JP4015526B2 - Induction heating apparatus operating method and induction heating apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に近接して配置した複数の加熱コイルのそれぞれに、対応する共振型インバータによって電流を供給する誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共振型インバータを１台で単独に運転する場合、インバータの出力電圧は、図６（１）に示したようなベクトル図の関係にある。ただし、図６（１）において、ｖはインバータの出力電圧、ｉはインバータの出力電流であり、Ｒはインバータの負荷部におけるインピーダンスの抵抗成分、Ｘ_L は同じく誘導性リアクタンス成分、Ｘ_C は同じく容量性リアクタンス成分である。この場合、インバータの出力電圧ｖと出力電流ｉとの関係は、同図（２）に示したように、比例関係にある。
【０００３】
共振型インバータに接続した加熱コイルにより被加熱部材を誘導加熱する場合、被加熱部材の加熱温度の制御は、インバータの出力電流を介して被加熱部材に生ずる渦電流を制御することによって行なわれる。そして、インバータを単独で運転する場合、出力電圧ｖと出力電流ｉとは、上記したように比例関係にあるので、出力電圧を制御することによって容易に出力電流を制御することが可能で、加熱温度の制御を正確に行なうことができる。
【０００４】
一方、複数の加熱コイルのそれぞれに対応して共振型インバータを設け、複数の加熱コイルによって誘導加熱を行なう誘導加熱装置がある。この場合、各加熱コイル間における温度低下を防止するなどの目的のため、各加熱コイルを近接して配置している。このため、このような誘導加熱装置は、各加熱コイル間において相互誘導を生ずる。
【０００５】
例えば、図７に示した誘導加熱装置１のように、第１加熱ユニット１０と第２加熱ユニット２０とを備えており、各加熱ユニット１０、２０のそれぞれが第１逆変換部（インバータ）１２、第２逆変換部２２と、これらの逆変換部１２、２２に対応した第１負荷部１４、第２負荷部２４とが設けられ、各負荷部１４、２４の第１加熱コイル１６、第２加熱コイル２６が近接配置されているとする。そして、各逆変換部１２、２２は、第１チョッパ回路１８、第２チョッパ回路２８を介して順変換部３に並列接続してある。また、各加熱ユニット１０、２０の負荷部１４、２４は、加熱コイル１６、２６とコンデンサＣ_１、Ｃ_２が直列接続してあって、逆変換部１２、２２が直列共振型インバータを構成している。なお、図７において、ｖ_１、ｉ_１は第１逆変換部１２の出力電圧と出力電流、Ｒ_１は第１加熱コイル１６の内部抵抗、Ｌ_１は第１加熱コイル１６の自己インダクタンスである。また、ｖ_２、ｉ_２、Ｒ_２、Ｌ_２は、それぞれ第２逆変換部２２の出力電圧と出力電流、第２加熱コイル２６の内部抵抗と自己インダクタンスである。
【０００６】
図７のように、２つの加熱コイル１６、２６が近接配置されると、各加熱コイル間１６、２６において相互誘導が発生し、同図に示したように、第１負荷部１４には、第２逆変換部２２の出力電流ｉ₂ による誘導電圧ｖ_M2生じ、第２負荷部２４には第１逆変換部１２の出力電流ｉ₁ による誘導電圧ｖ_M1が生ずる。このため、第１逆変換部１２と第２逆変換部２２との出力電圧ｖ₁ 、ｖ₂ は、
【数１】

【数２】

のようになる。ただし、これらの数式において、θは出力電流ｉ₁ 、ｉ₂ の位相差であり、ωは角周波数であって、各逆変換部１２、２２の出力周波数をｆとした場合、ω＝２πｆである。また、ｊは、虚数単位を示す。
【０００７】
そして、各出力電流ｉ_１、ｉ_２が同期している場合、上記数式１と数式２とは、
【数３】

【数４】

のようになる。このため、第１逆変換部１２の電圧ベクトル図は、図８（１）のようになる。また、第１逆変換部１２の出力電圧ｖ_１と出力電流ｉ_１との関係は、同図（２）のようになる。このことは、第２逆変換部２２側においても同様である。
なお、近接配置した複数の加熱コイル間に生ずる相互誘導による影響を除去する技術が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００２−２６０８３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば第１逆変換部１２の出力電圧に関する数式３において、相互誘導電圧（誘導電圧）ｊωＭｉ₂ ＝一定としたときに、出力電流ｉ₁ が減少してくると、（Ｒ₁ ＋ｊＸ_L1−ｊＸ_C1）ｉ₁ が小さくなり、特にカッコ内の値が容量性である場合、出力電圧ｖ₁ と出力電流ｉ₁ との関係が図９のようになって、出力電圧ｖ₁ が極小値を有するようになる。すなわち、出力電流ｉ₁ の小さい領域においては、出力電圧ｖ₁ と出力電流ｉ₁ とが比例しないため、第１逆変換部１２の出力電圧ｖ₁ によって出力電流ｉ₁ を制御することが困難となり、被加熱部材の温度制御をすることができなくなる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、低出力電流領域においても出力電圧によって出力電流を制御できるようにすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータを備えた誘導加熱装置の運転方法であって、任意運転時の前記各インバータの出力電流を検出し、そのときの制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下と他の前記インバータの出力電流に基づく誘導電圧とを求め、これらの電圧降下と誘導電圧との前記各インバータの定格出力電流運転時における定格時電圧降下と定格時誘導電圧とにおいて、前記制御対象インバータの定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を前記定格時誘導電圧と係数との積とし、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時における定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、このときの前記制御対象インバータの定格時出力電圧と前記定格出力電流間の位相角とを求め、前記任意運転時の前記制御対象インバータを、求めた前記係数と前記位相角とが得られるように前記制御対象インバータの出力周波数を制御する、ことを特徴としている。
【００１１】
また上記運転方法を実施できる誘導加熱装置は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータと、これら各インバータの出力電圧を検出する電圧検出器と、前記各インバータの出力電流を検出する電流検出器と、制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下を検出する電圧降下検出部と、前記制御対象インバータの負荷部における前記他のインバータの出力電流に基づく誘導電圧を検出する誘導電圧検出部と、この誘導電圧検出部と前記電圧降下検出部との検出信号に基づいて、前記各インバータの定格出力電流運転時における前記制御対象インバータの前記インピーダンスによる定格時電圧降下と前記他のインバータの定格出力電流による定格時誘導電圧とを求めるとともに、前記定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積としたときに、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時の定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、前記定格時出力電圧と前記定格出力電流との位相角とを求める定格時運転条件演算部と、前記制御対象インバータの任意運転時における前記出力電圧と、前記インピーダンスによる電圧降下と前記誘導電圧との和との比が前記定格時運転条件演算部により求めた前記係数を満足するように、前記制御対象インバータの出力電圧と出力電流との位相角が得られる前記制御対象インバータの出力周波数を求める制御周波数演算部と、を有することを特徴としている。
【００１２】
【作用】
上記のごとくなっている本発明は、各インバータの定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。図１において、誘導加熱装置１００は、交流電源１０２に順変換部１０４が接続してあり、順変換部１０４の出力側に平滑コンデンサ１０６が設けてある。この順変換部１０４は、交流電源１０２が出力する交流電力を直流電力に変換する。そして、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とを有している。これらの加熱ユニット２００、３００は、平滑コンデンサ１０６に並列に接続してある。
【００１４】
各加熱ユニット２００、３００は、それぞれ直流電源部２０２、３０２、直流電源部２０２、３０２の出力側に設けた逆変換部である第１インバータ２０４、第２インバータ３０４、第１負荷部２０６、第２負荷部３０６を有している。各直流電源部２０２、３０２は、周知のチョッパ回路２１０、３１０と、この出力側に設けた平滑用のコンデンサ２１２、３１２とから構成してある。また、第１インバータ２０４、第２インバータ３０４は、各アームがトランジスタと、このトランジスタに逆並列に接続したダイオードからなるブリッジ回路によって構成してある。そして、各インバータ２０４、３０４の出力側には、それぞれに対応して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６が接続してある。各第１、第２負荷部２０６、３０６は、それぞれ第１加熱コイル２１４、第２加熱コイル３１４とコンデンサ２１６、３１６とが直列に接続してある。したがって、各インバータ２０４、３０４は、直列共振型インバータを構成している。なお、図１において加熱コイル２１４、３１４の内部抵抗は省略してある。また、図１に示した符号Ｌ₁ 、Ｌ₂ は、第１加熱コイル２１４と第２加熱コイル３１４との自己インダクタンスを示す。
【００１５】
さらに、各インバータ２０４、３０４の出力側には、インバータ２０４、３０４の出力電圧を検出する電圧検出器２１８、３１８がインバータ２０４、３０４と並列に設けてあるとともに、インバータ２０４、３０４の出力電流を検出する電流検出器２２０、３２０が加熱コイル２１４、３１４、コンデンサ２１６、３１６と直列に設けてある。これらの電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の検出信号は、対応する各加熱ユニット２００、３００のチョッパ回路２１０、３１０に接続した電力制御部２２２、３２２に入力するようになっている。また、電力制御部２２２、３２２には、電力設定器２２４、３２４が接続してある。各電力制御部２２２、３２２は、詳細を後述するように、電力設定器２２４、３２４、電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の出力信号に基づいて、チョッパ回路２１０、３１０の、トランジスタとダイオードとを逆並列接続して形成したチョップ部２２６、３２６をオン・オフし、チョッパ回路２１０、３１０の通流率を変化させる。このため、直流電源部２０２、３０２は、コンデンサ２１２、３１２の両端の電圧の大きさが変化し、インバータ２０４、３０４に与える電圧の大きさが変わって、インバータ２０４、３０４の出力電力を変化させる。
【００１６】
第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とには、それぞれ詳細を後述する第１周波数制御部２３０、第２周波数制御部３３０と、ゲートパルス生成部２３２、３３２とが設けてある。ゲートパルス生成部２３２、３３２は、周波数制御部２３０、３３０の出力側に設けてあって、周波数制御部２３０、３３０の出力信号に基づいて、対応するインバータ２０４、３０４を駆動するゲートパルスを生成し、インバータ２０４、３０４を構成している各トランジスタに与える。そして、第１周波数制御部２３０は、入力側に電圧検出器２１８、電流検出器２２０、３２０が接続してあって、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧と、電流検出器２２０が検出した第１インバータの出力電流と、電流検出器３２０が検出した第２インバータ３０４の出力電流とが入力するようになっている。また、第２周波数制御部３３０には、電圧検出器３１８と電流検出器３２０とが検出した第２インバータ３０４の出力電圧と出力電流とが入力するとともに、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流が入力するようになっている。
【００１７】
第１周波数制御部２３０と第２周波数制御部３３０とは、同様に形成してある。そして、図２は、実施形態に係る第１周波数制御部２３０のブロック図を示したものである。
【００１８】
第１周波数制御部２３０は、図２に示したように、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部（電圧降下量検出部）２３６、誘導電圧検出部２３８、制御周波数演算部２４０、定格時運転条件演算部２４２を有する。
【００１９】
位相角検出部２３４は、第１インバータ２０４の出力電圧と出力電流との位相角φ₁ を求めるもので、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧ｖ₁ と、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流ｉ₁ とが入力する。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、第１インバータ２０４が電力を供給する第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧の降下量を求めるもので、電流検出器２２０の検出信号が入力するようになっている。そして、誘導電圧検出部２３８は、第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ に基づく、第１負荷部２０６における相互誘導による誘導電圧ｖ_M2が求められるようになっている。この誘導電圧検出部２３８とインピーダンス電圧降下量検出部２３６との出力信号は、定格時運転条件演算部２４２に入力される。
【００２０】
定格時運転条件演算部２４２は、第１インバータ２０４と第２インバータ３０４とが定格出力電流（ｉ₁ ＝１００％、ｉ₂ ＝１００％）運転（定格運転）されたときの、第１インバータ２０４の出力電圧と第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と相互誘導電圧とのベクトル図を作成する。また、定格時運転条件演算部２４２は、詳細を後述するように、第１負荷部２０６におけるリアクタンス成分による電圧降下を、第２インバータ３０４の定格運転時の定格出力電流ｉ₂₀による第１負荷部２０６における誘導電圧（定格時誘導電圧）Ｖ_M20 と係数α₁ との積とし、第１インバータ２０４の出力電圧が第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧Ｖ_M20 との和の所定倍（実施形態の場合、２倍）以上となる前記係数α₁ 、定格時出力電圧ｖ₁₀´、定格時出力電圧ｖ₁₀´と定格出力電流（定格電流）ｉ₁₀との間の位相角φ₁₀´とを求め、係数α₁ 、位相角φ₁₀´を制御周波数演算部２４０に送出する。
【００２１】
そして、制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８、定格時運転条件演算部２４２の出力信号に基づいて、第１インバータ２０４のトランジスタに与えるゲートパルスの周波数を求め、ゲートパルス生成部に２３２に出力する。ゲートパルス生成部２３２の出力したゲートパルスは、制御周波数演算部２４０にフィードバックされる。
【００２２】
このようになっている実施形態に係る誘導加熱装置１００は、順変換部１０４が交流電源１０２の出力する交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１０６は、順変換部１０４の出力する直流電力を平滑化する。また、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００、第２加熱ユニット３００の直流電源部２０２、３０２を形成しているチョッパ回路２１０、３１０が順変換部１０４の出力する直流電力を直流変換し、対応する第１インバータ２０４、第２インバータ３０４に与える。そして、インバータ２０４、３０４は、コンデンサ２１２、３１２によって平滑化された直流電力を交流電力に逆変換して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６に与える。
【００２３】
加熱ユニット２００、３００に設けた電力設定器２２４、３２４には、対応するインバータ２０４、３０４の出力すべき電力が設定されており、この設定値が電力制御部２２２、３２２に与えられる。電力制御部２２２、３２２は、対応する電圧検出器２１８、３１８と電流検出器２２０、３２０とが出力する検出信号を読み込み、対応する各インバータ２０４、３０４の実際の出力電力を求め、求めた出力電力を電力設定器２２４、３２４の出力する設定値と比較する。そして、電力制御部２２２、３２２は、インバータ２０４、３０４の出力電力が設定値となるように、チョッパ回路２１０、３１０のチョップ部２２６、３２６に与えるゲートパルスの長さを調節して通流率を変える。
【００２４】
一方、第１加熱ユニット２００の第１周波数制御部２３０は、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が電流検出器２２０の検出して出力する第１インバータ２０４の出力電流ｉ₁ を読み込み、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下量を求める。また、第１周波数制御部２３０の誘導電圧検出部２３８は、電流検出器３２０が検出して出力する第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ を読み込み、第１負荷部２０６における第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ に基づく相互誘導電圧ｖ_M2を求める。
【００２５】
第１負荷部２０６に相互誘導が存在する場合の第１インバータ２０４の出力電圧ｖ₁ は、前記したように、
【数５】

として表すことができる。この数式５において、右辺第１項と第２項のＲ₁ ｉ₁ ＋ｊ（Ｘ_L1−Ｘ_1C1）ｉ₁ が第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下を示し、右辺第３項のｊωＭｉ₂ が第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ に基づく誘導電圧である。ただし、Ｒ₁ は第１加熱コイル２１４の内部抵抗であり、Ｘ_L1は第１加熱コイル２１４による誘導性リアクタンス、Ｘ_C1は第１負荷部２０６のコンデンサ２１６による容量性リアクタンスである。
【００２６】
誘導電圧検出部２３８は、実施形態の場合、第２インバータ３０４が定格出力電流（定格電流）ｉ₂₀によって運転されたときに第１負荷部２０６に生ずる定格時誘導電圧Ｖ_M20と、第２インバータ３０４の定格電流ｉ₂₀とが設定値として与えられており、これらの定格時誘導電圧Ｖ_M20、定格電流ｉ₂₀ と、電流検出器３２０が検出した現在の第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ とによって、現在の誘導電圧をＶ_M20 ×（ｉ₂ ／ｉ₂₀）として求めるようになっている。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、インピーダンスによる電圧降下のうち、リアクタンスによる電圧降下ｊ（Ｘ_L1−Ｘ_C1）ｉ₁ が定格時誘導電圧Ｖ_M20を定数とする出力電流ｉ₁ の関数として近似して求める。すなわち、（Ｘ_L1−Ｘ_C1）≧０となる周波数において、適当な係数α₁を選ぶことにより、
【数６】

と近似することができる。したがって、実施形態の場合、数式５に示した第１インバータ２０４の出力電圧ｖ₁ は、
【数７】

となる。ただし、Ｖ_R1は第１加熱コイル２１４の内部抵抗による任意運転時の電圧降下であり、ｉ₁₀は第１インバータ２０４の定格出力電流（定格電流）である。
【００２７】
インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下量と、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧とは、定格時運転条件演算部２４２に入力される。定格時運転条件演算部２４２は、入力された電圧降下量と誘導電圧とから、各インバータ２０４、３０４が定格電流によって運転されたとき、すなわち第１インバータ２０４の出力電流ｉ₁ が１００％値、第２インバータ３０４の出力電流ｉ₂ が１００％値のときの制御対象となる第１インバータ２０４について、図３の実線に示したような仮想の電圧ベクトル図を作成する。
【００２８】
定格時運転条件演算部２４２には、第１インバータ２０４が定格電流ｉ₁₀により運転されたときの、第１加熱コイル２１４の内部抵抗による電圧降下Ｖ_R10 、第２インバータ３０４が定格電流ｉ₂ で運転されたときの第１負荷部２０６における定格時誘導電圧Ｖ_M20 が与えられている。そして、定格時運転条件演算部２４２は、定格電流運転時における第１インバータ２０４の出力電圧（定格時出力電圧）Ｖ₁₀´と、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる定格時電圧降下と第２インバータ３０４の定格電流運転時の定格時誘導電圧Ｖ_M20 との和との比が予め定めた値（実施形態の場合「２」）以上となる係数α₁ と、このときの第１インバータ２０４の定格時出力電圧Ｖ₁₀´と定格電流ｉ₁₀との位相角φ₁₀´とを求める。すなわち、定格時運転条件演算部２４２は、
【数８】

の式において、
【数９】

を満足する係数α₁ と位相角φ₁₀´とを求め、制御周波数演算部２４０に出力する。なお、数式９のＡは、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下であって、図３の破線に示したように、
【数１０】

である。
【００２９】
制御周波数演算部２４０には、定格時運転条件演算部２４２から係数α₁ が入力するとともに、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８の出力が入力するようになっている。位相角検出部２３４は、電圧検出器２１８と電流検出器２２０とが検出した第１インバータ２０４の現在の出力電圧ｖ₁ 、出力電流ｉ₁ とから、第１インバータ２０４の現在の出力電圧と出力電流との位相角φ₁ を求めて制御周波数演算部２４０に出力する。制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４が求めた位相角φ₁ 、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下｛Ｖ_R1＋ｊＶ_M20 ×（ｉ₁ ／ｉ₁₀）｝、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧｛ｊＶ_M20 ×（ｉ₂ ／ｉ₂₀）｝、定格時運転条件演算部２４２が求めた係数α₁ に基づいて、
【数１１】

を満足するＶ₁ ´を求めるとともに、このＶ₁ ´が得られるような第１インバータ２０４の出力電圧Ｖ₁ ´と出力電流ｉ₁ の位相角φ₁ ´を求め、図４に示したような電圧ベクトル図を作成する。そして、制御周波数演算部２４０は、位相角φ₁ ´が得られる第１インバータの出力周波数ｆ₁ を演算し、ゲートパルス生成部２３２に与える。すなわち、数式５において周波数ｆ₁ が大きくなると、（Ｘ_L1−Ｘ_C1）およびωＭが大きくなる。この結果、図８（１）を参照することにより理解されるように、電流と電圧との位相角が大きくなる。したがって、第１インバータ２０４の出力周波数ｆ₁ を制御することにより、目標とする位相角φ₁´を得ることができる。ゲートパルス生成部２３２は、制御周波数演算部２４０が求めた出力周波数ｆ₁ のゲートパルスを生成して第１インバータ２０４のトランジスタに与え、制御周波数演算部２４０にフィードバックする。
【００３０】
これにより、第１負荷部２０６の実質的なインピーダンスを一定値以上に確保することができ、第１インバータ２０４の出力電圧ｖ₁ と出力電流ｉ₁ との関係が図５のようになって、出力電流ｉ₁ の小さな領域において出力電圧ｖ₁ が極小値を有するようなことがなくなる。したがって、第１インバータ２０４の出力電流を出力電圧によって容易、正確に制御することが可能となり、被加熱部材の温度制御を高精度に行なうことができる。また、数式９を満足する場合、図５の電圧−電流の関係において、ｖ₁ がｊωＭｉ₂ 〜１００％の範囲の広い値を取ることができ、制御性が向上する。
【００３１】
なお、定格時運転条件演算部２４２は、求めたα_１が、α_１＞０のときには算出したα_１の値をそのまま制御周波数演算部２４０に与え、例えばＲ_１が大きい場合などのように、α≦０のときにはα_１＝０を制御周波数演算部２４０に出力する。また、第２加熱ユニット３００に設けた第２周波数制御部３３０は、第２インバータ３０４に対して、第１周波数制御部２３０が第１インバータ２０４に対して行なうのと同様の制御を行なう。この場合において、第２インバータ３０４の出力電圧ｖ_２は、次式のように表される。
【数１２】

ただし、数式１２において、Ｖ_Ｒ２は第２インバータ３０４の定格電流運転時における第２加熱コイル３１４の内部抵抗による電圧降下、Ｖ_Ｍ１０は第１インバータ２０４が定格電流運転をしたときの第２負荷部３０６における定格時誘導電圧である。また、α_２は、α_１に対応した係数である。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、インピーダンス電圧降下量検出部２３６がインピーダンスによる電圧降下を、
【数１３】

として求めた場合について説明したが、インピーダンスによる電圧降下を、
【数１４】

として求め、定格時運転条件演算部２４２において数式１３のように変換してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。
【図２】 実施の形態に係る周波数制御部のブロック図である。
【図３】 実施の形態に係る定格時運転条件演算部の作用を説明する電圧ベクトル図である。
【図４】 実施の形態に係る誘導加熱装置の共振型インバータの任意運転時の運転制御方法を説明する電圧ベクトル図である。
【図５】 実施の形態に係る誘導加熱装置の出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図６】 共振型インバータを単独運転したときの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図７】 ２台のインバータのそれぞれに加熱コイルが設けられた誘導加熱装置における相互誘導の説明図である。
【図８】 負荷部に相互誘導がある場合の共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図９】 負荷部のインピーダンスが容量性である場合の、相互誘導があるときの共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００………誘導加熱装置、１０４………順変換部、２００………第１加熱ユニット、２０２、３０２………直流電源部、２０４………第１インバータ、２０６………第１負荷部、２１４………第１加熱コイル、２１６、３１６………コンデンサ、２１８、３１８………電圧検出器、２２０、３２０………電流検出器、２３０………第１周波数制御部、２３２、３３２………ゲートパルス生成部、２３４………位相角検出部、２３６………電圧降下検出部（インピーダンス電圧降下量検出部）、２３８………誘導電圧検出部、２４０………制御周波数演算部、２４２………定格時運転条件演算部、３００………第２加熱ユニット、３０４………第２インバータ、３０６………第２負荷部、３１４………第２加熱コイル、３３０………第２周波数制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction heating apparatus, and more particularly to an operation method and an induction heating apparatus for an induction heating apparatus that supplies current to each of a plurality of heating coils arranged close to each other by a corresponding resonance inverter.
[0002]
[Prior art]
When a single resonance type inverter is operated alone, the output voltage of the inverter is in a vector diagram as shown in FIG. In FIG. 6 (1), v is the output voltage of the inverter, i is the output current of the inverter, R is a resistance component of impedance in the load portion of the inverter, X_LIs also an inductive reactance component, X_CIs also a capacitive reactance component. In this case, the relationship between the output voltage v of the inverter and the output current i is proportional as shown in FIG.
[0003]
When the member to be heated is induction-heated by a heating coil connected to the resonance type inverter, the heating temperature of the member to be heated is controlled by controlling the eddy current generated in the member to be heated through the output current of the inverter. When the inverter is operated alone, the output voltage v and the output current i are in a proportional relationship as described above. Therefore, the output current can be easily controlled by controlling the output voltage. The temperature can be accurately controlled.
[0004]
On the other hand, there is an induction heating apparatus in which a resonance type inverter is provided corresponding to each of the plurality of heating coils and induction heating is performed by the plurality of heating coils. In this case, the heating coils are arranged close to each other for the purpose of preventing a temperature drop between the heating coils. For this reason, such an induction heating device causes mutual induction between the respective heating coils.
[0005]
  For example, like the induction heating apparatus 1 shown in FIG. 7, the first heating unit 10 and the second heating unit 20 are provided.20Are provided with a first reverse conversion unit (inverter) 12, a second reverse conversion unit 22, and a first load unit 14 and a second load unit 24 corresponding to the reverse conversion units 12 and 22, respectively. It is assumed that the first heating coil 16 and the second heating coil 26 of the parts 14 and 24 are arranged close to each other. The inverse conversion units 12 and 22 are connected in parallel to the forward conversion unit 3 via the first chopper circuit 18 and the second chopper circuit 28. Moreover, the load parts 14 and 24 of each heating unit 10 and 20 are the heating coils 16 and 26 and the capacitor C.₁, C₂Are connected in series, and the inverse converters 12 and 22 form a series resonant inverter. In FIG. 7, v₁, I₁Is the output voltage and output current of the first inverse converter 12, R₁Is the internal resistance of the first heating coil 16, L₁Is the self-inductance of the first heating coil 16. And v₂, I₂, R₂, L₂Are the output voltage and output current of the second inverse converter 22, the internal resistance and the self-inductance of the second heating coil 26, respectively.
[0006]
As shown in FIG. 7, when the two heating coils 16 and 26 are arranged close to each other, mutual induction occurs between the heating coils 16 and 26, and as shown in FIG. Output current i of the second inverse converter 22₂Induced voltage v_M2And the output current i of the first inverse conversion unit 12 is generated in the second load unit 24.₁Induced voltage v_M1Will occur. Therefore, the output voltage v of the first inverse conversion unit 12 and the second inverse conversion unit 22₁, V₂Is
[Expression 1]

[Expression 2]

become that way. In these equations, θ is the output current i₁, I₂Ω is an angular frequency, and ω = 2πf where f is the output frequency of each of the inverse transform units 12 and 22. J represents an imaginary unit.
[0007]
  And each output current i₁, I₂Are synchronized, Equation 1 and Equation 2 are
[Equation 3]

[Expression 4]

become that way. Therefore, the voltage vector diagram of the first inverse transform unit 12 is as shown in FIG. Further, the output voltage v of the first inverse converter 12₁And output current i₁(2) in the figure. The same applies to the second inverse transform unit 22 side.
  Patent Document 1 discloses a technique for removing the influence of mutual induction that occurs between a plurality of heating coils arranged close to each other.
[Patent Document 1]
JP 2002-260833 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, in Equation 3 regarding the output voltage of the first inverse conversion unit 12, the mutual induction voltage (induction voltage) jωMi₂= Output current i when constant₁Decreases, (R₁+ JX_L1-JX_C1) I₁Output voltage v, especially when the value in parentheses is capacitive₁And output current i₁And the output voltage v becomes as shown in FIG.₁Has a local minimum. That is, the output current i₁In a small region, the output voltage v₁And output current i₁Is not proportional to the output voltage v of the first inverse conversion unit 12₁By the output current i₁It becomes difficult to control the temperature of the heated member.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and has an object of enabling an output current to be controlled by an output voltage even in a low output current region.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An operation method of the induction heating apparatus according to the present invention is an operation method of the induction heating apparatus including a resonance type inverter provided corresponding to a plurality of heating coils, and detects an output current of each inverter during arbitrary operation. Then, the voltage drop due to the impedance in the load portion of the inverter to be controlled at that time and the induced voltage based on the output current of the other inverter are obtained, and the rated output current operation of each inverter with the voltage drop and the induced voltage is performed. In the rated voltage drop and the rated induced voltage in the above, the voltage drop due to the reactance of the rated voltage drop of the controlled inverter is the product of the rated induced voltage and the coefficient, and the rated inverter is operated at the rated output current. The coefficient at which the ratio of the rated output voltage and the sum of the rated voltage drop and the rated induced voltage is equal to or greater than a predetermined value. In this case, the rated output voltage and the phase angle between the rated output currents of the control target inverter at this time are obtained, and the obtained coefficient and the phase angle of the control target inverter during the arbitrary operation are obtained. And controlling the output frequency of the inverter to be controlled.
[0011]
An induction heating apparatus capable of carrying out the above operation method includes a resonant inverter provided corresponding to a plurality of heating coils, a voltage detector for detecting an output voltage of each inverter, and an output current of each inverter. A current detector; a voltage drop detection unit that detects a voltage drop due to an impedance in a load unit of the control target inverter; and an induction voltage detection that detects an induction voltage based on an output current of the other inverter in the load unit of the control target inverter. And a voltage drop at the time of rating due to the impedance of the inverter to be controlled during the rated output current operation of each inverter based on detection signals of the induction voltage detector and the voltage drop detector. In addition to determining the rated voltage induced by the rated output current, the voltage drop When the voltage drop due to impedance is the product of the rated induced voltage and the coefficient, the rated output voltage during the rated output current operation of the controlled inverter and the sum of the rated voltage drop and the rated induced voltage And the output voltage at the time of arbitrary operation of the inverter to be controlled, the coefficient at which the ratio is equal to or greater than a predetermined value, and the operating condition calculation unit for determining the phase angle between the rated output voltage and the rated output current And the phase angle between the output voltage and the output current of the inverter to be controlled so that the ratio of the voltage drop due to the impedance and the sum of the induced voltages satisfies the coefficient obtained by the rated operating condition calculation unit And a control frequency calculation unit that obtains an output frequency of the inverter to be controlled.
[0012]
[Action]
In the present invention as described above, the voltage drop due to the reactance of the load part of the inverter to be controlled at the rated output current operation of each inverter is the product of the induced voltage and the coefficient at the rated time, and the rated output voltage is When the above-mentioned coefficient is set so that the sum of the voltage drop and the induced voltage at the rated value is not less than a predetermined value, the substantial impedance of the inverter to be controlled is increased, and an induced voltage is generated between each heating coil. Even so, the output frequency of the control target inverter can be obtained so that the ratio of the output voltage at the time of arbitrary operation of the control target inverter and the sum of the voltage drop due to the impedance of the load part and the induced voltage can be obtained. By controlling, a proportional relationship is obtained between the output voltage and the output current even in a region where the output current is small. Therefore, the output current of the inverter can be controlled by the output voltage of the inverter, and the temperature control of the heated member can be performed with high accuracy.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of an operation method of an induction heating apparatus and an induction heating apparatus according to the present invention will be described in detail according to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the induction heating apparatus 100 has a forward conversion unit 104 connected to an AC power source 102, and a smoothing capacitor 106 is provided on the output side of the forward conversion unit 104. The forward conversion unit 104 converts AC power output from the AC power source 102 into DC power. The induction heating apparatus 100 includes a first heating unit 200 and a second heating unit 300. These heating units 200 and 300 are connected to the smoothing capacitor 106 in parallel.
[0014]
Each of the heating units 200 and 300 includes a first inverter 204, a second inverter 304, a first load unit 206, and a first load unit 206, which are direct conversion units provided on the output side of the DC power units 202 and 302 and the DC power units 202 and 302, respectively. Two load portions 306 are provided. Each of the DC power supply units 202 and 302 includes a well-known chopper circuit 210 and 310 and smoothing capacitors 212 and 312 provided on the output side. Further, each of the first inverter 204 and the second inverter 304 is configured by a bridge circuit in which each arm includes a transistor and a diode connected in antiparallel to the transistor. And the 1st load part 206 and the 2nd load part 306 are connected to the output side of each inverter 204,304 corresponding to each. In each of the first and second load units 206 and 306, a first heating coil 214 and a second heating coil 314 and capacitors 216 and 316 are connected in series, respectively. Therefore, each inverter 204, 304 constitutes a series resonance type inverter. In FIG. 1, the internal resistances of the heating coils 214 and 314 are omitted. In addition, the symbol L shown in FIG.₁, L₂Indicates the self-inductance between the first heating coil 214 and the second heating coil 314.
[0015]
Furthermore, voltage detectors 218 and 318 for detecting the output voltage of the inverters 204 and 304 are provided in parallel with the inverters 204 and 304 on the output side of the inverters 204 and 304, and the output current of the inverters 204 and 304 is supplied. Current detectors 220 and 320 for detection are provided in series with the heating coils 214 and 314 and the capacitors 216 and 316. The detection signals of the voltage detectors 218 and 318 and the current detectors 220 and 320 are input to the power control units 222 and 322 connected to the chopper circuits 210 and 310 of the corresponding heating units 200 and 300, respectively. Yes. In addition, power setting units 224 and 324 are connected to the power control units 222 and 322. As will be described in detail later, each of the power control units 222 and 322 is based on the output signals of the power setting units 224 and 324, the voltage detectors 218 and 318, and the current detectors 220 and 320. The chop portions 226 and 326 formed by connecting the transistors and the diodes in reverse parallel are turned on and off, and the conduction ratios of the chopper circuits 210 and 310 are changed. For this reason, the DC power supply units 202 and 302 change the magnitude of the voltage across the capacitors 212 and 312, change the magnitude of the voltage applied to the inverters 204 and 304, and change the output power of the inverters 204 and 304. .
[0016]
The first heating unit 200 and the second heating unit 300 are respectively provided with a first frequency control unit 230, a second frequency control unit 330, and gate pulse generation units 232 and 332, which will be described in detail later. The gate pulse generation units 232 and 332 are provided on the output side of the frequency control units 230 and 330, and generate gate pulses for driving the corresponding inverters 204 and 304 based on the output signals of the frequency control units 230 and 330. And applied to each transistor constituting the inverters 204 and 304. The first frequency control unit 230 includes a voltage detector 218 and current detectors 220 and 320 connected to the input side, and the output voltage of the first inverter 204 detected by the voltage detector 218 and the current detector. The output current of the first inverter detected by 220 and the output current of the second inverter 304 detected by the current detector 320 are input. The second frequency control unit 330 receives the output voltage and output current of the second inverter 304 detected by the voltage detector 318 and the current detector 320 and the first inverter detected by the current detector 220. An output current of 204 is input.
[0017]
The first frequency control unit 230 and the second frequency control unit 330 are formed in the same manner. FIG. 2 is a block diagram of the first frequency control unit 230 according to the embodiment.
[0018]
As shown in FIG. 2, the first frequency control unit 230 includes a phase angle detection unit 234, an impedance voltage drop amount detection unit (voltage drop amount detection unit) 236, an induced voltage detection unit 238, a control frequency calculation unit 240, a rating Hour operation condition calculation unit 242.
[0019]
The phase angle detector 234 has a phase angle φ between the output voltage and the output current of the first inverter 204.₁The output voltage v of the first inverter 204 detected by the voltage detector 218₁And the output current i of the first inverter 204 detected by the current detector 220.₁And enter. The impedance voltage drop amount detection unit 236 obtains the voltage drop amount due to the impedance in the first load unit 206 to which the first inverter 204 supplies power, and the detection signal of the current detector 220 is input thereto. ing. The induced voltage detector 238 outputs the output current i of the second inverter 304.₂Induced voltage v due to mutual induction in the first load unit 206 based on_M2Is now required. Output signals from the induced voltage detection unit 238 and the impedance voltage drop amount detection unit 236 are input to the rated operating condition calculation unit 242.
[0020]
The rated operating condition calculation unit 242 is configured so that the first inverter 204 and the second inverter 304 have a rated output current (i₁= 100%, i₂= 100%) A vector diagram of the output voltage of the first inverter 204, the voltage drop due to the impedance in the first load unit 206, and the mutual induction voltage when operated (rated operation) is created. Further, as will be described in detail later, the rated-time operating condition calculation unit 242 reduces the voltage drop caused by the reactance component in the first load unit 206 to the rated output current i during rated operation of the second inverter 304.₂₀Induced voltage (first-time induced voltage) V in the first load unit 206_M20And coefficient α₁The output voltage of the first inverter 204 is the voltage drop due to the impedance in the first load unit 206 and the induced voltage V_M20The coefficient α which is equal to or greater than a predetermined multiple of the sum of (2 in the embodiment)₁, Rated output voltage v_Ten', Rated output voltage v_Ten'And rated output current (rated current) i_TenPhase angle between_Ten′ And the coefficient α₁, Phase angle φ_Ten'Is sent to the control frequency calculation unit 240.
[0021]
Then, the control frequency calculation unit 240 is connected to the transistor of the first inverter 204 based on the output signals of the phase angle detection unit 234, the impedance voltage drop amount detection unit 236, the induced voltage detection unit 238, and the rated operating condition calculation unit 242. The frequency of the gate pulse to be applied is obtained and output to the gate pulse generator 232. The gate pulse output from the gate pulse generator 232 is fed back to the control frequency calculator 240.
[0022]
In the induction heating apparatus 100 according to the embodiment configured as described above, the forward conversion unit 104 converts AC power output from the AC power source 102 into DC power. Smoothing capacitor 106 smoothes the DC power output from forward converter 104. In addition, in the induction heating apparatus 100, the chopper circuits 210 and 310 forming the DC power supply units 202 and 302 of the first heating unit 200 and the second heating unit 300 convert DC power output from the forward conversion unit 104 into DC. To the corresponding first inverter 204 and second inverter 304. Then, the inverters 204 and 304 convert the DC power smoothed by the capacitors 212 and 312 back to AC power and give the AC power to the first load unit 206 and the second load unit 306.
[0023]
In the power setting units 224 and 324 provided in the heating units 200 and 300, the power to be output from the corresponding inverters 204 and 304 is set, and this set value is given to the power control units 222 and 322. The power control units 222 and 322 read the detection signals output from the corresponding voltage detectors 218 and 318 and the current detectors 220 and 320, determine the actual output power of the corresponding inverters 204 and 304, and obtain the calculated output The power is compared with the set value output from the power setting devices 224 and 324. Then, the power control units 222 and 322 adjust the lengths of the gate pulses supplied to the chop units 226 and 326 of the chopper circuits 210 and 310 so that the output powers of the inverters 204 and 304 become the set values. change.
[0024]
Meanwhile, the first frequency control unit 230 of the first heating unit 200 is configured such that the impedance voltage drop amount detection unit 236 detects and outputs the output current i of the first inverter 204 output by the current detector 220.₁And the voltage drop amount due to the impedance in the first load unit 206 is obtained. In addition, the induced voltage detector 238 of the first frequency controller 230 detects the output current i of the second inverter 304 that is detected and output by the current detector 320.₂, And the output current i of the second inverter 304 in the first load unit 206₂Mutually induced voltage v based on_M2Ask for.
[0025]
Output voltage v of first inverter 204 when mutual induction exists in first load unit 206₁As mentioned above,
[Equation 5]

Can be expressed as In Equation 5, R in the first and second terms on the right side₁i₁+ J (X_L1-X_1C1) I₁Indicates a voltage drop due to impedance in the first load unit 206, and jωMi in the third term on the right side.₂Is the output current i of the second inverter 304₂Is an induced voltage based on However, R₁Is the internal resistance of the first heating coil 214, X_L1Is the inductive reactance by the first heating coil 214, X_C1Is a capacitive reactance due to the capacitor 216 of the first load unit 206.
[0026]
In the embodiment, the induced voltage detector 238 is configured so that the second inverter 304 has a rated output current (rated current) i.₂₀Induced voltage V generated at the first load 206 when operated by_M20And the rated current i of the second inverter 304₂₀Are given as set values, and these rated induction voltages V_M20, Rated current i₂₀And the current output current i of the second inverter 304 detected by the current detector 320.₂The current induced voltage is_M20X (i₂/ I₂₀). In addition, the impedance voltage drop amount detection unit 236 includes a voltage drop j (X_L1-X_C1) I₁Is the induced voltage V_M20Is the output current i₁Approximate as a function of. That is, (X_L1-X_C1) At a frequency where ≧ 0, an appropriate coefficient α₁By choosing
[Formula 6]

And can be approximated. Therefore, in the case of the embodiment, the output voltage v of the first inverter 204 shown in Equation 5₁Is
[Expression 7]

It becomes. However, V_R1Is a voltage drop during arbitrary operation due to the internal resistance of the first heating coil 214, i_TenIs the rated output current (rated current) of the first inverter 204.
[0027]
The voltage drop amount due to the impedance obtained by the impedance voltage drop amount detection unit 236 and the induced voltage obtained by the induced voltage detection unit 238 are input to the rated operating condition calculation unit 242. Based on the input voltage drop amount and the induced voltage, the rated operating condition calculation unit 242 operates when the inverters 204 and 304 are operated at the rated current, that is, the output current i of the first inverter 204.₁Is 100%, the output current i of the second inverter 304₂For the first inverter 204 to be controlled when is a 100% value, a virtual voltage vector diagram as shown by the solid line in FIG. 3 is created.
[0028]
In the rated operating condition calculation unit 242, the first inverter 204 has a rated current i._TenThe voltage drop V due to the internal resistance of the first heating coil 214 when operated by_R10The second inverter 304 has a rated current i₂Induced voltage V at the first load portion 206 when operated at_M20Is given. Then, the rated operation condition calculation unit 242 outputs the output voltage (rated output voltage) V of the first inverter 204 during rated current operation._Ten', The rated voltage drop due to the impedance in the first load unit 206, and the rated induced voltage V during the rated current operation of the second inverter 304._M20The coefficient α with which the ratio to the sum is greater than or equal to a predetermined value (“2” in the case of the embodiment)₁And the rated output voltage V of the first inverter 204 at this time_Ten'And rated current i_TenPhase angle with_TenI ask for '. That is, the rated operating condition calculation unit 242
[Equation 8]

In the formula of
[Equation 9]

Coefficient α satisfying₁And phase angle φ_Ten'Is obtained and output to the control frequency calculation unit 240. A in Equation 9 is a voltage drop due to impedance in the first load unit 206, and as indicated by a broken line in FIG.
[Expression 10]

It is.
[0029]
The control frequency calculation unit 240 includes a coefficient α from the rated operating condition calculation unit 242.₁, And outputs of the phase angle detector 234, the impedance voltage drop amount detector 236, and the induced voltage detector 238 are input. The phase angle detector 234 detects the current output voltage v of the first inverter 204 detected by the voltage detector 218 and the current detector 220.₁, Output current i₁From the above, the phase angle φ between the current output voltage and the output current of the first inverter 204₁Is output to the control frequency calculation unit 240. The control frequency calculation unit 240 has a phase angle φ obtained by the phase angle detection unit 234.₁, The voltage drop due to the impedance obtained by the impedance voltage drop detection unit 236 {V_R1+ JV_M20X (i₁/ I_Ten)}, The induced voltage {jV obtained by the induced voltage detector 238_M20X (i₂/ I₂₀)}, The coefficient α obtained by the rated operating condition calculation unit 242₁On the basis of the,
## EQU11 ##

V that satisfies₁'₁The output voltage V of the first inverter 204 such that ′ is obtained₁'And output current i₁Phase angle φ₁'Is obtained and a voltage vector diagram as shown in FIG. 4 is created. Then, the control frequency calculation unit 240 has a phase angle φ₁The output frequency f of the first inverter from which ′ is obtained₁Is supplied to the gate pulse generator 232. That is, in Formula 5, the frequency f₁Becomes larger (X_L1-X_C1) And ωM increase. As a result, as understood by referring to FIG. 8A, the phase angle between the current and the voltage is increased. Therefore, the output frequency f of the first inverter 204₁By controlling the target phase angle φ₁'Can be obtained. The gate pulse generator 232 outputs the output frequency f obtained by the control frequency calculator 240.₁Are generated and given to the transistor of the first inverter 204 and fed back to the control frequency calculator 240.
[0030]
As a result, the substantial impedance of the first load unit 206 can be secured above a certain value, and the output voltage v of the first inverter 204 can be secured.₁And output current i₁And the output current i becomes as shown in FIG.₁Output voltage v in a small region₁Does not have a local minimum. Therefore, the output current of the first inverter 204 can be easily and accurately controlled by the output voltage, and the temperature control of the heated member can be performed with high accuracy. Further, when Expression 9 is satisfied, in the voltage-current relationship of FIG.₁Is jωMi₂A wide value in a range of ˜100% can be taken, and controllability is improved.
[0031]
  The rated operating condition calculation unit 242 calculates the calculated α₁But α₁Α> 0 when calculated₁Is directly supplied to the control frequency calculation unit 240, for example, R₁When α ≦ 0, such as when₁= 0 is output to the control frequency calculation unit 240. The second frequency control unit 330 provided in the second heating unit 300 performs the same control as the first frequency control unit 230 performs on the first inverter 204 with respect to the second inverter 304. In this case, the output voltage v of the second inverter 304₂Is expressed as follows:
[Expression 12]

  However,Formula 12V_R2Is the voltage drop due to the internal resistance of the second heating coil 314 during the rated current operation of the second inverter 304, V_M10Is the rated induced voltage in the second load unit 306 when the first inverter 204 operates at the rated current. Α₂Is α₁Is a coefficient corresponding to.
[0032]
In the above embodiment, the impedance voltage drop amount detection unit 236 detects the voltage drop due to the impedance.
[Formula 13]

As explained, the voltage drop due to impedance,
[Expression 14]

And the rated operating condition calculation unit 242 may convert as shown in Equation 13.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the voltage drop due to the reactance of the load part of the inverter to be controlled during rated output current operation is the product of the induced voltage and the coefficient at the rated time, and the rated output voltage is When the above-mentioned coefficient is set so that the sum of the voltage drop and the induced voltage at the rated value is not less than a predetermined value, the substantial impedance of the inverter to be controlled is increased, and an induced voltage is generated between each heating coil. Even so, the output frequency of the control target inverter can be obtained so that the ratio of the output voltage at the time of arbitrary operation of the control target inverter and the sum of the voltage drop due to the impedance of the load part and the induced voltage can be obtained. By controlling, a proportional relationship is obtained between the output voltage and the output current even in a region where the output current is small. Therefore, the output current of the inverter can be controlled by the output voltage of the inverter, and the temperature control of the heated member can be performed with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a frequency control unit according to the embodiment.
FIG. 3 is a voltage vector diagram for explaining the operation of a rated operating condition calculation unit according to the embodiment.
FIG. 4 is a voltage vector diagram for explaining an operation control method during arbitrary operation of the resonant inverter of the induction heating device according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between an output voltage and an output current of the induction heating device according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between output voltage and output current when a resonant inverter is operated alone.
FIG. 7 is an explanatory diagram of mutual induction in an induction heating apparatus in which a heating coil is provided in each of two inverters.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an output voltage and an output current of a resonance type inverter when there is mutual induction in a load section.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an output voltage and an output current of a resonant inverter when there is mutual induction when the impedance of a load unit is capacitive.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ......... Induction heating apparatus, 104 ......... Forward conversion part, 200 ......... First heating unit, 202, 302 ......... DC power supply part, 204 ......... First inverter, 206 ......... First load , 214 ......... first heating coil, 216, 316 ......... capacitor, 218, 318 ......... voltage detector, 220, 320 ......... current detector, 230 ......... first frequency controller, 232 332... Gate pulse generation unit 234 Phase angle detection unit 236 Voltage drop detection unit (impedance voltage drop amount detection unit) 238 Induction voltage detection unit 240 Control Frequency calculation unit, 242... Rated operating condition calculation unit, 300 ... second heating unit, 304 ... second inverter, 306 ... second load unit, 314 ... second heating coil, 330 ......... Second frequency Control unit.

Claims (2)

複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータを備えた誘導加熱装置の運転方法であって、
任意運転時の前記各インバータの出力電流を検出し、
そのときの制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下と他の前記インバータの出力電流に基づく誘導電圧とを求め、
これらの電圧降下と誘導電圧との前記各インバータの定格出力電流運転時における定格時電圧降下と定格時誘導電圧とにおいて、前記制御対象インバータの定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を前記定格時誘導電圧と係数との積とし、
前記制御対象インバータの定格出力電流運転時における定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、このときの前記制御対象インバータの定格時出力電圧と前記定格出力電流間の位相角とを求め、
前記任意運転時の前記制御対象インバータを、求めた前記係数と前記位相角とが得られるように前記制御対象インバータの出力周波数を制御する、
ことを特徴とする誘導加熱装置の運転方法。An operation method of an induction heating apparatus including a resonance type inverter provided corresponding to a plurality of heating coils,
Detect the output current of each inverter during arbitrary operation,
Find the voltage drop due to the impedance in the load portion of the inverter to be controlled at that time and the induced voltage based on the output current of the other inverter,
Of these voltage drop and induced voltage, the voltage drop due to the reactance of the rated voltage drop of the control target inverter in the rated voltage drop and rated induced voltage during operation of the rated output current of each inverter. The product of voltage and coefficient,
The rated output voltage during operation of the rated output current of the inverter to be controlled, the coefficient of which the ratio of the voltage drop at the rated time and the sum of the induced voltage at the rated value is a predetermined value or more, and the controlled object at this time Find the rated output voltage of the inverter and the phase angle between the rated output currents,
Controlling the output frequency of the control target inverter so that the obtained coefficient and the phase angle of the control target inverter during the arbitrary operation are obtained;
A method for operating an induction heating apparatus. 複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータと、
これら各インバータの出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記各インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下を検出する電圧降下検出部と、
前記制御対象インバータの負荷部における前記他のインバータの出力電流に基づく誘導電圧を検出する誘導電圧検出部と、
この誘導電圧検出部と前記電圧降下検出部との検出信号に基づいて、前記各インバータの定格出力電流運転時における前記制御対象インバータの前記インピーダンスによる定格時電圧降下と前記他のインバータの定格出力電流による定格時誘導電圧とを求めるとともに、前記定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積としたときに、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時の定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、前記定格時出力電圧と前記定格出力電流との位相角とを求める定格時運転条件演算部と、
前記制御対象インバータの任意運転時における前記出力電圧と、前記インピーダンスによる電圧降下と前記誘導電圧との和との比が前記定格時運転条件演算部により求めた前記係数を満足するように、前記制御対象インバータの出力電圧と出力電流との位相角が得られる前記制御対象インバータの出力周波数を求める制御周波数演算部と、
を有することを特徴とする誘導加熱装置。A resonant inverter provided corresponding to a plurality of heating coils;
A voltage detector for detecting the output voltage of each inverter;
A current detector for detecting an output current of each inverter;
A voltage drop detection unit for detecting a voltage drop due to impedance in the load part of the inverter to be controlled;
An induced voltage detection unit that detects an induced voltage based on an output current of the other inverter in the load unit of the inverter to be controlled;
Based on the detection signals of the induction voltage detector and the voltage drop detector, the rated voltage drop due to the impedance of the inverter to be controlled and the rated output current of the other inverter during the rated output current operation of each inverter. The rated output voltage during operation of the rated output current of the control target inverter when the voltage drop due to the reactance of the rated voltage drop is the product of the rated induced voltage and the coefficient. And a rated operating condition for determining the coefficient at which a ratio of the rated voltage drop and the sum of the rated induced voltage is a predetermined value or more and a phase angle between the rated output voltage and the rated output current An arithmetic unit;
The control so that the ratio of the output voltage at the time of arbitrary operation of the inverter to be controlled and the sum of the voltage drop due to the impedance and the induced voltage satisfies the coefficient obtained by the rated-time operating condition calculation unit. A control frequency calculation unit for obtaining an output frequency of the control target inverter from which a phase angle between an output voltage and an output current of the target inverter is obtained;
An induction heating apparatus comprising:

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