(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を高周波変換して誘導加熱装置に高周波電力を供給するインバータに、インバータの出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイルに供給されている実際の電力を検出する電力検出器と、検出された電力が常に一定に保たれるようにゲート信号の位相を調節する出力調整器及び位相コントローラとから構成される電力一定制御回路を接続して誘導加熱コイルへの供給電力を一定に保ちながら、インバータに供給される直流電圧を変動させることにより、誘導加熱コイルに供給される高周波電力の周波数を自動的に変動させることを特徴とする誘導加熱装置における周波数変調制御方法。
【請求項２】
直流を高周波変換して誘導加熱装置に高周波電力を供給するインバータに、インバータの出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイルに供給されている実際の電力を検出する電力検出器と、検出された電力が常に一定に保たれるようにゲート信号の位相を調節する出力調整器及び位相コントローラとから構成される電力一定制御回路を接続して誘導加熱コイルへの供給電力を一定に保ちながら、インバータの出力側の電圧を変動させることにより、誘導加熱コイルに供給される高周波電力の周波数を自動的に変動させることを特徴とする誘導加熱装置における周波数変調制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鋼板の溶融亜鉛めっきの合金化炉などに用いられる誘導加熱装置における周波数変調制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鋼板の溶融亜鉛めっきラインでは、めっき槽から引き上げられた鋼板を誘導加熱装置を備えた合金化炉に通して所定温度に加熱し、鋼板表面に鉄-亜鉛合金相からなる被覆を形成している。誘導加熱装置の誘導加熱コイルには高周波電力が供給されている。
【０００３】
ところが、誘導加熱コイルを通過する際に鋼板が高周波により共振して定在波を生じ、被膜厚さが幅方向に一定周期で変動する結果、めっき鋼板にノイズストライプと呼ばれる縞模様が発生することがある。そこで米国のアジャックス社は、インバータを用いて誘導加熱周波数を常に変動させることにより鋼板の共振を防止する方法を発明し、特開昭６４−６８４５５号として提案している。この周波数変調方式は優れた効果があり、多くの国で採用されている。
【０００４】
ところが、誘導加熱コイルに供給される周波数と出力との間には、図５に示すような関係がある。このため、周波数を変動させるとそれに連れて誘導加熱コイルの出力も変動することとなり、鋼板の長手方向に加熱状態が変化する。この理由により実際には周波数の変動幅を余り大きく取ることはできず、上記公報には周波数の変動幅は±０.７５％と記載されている。その結果、誘導加熱コイルの定格出力を１０００ｋＷ以上にまで大きくしたり、鋼板が薄肉で幅広となったような場合には、鋼板の共振を確実に防止することができず、縞模様を発生させてしまう場合があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、鋼板の長手方向に加熱状態が変化することを防止しつつ、誘導加熱コイルの定格出力を大きくしたり、鋼板が薄肉で幅広となったような場合にも、鋼板の共振を確実に防止することができる誘導加熱装置における周波数変調制御方法を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、直流を高周波変換して誘導加熱装置に高周波電力を供給するインバータに、インバータの出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイルに供給されている実際の電力を検出する電力検出器と、検出された電力が常に一定に保たれるようにゲート信号の位相を調節する出力調整器及び位相コントローラとから構成される電力一定制御回路を接続して誘導加熱コイルへの供給電力を一定に保ちながら、インバータに供給される直流電圧を変動させることにより、誘導加熱コイルに供給される高周波電力の周波数を自動的に変動させることを特徴とするものである。
【０００７】
また同一の課題を解決するためになされた請求項２の発明は、直流を高周波変換して誘導加熱装置に高周波電力を供給するインバータに、インバータの出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイルに供給されている実際の電力を検出する電力検出器と、検出された電力が常に一定に保たれるようにゲート信号の位相を調節する出力調整器及び位相コントローラとから構成される電力一定制御回路を接続して誘導加熱コイルへの供給電力を一定に保ちながら、インバータの出力側の電圧を変動させることにより、誘導加熱コイルに供給される高周波電力の周波数を自動的に変動させることを特徴とするものである。
【０００８】
いずれの発明も、誘導加熱コイルへの供給電力を電力一定制御回路によって一定に保ちながら、インバータの入力側または出力側の電圧を変動させて電力変動要因を与えてやると、電力一定制御回路の位相コントローラが電力を一定に保つために、誘導加熱コイルに供給される高周波電力の周波数を自動的に変動させるという原理に基づくものである。本発明では、誘導加熱コイルへの供給電力の変動は小さく、しかも周波数を大きく変動させることができるので、鋼板の長手方向に加熱状態が変化することを防止しつつ、鋼板の共振を確実に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に各発明の実施形態を示す。
図１は請求項１の発明の実施形態を示すブロック図である。図１において、１は商用交流電流を直流に変換するＡＣ/ＤＣ変換器、２は変換された直流を平滑化するフィルタ、３は直流を高周波交流に変換するＤＣ/ＡＣインバータである。ＤＣ/ＡＣインバータ３の変換素子としてはＩＧＢＴ４が用いられており、任意周波数の高周波交流を生成することができる。ＤＣ/ＡＣインバータ３の出力側には、インダクタンス５とコンデンサ６と誘導加熱コイル７とが接続されている。なお図１には、加熱されるべき負荷８（鋼板）が誘導加熱コイル７と直列の抵抗として記載されている。コンデンサ６と誘導加熱コイル７とは並列接続されて並列共振回路（電流共振回路）を構成しており、インダクタンス５とコンデンサ６とは直列共振回路（電圧共振回路）を構成している。
【００１０】
本発明では、上記した基本的な電源回路に直流電圧発生器９と電力制御モジュール１０とが接続されている。直流電圧発生器９は、ソフトスタート回路１１と位相コントローラ１２と振動生成器１３とから構成されるもので、ＡＣ/ＤＣ変換器１のサイリスタに送るゲート信号の位相を、振動生成器１３により生成される振動に合わせて変化させることにより、ＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧を周期的に変動させる役割を持つ。その作用については後述する。
【００１１】
電力制御モジュール１０は、ソフトスタート回路１４と、電力検出器１５と、出力調整器１６と、位相コントローラ１７とを備えている。電力検出器１５は前記したＤＣ/ＡＣインバータ３の出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイル７に供給されている実際の電力を演算する。出力調整器１６は十分に高速な応答性が得られるように設定しておく。位相コントローラ１７は前記したＤＣ/ＡＣインバータ３の変換素子であるＩＧＢＴ４に送られるゲート信号の位相を調節することによって、ＤＣ/ＡＣインバータ３の出力を調節する。
【００１２】
すなわち、この電力制御モジュール１０はＤＣ/ＡＣインバータ３の出力電流と出力電圧とから誘導加熱コイル７に供給されている実際の電力を検出し、その電力が常に一定に保たれるようにＤＣ/ＡＣインバータ３の出力を調節する機能を発揮するものである。特に出力調整器１６を十分に高速に応答するように設定することにより、誘導加熱コイル７に供給されている実際の電力を確実に一定に保つように作用する。
【００１３】
以上のように構成された図１の回路では、振動生成器１３を備えた直流電圧発生器９が、ＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧を周期的に変動させる。一般的には、ＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧が高まるとＤＣ/ＡＣインバータ３の出力も増加するから誘導加熱コイル７に供給される電力も増加し、ＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧が低下するとＤＣ/ＡＣインバータ３の出力も低下するから誘導加熱コイル７に供給される電力も低下する。しかし本発明では、このような電力変動要因を与えながらその一方では電力制御モジュール１０によって誘導加熱コイル７に供給される電力を常に一定に維持する。
【００１４】
さて前記したように、誘導加熱コイル７に供給される周波数と出力との間には、図２に示すような曲線（共振指数曲線）で示される関係が成立する。そこでＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧が図２のＡ点からＢ点まで増加すると、そのままでは誘導加熱コイル７に供給される電力も増加してしまう。しかし電力制御モジュール１０はこの電力の変動を妨げるように作用し、周波数をＣ点まで増加させることによって電力を一定に保つ。ここで振動生成器１３により与えられる直流電圧の変動速度よりも電力制御モジュール１０の応答速度を充分に速くしておけば、誘導加熱コイル７に供給される電力をほとんど変化させることなく、誘導加熱コイル７に供給される周波数を大きく変動させることができる。
【００１５】
この結果、直流電圧発生器９によりＡＣ/ＤＣ変換器１の出力電圧を周期的に変動させると、それに連れてＤＣ/ＡＣインバータ３の出力周波数は自然に変動することとなる。従って本発明を鋼板の溶融亜鉛めっきの合金化炉に適用すれば、
誘導加熱周波数を常に変動させることにより定在波をなくし、鋼板の共振を防止することができるから、めっき鋼板に縞模様が発生することが防止できる。しかも本発明では誘導加熱コイル７に供給される電力をほとんど変化させることなく、周波数の変動幅を従来に比較して非常に大きくすることができ、誘導加熱コイル７の定格出力を１０００ｋＷ以上にまで大きくしたり、鋼板が薄肉で幅広となったような場合にも、鋼板の共振を確実に防止することができる。
【００１６】
図３は請求項２の発明の実施形態を示すブロック図である。この図３の回路は図１の回路における振動生成器１３をなくし、ＤＣ/ＡＣインバータ３の出力側のインダクタンス５を可変インダクタンス１９としたうえ、振動生成器２０によりインダクタンスの大きさを周期的に変動させるようにしたものである。その他の構成は、図１と同じであるから説明を略す。
【００１７】
この請求項２の発明では、振動生成器２０により可変インダクタンス１９の値を変動させて、コンデンサ６との直列共振によってＤＣ/ＡＣインバータ３の出力側の電圧を変動させる。この電圧変動により誘導加熱コイル７に供給される電力が変化しようとするが、請求項１の発明と同様に電力制御モジュール１０が周波数を自動的に変化させ、誘導加熱コイル７に供給される電力を常に一定に維持する。従って請求項２の発明においてもＤＣ/ＡＣインバータ３の出力周波数は自然に変動し、鋼板の溶融亜鉛めっきの合金化炉に適用すれば、定在波による縞模様の発生が防止できる。本発明でも誘導加熱コイル７に供給される電力はほとんど変化せず、鋼板の長手方向に加熱むらが生ずることはない。
【００１８】
なお、以上の説明は本発明を鋼板の溶融亜鉛めっきの合金化炉に適用した場合について行ったが、例えば塗装された鋼板の乾燥に誘導加熱装置を用いる場合にも同様の問題が発生する可能性があるため、本発明の適用対象は必ずしも溶融亜鉛めっきの合金化炉に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば鋼板の長手方向に加熱状態が変化することを防止しつつ鋼板の共振を確実に防止することができ、誘導加熱コイルの定格出力を１０００ｋＷ以上に大きくしたり、鋼板が薄肉で幅広となったような場合にも、鋼板の共振による縞模様の発生を確実に防止することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】請求項１の発明の作用を示すグラフである。ただし横軸は周波数、縦軸は共振指数×直流電圧である。
【図３】請求項２の発明の実施形態を示すブロック図である。
【図４】請求項２の発明の作用を示すグラフである。ただし横軸は周波数、縦軸は共振指数×直流電圧である。
【図５】従来例の作用を示すグラフである。ただし横軸は周波数、縦軸は共振指数である。
【符号の説明】
１  ＡＣ/ＤＣ変換器
２  フィルタ
３  ＤＣ/ＡＣインバータ
４  ＩＧＢＴ
５  インダクタンス
６  コンデンサ
７  誘導加熱コイル
８  負荷（鋼板）
９  直流電圧発生器
１０  電力制御モジュール
１１  ソフトスタート回路
１２  位相コントローラ
１３  振動生成器
１４  ソフトスタート
１５  電力検出器
１６  出力調整器
１７  位相コントローラ
１９  可変インダクタンス
２０  振動生成器
【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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