KR102572531B1 - Control method and control device of induction heater for heavy metal plate heating - Google Patents

Abstract

후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치는, 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정하는 측정부; 및 상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산하는 계산부- 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배이며, 상기 수식 (5)는 임 -를 포함 할 수 있다.A control method and control device for an induction heater for heating a thick plate are disclosed. According to an embodiment of the present invention, a control apparatus for an induction heater for heating a thick plate measures resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of a coil pad constituting the induction heater. wealth; And satisfying Equation (5) in which the inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) are arranged based on the resistance (R), Calculation unit for calculating 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number N of coil pads - the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R), and the capacitive reactance (X _C ) is It is b times the resistance (R), and the above formula (5) is Lim - may include.

Description

후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치{CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE OF INDUCTION HEATER FOR HEAVY METAL PLATE HEATING}Control method and device for induction heater for heavy plate heating {CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE OF INDUCTION HEATER FOR HEAVY METAL PLATE HEATING}

본 발명은, 유도가열기용 코일 패드의 수량이 바뀌더라도 직류 전압과 직류 전류를 이용하여 코일 패드와 후판의 임피던스를 계산하고, 계산된 코일 패드와 후판의 임피던스를 이용하여, 유도가열기가 공진주파수 보다 높은 영역에서 항상 운전될 수 있도록 제어하는, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.In the present invention, even if the number of coil pads for an induction heater changes, the impedance of the coil pad and the thick plate is calculated using DC voltage and DC current, and the impedance of the thick plate and the coil pad is calculated, so that the induction heater has a resonant frequency It relates to a control method and control device for an induction heater for heating a thick plate, which is controlled so that it can always be operated in a higher region.

후판은, 통상 30mm 이상의 철판을 지칭하며, 조선, 플랜트, 방산 부문 등 산업용으로 주로 사용된다.Thick plate usually refers to a steel plate of 30 mm or more, and is mainly used for industrial purposes such as shipbuilding, plants, and defense industries.

후판 용접 실시 전후의 용접 품질을 유지하기 위해서는, ASME(American Society of Mechanical Engineers) Code 등의 규정에 따라, 후판에 대해 예열(Pre-Heating) 및 후열(Post Heating)을 실시해야 한다.In order to maintain welding quality before and after welding the thick plate, pre-heating and post-heating must be performed on the thick plate according to the ASME (American Society of Mechanical Engineers) Code and the like.

후판 예열 및 후열의 실시를 위한 유도가열기를 이용할 때에는, 후판 위에 코일 패드가 설치되고, 코일 패드에 고주파 전류를 흘려서 후판에 와전류(Edge Current)를 형성시킨다. 형성된 와전류는 후판 표면을 가열시키는 원인이 되고, 가열된 열은 후판을 통해 전도되어 후판 온도를 제어하는 데에 사용될 수 있다.When using an induction heater for performing preheating and postheating of a thick plate, a coil pad is installed on the thick plate, and a high frequency current flows through the coil pad to form an edge current in the thick plate. The formed eddy current causes the surface of the plate to heat up, and the heated heat is conducted through the plate and can be used to control the temperature of the plate.

기존의 후판 예열 및 가열하는 방식에는, 가스토치 가열 방식, 세라믹 패드 가열방식 등을 예시할 수 있다.Existing methods of preheating and heating the heavy plate include a gas torch heating method, a ceramic pad heating method, and the like.

가스토치 가열 방식은 폭발성 가스를 취급해야 하고, 사람의 수작업을 통해 가열 작업이 이루어지게 되어, 작업 품질의 균일성 확보 문제 및 작업 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.The gas torch heating method has problems in that explosive gas must be handled and heating work is performed manually by a person, thereby ensuring uniformity of work quality and excessive work time.

세라믹 패드 가열방식은 열선이 내장된 세라믹 패드를, 가열하고자 하는 후판에 설치하여 운용하는 방식으로, 제어 구조는 단순하나, 세라믹 패드를 연결하기 위하여 많은 전력 케이블 접속을 필요로 하는 단점을 갖고 있다. 또한, 세라믹 패드 가열방식은, 세라믹 패드를 가열하는 열이, 후판에 직접 전달되지 않는 열손실에 해당되고, 전력 소모량이 많은 방식이다. 또한, 세라믹 패드 가열방식은, 내부 열선에서 발생되는 열이 세라믹 패드로 전도되어 가열되고, 가열된 세라믹 패드의 열이 후판으로 다시 전도될 수 있다.The ceramic pad heating method is a method of installing and operating a ceramic pad with a built-in heating wire on a thick plate to be heated. In addition, the ceramic pad heating method corresponds to heat loss in which heat for heating the ceramic pad is not directly transferred to the thick plate, and consumes a lot of power. In addition, in the ceramic pad heating method, heat generated from the internal heating wire is conducted to the ceramic pad to be heated, and the heat of the heated ceramic pad may be conducted back to the thick plate.

따라서, 후판 예열 및 가열하는 방식을 개선하는 새로운 모델이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a new model that improves the method of preheating and heating the thick plate.

본 발명의 실시예는, 유도가열기용 패드의 수량이 바뀌더라도 직류 전압과 전류를 이용하여 코일 패드와 후판의 임피던스를 계산하고, 계산된 코일 패드와 후판의 임피던스를 이용하여, 유도가열기가 공진 주파수보다 높은 영역에서 항상 운전될 수 있도록 제어하는, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In an embodiment of the present invention, even if the number of induction heater pads changes, the impedance of the coil pad and the thick plate is calculated using the DC voltage and current, and the induction heater resonates using the calculated impedance of the coil pad and the thick plate. It is an object of the present invention to provide a control method and control device for an induction heater for heating a thick plate, which is controlled so that it can always be operated in a region higher than the frequency.

또한, 본 발명의 실시예는, 유도가열기가 용량성 영역에서 운전되지 않고 유도성 영역에서만 운전되도록 주파수 하한값을 자동적으로 제한하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to automatically limit the lower frequency limit so that the induction heater does not operate in the capacitive region but only in the inductive region.

본 발명의 일실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치는, 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정하는 측정부; 및 상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산하는 계산부 - 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배이며, 상기 수식 (5)는 임 - 를 포함 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a control apparatus for an induction heater for heating a thick plate measures resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of a coil pad constituting the induction heater. wealth; And satisfying Equation (5) in which the inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) are arranged based on the resistance (R), Calculation unit for calculating 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number N of coil pads - the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R), and the capacitive reactance (X _C ) is It is b times the resistance (R), and the above formula (5) is Lim - can be included.

또한, 본 발명의 실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법은, 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정하는 단계; 및 상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산하는 단계 - 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배이며, 상기 수식 (5)는 임 - 를 포함하여 구성할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a control method of an induction heater for heating a thick plate includes measuring resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of a coil pad constituting the induction heater. step; And satisfying Equation (5) in which the inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) are arranged based on the resistance (R), Calculating the 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number N of the coil pads - the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R), and the capacitive reactance (X _C ) is the resistance It is b times of (R), and Equation (5) is Lim - can be configured including.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기용 패드의 수량이 바뀌더라도 직류 전압과 전류를 이용하여 코일 패드와 후판의 임피던스를 계산하고, 계산된 코일 패드와 후판의 임피던스를 이용하여, 유도가열기가 공진 주파수보다 높은 영역에서 항상 운전될 수 있도록 제어하는, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, even if the number of induction heater pads is changed, the impedance of the coil pad and the thick plate is calculated using the DC voltage and current, and the impedance of the thick plate is calculated to calculate the induction heater It is possible to provide a control method and control device for an induction heater for heating a thick plate, which controls so that the induction heater can always be operated in a region higher than the resonance frequency.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기가 용량성 영역에서 운전되지 않고 유도성 영역에서만 운전되도록 주파수 하한값을 자동적으로 제한 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the lower limit of the frequency can be automatically limited so that the induction heater is not operated in the capacitive region but only in the inductive region.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열기, 코일 패드 및 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 R기준 등가임피던스를 도출한 그래프이다.
도 4는 등가임피던스 계산 순서도이다.
도 5는 후판 재질 및 패드 수량에 따른 등가 임피던스와 스위칭 주파수 관계식을 도출하는 것을 설명하기 위한 도이다.
도 6은 전류 제어기의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a control device for an induction heater for heating a thick plate according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an induction heater, a coil pad, and a control system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph from which R reference equivalent impedance is derived.
4 is an equivalent impedance calculation flowchart.
5 is a diagram for explaining the derivation of the equivalent impedance and switching frequency relational expression according to the thick plate material and the number of pads.
6 is a block diagram of a current controller.
7 is a flowchart illustrating a control method of an induction heater for heating a thick plate according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a control device for an induction heater for heating a thick plate according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치(이하, '제어 장치'라 약칭함)(100)는, 측정부(110) 및 계산부(120)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제어 장치(100)는 처리부(130)를 선택적으로 추가하여 구성할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a control device (hereinafter, abbreviated as 'control device') 100 of an induction heater for heating a thick plate according to an embodiment of the present invention includes a measuring unit 110 and a calculating unit 120 ) can be configured. Also, according to embodiments, the control device 100 may be configured by selectively adding a processing unit 130 .

우선, 측정부(110)는 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정한다. 즉, 측정부(110)는 후판의 가열을 위해 전력을 인가받아 발열되는 코일 패드에 대한 전기적 파라미터를 측정하는 역할을 할 수 있다.First, the measurement unit 110 measures the resistance R, the inductance L, and the capacitor C of the coil pad constituting the induction heater. That is, the measuring unit 110 may serve to measure an electrical parameter of a coil pad that generates heat by receiving electric power for heating the thick plate.

계산부(120)는 상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산한다. 즉, 계산부(120)는 유도성 리액턴스(X_L)와, 용량성 리액턴스(X_C)를 이용하여 유도된 수식 (5)를 통해, 코일 패드가 증가함에 따라 변화하는 공진 주파수를 저항(R) 기준으로 정리하는 역할을 할 수 있다.The calculation unit 120 calculates the inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) by Equation (5) arranged based on the resistance (R). ) is satisfied, 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number N of the coil pads is calculated. That is, the calculation unit 120 calculates the resonant frequency that changes as the coil pad increases through Equation (5) derived using the inductive reactance (X _L ) and the capacitive reactance (X _C ), the resistance (R ) can play a role in organizing the standard.

여기서, 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배 일 때, 상기 수식 (5)는 일 수 있다.Here, when the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R) and the capacitive reactance (X _C ) is b times the resistance (R), Equation (5) is can be

본 발명의 제어 장치(100)는 앞서 계산한 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식 가능한 값으로 변환시킬 수 있다.The control device 100 of the present invention may convert the previously calculated 'R reference resonance frequency fr _s ' into a value recognizable by a digital signal processor (DSP).

이를 위해, 제어 장치(100)는 처리부(130)를 추가하여 구성할 수 있다.To this end, the control device 100 may be configured by adding a processing unit 130 .

처리부(130)는 시스템 클럭값(SYSCLK)과 상기 수식 (5)의 역수와의 곱을 통해, 상기 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식하는 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'로 변경한다. 즉, 처리부(130)는 유도가열기가 동작하도록 설계된 시스템 클럭값(SYSCLK)을, 수식 (5)의 분모 값과 곱셈 적용(SYSCLK * ) 함으로써, DSP에 의해 인식 가능한 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'을 출력하는 역할을 할 수 있다.The processing unit 130 multiplies the system clock value SYSCLK and the reciprocal of Equation (5) so that the 'R reference resonance frequency f _res ' is recognized by a digital signal processor (DSP). The number of coil pads ( Change to 'R-based PWM cycle value f(Z _eq )' according to N). That is, the processing unit 130 applies the system clock value (SYSCLK) designed to operate the induction heater to the denominator value of Equation (5) and multiplication (SYSCLK * ), it can serve to output 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' recognizable by the DSP.

일실시예에서, 제어 장치(100)는 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산 할 수 있다.In one embodiment, the control device 100 may calculate 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to the number N of coil pads.

이를 위해, 계산부(120)는, 수식 (1)을 만족하는, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를, 저항(R)을 기준으로 정리하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산한다. 즉, 계산부(120)는 수식 (1)을 통해, 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를 계산한 후, 이 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를 저항(R) 기준으로 정리 함으로써, 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산 할 수 있다.To this end, the calculation unit 120 organizes the equivalent impedance according to the number N of the coil pads, which satisfies Equation (1), based on the resistance R, and calculates the number N of the coil pads. Calculate 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to That is, after calculating the equivalent impedance according to the number N of coil pads through Equation (1), the calculator 120 calculates the equivalent impedance according to the number N of coil pads based on the resistance R. By arranging, 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to the number (N) of coil pads can be calculated.

여기서, 수식 (1)는, Z = √((NR)² + (NX_L-X_C)²) 일 수 있다.Here, Equation (1) may be Z = √((NR) ² + (NX _L -X _C ) ² ).

또한, 처리부(130)는, 상기 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 X축으로 하고, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'를 Y축으로 하는 평면 상의 추세선 함수를 이용하여 수식 (7)를 유도 할 수 있다. 즉, 처리부(130)는 앞서 구해진 'R기준 등가임피던스 Z_eq'와 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'의 평면에서의 추세 선을 분석하여 수식 (7)을 유도 할 수 있다.In addition, the processing unit 130 uses a trend line function on a plane with the 'R reference equivalent impedance Z _eq ' as the X axis and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' as the Y axis, and the formula ( 7) can be derived. That is, the processing unit 130 may derive Equation (7) by analyzing a trend line in the plane of 'R reference equivalent impedance Z _eq ' and 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' obtained above.

상기 수식 (7)은 f(Z_eq) = α*(Z_eq)^β 이고, 상기 α와 상기 β는 상기 추세선 함수로부터 유도된 값 일 수 있다.Equation (7) is f(Z _eq ) = α*(Z _eq ) ^β , and α and β may be values derived from the trend line function.

이후, 처리부(130)는 상기 수식 (7)을 만족하는 공진 주파수의 운전 제한값을 획득 할 수 있다. 즉, 처리부(130)는 유도가열기가 운전되는 영역(공진 주파수보다 높은 유도성 영역)을 수식 (7)을 통해 결정할 수 있다.Thereafter, the processing unit 130 may obtain an operating limit value of the resonance frequency that satisfies Equation (7). That is, the processing unit 130 may determine the region in which the induction heater is operated (induction region higher than the resonant frequency) through Equation (7).

상기 운전 제한값의 획득에 있어, 처리부(130)는, PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수를 가지는 아날로그 저역통과필터를 이용하여, 직류 전압과 직류 전류를 산출하고, 산출된 상기 직류 전압을 상기 직류 전류로 나눈 임피던스의 평균값을, 상기 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하며, 상기 등가 임피던스를, 상기 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 상기 공진 주파수의 운전 제한값을 획득 할 수 있다. 즉, 처리부(130)는 PWM 스위칭 주파수를 차단 주파수로 설계된 저역통과필터를 통해, 직류 전압과 직류 전류를 산출하여, 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하고, 결정된 등가 임피던스를, 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 운전 제한값을 얻을 수 있다.In obtaining the operation limit value, the processing unit 130 calculates a DC voltage and a DC current using an analog low-pass filter having a cut-off frequency of the PWM switching frequency, and divides the calculated DC voltage by the DC current. The average value of the impedance is determined as the equivalent impedance for the coil pads, and the equivalent impedance is substituted for Z _eq in Equation (7) to determine the operating limit value of the resonant frequency according to the number N of the coil pads. can be obtained That is, the processing unit 130 calculates the DC voltage and the DC current through the low-pass filter designed as the cut-off frequency of the PWM switching frequency, determines the equivalent impedance for the coil pad, and determines the determined equivalent impedance as Equation (7). By substituting Z _eq , the operating limit value can be obtained.

이때, 상기 유도가열기는, 처음 동작할 때의 설계 주파수 f_c1 와, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)' 사이에서 운전되어, 상기 유도가열기를 포함하여 구성되는 시스템을 보호 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유도가열기는, 시스템이 처음 동작할 때 f_c1 (시스템 설계값)과 f(Zeq) (설치된 패드의 등가 임피던스)를 확인하고 제어를 수행하기 때문에, 시스템 제어기가 항상 f_c1과 f(Z_eq)이내에서만 운전되도록 하여, 시스템을 보호할 수 있다.At this time, the induction heater is operated between the design frequency f _c1 at the time of initial operation and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' to protect the system including the induction heater. can That is, since the induction heater according to the present invention checks f _c1 (system design value) and f(Zeq) (equivalent impedance of the installed pad) and performs control when the system is first operated, the system controller is always f The system can be protected by operating only within _c1 and f(Z _eq ).

또한, 상기 PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수는, 상기 유도 가열기의 출력 신호의 피드백 주파수 f_c2로 설정하여, 고주파 AC 성분을 제거하고, 평활화된 DC 성분으로 시스템을 제어 할 수 있다.In addition, the cut-off frequency of the PWM switching frequency may be set to the feedback frequency f _c2 of the output signal of the induction heater to remove the high-frequency AC component and control the system with the smoothed DC component.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기용 패드의 수량이 바뀌더라도 직류 전압과 전류를 이용하여 코일 패드와 후판의 임피던스를 계산하고, 계산된 코일 패드와 후판의 임피던스를 이용하여, 유도가열기가 공진 주파수보다 높은 영역에서 항상 운전될 수 있도록 제어하는, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, even if the number of induction heater pads is changed, the impedance of the coil pad and the thick plate is calculated using the DC voltage and current, and the impedance of the thick plate is calculated to calculate the induction heater It is possible to provide a control method and control device for an induction heater for heating a thick plate, which controls so that the induction heater can always be operated in a region higher than the resonance frequency.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기가 용량성 영역에서 운전되지 않고 유도성 영역에서만 운전되도록 주파수 하한값을 자동적으로 제한 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the lower limit of the frequency can be automatically limited so that the induction heater is not operated in the capacitive region but only in the inductive region.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도가열기, 코일 패드 및 제어 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of an induction heater, a coil pad, and a control system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 유도가열기는 정류기, 직류 전압센서, 직류 전류센서, 스위칭 소자, 공진커패시터를 포함하여 구성할 수 있다.As shown in FIG. 2, the induction heater may include a rectifier, a DC voltage sensor, a DC current sensor, a switching element, and a resonant capacitor.

직류 전압센서와 직류 전류센서는, 후판 가열용 코일 패드의 제어를 위하여 직류 전압 및 직류 전류를 측정 할 수 있다.The DC voltage sensor and the DC current sensor can measure DC voltage and DC current to control the coil pad for heating the thick plate.

연결된 코일 패드의 수량을 측정하기 위하여, 유도가열기의 최초 기동 시 고정된 주파수의 전류를 코일 패드에 인가하면, 해당 부하에 대한 직류 전압 및 직류 전류가 발생하고, 직류 전압센서와 직류 전류센서는, 이를 측정하기 위하여, 상기 고정된 주파수를 차단 주파수로 하는 저역통과필터를 이용하여 직류 전압 및 직류 전류를 측정하고 코일 패드의 임피던스를 추정 할 수 있다.In order to measure the number of connected coil pads, when a current of a fixed frequency is applied to the coil pads when the induction heater is initially started, DC voltage and DC current for the load are generated, and the DC voltage sensor and the DC current sensor , In order to measure this, a DC voltage and a DC current can be measured using a low-pass filter having the fixed frequency as a cutoff frequency, and the impedance of the coil pad can be estimated.

직류 전압과 직류 전류를 상기 고정된 주파수의 차단 주파수를 갖는 저역통과필터를 통과 시키면, 인버터 출력단의 교류 성분에 대한 제곱평균제곱근(RMS)값과 유사한 값을 가지므로, 본 발명의 제어 장치(100)에 의해서는, 교류 출력단을 직접 측정하여 코일의 임피던스를 측정하는 종래의 방법에 비하여 연산 능력이 낮은 장치로도 출력단의 코일 패드의 임피던스를 보다 정확하게 측정할 수 있다.When the DC voltage and DC current pass through the low-pass filter having the cut-off frequency of the fixed frequency, they have values similar to the root mean square (RMS) value for the AC component of the inverter output stage, so the control device 100 of the present invention ), it is possible to more accurately measure the impedance of the coil pad of the output terminal even with a device having low computational capability compared to the conventional method of measuring the impedance of the coil by directly measuring the AC output terminal.

제어 장치(100)는, 코일 패드의 임피던스를 이용하여 임피던스와 사전 조사된 LC 공진주파수와 연산장치의 스위칭 주파수 주기 함수를 만들어 유도가열기가 용량성 영역에서 운전되지 않고 유도성 영역에서만 운전되도록 주파수 하한값을 자동적으로 제한 할 수 있다.The control device 100 uses the impedance of the coil pad to create a periodic function of the impedance, the pre-irradiated LC resonant frequency, and the switching frequency of the arithmetic unit so that the induction heater does not operate in the capacitive region and operates only in the inductive region. The lower limit can be automatically limited.

도 2에서와 같이, 현재 접속된 코일 패드의 등가임피던스는 V_dcf /I_dcf = Z_measure 으로 표현되고, 현재 접속된 코일 패드의 공진주파수는 PWM Period(T_LIMIT) = f(Z_measure)으로 표현될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the equivalent impedance of the currently connected coil pad is expressed as V _dcf /I _dcf = Z _measure , and the resonant frequency of the currently connected coil pad is expressed as PWM Period(T _LIMIT ) = f(Z _measure ) It can be.

또한, 유도가열기에 의한 출력은 High Limit = SYSCLK / f_c1, Low Limit f(Z_measure) 로 표현될 수 있다.In addition, the output by the induction heater can be expressed as High Limit = SYSCLK / f _c1 , Low Limit f (Z _measure ).

코일 패드의 등가임피던스는 아래의 절차에 따라 구할 수 있다.The equivalent impedance of the coil pad can be obtained according to the procedure below.

본 발명의 제어 장치(100)는, 고정 주파수 f_c1 인 PWM을, 부하인 코일 패드에 인가하여, 직류 전압 및 직류 전류를 발생시킨다. 이 때 발생되는 직류 전압 및 직류 전류는 저역통과필터를 거친 다음, A/D 컨버터의 입력으로 사용한다.Control device 100 of the present invention applies PWM having a fixed frequency f _c1 to a coil pad serving as a load to generate DC voltage and DC current. The DC voltage and DC current generated at this time are used as inputs to the A/D converter after going through a low-pass filter.

부하의 이론적인 등가임피던스는 수식 (1)과 같다.The theoretical equivalent impedance of the load is as Equation (1).

수식 (1)Equation (1)

여기서 N은 코일 패드의 직렬 연결 수량으로 결정이 되는데, 이론적인 값과 측정값을 이용한 등가임피던스 인 V_dc/I_dc가 같아지는 값을 가지기 위해서는 저역통과필터의 컷오프 주파수(차단 주파수)를, 상기 PWM의 고정 주파수값인 f_c1으로 설계 할 수 있다.Here _, N is determined by the number of coil pads connected in series _. It can be designed with f _c1 , which is a fixed frequency value of PWM.

여기서, 고정 주파수값인 f_c1은 가장 낮은 부하임피던스의 공진주파수 보다 2배 이상 높게 설정 할 수 있다.Here, the fixed frequency value f _c1 can be set more than twice as high as the resonant frequency of the lowest load impedance.

연결되는 코일 패드의 수량에 따른 부하 임피던스값을 표 1로 정리한다.Table 1 summarizes the load impedance values according to the number of connected coil pads.

여기서 코일 패드 하나의 부하 임피던스의 저항값은 R이고, X_L값은 R의 a배이고, X_C값은 R의 b배이다(수식 (2)~(4)).Here, the resistance value of the load impedance of one coil pad is R, the value of X _L is a times R, and the value of X _C is b times R (Equations (2) to (4)).

수식 (2)~(4)Equations (2) to (4)

표 1은 식 (2)~(4)를 식(1)에 대입하여, 코일 패드의 수량에 따른 등가임피던스를 정리한 것이다.Table 1 summarizes the equivalent impedance according to the number of coil pads by substituting Equations (2) to (4) into Equation (1).

[표 1][Table 1]

연결되는 코일 패드의 수량별 공진주파수 f_res는 수식 (5)에 정리한다.The resonant frequency f _res according to the number of connected coil pads is summarized in Equation (5).

수식 (5)Formula (5)

제어 장치(100)는 공진주파수 f_res를 결정 함에 따라, 코일 패드의 수량별 운전 주파수를 결정할 수 있다.The control device 100 may determine the operating frequency for each number of coil pads by determining the resonant frequency f _res .

공진주파수 fres에 해당하는 PMW의 주기값은 DSP의 내부 시스템 클럭값을 공진주파수로 나눈 값으로 결정할 수 있다.The period value of the PMW corresponding to the resonant frequency fres can be determined by dividing the internal system clock value of the DSP by the resonant frequency.

수식 (6)Formula (6)

코일 패드의 수량에 따른 R값 기준의 공진주파수 PWM의 주기값은 표 2와 같이 정리된다.The cycle value of the resonance frequency PWM based on the R value according to the number of coil pads is summarized as shown in Table 2.

표 2는 코일 패드 수량에 따른 공진주파수와 공진주파수 PWM의 주기값을 보여주는 표이다Table 2 is a table showing the resonant frequency and the period value of the resonant frequency PWM according to the number of coil pads.

[표 2][Table 2]

표 1과 표 2의 상관관계로부터, R기준 등가임피던스와 R기준 공진주파수 PWM값 사이에는, 수식 (7), (8)과 같은 형태의 함수가 만들어진다.From the correlations in Tables 1 and 2, functions in the form of Equations (7) and (8) are created between the R reference equivalent impedance and the R reference resonance frequency PWM value.

수식 (7)Formula (7)

수식 (8)Formula (8)

표 3은 R기준 등가임피던스와 R기준 공진주파수와의 관계를 나타내는 표이다.Table 3 is a table showing the relationship between the R reference equivalent impedance and the R reference resonant frequency.

[표 3][Table 3]

도 3은 R기준 등가임피던스를 도출한 그래프이다.3 is a graph from which R reference equivalent impedance is derived.

R기준 등가임피던스는 엑셀 그래프의 추세선을 이용하여 쉽게 도출할 수 있다.The equivalent impedance based on R can be easily derived using the trend line of the Excel graph.

도 3에 도시한 바와 같이, R기준 등가임피던스와 R기준 공진주파수는 대략적인 비례 상관 임을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, it can be seen that the R reference equivalent impedance and the R reference resonant frequency are approximately proportional to each other.

제어 장치(100)는 수식 (1)에서 측정된 등가임피던스의 값(Z_measure)을 식(7)에 입력하여 계산된 결과값을 시스템의 전류 제어기 출력 제한값으로 사용 함으로써, 공진주파수 보다 낮은 영역에서 운전되는 것을 방지할 수 있다.The control device 100 inputs the value of the equivalent impedance (Z _measure ) measured in Equation (1) into Equation (7) and uses the calculated result value as the current controller output limit value of the system, in a region lower than the resonance frequency. driving can be prevented.

- f(Z_measure) = α * (Z_measure)^β - f(Z _measure ) = α * (Z _measure ) ^β

도 4는 등가임피던스 계산 순서도이다.4 is an equivalent impedance calculation flowchart.

임피던스 계산을 시작하면, 단계 401에서 제어 장치(100)는, 주파수 F_c1 인 PWM를 스위칭 한다.When the impedance calculation starts, in step 401, the controller 100 switches the PWM with frequency F _c1 .

단계 402에서 제어 장치(100)는, 직류 전압(V_dcf)을 측정한다.In step 402, the control device 100 measures the DC voltage (V _dcf ).

단계 403에서 제어 장치(100)는, 직류 전류(I_dcf)를 측정한다.In step 403, the control device 100 measures the direct current (I _dcf ).

단계 404에서 제어 장치(100)는, 임피던스 Z = V_dcf / I_dcf 를 계산한다.In step 404, the control device 100 calculates impedance Z = V _dcf / I _dcf .

단계 405에서 제어 장치(100)는, n에 대한 임피던스 Z[n]을 추출한다.In step 405, the control device 100 extracts the impedance Z[n] for n.

단계 406에서 제어 장치(100)는, n이 마지막 값인 k인지를 비교한다.In step 406, the control device 100 compares whether n is the last value k.

n이 k가 아니라면(단계 406의 No 방향), 단계 407에서 제어 장치(100)는, n에 +1을 한 후, 단계 401로 리턴한다. If n is not k (the No direction in step 406), the control device 100 adds +1 to n in step 407, and then returns to step 401.

n이 k이면(단계 406의 Yes 방향), 단계 408에서 제어 장치(100)는, 등가 임피던스 를 계산한다.If n is k (Yes direction in step 406), the control device 100 in step 408, the equivalent impedance Calculate

단계 409에서 제어 장치(100)는, 최종적인 측정 임피던스 Z_measure를 계산한다.In step 409, the control device 100 calculates the final measured impedance Z _measure .

도 5는 후판 재질 및 패드 수량에 따른 등가 임피던스와 스위칭 주파수 관계식을 도출하는 것을 설명하기 위한 도이다.5 is a diagram for explaining the derivation of the equivalent impedance and switching frequency relational expression according to the thick plate material and the number of pads.

단계 501에서 제어 장치(100)는, 최초 패드 제작시, 임피던스 함수의 결정을 개시할 수 있다.In step 501, the control device 100 may initiate the determination of the impedance function when a pad is first manufactured.

단계 502에서 제어 장치(100)는, 단위 패드의 저항값(R) 및 인덕턴스(L)을 측정할 수 있다. 제어 장치(100)는 가열하고자 하는 후판 위에 코일 패드를 설치할 수 있다. 제어 장치(100)는 LCR 미터에서 차단주파수 1(f_c1)에 해당하는 주파수를 인가하여 저항값 및 인덕턴스 값을 측정하여 기록 할 수 있다.In step 502, the control device 100 may measure the resistance value (R) and inductance (L) of the unit pad. The control device 100 may install a coil pad on a thick plate to be heated. The control device 100 may measure and record resistance and inductance values by applying a frequency corresponding to cutoff frequency 1 (f _c1 ) from the LCR meter.

단계 503에서 제어 장치(100)는, 공진 커패시터(C) 값을 측정할 수 있다. 제어 장치(100)는 커패시터 제품의 사양값에 따라 공진 커패시터(C) 값을 측정할 수 있다.In step 503, the control device 100 may measure the value of the resonance capacitor (C). The control device 100 may measure the value of the resonance capacitor (C) according to the specification value of the capacitor product.

단계 504에서 제어 장치(100)는, f(z) 함수를 생성할 수 있다.In step 504, the control device 100 may generate an f(z) function.

도 6은 전류 제어기의 블록도이다.6 is a block diagram of a current controller.

도 6에 도시한 바와 같이, 제어 장치(100)는 I_dc를 입력받아, 차단주파수 f_c2의 저역통과필터를 적용한 규정된 전류지령값과 합산한다.As shown in FIG. 6, the control device 100 receives I _dc and adds it to a prescribed current command value applied with a low-pass filter having a cut-off frequency f _c2 .

이후, 제어 장치(100)는 PI 제어기와 주파수 리미터에 의해 PWM PERIOD를 생성한다. 여기서 주파수 리미터는, 도 4의 (a)와 도 5의 (b)에 따라 도출된 f(Z) = α * (Z)^β 를 입력으로 받아, High Limit = SYSCLK/ f_c1, Low Limit f(Z) 를 연산하여, PWM PERIOD를 생성할 수 있다.Then, the control device 100 generates the PWM PERIOD by the PI controller and the frequency limiter. Here, the frequency limiter receives f(Z) = α * (Z) ^β derived according to (a) of FIG. 4 and (b) of FIG. 5 as an input, and High Limit = SYSCLK/ f _c1 , Low Limit f ( Z) can be calculated to generate the PWM PERIOD.

[임피던스 함수 선정 절차]에 있어,In [Impedance function selection procedure],

제어 장치(100)는 오프라인에서 단위 코일 패드를 철판 또는 임의 재질의 강재위에 설치하고 LCR 미터를 이용하여 인덕턴스를 측정 할 수 있다.The control device 100 may install a unit coil pad on an iron plate or a steel material of an arbitrary material offline and measure inductance using an LCR meter.

제어 장치(100)는 측정된 인덕턴스와 유도가열기에서 사용하는 커패시터값을 이용하여 코일 패드의 수량에 따른 공진주파수 변화값 및 PWM 주파수를 계산 할 수 있다.The control device 100 may calculate a resonant frequency change value and a PWM frequency according to the number of coil pads using the measured inductance and the capacitor value used in the induction heater.

제어 장치(100)는 수식 (7) 또는 수식 (8)의 추세선 함수를 생성 할 수 있다.The control device 100 may generate the trend line function of Equation (7) or Equation (8).

[등가임피던스 추정]에 있어,In [Equivalent Impedance Estimation],

제어 장치(100)는 유도가열기를 f_c1의 고정 주파수로 운전할 수 있다. f_c1 은 15 ~ 50kHz 중 시스템이 허용하는 최대 주파수 일 수 있다.The control device 100 may operate the induction heater at a fixed frequency of f _c1 . f _c1 may be the maximum frequency allowed by the system among 15 to 50 kHz.

제어 장치(100)는 f_c1의 차단주파수를 가진 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)를 통해 직류 전압 및 전류를 측정 할 수 있다.The control device 100 may measure DC voltage and current through a low pass filter (LPF) having a cutoff frequency of f _c1 .

측정된 등가임피던스는 직류전압/직류전류로 결정 될 수 있다.The measured equivalent impedance can be determined as DC voltage/DC current.

제어 장치(100)는 측정 오차를 줄이기 위하여 등가임피던스를 지정된 횟수만큼 연속측정하고, 그 평균값(Zmeasure)을 이용 할 수 있다.The control device 100 may continuously measure the equivalent impedance a specified number of times to reduce the measurement error and use the average value (Zmeasure).

제어 장치(100)는 수식 (7) 또는 수식 (8)에서 구해진 함수에 등가임피던스 평균값을 대입하면 공진주파수에 해당하는 PWM 주기값을 구할 수 있다.The control device 100 can obtain the PWM cycle value corresponding to the resonance frequency by substituting the average value of the equivalent impedance into the function obtained in Equation (7) or Equation (8).

[제어기 구동]에 있어,In [controller drive],

제어 장치(100)는 직류 전류 또는 직류 유효 전력값을 지령값으로 하는 비례적분(PI) 제어기를 구성 할 수 있다.The control device 100 may constitute a proportional integral (PI) controller having a direct current or direct current active power value as a command value.

제어 장치(100)는 f_c2의 차단 주파수를 가진 아날로그 LPF를 통해 측정된 직류 전류 또는 출력을 PI 제어기 피드백값으로 사용 할 수 있다.The control device 100 may use a DC current or output measured through an analog LPF having a cutoff frequency of f _c2 as a PI controller feedback value.

f_c2 는 100 ~ 200Hz의 차단주파수를 가지도록 설계한다.f _c2 is designed to have a cutoff frequency of 100 ~ 200Hz.

f_c2를 가진 LPF를 적용하는 이유는 직류 전압 및 전류는 리플을 가지고 있는데, LPF를 거쳐 리플이 제거된 값을 제어에 이용하여 시스템 제어 안정성을 확보하기 위한 목적이다.The reason for applying the LPF with f _c2 is to secure system control stability by using the value from which the ripple is removed through the LPF for control, since DC voltage and current have ripples.

제어 장치(100)는 PI 제어기 출력값을 유도가열기의 PWM 주기값으로 설계하고, 제한값의 상한값은 고정 주파수인 f_c1으로 선정하고, 하한값은 수식 (7) 또는 수시 (8)에서 계산된 값을 적용한다.The control device 100 designs the PI controller output value as the PWM cycle value of the induction heater, selects the upper limit value as the fixed frequency f _c1 , and selects the lower limit value as the value calculated in Equation (7) or (8) at any time. apply

이러한 시스템의 구성을 통해, 제어 장치(100)는 코일 패드 설치 후 시스템을 기동하면 자동으로 코일 패드의 수량에 따른 공진점 이하 주파수인 용량성 운전 영역에서 운전되는 것을 방지할 수 있다.Through this configuration of the system, when the system is activated after installing the coil pads, the control device 100 can automatically prevent operation in the capacitive operation region, which is a frequency below the resonance point according to the number of coil pads.

본 발명에 의해서는, 다양한 코일 패드 형상 및 후판 재질에 대하여 유도가열기 운용 영역의 안정성을 확보할 수 있다.According to the present invention, it is possible to secure the stability of the induction heater operation area with respect to various coil pad shapes and thick plate materials.

또한, 본 발명에 의해서는, 상대적으로 낮은 성능의 CPU 연산 장치를 적용할 수 있다.In addition, according to the present invention, a relatively low performance CPU arithmetic unit can be applied.

본 발명의 제어 장치(100)는 후판 가열용 유도가열기 코일 패드의 저항값(R), 인덕턴스값(X_L)을 LCR 미터를 이용하여 측정하고, 커패시터값(X_C)은 시스템 설계값을 이용하여 측정값을 결정한다.In the control device 100 of the present invention, the resistance value (R) and the inductance value ( _XL ) of the induction heater coil pad for heating the thick plate are measured using an LCR meter, and the capacitor value (X _C ) is the system design value. Use it to determine the measured value.

제어 장치(100)는 측정된 R, X_L, X_C값을 R값 기준으로 정리하고, LC 공진주파수와 스위칭 주기값의 함수를 생성한다.The control device 100 organizes the measured R, X _L , and X _C values based on the R value, and generates a function of the LC resonant frequency and the switching period value.

L값은 LCR 미터로 결정할 수 있다.The L value can be determined with an LCR meter.

코일 형태는 긴 장방형 형태를 유지하며, 개별 코일 자체의 인덕턴스는 일정한 값을 가진다고 가정할 수 있다.It can be assumed that the coil shape maintains a long rectangular shape, and the inductance of each coil itself has a constant value.

인덕턴스는 코일의 형태에 따라 바뀔 수 있고, 코일의 연결 개수에 따라 비례적으로 증가 할 수 있다.Inductance may change according to the shape of the coil, and may increase proportionally according to the number of coils connected.

코일의 인덕턴스값은 공기중 측정, 철판위에 놓고 측정할 수 있는데, 공진 주파수를 계산하기 위해서는 철판 위에 놓고 측정한 값을 이용한다.The inductance value of the coil can be measured in air or by placing it on an iron plate. To calculate the resonance frequency, the value measured by placing it on the iron plate is used.

C값은 커패시터의 데이터시트/명판을 참조하여 결정 할 수 있다.The value of C can be determined by referring to the datasheet/nameplate of the capacitor.

R값은 LCR미터로 측정하여 결정 할 수 있다.The R value can be determined by measuring with an LCR meter.

제어 장치(100)는 앞에서 측정된 L값과 C값을 이용하여 코일 패드의 수량에 따른 공진 주파수값을 계산할 수 있다.The control device 100 may calculate a resonant frequency value according to the number of coil pads using the previously measured L and C values.

여기서 C는 유도가열기 인버터 내부에 설치되는 부품으로, 커패시터의 수량은 고정이다.Here, C is a component installed inside the induction heater inverter, and the number of capacitors is fixed.

LC 공진회로에서 시스템 전체 임피던스는 수식 (1)로 알려져있다.In an LC resonant circuit, the total impedance of the system is known as Equation (1).

수식 (1)을 통해, 코일 패드의 수량(N)에 따라, 유도가열기의 저항 R 및 X_L 는 N값에 비례한다고 볼 수 있다.Through Equation (1), depending on the number of coil pads (N), it can be seen that the resistances R and X _L of the induction heater are proportional to the N value.

코일에 의한 유도성 리액던스(X_L)는 R값의 a배로 정의하고,The inductive reactance (X _L ) by the coil is defined as a times the R value,

커패시터에 의한 용량성 리액턴스(X_C)는 R값의 b배로 정의할 수 있다.The capacitive reactance (X _C ) of a capacitor can be defined as b times the value of R.

LC 직렬공진회로의 공진 주파수(f_res)는 아래와 같이 정의되어 있다.The resonant frequency (f _res ) of the LC series resonant circuit is defined as follows.

위의 식을 수식 (3), 수식 (4)를 이용하여 패드 수량(N)에 따라서 정리하면, 공진주파수 f_res는 수식 (5)를 통해 결정될 수 있다.If the above equation is arranged according to the number of pads (N) using Equations (3) and (4), the resonant frequency f _res can be determined through Equation (5).

공진주파수 f_res를 DSP 시스템 내부 PWM 제한값으로 사용하기 위해서는 DSP에서 인식하는 주기값으로 변경해주어야 한다.In order to use the resonant frequency f _res as the internal PWM limit value of the DSP system, it must be changed to a period value recognized by the DSP.

유도 가열기의 운전은 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용하여, 주파수를 가변 시키는데, PWM의 주기는 DSP 내부 시스템 클럭값을 이용하여 결정한다.The operation of the induction heater varies the frequency using PWM (Pulse Width Modulation), and the period of PWM is determined using the DSP internal system clock value.

예컨대, for example,

EPwmXRegs.TBPRD = 1200; (내부 PWM 주기 설정값, X=1,2)EPwmXRegs.TBPRD = 1200; (Internal PWM cycle setting value, X=1,2)

DSP 내부 클럭 : 75MHzDSP internal clock: 75 MHz

일 경우에는, 75MHz의 클럭이 1200번 동작하는 것이므로 주파수로 표현하면 75MHz/1200 = 62.5kHz 이 된다.In case of , since the 75MHz clock operates 1200 times, the frequency is expressed as 75MHz/1200 = 62.5kHz.

즉, DSP에서 인식하는 주기값인 PWM 주기값은, DSP 내부 시스템 클럭값인 75MHz를, 주파수로 표현된 공진주파수 62.5kHz로 나누어 줌으로써 산출할 수 있다.That is, the PWM period value, which is a period value recognized by the DSP, can be calculated by dividing 75 MHz, which is a DSP internal system clock value, by the resonant frequency 62.5 kHz expressed as a frequency.

제어 장치(100)에 의해서는 패드 수량에 따른 공진주파수 변화값을 시스템 클럭값(SYSCLK)과 수식 (5)의 역수의 곱으로 표현하여 표 1로 정리할 수 있다.According to the control device 100, the resonant frequency change value according to the number of pads can be expressed as a product of the system clock value SYSCLK and the reciprocal of Equation (5), and summarized in Table 1.

제어 장치(100)에 의해서는 패드 수량에 따라서 등가 임피던스와 수식 (2), 수식 (3), 수식 (4)를 수식 (1)에 대입하여 정리하여 표 2와 같이 정리 할 수 있다.According to the control device 100, the equivalent impedance and Equation (2), Equation (3), and Equation (4) can be substituted into Equation (1) according to the number of pads and arranged as shown in Table 2.

제어 장치(100)에 의해서는 표 1와 표 2를 이용하여 패드 수량에 따른 등가임피던스와 PWM공진주파수로 정리할 수 있다.According to the control device 100, the equivalent impedance and PWM resonance frequency according to the number of pads can be organized using Tables 1 and 2.

제어 장치(100)에 의해서는, 표 3을 X축에 등가 임피던스인Z_eq, Y축에 공진주파수 PWM 주기값인 f(Z_eq)를 이용하여 표시하여 양변에 저항성분 R을 제거하고, L,C 임피던스에 의한 영향성분만을 남길 수 있다.By the control device 100, Table 3 is displayed using the equivalent impedance Z _eq on the X axis and the resonance frequency PWM cycle value f (Z _eq ) on the Y axis to remove the resistance component R on both sides, and L , Only the influence component by C impedance can be left.

표 3를 이용하여 엑셀 추세선 함수는, 수식 (7)와 수식 (8)와 같은 형태로 나타내어진다.Using Table 3, the Excel trend line function is represented in the form of Equations (7) and Equations (8).

수식 (7)과 수식 (8)에 따른 함수의 의미는 임의의 등가 임피던스값을 추세선 함수에 입력하면 공진 주파수 운전 제한값을 구할 수 있다는 의미가 된다.The meaning of the functions according to Equations (7) and (8) means that the resonance frequency operation limit value can be obtained by inputting an arbitrary equivalent impedance value to the trend line function.

예를 들어 R, L, C값 및 등가임피던스를 구하기 위한 기본 주파수가 아래와 같이 주어진다면, 표 4와 같이 정리된다.For example, if the basic frequencies for obtaining R, L, C values and equivalent impedance are given as follows, they are organized as shown in Table 4.

R = 2.063469278[Ω]R = 2.063469278[Ω]

L = 59.2473[uH]L = 59.2473 [uH]

C = 880[uF]C = 880 [uF]

Base Freq = 20000[Hz], SYSCLK = 10000000[Hz]Base Freq = 20000[Hz], SYSCLK = 10000000[Hz]

[표 4][Table 4]

표 4는 등가 임피던스와 공진주파수의 PWM 주기와의 상관 관계를 정리한 표이다.Table 4 is a table summarizing the correlation between the equivalent impedance and the PWM period of the resonant frequency.

함수 PWM Period = 247.11 * IMPEDANCE^0.4182의 형태로 구해지면, 제어 장치(100)에 의해서는, 패드의 수량이 중간값을 가져도 운전 제한값을 결정할 수 있다. When obtained in the form of the function PWM Period = 247.11 * IMPEDANCE ^0.4182 , the control device 100 can determine the operating limit value even if the number of pads has an intermediate value.

직류 전압과 전류를 이용하여 유도가열기 패드 부하의 등가임피던스를 구하기 위하여, 제어 장치(100)는 PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수를 가지는 저역통과필터를 이용하여 직류 전압과 전류를 측정하고 측정된 전압을 전류로 나눈 임피던스값의 평균값을 획득할 수 있다. 제어 장치(100)는 획득한 임피던스값의 평균값을 이용하여 코일 패드의 수량 변경에 따라 공진주파수가 변경에 대응하는 PWM 제한값을 획득 할 수 있다.In order to obtain the equivalent impedance of the induction heater pad load using the DC voltage and current, the controller 100 measures the DC voltage and current using a low-pass filter having a cut-off frequency of the PWM switching frequency and calculates the measured voltage. The average value of the impedance values divided by the current can be obtained. The control device 100 may obtain a PWM limit value corresponding to a change in resonance frequency according to a change in the number of coil pads by using an average value of the acquired impedance values.

공진주파수의 제한값은 수식 (7), 수식 (8) 등에 임의의 등가 임피던스를 입력하면 결정할 수 있다.The limiting value of the resonant frequency can be determined by inputting an arbitrary equivalent impedance to Equations (7) and Equations (8).

등가 임피던스를 구하는 방법은 직류단 전압과 전류를 이용하는 방법과 출력단 AC 전압과 전류를 이용하는 방법이 있다.Methods for obtaining the equivalent impedance include a method using DC link voltage and current and a method using output AC voltage and current.

직류단 전압과 전류를 이용하는 방법은 '임피던스 = 전압/전류'의 식을 이용하여 순수하게 등가 임피던스의 성분만 구할 수 있는 방법으로, CPU의 연산 능력이 크게 필요하지 않은 장점이 있다.The method using the DC link voltage and current is a method in which only equivalent impedance components can be obtained using the equation 'impedance = voltage/current', and has the advantage of not requiring much computational power of the CPU.

출력단 AC 전압과 전류를 이용하는 방법에 의해 구한 임피던스는 크기와 위상 정보를 확인할 수 있는 장점이 있으나, 고속의 아날로그 디지털 컨버터 변환 능력과 CPU 연산 능력이 크게 필요하다는 단점이 있다.The impedance obtained by the method using the AC voltage and current of the output stage has the advantage of being able to check the magnitude and phase information, but has the disadvantage of requiring high-speed analog-to-digital converter conversion capability and CPU calculation capability.

직류단과 출력단 전압을 비교하면 직류단은 거의 일정한 값을 갖고, 출력단은 PWM 1:1 듀티비의 출력값을 갖을 수 있다.Comparing the voltages of the DC link and the output terminal, the DC link has an almost constant value, and the output terminal may have an output value of a PWM 1:1 duty ratio.

유도가열기가 공진주파수 보다 큰 주파수에서 운전하는 경우, 제어 장치(100)에 의해서는, PWM 운전 주파수의 차단 주파수를 가지는 아날로그 필터를 거치게 됨에 따라, 출력단 AC 전류의 RMS값과 직류단 DC 전류의 피크값이 거의 유사한 값을 가지게 된다.When the induction heater is operated at a frequency greater than the resonance frequency, the control device 100 passes through an analog filter having a cut-off frequency of the PWM operating frequency, so that the RMS value of the AC current of the output stage and the DC current of the DC link The peak values have almost the same values.

제어 장치(100)는 DSP에서 이 DC 전압과 전류 피크값을 이용하여 등가 임피던스 Zeq값을 구할 수 있다.The control device 100 may obtain an equivalent impedance Zeq value using the DC voltage and current peak values in the DSP.

제어 장치(100)는 등가 임피던스를 측정하기 위한 아날로그 전류 측정 회로의 차단 주파수값을 출력 전류의 RMS값과 유사해지도록 특정 주파수값에 해당하도록 설계한다.The control device 100 designs the cut-off frequency value of the analog current measuring circuit for measuring the equivalent impedance to correspond to a specific frequency value to be similar to the RMS value of the output current.

출력전류의 RMS값은 출력전류 피크값의 1/sqrt(2) 배이다.The RMS value of the output current is 1/sqrt(2) times the peak value of the output current.

직류 전류는 출력전류의 절대값과 등가이다. The direct current is equivalent to the absolute value of the output current.

저역통과필터의 차단주파수 지점은 원 신호 입력대비 출력 신호의 크기가 70.7%로 정현파 신호의 RMS값과 크기가 비슷해지는 특징을 가질 수 있다.The cut-off frequency point of the low-pass filter may have a characteristic in which the magnitude of the output signal compared to the input of the original signal is 70.7%, and the magnitude is similar to the RMS value of the sine wave signal.

임피던스 측정 오차를 줄이기 위하여, 제어 장치(100)는 직류 전압과 전류 측정의 지정된 횟수 n번 반복하여 평균값을 취한다.In order to reduce the impedance measurement error, the control device 100 repeats the DC voltage and current measurement n times and takes an average value.

제어 장치(100)는 N번 반복 이후 측정 평균값을 임피던스 값으로 결정하고, 이 임피던스 값을 수식 (7)에 대입하면 PWM 제한값이 된다.The controller 100 determines the measured average value as the impedance value after repeating N times, and substitutes this impedance value into Equation (7) to become the PWM limit value.

공진 주파수 이상의 특정 주파수 f_c1에서 유도가열기 회로에 출력을 인가하면 직류단에 전압과 전류값이 발생하고, 제어 장치(100)는 이 값을 나누어 임피던스값을 산출한다.When an output is applied to the induction heater circuit at a specific frequency f _c1 equal to or higher than the resonant frequency, voltage and current values are generated in the DC link, and the controller 100 divides these values to calculate the impedance value.

패드 형상 또는 수량에 따라 결정된 임피던스값은 특정 공진 주파수 곡선을 따라 동작하게 된다.The impedance value determined according to the shape or number of pads operates along a specific resonant frequency curve.

그리고, 제어 장치(100)는 공진 주파수값의 역수를 PWM Period로 변환시켜, 특정한 추세선(비선형함수)을 따라 움직이게 한다.Then, the control device 100 converts the reciprocal of the resonant frequency value into a PWM period to move along a specific trend line (nonlinear function).

유도가열기 제어 시스템은 비례 적분 제어기가 적용되고 입력값은 전류 또는 출력 제어를 선택할 수 있고, 피드백값은 직류 전압 또는 직류 전력을 이용하는데, 이 전압 또는 전류는 낮은 주파수의 저역통과필터를 통과한 값을 이용한다.The induction heater control system applies a proportional integral controller, selects current or output control as an input value, and uses DC voltage or DC power as a feedback value, which voltage or current passes through a low-frequency low-pass filter. use the value

비례적분제어기 출력값의 제한값의 상한값은 유도가열기 최대 동작 주파수로 설정하고 PWM 제한값을 하한 값으로 이용한다.The upper limit of the limit value of the output value of the proportional integral controller is set to the maximum operating frequency of the induction heater, and the PWM limit value is used as the lower limit value.

PI 제어기의 입력은 직류 전류로 설정하고, 출력 신호 피드백값은 직류 전류로 구성한다.The input of the PI controller is set to DC current, and the output signal feedback value is composed of DC current.

피드백 전류는 시스템의 안정적인 운전을 위하여 f_c2 (약 100 ~ 200Hz)로 설정한다.The feedback current is set to f _c2 (about 100 ~ 200Hz) for stable operation of the system.

시스템이 처음 동작할 때 f_c1 (시스템 설계값)과 f(Zeq) (설치된 패드의 등가 임피던스)를 확인하고 제어를 수행하기 때문에, 시스템 제어기는 항상 f_c1과 f(Z_eq)이내에서만 운전되어 시스템을 보호할 수 있다.Since f _c1 (system design value) and f(Zeq) (equivalent impedance of the installed pad) are checked and controlled when the system is first operated, the system controller always operates within f _c1 and f(Z _eq ). You can protect your system.

낮은 주파수로 f_c2값을 설정하는 이유는 직류단 전류 원신호는 수십 kHz의 주파수를 가지고 있어, DSP에서 특수한 처리없이ADC 하였을 때 샘플링 간격에 따라 신호 왜곡이 발생할 수 있다.The reason for setting the f _c2 value at a low frequency is that the DC link current original signal has a frequency of several tens of kHz, so signal distortion may occur depending on the sampling interval when ADC is performed without special processing in the DSP.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 제어 장치(100)는 매우 낮은 차단 주파수(f_c2)를 가지는 저역통과필터를 구성하여 고주파 AC 성분을 제거하고, 평활화된 DC 성분으로 시스템을 제어한다.In order to solve this problem, the control device 100 configures a low-pass filter having a very low cutoff frequency (f _c2 ) to remove a high-frequency AC component and controls the system with a smoothed DC component.

유도 가열기는 후판의 온도 제어를 목적으로 하므로, 시스템 응답 특성이 빠를 필요가 없는 시스템이므로 이와 같이 낮은 대역폭을 가지는 필터를 적용할 수 있다.Since the induction heater aims to control the temperature of the thick plate, it is a system that does not require fast system response characteristics, so a filter having such a low bandwidth can be applied.

이하, 도 7에서는 본 발명의 실시예들에 따른 제어 장치(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.Hereinafter, a workflow of the control device 100 according to embodiments of the present invention will be described in detail in FIG. 7 .

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of an induction heater for heating a thick plate according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법은 제어 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.The control method of the induction heater for heating thick plates according to the present embodiment may be performed by the control device 100 .

우선, 제어 장치(100)는 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정한다(710). 단계(710)은 후판의 가열을 위해 전력을 인가받아 발열되는 코일 패드에 대한 전기적 파라미터를 측정하는 과정일 수 있다.First, the control device 100 measures the resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of the coil pad constituting the induction heater (710). Step 710 may be a process of measuring an electrical parameter of a coil pad that generates heat by receiving electric power for heating the thick plate.

또한, 제어 장치(100)는 상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산한다(720). 단계(720)는 유도성 리액턴스(X_L)와, 용량성 리액턴스(X_C)를 이용하여 유도된 수식 (5)를 통해, 코일 패드가 증가함에 따라 변화하는 공진 주파수를 저항(R) 기준으로 정리하는 과정일 수 있다.In addition, the control device 100 calculates the inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C), based on the resistance (R). (5) is satisfied, 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number N of the coil pads is calculated (720). In step 720, the resonant frequency that changes as the coil pad increases is based on the resistance (R) through Equation (5) derived using the inductive reactance (X _L ) and the capacitive reactance (X _C ). It can be a tidying up process.

여기서, 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배 일 때, 상기 수식 (5)는 일 수 있다.Here, when the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R) and the capacitive reactance (X _C ) is b times the resistance (R), Equation (5) is can be

본 발명의 제어 장치(100)는 앞서 계산한 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식 가능한 값으로 변환시킬 수 있다.The control device 100 of the present invention may convert the previously calculated 'R reference resonance frequency fr _s ' into a value recognizable by a digital signal processor (DSP).

이를 위해, 제어 장치(100)는 시스템 클럭값(SYSCLK)과 상기 수식 (5)의 역수와의 곱을 통해, 상기 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식하는 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'로 변경한다. 즉, 제어 장치(100)는 유도가열기가 동작하도록 설계된 시스템 클럭값(SYSCLK)을, 수식 (5)의 분모 값과 곱셈 적용(SYSCLK * ) 함으로써, DSP에 의해 인식 가능한 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'을 출력 할 수 있다.To this end, the control device 100 multiplies the system clock value SYSCLK and the reciprocal of Equation (5), and recognizes the 'R reference resonance frequency f _res ' in a digital signal processor (DSP) of the coil. It is changed to 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' according to the number of pads (N). That is, the control device 100 applies the system clock value (SYSCLK) designed to operate the induction heater to the denominator value of Equation (5) and multiplication (SYSCLK * ), it is possible to output 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' recognizable by the DSP.

일실시예에서, 제어 장치(100)는 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산 할 수 있다.In one embodiment, the control device 100 may calculate 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to the number N of coil pads.

이를 위해, 제어 장치(100)는, 수식 (1)을 만족하는, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를, 저항(R)을 기준으로 정리하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산한다. 즉, 제어 장치(100)는 수식 (1)을 통해, 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를 계산한 후, 이 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를 저항(R) 기준으로 정리 함으로써, 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산 할 수 있다.To this end, the control device 100 organizes the equivalent impedance according to the number N of the coil pads, which satisfies Equation (1), based on the resistance R, so that the number N of the coil pads Calculate 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to That is, the control device 100 calculates the equivalent impedance according to the number N of coil pads through Equation (1), and then calculates the equivalent impedance according to the number N of coil pads based on the resistance R. By arranging, 'R reference equivalent impedance Z _eq ' according to the number (N) of coil pads can be calculated.

여기서, 수식 (1)는, Z = √((NR)² + (NX_L-X_C)²) 일 수 있다.Here, Equation (1) may be Z = √((NR) ² + (NX _L -X _C ) ² ).

또한, 제어 장치(100)는, 상기 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 X축으로 하고, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'를 Y축으로 하는 평면 상의 추세선 함수를 이용하여 수식 (7)를 유도 할 수 있다. 즉, 제어 장치(100)는 앞서 구해진 'R기준 등가임피던스 Z_eq'와 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'의 평면에서의 추세 선을 분석하여 수식 (7)을 유도 할 수 있다.In addition, the control device 100 uses a trend line function on a plane with the 'R reference equivalent impedance Z _eq ' as the X axis and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' as the Y axis. (7) can be derived. That is, the control device 100 may derive Equation (7) by analyzing a trend line in the plane of 'R reference equivalent impedance Z _eq ' and 'R reference PWM period value f(Z _eq )' obtained above.

상기 수식 (7)은 f(Z_eq) = α*(Z_eq)^β 이고, 상기 α와 상기 β는 상기 추세선 함수로부터 유도된 값 일 수 있다.Equation (7) is f(Z _eq ) = α*(Z _eq ) ^β , and α and β may be values derived from the trend line function.

이후, 제어 장치(100)는 상기 수식 (7)을 만족하는 공진 주파수의 운전 제한값을 획득 할 수 있다. 즉, 제어 장치(100)는 유도가열기가 운전되는 영역(공진 주파수보다 높은 유도성 영역)을 수식 (7)을 통해 결정할 수 있다.Thereafter, the control device 100 may obtain an operating limit value of the resonance frequency that satisfies Equation (7). That is, the control device 100 may determine the region in which the induction heater is operated (the inductive region higher than the resonant frequency) through Equation (7).

상기 운전 제한값의 획득에 있어, 제어 장치(100)는, PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수를 가지는 아날로그 저역통과필터를 이용하여, 직류 전압과 직류 전류를 산출하고, 산출된 상기 직류 전압을 상기 직류 전류로 나눈 임피던스의 평균값을, 상기 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하며, 상기 등가 임피던스를, 상기 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 상기 공진 주파수의 운전 제한값을 획득 할 수 있다. 즉, 제어 장치(100)는 PWM 스위칭 주파수를 차단 주파수로 설계된 저역통과필터를 통해, 직류 전압과 직류 전류를 산출하여, 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하고, 결정된 등가 임피던스를, 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 운전 제한값을 얻을 수 있다.In obtaining the operation limit value, the control device 100 calculates a DC voltage and a DC current using an analog low-pass filter having a cut-off frequency of the PWM switching frequency, and converts the calculated DC voltage into the DC current. The average value of the divided impedances is determined as the equivalent impedance for the coil pads, and the equivalent impedance is substituted into Z _eq in Equation (7) to limit the operation of the resonant frequency according to the number N of the coil pads. can be obtained. That is, the control device 100 calculates the DC voltage and the DC current through the low-pass filter designed as the cut-off frequency of the PWM switching frequency, determines the equivalent impedance for the coil pad, and determines the determined equivalent impedance as Equation (7) By substituting Z _eq in , the operating limit value can be obtained.

이때, 상기 유도가열기는, 처음 동작할 때의 설계 주파수 f_c1 와, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)' 사이에서 운전되어, 상기 유도가열기를 포함하여 구성되는 시스템을 보호 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유도가열기는, 시스템이 처음 동작할 때 f_c1 (시스템 설계값)과 f(Zeq) (설치된 패드의 등가 임피던스)를 확인하고 제어를 수행하기 때문에, 시스템 제어기가 항상 f_c1과 f(Z_eq)이내에서만 운전되도록 하여, 시스템을 보호할 수 있다.At this time, the induction heater is operated between the design frequency f _c1 at the time of initial operation and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' to protect the system including the induction heater. can That is, since the induction heater according to the present invention checks f _c1 (system design value) and f(Zeq) (equivalent impedance of the installed pad) and performs control when the system is first operated, the system controller is always f The system can be protected by operating only within _c1 and f(Z _eq ).

또한, 상기 PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수는, 상기 유도 가열기의 출력 신호의 피드백 주파수 f_c2로 설정하여, 고주파 AC 성분을 제거하고, 평활화된 DC 성분으로 시스템을 제어 할 수 있다.In addition, the cut-off frequency of the PWM switching frequency may be set to the feedback frequency f _c2 of the output signal of the induction heater to remove the high-frequency AC component and control the system with the smoothed DC component.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기용 패드의 수량이 바뀌더라도 직류 전압과 전류를 이용하여 코일 패드와 후판의 임피던스를 계산하고, 계산된 코일 패드와 후판의 임피던스를 이용하여, 유도가열기가 공진 주파수보다 높은 영역에서 항상 운전될 수 있도록 제어하는, 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법 및 제어 장치를 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, even if the number of induction heater pads is changed, the impedance of the coil pad and the thick plate is calculated using the DC voltage and current, and the impedance of the thick plate is calculated to calculate the induction heater It is possible to provide a control method and control device for an induction heater for heating a thick plate, which controls so that the induction heater can always be operated in a region higher than the resonance frequency.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유도가열기가 용량성 영역에서 운전되지 않고 유도성 영역에서만 운전되도록 주파수 하한값을 자동적으로 제한 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the lower limit of the frequency can be automatically limited so that the induction heater is not operated in the capacitive region but only in the inductive region.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

100 : 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치
110 : 측정부
120 : 계산부
130 : 처리부100: control device of induction heater for heating thick plate
110: measuring unit
120: calculation unit
130: processing unit

Claims (15)

유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정하는 측정부; 및
상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산하는 계산부
- 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배이며,
상기 수식 (5)는
임 -
를 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.A measurement unit for measuring resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of the coil pad constituting the induction heater; and
The inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) satisfy Equation (5) arranged based on the resistance (R), Calculation unit that calculates 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number of coil pads (N)
- the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R), and the capacitive reactance (X _C ) is b times the resistance (R),
Equation (5) above is
lim -
A control device for an induction heater for heating a thick plate comprising a. 제1항에 있어서,
시스템 클럭값(SYSCLK)과 상기 수식 (5)의 역수와의 곱을 통해, 상기 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식하는 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'로 변경하는 처리부
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 1,
Through the product of the system clock value (SYSCLK) and the reciprocal of Equation (5), the 'R reference resonant frequency f _res ' is determined according to the number (N) of the coil pads recognized by the DSP (Digital Signal Processor). Processing unit that changes to R-based PWM cycle value f(Z _eq )'
A control device for an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제2항에 있어서,
상기 계산부는,
수식 (1)을 만족하는, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를, 저항(R)을 기준으로 정리하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산하는
- 수식 (1)는,
Z = √((NR)² + (NX_L-X_C)²) 임 -
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 2,
The calculator,
The equivalent impedance according to the number (N) of the coil pads, which satisfies Equation (1), is arranged based on the resistance (R), and 'R-based equivalent impedance Z _eq ' according to the number (N) of the coil pads to calculate
- Equation (1) is,
Z = √((NR) ² + (NX _L -X _C ) ² ) is -
A control device for an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제3항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 X축으로 하고, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'를 Y축으로 하는 평면 상의 추세선 함수를 이용하여 수식 (7)를 유도하고,
상기 수식 (7)을 만족하는 공진 주파수의 운전 제한값을 획득하는
- 상기 수식 (7)은 f(Z_eq) = α*(Z_eq)^β 이고, 상기 α와 상기 β는 상기 추세선 함수로부터 유도된 값임 -
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 3,
The processing unit,
Equation (7) is derived using a trend line function on a plane with the 'R reference equivalent impedance Z _eq ' as the X axis and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' as the Y axis,
Obtaining an operating limit value of a resonance frequency that satisfies Equation (7) above
- Equation (7) is f(Z _eq ) = α*(Z _eq ) ^β , and the α and β are values derived from the trend line function -
A control device for an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제4항에 있어서,
상기 처리부는,
PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수를 가지는 아날로그 저역통과필터를 이용하여, 직류 전압과 직류 전류를 산출하고,
산출된 상기 직류 전압을 상기 직류 전류로 나눈 임피던스의 평균값을, 상기 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하며,
상기 등가 임피던스를, 상기 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 상기 공진 주파수의 운전 제한값을 획득하는
후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 4,
The processing unit,
Using an analog low-pass filter having a cutoff frequency of the PWM switching frequency, DC voltage and DC current are calculated,
An average value of impedance obtained by dividing the calculated DC voltage by the DC current is determined as an equivalent impedance for the coil pad;
Substituting the equivalent impedance into Z _eq in Equation (7) to obtain an operating limit value of the resonant frequency according to the number N of the coil pads
Control device of induction heater for heavy plate heating. 제5항에 있어서,
상기 유도가열기는,
처음 동작할 때의 설계 주파수 fc1 와, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)' 사이에서 운전되어, 상기 유도가열기를 포함하여 구성되는 시스템을 보호하는
후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 5,
The induction heater,
It is operated between the design frequency fc1 at the time of initial operation and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' to protect the system including the induction heater.
Control device of induction heater for heavy plate heating. 제5항에 있어서,
상기 PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수는,
상기 유도 가열기의 출력 신호의 피드백 주파수 fc2로 설정하여, 고주파 AC 성분을 제거하고, 평활화된 DC 성분으로 시스템을 제어하는
후판 가열용 유도가열기의 제어 장치.According to claim 5,
The cutoff frequency of the PWM switching frequency is,
Setting the feedback frequency fc2 of the output signal of the induction heater to remove the high-frequency AC component and control the system with the smoothed DC component
Control device of induction heater for heavy plate heating. 유도가열기를 구성하는 코일 패드에 대한, 저항(R), 인덕턴스(L), 및 커패시터(C)를 측정하는 단계; 및
상기 인덕턴스(L)와 연관된 유도성 리액턴스(X_L)와, 상기 커패시터(C)와 연관된 용량성 리액턴스(X_C)를, 저항(R)을 기준으로 정리한 수식 (5)를 만족하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 공진 주파수 f_res'를 계산하는 단계
- 상기 유도성 리액턴스(X_L)는 저항(R)의 a배이고, 상기 용량성 리액턴스(X_C)는 저항(R)의 b배이며,
상기 수식 (5)는
임 -
를 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.Measuring resistance (R), inductance (L), and capacitor (C) of a coil pad constituting an induction heater; and
The inductive reactance (X _L ) associated with the inductance (L) and the capacitive reactance (X _C ) associated with the capacitor (C) satisfy Equation (5) arranged based on the resistance (R), Calculating 'R reference resonance frequency f _res ' according to the number of coil pads (N)
- the inductive reactance (X _L ) is a times the resistance (R), and the capacitive reactance (X _C ) is b times the resistance (R),
Equation (5) above is
lim -
Control method of an induction heater for heating a thick plate comprising a. 제8항에 있어서,
시스템 클럭값(SYSCLK)과 상기 수식 (5)의 역수와의 곱을 통해, 상기 'R기준 공진 주파수 f_res'를, DSP(Digital Signal Processor)에서 인식하는 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'로 변경하는 단계
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 8,
Through the product of the system clock value (SYSCLK) and the reciprocal of Equation (5), the 'R reference resonant frequency f _res ' is determined according to the number (N) of the coil pads recognized by the DSP (Digital Signal Processor). Step of changing to R-based PWM cycle value f(Z _eq )'
A method of controlling an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제9항에 있어서,
수식 (1)을 만족하는, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 등가임피던스를, 저항(R)을 기준으로 정리하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 계산하는 단계
- 수식 (1)는,
Z = √((NR)² + (NX_L-X_C)²) 임 -
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 9,
The equivalent impedance according to the number (N) of the coil pads, which satisfies Equation (1), is arranged based on the resistance (R), and 'R-based equivalent impedance Z _eq ' according to the number (N) of the coil pads steps to calculate
- Equation (1) is,
Z = √((NR) ² + (NX _L -X _C ) ² ) is -
A method of controlling an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제10항에 있어서,
상기 'R기준 등가임피던스 Z_eq'를 X축으로 하고, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)'를 Y축으로 하는 평면 상의 추세선 함수를 이용하여 수식 (7)를 유도하는 단계; 및
상기 수식 (7)을 만족하는 공진 주파수의 운전 제한값을 획득하는 단계
- 상기 수식 (7)은 f(Z_eq) = α*(Z_eq)^β 이고, 상기 α와 상기 β는 상기 추세선 함수로부터 유도된 값임 -
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 10,
Deriving Equation (7) using a trend line function on a plane with the 'R reference equivalent impedance Z _eq ' as the X axis and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' as the Y axis; and
Obtaining an operating limit value of a resonance frequency that satisfies Equation (7) above
- Equation (7) is f(Z _eq ) = α*(Z _eq ) ^β , and the α and β are values derived from the trend line function -
A method of controlling an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제11항에 있어서,
상기 공진 주파수의 운전 제한값을 획득하는 단계는,
PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수를 가지는 아날로그 저역통과필터를 이용하여, 직류 전압과 직류 전류를 산출하는 단계; 및
산출된 상기 직류 전압을 상기 직류 전류로 나눈 임피던스의 평균값을, 상기 코일 패드에 대한 등가 임피던스로 결정하는 단계; 및
상기 등가 임피던스를, 상기 수식 (7)의 Z_eq에 대입하여, 상기 코일 패드의 개수(N)에 따른 상기 공진 주파수의 운전 제한값을 획득하는 단계
를 더 포함하는 후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 11,
Obtaining the operating limit value of the resonant frequency,
Calculating a DC voltage and a DC current using an analog low-pass filter having a cut-off frequency of the PWM switching frequency; and
determining an average impedance value obtained by dividing the DC voltage by the DC current as an equivalent impedance for the coil pad; and
Substituting the equivalent impedance into Z _eq in Equation (7) to obtain an operating limit value of the resonant frequency according to the number N of the coil pads
A method of controlling an induction heater for heating a thick plate further comprising a. 제12항에 있어서,
상기 유도가열기는,
처음 동작할 때의 설계 주파수 fc1 와, 상기 'R기준 PWM 주기값 f(Z_eq)' 사이에서 운전되어, 상기 유도가열기를 포함하여 구성되는 시스템을 보호하는
후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 12,
The induction heater,
It is operated between the design frequency fc1 at the time of initial operation and the 'R reference PWM cycle value f(Z _eq )' to protect the system including the induction heater.
Control method of induction heater for heavy plate heating. 제12항에 있어서,
상기 PWM 스위칭 주파수의 차단 주파수는,
상기 유도 가열기의 출력 신호의 피드백 주파수 fc2로 설정하여, 고주파 AC 성분을 제거하고, 평활화된 DC 성분으로 시스템을 제어하는
후판 가열용 유도가열기의 제어 방법.According to claim 12,
The cutoff frequency of the PWM switching frequency is,
Setting the feedback frequency fc2 of the output signal of the induction heater to remove the high-frequency AC component and control the system with the smoothed DC component
Control method of induction heater for heavy plate heating. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of any one of claims 8 to 14.

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