JP2021038867A - Induction furnace and method for driving induction furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導炉及び誘導炉の運転方法に関する。 The present invention relates to an induction furnace and a method of operating the induction furnace.
誘導炉として、炉の外側に設けられるコイルに交流電流を流すことで生じる磁界により炉の内側の金属を加熱させて金属を溶解させるものがある。 As an induction furnace, there is one that heats the metal inside the furnace by a magnetic field generated by passing an alternating current through a coil provided on the outside of the furnace to melt the metal.
上記誘導炉では、コイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していると、コイルに流れる電流が増加してコイルが発熱し、コイルが劣化するという懸念がある。 In the above induction furnace, if the resistance value of the insulator is lowered due to the moisture adsorbed on the insulator between the coil and the ground, the current flowing through the coil increases, the coil generates heat, and the coil deteriorates. There are concerns.
そこで、他の誘導炉として、コイルの近傍に設けられる温度センサにより検出される温度が保護温度を超えると、コイルに流れる電流を低減させて、コイルの劣化を抑制するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
Therefore, as another induction furnace, when the temperature detected by the temperature sensor provided in the vicinity of the coil exceeds the protection temperature, the current flowing through the coil is reduced to suppress the deterioration of the coil.
しかしながら、上記他の誘導炉では、絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下しているとき、誘導炉の運転が開始されてから温度センサにより検出される温度が保護温度を超えるまでの間において、コイルに比較的大きな電流が流れてコイルが劣化してしまうという懸念がある。 However, in the above other induction coil, when the resistance value of the insulator is lowered due to the moisture adsorbed on the insulator, the temperature detected by the temperature sensor after the operation of the induction coil is started exceeds the protection temperature. In the meantime, there is a concern that a relatively large current will flow through the coil and the coil will deteriorate.
そこで、本発明の一側面に係る目的は、コイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していても、コイルに比較的大きな電流が流れないようにすることである。 Therefore, an object according to one aspect of the present invention is to prevent a relatively large current from flowing through the coil even if the resistance value of the insulator is lowered by the moisture adsorbed by the insulator between the coil and the ground. It is to be.
本発明に係る一つの形態である誘導炉は、炉の外側に設けられるコイルに交流電流が流れることにより炉の内側に磁界が発生する誘導炉であって、コイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、コイルの他方端子と電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、電源の電圧を検出する電圧検出部と、間欠スイッチ及び遮断スイッチのそれぞれの動作を制御する制御部とを備える。 The induction furnace according to the present invention is an induction furnace in which an alternating current flows through a coil provided on the outside of the furnace to generate a magnetic field inside the coil, and one terminal of the coil and a positive terminal of the power supply are generated. An intermittent switch connected between the two, a cutoff switch connected between the other terminal of the coil and the negative terminal of the power supply, a current detector that detects the current flowing through the coil, and a voltage that detects the voltage of the power supply. It includes a detection unit and a control unit that controls the operation of the intermittent switch and the cutoff switch.
制御部は、間欠スイッチが常時オンしているとともに遮断スイッチが常時オフしているときに電流検出部により検出される電流と電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチをオン、オフさせるとともに遮断スイッチを常時オンさせた後、間欠スイッチを常時オンさせるとともに遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、コイルに交流電流を流す。なお、間欠スイッチがオンすると、間欠スイッチが導通し、間欠スイッチがオフすると、間欠スイッチが遮断する。また、遮断スイッチがオンすると、遮断スイッチが導通し、遮断スイッチがオフすると、遮断スイッチが遮断する。 In the control unit, the resistance value obtained by the current detected by the current detection unit and the voltage detected by the voltage detection unit when the intermittent switch is always on and the cutoff switch is always off is larger than the threshold value. The intermittent switch is turned on and off and the cutoff switch is always turned on, and then the intermittent switch is always turned on and the cutoff switch is turned off repeatedly. When the resistance value becomes larger than the threshold value, an alternating current is applied to the coil. Shed. When the intermittent switch is turned on, the intermittent switch is electrically connected, and when the intermittent switch is turned off, the intermittent switch is shut off. Further, when the cutoff switch is turned on, the cutoff switch is conducted, and when the cutoff switch is turned off, the cutoff switch is cut off.
また、本発明に係る一つの形態である誘導炉の運転方法は、炉の外側に設けられるコイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、コイルの他方端子と電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、電源の電圧を検出する電圧検出部とを備える誘導炉の運転方法であって、間欠スイッチが常時オンしているとともに遮断スイッチが常時オフしているときに電流検出部により検出される電流と電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチをオン、オフさせるとともに遮断スイッチを常時オンさせた後、間欠スイッチを常時オンさせるとともに遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、コイルに交流電流を流して炉の内側に磁界を発生させる。 Further, the method of operating the induction furnace, which is one embodiment of the present invention, includes an intermittent switch connected between one terminal of the coil provided outside the furnace and the positive terminal of the power supply, and the other terminal of the coil and the power supply. An intermittent switch is an operation method of an induction furnace including a cutoff switch connected between the negative terminal and a current detection unit for detecting the current flowing through the coil, and a voltage detection unit for detecting the voltage of the power supply. The intermittent switch is turned on until the resistance value obtained by the current detected by the current detector and the voltage detected by the voltage detector becomes larger than the threshold value when the cutoff switch is always on and the cutoff switch is always off. After turning off and always turning on the cutoff switch, the intermittent switch is always turned on and the cutoff switch is always off repeatedly. When the resistance value becomes larger than the threshold value, an AC current is passed through the coil to create a magnetic field inside the furnace. To generate.
本発明によれば、炉の外側に設けられるコイルとアースとの間の絶縁体に吸着される水分により絶縁体の抵抗値が低下していても、コイルに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。 According to the present invention, even if the resistance value of the insulator is lowered due to the moisture adsorbed on the insulator between the coil provided on the outside of the furnace and the ground, a relatively large current does not flow through the coil. can do.
図1は、実施形態の誘導炉の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of an induction furnace of the embodiment.
図1に示す誘導炉1は、インバータ回路2と、切替スイッチ3(第1の切替スイッチ)と、切替スイッチ4(第2の切替スイッチ)と、コイルLと、炉5と、間欠スイッチ6と、遮断スイッチ7と、ローパスフィルタ8と、電流検出部9と、電圧検出部10と、記憶部11と、制御部12とを備える。
The
インバータ回路2は、誘導炉1の運転中において、電源Pから流れる直流電流を交流電流に変換して炉5の外側に設けられるコイルLに流す。コイルLに交流電流が流れると、炉5の内部に発生する磁界により炉5の内部の金属が発熱し、その金属が溶解する。なお、電源Pは、系統電源、整流回路、及び平滑コンデンサなどを備え、系統電源から流れる交流電流を整流回路により整流するとともに平滑コンデンサにより平滑することで直流電流に変換し、その直流電流をインバータ回路2に出力するように構成してもよい。
During the operation of the
すなわち、インバータ回路2は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのスイッチング素子SW1〜SW4を備える。スイッチング素子SW1のコレクタ端子はスイッチング素子SW3のコレクタ端子と接続され、インバータ回路2の一方の入力端子IN+を介して切替スイッチ3に接続されている。スイッチング素子SW2のエミッタ端子はスイッチング素子SW4のエミッタ端子に接続され、インバータ回路2の他方の入力端子IN−を介して切替スイッチ4に接続されている。スイッチング素子SW1のエミッタ端子はスイッチング素子SW2のコレクタ端子と接続され、インバータ回路2の一方の出力端子OUT1を介してコイルLの一方端子に接続されている。スイッチング素子SW3のエミッタ端子はスイッチング素子SW4のコレクタ端子と接続され、インバータ回路2の他方の出力端子OUT2を介してコイルLの他方端子に接続されている。
That is, the
また、インバータ回路2の入力端子IN+が切替スイッチ3を介して電源Pの正極端子に電気的に接続され、インバータ回路2の入力端子IN−が切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に電気的に接続されているとき、スイッチング素子SW1、SW4がオンするとともにスイッチング素子SW2、SW3がオフすると、電源Pの正極端子から切替スイッチ3、スイッチング素子SW1、コイルL、スイッチング素子SW4、及び切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に電流が流れる。また、スイッチング素子SW1、SW4がオフするとともにスイッチング素子SW2、SW3がオンすると、電源Pの正極端子から切替スイッチ3、スイッチング素子SW3、コイルL、スイッチング素子SW2、及び切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に電流が流れる。すなわち、スイッチング素子SW1、SW4とスイッチング素子SW2、SW3とが交互にオン、オフすると、コイルLに交流電流が流れる。
Further, the input terminal IN + of the
間欠スイッチ6は、IGBTやMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体リレーまたは電磁式リレーにより構成される。間欠スイッチ6の一方端子は切替スイッチ3に接続され、間欠スイッチ6の他方端子はローパスフィルタ8を介してコイルLの一方端子に接続されている。なお、間欠スイッチ6がオンすると、間欠スイッチ6が導通し、切替スイッチ3とローパスフィルタ8とが電気的に接続される。また、間欠スイッチ6がオフすると、間欠スイッチ6が遮断し、切替スイッチ3とローパスフィルタ8とが電気的に接続されなくなる。
The
遮断スイッチ7は、IGBTやMOSFETなどの半導体リレーまたは電磁式リレーにより構成される。遮断スイッチ7の一方端子は切替スイッチ4に接続され、遮断スイッチ7の他方端子はコイルLの他方端子に接続されている。なお、遮断スイッチ7がオンすると、遮断スイッチ7が導通し、切替スイッチ4とコイルLの他方端子とが電気的に接続される。また、遮断スイッチ7がオフすると、遮断スイッチ7が遮断し、切替スイッチ4とコイルLの他方端子とが電気的に接続されなくなる。 The cutoff switch 7 is composed of a semiconductor relay such as an IGBT or MOSFET or an electromagnetic relay. One terminal of the cutoff switch 7 is connected to the changeover switch 4, and the other terminal of the cutoff switch 7 is connected to the other terminal of the coil L. When the cutoff switch 7 is turned on, the cutoff switch 7 becomes conductive, and the changeover switch 4 and the other terminal of the coil L are electrically connected. Further, when the cutoff switch 7 is turned off, the cutoff switch 7 is cut off, and the changeover switch 4 and the other terminal of the coil L are not electrically connected.
ローパスフィルタ8は、抵抗やコンデンサなどにより構成され、後述するパルス電圧モード実施時に間欠スイッチ6からローパスフィルタ8に流れる電流を平滑してコイルLに出力する。なお、パルス電圧モード実施時に間欠スイッチ6からローパスフィルタ8に流れる電流を平滑する必要がない場合、ローパスフィルタ8を省略してもよい。このように構成する場合、間欠スイッチ6の他方端子はコイルLの一方端子に直接接続される。
The low-pass filter 8 is composed of a resistor, a capacitor, or the like, and smoothes the current flowing from the
電流検出部9は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、コイルLに流れる電流を検出し、その検出した電流を制御部12に送る。なお、電流検出部9の接続箇所は特に限定されない。
The current detection unit 9 is composed of a Hall element, a shunt resistor, or the like, detects a current flowing through the coil L, and sends the detected current to the
電圧検出部10は、分圧抵抗やオペアンプなどにより構成され、電源Pの電圧を検出し、その検出した電圧を制御部12に送る。なお、電圧検出部10の接続箇所は特に限定されない。
The
記憶部11は、RAM(Random Access Memory)またはROM(Read Only Memory)などにより構成され、コイルLとアースとの間の絶縁体RLの抵抗値を記憶する。 The storage unit 11 is composed of a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or the like, and stores the resistance value of the insulator RL between the coil L and the ground.
制御部12は、CPU(Central Processing Unit)やプログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device))などにより構成される。制御部12は、誘導炉1の運転前において、切替スイッチ3、切替スイッチ4、間欠スイッチ6、及び遮断スイッチ7のそれぞれの動作を制御することによりコイルLに定格電流に相当する直流電流を流す。コイルLに直流電流が流れると、コイルLの抵抗成分により生じる熱(銅損)により絶縁体RLに吸着している水分が蒸発し、絶縁体RLの抵抗値が上昇する。また、制御部12は、誘導炉1の運転中において、切替スイッチ3、4及びスイッチング素子SW1〜SW4の動作を制御することによりコイルLに交流電流を流して炉5の内側に磁界を発生させる。炉5の内側に磁界が発生すると、炉5の内側の金属により生じる熱により絶縁体RLに吸着している水分が蒸発し、絶縁体RLの抵抗値が上昇する。これにより、誘導炉1の運転前や誘導炉1の運転中において、電源PからコイルL及び絶縁体RLを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルLに流れる全体の電流がコイルLの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルLが劣化することを抑制することができる。
The
図2は、制御部12の動作の一例を示すフローチャートである。図3(a)は、間欠スイッチ6のオン、オフを制御する制御信号S1の一例を示すタイミングチャートである。図3(b)は、遮断スイッチ7のオン、オフを制御する制御信号S2の一例を示すタイミングチャートである。図3(c)は、コイルLにかかる電圧の一例を示すタイミングチャートである。図3(d)は、コイルLに流れる電流の一例を示すタイミングチャートである。なお、図3(a)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は制御信号S1の大きさ(電圧)を示している。また、図3(b)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は制御信号S2の大きさ(電圧)を示している。また、図3(c)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図3(d)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。図3(a)〜図3(d)に示す横軸の時間は互いに一致しているものとする。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the
まず、制御部12は、ユーザによる運転開始ボタンの操作などにより誘導炉1の運転開始指示が入力されると、パルス電圧モードを実施する(ステップS11)。制御部12は、パルス電圧モードを実施する一定時間T1において、間欠スイッチ6の一方端子が切替スイッチ3を介して電源Pの正極端子に接続され、遮断スイッチ7の一方端子が切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に接続されるように切替スイッチ3、4の動作を制御する。また、制御部12は、図3(a)及び図3(b)に示すように、一定時間T1において、制御信号S1の電圧をハイレベルとローレベルに交互に切り替えるとともに、制御信号S2の電圧を常時ハイレベルにする。これにより、一定時間T1において、間欠スイッチ6が繰り返しオン、オフし、遮断スイッチ7が常時オンする。言い換えると、一定時間T1において、間欠スイッチ6が導通と遮断を繰り返し、遮断スイッチ7が常時導通する。すると、図3(c)及び図3(d)に示すように、一定時間T1において、コイルLに直流電圧がかかり、コイルLに直流電流が流れる。これにより、一定時間T1において、コイルLの抵抗成分により生じる熱の温度が上昇していく。なお、一定時間T1において、コイルLに流れる直流電流がコイルLの定格電流以下になるように制御信号S1のデューティ比が設定されているものとする。
First, the
次に、制御部12は、一定時間T2が経過するまで待機する(ステップS12:No)。制御部12は、一定時間T2において、間欠スイッチ6の一方端子が切替スイッチ3を介して電源Pの正極端子に接続され、遮断スイッチ7の一方端子が切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に接続されるように切替スイッチ3、4の動作を制御する。また、制御部12は、図3(a)及び図3(b)に示すように、一定時間T2において、制御信号S1の電圧を常時ローレベルにするとともに、制御信号S2の電圧を常時ローレベルにする。これにより、一定時間T2において、間欠スイッチ6及び遮断スイッチ7が常時オフする。言い換えると、一定時間T2において、間欠スイッチ6及び遮断スイッチ7が常時遮断する。これにより、一定時間T2において、コイルLの熱の温度上昇により絶縁体RLに吸着されている水分を蒸発させることができる。なお、ステップS11において、絶縁体RLに吸着されている水分を十分に蒸発させることができる場合、一定時間T2待機せず、ステップS11からステップS13に移行してもよい。
Next, the
次に、制御部12は、一定時間T2が経過すると(ステップS12:Yes)、直流電圧モードを実施する(ステップS13)。制御部12は、直流電圧モードを実施する一定時間T3において、間欠スイッチ6の一方端子が切替スイッチ3を介して電源Pの正極端子に接続され、遮断スイッチ7の一方端子が切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に接続されるように切替スイッチ3、4の動作を制御する。また、制御部12は、図3(a)及び図3(b)に示すように、一定時間T3において、制御信号S1の電圧を常時ハイレベルにするとともに、制御信号S2の電圧を常時ローレベルにする。これにより、一定時間T3において、間欠スイッチ6が常時オンし、遮断スイッチ7が常時オフする。言い換えると、一定時間T3において、間欠スイッチ6が常時導通し、遮断スイッチ7が常時遮断する。すると、図3(c)及び図3(d)に示すように、一定時間T3において、コイルLに直流電圧がかかり、コイルLに直流電流が流れる。また、制御部12は、一定時間T3において、電圧検出部10により検出される電圧を電流検出部9により検出される電流で除算することにより、その結果を絶縁体RLの抵抗値として測定する。
Next, when T2 elapses for a certain period of time (step S12: Yes), the
次に、制御部12は、絶縁体RLの抵抗値が閾値以下である場合(ステップS14:No)、すなわち、電源PからコイルL及び絶縁体RLを介してアースに電流が流れ易くなっている場合、ステップS11〜S13の処理を再度実施して、絶縁体RLに吸着されている水分を蒸発させて絶縁体RLの抵抗値をさらに上昇させる。ここで、図4(a)は、パルス電圧モードの実施回数の増加に伴う絶縁体RLの抵抗値の上昇の一例を示す図である。なお、図4(a)に示す2次元座標の横軸は誘導炉1の起動前におけるパルス電圧モードの実行回数を示し、縦軸は絶縁体RLの抵抗値を示している。図4(a)に示す例では、誘導炉1の起動前において、3回目のパルス電圧モードの実施後、絶縁体RLの抵抗値がまだ閾値以下であり、4回目のパルス電圧モードの実施後、絶縁体RLの抵抗値が閾値より大きくなっている。
Next, in the
一方、制御部12は、絶縁体RLの抵抗値が閾値より大きい場合(ステップS14:Yes)、すなわち、電源PからコイルL及び絶縁体RLを介してアースに電流が流れ難くなっている場合、誘導炉1の運転を開始する(ステップS15)。制御部12は、誘導炉1の運転中において、インバータ回路2の入力端子IN+が切替スイッチ3を介して電源Pの正極端子に接続され、インバータ回路2の入力端子IN−が切替スイッチ4を介して電源Pの負極端子に接続されるように切替スイッチ3、4の動作を制御する。また、制御部12は、誘導炉1の運転中において、スイッチング素子SW1、SW4をオンさせるとともにスイッチング素子SW2、SW3をオフさせた後、スイッチング素子SW1、SW4をオフさせるとともにスイッチング素子SW2、SW3をオンさせることを繰り返してコイルLに交流電流を流す。
On the other hand, when the resistance value of the insulator RL is larger than the threshold value (step S14: Yes), that is, when it is difficult for the current to flow from the power supply P to the ground via the coil L and the insulator RL, the
なお、制御部12は、絶縁体RLの抵抗値が閾値より大きい場合(ステップS14:Yes)、ステップS15において、誘導炉1の起動毎に求めた複数の抵抗値の低下傾向により絶縁体RLの残りの寿命を推定するように構成してもよい。ここで、図4(b)は、時間経過に伴う絶縁体RLの抵抗値の低下傾向の一例を示す図である。なお、図4(b)に示す2次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は抵抗値を示し、図4(b)に示す各点は、誘導炉1の起動毎に記憶部11に記憶された絶縁体RLの抵抗値を示している。なお、記憶部11に記憶される抵抗値は、例えば、絶縁体RLの抵抗値が閾値以下である場合に最後に求められる抵抗値とする。制御部12は、図4(b)に示すように、一定期間において、記憶部11に記憶される複数の抵抗値のうち、各所定時刻にそれぞれ対応する最低抵抗値(図4(b)に示す時刻t1〜t6にそれぞれ対応する最低抵抗値r1〜r6)を用いて近似直線を求め、その近似直線と閾値との交点に対応する時刻と、現在の時刻との差を、絶縁体RLの残りの寿命とする。なお、図4(b)に示す閾値は、図4(a)に示す閾値と互いに同じ値でもよいし、互いに異なる値でもよい。
When the resistance value of the insulator RL is larger than the threshold value (step S14: Yes), the
このように、実施形態の誘導炉1では、間欠スイッチ6が常時オンしているとともに遮断スイッチ7が常時オフしているときに電流検出部9により検出される電流と電圧検出部10により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、間欠スイッチ6をオン、オフさせるとともに遮断スイッチ7を常時オンさせた後、間欠スイッチ6を常時オンさせるとともに遮断スイッチ7を常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、誘導炉1の運転を開始している。これにより、誘導炉1の運転前において、コイルLとアースとの間の絶縁体RLに吸着している水分を蒸発させて絶縁体RLの抵抗値を上昇させた後、誘導炉1の運転を開始させることができる。すなわち、誘導炉1の起動直前に、直流電流によるコイルLの自己発熱で絶縁体RLに吸着している水分を蒸発させて、その後、直流電圧と直流電流とにより求められる抵抗値により絶縁体RLの絶縁性を評価し、絶縁体RLの絶縁性を担保してから誘導炉1を起動させている。そのため、誘導炉1の運転中において、電源PからコイルL及び絶縁体RLを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルLに流れる電流がコイルLの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルLが劣化することを抑制することができる。すなわち、実施形態の誘導炉1によれば、絶縁体RLの抵抗値が低下していても、コイルLに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。
As described above, in the
また、実施形態の誘導炉1では、誘導炉1の運転前において、誘導炉1の運転中にコイルLに交流電流を流すための電源Pを、コイルLに直流電流を流すための電源として兼用しているため、電源Pの他に新たな電源を設ける必要がないため、その分製造コストを抑えることができる。
Further, in the
本発明は上記実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. In the above embodiment, the size, shape, function, and the like of the components shown in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
図5は、実施形態の誘導炉1の変形例を示す図である。なお、図5において、図1に示す構成と同じ構成には、同じ符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the
図5に示す誘導炉1において、図1に示す誘導炉1と異なる点は、切替スイッチ4、間欠スイッチ6、及び遮断スイッチ7を省略している点と、誘導炉1の運転中にコイルLに交流電流を流すためのスイッチング素子SW1を間欠スイッチ6として兼用するとともに誘導炉1の運転中にコイルLに交流電流を流すためのスイッチング素子SW4を遮断スイッチ7として兼用する点と、切替スイッチ3及びローパスフィルタ8をインバータ回路2の出力端子OUT+とコイルLの一方端子との間に接続している点である。
The
なお、インバータ回路2の一方の入力端子IN+は電源Pの正極端子に直接接続され、インバータ回路2の他方の入力端子IN−は電源Pの負極端子に直接接続されている。また、スイッチング素子SW3を第1のスイッチング素子とし、スイッチング素子SW2を第2のスイッチング素子とする。すなわち、第1のスイッチング素子としてのスイッチング素子SW3の一方端子(コレクタ端子)が電源Pの正極端子に接続され、スイッチング素子SW3の他方端子(エミッタ端子)がコイルLの他方端子に接続される。また、第2のスイッチング素子としてのスイッチング素子SW2の一方端子(コレクタ端子)がコイルLの一方端子に接続され、スイッチング素子SW2の他方端子(エミッタ端子)が電源Pの負極端子に接続される。また、間欠スイッチ6としてのスイッチング素子SW1の一方端子(コレクタ端子)がスイッチング素子SW3の一方端子に接続され、スイッチング素子SW1の他方端子(エミッタ端子)がスイッチング素子SW2の一方端子に接続される。また、遮断スイッチ7としてのスイッチング素子SW4の一方端子(コレクタ端子)がスイッチング素子SW3の他方端子に接続され、スイッチング素子SW4の他方端子(エミッタ端子)がスイッチング素子SW2の他方端子に接続される。
One input terminal IN + of the
まず、図5に示す制御部12は、パルス電圧モードを実施する一定時間T1において、コイルLの一方端子がローパスフィルタ8を介してインバータ回路2の出力端子OUT+(スイッチング素子SW1の他方端子)に接続されるように切替スイッチ3の動作を制御する。また、制御部12は、一定時間T1において、スイッチング素子SW1を繰り返しオン、オフさせ、スイッチング素子SW4を常時オンさせ、スイッチング素子SW2、SW3を常時オフさせる。言い換えると、一定時間T1において、スイッチング素子SW1が導通と遮断を繰り返し、スイッチング素子SW4が常時導通し、スイッチング素子SW2、3が常時遮断する。すると、一定時間T1において、コイルLに直流電圧がかかり、コイルLに直流電流が流れる。これにより、一定時間T1において、コイルLの抵抗成分により生じる熱の温度が上昇していく。なお、一定時間T1において、コイルLに流れる直流電流がコイルLの定格電流以下になるようにスイッチング素子SW1の制御信号のデューティ比が設定されているものとする。
First, in the
次に、図5に示す制御部12は、一定時間T2が経過するまで待機する。図5に示す制御部12は、一定時間T2において、コイルLの一方端子がローパスフィルタ8を介してインバータ回路2の出力端子OUT+(スイッチング素子SW1の他方端子)に接続されるように切替スイッチ3の動作を制御する。また、図5に示す制御部12は、一定時間T2において、スイッチング素子SW1〜SW4を常時オフさせる。言い換えると、一定時間T2において、スイッチング素子SW1〜SW4が常時遮断する。これにより、一定時間T2において、コイルLの熱の温度上昇によりコイルLとアースとの間の絶縁体RLに吸着されている水分を蒸発させることができる。なお、一定時間T1において、絶縁体RLに吸着されている水分を十分に蒸発させることができる場合、一定時間T2待機しなくてもよい。
Next, the
次に、図5に示す制御部12は、一定時間T2が経過すると、直流電圧モードを実施する。制御部12は、直流電圧モードを実施する一定時間T3において、コイルLの一方端子がローパスフィルタ8を介してインバータ回路2の出力端子OUT+(スイッチング素子SW1の他方端子)に接続されるように切替スイッチ3の動作を制御する。また、制御部12は、一定時間T3において、スイッチング素子SW1を常時オンさせ、スイッチング素子SW2〜SW4を常時オフさせる。言い換えると、一定時間T3において、スイッチング素子SW1が常時導通し、スイッチング素子SW2〜SW4が常時遮断する。すると、一定時間T3において、コイルLに直流電圧がかかり、コイルLに直流電流が流れる。また、制御部12は、一定時間T3において、電圧検出部10により検出される電圧を電流検出部9により検出される電流で除算することにより、その結果を絶縁体RLの抵抗値として測定する。
Next, the
次に、図5に示す制御部12は、絶縁体RLの抵抗値が閾値以下である場合、パルス電圧モードや直流電圧モードを再度実行して、絶縁体RLに吸着されている水分を蒸発させて絶縁体RLの抵抗値をさらに上昇させる。
Next, when the resistance value of the insulator RL is equal to or less than the threshold value, the
一方、図5に示す制御部12は、絶縁体RLの抵抗値が閾値より大きい場合、誘導炉1の運転を開始する。制御部12は、誘導炉1の運転中において、コイルLの一方端子がインバータ回路2の出力端子OUT+(スイッチング素子SW1の他方端子)に直接接続されるように切替スイッチ3の動作を制御する。また、制御部12は、誘導炉1の運転中において、スイッチング素子SW1、SW4をオンさせるとともにスイッチング素子SW2、SW3をオフさせた後、スイッチング素子SW1、SW4をオフさせるとともにスイッチング素子SW2、SW3をオンさせることを繰り返してコイルLに交流電流を流す。
On the other hand, the
なお、パルス電圧モード実施時にスイッチング素子SW1から切替スイッチ3を介してローパスフィルタ8に流れる電流を平滑する必要がない場合、切替スイッチ3及びローパスフィルタ8を省略してもよい。このように構成する場合、インバータ回路2の出力端子OUT+はコイルLの一方端子に直接接続される。
If it is not necessary to smooth the current flowing from the switching element SW1 to the low-pass filter 8 via the
このように、実施形態の誘導炉1の変形例では、スイッチング素子SW1が常時オンしているとともにスイッチング素子SW2〜SW4が常時オフしているときに電流検出部9により検出される電流と電圧検出部10により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、スイッチング素子SW1をオン、オフさせるとともにスイッチング素子SW4を常時オンさせるとともにスイッチング素子SW2、SW3を常時オフさせた後、スイッチング素子SW1を常時オンさせるとともにスイッチング素子SW2〜SW4を常時オフさせることを繰り返し、抵抗値が閾値より大きくなると、誘導炉1の運転を開始している。これにより、誘導炉1の運転前において、コイルLとアースとの間の絶縁体RLに吸着している水分を蒸発させて絶縁体RLの抵抗値を上昇させた後、誘導炉1の運転を開始させることができる。すなわち、誘導炉1の起動直前に、直流電流によるコイルLの自己発熱で絶縁体RLに吸着している水分を蒸発させて、その後、直流電圧と直流電流とにより求められる抵抗値により絶縁体RLの絶縁性を評価し、絶縁体RLの絶縁性を担保してから誘導炉1を起動させている。そのため、誘導炉1の運転中において、電源PからコイルL及び絶縁体RLを介してアースに流れる電流を抑えることができるため、コイルLに流れる全体の電流がコイルLの定格電流を超えることを抑えることができ、コイルLが劣化することを抑制することができる。すなわち、実施形態の誘導炉1の変形例によれば、絶縁体RLの抵抗値が低下していても、コイルLに比較的大きな電流が流れないようにすることができる。
As described above, in the modified example of the
また、図5に示す誘導炉1は、図1に示す誘導炉1に比べて、切替スイッチ4、間欠スイッチ6、及び遮断スイッチ7を省略することができる分、製造コストを低減することができる。
Further, in the
1 誘導炉
2 インバータ回路
3、4 切替スイッチ
5 炉
6 間欠スイッチ
7 遮断スイッチ
8 ローパスフィルタ
9 電流検出部
10 電圧検出部
11 記憶部
12 制御部
1
Claims (5)
前記コイルの一方端子と電源の正極端子との間に接続される間欠スイッチと、
前記コイルの他方端子と前記電源の負極端子との間に接続される遮断スイッチと、
前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電源の電圧を検出する電圧検出部と、
前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチのそれぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記間欠スイッチが常時オンしているとともに前記遮断スイッチが常時オフしているときに前記電流検出部により検出される電流と前記電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、
前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記コイルに交流電流を流す
ことを特徴とする誘導炉。 An induction furnace in which a magnetic field is generated inside the furnace when an alternating current flows through a coil provided outside the furnace.
An intermittent switch connected between one terminal of the coil and the positive terminal of the power supply,
A cutoff switch connected between the other terminal of the coil and the negative electrode terminal of the power supply,
A current detector that detects the current flowing through the coil,
A voltage detector that detects the voltage of the power supply and
A control unit that controls the operation of the intermittent switch and the cutoff switch, and
With
The control unit
The resistance value obtained by the current detected by the current detection unit and the voltage detected by the voltage detection unit when the intermittent switch is always on and the cutoff switch is always off is larger than the threshold value. Until then, the intermittent switch is turned on and off and the cutoff switch is always turned on, and then the intermittent switch is always turned on and the cutoff switch is always turned off.
An induction furnace characterized in that an alternating current is passed through the coil when the resistance value becomes larger than the threshold value.
第1及び第2の切替スイッチと、
一方の入力端子が前記第1の切替スイッチに接続され、他方の入力端子が前記第2の切替スイッチに接続され、一方の出力端子が前記コイルの一方端子に接続され、他方の出力端子が前記コイルの他方端子に接続され、前記コイルに交流電流を流すインバータ回路と、
を備え、
前記間欠スイッチの一方端子が前記第1の切替スイッチに接続され、前記間欠スイッチの他方端子が前記コイルの一方端子に接続され、
前記遮断スイッチの一方端子が前記第2の切替スイッチに接続され、前記遮断スイッチの他方端子が前記コイルの他方端子に接続され、
前記制御部は、
前記抵抗値が前記閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチの一方端子が前記第1の切替スイッチを介して前記電源の正極端子に接続され、前記遮断スイッチの一方端子が前記第2の切替スイッチを介して前記電源の負極端子に接続されるように前記第1及び第2の切替スイッチの動作を制御し、
前記絶縁体の抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記インバータ回路の一方の入力端子が前記第1の切替スイッチを介して前記電源の正極端子に接続され、前記インバータ回路の他方の入力端子が前記第2の切替スイッチを介して前記電源の負極端子に接続されるように前記第1及び第2の切替スイッチの動作を制御する
ことを特徴とする誘導炉。 The induction furnace according to claim 1.
The first and second changeover switches and
One input terminal is connected to the first changeover switch, the other input terminal is connected to the second changeover switch, one output terminal is connected to one terminal of the coil, and the other output terminal is said. An inverter circuit that is connected to the other terminal of the coil and allows alternating current to flow through the coil.
With
One terminal of the intermittent switch is connected to the first changeover switch, the other terminal of the intermittent switch is connected to one terminal of the coil, and the like.
One terminal of the cutoff switch is connected to the second changeover switch, the other terminal of the cutoff switch is connected to the other terminal of the coil, and the like.
The control unit
Until the resistance value becomes larger than the threshold value, one terminal of the intermittent switch is connected to the positive electrode terminal of the power supply via the first changeover switch, and one terminal of the cutoff switch connects the second changeover switch. The operation of the first and second changeover switches is controlled so as to be connected to the negative electrode terminal of the power supply via the above.
When the resistance value of the insulator becomes larger than the threshold value, one input terminal of the inverter circuit is connected to the positive electrode terminal of the power supply via the first changeover switch, and the other input terminal of the inverter circuit is connected to the positive electrode terminal of the power supply. An induction furnace characterized in that the operation of the first and second changeover switches is controlled so as to be connected to the negative electrode terminal of the power supply via the second changeover switch.
一方端子が前記電源の正極端子に接続され、他方端子が前記コイルの他方端子に接続される第1のスイッチング素子と、
一方端子が前記コイルの一方端子に接続され、他方端子が前記電源の負極端子に接続される第2のスイッチング素子と、
を備え、
前記間欠スイッチの一方端子が前記第1のスイッチング素子の一方端子に接続され、前記間欠スイッチの他方端子が前記第2のスイッチング素子の一方端子に接続され、
前記遮断スイッチの一方端子が前記第1のスイッチング素子の他方端子に接続され、前記遮断スイッチの他方端子が前記第2のスイッチング素子の他方端子に接続され、
前記制御部は、
前記抵抗値が前記閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせるとともに前記第1及び第2のスイッチング素子を常時オフさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせるとともに前記第1及び第2のスイッチング素子を常時オフさせることを繰り返し、
前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチをオンさせるとともに前記第1及び第2のスイッチング素子をオフさせた後、前記間欠スイッチ及び前記遮断スイッチをオフさせるとともに前記第1及び第2のスイッチング素子をオンさせることを繰り返して前記コイルに交流電流を流す
ことを特徴とする誘導炉。 The induction furnace according to claim 1.
A first switching element in which one terminal is connected to the positive electrode terminal of the power supply and the other terminal is connected to the other terminal of the coil.
A second switching element in which one terminal is connected to one terminal of the coil and the other terminal is connected to the negative electrode terminal of the power supply.
With
One terminal of the intermittent switch is connected to one terminal of the first switching element, and the other terminal of the intermittent switch is connected to one terminal of the second switching element.
One terminal of the cutoff switch is connected to the other terminal of the first switching element, and the other terminal of the cutoff switch is connected to the other terminal of the second switching element.
The control unit
The intermittent switch is always turned on and off, the cutoff switch is always turned on, the first and second switching elements are always turned off, and then the intermittent switch is always turned on until the resistance value becomes larger than the threshold value. Repeatedly turning off the cutoff switch and constantly turning off the first and second switching elements.
When the resistance value becomes larger than the threshold value, the intermittent switch and the cutoff switch are turned on and the first and second switching elements are turned off, and then the intermittent switch and the cutoff switch are turned off and the first cutoff switch is turned off. An induction furnace characterized in that an alternating current is passed through the coil by repeatedly turning on the second switching element.
前記制御部は、当該誘導炉の起動毎に求めた複数の前記抵抗値の低下傾向により前記絶縁体の残りの寿命を推定する
ことを特徴とする誘導炉。 The induction furnace according to any one of claims 1 to 3.
The control unit is a induction furnace, characterized in that the remaining life of the insulator is estimated from a plurality of decreasing tendencies of the resistance values obtained each time the induction furnace is started.
前記間欠スイッチが常時オンしているとともに前記遮断スイッチが常時オフしているときに前記電流検出部により検出される電流と前記電圧検出部により検出される電圧とにより求められる抵抗値が閾値より大きくなるまで、前記間欠スイッチをオン、オフさせるとともに前記遮断スイッチを常時オンさせた後、前記間欠スイッチを常時オンさせるとともに前記遮断スイッチを常時オフさせることを繰り返し、
前記抵抗値が前記閾値より大きくなると、前記コイルに交流電流を流して前記炉の内側に磁界を発生させる
ことを特徴とする誘導炉の運転方法。 An intermittent switch connected between one terminal of the coil provided on the outside of the furnace and the positive electrode terminal of the power supply, a cutoff switch connected between the other terminal of the coil and the negative electrode terminal of the power supply, and the coil. It is a method of operating an induction furnace including a current detection unit that detects the current flowing through the coil and a voltage detection unit that detects the voltage of the power supply.
The resistance value obtained by the current detected by the current detection unit and the voltage detected by the voltage detection unit when the intermittent switch is always on and the cutoff switch is always off is larger than the threshold value. Until then, the intermittent switch is turned on and off and the cutoff switch is always turned on, and then the intermittent switch is always turned on and the cutoff switch is always turned off.
A method for operating an induction furnace, which comprises passing an alternating current through the coil to generate a magnetic field inside the furnace when the resistance value becomes larger than the threshold value.
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