(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置において、
前記共振負荷回路への有効電力指令値と該負荷回路の有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を前記インバータ装置の出力電力設定値とし、
該出力電力設定値が所定の演算切替設定値を越えているときには、該出力電力設定値に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ装置を構成するインバータ主回路をオン・オフ制御し、前記出力電力設定値が前記演算切替設定値に満たないときには、該出力電力設定値に基づくパルス周波数変調（ＰＦＭ）演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置の制御方法において、
前記有効電力指令値が所定の間欠運転切替設定値に満たないときには、前記いずれかのパルス列信号を該有効電力指令値に対応して間引きされた間欠パルス列信号に変換し、この間欠パルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置の制御方法において、
前記ＰＦＭ演算における時比率λの値を、前記ＰＷＭ演算からＰＦＭ演算に切り替わる直前の該ＰＷＭ演算における時比率λの値にしたことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置の制御方法において、前記ＰＦＭ演算における時比率λの値を０．５にしたことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱コイル，共振用コンデンサなどからなる共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はの種のインバータ装置の従来例を示す回路構成図であり、１は商用電源などの三相の交流電源、２はインバータ装置、３はインバータ装置２から給電され、図示の如く加熱コイル３ａ，共振用コンデンサ３ｂなどからなる共振負荷回路である。
【０００３】
このインバータ装置２には図示の如くダイオードを三相ブリッジ接続にしたダイオード整流器１１と、ダイオード整流器１１の整流電圧を平滑しつつ、中性点電圧を生成するためのコンデンサ１２ａ，コンデンサ１２ｂからなる平滑回路１２と、図示の如くＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路１３ａ，１３ｂとスナバコンデンサ１３ｃ，１３ｄから形成されるインバータ主回路１３と、平滑回路１２の両端電圧を検出する直流電圧検出器１４と、ダイオード整流器１１からインバータ主回路１３への経路の電流を検出する直流電流検出器１５と、前記中性点電圧の出力端子とインバータ主回路１３の交流出力端子との間に接続される共振負荷回路３への有効電力指令値を設定する有効電力指令器２１と、直流電圧検出器１４の検出値と直流電流検出器１５の検出器とを乗算演算し、この演算値を共振負荷回路３の有効電力検出値として出力する乗算演算器２２と、前記有効電力指令値と有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をインバータ装置２の出力電力設定値として出力する電力調節器２３と、前記出力電力設定値に基づくＰＷＭ演算を行い、この演算結果のパルス列信号を出力するＰＷＭ回路２４と、前記パルス列信号から逆並列回路１３ａ，１３ｂそれぞれのＩＧＢＴへのゲート信号を生成する駆動回路２５とを備えている。
【０００４】
図５に示したインバータ装置２はハーフブリッジ方式の電圧形インバータ装置と称され、逆並列回路１３ａ，１３ｂそれぞれのＩＧＢＴを交互にオン・オフさせる際に、ＰＷＭ回路２４では共振負荷回路３の加熱コイル３ａと共振用コンデンサ３ｂとから導出される共振周波数の周期にほぼ等しい周期で論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとを繰り返すパルス列信号を生成し、このとき、例えば、時比率λ＝論理「Ｈ」レベル期間／（論理「Ｈ」レベルの期間＋論理「Ｌ」レベルの期間）とし、この時比率λの値を０．５以下で、且つ、前記出力電圧設定値に対応するλ値にし、例えば、論理「Ｈ」レベルのときには駆動回路２５を介して逆並列回路１３ａのＩＧＢＴをオン，逆並列回路１３ｂのＩＧＢＴをオフさせ、また、論理「Ｌ」レベルのときには駆動回路２５を介して逆並列回路１３ｂのＩＧＢＴをオン，逆並列回路１３ａのＩＧＢＴをオフさせることにより、図示しない被加熱物を誘導加熱する共振負荷回路３に注入される有効電力を、前記有効電力指令値に調整できることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のインバータ装置２における従来の制御方法では、例えば、前記時比率λが０．１を下回ると、逆並列回路１３ａ  のオン期間が短くなり、従って、スナバコンデンサ１３ｃの放電時間，スナバコンデンサ１３ｄの充電時間それぞれが不足して、インバータ主回路１３の動作が不安定になる恐れがあり、その結果、インバータ装置２が出力する高周波の電力（すなわち、共振負荷回路３に注入できる有効電力）の調整範囲を広くできないという難点があった。
【０００６】
この発明の目的は上記問題点を解決し、共振負荷回路に注入する有効電力をより広い範囲で調整できるインバータ装置の制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、共振負荷回路に所望の高周波の電力を供給するインバータ装置において、
前記共振負荷回路への有効電力指令値と該負荷回路の有効電力検出値との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を前記インバータ装置の出力電力設定値とし、該出力電力設定値が所定の演算切替設定値を越えているときには、該出力電力設定値に基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ装置を構成するインバータ主回路をオン・オフ制御し、前記出力電力設定値が前記演算切替設定値に満たないときには、該出力電力設定値に基づくパルス周波数変調（ＰＦＭ）演算を行い、この演算結果のパルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とした制御方法にする。
【０００８】
第２の発明は前記第１の発明の制御方法において、前記有効電力指令値が所定の間欠運転切替設定値に満たないときには、前記いずれかのパルス列信号を該有効電力指令値に対応して間引きされた間欠パルス列信号に変換し、この間欠パルス列信号により前記インバータ主回路をオン・オフ制御することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は前記第１又は第２の発明の制御方法において、前記ＰＦＭ演算における時比率λの値を、前記ＰＷＭ演算からＰＦＭ演算に切り替わる直前の該ＰＷＭ演算における時比率λの値にしたことを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は前記第１又は第２の発明の制御方法において、前記ＰＦＭ演算に
おける時比率λの値を０．５にしたことを特徴とする。
【００１１】
この発明は共振負荷回路に注入する有効電力を、該共振負荷回路が有する共振周波数に対してインバータ装置が出力する周波数をより高く又はより低くすることにより、減少できることに着目してなされたものであり、このときの前記時比率λは該インバータ装置が安定に運転できる固定値でよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図５に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【００１３】
すなわち図１において、インバータ装置４には切替回路４１とＰＦＭ回路４２とが従来のインバータ装置２に対して付加され、この切替回路４１では前記有効電力指令値と有効電力検出値との偏差を零にするべく、例えば電力調節器２３では比例−積分（ＰＩ）演算を行い、この演算結果としてのインバータ装置５の出力電力設定値がＰＷＭ回路２４での前記時比率λ値を０．１以下にする前記出力電力設定値のときには、前記出力電力設定値が前記時比率λ＝０．１にする値を演算切替設定値として、前記λ<０．１のときの前記出力電力設定値をＰＦＭ回路４１へ入力するように切り替える動作を行う。
【００１４】
ＰＦＭ回路４２では入力された前記出力電力設定値に基づきパルス周波数変調（ＰＦＭ）演算を行い、この演算結果のパルス列信号を駆動回路２５へ出力し、このとき、ＰＦＭ回路４２での前記時比率λはこのインバータ装置４が安定に動作する任意の値とし、パルス列信号の論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとの繰り返し周期を共振負荷回路３の加熱コイル３ａと共振用コンデンサ３ｂとから導出される共振周波数の周期より小さい方向に変えていくことにより、インバータ装置４の動作が安定な領域で共振負荷回路３に注入する有効電力をより広い範囲で減少させることができる。
【００１５】
図２はこの発明の第２の実施例を示すインバータ装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付してここではその説明を省略する。
【００１６】
すなわち図２に示したインバータ装置５には、図１のインバータ装置４に間欠パルス発生器５１が付加されている。
【００１７】
この間欠パルス発生器５１では上述のインバータ装置４の動作において、有効電力指令器２１が設定する有効電力指令値が小さいときには、一般的にＰＦＭ回路４２からのパルス列信号によりインバータ主回路１３が動作しているが、該有効電力指令値がより小さい間欠運転切替設定値に達していないときには、前記パルス列信号を、例えば１０サイクル中に１サイクル分を間引くなど、この間引き数を変えることにより、インバータ装置５が出力する高周波の周波数をあまり高くすることなく、共振負荷回路３に注入する有効電力をよりより広い範囲で減少させることができる。
【００１８】
なお、図２に示したインバータ装置５ではＰＦＭ回路４２から駆動回路２５の経路に間欠パルス発生器５１を挿入しているが、間欠パルス発生器５１と同等機能の間欠パルス発生器をＰＷＭ回路２４から駆動回路２５への経路にも挿入した回路構成でもよい。
【００１９】
図３はこの発明の第３の実施例を示す上述のインバータ装置４又はインバータ装置５の動作軌跡図である。
【００２０】
図３における縦軸は電力調節器２３の出力であるインバータ主回路１３への出力電圧設定値を示し、横軸は，ＰＷＭ回路２４またはＰＦＭ回路４１の出力であるパルス列信号の時比率λ値を示し、この時比率λがインバータ主回路１３の安定運転可能な最小値をλmin とし、ＰＷＭ回路２４が出力するパルス列信号の時比率λが前記λmin 以上に対応する値を演算切替設定値としている。
【００２１】
従って、上述の演算切替設定値を越える前記出力電力設定値のときには、インバータ主回路１３はＰＷＭ回路２４のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、共振負荷回路３の共振周波数にほぼ等しい周波数ｆ1 で、その時比率λをλmin から０．５までの範囲で調整する。一方、前記出力電力設定値が上述の演算切替設定値に満たないときには、インバータ主回路１３はＰＦＭ回路４１のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、時比率λをλmin に固定しつつ、その周波数をｆ1 からより高い周波数ｆn の方向に調整する。
【００２２】
上述の如く調整することにより、共振負荷回路３へ注入される有効電力をより広い範囲で調整でき、その際のＰＷＭ回路２４とＰＦＭ回路４２との間の切り替わり点近傍でのインバータ主回路１３の動作も滑らかである。
【００２３】
図４はこの発明の第４の実施例を示す上述のインバータ装置４又はインバータ装置５の動作軌跡図である。
【００２４】
図４における縦軸は電力調節器２３の出力であるインバータ主回路１３への出力電圧設定値を示し、横軸は，ＰＷＭ回路２４またはＰＦＭ回路４１の出力であるパルス列信号の時比率λ値を示し、この時比率λがインバータ主回路１３の安定運転可能な最小値をλmin とし、ＰＷＭ回路２４が出力するパルス列信号の時比率λが前記λmin 以上に対応する値を演算切替設定値としている。
【００２５】
従って、上述の演算切替設定値を越える前記出力電力設定値のときには、インバータ主回路１３はＰＷＭ回路２４のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、共振負荷回路３の共振周波数にほぼ等しい周波数ｆ1 で、その時比率λをλmin から０．５までの範囲で調整する。一方、前記出力電力設定値が上述の演算切替設定値に満たないときには、インバータ主回路１３はＰＦＭ回路４１のパルス列信号に基づいて動作をし、図示の如く、時比率λを０．５に固定しつつ、その周波数をｆx からより高い周波数ｆn の方向に調整する。
【００２６】
上述の切替動作が行われる際に、ｆ1 でλmin の状態と、ｆx でλ＝０．５の状態との間に、インバータ主回路１３が出力する電力をほぼ等しくなるようにｆx を設定することにより、共振負荷回路３へ注入される有効電力をより広い範囲で調整できる。
【００２７】
なお、図１〜図４に示した実施例の説明では、インバータ装置の構成として、中性点電位を利用したハーフブリッジ方式の電圧形インバータ装置について説明をしたが、フルブリッジ方式の電圧形インバータ装置，ハーフブリッジ方式で共振用コンデンサを２個用いた電圧形インバータ装置などでも、この発明の制御方法を実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明のインバータ装置の制御方法によれば、被加熱物を誘導加熱する際に加熱電力をより広い範囲で調整することができるので、例えば、被加熱物が多彩で、その加熱電力も広範囲にわたる業務用の電磁調理器のインバータ装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すインバータ装置の回路構成図
【図２】この発明の第２の実施例を示すインバータ装置の回路構成図
【図３】この発明の第３の実施例を示すインバータ装置の動作軌跡図
【図４】この発明の第４の実施例を示すインバータ装置の動作軌跡図
【図５】従来例を示すインバータ装置の回路構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２，４，５…インバータ装置、３…共振負荷回路、１１…ダイオード整流器、１２…平滑回路、１３…インバータ主回路、１４…直流電圧検出器、１５…直流電流検出器、２１…有効電力指令器、２２…乗算演算器、２３…電力調節器、２４…ＰＷＭ回路、２５…駆動回路、４１…切替回路、４２…ＰＦＭ回路、５１…間欠パルス発生器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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