(57)【要約】      （修正有）【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１００は、高周波インバータ５および高周波整合装置７を供試品として試験・評価する装置であって、加熱コイルに代えて設置されるダミーコイル１１０と、ダミーコイル１１０内に挿通可能に構成された有底筒状のシリンダ１２０と、シリンダ１２０内への給排水を行う給排水装置１３０と、シリンダ１２０をダミーコイル１１０内に進退させる進退装置１４０とを備える。【選択図】図２
2018006555.tif 000002
【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、
前記加熱コイルに代えて設置されるダミーコイルと、
前記ダミーコイル内に挿通可能に構成された有底筒状のシリンダと、
前記シリンダ内への給排水を行う給排水装置と、
前記シリンダを前記ダミーコイル内に進退させる進退装置と
を備えることを特徴とする誘導加熱装置の試験装置。
【請求項２】
請求項１記載の誘導加熱装置の試験装置において、
前記ダミーコイルと前記シリンダとは、給水された該シリンダの該ダミーコイルに対する進退位置で、定格負荷、該定格負荷に対する軽負荷および該定格負荷に対する重負荷が再現可能に構成され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】
第１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、
前記加熱コイルに代えて設置されるダミーコイルと、
前記ダミーコイル内に挿通可能に構成された有底筒状のシリンダと、
前記シリンダ内への給排水を行う給排水装置と、
前記シリンダを前記ダミーコイル内に進退させる進退装置と
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第１発明の誘導加熱装置の試験装置によれば、負荷を生じさせる加熱コイルおよび被加熱材（被加熱材が収納される炉本体を含む）を再現するように、ダミーコイルおよびシリンダを設け、進退装置を介して、シリンダ内に給排水をしながらシリンダ内にダミーコイルを進退させることで、ダイナミックな負荷変動を再現することができる。
【０００８】
このように、第１発明の誘導溶解装置の試験装置によれば、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ができる。
【０００９】
第２発明の誘導加熱装置の試験装置は、第１発明において、
前記ダミーコイルと前記シリンダとは、給水された該シリンダの該ダミーコイルに対する進退位置で、定格負荷、該定格負荷に対する軽負荷および該定格負荷に対する重負荷が再現可能に構成されることを特徴とする。
【００１０】
第２発明の誘導加熱装置の試験装置によれば、進退装置を介して、シリンダ内に給排水をしながらシリンダ内にダミーコイルを進退させる際に、ダミーコイルに対する該シリンダの進退位置で、定格負荷、該定格負荷に対する軽負荷および該定格負荷に対する重負荷が再現可能となるように、ダミーコイルおよびシリンダを構成することで、定格負荷と、軽負荷と、重負荷とを相互に負荷急変させることができる。
【００１１】
このように、第２発明の誘導溶解装置の試験装置によれば、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を確実に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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の誘導加熱装置の構成を示す回路図。
【図２】本実施形態の誘導加熱装置における試験装置の構成を示す説明図。
【図３】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】
【００１３】
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。
【００１４】
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、高調波フィルタ３と、変換装置用変圧器４と、高周波インバータ５と、高周波整合装置７と、誘導炉に備えられた加熱コイル８（本発明の加熱コイルに相当する）と備える。
【００１５】
これらの装置構成要素は、コントローラとしての制御装置９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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
高調波フィルタ３は、高圧受電盤２に接続されている。高調波フィルタ３は、高周波インバータ５から高調波電流が電力系統に流出しないように抑制する装置である。詳細には、高調波フィルタ３は、限流リアクトル３１と、直列リアクトル３２，３２と、高調波コンデンサ３３，３３とを有する。限流リアクトル３１と変換装置用変圧器４間のノードに、直列リアクトル３２，３２が接続されるとともに、直列リアクトル３２，３２には、それぞれ高調波コンデンサ３３，３３が直列に接続されている。
【００１９】
変換装置用変圧器４は、高調波フィルタ３に接続されている。変換装置用変圧器４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。
【００２０】
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４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、例えば制御装置９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。
【００２１】
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とを有する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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８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。
【００２５】
高周波整合装置７は、本実施形態の試験対象機（供試品）であって、高周波インバータ５に接続され、高周波インバータ５と加熱コイル８とのインピーダンス整合を図る装置である。高周波整合装置７は、詳細には、インピーダンス整合を図るための高周波整合変圧器７１と、加熱コイル８の遅れ力率を進み力率に補償する複数の力率コンデンサ７２とを有する。
【００２６】
加熱コイル８は、誘導炉に備えられており、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。なお、高周波整合変圧器７１と力率コンデンサ７２と加熱コイル８それぞれの一端部はノードに電気的に接続され、高周波整合変圧器７１の他端部は逆変換器５２に接続される。
【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、図２を参照して、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１００は、高周波インバータ５および高周波整合装置７を供試品として試験・評価する装置であって、加熱コイル８に代えて設置されるダミーコイル１１０と、ダミーコイル１１０内に挿通可能に構成された有底筒状のシリンダ１２０と、シリンダ１２０内への給排水を行う給排水装置１３０と、シリンダ１２０をダミーコイル１１０内に進退させる進退装置１４０とを備える。
【００３０】
ダミーコイル１１０は、加熱コイル８と基本的に同一の規格のコイルで内部に冷却管が配置された水冷式コイル１１１であって、かかる水冷式コイル１１１がダミー炉壁１１２に巻線されている。
【００３１】
シリンダ１２０は、内部に水などの液体が充填可能なシリンダであって、水が充填された状態が、加熱コイル８により溶解炉内に収容された鉄等の被溶解材の疑似溶解状態となっている。
【００３２】
より詳細には、ダミーコイル１１０に対するシリンダ１２０の進退位置で、後述する定格負荷、軽負荷および重負荷が再現可能となるように、シリンダの形状・容量等が設計されている。
【００３３】
給排水装置１３０は、図示しない給水ポンプと、給水ポンプに一端が接続されると共に他端がシリンダ１２０内に連通する給水管１３１と、一端がシリンダ１２０内に連通する排水管１３２とを有する。
【００３４】
これにより、給水ポンプにより給水管１３１を介してシリンダ１２０内に給水され、１２０内から溢れた水が排水管１３２を介して排出される。
【００３５】
なお、給水ポンプの代わりに水道水を用いて、その圧力により給水管１３１を介してシリンダ１２０内に給水を行うようにしてもよい。
【００３６】
進退装置１４０は、例えば、電磁式のアクチュエータにより構成される進退装置であって、シリンダ１２０の上側に配置される第１進退装置１４１ａと、下側に配置される第２進退装置１４２ａとを備える。
【００３７】
また、第１進退装置１４１ａは、そのアーム１４１ｂの先端でシリンダ１２０の上端を保持する第１冶具１４１ｃを有し、第２進退装置１４２ａは、そのアーム１４２ｂの先端でシリンダ１２０の下端を保持する第２冶具１４２ｃを有する。
【００３８】
なお、本実施形態で、進退装置１４０は、電磁式のアクチュエータにより第１進退装置１４１ａおよび第２進退装置１４２ａを構成したが、これに限定されるものではなく、有圧式や空気式であってもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、進退装置１４０は、シリンダ１２０を挟むように第１進退装置１４１ａおよび第２進退装置１４２ａにより構成したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方により構成してもよい。さらに、この場合には、アクチュエータの代わりに、クレーンとワイヤ（吊り冶具）により構成してもよい。
【００４０】
次に、図３を参照して、以上のように構成された誘導加熱装置の試験装置１００による試験方法について説明する。
【００４１】
まず、試験装置１００において、予めシリンダ１２０内に給水を行って、シリンダ１２０内に水を充填させた状態で、第１進退装置１４１ａおよび第２進退装置１４２ａを駆動させて、シリンダ１２０をダミーコイル１１０内に挿入させて、第１電気データを取得する（ＳＴＥＰ１１／図３）。
【００４２】
かかる第１電気データの取得では、ダミーコイル１１０の上端側からシリンダ１２０を挿入し、ダミーコイル１１０に対してシリンダ１２０が、定格負荷（１００％Ｒ）となる位置（概ねダミーコイル１１０の半分まで進行した位置）までシリンダ１２０を進行させる。
【００４３】
このとき、シリンダ１２０は、１０［ｃｍ／ｓｅｃ］以上で変位させることで、実際の誘導溶解炉で生じ得る高速な負荷急変を再現することができる。実際の誘導溶解炉で生じ得る高速の負荷急変としては、例えば、被加熱材同士が高周波磁束による影響で接触時にスパークすること、または、炉本体の耐火材を焼き固める焼結溶解時に鉄製の焼結シリンダが磁束によってシリンダクラックが発してスパークすることなどが挙げられる。
【００４４】
このようにして、定格負荷となるまで（さらに定格負荷状態における）の高周波インバータ５および高周波整合装置７の電気的特性（電圧波形および電流波形）を第１電気データとして取得する。
【００４５】
そして、定格負荷となったか否かが判定され（ＳＴＥＰ１２／図３）、定格負荷となっていない場合には（ＳＴＥＰ１２／図３でＮＯ）、シリンダ１２０が定格負荷となる位置まで変位させる（ＳＴＥＰ１３／図３）。
【００４６】
一方、定格負荷となった場合には（ＳＴＥＰ１２／図３でＹＥＳ）、シリンダ１２０の位置を定格負荷から軽負荷負荷（２００％Ｒ）となる位置まで、シリンダ１２０を後退させて、第２電気データを取得する（ＳＴＥＰ１４／図３）。
【００４７】
このとき、同様に、シリンダ１２０は、１０［ｃｍ／ｓｅｃ］以上で変位させることで、実際の誘導溶解炉で生じ得る高速な負荷急変を再現することができる。
【００４８】
このようにして、定格負荷から軽負荷となるまで（さらに軽負荷状態における）の高周波インバータ５および高周波整合装置７の電気的特性（電圧波形および電流波形）を第２電気データとして取得する。
【００４９】
そして、軽負荷となったか否かが判定され（ＳＴＥＰ１５／図３）、軽負荷となっていない場合には（ＳＴＥＰ１５／図３でＮＯ）、シリンダ１２０が軽負荷となる位置まで変位させる（ＳＴＥＰ１６／図３）。
【００５０】
一方、軽負荷となった場合には（ＳＴＥＰ１５／図３でＹＥＳ）、シリンダ１２０の位置を軽負荷から重負荷（５０％Ｒ）となる位置まで、シリンダ１２０を進行させて、第３電気データを取得する（ＳＴＥＰ１７／図３）。
【００５１】
このとき、同様に、シリンダ１２０は、１０［ｃｍ／ｓｅｃ］以上で変位させることで、実際の誘導溶解炉で生じ得る高速な負荷急変を再現することができる。
【００５２】
このようにして、軽負荷から重負荷となるまで（さらに重負荷状態における）の高周波インバータ５および高周波整合装置７の電気的特性（電圧波形および電流波形）を第３電気データとして取得する。
【００５３】
そして、重負荷となったか否かが判定され（ＳＴＥＰ１８／図３）、重負荷となっていない場合には（ＳＴＥＰ１８／図３でＮＯ）、シリンダ１２０が重負荷となる位置まで変位させる（ＳＴＥＰ１９／図３）。
【００５４】
一方、重負荷となった場合には（ＳＴＥＰ１８／図３でＹＥＳ）、供試品である高周波インバータ５および高周波整合装置７が仕様を満足しているか判定される（ＳＴＥＰ２０／図３）。
【００５５】
そして、高周波インバータ５および高周波整合装置７が仕様を満足していない場合には（ＳＴＥＰ２０／図３でＮＯ）、ＳＴＥＰ１２にリターンして定格負荷から同様の試験を繰り返し実行する。
【００５６】
一方、高周波インバータ５および高周波整合装置７が仕様を満足している場合には（ＳＴＥＰ２０／図３でＹＥＳ）、上記一連の試験を終了する。
【００５７】
以上が誘導加熱装置の試験装置１００による試験方法であって、かかる試験方法によれば、限られた試験設備でダイナミックな負荷変動を確実に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ができる。
【００５８】
より具体的には、かかる負荷急変に高周波インバータ５が追従可能であるか、さらに、追従出来ずに転流失敗等が発生するかを検証することができる。
【００５９】
これにより、高周波インバータ５の主回路特性のほか、高速性や制御性を見極めることができ、実機稼働後の高周波インバータ５の主回路破損等のトラブルを大幅に低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、高周波インバータ５が、サイリスタ式電流型インバータである場合について説明したが、負荷急変が起こり得るのはこれに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ式電圧型インバータを適用した誘導溶解炉等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…交流電源、２…高圧受電盤、３…高調波フィルタ、４…変換装置用変圧器、５…高周波インバータ（供試品）、７…高周波整合装置（供試品）、８…加熱コイル、１００…試験装置、１１０…ダミーコイル、１２０…シリンダ、１３０…給排水装置、１４０…進退装置。
【図１】
2018006555.tif 000003
【図２】
2018006555.tif 000004
【図３】
2018006555.tif 000005