JPH0668992B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents
高周波加熱装置Info
- Publication number
- JPH0668992B2 JPH0668992B2 JP3343286A JP3343286A JPH0668992B2 JP H0668992 B2 JPH0668992 B2 JP H0668992B2 JP 3343286 A JP3343286 A JP 3343286A JP 3343286 A JP3343286 A JP 3343286A JP H0668992 B2 JPH0668992 B2 JP H0668992B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- voltage
- heating
- heating coil
- gas turbine
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Ac-Ac Conversion (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高周波加熱装置、特にガスタービンエンジンの
回転数の制御により加熱コイルへの供給電圧周波数の調
整を行う高周波加熱装置に関するものである。
回転数の制御により加熱コイルへの供給電圧周波数の調
整を行う高周波加熱装置に関するものである。
［従来の技術］ 加熱コイルに高周波電流を通してコイル内に置かれた材
料を加熱する高周波加熱は鉄等の焼き入れ等に用いられ
ており、電磁誘導において生じる渦電流あるいは誘電損
失によって生じる加熱作用を利用して材料の均一な加熱
が行われている。
料を加熱する高周波加熱は鉄等の焼き入れ等に用いられ
ており、電磁誘導において生じる渦電流あるいは誘電損
失によって生じる加熱作用を利用して材料の均一な加熱
が行われている。
この様な高周波加熱を行う装置は、例えば三相交流電源
を整流器にて直流に変換し、この直流電力をインバータ
にて単相の高周波電圧に変換するようにしている。そし
て、この単相の高周波電力を加熱コイルに供給すること
により所定周波数による高周波加熱が行われている。
を整流器にて直流に変換し、この直流電力をインバータ
にて単相の高周波電圧に変換するようにしている。そし
て、この単相の高周波電力を加熱コイルに供給すること
により所定周波数による高周波加熱が行われている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前述した従来の高周波加熱装置では次の
２つの問題点がある。
２つの問題点がある。
（１）高周波加熱用電源として三相交流電源等の商用電
源を用いており、商用電源が近くに無い場所では高周波
加熱を行うことができない。また、緊急時等にて商用電
源が得られない場合には各種の補助用発電装置が用いら
れるが、従来の発電装置は、大型であると共に重量もあ
るため設置が困難である等の問題を有している。
源を用いており、商用電源が近くに無い場所では高周波
加熱を行うことができない。また、緊急時等にて商用電
源が得られない場合には各種の補助用発電装置が用いら
れるが、従来の発電装置は、大型であると共に重量もあ
るため設置が困難である等の問題を有している。
（２）実験によれば加熱コイルへの高周波電力の供給は
加熱コイルの共振周波数f0と等しい周波数で行ったとき
に加熱コイルへ印加される電圧が最高値となり、加熱コ
イルには最も大きな電力が供給された被加熱体の加熱が
最も効率良く行われる。
加熱コイルの共振周波数f0と等しい周波数で行ったとき
に加熱コイルへ印加される電圧が最高値となり、加熱コ
イルには最も大きな電力が供給された被加熱体の加熱が
最も効率良く行われる。
しかしながら、前述した従来の高周波加熱装置では、常
に一定の周波数の高周波電力を加熱コイルへ印加するの
で、被加熱体の温度変化により生じる被加熱体の比透磁
率及び抵抗率の変化及びこれに伴う共振周波数の変化に
応じた最適な状態での高周波加熱を行うことができな
い。
に一定の周波数の高周波電力を加熱コイルへ印加するの
で、被加熱体の温度変化により生じる被加熱体の比透磁
率及び抵抗率の変化及びこれに伴う共振周波数の変化に
応じた最適な状態での高周波加熱を行うことができな
い。
すなわち、前記比透磁率をμ、抵抗率をρとすると、被
加熱体が挿入されたひ加熱コイルのインダクタンスＬ
は、Ｌ＝ｆ（ρ、μ）で表わされ、また共振周波数f0は
インダクタンスＬによって変化するので、f0＝Ｇ（ρ、
μ）で表わされる。従って、比透磁率μ及び抵抗率ρが
変わると、インダクタンスＬの値と同様に共振周波数f0
が変わることとなる。共振周波数f0の変化は第４図に示
されるように被加熱体温度が上昇するに従って徐々に上
昇する特性を有しているので、一定の周波数の高周波電
力の供給では常に効率の良い高周波加熱を行うことがで
きないという問題があった。
加熱体が挿入されたひ加熱コイルのインダクタンスＬ
は、Ｌ＝ｆ（ρ、μ）で表わされ、また共振周波数f0は
インダクタンスＬによって変化するので、f0＝Ｇ（ρ、
μ）で表わされる。従って、比透磁率μ及び抵抗率ρが
変わると、インダクタンスＬの値と同様に共振周波数f0
が変わることとなる。共振周波数f0の変化は第４図に示
されるように被加熱体温度が上昇するに従って徐々に上
昇する特性を有しているので、一定の周波数の高周波電
力の供給では常に効率の良い高周波加熱を行うことがで
きないという問題があった。
第５図では、加熱コイルへの印加電圧周波数を一定とし
た従来の装置によって高周波加熱を行った場合の被加熱
体の温度曲線を、横軸に加熱時間、縦軸に被加熱体の温
度をとって示している。
た従来の装置によって高周波加熱を行った場合の被加熱
体の温度曲線を、横軸に加熱時間、縦軸に被加熱体の温
度をとって示している。
従来、印加電圧周波数は、被加熱体の温度が高い状態で
の共振周波数に設定しているため、被加熱体の表面温度
と中心部の温度に大きな差が生じ最大で数百度の差とな
っていた。これ故、加熱停止後中心部の温度が目標温度
と10％前後の差の温度となるための均温化時間t10が必
要であり、またこの均温化時間があまり長くなると再加
熱の必要も生じていた。
の共振周波数に設定しているため、被加熱体の表面温度
と中心部の温度に大きな差が生じ最大で数百度の差とな
っていた。これ故、加熱停止後中心部の温度が目標温度
と10％前後の差の温度となるための均温化時間t10が必
要であり、またこの均温化時間があまり長くなると再加
熱の必要も生じていた。
さらに、加熱時間の短縮のため印加電圧周波数を必要以
上に高くしたり、大電力で加熱していたため、被加熱体
の表面温度が高くなりすぎ、変質してしまうという問題
も生じていた。
上に高くしたり、大電力で加熱していたため、被加熱体
の表面温度が高くなりすぎ、変質してしまうという問題
も生じていた。
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、その
目的は、被加熱体の加熱段階に応じて効率の良い高周波
加熱ができる高周波加熱装置を提供することにある。
目的は、被加熱体の加熱段階に応じて効率の良い高周波
加熱ができる高周波加熱装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、ガスタービンエ
ンジンに直結された高周波発電機を用いて高周波加熱を
行う高周波加熱装置とし、さらに加熱コイルに印加され
る電圧値を検出する電圧検出器と、この電圧検出器から
得られた電圧検出信号に基づき周期的に加熱コイルへの
印加電圧の変化率を計算し計算結果に応じてガスタービ
ンエンジンの回転数の増減を行うエンジンコントローラ
と、を設けたことを特徴としている。
ンジンに直結された高周波発電機を用いて高周波加熱を
行う高周波加熱装置とし、さらに加熱コイルに印加され
る電圧値を検出する電圧検出器と、この電圧検出器から
得られた電圧検出信号に基づき周期的に加熱コイルへの
印加電圧の変化率を計算し計算結果に応じてガスタービ
ンエンジンの回転数の増減を行うエンジンコントローラ
と、を設けたことを特徴としている。
［作用］ 以上の構成によれば、ガスタービンエンジンにより容易
に高周波電力を得ることができ、さらに被加熱体の温度
変化によって、共振周波数の増減が生じ加熱コイルへの
印加電圧の電圧ピーク領域が変化した場合でも、エンジ
ンコントローラが電圧検出器から得られる電圧検出信号
を基に加熱コイルへの印加電圧の変化率を計算し、計算
結果に応じてガスタービンエンジンの回転数を制御しこ
れにより高周波発電機の出力周波数の調整を行うので、
共振周波数の変化に対応して加熱コイルへの供給電力周
波数を常に電圧ピーク領域の周波数に設定することが可
能である。
に高周波電力を得ることができ、さらに被加熱体の温度
変化によって、共振周波数の増減が生じ加熱コイルへの
印加電圧の電圧ピーク領域が変化した場合でも、エンジ
ンコントローラが電圧検出器から得られる電圧検出信号
を基に加熱コイルへの印加電圧の変化率を計算し、計算
結果に応じてガスタービンエンジンの回転数を制御しこ
れにより高周波発電機の出力周波数の調整を行うので、
共振周波数の変化に対応して加熱コイルへの供給電力周
波数を常に電圧ピーク領域の周波数に設定することが可
能である。
［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。
第１図には本発明に係る高周波加熱装置の概略構成が示
されており、ガスタービンエンジン10の出力軸には高周
波発電機12が直結され、ガスタービンエンジン10の駆動
によって発電が行われる。従って、高周波発電機12の周
波数は、ガスタービンエンジン10の回転数に比例する。
されており、ガスタービンエンジン10の出力軸には高周
波発電機12が直結され、ガスタービンエンジン10の駆動
によって発電が行われる。従って、高周波発電機12の周
波数は、ガスタービンエンジン10の回転数に比例する。
高周波発電機12の出力端14a、14bは、力率改善用コンデ
ンサ16を介して加熱コイル18に接続されており、高周波
出力電圧が加熱コイル18に印加される。
ンサ16を介して加熱コイル18に接続されており、高周波
出力電圧が加熱コイル18に印加される。
加熱コイル18の巻線内には被加熱体20が挿入される。本
実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体を用いて
いる。この被加熱体20は誘導加熱、すなわち加熱コイル
18の交番磁界により被加熱体20に発生する渦電流損によ
り加熱される。
実施例においては棒材からなる鉄製の被加熱体を用いて
いる。この被加熱体20は誘導加熱、すなわち加熱コイル
18の交番磁界により被加熱体20に発生する渦電流損によ
り加熱される。
高周波発電機12の出力端14a、14bと加熱コイル18との間
には電圧検出器22が接続されており、加熱コイル18へ印
加される電圧Vacを検出し、電圧検出信号をエンジンコ
ントローラ24へ送る。
には電圧検出器22が接続されており、加熱コイル18へ印
加される電圧Vacを検出し、電圧検出信号をエンジンコ
ントローラ24へ送る。
エンジンコントローラ24は、電圧検出器22から得た電圧
検出信号を基にガスタービンエンジン10の回転数を制御
し、これに直結された高周波発電機12の出力電圧周波数
が常に電圧ピーク領域の周波数を出力するように調整し
ている。
検出信号を基にガスタービンエンジン10の回転数を制御
し、これに直結された高周波発電機12の出力電圧周波数
が常に電圧ピーク領域の周波数を出力するように調整し
ている。
第２図は、このエンジンコントローラ24におけるガスタ
ービンエンジン10の回転数制御のフローチャートを示し
ており、まず被加熱体20の加熱開始時（ステップ100）
におけるガスタービンエンジン10の回転数Ｎの初期値を
68,000rpmにする（ステップ102）。
ービンエンジン10の回転数制御のフローチャートを示し
ており、まず被加熱体20の加熱開始時（ステップ100）
におけるガスタービンエンジン10の回転数Ｎの初期値を
68,000rpmにする（ステップ102）。
次に、エンジン回転数Ｎを所定値例えば600〜6000rpm増
加し（ステップ104）、加熱コイル18の印加電圧Vacを測
定する（ステップ106）。この印加電圧Vacの測定は、電
圧検出器22からの電圧検出信号によって常時行われてい
る。
加し（ステップ104）、加熱コイル18の印加電圧Vacを測
定する（ステップ106）。この印加電圧Vacの測定は、電
圧検出器22からの電圧検出信号によって常時行われてい
る。
次に、ステップ108で印加電圧Vacを発振器107の周波
数、例えば50Hzでサンプリングし、所定時間毎の印加電
圧Vacの変化率を求めるためにdVac／dtを計算する（ス
テップ110）。
数、例えば50Hzでサンプリングし、所定時間毎の印加電
圧Vacの変化率を求めるためにdVac／dtを計算する（ス
テップ110）。
被加熱体がある一定温度のとき、印加電圧Vacとガスタ
ービンエンジン10の回転数Ｎと比例して変化する高周波
発電機の出力周波数ｆとの関係は、第３図に示すよう
に、共振周波数f0に達するまでは出力周波数ｆが高くな
るにつれて印加電圧Vacも上昇するが、共振周波数f0を
越えると印加電圧Vacは降下するという特性を有してい
る。
ービンエンジン10の回転数Ｎと比例して変化する高周波
発電機の出力周波数ｆとの関係は、第３図に示すよう
に、共振周波数f0に達するまでは出力周波数ｆが高くな
るにつれて印加電圧Vacも上昇するが、共振周波数f0を
越えると印加電圧Vacは降下するという特性を有してい
る。
従って、ステップ112ではdVac／dtが予め定めた値ΔV1
よりも大きいとき、（dVac／dt≧ΔV1のとき）すなわち
高周波発電機の周波数ｆが第３図においてて示した電圧
ピーク領域に達する前の電圧上昇領域にあり、周波数ｆ
の増加に対する印加電圧Vacの上昇率が所定値以上であ
るときにはYESの判断を行い、逆にdVac／dt≧ΔV1を満
足しないとき、すなわち出力周波数ｆが電圧ピーク領域
の周波数に達しており、周波数ｆの増加に対する印加電
圧Vacの上昇率が所定値以下となったとき、換言すれば
第３図に示す曲線の勾配が緩やかになったときはNOの判
断を行う（ステップ112）。
よりも大きいとき、（dVac／dt≧ΔV1のとき）すなわち
高周波発電機の周波数ｆが第３図においてて示した電圧
ピーク領域に達する前の電圧上昇領域にあり、周波数ｆ
の増加に対する印加電圧Vacの上昇率が所定値以上であ
るときにはYESの判断を行い、逆にdVac／dt≧ΔV1を満
足しないとき、すなわち出力周波数ｆが電圧ピーク領域
の周波数に達しており、周波数ｆの増加に対する印加電
圧Vacの上昇率が所定値以下となったとき、換言すれば
第３図に示す曲線の勾配が緩やかになったときはNOの判
断を行う（ステップ112）。
NOの判断が行われた場合には、電圧ピーク領域の出力周
波数ｆにて効率の良い加熱が行われているので、回転数
Ｎを増加する必要はなく、ステップ106へ戻りステップ1
10までの処理がくり返される。
波数ｆにて効率の良い加熱が行われているので、回転数
Ｎを増加する必要はなく、ステップ106へ戻りステップ1
10までの処理がくり返される。
YESの判断がなされた場合は、エンジン回転数Ｎを増加
させ、出力周波数ｆがピーク領域の周波数に達しステッ
プ112にてNOの判断がなされるまで増加を続ける（ステ
ップ114）。但し本実施例ではエンジン回転数Ｎの上限
は、86,000rpmとされているので、ステップ116におい
て、この上限値に達したか否かの判断を行い、達してい
ない場合（ｆ≧86,000rpmを満足しない場合）には、ス
テップ106に戻り、それ以降の処理がくり返される。す
なわち、エンジン回転数Ｎの増加が続けられる。
させ、出力周波数ｆがピーク領域の周波数に達しステッ
プ112にてNOの判断がなされるまで増加を続ける（ステ
ップ114）。但し本実施例ではエンジン回転数Ｎの上限
は、86,000rpmとされているので、ステップ116におい
て、この上限値に達したか否かの判断を行い、達してい
ない場合（ｆ≧86,000rpmを満足しない場合）には、ス
テップ106に戻り、それ以降の処理がくり返される。す
なわち、エンジン回転数Ｎの増加が続けられる。
また、ステップ120においては、ステップ110にて求めた
印加電圧Vacの変化率が所定値−ΔV2よりも大きいとき
（dVac／dt≦−ΔV2のとき）、すなわち高周波発電機の
出力周波数ｆが共振周波数f0よりも高くなり電圧ピーク
領域の周波数を越えたとき、換言すれば周波数ｆを増加
するにつれ印加電圧が所定値以上の降下率で降下してい
く第３図に示す電圧降下領域の周波数となったときには
YESの判断を行い、逆にdVac／dt≦−ΔV2を満足しない
とき、すなわち高周波発電機の出力周波数ｆが電圧ピー
ク領域内にあるときにはNOの判断を行う。
印加電圧Vacの変化率が所定値−ΔV2よりも大きいとき
（dVac／dt≦−ΔV2のとき）、すなわち高周波発電機の
出力周波数ｆが共振周波数f0よりも高くなり電圧ピーク
領域の周波数を越えたとき、換言すれば周波数ｆを増加
するにつれ印加電圧が所定値以上の降下率で降下してい
く第３図に示す電圧降下領域の周波数となったときには
YESの判断を行い、逆にdVac／dt≦−ΔV2を満足しない
とき、すなわち高周波発電機の出力周波数ｆが電圧ピー
ク領域内にあるときにはNOの判断を行う。
NOと判断した場合には、ステップ114と同様にステップ1
06へ戻りステップ110までの処理をくり返す。
06へ戻りステップ110までの処理をくり返す。
YESと判断した場合には、ステップ122でエンジン回転数
Ｎを減少させ、出力周波数ｆが電圧ピーク領域の周波数
となりステップ120でNOの判断がなされるまで減少を続
ける。但し、周波数の下限を68,000rpmとしているの
で、ステップ124においてこの下限値に達したか否かの
判断を行い、下限値に達していない場合（ｆ≦68,000rp
mを満足しない場合）には、ステップ106以降の処理がく
り返される。すなわち、エンジン回転数Ｎの減少が続け
られる。
Ｎを減少させ、出力周波数ｆが電圧ピーク領域の周波数
となりステップ120でNOの判断がなされるまで減少を続
ける。但し、周波数の下限を68,000rpmとしているの
で、ステップ124においてこの下限値に達したか否かの
判断を行い、下限値に達していない場合（ｆ≦68,000rp
mを満足しない場合）には、ステップ106以降の処理がく
り返される。すなわち、エンジン回転数Ｎの減少が続け
られる。
ステップ116及びステップ124においてエンジン回転数Ｎ
が上限値あるいは下限値に達したと判断された場合に
は、エンジン回転数Ｎは上限値、下限値のそれぞれNset
に固定される（ステップ126）。
が上限値あるいは下限値に達したと判断された場合に
は、エンジン回転数Ｎは上限値、下限値のそれぞれNset
に固定される（ステップ126）。
ステップ118においては、さらに加熱の必要性のある場
合にはYESの判断を行いステップ106に処理が戻され、加
熱の必要がない場合にはNOの判断を行い高周波加熱が終
了する。
合にはYESの判断を行いステップ106に処理が戻され、加
熱の必要がない場合にはNOの判断を行い高周波加熱が終
了する。
従って、被加熱体20の温度上昇に伴って共振周波数f0が
変化しても、エンジンコントローラ24によって、ガスタ
ービンエンジン10の回転数Ｎを制御し、高周波発電機12
の出力周波数ｆを共振周波数f0の変化に追従させて増減
させることができるので、出力周波数ｆを常に共振周波
数f0とほぼ等しい値とすることが可能である。
変化しても、エンジンコントローラ24によって、ガスタ
ービンエンジン10の回転数Ｎを制御し、高周波発電機12
の出力周波数ｆを共振周波数f0の変化に追従させて増減
させることができるので、出力周波数ｆを常に共振周波
数f0とほぼ等しい値とすることが可能である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ガスタービンエ
ンジンを高周波発電機に直結することにより高周波電力
を容易に発生させるようにしたので、商用電源のない場
所でも高周波加熱を行うことができ、また被加熱体の各
温度変化段階における加熱コイルの共振特性に対応して
ガスタービンエンジンの回転数を制御することにより加
熱コイルに印加される高周波発電機の出力電圧周波数を
調整することができ、加熱コイルへの電圧供給を常に最
も効率の良い状態で行うことができる。
ンジンを高周波発電機に直結することにより高周波電力
を容易に発生させるようにしたので、商用電源のない場
所でも高周波加熱を行うことができ、また被加熱体の各
温度変化段階における加熱コイルの共振特性に対応して
ガスタービンエンジンの回転数を制御することにより加
熱コイルに印加される高周波発電機の出力電圧周波数を
調整することができ、加熱コイルへの電圧供給を常に最
も効率の良い状態で行うことができる。
これにより、常に共振状態にて高周波加熱を行うことが
可能となり、加熱後の均温時間の短縮並びに過剰な電圧
による加熱によって生じる被加熱体の表面の変質の防止
を達成することができる。
可能となり、加熱後の均温時間の短縮並びに過剰な電圧
による加熱によって生じる被加熱体の表面の変質の防止
を達成することができる。
第１図は本発明の好適な実施例の全体構成図、 第２図はエンジンコントローラにおける処理を示すフロ
ーチャート図、 第３図は被加熱体が一定温度の場合の高周波発電機の出
力周波数と被加熱体への印加電圧との関係を示す図、 第４図は被加熱体の温度と共振周波数との関係を示す
図、 第５図は従来装置により加熱を行った場合の被加熱体の
温度変化を示す図である。 10……ガスタービンエンジン 12……高周波発電機 18……加熱コイル 20……被加熱体 22……電圧検出器 24……エンジンコントローラ
ーチャート図、 第３図は被加熱体が一定温度の場合の高周波発電機の出
力周波数と被加熱体への印加電圧との関係を示す図、 第４図は被加熱体の温度と共振周波数との関係を示す
図、 第５図は従来装置により加熱を行った場合の被加熱体の
温度変化を示す図である。 10……ガスタービンエンジン 12……高周波発電機 18……加熱コイル 20……被加熱体 22……電圧検出器 24……エンジンコントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】ガスタービンエンジンに直結された高周波
発電機を有しこの高周波発電機から得られた電力を加熱
コイルに供給することにより高周波加熱を行う高周波加
熱装置において、 前記加熱コイルに印加される電圧値を検出する電圧検出
器と、 該電圧検出器から得られる電圧検出信号に基づき周期的
に前記電圧値の変化率を検出し、検出結果に応じて前記
ガスタービンエンジンの回転数の増減を行うエンジンコ
ントローラと、 を設け、被加熱体の温度変化による加熱コイルの共振周
波数の変化に対してガスタービンエンジンの回転数を増
減させることによって前記高周波発電機の出力周波数を
常に前記変化率が所定値以下となる電圧ピーク領域の周
波数となるようにしたことを特徴とする高周波加熱装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343286A JPH0668992B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343286A JPH0668992B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62190683A JPS62190683A (ja) | 1987-08-20 |
| JPH0668992B2 true JPH0668992B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=12386381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3343286A Expired - Lifetime JPH0668992B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | 高周波加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668992B2 (ja) |
-
1986
- 1986-02-17 JP JP3343286A patent/JPH0668992B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62190683A (ja) | 1987-08-20 |
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