JP2000228277A

JP2000228277A - 誘導加熱装置の保護装置

Info

Publication number: JP2000228277A
Application number: JP11028283A
Authority: JP
Inventors: Isamu Nishimori; 勇西森
Original assignee: UCHINO KK
Current assignee: UCHINO KK
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータ回路におけるスイッチング素子が
破損した場合や異常電流が流れた時に発振を停止するよ
うにし、メンテナンスも容易にできるようにする。【解決手段】インバータ回路６に電力を供給し、該イ
ンバータ回路に接続される負荷コイル２０に高周波交流
電流を供給する誘導加熱装置において、前記インバータ
回路を、ブリッジ接続したスイッチング素子１３を並列
に接続して並列運転するとともに、各スイッチング素子
と負荷コイルに流れる電流をそれぞれ検知する手段２２
・２３・・・を設け、該電流が設定範囲を越えるとイン
バータ回路の作動を停止するように構成したまた、前記
インバータ回路の異常が生じたスイッチング素子を表示
する表示手段２９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鍛造用金属棒等の被
加工物を高周波電流を流した加熱コイル内を通過させて
加熱する誘導加熱装置において、インバータ回路におけ
るスイッチング素子が破損した場合や異常電流が流れた
時に発振を停止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から誘導加熱装置における負荷コイ
ルに高周波電流を供給するインバータ回路は、サイリス
タやＩＧＢＴ等のスイッチング素子をブリッジ接続し
て、この上アームと下アームの間よりコイルやコンデン
サ等よりなる共振回路と接続して、前記スイッチング素
子をＯＮ・ＯＦＦすることによって高周波電流を負荷コ
イルに流して、被加工物に誘導電流を発生させて発熱さ
せるようにしていた。そして、このインバータ回路に使
用されるスイッチング素子の容量が負荷回路に流す電流
よりも小さいと、インバータ回路を複数並列配置して誘
導加熱に必要な電流を得ている。この並列運転されてい
るスイッチング素子のうち、一つのスイッチング素子が
破壊されると、その他のスイッチング素子に次から次へ
と過電流が流れて連鎖的に破壊が進行してしまうのであ
る。

【０００３】このようにスイッチング素子の破損や作動
不良等を防止するために、従来から異常検出を行う回路
が設けられている。例えば、同一出願人による特開平５
−２１９７５５号の技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術は、ブ
リッジ接続されるスイッチング素子間の電位を検知して
基準電圧と比較し、その電位差が規定値以上の場合はさ
らに基準電圧と比較されて、異常信号が出力される構成
としている。前記のような技術では、転流等で生じる疑
似電位を検知しないようにしているために、検知部位毎
に比較回路が二つ必要となり、また、略均一に分流して
いる各素子にかかる電流のバランスが崩れたり、電流波
形が歪んだりした場合、特定のスイッチング素子に電流
が集中して破損する場合があった。そして、インバータ
回路が異常となって作動できなくなった場合、いずれの
スイッチング素子が異常となったのか分からなかったの
である。よって、並列接続さたインバータ回路ごとに点
検する必要があり、メンテナンスに時間がかかっていた
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明が解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。即ち、請求項１においては、インバ
ータ回路に電力を供給し、該インバータ回路に接続され
る負荷コイルに高周波交流電流を供給する誘導加熱装置
において、前記インバータ回路を、ブリッジ接続したス
イッチング素子を並列に接続して並列運転するととも
に、各スイッチング素子と負荷コイルに流れる電流をそ
れぞれ検知する手段を設け、該電流が設定範囲を越える
とインバータ回路の作動を停止するように構成したもの
である。

【０００６】また、請求項２においては、直流電源から
インバータ回路に電力を供給し、該インバータ回路に接
続される負荷コイルに高周波交流電流を供給する誘導加
熱装置において、前記インバータ回路を、ブリッジ接続
したスイッチング素子を並列に接続して並列運転すると
ともに、前記並列運転される各スイッチング素子に流れ
る電流波形と負荷コイルに流れる電流波形とをそれぞれ
検出して比較し、設定幅以上の差が生じるとインバータ
回路の作動を停止するように構成したものである。

【０００７】また、請求項３においては、前記インバー
タ回路の異常が生じたスイッチング素子を表示する表示
手段を設けたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施を説明する。図
１は本発明の保護装置を具備する電磁誘導加熱装置のブ
ロック図、図２は電磁誘導加熱装置の主回路図、図３は
分流比較回路図、図４はタイミングチャートを示す図で
ある。

【０００９】図１において、本発明の電磁誘導加熱装置
の全体回路構成を説明する。配電線から供給される３相
電源１にコンバータ回路５が接続されて、該コンバータ
回路５によって整流されて直流とし、該コンバータ回路
５にはインバータ回路６が接続されて、該インバータ回
路６のスイッチング素子によって上アームと下アームに
交互に導通させて、加熱コイル２０に高周波電流を発生
させる。該加熱コイル２０にはコンデンサ２１が直列接
続され、前記加熱コイル２０とコンデンサ２１とによっ
て共振回路を構成している。

【００１０】前記インバータ回路６にはゲート駆動回路
７とアーム異常検知回路８と電流検出器２２・２３・２
４・２５・２６と接続され、前記ゲート駆動回路７とア
ーム異常検知回路８は発振制御回路９と接続されてい
る。こうして発振制御回路９から発振信号をゲート駆動
回路７に入力し、該ゲート駆動回路７より各スイッチン
グ素子のゲートに駆動信号を入力して、各スイッチング
素子をＯＮ・ＯＦＦして制御するのである。

【００１１】また、発振制御回路９より検出タイミング
信号をアーム異常検知回路８に出力し、該アーム異常検
知回路８によってスイッチング素子が異常となっている
かを検知し、異常であるとその信号を発振制御回路９に
出力する。また、前記電流検出器２２・２３・２４・２
５・２６はＩ−Ｖ変換回路２７と接続されて、検出電流
を直流に変換し、更に、該Ｉ−Ｖ変換回路２７には分流
電流比較回路２８と接続されて、全体電流と各アームに
流れる電流（分流電流）とを比較するようにしている。
該分流電流比較回路２８には前記発振制御回路９と異常
素子表示回路２９が接続されて、発振制御回路９から比
較タイミング信号が分流電流比較回路２８に入力され、
分流電流比較回路２８において、いずれかのスイッチン
グ素子に異常があると、その異常があるスイッチング素
子を異常素子表示回路２９で表示し、この異常が発生し
たことを発振制御回路９に入力して、該発振制御回路９
からゲート駆動回路７に駆動停止信号を送る構成として
いる。

【００１２】次に各回路構成を詳述する。図２におい
て、３相電源１には電源トランスを構成するデルタ結線
された一次側の巻線端子２と接続され、二次側の巻線は
デルタ結線及びスター結線されて、デルタ結線端子３及
びスター結線端子４にコンバータ回路５と接続される。

【００１３】該コンバータ回路５は、ブリッジ結線され
たダイオード１０・１０・・・と抵抗１１・１１・・・
とコンデンサ１２・１２・・・によって整流回路を構成
してインバータ回路１９と接続されている。このコンバ
ータ回路５は本実施例では、二組のコンバータ回路５・
５をカスケード接続し、倍電圧でインバータ回路６に供
給するようにしている。但し、コンバータ回路５・５を
並列に接続する構成として電力を供給することも可能で
ある。

【００１４】前記インバータ回路６のスイッチング素子
１３は本実施例ではＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタ）を用いてブリッジ結線されているが、ＩＧ
ＢＴの代わりにバイポーラトランジスタやサイリスタ等
を用いることも可能である。各スイッチング素子（ＩＧ
ＢＴ）１３のコレクタ・エミッタ間にはそれぞれダイオ
ード１４とスナバコンデンサー１５が並列に接続され、
各スイッチング素子１３のゲート（ベース）にはゲート
駆動制御回路７と接続されている。

【００１５】そして、前記スイッチング素子１３・１３
・１３・１３はブリッジ接続されており、コンバータ回
路５のプラス側Ｐにスイッチング素子１３_a1・１３_b1・
１３ _c1・１３_d1が並列に接続され、マイナス側Ｎにスイ
ッチング素子１３_a2・１３_b2・１３_c2・１３_d2が並列に
接続され、中間点Ｓに直列接続したコンデンサ２１と負
荷コイル２０（逆でも可能）が接続され、該負荷コイル
２０の他側はバランス用コンデンサ１７・１７・・・を
介してそれぞれ上アームと下アームの中間点（スイッチ
ング素子１３_a1と１３_a2の間及びスイッチング素子１３
_b1と１３_b2、１３_c1と１３_c2、１３_d1と１３_d2、の間）
に接続されている。

【００１６】そして、前記中間点Ｓとコンデンサ２１の
間を接続する配線上に電流検知手段として電流検知器２
２が配置されて全体の電流を検知し、加熱コイル２０と
コンデンサ１７・１７・・・を接続する配線上にはそれ
そぞれ電流検知器２３・２４・２５・２６が配置され
て、各アーム（スイッチング素子１３・１３・・・）に
流れる電流を検知できるようにしている。

【００１７】このように構成な構成において、誘導加熱
装置を稼働させると、まず、発振制御回路９より上アー
ム駆動信号ＴＰが出力されてゲート駆動回路１７が駆動
されてスイッチング素子１３_a1・１３_b1・１３_c1・１３
_d1がＯＮされて、実線で示す矢印Ｘ方向にプラス側Ｐか
ら中間点Ｓに電流が流れ、次に、発振制御回路９より下
アーム駆動信号ＴＳが出力されて、ゲート駆動回路１７
が駆動されてスイッチング素子１３_a2・１３_b2・１３_c2
・１３_d2がＯＮされて、破線で示す矢印Ｙ方向に電流が
流されるのである。これを繰り返し発振させて負荷コイ
ル２０に電流を流し、被加工物を加熱するのである。

【００１８】次に図３より分流電流比較回路２８の構成
を説明する。前記電流検知器２２・２３・２４・２５・
２６はそれぞれ入力端子Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃ５
と接続され、各入力端子Ｃ１にはダイオード３０・３０
と抵抗３１・３１を介して可変抵抗３２・３２と比較器
Ａ１・Ａ２・・・Ａ８の一の入力側（基準側）に接続さ
れ、基準電圧は前記可変抵抗３２・３２によって調節で
きるようにしている。

【００１９】また、前記入力端子Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃ
５にはそれぞれダイオード３０・３０・・・を介して切
換器Ｂ１・Ｂ２・・・Ｂ８と接続され、該切換器Ｂ１・
Ｂ２・・・Ｂ８はトランジスタ等よりなるスイッチング
素子３３または３４と接続されて、該スイッチング素子
３３のゲートには前記発振制御回路９より上アーム駆動
信号ＴＰが入力され、スイッチング素子３４のゲートに
は前記発振制御回路９より下アーム駆動信号ＴＳが入力
れ、それぞれ入力されるとＯＮし、切換器Ｂ１・Ｂ２・
・・Ｂ８がＯＮして入力端子Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃ５か
らの信号を比較器Ａ１・Ａ２・・・Ａ８の一次側に入力
できるようにしている。

【００２０】この比較器Ａ１・Ａ２・・・Ａ８におい
て、前記電流検知器２２・２３・２４・２５・２６で測
定した値が基準電圧に対して設定値以上であると、二次
側より出力されて、異常素子表示回路２９で異常のある
素子が表示され、発振制御回路９にもその異常信号が入
力されて、ゲート駆動制御回路７からの駆動信号を停止
して、全体の発振を停止させるのである。但し、前記異
常素子表示回路２９における表示手段としては、ＬＥＤ
やランプ等で異常素子を表示したり、モニター等で番号
や名前、位置等を表示することも可能であり、限定する
ものではない。

【００２１】次に、例えば、スイッチング素子１３_a1に
異常が生じた場合について具体的に説明する。誘導加熱
装置が稼働されて、発振制御回路９より上アーム駆動信
号ＴＰが出力されてゲート駆動回路１７が駆動されてス
イッチング素子１３_a1がＯＮすると、電流が流れて電流
検出器２２には、図４（ａ）に示す波形ａが出力され
る。また、上アーム駆動信号ＴＰは上側の波形ｐ、下ア
ーム駆動信号ＴＳは下側の波形ｓとして出力される。そ
して、図３におけるｂ−ｂ’間の電圧波形は図４（ｂ）
となり、比較器Ａ１の一次側の基準側に入力される。

【００２２】また、電流検出器２３で検知された電流値
は入力端子Ｃ２に入力され、図３のｃ位置では、上アー
ム駆動信号ＴＰが出力されているときのみ、スイッチン
グ素子３３がＯＮして、切換器Ｂ１がＯＮされ、図４
（ｃ）における実線ｃで示される波形となって現れ、比
較器Ａ１の一次側に入力して、破線ｂで示される前記基
準電圧波形と比較する。この実線ｃと破線ｂとの差は許
容範囲とし、この許容範囲は前記可変抵抗３２・３２に
よって調節できる。そして、ｔ１において、図４（ｃ）
の一点鎖線で示すように、入力端子Ｃ２に入力される分
流電流が過大（異常）となると、基準電圧との許容範囲
を越えるので、図４（ｄ）で示す出力波形のように、比
較器Ａ１がＯＮとなり、異常素子表示回路２９及び発振
制御回路９にその信号が入力されて、異常素子表示回路
２９でスイッチング素子１３_a1が異常であることを表示
するとともに、発振制御回路９からゲート駆動制御回路
７の作動を停止させて誘導加熱装置全体の発振を停止さ
せるのである。また、ｔ２において、異常電流が一時的
に流れた場合には、図４（ｅ）の如く比較器Ａ１の出力
は異常電流が許容範囲を越えた時のみ出力される。この
時も前記同様に異常を表示して誘導加熱装置を停止させ
るのである。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上の如く構成したので、次
のような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如
く、インバータ回路に電力を供給し、該インバータ回路
に接続される負荷コイルに高周波交流電流を供給する誘
導加熱装置において、前記インバータ回路を、ブリッジ
接続したスイッチング素子を並列に接続して並列運転す
るとともに、各スイッチング素子と負荷コイルに流れる
電流をそれぞれ検知する手段を設け、該電流が設定範囲
を越えるとインバータ回路の作動を停止するように構成
したので、インバータ回路のいずれか一つのスイッチン
グ素子が異常となると発振が停止されて、その他のスイ
ッチング素子に負荷がかかって破損することを防止で
き、主回路全体を保護して安全に運転できるのである。

【００２４】また、請求項２の如く、直流電源からイン
バータ回路に電力を供給し、該インバータ回路に接続さ
れる負荷コイルに高周波交流電流を供給する誘導加熱装
置において、前記インバータ回路を、ブリッジ接続した
スイッチング素子を並列に接続して並列運転するととも
に、前記並列運転される各スイッチング素子に流れる電
流波形と負荷コイルに流れる電流波形とをそれぞれ検出
して比較し、設定幅以上の差が生じるとインバータ回路
の作動を停止するように構成したので、電源側の変動で
全体的に電流値が変動した場合等、スイッチング素子自
体に異常がない場合には、発振が停止することがなく、
無駄な停止が防止でき、異常検出の確実性を向上できた
のである。

【００２５】また、請求項３の如く、前記インバータ回
路の異常が生じたスイッチング素子を表示する表示手段
を設けたので、破損したスイッチング素子が即座に分か
り、修理や交換等に要する時間を短縮することができた
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の保護装置を具備する電磁誘導加熱装置
のブロック図である。

【図２】電磁誘導加熱装置の主回路図である。

【図３】分流比較回路図である。

【図４】タイミングチャートを示す図である。

【符号の説明】

５コンバータ回路６インバータ回路１３スイッチング素子２０加熱コイル２２・２３・２４・２５・２６電流検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータ回路に電力を供給し、該イン
バータ回路に接続される負荷コイルに高周波交流電流を
供給する誘導加熱装置において、前記インバータ回路
を、ブリッジ接続したスイッチング素子を並列に接続し
て並列運転するとともに、各スイッチング素子と負荷コ
イルに流れる電流をそれぞれ検知する手段を設け、該電
流が設定範囲を越えるとインバータ回路の作動を停止す
るように構成したことを特徴とする誘導加熱装置の保護
装置。
【請求項２】直流電源からインバータ回路に電力を供
給し、該インバータ回路に接続される負荷コイルに高周
波交流電流を供給する誘導加熱装置において、前記イン
バータ回路を、ブリッジ接続したスイッチング素子を並
列に接続して並列運転するとともに、前記並列運転され
る各スイッチング素子に流れる電流波形と負荷コイルに
流れる電流波形とをそれぞれ検出して比較し、設定幅以
上の差が生じるとインバータ回路の作動を停止するよう
に構成したことを特徴とする誘導加熱装置の保護装置。
【請求項３】前記インバータ回路の異常が生じたスイ
ッチング素子を表示する表示手段を設けたことを特徴と
する請求項１または請求項２記載の誘導加熱装置の保護
装置。