JPH0956059A - デュアルシステム高周波誘導炉用高周波電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低廉な手段でインバータの出力を自由に制御
できるデュアルシステム誘導炉用高周波電源装置を提供
すること。 【解決手段】 同一直流電源（２）に対して、２系統の
誘導炉用高周波電源装置３、９と、１系統の周波数整合
調整用コンデンサ１５、１６と、この整合調整用コンデ
ンサ１５、１６を２系統の高周波電源装置３、９の内の
任意の高周波電源装置に結合するスイッチング機能（１
７）とを備えて構成した。また、金属材料を溶解し所定
の処理を行う誘導炉において、同一直流電源（２）に対
して、２系統の高周波電源装置３、９と、この２系統の
高周波電源装置夫々に結合される整合用コンデンサ４、
５及び１０、１１を夫々他の高周波電源装置に、切換え
結合するスイッチング機能を備えるようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はデュアルシステム
の高周波誘導炉用高周波電源装置に係り、特に溶解時に
おける加熱作用等に適切な高周波と、成分調整時におけ
る撹拌作用等に適切な低周波を効率良く得ることができ
るデュアルシステム高周波誘導炉用高周波電源装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属を溶解し、また原料金属に必要な添
加物を混合して所望する成分の溶湯を得るため等の目的
で、インバータ等によって所定の周波数の高周波電力を
供給するようにした高周波誘導炉が使用されている。図
３は、従来の高周波誘導炉用高周波電源装置の主要構成
を示している。以下の説明では、高周波誘導炉を高周波
誘導炉における原料金属を溶解し、また溶湯を蓄える誘
導炉の本体も含めて誘導炉と称して説明する。図３にお
いて、３相交流電力ケーブル１によって伝送される商用
周波数の交流電力は整流機能２によって直流に変換し、
さらにインバータ２３によって所定周波数の高周波に変
換して誘導炉２４に供給している。インバータ２３は、
例えばサイリスタによって構成され、インバータ制御装
置２５によって制御される。インバータ制御装置２５
は、例えば図示しない検知手段によって制御対象の状態
を計測し、設定された電力を出力して誘導炉内に投入さ
れた金属材を溶解し、また添加物を混合して成分調整を
行うのに適切な電力を出力し、或いは所定温度に維持す
るのに適切な電力を出力するように、作業者が操作して
インバータ２３を制御する。

【０００３】上述したような誘導炉において、溶解開始
時には溶湯を残しておく必要のないように高い周波数を
選択している。なお、低周波にすると溶解開始のため
に、溶湯を全量使用せずに残しておくことが必要であ
る。一方、原料金属を溶解した後、所定の添加物を混合
して所望する成分の溶湯を得るには、所定温度の溶湯に
適切な撹拌力を与えることが必要である。即ち、金属原
料の溶解が完了すると与える熱量は少なくても良いが、
インバータの出力を低減させると、出力低減と同時に撹
拌力が低減して所望する撹拌力が得られなくなる。従っ
て、成分調整時においても、溶解時と同じ出力をインバ
ータから得るようにしている。そのために、成分調整時
の溶融金属の温度が必要以上に上昇し、また電力が無駄
になるという問題があった。その対策として、本発明者
は特開平６−３６８６５号公報に、周波数を下げること
によって、電力を低減できる２周波電源高周波誘導炉を
提案している。特開平６−３６８６５号公報に開示のも
のは、周波数を低減するためにトランス機能バイパス機
能と、誘導用コイルに並列接続する整合用のコンデンサ
容量の増加機能を設け、さらに処理作業時にはインバー
タの周波数を溶解時の１／２以上に低減することによっ
て、インバータの出力を低減しようとするものである。

【０００４】また、添加物混合時等には必要電力が少な
くなるので、電力会社との間で結ぶ契約電力よりも低い
電力で稼働することになる。従って、複数の誘導炉を備
えている鋳造工場においては、契約電力一杯に使用でき
るように２セットの誘導炉の内の片方を保温に使用し他
を溶解に使用するように、１台の整流機能から誘導炉に
電力を供給する２セットのインバータに直流電力を供給
する図４に示す構成のデュアルシステムが考えられてい
る。図４において、図２と同種機能のものには同一の符
号を使用している。即ち、同図において、３相交流電力
ケーブル１から交流電力を供給される整流機能２は、整
流した直流電力を第１のサイリスタインバータ２３Ａと
第２のサイリスタインバータ２３Ｂとに供給している。
第１のサイリスタインバータ２３Ａは供給される直流電
力を所定周波数の高周波に変換して第１の誘導炉２４Ａ
に供給している。同様に第２のサイリスタインバータ２
３Ｂは供給される直流電力を所定周波数の高周波に変換
して第２の誘導炉２４Ｂに供給している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の大量生産時代の
鋳造においては、１回分の溶湯すべてを取鍋にとり、所
定の生産に使用する全出湯溶解が基本方式であった。し
かし、最近は誘導炉１回分の溶湯を数回に分けて使用す
ることが希望されるようになってきた。例えば、取鍋に
よって、溶湯を供給する自動注湯機の容量に合わせて取
鍋の容量が小さくなり、必要量だけ取り出した後の誘導
炉では残留された溶湯を所定温度で保温しておくことが
必要になった。そのために、溶湯中はインバータ出力に
大きな電力が必要であるが、保温中はインバータ出力を
小さな電力にしぼることが必要である。このように、鋳
造作業の自動化が要望されるようになると、インバータ
出力の制御幅を大きくすることが望まれてきている。し
かしながら、サイリスタインバータによると、その機能
構成の条件から最も出力をしぼった状態においても、出
力し得る最小電圧を最大電圧の２０％乃至３０％以下に
することは無理であった。そのために、所望される電力
まで出力をしぼることができず、保温や添加物混合時等
に出力が大きくなり過ぎて溶湯の温度が上がり過ぎると
いう問題があり、保温時等には溶湯に対する供給エネル
ギを低減したいという要望があった。特開平６−３６８
６５号公報に開示のものは、混合処理作業時に周波数を
溶解時よりも低減することによって、負荷に吸収される
エネルギを低減しようとするものであって、溶湯前の原
料金属への供給電力を溶湯金属への供給電力に適切に切
り換え、溶湯の不適切な温度上昇を防止すると共に無駄
な電力消費を防止する機能を備えているが、例えば周波
数を１／２にしようとすると、動作周波数Ｆは次式で与
えられる。 Ｆ＝１／２π（ＬＣ）^1/2 但し、Ｌ：コイルのインダクタンス、Ｃ：コンデンサの
キャパシタンス 上記の式からも明らかなように、インバータ出力を誘導
コイルに整合するための整合用コンデンサを４倍にする
必要があり、コストが上昇するという問題が生じた。ま
た、デュアルシステムが電源からの一定量の入力に対し
て、誘導炉の運転状態に対応して、その出力配分を適切
に行うことができれば、デマンドシステムよりも効率的
になるので、上記デュアルシステムを改良し、整流機能
の能力を２セットの誘導炉の条件に対応して最適にする
ことによって、そのコストを低減したいという要望もで
てきている。本発明は従来のものの上記課題（問題点）
を解決し、低廉な手段でインバータの出力を自由に制御
できるデュアルシステム誘導炉用高周波電源装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づくデュアルシステム誘導炉用高周波電
源装置においては、金属材料を溶解し所定の処理を行う
誘導炉において、同一直流電源に対して、２系統の高周
波電源装置と１系統の周波数整合調整用コンデンサと、
この整合調整用コンデンサを２系統の高周波電源装置の
内の任意の高周波電源装置に結合するスイッチング機能
とを備えて構成した。また、金属材料を溶解し所定の処
理を行う誘導炉において、同一直流電源に対して、２系
統の高周波電源装置と、この２系統の高周波電源装置夫
々に結合される整合用コンデンサを他の高周波電源装置
に切換え結合するスイッチング機能を備えるようにして
も良い。

【０００７】本発明は上述のように、周波数を低減する
ための整合調整用コンデンサを２系統の誘導炉に共通に
使用するようにし、また整合用コンデンサを２系統の誘
導炉に共通に使用できるようにしたので、溶解時には適
切な高周波で運転し成分調整や保温時には、適切な周波
数に低減して運転するための周波数切換えに必要な整合
調整用コンデンサのトータル容量値を減らすことができ
る。従って、コンデンサのコストを低減できる。また、
２系統の誘導炉を高周波を使用する溶解用等と低周波を
使用する保温用等に時間的に配分することで、両者の運
転条件で異なる負荷電力を１セットの整流機能から適切
に配分できるようになり、契約電力を有効に利用できる
ようになると共に整流機能のコスト低減もはかれる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に基づく、デュアルシステ
ム高周波誘導炉用高周波電源装置の実施の形態を図１、
図２を参照して詳細に説明する。図１、図２は従来例で
図３、図４に示した要素機能と相当又は同一の要素機能
は同一の符号を使用している。 実施の形態１：図１において、３相交流電力ケーブル１
によって伝送される商用周波数の交流電力は、整流機能
２によって直流に変換し、直流電源回路Ｒ１とＲ２によ
って直流電力を高周波電源装置の機能を有する第１の高
周波電源機能３、例えばインバータに供給している。ま
た、直流電源回路Ｒ１とＲ２の間には第１、第２の２個
の整合用コンデンサ４、５を直列に接続しており、第１
の高周波電源機能３と、第１の整合用コンデンサ４と第
２の整合用コンデンサ５との接続点から、高周波電力が
第１の誘導炉６に供給されている。第１の誘導炉６の電
気回路は誘導コイル７と負荷の抵抗成分８によって構成
されている。直流電源回路Ｒ１とＲ２からは、また直流
電力を高周波電源装置の機能を有する第２の高周波電源
機能９、例えばインバータに供給している。また、直流
電源回路Ｒ１とＲ２の間には第３、第４の２個の整合用
コンデンサ１０、１１を直列に接続しており、第２の高
周波電源機能９と第３の整合用コンデンサ１０と第４の
整合用コンデンサ１１との接続点から、高周波電力が第
２の誘導炉１２に供給されている。第２の誘導炉１２の
電気回路は誘導コイル１３と負荷の抵抗成分１４によっ
て構成されている。直流電源回路Ｒ１とＲ２の間には、
また、第１の整合調整用コンデンサ１５と第２の整合調
整用コンデンサ１６を直列に接続している。第１の整合
調整用コンデンサ１５と第２の整合調整用コンデンサ１
６との接続点からスイッチ機能１７の親端子部ｃに接続
している。また、第１の整合用コンデンサ４と第２の整
合用コンデンサ５との接続点からはスイッチ機能１７の
第１の子端子部ａに接続し、第３の整合用コンデンサ１
０と第４の整合用コンデンサ１１との接続点からはスイ
ッチ機能１７の第３の子端子部ｂに接続している。スイ
ッチ機能１７の第２の子端子部ｎには接続がない。スイ
ッチ機能１７は図示しない、この誘導炉の制御装置に設
けた詳細を後述する制御機能によって操作される。図１
において、スイッチ機能１７を３個の子端子を設け３回
路切換機能を備えた機械的スイッチ機能のように説明し
たが、適切な操作機能によって、第１の整合調整用コン
デンサ１５と第２の整合調整用コンデンサ１６を第１の
整合用コンデンサ４と第２の整合用コンデンサ５に並列
接続する。第１の整合調整用コンデンサ１５と第２の整
合調整用コンデンサ１６を解放する。第１の整合調整用
コンデンサ１５と第２の整合調整用コンデンサ１６を第
３の整合用コンデンサ１０と第４の整合用コンデンサ１
１に並列接続する。以上のように３段に切り換えること
ができれば、どのようなスイッチ機能であっても良い。

【０００９】上述の回路構成において、第１の誘導炉６
及び第２の誘導炉１２のいずれもが平行して基本の高周
波で運転中、又は運転休止時にはスイッチ機能１７の親
端子部ｃは第２の子端子部ｎに接続される。即ち、第１
の整合調整用コンデンサ１５と第２の整合調整用コンデ
ンサ１６の接続点は他の回路には接続されずに開放され
る。第２の誘導炉１２が基本の高周波で運転中であっ
て、第１の誘導炉６が保温状態等になり供給する周波数
を低減すると、図示しない制御装置の働きでスイッチ機
能１７の親端子部ｃは、第１の子端子部ａに接続され
る。即ち、第１の整合調整用コンデンサ１５と第２の整
合調整用コンデンサ１６の接続点は、第１の整合用コン
デンサ４と第２の整合用コンデンサ５との接続点に接続
され、誘導コイル７との共振周波数が低減された周波数
に対応させて低減される。従って、適切な電力（エネル
ギ）が第１の誘導炉６に供給される。第１の誘導炉６が
基本の高周波で運転中であって、第２の誘導炉１２が保
温状態等になり供給する周波数を低減すると、図示しな
い制御装置の働きで、スイッチ機能１７の親端子部ｃは
第３の子端子部ｂに接続される。即ち、第１の整合調整
用コンデンサ１５と第２の整合調整用コンデンサ１６の
接続点は、第３の整合用コンデンサ１０と第４の整合用
コンデンサ１１との接続点に接続され、誘導コイル１３
との共振周波数が低減された周波数に対応させて低減さ
れる。従って、適切な電力（エネルギ）が第２の誘導炉
１２に供給される。

【００１０】実施の形態２：次に、図２によって実施の
形態２を説明する。図２において、前述した図１と相当
又は同一の要素機能は同一の符号を使用し、その詳細説
明は省略する。実施の形態２は実施の形態１に対して整
合調整用コンデンサを設けず、第１の高周波電源機能３
の出力周波数を低減した時に、第１の誘導炉６の誘導コ
イル７との整合用に、第３の整合用コンデンサ１０と第
４の整合用コンデンサ１１を第１の整合用コンデンサ４
と第２の整合用コンデンサ５に並列接続する。また、第
２の高周波電源機能９の出力周波数を低減した時に、第
２の誘導炉１２の誘導コイル１３との整合用に、第１の
整合用コンデンサ４と第２の整合用コンデンサ５を第３
の整合用コンデンサ１０と第４の整合用コンデンサ１１
に並列接続するようにしたものである。即ち、第１の整
合用コンデンサ４と第２の整合用コンデンサ５との接続
点から第１の誘導炉６に接続する回路と、第３の整合用
コンデンサ１０と第４の整合用コンデンサ１１との接続
点から第２の誘導炉１２に接続する回路との間にスイッ
チ機能２０を設けている。スイッチ機能２０は、第１の
整合用コンデンサ４と第２の整合用コンデンサ５との接
続点と、第３の整合用コンデンサ１０と第４の整合用コ
ンデンサ１１との接続点との間に挿入した第１のオン／
オフ機能の２端子スイッチ２１、第１の整合用コンデン
サ４と第２の整合用コンデンサ５の接続点と、第１の誘
導炉６に接続する回路の間に挿入した第２のオン／オフ
機能の２端子スイッチ２２、第３の整合用コンデンサ１
０と第４の整合用コンデンサ１１の接続点と、第２の誘
導炉１２に接続する回路の間に挿入した第３のオン／オ
フ機能の２端子スイッチ２３によって構成されている。
スイッチ機能２０は、図１で示したスイッチ機能１７と
同様の接点を備えた機械的なスイッチのように記してい
るが、適切な操作機能によって後述するように切り換え
る機能を備えていれば、図示した以外のスイッチ機能や
構成であっても良い。

【００１１】上述の回路構成において、第１の誘導炉６
及び第２の誘導炉１２のいずれもが運転休止時には、ス
イッチ機能２０の各オン／オフ機能の２端子スイッチ、
２１、２２、２３はいずれもオフに維持される。第１の
誘導炉６が基本の高周波数で運転中は制御装置（図示せ
ず、以下同じ）の働きで、スイッチ機能２０の第１のオ
ン／オフ機能の２端子スイッチ２１はオフで、第２のオ
ン／オフ機能の２端子スイッチ２２はオンになる。第２
の誘導炉１２が基本の高周波数で運転中は制御装置の働
きで、スイッチ機能２０の第１のオン／オフ機能の２端
子スイッチ２１はオフで、第３のオン／オフ機能の２端
子スイッチ２３はオンになる。第１の誘導炉６が保温状
態等になって供給する周波数を低減し、第２の誘導炉１
２が運転中止中であると、制御装置の働きでスイッチ機
能２０の第１のオン／オフ機能の２端子スイッチ２１
と、第２のオン／オフ機能の２端子スイッチ２２とがオ
ン、第３のオン／オフ機能の２端子スイッチ２３がオフ
に維持される。即ち、第３の整合用コンデンサ１０と第
４の整合用コンデンサ１１の接続点は第１の整合用コン
デンサ４と第２の整合用コンデンサ５との接続点に接続
され、誘導コイル７との共振周波数が低減された周波数
に対応させて低減される。従って、適切な電力（エネル
ギ）が第１の誘導炉６に供給される。第２の誘導炉１２
が保温状態等になって供給する周波数を低減し、第１の
誘導炉６が運転中止中であると、制御装置の働きでスイ
ッチ機能２０の第１のオン／オフ機能の２端子スイッチ
２１と、第３のオン／オフ機能の２端子スイッチ２３と
がオン、第２のオン／オフ機能の２端子スイッチ２２が
オフに維持される。即ち、第１の整合用コンデンサ４と
第２の整合用コンデンサ５の接続点は第３の整合用コン
デンサ１０と第４の整合用コンデンサ１１との接続点に
接続され、誘導コイル１３との共振周波数が低減された
周波数に対応させて低減される。従って、適切な電力
（エネルギ）が第２の誘導炉１２に供給される。

【００１２】上述の説明は本発明の技術思想を実現する
ための基本方法と構成を示したものであって、誘導炉に
使用する周波数に対応して整合調整用コンデンサを適切
に切り換え使用することができれば、上述以外の手段を
適切に構成しても良いことはいうまでもない。例えば、
整合用コンデンサは夫々２個のコンデンサが直列に接続
され、その接続点から各高周波誘導炉の電気回路に供給
する例について説明したが、その他の回路構成であって
も、整合用コンデンサの接続状態に対して整合調整用コ
ンデンサと上記スイッチ機能に代わるリレーその他のス
イッチング機能との回路構成を適切に対応させることに
よって、上述した技術思想が満足できるようにすれば良
いことは当然である。

【００１３】

【発明の効果】本発明は上述したような方法にし、また
構成するようにしたので、第１の高周波誘導炉又は第２
の高周波誘導炉に供給する周波数を適切に低減して、溶
解、成分調整、保温等の目的に対応できる手段が低コス
トで実現できる。また、デュアルシステム誘導炉用の契
約電力を適切に活用することが可能になるという優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく、実施の形態１を説明する回路
構成例を示す概要ブロック図である。

【図２】本発明に基づく、実施の形態２を説明する回路
構成例を示す概要ブロック図である。

【図３】従来の高周波誘導炉用高周波電源装置の主要構
成を示す概略ブロック図である。

【図４】本発明を適用する従来のデュアルシステム高周
波誘導炉を説明する概略ブロック図である。

【符号の説明】

１：３相交流電力ケーブル ２：整流機能 ３、９：インバータ（高周波電源装置；高周波電源機
能） ４、５、１０、１１：整合用コンデンサ ６、１２：誘導炉 ７、１３：誘導コイル １５、１６：整合調整用コンデンサ １７、２０：スイッチ機能（スイッチング機能）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 7/48 9181−5Ｈ Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｔ 9181−5Ｈ Ａ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３０１ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３０１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材料を溶解し所定の処理を行う高周
   波誘導炉において、同一直流電源に対して、２系統の高
   周波電源装置と１系統の整合調整用コンデンサと、該整
   合調整用コンデンサを前記２系統の高周波電源装置の内
   の任意の高周波電源装置に結合するスイッチング機能と
   を備えたことを特徴とするデュアルシステム高周波誘導
   炉用高周波電源装置。
2. 【請求項２】 金属材料を溶解し所定の処理を行う高周
   波誘導炉において、同一直流電源に対して、２系統の高
   周波電源装置と該２系統の高周波電源装置夫々に結合さ
   れる整合用コンデンサを他の高周波電源装置に切換え結
   合するスイッチング機能を備えたことを特徴とするデュ
   アルシステム高周波誘導炉用高周波電源装置。