(57)【要約】【課題】本発明は、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を再現して試験することができる誘導加熱装置の試験装置を提供する。【解決手段】誘導加熱装置の試験装置は、加熱コイル７に接続されて交流電力を直流電力に変換する回生用順変換器８１と、該直流電力を前記交流電源１の交流電力に変換する回生用逆変換器８２とを備え、回生用逆変換器８２が交流電源１に接続されて、前記加熱コイル７で消費する交流電力の一部を該交流電源１に回生することにより高電力状態を再現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を、位相制御によって直流電力に変換する順変換器と、該直流電力を所定周波数の交流電力に変換する逆変換器と、該逆変換器からの交流電力を印加して誘導加熱を生じさせる加熱コイルとを備える誘導加熱装置の試験装置であって、
前記加熱コイルに接続されて交流電力を直流電力に変換する回生用順変換器と、該直流電力を前記交流電源の交流電力に変換する回生用逆変換器とを備え、
前記回生用逆変換器が前記交流電源に接続されて、前記加熱コイルで消費する交流電力の一部を該交流電源に回生することにより高電力状態を再現することを特徴とする誘導加熱装置の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの交流電力を、位相制御によって直流電力に変換する順変換器と、該直流電力を所定周波数の交流電力に変換する逆変換器と、該逆変換器からの交流電力を印加して誘導加熱を生じさせる加熱コイルとを備える誘導加熱装置の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の誘導加熱装置としては、本願発明者および出願人による下記特許文献１のように、交流電源からの交流電力を、位相制御によって直流電力に変換する順変換器と、当該直流電力を所定周波数の交流電力に変換する逆変換器と、前記逆変換器からの交流電力を印加して誘導加熱を生じさせる加熱コイルと、前記交流電源の出力波形に応じた同期信号に基づいて、前記順変換器の点弧位相を制御する順変換器制御回路とを備えた誘導加熱装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５０７９７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、この種の誘導加熱装置は、大電力を使用する機器でありながら、工場内での試験電力や負荷設備には制約があることから、ダイナミックな負荷変動を模擬試験することが困難であった。
【０００５】
以上の事情に鑑みて、本発明は、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を再現して試験することができる誘導加熱装置の試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の誘導加熱装置の試験装置は、交流電源からの交流電力を、位相制御によって直流電力に変換する順変換器と、該直流電力を所定周波数の交流電力に変換する逆変換器と、該逆変換器からの交流電力を印加して誘導加熱を生じさせる加熱コイルとを備える誘導加熱装置の試験装置であって、
前記加熱コイルに直列に接続されて交流電力を直流電力に変換する回生用順変換器と、該直流電力を前記交流電源の交流電力に変換する回生用逆変換器とを備え、
前記回生用逆変換器が前記交流電源に接続されて、前記加熱コイルで消費する交流電力の一部を該交流電源に回生することにより高電力状態を再現することを特徴とする。
【０００７】
かかる本発明の誘導加熱装置の試験装置によれば、加熱コイルに接続されて、交流電力を直流電力に変換する回生用順変換器と、該直流電力を前記交流電源の交流電力に変換する回生用逆変換器により、加熱コイルで消費する交流電力の一部を該交流電源に回生することができる。
【０００８】
これにより、交流電源側の電圧を上昇させることができると共に、加熱コイルへの出力電力を上昇させることができ、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を再現して試験することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の誘導加熱装置およびその試験装置の構成を示す回路図。
【図２】図１の誘導加熱装置の試験装置における試験方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、本発明の実施形態について説明する。誘導加熱装置は、例えば、誘導炉を備え、その誘導炉内に収容された被加熱材を溶解させる。
【００１１】
本実施形態の誘導加熱装置は、交流電源１に接続された高圧受電盤２と、変換装置用変圧器３と、高周波インバータ５と、誘導炉に備えられた加熱コイル７（本発明の加熱コイルに相当する）と備える。
【００１２】
これらの装置構成要素は、図示しないコントローラにより統括的に制御される。なお、高圧受電盤２は、動作環境に応じて、設置しても設置しなくともよい。また、必要に応じて、高圧受電盤２と変換装置用変圧器３との間には高調波フィルタを設置してもよい。
【００１３】
交流電源１は、定格の交流電源であって、高圧受電盤２に接続されている。本実施形態の交流電源１としては、例えば、交流周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用の三相交流電源を採用する。
【００１４】
高圧受電盤２は、誘導加熱装置への電源通電・停止と故障発生時の電源遮断を行う装置である。高圧受電盤２は、パワーヒューズ２１と、遮断器２２とを有する。パワーヒューズ２１は、例えば短絡事故時に、交流電源１からの電力を遮断する。遮断器２２は、交流電源１からの交流電力の通電と、通電の停止とを操作により切り替え可能に構成されている。誘導加熱装置の動作時、パワーヒューズ２１及び遮断器２２は、通電状態に設定されている。
【００１５】
変換装置用変圧器３は、高圧受電盤２に接続されている。変換装置用変圧器３は、高周波インバータ５で所定の電圧を出力するように、高周波インバータ５への入力電圧を調整する装置である。
【００１６】
高周波インバータ５は、本実施形態の試験対象機（供試品）であって、変換装置用変圧器３に接続されている。本実施形態の高周波インバータ５は、交流電源１の三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力から所定周波数の単相交流電力を生成する装置である。この高周波インバータ５は、例えばコントローラから送られた運転制御信号，運転停止制御信号等により制御される。本実施形態の高周波インバータ５は、電流型インバータである。
【００１７】
本実施形態の高周波インバータ５は、詳細には、順変換器５１と、逆変換器５２と、直流リアクトル５３と、直流コンデンサ５４と、力率改善用コンデンサ５５とを有する。
【００１８】
順変換器５１は、交流／直流変換器であり、交流電力を直流電力に変換する。例えば、順変換器５１は、複数のサイリスタを有し、その複数のサイリスタが三相ブリッジ構造となっている。
【００１９】
順変換器５１は、複数のダイオードで三相ブリッジ構成にしても良い。
【００２０】
逆変換器５２は、直流／交流変換器であり、直流電力を所定周波数の交流電力に変換する。例えば、逆変換器５２は、複数のサイリスタを有し、そのサイリスタがブリッジ構造となっている。
【００２１】
逆変換器５２は、複数のIGBT（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）でブリッジ構成しても良い。
【００２２】
直流リアクトル５３は、一端部が順変換器５１に接続され、他端部が逆変換器５２に接続されている。この直流リアクトル５３は、順変換器５１による直流電圧に重畳するリプル成分を除去する。また、直流リアクトル５３は、順変換器５１や加熱コイル７等が負荷破損した場合に、高周波インバータ５からの急激な過電流の流出を抑制する。
【００２３】
直流コンデンサ５４は、順変換器５１と逆変換器５２との間に並列に接続され、直流電流を充電し、高周波電力時に逆変換器５２に電流を供給する。
【００２４】
力率改善用コンデンサ５５は、逆変換器５２と加熱コイル７との間に直列に接続され、低力率の加熱コイル７の力率補償をすると共に、加熱コイル７と共に高周波周波数を生成する。
【００２５】
加熱コイル７は、実際の誘導炉を電気的に模擬する模擬コイルであって、重負荷・軽負荷・定格負荷等の各種負荷条件を模擬することができる。
【００２６】
なお、実際の誘導炉における加熱コイル７は、高周波インバータ５からの高周波の交流電力の供給を受けて、溶解炉内に収容された鉄等の被溶解材に渦電流を発生させ、渦電流により金属材料間に発生するジュール熱で被溶解材を昇温させて溶解させる。
【００２７】
以上が本実施形態の誘導加熱装置の構成である。
【００２８】
次に、本実施形態の誘導加熱装置の試験装置の構成について説明する。
【００２９】
試験装置は、ランバック試験装置８と、電圧調整用変圧器９と、制御電源１０とを備える。
【００３０】
ランバック試験装置８は、加熱コイル７で消費する高周波電力の一部を商用電源に回生する装置であって、回生用順変換器８１と、回生用逆変換器８２と、直流リアクトル８３と、直流コンデンサ８４と、初期充電回路８５とを有する。
【００３１】
回生用順変換器８１は、加熱コイル７に直列に接続された高速順変換器であって、単相高周波電力から直流電力を生成する。例えば、回生用順変換器８１は、複数のサイリスタを有し、その複数のサイリスタが単相フルブリッジ構造となっている。
【００３２】
回生用逆変換器８２は、回生用順変換器８１に接続された商用周波数逆変換器であって、直流電力から商用電力を生成する。例えば、回生用逆変換器８２は、複数のサイリスタを有し、その複数のサイリスタが商用電力に系統連係するための三相フルブリッジ構造となっている。
【００３３】
直流リアクトル８３は、回生用順変換器８１と回生用逆変換器８２との間に直列に接続され、回生用順変換器８１で生成する直流電圧に重畳するリプル成分を除去すると共に、回生用逆変換器８２や電圧調整用変圧器９等の機器の破損時の急激な過電流の流出を抑制する。
【００３４】
直流コンデンサ８４は、回生用順変換器８１と回生用逆変換器８２との間に並列に接続され、直流電力を充電しており、回生用逆変換器８２が直流電力から商用電力を生成する際に直流電力を供給する。
【００３５】
初期充電回路８５は、制御電源１０に接続され、回生用順変換器８１の起動前に直流コンデンサ８４に直流電力を供給して充電し、回生用順変換器８１起動時の急激な直流充電での過電流を防止する。
【００３６】
電圧調整用変圧器９は、回生用逆変換器８２で生成された三相商用電圧を試験電源電圧に昇圧するための三相電圧調整装置である。
【００３７】
以上が、本実施形態の誘導加熱装置の試験装置の構成である。
【００３８】
次に、図２を参照して、以上の構成による本実施形態の誘導加熱装置の試験装置の作動について説明する。
【００３９】
まず、ランバック試験装置８において、初期充電回路８５により直流コンデンサ８４に直流電力を供給して充電する（ＳＴＥＰ１０）。この状態で、回生用順変換器８１を短絡状態、回生用逆変換器８２は停止状態で待機させる。
【００４０】
次に、試験対象機（供試品）である高周波インバータ５に高圧受電盤２を介して試験電力を供給して低出力の試験運転を行う（ＳＴＥＰ２０）。かかる低出力運転は、例えば、高周波インバータ５の定格出力の例えば１０％である。
【００４１】
次に、低出力運転において、高周波インバータ５の出力電力が一定に安定した段階で、ランバック試験装置８を起動させ回生を開始する（ＳＴＥＰ３０）。
【００４２】
ランバック試験装置８の起動は、待機状態の回生用順変換器８１および回生用逆変換器８２の起動であって、これにより、電圧調整用変圧器９を介した回生が可能となる。このとき、ランバック試験装置８は、電圧調整用変圧器９を介して、例えば１０％の回生を行う。
【００４３】
これにより、高圧受電盤２と変換装置用変圧器３との間のＡ点の電圧が回生電力による逆潮流で電圧上昇するので、電圧上昇しないように徐々に高周波インバータ５の出力電力を調整する。  
【００４４】
次に、高周波インバータ５の出力電力を徐々に増加させると共に、ランバック試験装置８の出力電力を増加させ、高出力運転を行う（ＳＴＥＰ４０）。
【００４５】
高出力運転では、段階的に高周波インバータ５の出力電力を増加させる。例えば、回生電力の高周波インバータ５へ供給および高周波インバータ５の出力電力の増加により、高周波インバータ５の出力電力が２０％となったことをトリガとして、次に、ランバック試験装置８の出力電力を増加させることにより、高周波インバータ５の出力電力を増加させる。
【００４６】
これにより、高周波インバータ５の出力電力を試験電力以上に上昇させることができ、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を再現して試験することができる。
【００４７】
最後に、試験停止の際は、高周波インバータ５の出力電力と、ランバック試験装置８の出力電力とを段階的に低下させる停止処理を行う（ＳＴＥＰ５０）。
【００４８】
かかる停止処理では、まず、高周波インバータ５の出力電力を１段階低下させ、次に、ランバック試験装置８の出力電力を一段階低下させる。この操作を繰り返して、徐々に高周波インバータ５とランバック試験装置８の出力を低下させ、最終的に０にして停止させる。
【００４９】
以上が本実施形態の誘導加熱装置の試験装置の作動であり、加熱コイル７からの回生電力により交流電源１側の電圧を上昇させることができ、これにより、加熱コイル７への出力電力を上昇させることができる。そのため、工場内での試験電力や負荷設備には制約がある場合でも、ダイナミックな負荷変動を限られた試験設備で再現して模擬試験することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…交流電源、２…高圧受電盤、３…変換装置用変圧器、５…高周波インバータ（供試品）、７…加熱コイル、８…ランバック試験装置、９…電圧調整用変圧器、１０…制御電源、５１…順変換器、５２…逆変換器、８１…回生用順変換器、８２…回生用逆変換器、８５…初期充電回路。
【図１】
2018006140.tif 000003
【図２】
2018006140.tif 000004