には、上述したように、電圧波形に対して電流波形が遅れ位相となるように制御される。また、周波数の使用帯域は、共振周波数よりも高い周波数帯を使用する(図3参照)。 The specific output timing of the control signal can be shown as follows. First, the output of the control signal during steady operation will be described. In the case of this embodiment, while adjusting the frequency of the supply current to the three induction heating coils 20 arranged in the heating furnace 110, the current value adjustment by frequency control is performed on each induction heating coil 20. . The current supplied to the induction heating coil 20 (current i flowing in the circuit ) can be obtained by changing the frequency even when the voltage V is constant as shown in Equations 2 and 3 and FIG. (See, for example, FIG. 7 as an equivalent circuit).
Figure 0004854567
Figure 0004854567
For this reason, the power indicated by voltage × current can also be changed. Here, in general, when ZVS operation with little power loss is performed, as described above, the current waveform is controlled to be in a delayed phase with respect to the voltage waveform. Further, the frequency band used is a frequency band higher than the resonance frequency (see FIG. 3).

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 billet heater 100 according to the present embodiment, the frequency of the input current is 1.5 times or more different from the induction heating coil 20a located on the inlet side of the heating furnace 110 to the induction heating coil 20c located on the outlet side. By doing so, the influence of mutual induction between the induction heating coils arranged close to each other is avoided. The frequency change rate during power adjustment by frequency control is generally about 10% of the entire frequency. Further, it is desirable that the frequency of the current to be supplied be improved stepwise from the induction heating coil 20a on the inlet side to the induction heating coil 20c on the outlet side.

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 heating furnace 110 at the time of steady operation is various, such as an empty state, a state where the heated billet 130 is accommodated, a state where the cooled (unheated) billet 130 is accommodated, etc. Transition to a different state. Since the induction heating coil 20 is disposed so as to surround the billet 130, when the internal environment in the heating furnace 110 changes due to the flow of the billet 130, its impedance (particularly, the resistance component R and the inductance component L), and the natural resonance The frequency changes. In the operation by frequency control with respect to this change, the set current value can be secured by changing the frequency of the output current from each of the inverters 30a to 30c (see FIG. 4).
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 inverter 30a.

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 inverter 30a during stop and low speed operation is more complicated than control of the inverter 30a during steady operation, and is performed in consideration of the frequency of the output current from the inverter 30a and the phase of the current waveform. Here, the current output from each inverter 30 to each induction heating coil 20 is detected via a current transformer (not shown), and based on this, the frequency of the output current, the phase difference of the current waveform, etc. are detected or calculated. It is configured to be. The phase difference of the current waveform is the difference between the zero crosses in each output current from the three inverters 30a, 30b, 30c, the difference between the zero cross in each output current and the zero cross in the reference waveform, and the average value of the zero cross in each output current. The calculation is based on the difference from the zero cross in each output current.

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 induction heating coil 20a is adjusted by measuring the temperature of the billet 130 measured by a temperature measuring means (not shown) arranged corresponding to each induction heating coil 20 and the temperature at the target temperature increase gradient. What is necessary is just to output the control signal for raising or lowering the current value by comparing the temperature of the means arrangement position. Specifically, the adjustment is made by adjusting the duty ratio by controlling the input time (on / off) of the output signal for each switching element 36a1, 36a2 that forms the half wavelength of the current waveform, that is, by adjusting the duty ratio per cycle. (See FIG. 5).

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 induction heating apparatus 10 as in the present embodiment, the phase difference of the current zero cross is based on the frequency of the output current from the inverter 30c that supplies power to the induction heating coil 20c disposed at the position that becomes the high temperature portion. To control. This is because the radiant heat from the billet 130 which is the object to be heated is large in the high temperature portion where the induction heating coil 20c is arranged. In places where the radiant heat from the object to be heated is large, the energy required to maintain the heating temperature is also large, and thus the output power from the inverter 30c is also large. On the other hand, the radiant heat in the portion where the induction heating coils 20a and 20b are arranged is small, and the energy required for temperature rise is shared with the energy from other induction heating coils. The power consumption of the inverters 30a and 30b connected to the coils 20a and 20b is extremely small. Therefore, it is possible to easily perform power adjustment by PWM control by determining the frequency with reference to the inverter 30c having the largest power consumption. In FIG. 5, the current value is determined by changing the width of a single pulse. However, when the distortion generated in the current waveform becomes large, such as when the current falls sharply, the distortion is reduced. In order to make it dull, as shown in FIG. 6, the current value may be determined by controlling the width of a plurality of pulses, and a waveform may be formed.

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 pinch rollers 120 and 122. The drive motor 50 and the power control unit 50 of the power supply unit 80 are connected to the pinch rollers 120 and 122. Is intended to work as described above. For example, the control means for controlling the drive motor includes speed detection means for detecting the rotational speed of the pinch rollers 120 and 122, that is, the conveying speed of the billet 130, and the power connected to the inverter 30 using this detected speed as a signal. A means for outputting to the control unit 50 may be provided. Then, the power control unit 50 may be provided with a determination unit that performs selection switching of a control mode between a frequency control described later and a zone control control described later based on the input speed signal.

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、

Figure 0004854567
で表すことができる。ここで、電圧の実効値、すなわちインバータからの出力電圧VIVについて検討するため、図7に2ゾーンの誘導加熱装置に関する等価回路を示す。 Hereinafter, the reason why the above characteristics occur will be described with reference to FIGS.
First, regarding apparent power,
Figure 0004854567
Can be expressed as Here, in order to examine the effective value of the voltage, that is, the output voltage V IV from the inverter, FIG. 7 shows an equivalent circuit relating to a two-zone induction heating apparatus.

図7において、IVはゾーン1のインバータを示し、iはゾーン1を流れる電流、Rはゾーン1回路の抵抗、Lはゾーン1のインダクタンス、C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、IV、i、R、L、C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IVからの出力電圧はVIV1で示すことができ、抵抗の電圧はi・R、インダクタンスの電圧はi・jωL、キャパシタンスの抵抗はi・(−j・(1/ωC))でそれぞれ示すことができる。 In FIG. 7, IV 1 indicates an inverter of zone 1, i 1 is a current flowing through zone 1, R 1 is a resistance of zone 1 circuit, L 1 is an inductance of zone 1, C 1 is a capacitance of zone 1, and Vm 21 Indicates a mutual induction voltage generated by mutual induction from zone 2 to zone 1. In addition, IV 2 , i 2 , R 2 , L 2 , C 2 and Vm 12 represent each element of zone 2. In an equivalent circuit having such a configuration, the output voltage from the inverter IV 1 in zone 1 can be represented by V IV1 , the resistance voltage is i 1 · R 1 , the inductance voltage is i 1 · jωL 1 , and the capacitance The resistance can be indicated by i 1 · (−j · (1 / ωC 1 )), respectively.

IV1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 Equation 2, it can be said that when the effective value (current value) of both currents is the same, the apparent power is smaller in the operation by frequency control.

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。

Figure 0004854567
Figure 0004854567
ここで、αについて0.5を代入した場合、ベクトル和では約0.7となるのに対し、スカラー和では1とすることができる。このことより、ゾーンコントロール制御による運転では、周波数制御による運転よりも誘導加熱コイルの境界部分での加熱効率が良いということができる。なお、誘導加熱コイルと磁界との関係を模式的に示すと図9のようになる。ここで、図9(A)は誘導加熱コイルとビレット、および磁界の関係を示すブロック図であり、図9(B)はビレットの長手方向における磁界の強さを示すグラフである。 On the other hand, the strength of the magnetic field with respect to the object to be heated at the boundary portion of the induction heating coil can be expressed by a vector sum (Formula 5) in the case of frequency control, and by a scalar sum (Formula 6) in the case of zone control control. be able to. Α represents the ratio of the strength of the magnetic field from the induction heating coils arranged adjacent to each other.
Figure 0004854567
Figure 0004854567
Here, when 0.5 is substituted for α, the vector sum is about 0.7, whereas the scalar sum can be 1. From this, it can be said that the operation by the zone control control has better heating efficiency at the boundary portion of the induction heating coil than the operation by the frequency control. The relationship between the induction heating coil and the magnetic field is schematically shown in FIG. Here, FIG. 9A is a block diagram showing the relationship between the induction heating coil, billet, and magnetic field, and FIG. 9B is a graph showing the strength of the magnetic field in the longitudinal direction of the billet.

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 billet heater 100, the heating control at the time of stop or low speed can be operated with lower electric power than in the steady operation. Further, in the billet heater 100, the amount of movement of the billet 130, which is the object to be heated, is large during steady operation, so there is no significant temperature drop at the boundary between the induction heating coils 20, and it can be almost ignored.

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 induction heating apparatus 10, the heating accuracy of the billet 130 which is the object to be heated can be kept high while using the inverter 30 having a small apparent power capacity.

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 (inverters 30d to 30f and resonance capacitors 32d to 32f) are added. The heating coils 20d to 20f for the test striking material 140 can also be used.

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 trial striking material 140 has a different length for each member and is heated in a stopped state, so that temperature unevenness in the longitudinal direction may occur. On the other hand, if the current control by the zone control control described above is performed, the induction heating coil for supplying power can be arbitrarily selected, and the power supplied to the induction heating coil located at the end of the test hit material 140 can be selected. It can be raised arbitrarily. For this reason, heating without unevenness can be performed regardless of the size and length of the test hit material 140. Further, since the test hit material 140 is heated in a stopped state, the temperature raising time to the specified temperature can be made relatively long. Therefore, even when zone control control is performed, the apparent power can be kept low.

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 inverters 30a to 30f are arranged in parallel to converter 40, inverters 30d to 30f connected to induction heating coils 20d to 20f for test hitting material 140, and inductions arranged in the billet heater main body. You may make it arrange | position the switch which is not illustrated between the inverters 30a-30c connected to the heating coils 20a-20c. By setting it as such a structure, when not heating the test hit material 140, supply of the electric power with respect to the inverters 30d-30f connected to the induction heating coils 20d-20f is interrupted | blocked, and suppression of power consumption can be aimed at. This is because it becomes possible.

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 inverters 30a to 30c are deviated as a power control method during steady operation. However, as a steady-state power control method, instead of frequency control, power adjustment may be performed by phase angle control of the voltage waveform and the current waveform in a state where the frequencies are separated. By changing the phase angle of the output voltage waveform and the output current waveform from the inverter (changing each other's pulse position), the inverter operating frequency can be changed and the output current value adjusted. Because it can.

実施形態に係る誘導加熱装置を適用したビレットヒータを示す図である。It is a figure which shows the billet heater to which the induction heating apparatus which concerns on embodiment is applied. 電力供給ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an electric power supply unit. PFM制御時における周波数と電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency and electric current at the time of PFM control. PFM制御による電流調整の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the electric current adjustment by PFM control. PWM制御による電流調整の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the current adjustment by PWM control. 複数パルス制御によるPWM制御の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the PWM control by multiple pulse control. 隣接して配置された2つの誘導加熱コイルユニットの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of two induction heating coil units arrange | positioned adjacently. ゾーンコントロール制御による消費電圧と周波数変調制御による消費電圧との差を示す図である。It is a figure which shows the difference of the consumption voltage by zone control control, and the consumption voltage by frequency modulation control. 誘導加熱コイルとビレット、および磁界との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an induction heating coil, a billet, and a magnetic field. 実施形態に係る誘導加熱装置の応用例を説明する図である。It is a figure explaining the application example of the induction heating apparatus which concerns on embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 10 ......... Induction heating apparatus, 20 (20a-20f) ......... Induction heating coil, 30 (30a-30f) ......... Inverter, 32 (32a-32f) ......... Resonance capacitor, 40 ......... Converter, 50... Power control unit 60... Transformer 70.

Claims (5)

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.
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.
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.
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したことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to claim 3 or 4, wherein the inverter is a half-bridge type, and both are connected without providing a transformer between the inverter and the induction heating coil.
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