JP3649322B2 - インバータ装置の制御方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
この発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイル,共振用コンデンサなどからなる共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5はの種のインバータ装置の従来例を示す回路構成図であり、1は商用電源などの三相の交流電源、2はインバータ装置、3はインバータ装置2から給電され、図示の如く加熱コイル3a,共振用コンデンサ3bなどからなる共振負荷回路である。
【0003】
このインバータ装置2には図示の如くダイオードを三相ブリッジ接続にしたダイオード整流器11と、ダイオード整流器11の整流電圧を平滑しつつ、中性点電圧を生成するためのコンデンサ12a,コンデンサ12bからなる平滑回路12と、図示の如くIGBTとダイオードとの逆並列回路13a,13bとスナバコンデンサ13c,13dから形成されるインバータ主回路13と、平滑回路12の両端電圧を検出する直流電圧検出器14と、ダイオード整流器11からインバータ主回路13への経路の電流を検出する直流電流検出器15と、前記中性点電圧の出力端子とインバータ主回路13の交流出力端子との間に接続される共振負荷回路3への有効電力指令値を設定する有効電力指令器21と、直流電圧検出器14の検出値と直流電流検出器15の検出器とを乗算演算し、この演算値を共振負荷回路3の有効電力検出値として出力する乗算演算器22と、前記有効電力指令値と有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をインバータ装置2の出力電力設定値として出力する電力調節器23と、前記出力電力設定値に基づくPWM演算を行い、この演算結果のパルス列信号を出力するPWM回路24と、前記パルス列信号から逆並列回路13a,13bそれぞれのIGBTへのゲート信号を生成する駆動回路25とを備えている。
【0004】
図5に示したインバータ装置2はハーフブリッジ方式の電圧形インバータ装置と称され、逆並列回路13a,13bそれぞれのIGBTを交互にオン・オフさせる際に、PWM回路24では共振負荷回路3の加熱コイル3aと共振用コンデンサ3bとから導出される共振周波数の周期にほぼ等しい周期で論理「H」レベルと論理「L」レベルとを繰り返すパルス列信号を生成し、このとき、例えば、時比率λ=論理「H」レベル期間/(論理「H」レベルの期間+論理「L」レベルの期間)とし、この時比率λの値を0.5以下で、且つ、前記出力電圧設定値に対応するλ値にし、例えば、論理「H」レベルのときには駆動回路25を介して逆並列回路13aのIGBTをオン,逆並列回路13bのIGBTをオフさせ、また、論理「L」レベルのときには駆動回路25を介して逆並列回路13bのIGBTをオン,逆並列回路13aのIGBTをオフさせることにより、図示しない被加熱物を誘導加熱する共振負荷回路3に注入される有効電力を、前記有効電力指令値に調整できることが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のインバータ装置2における従来の制御方法では、例えば、前記時比率λが0.1を下回ると、逆並列回路13a のオン期間が短くなり、従って、スナバコンデンサ13cの放電時間,スナバコンデンサ13dの充電時間それぞれが不足して、インバータ主回路13の動作が不安定になる恐れがあり、その結果、インバータ装置2が出力する高周波の電力(すなわち、共振負荷回路3に注入できる有効電力)の調整範囲を広くできないという難点があった。
【0006】
この発明の目的は上記問題点を解決し、共振負荷回路に注入する有効電力をより広い範囲で調整できるインバータ装置の制御方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この第1の発明は、共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置において、
前記共振負荷回路への有効電力指令値と該負荷回路の有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を前記インバータ装置の出力電力設定値とし、該出力電力設定値が所定の演算切替設定値を越えているときには、該出力電力設定値に基づくパルス幅変調(PWM)演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ装置を構成するインバータ主回路をオン・オフ制御し、前記出力電力設定値が前記演算切替設定値に満たないときには、該出力電力設定値に基づくパルス周波数変調(PFM)演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とした制御方法にする。
【0008】
第2の発明は前記第1の発明の制御方法において、前記有効電力指令値が所定の間欠運転切替設定値に満たないときには、前記いずれかのパルス列信号を該有効電力指令値に対応して間引きされた間欠パルス列信号に変換し、この間欠パルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とする。
【0009】
第3の発明は前記第1又は第2の発明の制御方法において、前記PFM演算における時比率λの値を、前記PWM演算からPFM演算に切り替わる直前の該PWM演算における時比率λの値にしたことを特徴とする。
【0010】
第4の発明は前記第1又は第2の発明の制御方法において、前記PFM演算に
おける時比率λの値を0.5にしたことを特徴とする。
【0011】
この発明は共振負荷回路に注入する有効電力を、該共振負荷回路が有する共振周波数に対してインバータ装置が出力する周波数をより高く又はより低くすることにより、減少できることに着目してなされたものであり、このときの前記時比率λは該インバータ装置が安定に運転できる固定値でよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の第1の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図5に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【0013】
すなわち図1において、インバータ装置4には切替回路41とPFM回路42とが従来のインバータ装置2に対して付加され、この切替回路41では前記有効電力指令値と有効電力検出値との偏差を零にするべく、例えば電力調節器23では比例−積分(PI)演算を行い、この演算結果としてのインバータ装置5の出力電力設定値がPWM回路24での前記時比率λ値を0.1以下にする前記出力電力設定値のときには、前記出力電力設定値が前記時比率λ=0.1にする値を演算切替設定値として、前記λ<0.1のときの前記出力電力設定値をPFM回路41へ入力するように切り替える動作を行う。
【0014】
PFM回路42では入力された前記出力電力設定値に基づきパルス周波数変調(PFM)演算を行い、この演算結果のパルス列信号を駆動回路25へ出力し、このとき、PFM回路42での前記時比率λはこのインバータ装置4が安定に動作する任意の値とし、パルス列信号の論理「H」レベルと論理「L」レベルとの繰り返し周期を共振負荷回路3の加熱コイル3aと共振用コンデンサ3bとから導出される共振周波数の周期より小さい方向に変えていくことにより、インバータ装置4の動作が安定な領域で共振負荷回路3に注入する有効電力をより広い範囲で減少させることができる。
【0015】
図2はこの発明の第2の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図1に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【0016】
すなわち図2に示したインバータ装置5には、図1のインバータ装置4に間欠パルス発生器51が付加されている。
【0017】
この間欠パルス発生器51では上述のインバータ装置4の動作において、有効電力指令器21が設定する有効電力指令値が小さいときには、一般的にPFM回路42からのパルス列信号によりインバータ主回路13が動作しているが、該有効電力指令値がより小さい間欠運転切替設定値に達していないときには、前記パルス列信号を、例えば10サイクル中に1サイクル分を間引くなど、この間引き数を変えることにより、インバータ装置5が出力する高周波の周波数をあまり高くすることなく、共振負荷回路3に注入する有効電力をよりより広い範囲で減少させることができる。
【0018】
なお、図2に示したインバータ装置5ではPFM回路42から駆動回路25の経路に間欠パルス発生器51を挿入しているが、間欠パルス発生器51と同等機能の間欠パルス発生器をPWM回路24から駆動回路25への経路にも挿入した回路構成でもよい。
【0019】
図3はこの発明の第3の実施例を示す上述のインバータ装置4又はインバータ装置5の動作軌跡図である。
【0020】
図3における縦軸は電力調節器23の出力であるインバータ主回路13への出力電圧設定値を示し、横軸は,PWM回路24またはPFM回路41の出力であるパルス列信号の時比率λ値を示し、この時比率λがインバータ主回路13の安定運転可能な最小値をλmin とし、PWM回路24が出力するパルス列信号の時比率λが前記λmin 以上に対応する値を演算切替設定値としている。
【0021】
従って、上述の演算切替設定値を越える前記出力電力設定値のときには、インバータ主回路13はPWM回路24のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、共振負荷回路3の共振周波数にほぼ等しい周波数f1 で、その時比率λをλmin から0.5までの範囲で調整する。一方、前記出力電力設定値が上述の演算切替設定値に満たないときには、インバータ主回路13はPFM回路41のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、時比率λをλmin に固定しつつ、その周波数をf1 からより高い周波数fn の方向に調整する。
【0022】
上述の如く調整することにより、共振負荷回路3へ注入される有効電力をより広い範囲で調整でき、その際のPWM回路24とPFM回路42との間の切り替わり点近傍でのインバータ主回路13の動作も滑らかである。
【0023】
図4はこの発明の第4の実施例を示す上述のインバータ装置4又はインバータ装置5の動作軌跡図である。
【0024】
図4における縦軸は電力調節器23の出力であるインバータ主回路13への出力電圧設定値を示し、横軸は,PWM回路24またはPFM回路41の出力であるパルス列信号の時比率λ値を示し、この時比率λがインバータ主回路13の安定運転可能な最小値をλmin とし、PWM回路24が出力するパルス列信号の時比率λが前記λmin 以上に対応する値を演算切替設定値としている。
【0025】
従って、上述の演算切替設定値を越える前記出力電力設定値のときには、インバータ主回路13はPWM回路24のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、共振負荷回路3の共振周波数にほぼ等しい周波数f1 で、その時比率λをλmin から0.5までの範囲で調整する。一方、前記出力電力設定値が上述の演算切替設定値に満たないときには、インバータ主回路13はPFM回路41のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、時比率λを0.5に固定しつつ、その周波数をfx からより高い周波数fn の方向に調整する。
【0026】
上述の切替動作が行われる際に、f1 でλmin の状態と、fx でλ=0.5の状態との間に、インバータ主回路13が出力する電力をほぼ等しくなるようにfx を設定することにより、共振負荷回路3へ注入される有効電力をより広い範囲で調整できる。
【0027】
なお、図1〜図4に示した実施例の説明では、インバータ装置の構成として、中性点電位を利用したハーフブリッジ方式の電圧形インバータ装置について説明をしたが、フルブリッジ方式の電圧形インバータ装置,ハーフブリッジ方式で共振用コンデンサを2個用いた電圧形インバータ装置などでも、この発明の制御方法を実施することができる。
【0028】
【発明の効果】
この発明のインバータ装置の制御方法によれば、被加熱物を誘導加熱する際に加熱電力をより広い範囲で調整することができるので、例えば、被加熱物が多彩で、その加熱電力も広範囲にわたる業務用の電磁調理器のインバータ装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示すインバータ装置の回路構成図
【図2】この発明の第2の実施例を示すインバータ装置の回路構成図
【図3】この発明の第3の実施例を示すインバータ装置の動作軌跡図
【図4】この発明の第4の実施例を示すインバータ装置の動作軌跡図
【図5】従来例を示すインバータ装置の回路構成図
【符号の説明】
1…交流電源、2,4,5…インバータ装置、3…共振負荷回路、11…ダイオード整流器、12…平滑回路、13…インバータ主回路、14…直流電圧検出器、15…直流電流検出器、21…有効電力指令器、22…乗算演算器、23…電力調節器、24…PWM回路、25…駆動回路、41…切替回路、42…PFM回路、51…間欠パルス発生器。
Claims (4)
- 共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置において、
前記共振負荷回路への有効電力指令値と該負荷回路の有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を前記インバータ装置の出力電力設定値とし、
該出力電力設定値が所定の演算切替設定値を越えているときには、該出力電力設定値に基づくパルス幅変調(PWM)演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ装置を構成するインバータ主回路をオン・オフ制御し、前記出力電力設定値が前記演算切替設定値に満たないときには、該出力電力設定値に基づくパルス周波数変調(PFM)演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とするインバータ装置の制御方法。 - 請求項1に記載のインバータ装置の制御方法において、
前記有効電力指令値が所定の間欠運転切替設定値に満たないときには、前記いずれかのパルス列信号を該有効電力指令値に対応して間引きされた間欠パルス列信号に変換し、この間欠パルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とするインバータ装置の制御方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のインバータ装置の制御方法において、
前記PFM演算における時比率λの値を、前記PWM演算からPFM演算に切り替わる直前の該PWM演算における時比率λの値にしたことを特徴とするインバータ装置の制御方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のインバータ装置の制御方法において、前記PFM演算における時比率λの値を0.5にしたことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
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