БЛОК УПРАВЛЕНИЯ БЛОКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БЛОКОМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
CONTROL UNIT OF INDUCTION HEATING UNIT, SYSTEM OF INDUCTION HEATING AND METHOD TO CONTROL UNIT OF INDUCTION HEATING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к блоку управления блока индукционного нагрева, системе индукционного нагрева и способу управления блоком индукционного нагрева. В частности настоящее изобретение пригодно для использования с переменным магнитным полем, пересекающим проводящий лист по существу ортогональным образом с тем, чтобы осуществлять индукционное нагревание проводящего листа.
По заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент Японии № 2009-283255, поданной 14 декабря 2009 года, содержание которой включено в материалы настоящей заявки путем ссылки.
Уровень техники
В обычных технологиях блок индукционного нагрева используется, например, при нагреве проводящего листа такого, как стальной лист, когда он перемещается по производственной линии. Блок индукционного нагрева обеспечен нагревательной катушкой и нагревает проводящий лист, используя вихревые токи, индуцированные нагревательной катушкой. В этом блоке индукционного нагрева вихревой ток в проводящем листе вызывается переменным магнитным полем (магнитным полем переменного тока), порожденным нагревательной катушкой, при этом, благодаря вихревым токам в проводящем листе, порождается Джоулево тепло. В качестве примера блока индукционного нагрева раскрыт блок индукционного нагрева поперечного типа. В блоке индукционного нагрева поперечного типа переменное магнитное поле прикладывается к проводящему листу таким образом, что оно пересекает поверхность проводящего листа, который является объектом нагрева, чтобы быть по существу ортогональным ему.
В качестве способа управления блоком индукционного нагрева примером может стать технология, раскрытая в патентной публикации 1. В патентной публикации 1 параллельно нагревательной катушке, которая образует блок индукционного нагрева, предусмотрен конденсатор, причем нагревательная катушка и конденсатор образуют параллельный резонансный контур, а питание подается к нагревательной катушке параллельным резонансным инвертором.
Патентная публикация
[Патентная публикация 1] Нерассмотренная заявка на патент Японии, № первой публикации 2002-313547.
Раскрытие изобретения
Задачи, решаемые изобретением
Однако при рассмотрении нагревательной катушки блока индукционного нагрева со стороны блока источника питания (схемы источника питания) блока индукционного нагрева, индуктивность изменяется в ответ на скорость перемещения проводящегося листа, являющегося объектом нагрева, блоком индукционного нагрева (в последующем описании такая индуктивность при необходимости называется кажущейся индуктивностью). В частности, когда скорость перемещения проводящего листа становится высокой (или низкой), кажущая индуктивность становится небольшой (большой).
Однако в технологии, раскрытой в патентной публикации 1, нагревательная катушка и конденсатор образуют параллельный резонансный контур. Следовательно, когда кажущаяся индуктивность изменяется, частота питания, подаваемого к нагревательной катушке, также изменяется. Например, когда скорость перемещения проводящего листа становится высокой, и, таким образом, кажущаяся индуктивность становится небольшой, частота питания, подаваемого к нагревательной катушке, вырастает. Таким образом, когда частота питания, подаваемого к нагревательной катушке, вырастает, температура в окрестности оконечной точки (края) проводящего листа в направлении ширины листа становится большей, чем в окрестности центрального участка проводящего листа в направлении ширины листа. Следовательно, существует проблема, заключающаяся в том, что температурное распределение проводящего листа в направлении ширины листа может быть неравномерным.
Как описано выше, в обычных технологиях в случае, когда проводящий лист нагревается, используя блок индукционного нагрева поперечного типа, существует проблема, состоящая в том, что, когда скорость перемещения проводящего листа меняется, температурное распределение проводящего листа в направлении ширины листа становится неравномерным.
Настоящее изобретение было выполнено, принимая во внимание эту проблему, а задача настоящего изобретения - реализовать температурное распределение, которое является более равномерным, чем температурное распределение в обычных технологиях, за счет предотвращения неравномерного температурного распределения проводящего листа в направлении ширины листа, даже когда скорость перемещения листа изменяется в случае, когда проводящий лист нагревается, используя блок индукционного нагрева поперечного типа.
Способы решения задачи
(1) Блок управления блока индукционного нагрева согласно аспекту настоящего изобретения управляет выводом питания переменного тока к нагревательной катушке блока индукционного нагрева поперечного типа, позволяя переменному магнитному полю пересекать поверхность проводящего листа, который перемещается для индукционного нагрева проводящего листа. Блок управления включает в себя: переключатель восстановления магнитной энергии, который выводит питание переменного тока к нагревательной катушке, блок задания частоты, который задает выходную частоту в ответ на по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа; блок управления затвором, который управляет операцией переключения переключателя восстановления магнитной энергии на основе выходной частоты, заданной блоком задания частоты.
(2) В блоке управления блока индукционного нагрева по пункту (1) блок задания частоты может получить информацию об атрибутах, которая определяет относительную проницаемость, сопротивление и толщину проводящего листа, и может выбрать частоту, соответствующую полученной информации об атрибутах в качестве выходной частоты с обращением к таблице, в которой заранее зарегистрированы и коррелированы друг с другом относительная проницаемость, сопротивление и толщина проводящего листа, и частота.
(3) Блок управления блока индукционного нагрева по пункту (1) или пункту (2) может дополнительно включать в себя: блок задания выходного тока, который задает значение выходного тока в ответ на по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа; блок измерения тока, который измеряет переменный ток, который течет к блоку индукционного нагрева; и блок источника питания, который подает питание постоянного тока к переключателю восстановления магнитной энергии и корректирует переменный ток, который измерен блоком измерения тока для вывода значения выходного тока, заданного блоком задания выходного тока; в котором переключатель восстановления магнитной энергии может быть обеспечен питанием постоянного тока от блока источника питания и может выводить питание переменного тока к нагревательной катушке.
(4) В блоке управления блок индукционного нагрева по пункту (3) блок задания выходного тока может получать информацию об атрибутах, которая определяет относительную проницаемость, сопротивление и толщину проводящего листа, и может выбрать значение тока, соответствующее полученной информации об атрибутах, в качестве значения выходного тока с обращением к таблице, в которой заранее зарегистрированы и коррелированы друг с другом относительная проницаемость, сопротивление и толщина проводящего листа, и значение тока.
(5) Блок управления блока индукционного нагрева по пункту (1) или пункту (2) может дополнительно включать в себя выходной трансформатор, который размещен между переключателем восстановления магнитной энергии и блоком индукционного нагрева и понижает напряжение переменного тока, которое выводится от переключателя восстановления магнитной энергии, и выводит пониженное напряжение переменного тока к нагревательной катушке.
(6) В блоке управления блока индукционного нагрева по пункту (1) или пункту (2), переключатель восстановления магнитной энергии может включать в себя первый и второй выводы переменного тока, которые соответственно соединены с одним и другим концом нагревательной катушки, первый и второй выводы постоянного тока, которые соединены с выходным выводом блока источника питания, первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между первым выводом переменного тока и первым выводом постоянного тока, второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между первым выводом переменного тока и вторым выводом постоянного тока, третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между вторым выводом переменного тока и вторым выводом постоянного тока, четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между вторым выводом переменного тока и первым выводом постоянного тока, и конденсатор, который соединен между первым и вторым выводами постоянного тока; первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут быть соединены последовательно таким образом, что направления проводимости в момент выключения становятся противоположными друг другу; второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут быть соединены последовательно таким образом, что направления проводимости в момент выключения становятся противоположными друг другу; первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут обладать одним и тем же направлением проводимости как друг у друга в момент выключения; второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут обладать одним и тем же направлением проводимости как друг у друга в момент выключения; и блок управления затвором может управлять временем операции переключения первого и третьего полупроводниковых переключателей с обратной проводимостью и временем операции переключения второго и четвертого полупроводниковых переключателей с обратной проводимостью на основе выходной частоты, которая задается блоком задания частоты.
(7) Система индукционного нагрева по другому аспекту настоящего изобретения позволяет магнитному полю пересекать поверхность проводящего листа, который перемещается для индукционного нагрева проводящего листа. Система индукционного нагрева включает в себя: блок управления блока индукционного нагрева по пункту (1) или пункту (2), нагревательную катушку, которая расположена так, что она обращена к поверхности проводящего листа; сердечник, вокруг которого намотана нагревательная катушка; и защитную пластину, которая расположена таким образом, что она обращена к области, включающей в себя край проводящего листа в направлении ширины, и образована из проводника, имеющего относительную проницаемость, равную 1.
(8) В системе индукционного нагрева по пункту (7) защитная пластина может иметь углубленный участок.
(9) В системе индукционного нагрева по пункту (8) защитная пластина может быть размещена таким образом, что область, которая является более близкой к краю проводящего листа, чем область, в которой вихревой ток, текущий к проводящему листу, становится максимальным, и углубленный участок направлены друг к другу.
(10) Способ управления блоком индукционного нагрева согласно еще одному аспекту настоящего изобретения управляет питанием переменного тока, который выводится к нагревательной катушке блока индукционного нагрева поперечного типа, позволяя переменному магнитному полю пересекать поверхность проводящего листа, который перемещается для индукционного нагрева проводящего листа. Способ содержит этапы, на которых: выводят питание переменного тока к нагревательной катушке переключателем восстановления магнитной энергии; задают выходную частоту в ответ на по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа; и управляют операцией переключения переключателя восстановления магнитной энергии на основе выходной частоты, которая задана.
(11) В способе управления блоком индукционного нагрева по пункту (10) выходная частота может быть задана за счет получения информации об атрибутах, которая определяет относительную проницаемость, сопротивление и толщину проводящего листа, и за счет выбора частоты, соответствующей полученной информации об атрибутах, в качестве выходной частоты с обращением к таблице, в которой заранее зарегистрированы и коррелированы друг с другом относительная проницаемость, сопротивление и толщина проводящего листа, и частота.
(12) Способ управления блоком индукционного нагрева по пунктам (10) или (11) может дополнительно содержать этапы, на которых: задают значение выходного тока в ответ по меньшей мере на одну из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа; измеряют переменный ток, который течет к блоку индукционного нагрева; и к переключателю восстановления магнитной энергии подают питание постоянного тока, которое необходимо для корректировки переменного тока, который измерен, к значению выходного тока, которое задано.
(13) В способе управления блоком индукционного нагрева по пункту (12) величина выходного тока может быть задана за счет получения информации об атрибутах, которая определяет относительную проницаемость, сопротивление и толщину проводящего листа, и за счет выбора значения тока, соответствующего полученной информации об атрибутах, в качестве выходного тока с обращением к таблице, в которой заранее зарегистрированы и коррелированы друг с другом относительная проницаемость, сопротивление и толщина проводящего листа, и значение тока.
(14) В способе управления блоком индукционного нагрева по пункту (10) или пункту (11) напряжение переменного тока, которое выведено от переключателя восстановления магнитной энергии, может быть понижено выходным трансформатором, и пониженное напряжение переменного тока может быть выведено к нагревательной катушке.
(15) В способе управления блоком индукционного нагрева по пункту (10) или пункту (11) переключатель восстановления магнитной энергии может включать в себя первый и второй выводы переменного тока, которые соответственно соединены с одним и другим концом нагревательной катушки, первый и второй выводы постоянного тока, которые соединены с выходным выводом блока источника питания, первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между первым выводом переменного тока и первым выводом постоянного тока, второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между первым выводом переменного тока и вторым выводом постоянного тока, третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между вторым выводом переменного тока и вторым выводом постоянного тока, четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью, который соединен между вторым выводом переменного тока и первым выводом постоянного тока, и конденсатор, который соединен между первым и вторым выводами постоянного тока; первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут быть соединены последовательно таким образом, что направления проводимости в момент выключения становятся противоположными друг другу; второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут быть соединены последовательно таким образом, что направления проводимости в момент выключения становятся противоположными друг другу; первый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут обладать одним и тем же направлением проводимости как друг у друга в момент выключения; второй полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью могут обладать одним и тем же направлением проводимости как друг у друга в момент выключения; и питание переменного тока может быть выведено к нагревательной катушке за счет управления временем операции переключения первого и третьего полупроводниковых переключателей с обратной проводимостью и временем операции переключения второго и четвертого полупроводниковых переключателей с обратной проводимостью на основе выходной частоты, которая задается.
Результаты изобретения
Согласно блоку управления блока индукционного нагрева в соответствии с аспектом настоящего изобретения операция переключения переключателя восстановления магнитной энергии управляется на основе частоты в ответ на по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа, который перемещается, и питание переменного тока этой частоты выводится от переключателя восстановления магнитной энергии. Следовательно, питание переменного тока частоты, соответствующей атрибуту проводящего листа, который перемещается, может быть приложено к нагревательной катушке, не подвергаясь ограничению в отношении операции с резонансной частотой. Следовательно, возможно предотвратить неравномерное температурное распределение проводящего листа в направлении ширины, даже когда скорость перемещения проводящего листа изменяется в случае, когда проводящий лист нагревается, используя блок индукционного нагрева поперечного типа. Кроме того, питание переменного тока с частотой в ответ на атрибут проводящего листа, который перемещается, может быть подано к нагревательной катушке независимо от операционных условий таким образом, что управление индукционным нагревом может быть выполнено относительно простым и надежны способом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид сбоку, иллюстрирующий пример схематичной конфигурации линии непрерывного отжига стального листа согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2А - вид продольного сечения, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2B - вид продольного сечения, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2С - местный вид в перспективе, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации нагревательной катушки верхней стороны и нагревательной катушки нижней стороны согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации блока управления блока индукционного нагрева согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
c
L
Фиг. 5 - вид, иллюстрирующий пример взаимосвязи между напряжением V на обоих концах конденсатора MERS, током I, который течет к блоку индукционного нагрева, и рабочим состоянием полупроводникового переключателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6А - график, иллюстрирующий взаимосвязь между частотой и температурным отношением относительно скорости перемещения листа, когда питание подается к блоку индукционного нагрева, используя блок управления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, а стальная полоса нагревается.
Фиг. 6B - график, иллюстрирующий взаимосвязь между частотой и температурным отношением относительно скорости перемещения листа, когда питание подается к блоку индукционного нагрева, используя параллельный резонансный инвертор обычной технологии, а стальная полоса нагревается.
Фиг. 7 - вид, иллюстрирующий пример конфигурации блока управления блока индукционного нагрева согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8А - вид продольного сечения, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8B - вид продольного сечения, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8С - местный вид в перспективе, иллюстрирующий пример конфигурации блока индукционного нагрева согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9А - вид, иллюстрирующий пример конфигурации защитной пластины согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9В - схематичный вид, иллюстрирующий пример вихревого тока, который течет через стальную полосу и защитную пластину согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9С - схематичный вид, иллюстрирующий пример магнитного поля, которое порождается вихревым током согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10А - вид, иллюстрирующий пример температурного распределения проводящего листа, который нагревается блоком индукционного нагрева, в направлении ширины листа в случае, когда используется защитная пластина согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10В - вид, иллюстрирующий пример температурного распределения проводящего листа, который нагревается блоком индукционного нагрева, в направлении ширины листа в случае, когда используется защитная пластина согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. В каждом из последующих вариантов осуществления описание будет выполнено в отношении примера, в котором блок индукционного нагрева поперечного типа и его блок управления применены на непрерывной производственной линии отжига стального листа. Кроме того, в последующем описании «блок индукционного нагрева поперечного типа» будет для простоты при необходимости называться «блоком индукционного нагрева». Более того, пока это не будет указано иначе, в отношении свойств стального листа (стальной полосы) будут использованы значения комнатной температуры (например, 25°C).
(Первый вариант осуществления)
Сначала будет описан первый вариант осуществления настоящего изобретения.
<Схематичная конфигурация линии непрерывного отжига>
На фиг. 1 показан вид сбоку, иллюстрирующий пример схематичной конфигурации линии непрерывного отжига стального листа.
На фиг. 1 линия 1 непрерывного отжига включает в себя первый контейнер 11, второй контейнер 12 и третий контейнер 13, первый герметизирующий роликовый узел 14, блок 15 перемещения, второй герметизирующий роликовый узел 16, блок 17 подачи газа, ролики 19а - 19u, блок 20 индукционного нагрева и блок 100 управления блока индукционного нагрева. При этом блок 20 индукционного нагрева и блок 100 управления блока индукционного нагрева образуют систему индукционного нагрева.
Первый герметизирующий роликовый узел 14 перемещает (подает) стальную полосу 10 в первый контейнер 11, при этом защищает первый контейнер 11 от внешнего воздуха. Стальная полоса 10, перемещенная в первый контейнер 11 первым герметизирующим роликовым узлом 14, перемещается во второй контейнер 12 роликами 19а и 19b первого контейнера 11. Стальная полоса 10, перемещенная во второй контейнер 12, снова перемещается в первый контейнер 11 роликами 19g и 19h при этом нагревается блоком 20 индукционного нагрева, который расположен на обеих верхней стороне и нижней стороне горизонтального участка второго контейнера 12 (относительно перемещаемой стальной полосы 10). Здесь блок 20 индукционного нагрева (его нагревательная катушка) электрически соединен с блоком 100 управления блока индукционного нагрева, при этом питание переменного тока подается к блоку 20 индукционного нагрева от блока 100 управления блока индукционного нагрева. Переменное магнитное поле, которое пересекает поверхность листа стальной полосы 10 по существу ортогональным образом, порождается от питания переменного тока, посредством чего осуществляется индуктивный нагрев стальной полосы 10. Дополнительные подробности конфигурации блока 20 индукционного нагрева будут описаны позже. Кроме того, в нижеследующем описании «электрическое соединение» будет для простоты при необходимости называться «соединением».
Стальная полоса 10, которая возвращается в первый контейнер 11, перемещается в блок 15 перемещения роликами 19с-19f после прохождения через этап выдержки и медленного охлаждения. Стальная полоса 10, перемещенная к блоку 15 перемещения, перемещается к третьему контейнеру 13 роликами 19i и 19j. Стальная полоса 10, перемещенная к третьему контейнеру 13, перемещается вертикально вверх и вниз роликами 19k-19u и быстро охлаждается в третьем контейнере 13.
Второй герметизирующий роликовый узел 16 переправляет стальную полосу 10, которая быстро охлаждается, к последующему процессу, защищая третий контейнер 13 от внешнего воздуха.
Блоком 17 подачи газа к «первому контейнеру 11, второму контейнеру 12, третьему контейнеру 13 и блоку 15 перемещения», которые образуют «путь перемещения стальной полосы 10», описанный выше, подается безокислительный газ. Кроме того, первый контейнер 11, второй контейнер 12, третий контейнер 13 и блок 15 перемещения поддерживаются в атмосфере безокислительного газа «первым герметизирующим роликовым узлом 14 и вторым герметизирующим роликовым узлом 16», которые защищают внутреннее пространство (внутреннее пространство линии 1 непрерывного отжига) от внешнего пространства (внешнего воздуха).
<Конфигурация блока 20 индукционного нагрева>
На фиг. 2А-2С показаны виды, иллюстрирующие пример конфигурации блока индукционного нагрева.
Более точно, на фиг. 2А показан вид, который иллюстрирует пример блока 20 индукционного нагрева согласно этому варианту осуществления, который видим с латерального направления линии, и который является видом разреза, выполненного согласно продольному направлению (вертикальному направлению фиг. 1) стальной полосы 10. На фиг. 2А стальная полоса 10 перемещения в левом направлении (как указано стрелкой, обращенной с правой стороны в левую сторону на фиг. 2А). Кроме того, на фиг. 2В показан вид в продольном разрезе, иллюстрирующий пример блока 20 индукционного нагрева согласно этому варианту осуществления, который рассматривается в направлении А-А' фиг. 1 (это вид, рассматриваемый из положения, находящегося ниже по ходу перемещения). На фиг. 2В стальная полоса 10 перемещается из глубины по направлению вперед. Кроме того, на фиг. 2А и 2В также продемонстрированы размеры [мм]. Дополнительно, на фиг. 2С показан местный вид в перспективе, иллюстрирующий местный вид примера блока 20 индукционного нагрева согласно этому варианту осуществления. На фиг. 2С нижняя правая область, показанная на фиг. 2В (область, окруженная пунктирной линией фиг. 2В), рассматривается с верхней стороны стальной полосы 10. Однако, на фиг. 2С второй контейнер 12 опущен для простоты понимания позиционной взаимосвязи между защитной пластиной 31 и стальной полосой 10.
На фиг. 2А-2С блок 20 индукционного нагрева включает в себя индуктор 21 верхней стороны и индуктор 22 нижней стороны.
Индуктор 21 верхней стороны включает в себя сердечник (магнитный сердечник) 23, нагревательную катушку 24 верхней стороны и защитные пластины 31а и 31с. Сердечник 23 может быть сконфигурирован за счет укладки друг на друга множества листов электротехнической стали.
Нагревательная катушка 24 верхней стороны является проводником, который намотан вокруг сердечника 23 посредством паза (здесь углубленного участка сердечника 23) сердечника 23 и является катушкой, у которой число витков равно «1» (называемой одновитковой). Кроме того, как показано на фиг. 2А, нагревательная катушка верхней стороны имеет участок, форма которого в его продольном разрезе является полым прямоугольником. К торцевой части полого участка полого прямоугольника подключена труба водяного охлаждения. Охлаждающая вода, подаваемая из трубы водяного охлаждения, течет к полому участку полого прямоугольника (внутрь нагревательной катушки 24 верхней стороны) и, таким образом, индуктор 21 верхней стороны охлаждается. Кроме того, к нижней поверхности (стороне паза) сердечника 23 прикрепляются защитные пластины 31а и 31с.
Подобно индуктору 21 верхней стороны индуктор 22 нижней стороны также обеспечивается сердечником (магнитным сердечником) 27, нагревательной 28 катушкой нижней стороны и защитными пластинами 31b и 31d.
Подобно нагревательной катушке 24 верхней стороны нагревательная катушка 28 нижней стороны является проводником, который проходит по пазу сердечника 27 и оборачивается вокруг сердечника 27, а также является катушкой, в которой количество витков равно «1» (называемой одновитковой). Более того, подобно нагревательной катушке 24 верхней стороны нагревательная катушка 28 нижней стороны имеет участок, у которого форма в его продольном сечении является полым прямоугольником. К торцевой части полого участка полого прямоугольника подключена труба водяного охлаждения, и охлаждающая вода протекает в полом участке полого прямоугольника. Кроме того, на верхней поверхности (стороне паза) сердечника 27 установлены защитные пластины 31b и 31d.
Дополнительно, поверхность (поверхность, на которой образован виток, и через которую проникает линия магнитной силы) нагревательной катушки 24 верхней стороны индуктора 21 верхней стороны, и поверхность нагревательной катушки 28 нижней стороны индуктора 22 нижней стороны направлены друг к другу, при этом стальная полоса 10 размещается между ними. Более того, поверхности листа защитных пластин 31a-31d направлены к оконечным участкам (краям) стальной полосы 10 в направлении ширины листа. Для обеспечения такой позиционной взаимосвязи индуктор 21 верхней стороны предоставлен с верхней стороны (в окрестности верхней поверхности горизонтального участка второго контейнера 12) относительно стальной полосы 10, а индуктор 22 нижней стороны предоставлен с нижней стороны (в окрестности нижней поверхности горизонтального участка второго контейнера 12) относительно стальной полосы 10. В этом варианте осуществления защитные пластины 31а-31d являются медными пластинами, которые имеют плоскую поверхность (со ссылкой на фиг. 2С). Защитные пластины 31а-31d ослабляют степень индуктивной связи между нагревательной катушкой 24 верхней стороны и стальной полосой 10 и степень индуктивной связи между нагревательной катушкой 28 нижней стороны и стальной полосой 10, посредством чего предотвращают перегрев окрестности краев стальной полосы 10 в направлении ширины.
Таким образом, индуктор 21 верхней стороны и индуктор 22 нижней стороны отличаются друг от друга позицией, в которой должны быть расположены, но имеют такую же конфигурацию как друг у друга. Дополнительно, в такой конфигурации, поскольку магнитное поле, порождаемое от нагревательных катушек, пересекает проводящий лист 10 по всей его ширине, лист 10 может быть нагрет по всей своей ширине.
На фиг. 3 показан вид, иллюстрирующий пример конфигурации нагревательной катушки 24 верхней стороны и нагревательной катушки 28 нижней стороны. Кроме того, стрелки, показанные на фиг. 3, иллюстрируют пример направления, в котором течет ток.
Как показано на фиг. 3, нагревательная катушка 24 верхней стороны включает медные трубы 41а и 41b и медную шину (соединительную пластину) 42b, которая соединяется с основаниями медных труб 41а и 41b. Дополнительно, нагревательная катушка 28 нижней стороны включает медные трубы 41с и 41d и медную шину 42f, которая соединена с основаниями медных труб 41с и 41d.
Один выходной вывод блока 100 управления блока индукционного нагрева соединен с одним концом (передним концом медной трубы 41а) нагревательной катушки 24 верхней стороны посредством медной шины 42а. С другой стороны один конец (передний конец медной трубы 41с) нагревательной катушки 28 нижней стороны соединен с другим концом (передним концом медной трубы 41b) нагревательной катушки 24 верхней стороны посредством медных шин 42с-42e. Кроме того, другой выходной вывод блока 100 управления блока индукционного нагрева соединен с другим концом (передним концом медной трубы 41d) нагревательной катушки 28 нижней стороны посредством медных шин 42i, 42h, и 42g.
Как описано выше, нагревательная катушка 24 верхней стороны и нагревательная катушка 28 нижней стороны соединены последовательно с блоком 100 блока индукционного нагрева управления за счет объединения медных труб 41а-41d и медных шин 42а-42i, посредством чего образуя катушки, в которых количество витков равно 1. Здесь направление (на фиг. 3 направление вращения по часовой стрелке) контура тока, который течет через нагревательную катушку 24 верхней стороны, является таким же, как направление контура тока, который течет через нагревательную катушку 28 нижней стороны.
Кроме того, как описано ранее, блок 100 управления блока индукционного нагрева подает питание переменного тока к нагревательной катушке 24 верхней стороны и нагревательной катушке 28 нижней стороны блока 20 индукционного нагрева. Поэтому на фиг. 2 блок 100 управления блока индукционного нагрева указан как источник питания переменного тока.
Дополнительно, здесь для упрощения иллюстрации конфигурации нагревательной катушки 24 верхней стороны и нагревательной катушки 28 нижней стороны, медные трубы 41а-41d и медные шины 42а-42i соединены способом, показанным на фиг. 3. Однако для того, чтобы намотать нагревательную катушку 24 верхней стороны и нагревательную катушку 28 нижней стороны соответственно вокруг сердечников 23 и 27, необходимо медные трубы 41а-41d пропустить (для крепления) через пазы сердечников 23 и 27. Следовательно, фактически верхние шины 42а-42g устанавливаются на медные трубы 41а-41d на участках, отличных от участков установки медных труб 41а-41d в сердечники 23 и 27.
<Конфигурация блока 100 управления блока индукционного нагрева>
На фиг. 4 показан вид, иллюстрирующий пример конфигурации блока 100 управления блока индукционного нагрева. Кроме того, в последующем описании «блок управления блока индукционного нагрева» при необходимости просто называется «блоком управления».
На фиг. 4 блок 100 управления включает в себя источник 160 питания переменного тока, выпрямительный блок 110, реактор 120, переключатель 130 двунаправленного тока восстановления магнитной энергии (MERS; переключатель восстановления магнитной энергии), блок 140 управления затвором, блок 150 задания выходного тока, трансформатор 170 тока и блок 180 задания частоты. Здесь трансформатор 170 тока используется в качестве токоизмерительного блока, который измеряет значение переменного тока, который течет к блоку индукционного нагрева. Кроме того, в последующем описании переключатель восстановления магнитной энергии при необходимости называется "MERS".
На фиг. 4 источник 160 питания переменного тока соединен c входным вводом выпрямительной схемы. С одним концом выходной стороны выпрямительной схемы 110 соединен один конец реактора 120, а с другим концом выпрямительной схемы 110 соединен вывод с постоянного тока MERS 130. Другой конец реактора 120 соединен с выводом b постоянного тока MERS 130. Выпрямительная схема 110 выпрямляет питание переменного тока, подаваемое от источника 160 питания переменного тока, и прикладывает питание постоянного тока к MERS 130 через реактор 120. Выпрямительная схема 110 может быть сконфигурирована при использовании, например, тиристора. Как описано выше, в одном варианте осуществления, блок источника питания реализован, используя, например, источник 160 питания переменного тока и выпрямительную схему 110. Такой блок источника питания является блоком, который подает питание постоянного тока, что описано ниже, к выводам b и c постоянного тока MERS 130 фиг. 4. Следовательно, источник питания постоянного тока такой, как батарея, которая обладает функцией управления током, может быть использована в качестве блока источника питания.
[Конфигурация MERS 130]
В дальнейшем будет описан пример конфигурации MERS 130.
MERS 130 преобразует питание постоянного тока, который подводится от выпрямительной схемы 110 через реактор 120, в питание переменного тока согласно способу, описанному ниже, и выводит питание переменного тока к блоку индукционного нагрева.
На фиг. 4 MERS 130 включает в себя мостовую схему, которая сконфигурирована для использования первого-четвертого полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью и конденсатор С, имеющий полярность. Этот конденсатор С соединен между выводами b и c постоянного тока мостовой схемы, при этом положительный вывод (+) конденсатора С соединен с выводом b постоянного тока.
Другой конец реактора 120 соединен с выводом b постоянного тока, при этом другой конец выходной стороны выпрямительной схемы соединен с выводом с постоянного тока. Кроме того, один конец (медной шины 42а) и другой конец (медной шины 42b) блока 20 индукционного нагрева соответственно соединены с выводами а и d переменного тока (со ссылкой на фиг. 3).
Мостовая схема MERS 130 включает в себя первый путь L1, достигающий вывода d переменного тока от вывода а переменного тока через вывод b постоянного тока, и второй путь L2, достигающий вывода d переменного тока от вывода а переменного тока через вывод с постоянного тока. Первый полупроводниковый переключатель 131 с обратной проводимостью соединен между выводом d переменного тока и выводом b постоянного тока, а четвертый полупроводниковый переключатель 134 с обратной проводимостью соединен между выводом b постоянного тока и выводом а переменного тока. Дополнительно, второй полупроводниковый переключатель 132 с обратной проводимостью соединен между выводом d переменного тока и выводом с постоянного тока, а третий полупроводниковый переключатель 133 с обратной проводимостью соединен между выводом с постоянного тока и выводом а переменного тока. Таким образом, первый и второй полупроводниковые переключатели 131 и 132 с обратной проводимостью соединены параллельно, а также третий и четвертый полупроводниковые переключатели 133 и 134 с обратной проводимостью соединены параллельно. Кроме того, первый и четвертый полупроводниковые переключатели 131 и 134 с обратной проводимостью соединены последовательно, а также второй и третий полупроводниковые переключатели 132 и 133 с обратной проводимостью соединены последовательно.
Каждый из первого-четвертого полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью позволяет току течь в одном направлении в момент выключения, в который сигнал включения не подается на его вывод затвора, и позволяет току течь в обоих направлениях в момент включения, когда на вывод затвора подается сигнал включения. Т.е. полупроводниковые переключатели с обратной проводимостью 131-134 позволяют току течь только в одном направлении между выводом истока и выводом стока в момент выключения, но позволяют току течь в обоих направлениях между выводом истока и выводом стока в момент включения. Дополнительно, в последующем описании «направление, в котором каждый из полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью позволяет току течь в момент выключения» также при необходимости называется «прямым направлением переключателя». Кроме того, «направление, в котором полупроводниковые переключатели 131-134 с обратной проводимостью не позволяют току течь в момент выключения» также при необходимости называется «обратным направлением переключателя». Более того, в последующем описании «направление соединения в отношении мостовой схемы в прямом направлении переключателя и обратном направлении переключателя» также при необходимости называется «полярностью переключателя».
Кроме того, каждый из полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью размещен таким образом, чтобы удовлетворять полярности переключателя, как описано ниже. Первый полупроводниковый переключатель 131 с обратной проводимостью и второй полупроводниковый переключатель 132 с обратной проводимостью, которые соединены параллельно, имеют полярности переключателя противоположные друг другу. Аналогично, третий полупроводниковый переключатель 133 с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель 134 с обратной проводимостью, которые соединены параллельно, имеют полярности переключателя противоположные друг другу. Кроме того, первый полупроводниковый переключатель 131 с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель 134 с обратной проводимостью, которые соединены последовательно, имеют полярности переключателя противоположные друг другу. Аналогично, второй полупроводниковый переключатель 132 с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель 133 с обратной проводимостью, которые соединены последовательно, имеют полярности переключателя противоположные друг другу. Следовательно, первый полупроводниковый переключатель 131 с обратной проводимостью и третий полупроводниковый переключатель 133 с обратной проводимостью имеют ту же самую полярность переключателя как у друг друга. Аналогично, второй полупроводниковый переключатель 132 с обратной проводимостью и четвертый полупроводниковый переключатель 134 с обратной проводимостью имеют ту же самую полярность переключателя как у друг друга. Дополнительно, полярность переключателя первого и третьего полупроводниковых переключателей 131 и 133 с обратной проводимостью противоположна полярности переключателя второго и четвертого полупроводниковых переключателей 132 и 134 с обратной проводимостью.
Кроме того, что касается полярностей переключателей, показанных на фиг. 4, полярность переключателя первого и третьего полупроводниковых переключателей 131 и 133 с обратной проводимостью и полярность переключателя второго и четвертого полупроводниковых переключателей 132 и 134 с обратной проводимостью может быть перевернута относительно друг друга.
Кроме того, в отношении первого-четвертого полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью могут быть рассмотрены различные конфигурации, но в этом варианте осуществления первый-четвертый полупроводниковые переключатели 131-134 с обратной проводимостью соответственно сконфигурированы параллельным соединением между полупроводниковыми переключателями S1-S4 и диодами D1-D4. Т.е., каждый из первого-четвертого полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью включает один диод (соответствующий одному из диодов D1-D4) и один полупроводниковый переключатель (соответствующий одному из полупроводниковых переключателей S1-S4), который соединен с диодом параллельно.
Дополнительно, соответствующие выводы затворов G1-G4 полупроводниковых переключателей S1-S4 соединены с блоком 140 управления затвором. Сигнал включения, который позволяет полупроводниковым переключателям S1-S4 быть включенными, вводится на выводы затворов G1-G4 от блока 140 управления затвором в качестве управляющего сигнала к MERS 130. В случае, когда сигнал включения подается, полупроводниковые переключатели S1-S4 переходят во включенное состояние и могут позволить току течь в обоих направлениях. Однако в случае, когда сигнал включения не подается, полупроводниковые переключатели S1-S4 переходят в выключенное состояние и не могут позволить течь току в любом направлении. Следовательно, когда полупроводниковые переключатели S1-S4 выключены, ток может течь только в направлении проводимости (прямом направлении) диодов D1-D4, которые соединены параллельно с полупроводниковыми переключателями S1-S4.
Дополнительно, полупроводниковые переключатели с обратной проводимостью, включенные в MERS 130, не ограничены первым-четвертым полупроводниковыми переключателями 131-134 с обратной проводимостью. Т.е. любой полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью является предпочтительным, если такой переключатель имеет конфигурацию, способную продемонстрировать описанное выше действие. Например, полупроводниковые переключатели с обратной проводимостью могут обладать конфигурацией, использующей переключающий элемент, такой как силовой МОП-транзистор и запираемый тиристор с обратной проводимостью, или могут обладать конфигурацией, в которой полупроводниковый переключатель, например, БТИЗ и диод соединены параллельно.
Кроме того, в дальнейшем описание будет выполнено, заменяя полярность переключателя первого-четвертого полупроводниковых переключателей 131-134 с обратной проводимостью полярностью диодов D1-D4. Прямое направление переключателя (направление в котором течет ток в момент выключения) является направлением проводимости (прямым направлением) каждого из диодов D1-D4, а обратное направление переключателя (направление в котором ток не течет в момент выключения) является направлением непроводимости (обратным направлением) каждого из диодов D1-D4. Кроме того, направления проводимости между диодами (D1 и D2 или D3 и D4), соединенными параллельно, являются противоположными друг другу, и направления проводимости между диодами (D1 и D4 или D2 и D3), соединенными последовательно, являются противоположными друг другу. Кроме того, направления проводимости диодов D1 и D3 являются одинаковыми. Аналогично, направления проводимости диодов D2 и D4 являются одинаковыми. Следовательно, направление проводимости диодов D1 и D3 и направление проводимости диодов D2 и D4 являются противоположными друг другу. Кроме того, направления проводимости полупроводниковых переключателей S1-S4 и диодов D1-D4 установлены согласно направлением тока, текущему к блоку 20 индукционного нагрева.
[Работа MERS 130]
c
L
На фиг. 5 показан вид, иллюстрирующий пример взаимосвязи между напряжением V на обоих концах конденсатора С MERS 130, током I, который течет к блоку 20 индукционного нагрева, и рабочим состоянием полупроводниковых переключателей S1-S4.
На фиг. 5 для периода, в котором форма волны растет со стороны, указанной как «затвор S1•S3», переключатели S1 и S3 находятся во включенном состоянии, а полупроводниковые переключатели S2 и S4 находятся в выключенном состоянии. Кроме того, для периода, в котором форма волны растет со стороны, указанной как «затвор S2•S4», полупроводниковые переключатели S2 и S4 находятся во включенном состоянии, а переключатели S1 и S3 находятся во выключенном состоянии. Для периода, в котором форма волны не растет ни со стороны «затвора S1•S3», ни со стороны «затвора S2•S4», все полупроводниковые переключатели S1-S4 находятся в выключенном состоянии. Таким образом, когда полупроводниковый переключатель S1 включен (выключен), включен (выключен) полупроводниковый переключатель S3, и, следовательно, полупроводниковые переключатели S1 и S3 работают совместно друг с другом. Аналогично, когда полупроводниковый переключатель S2 включен (выключен), включен (выключен) полупроводниковый переключатель S4, и, следовательно, полупроводниковые переключатели S2 и S4 работают совместно друг с другом. В дальнейшем будет описан пример работы MERS 130 со ссылкой к фиг. 4 и 5.
c
L
c
L
Как показано на фиг. 5, начальная стадия периода А является временем простоя, сопровождающим работу переключателя, и в это время простоя не только полупроводниковые переключатели S1 и S3, но также полупроводниковые переключатели S2 и S4 выключены. В это время простоя ток течет по пути D4 -> конденсатор С -> диод D2, и, следовательно, инициируется зарядка конденсатора С. В результате напряжение V на обоих концах конденсатора С повышается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий к блоку 20 индукционного нагрева, снижается. Когда полупроводниковые переключатели S2 и S4 включаются (тогда как полупроводниковые переключатели S1 и S3 выключены) перед завершением зарядки конденсатора С, ток течет по пути: полупроводниковый переключатель S4 и диод D4 -> конденсатор С -> полупроводниковый переключатель и диод D2, и, следовательно, конденсатор С заряжается (период А). Т.е. в этом периоде А напряжение V на обоих концах конденсатора С повышается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий к блоку 20 индукционного нагрева, снижается.
L
L
c
L
Когда зарядка конденсатора С завершается, ток, I, текущий к блоку 20 индукционного нагрева, становится равным нулю. Когда полупроводниковые переключатели S2 и S4 включаются до завершения зарядки конденсатора С, а затем зарядка конденсатора С завершается, энергия (заряд) конденсатора С выводится (разряжается) посредством полупроводниковых переключателей S4 и S2. В результате ток I течет по пути: полупроводниковый переключатель S4 -> блок 20 индукционного нагрева -> полупроводниковый переключатель S2 (период В). Т.е. в этом периоде В напряжение V на обоих концах конденсатора понижается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий к блоку индукционного нагрева, повышается.
c
L
L
L
Когда разряд конденсатора С завершается, напряжение V на обоих концах конденсатора С становится равным нулю, и, следовательно, обратное напряжение не прикладывается к диодам D1 и D3. Следовательно, диоды D1 и D3 входят в состояние проводимости, и ток I течет по пути: полупроводниковый переключатель S4 -> блок 20 индукционного нагрева -> диод D1, и пути: диод D3 -> блок 20 индукционного нагрева -> полупроводниковый переключатель S2, параллельно (период С). Ток I циркулирует между блоком 20 индукционного нагрева и MERS 130. Следовательно, в периоде С, абсолютное значение тока I ослабевает в ответ на временную постоянную, которая определяется импедансом нагревательной катушки 24 верхней стороны, нагревательной катушки 28 нижней стороны и стальной полосой 10, которая является объектом, который должен быть нагрет.
c
L
c
L
Затем во время простоя не только полупроводниковые переключатели S1 и S3, но также полупроводниковые переключатели S2 и S4 выключаются. Во время простоя ток течет по пути: диод D1 -> конденсатор С -> диод D3, и, следовательно, инициируется заряд конденсатора С (период D). В результате напряжение V на обоих концах конденсатора С повышается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий через блок 20 индукционного нагрева, снижается. Когда полупроводниковые переключатели S1 и S3 включаются (тогда как полупроводниковые переключатели S2 и S4 выключены) перед завершением заряда конденсатора С, ток течет по пути: полупроводниковый переключатель S1 и диод D1 -> конденсатор C -> полупроводниковый переключатель S3 и диод D3, и, следовательно, конденсатор С заряжается (период D). Т.е. в этом периоде D напряжение V на обоих концах конденсатора С повышается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий через блок 20 индукционного нагрева, снижается.
L
L
c
L
Когда заряд конденсатора С завершается, ток, I, текущий к блоку 20 индукционного нагрева, становится равным нулю. Когда полупроводниковые переключатели S1 и S3 включаются до завершения заряда конденсатора С, и затем заряд конденсатора С завершается, энергия (заряд), накопленная в конденсаторе, выводится (разряжается) посредством полупроводниковых переключателей S1 и S3. В результате, ток I течет по пути: полупроводниковый переключатель S1 -> блок 20 индукционного нагрева -> полупроводниковый переключатель S3 (период E). Т.е. в этом периоде E напряжение V на обоих концах конденсатора С понижается, и, следовательно, ток I (его абсолютное значение), текущий к блоку 20 индукционного нагрева, повышается.
c
L
L
L
Когда разряд конденсатора С завершается, напряжение V на обоих концах конденсатора С становится равным нулю, и, следовательно, обратное напряжение не прикладывается к диодам D2 и D4. Следовательно, диоды D2 и D4 входят в состояние проводимости, и ток I течет по пути: полупроводниковый переключатель S1 -> блок 20 индукционного нагрева -> диод D4, и пути: диод D2 -> блок 20 индукционного нагрева -> полупроводниковый переключатель S3, параллельно (период F). Ток I циркулирует между блоком 20 индукционного нагрева и MERS 130. Следовательно, в периоде F, абсолютное значение тока I ослабевает в ответ на временную постоянную, которая определяется импедансом нагревательной катушки 24 верхней стороны, нагревательной катушки 28 нижней стороны и стальная полосой 10, которая является объектом, который должен быть нагрет. Затем происходит возврат к работе в периоде А и операции для периодов A-F выполняются повторно.
L
p
c
Как описано выше, когда хронирование (интервалы времени) включение и выключение (операция переключения) соответствующих выводов затвора G1-G4 (G1 и G3, и G2 и G4) полупроводниковых переключателей S1-S4 (S1 и S3, и S2 и S4) корректируется, через блок 20 индукционного нагрева (нагревательную катушку 24 верхней стороны и нагревательную катушку 28 нижней стороны) может течь ток требуемой частоты, посредством чего, можно реализовать индукционный нагрев с управлением частотой. Т.е. благодаря блоку 140 управления затвором, который корректирует хронирование полупроводниковых переключателей S1-S4, частота тока I, который течет к блоку 20 индукционного нагрева, который является нагрузкой, может быть установлена в требуемое значение. Кроме того, когда емкость C конденсатора С определяется согласно уравнению (1), приведенному ниже, период, в котором напряжение V на обоих концах конденсатора С равно нулю, может быть откорректирован.
p
t
2
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
C=1/[(2×π×f)×L]
(1)
p
t
Здесь C представляет емкость (F) конденсатора C, и L представляет индуктивность (H) нагрузок, включенных в блок 20 индукционного нагрева. Кроме того, f представляет кажущуюся частоту (Гц) в отношении конденсатора С, которая выражается уравнением (2), описанным ниже.
t
<mrow><mtable><mtr><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd><mtd><mrow /></mtd></mtr></mtable></mrow>
f=1/(2×t+1/f)
(2)
c
c
L
c
p
t
c
Здесь t представляет период (с), в котором напряжение V на обоих концах конденсатора равно нулю, а f представляет частоту (Гц) напряжения V и ток I в случае, когда не представлен период, в котором напряжение V на обоих концах конденсатора С равно нулю. Когда выбирается конденсатор С, который имеет емкость C, которая получается подстановкой f (т.е., f) когда t равно нулю в уравнении (2), в уравнение (1), период, в котором V на обоих концах конденсатора С равно нулю, не представлен.
[Конфигурация блока 180 задания частоты]
Возвращаясь к фиг. 4, будет описан пример конфигурации блока 180 задания частоты. Блок 180 задания частоты является блоком, который задает частоту (выходную частоту) источника переменного тока, который должен быть подан к блоку 20 индукционного нагрева. Для реализации своих функций блок 180 задания частоты включает блок получения 181 информации об объекте, который должен быть нагрет, таблицу 182 задания частоты и селектор 183 частоты.
Блок 181 получения информации об объекте, который должен быть нагрет, получает информацию об атрибутах стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет. Например, блок получения 181 информации об объекте, который должен быть нагрет, получает (принимает) информацию об атрибутах от внешнего компьютера, который является блоком ввода посредством сети, или получает (вводит) информацию об атрибутах на основе информации, которая введена пользователем через пользовательский интерфейс (один из блоков ввода), предоставленных для блока 100 управления. Здесь информация об атрибутах стальной полосы 10 является информацией, которая способна определить относительную проницаемость, сопротивление и толщину листа стальной полосы 10. Например, относительная проницаемость, сопротивление и толщина такой стальной полосы 10 могут быть заданы в качестве информации об атрибутах, или в случае, когда относительная проницаемость, сопротивление и толщина листа этой стальной полосы 10 определяется согласно спецификациям, наименование (торговая марка или подобное) стальной полосы 10 при наличии спецификаций может быть задано в качестве информации об атрибутах.
Селектор 183 частоты использует информацию об атрибутах, полученную блоком 181 получения информации об объекте, который должен быть нагрет, в качестве ключа и выбирает одну частоту среди частот, зарегистрированных в таблице 182 задания частоты. В таблице 182 задания частоты информация об атрибутах и частота коррелируются друг с другом и заранее регистрируются.
Информация о частоте (выходная частота), выбранная селектором 183 частоты, передается к блоку 140 управления затвором. Блок 140 управления затвором осуществляет хронирование включения и выключения (операцию переключения) соответствующих выводов затвора G1-G4 полупроводниковых переключателей S1-S4 MERS 130 таким образом, что порождается питание переменного тока выбранной частоты, при этом к выводу затвора полупроводникового переключателя, который должен быть включен, выводится сигнал включения. Таким образом, MERS 130 к блоку 20 индукционного нагрева выводит питание переменного тока частоты (выходной частоты), которая задается для блока 140 управления затвором блоком 180 задания частоты, как описано выше.
Как описано выше, в этом варианте осуществления частота (выходная частота) питания переменного тока, который должен быть подан к блоку 20 индукционного нагрева, автоматически определяется в ответ на относительную проницаемость, сопротивление и толщину листа стальной полосы 10. Это основано на открытии, полученном посредством различных экспериментов, выполненных изобретателями, а более конкретно, на открытии того, что температурное распределение (в частности, температура в окрестности края) стальной полосы 10 находится под воздействием частоты питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева, информации об атрибутах (относительной проницаемости, сопротивлении и толщине листа) стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет, и зазора (расстояния между нагревательной катушкой 24 верхней стороны и нагревательной катушкой 28 нижней стороны).
В дальнейшем будет описана причина возникновения этого явления.
Сначала описание будет выполнено в отношении случая, когда температура стальной полосы 10 равна или больше, чем температура Кюри.
Когда стальная полоса 10 имеет температуру, которая равна или выше, чем температура Кюри, главное магнитное поле, которое порождается от блока 20 индукционного нагрева, проникает через стальную полосу 10, и вихревые токи внутри стальной полосы 10 (в плоскости, ортогональной толщине листа) повышаются. Вихревой ток отклоняется от главного магнитного поля и подвергается смещению в окрестность края стальной полосы 10. Следовательно, область высокой температуры имеет свойство возникновения в окрестности края стальной полосы 10.
Здесь вихревой ток в стальной полосе 10 пропорционален площади сечения (площади сечения в направлении толщины листа) стального листа 10 таким образом, что в случае, когда толщина листа стальной полосы 10 является большой, площадь сечения стальной полосы 10 становится большой, и, следовательно, вихревой ток в стальной полосе 10 повышается.
Дополнительно, вихревой ток стальной полосы 10 является обратно пропорциональным сопротивлению стальной полосы 10 таким образом, что в случае, когда сопротивление стальной полосы 10 является небольшим, вихревой ток в стальной полосе 10 повышается.
Кроме того, частота питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева, пропорциональна индуцированной электродвижущей силе, которая порождается в стальной полосе 10, благодаря главному магнитному полю, порожденному от блока 20 индукционного нагрева. Вихревой ток стальной полосы 10 является пропорциональным индуцированной электродвижущей силе так, что в случае, когда частота источника питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева, является высокой, вихревой ток в стальной полосе 10 повышается.
Дополнительно, в случае, когда зазор является небольшим, главное магнитное поле, порождаемое блоком 20 индукционного нагрева, становится таким мощным, что индуцированная электродвижущая сила, порожденная в стальной полосе 10, благодаря главному магнитному полю становится большей, и, следовательно, вихревой ток в стальной полосе 10 повышается.
Далее будет выполнено описание в отношении случая, когда температура стальной полосы 10 является меньшей, чем температура Кюри.
В случае, когда температура стальной полосы 10 является меньшей, чем температура Кюри, относительная проницаемость стальной полосы 10 является такой большой, что главному магнитному полю, порождаемому от блока индукционного нагрева, трудно пройти через стальную полосу 10, и, следовательно, оно обходит краевой участок стальной полосы 10. В результате в окрестности края стальной полосы 10 в направлении ширины листа, плотность вихревого тока становится большей, и, следовательно, в окрестности края стальной полосы 10 в направлении ширины листа появляется область с высокой температурой.
Как описано выше, факторы (частота питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева, относительная проницаемость, сопротивление и толщина листа стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет, и зазор), которые имеют воздействие на температуру стальной полосы 10, являются независимыми друг от друга. Среди этих факторов относительная проницаемость, сопротивление и толщина листа стальной полосы 10, и зазор определяются операционными условиями (техническими ограничениями для материала, который является объектом нагрева, и оборудованием). Следовательно, в этом варианте осуществления среди этих факторов «частота (выходная частота) питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева», которая может быть оперативно управляемой, изменяется, используя блок 180 задания частоты, для корректировки температуры стальной полосы 10.
Кроме того, поскольку в случае этого варианта осуществления, когда все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и частота коррелируются друг с другом и регистрируются в таблице 182 задания частоты, температурное распределение стальной полосы 10 в направлении ширины листа может быть откорректировано относительно простым способом. Следовательно, предпочтительно, чтобы все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и частота были коррелированы друг с другом. Однако не обязательно коррелировать все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и частоту, и в блоке 180 задания частоты по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10 может быть коррелировано с частотой. Кроме того, по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и зазор могут быть коррелированы с частотой.
[Конфигурация блока 150 задания выходного тока]
L
Блок 150 задания выходного тока является блоком, который устанавливает величину (значение выходного тока) переменного тока I, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева. Для реализации этой функции блок 150 задания выходного тока включает в себя блок 151 получения информации об объекте, который должен быть нагрет, таблицу 152 задания выходного тока и селектор 153 выходного тока.
Блок 151 получения информации об объекте, который должен быть нагрет, получает информацию об атрибутах стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет, подобно блоку 181 получения информации об объекте, который должен быть нагрет.
Селектор 153 выходного тока использует информацию об атрибутах, полученную блоком 151 получения информации об объекте, который должен быть нагрет, в качестве ключа и выбирает одно значение тока среди значений тока, зарегистрированных в таблице 152 задания выходного тока. В таблице 152 задания выходного тока информация об атрибутах и значение тока коррелируются друг с другом и заранее регистрируются. Кроме того, в ответ на разницу между значением тока (значением выходного тока), выбранным селектором 153, и значением тока, измеренным трансформатором 170 тока, задается угол управления выпрямительного блока 10. В случае использования тиристорного выпрямительного устройства в качестве выпрямительного блока 119 задается угол отпирания затвора тиристора. Таким образом, возвращается значение тока, текущего к блоку 20 индукционного нагрева, при этом осуществляется управление углом управления (углом отпирания затвора) выпрямительного узла 110 так, что значение тока, текущего к блоку 20 индукционного нагрева, может постоянно управляться, чтобы быть значением тока (значением выходного тока), выбранным селектором 153 выходного тока. В результате блок источника питания (источник 160 питания переменного тока и выпрямительный блок 110) подает питание постоянного тока к MERS 130, и, следовательно, переменный ток, измеряемый трансформатором 170 тока, может быть скорректирован до значения тока (значения выходного тока), заданного блоком задания выходного тока.
Как описано выше, в этом варианте осуществления значение тока (значение выходного тока) питания переменного тока, подаваемого к блоку 20 индукционного нагрева, автоматически определяется в ответ на относительную проницаемость, сопротивление и толщину листа стальной полосы 10. Причина состоит в том, что значение тока, соответствующее целевой температуре, может быть определено относительной проницаемостью, сопротивлением и толщиной листа стальной полосы 10.
Дополнительно, подобно этому варианту осуществления, когда все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и значение тока коррелируются друг с другом и регистрируются в таблице 152 задания выходного тока, температурное распределение и средняя температура стальной полосы 10 в направлении ширины листа могут быть заданы относительно простым способом. Следовательно, желательно, чтобы все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и значение тока были коррелированы друг с другом. Однако не обязательно коррелировать все из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10 со значением тока, а по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и значение тока могут быть коррелированы друг с другом в блоке 150 задания выходного тока. Дополнительно по меньшей мере одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины листа стальной полосы 10, и зазор могут быть коррелированы со значением тока.
<Результат этого варианта осуществления>
На фиг. 6А показан график, иллюстрирующий взаимозависимость между частотой и температурным отношением к скорости перемещения листа, когда к блоку 20 индукционного нагрева подается питание, используя блок 100 управления согласно варианту осуществления, и стальная полоса 10 нагревается. Дополнительно, на фиг. 6В показан график, иллюстрирующий взаимозависимость между частотой и температурным отношением к скорости перемещения листа, когда к блоку 20 индукционного нагрева подается питание, используя параллельный резонансный инвертор обычной технологии, и стальная полоса 10 нагревается. Здесь температурное отношение (температурное отношение края/центра) является значением, полученным делением температуры на оконечном участке (краю) стальной полосы 10 в направлении ее ширины на температуру в центральном участке стальной полосы в направлении ее ширины. Чем больше значение температурного отношения приближается к 1, тем более равномерным является температурное распределение стальной полосы 10 в направлении ее ширины. Дополнительно, частота является частотой тока, прикладываемого к блоку 20 индукционного нагрева. Кроме того, спецификации стальной полосы 10 являются такими, как следует ниже.
<Спецификации стальной полосы>
- Материал: лист нержавеющий стали
- Толщина листа: 0,3 мм
- Ширина: 500 мм
Как показано на фиг. 6А, когда используется блок 100 управления согласно этому варианту осуществления, даже в случае, когда скорость перемещения листа изменяется, частота тока, который может быть приложен к блоку 20 индукционного нагрева, может поддерживаться по существу константной, и, следовательно, температурное отношение может быть управляемой, чтобы по существу быть константой.
С другой стороны, когда скорость перемещения листа изменяется, импеданс нагрузки изменяется таким образом, что в случае, когда используется параллельный резонансный инвертор обычной технологии, инвертор источника напряжения управляет выводом частоты так, что поддерживается резонансное условие для нагрузки. Следовательно, как показано на фиг. 6В, выходная частота инвертора меняется в ответ на изменение импеданса нагрузки. В результате этого температурное отношение значительно изменяется, и, следовательно, невозможно управлять температурным отношением так, чтобы оно было постоянным.
L
L
L
Как описано выше, согласно этому варианту осуществления ток I частоты (выходной частоты), соответствующей атрибуту (информации об атрибутах) стальной полосы 10, подается к блоку 20 индукционного нагрева, используя MERS 130. Следовательно, блок управления согласно этому варианту осуществления не подвергается ограничению в отношении действия с резонансной частотой подобно обычной технологии, таким образом, даже когда скорость перемещения стальной полосы 10 изменяется, частота тока I, который подается к блоку 20 индукционного нагрева, может быть задана в требуемое значение в ответ на атрибут стальной полосы 10. Следовательно, когда проводящий лист нагревается, используя блок индукционного нагрева поперечного типа, даже когда скорость перемещения проводящего листа изменяется, становится возможным предотвратить неравномерное температурное распределение проводящего листа в направлении ширины листа. Кроме того, для блока 20 индукционного нагрева может быть задан ток I частоты, который подходит для стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет (в частности, который приводит по возможности к равномерному температурному распределению в направлении ширины листа).
L
L
Дополнительно, в этом варианте осуществления, угол управления выпрямительного блока 110 изменяется в ответ на атрибут стальной полосы 10, и, следовательно, к блоку 20 индукционного нагрева подается ток I, обладающий величиной, соответствующей атрибуту стальной полосы 10. В результате, ток I, обладающий величиной, подходящей для стальной полосы 10, которая является объектом, который должен быть нагрет, может течь через блок 20 индукционного нагрева. Дополнительно, поскольку частотой управляют так, чтобы она была постоянной, температурное распределение проводящего листа в направлении ширины листа может непрерывно контролироваться без фактического измерения изменений температуры с течением времени в различных участках стальной полосы 10.
Более того, в отношении систем индукционного нагрева, обеспеченных блоком 100 управления и блоком 20 индукционного нагрева, имеющим защитные пластины 31a-31d, даже когда скорость перемещения листа изменяется, частота питания переменного тока не изменяется, не обязательно принимать во внимание изменение (изменение с течением времени) в вихревом токе, порожденном на краевом участке стальной полосы 10. Следовательно, когда блок 100 управления используется в системе индукционного нагрева, даже когда операционные условия изменяются, величина нагрева в окрестности края может надлежащим образом управляться защитными пластинами 31a-31d.
(Второй вариант осуществления)
L
L
Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. В описанном выше первом варианте осуществления переменный ток I вынужден течь к блоку 20 индукционного нагрева непосредственно от MERS 130. Напротив, согласно этому варианту осуществления переменный ток I вынужден течь к блоку 20 индукционного нагрева от MERS 130 через трансформатор. Таким образом, в конфигурации этого варианта осуществления, к описанной выше конфигурации первого варианта осуществления добавляется трансформатор. Следовательно, в этом варианте осуществления те же самые ссылочные позиции, как те, которые были даны на фиг. 1 - фиг. 6В, будут даны к тем же самым участкам, как в описанном выше первом варианте осуществления, а подробное описание их будет здесь опущено.
На фиг. 7 показан вид, иллюстрирующий пример конфигурации блока 200 управления блока индукционного нагрева.
Как показано на фиг. 7, блок 200 управления согласно этому варианту осуществления дополнительно включает выходной трансформатор 210 при сравнении с блоком 100 управления согласно первому варианту осуществления, который показан на фиг. 4.
Вывод первичной стороны (входной стороны) выходного трансформатора 210 соединен с выводами а и d переменного тока MERS 130. Вывод вторичной стороны (выходной стороны) выходного трансформатора 210 соединен с блоком 20 индукционного нагрева (медными шинами 42а и 42g). Коэффициент трансформации (вход: выход) выходного трансформатора 210 равен N: 1 (N> 1).
Как описано выше, в этом варианте осуществления, поскольку выходной трансформатор 210, имеющий коэффициент трансформации N:1 (N>1), размещен между MERS 130 и блоком 20 индукционного нагрева, к блоку 20 индукционного нагрева может течь ток по существу в N раз отличающийся от тока, текущего через MERS 130. Следовательно, в этом варианте осуществления к блоку 20 индукционного нагрева может течь ток большой силы, не вызывая течения тока большой силы к «полупроводниковым переключателям S1-S4 и диодам D1-D4», которые образуют MERS 130.
Дополнительно, на первичной стороне или вторичной стороне выходного трансформатора 210 может быть предусмотрено множество ответвлений трансформатора таким образом, что коэффициент трансформации выходного трансформатора 210 может быть изменен, а ответвление может быть надлежащим образом использовано в ответ на стальную полосу 10, которая является объектом, который должен быть нагрет.
(Третий вариант осуществления)
Далее будет описан третий вариант осуществления настоящего изобретения. В описанных выше первом и втором вариантах осуществления в качестве защитных пластин 31a-31d, предоставленных для блока 20 индукционного нагрева, используется плоская пластина. В этом варианте осуществления, напротив, в защитных пластинах, предоставленных для блока 20 индукционного нагрева, образованы углубленные участки. Таким образом, этот вариант осуществления и описанные выше первый и второй варианты осуществления являются отчасти отличными конфигурацией защитных пластин. Следовательно, в этом варианте осуществления те же самые ссылочные позиции, как те, которые были даны на фиг. 1 - фиг. 7, будут даны к тем же самым участкам, как в описанных выше первом и втором вариантам осуществления, а подробное описание их будет здесь опущено.
На фиг. 8А-8С показаны виды, иллюстрирующие пример конфигурации блока индукционного нагрева. Фиг. 8А, фиг. 8В и фиг. 8С в указанном порядке соответствуют фиг. 2А, фиг. 2В и фиг. 2С. Вместо защитных пластин 31а-31d, показанных на фиг. 2А-2С, использованы защитные пластины 301a-301d. Кроме того, защитные пластины 301a-301d расположены в местоположениях, показанных на фиг. 8B, таким образом, что углубленный участок, описанный позже, направлен (противоположен) стальной полосе 10 (во втором контейнере 12). Дополнительно, блок индукционного нагрева включает в себя индуктор 201 верхней стороны и индуктор 202 нижней стороны. При этом индуктор 201 верхней стороны и индуктор 202 нижней стороны по существу соответственно являются такими же, как индуктор 21 верхней стороны и индуктор 22 нижней стороны, показанные на фиг. 2А-2С, за исключением конфигурации защитных пластин.
Дополнительно, на фиг. 9А-9С показаны виды, иллюстрирующие пример конфигурации защитной пластины 301 (защитных пластин 301a-301d). Более точно, на фиг. 9А показан вид в перспективе, взятый при рассмотрении защитной пластины 301 с верхней стороны. Дополнительно, на фиг. 9B показан вид, взятый при рассмотрении области защитной пластины 301d, показанной на фиг. 8С, непосредственно сверху стальной полосы 10. При этом на фиг. 9B, показан лишь участок, который необходим для объяснений позиционной взаимосвязи между стальной полосой 10 и защитной пластиной 301d. Дополнительно, на фиг. 9С показан схематичный вид, иллюстрирующий пример магнитного поля, которое порождается между защитными пластинами 301a, 301b и стальной полосой 10. Однако на фиг. 9В и 9С второй контейнер 12 опущен для простоты понимания эффекта защитных пластин 301a-301d.
Как показано на фиг. 9А защитная пластина 301 включает в себя главную защитную пластину 50а и заднюю пластину 50b.
Ширина и длина главной защитной пластины 50А являются такими же, как у задней пластины 50b. Однако задняя пластина 50b образована из медной пластины, у которой продольное сечение и поперечное сечение являются однообразными, и, напротив, главная защитная пластина 50а образована из медной пластины, у которой в ее продольном направлении образованы ромбические отверстия. Защитная пластина 301 образована за счет тесного контакта между главной защитной пластиной 50а и задней пластиной 50b, и имеет два ромбических углубленных участка (непроникающих отверстия) 51 и 52 в продольном направлении. Дополнительно, на фиг. 9А также указаны размеры [мм], относящиеся к местоположениям, на которых размещены углубленные участки 51 и 52.
Как показано на фиг. 9В и 9С, защитная пластина 301 установлена на нижней поверхности (стороне паза) сердечника 23 и верхней поверхности (стороне паза) сердечника 27 таким образом, что поверхность, на которой образованы углубленные участки 51 и 52, направлена к стальной полосе 10.
В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 9В, углубленные участки 51 и 52 защитной пластины 301 (301d) и поверхность листа стальной полосы 10 находятся напротив друг друга в окрестности края 10а стальной полосы 10 в направлении ширины листа. Более точно, область, которая расположена со стороны края 10а, по сравнению с областью 56 прохождения максимального тока, направлена к углубленным участкам 51 и 52 защитной пластины 301. Область, которая расположена со стороны края 10а, включает область между областью 56 прохождения максимального тока, которая является областью, в которой вихревой ток, текущий через стальную полосу 10, становится максимальным при работе блока индукционного нагрева, и край 10а стальной полосы 10.
Более конкретно, в этом варианте осуществления края 51а и 52а внутренней стороны углубленных участков 51 и 52 защитной пластины 301 (301d) размещены со стороны края 10а при сравнении с областью 56 прохождения максимального тока, а края 51b и 52b внешней стороны углубленных участков 51 и 52 размещены со стороны края 10а при сравнении с краевой областью 57 прохождения тока, которая является областью, через которую проходит вихревой ток, следующий в окрестность края 10а стальной полосы 10. Здесь, среди краев углубленных участков 51 и 52, края 51а и 52а внутренней стороны являются краями, которые находятся наиболее близко центральному участку в направлении ширины стальной полосы 10, и которые находятся более близко к соответствующим углубленным участкам 52 и 51 (или центральному участку защитной пластины 301d в направлении перемещения листа). Дополнительно, среди краев углубленных участков 51 и 52, края 51b и 52b внешней стороны являются краями, которые находятся наиболее удаленно от центрального участка стальной полосы 10 в направлении ширины, и которые находятся более удалено от соответствующих углубленных участков 52 и 51 (или центрального участка защитной пластины 301d в направлении перемещения листа).
В этом варианте осуществления, поскольку защитная пластина 301d размещена, как описано выше, уменьшение температуры стальной полосы 10 в окрестности края 10а пресекается. В дальнейшем будет описан механизм, который пресекает уменьшение температуры стальной полосы 10 в окрестности края 10а, благодаря защитной пластине 301.
Как показано на фиг. 9С, когда блок индукционного нагрева работает, порождаются главные магнитные поля 58a-58c, и, следовательно, вихревые токи 60а-60е текут в сторону края стальной полосы 10 в направлении ширины листа. Кроме того, вихревыми токами 60а-60е порождается магнитное поле 59i. Дополнительно, как показано на фиг. 9А-9С, через защитную пластину 301 (301a и 301b) текут вихревые токи 53-55. Вихревой ток 53 является вихревым током, текущим вдоль ромбического краевого участка защитной пластины 301 (главной защитной пластины 50a). С другой стороны вихревые токи 54 и 55 являются токами, текущими вдоль краевого участка углубленных участков 51 и 52 защитной пластины 301. Таким образом, в защитной пластине 301, вихревые токи 53-55, концентрируясь, текут к ромбическому краевому участку защитной пластины 301 и к краевому участку углубленных участков 51 и 52 защитной пластины 301. Более того, вихревыми токами 53-55 порождаются магнитные поля 59a-59h.
В результате, как показано на фиг. 9С, между вихревыми токами 54 и 55, которые текут через защитную пластину 301 (301а и 301b), и вихревым током 60, который течет через стальную полосу 10, порождается отталкивающая сила. Благодаря этой отталкивающей силе, вихревой ток 60 (60а-60е), текущий через краевой участок стальной полосы 10, перемещается к внутренней стороне (в направлении стрелки, показанной под стальной полосой 10 на фиг. 9с) стальной полосы 10, а плотность тока в области, в которой в обычной технологии температура падает, нарастает. Следовательно, уменьшение температуры в окрестности края (области, находящейся немного внутри от края) стальной полосы 10 может быть пресечено, и, следовательно, защитная пластина 301 может скорректировать степень индуктивной связи между областью стальной полосы 10 со стороны края в направлении ширины листа и нагревательными катушками 24 и 28. Здесь защитная пластина 301 производится из меди, и необходимое свойство сохраняется даже при высокой температуре. Следовательно, даже когда защитная пластина 301 подвергается высоким температурам, можно подавить уменьшение температуры стальной полосы 10 в окрестности ее края.
Напротив, в случае, когда углубленный участок не присутствует в защитной пластине 31, как в первом варианте осуществления, вихревые токи 53 и 54 не следуют через защитную пластину 31, как показано на фиг. 9А и 9С, а вихревой ток сконцентрировано течет к ромбическому краевому участку защитной пластины 31. Следовательно, вихревой ток, который течет к окрестности края стальной полосы 10, не подвергается силе, смещающей к внутренней стороне (центральной стороне) стальной полосы 10, а плотность тока в области (области, находящейся немного внутри от края стальной полосы 10), в которой температура уменьшается, не возрастает. Следовательно, уменьшение температуры в окрестности края стальной полосы 10 не может быть пресечено.
Как описано выше, изобретатели обнаружили, что когда на защитной пластине 301, изготовленной из меди, образуют углубленные участки 51 и 52, и защитная пластина 301 размещается таким образом, что углубленные участки 51 и 52 находятся напротив окрестности края стальной полосы 10, уменьшение температуры в окрестности края стальной полосы 10 можно пресечь. Для подтверждения этого открытия изобретатели измерили температурное распределение в направлении ширины проводящего листа (соответствующее стальной полосе 10) в случае, когда соответственно используется защитная пластина 301 согласно этому варианту осуществления.
На фиг. 10А и 10B показаны виды, иллюстрирующие пример температурного распределения в направлении ширины проводящего листа, который нагревается блоком индукционного нагрева.
Более конкретно, на фиг. 10А показан график в отношении блока индукционного нагрева (блока индукционного нагрева согласно этому варианту осуществления), использующему защитную пластину 301 согласно этому варианту осуществления. С другой стороны на фиг. 10B показан график в отношении блока индукционного нагрева (блока индукционного нагрева согласно первому варианту осуществления), использующему защитную пластину 31 согласно первому варианту осуществления. Дополнительно, горизонтальная ось графика, показанного на фиг. 10А и 10B, указывает местоположение в направлении ширины проводящего листа, причем местоположение «0» на горизонтальной оси соответствует краю проводящего листа, а местоположение «250» соответствует центру проводящего листа. С другой стороны вертикальная ось представляет увеличение температуры (температурное увеличение) проводящего листа, благодаря нагреву. Здесь экспериментальные условия для графиков, показанных на фиг. 10А и 10B, являются такими, как следует ниже.
Ширина нагревательной катушки: 250 [мм] (длина в направлении перемещения листа)
Сердечник: Ферритовый сердечник
Нагреваемый материал: Немагнитный лист нержавеющей стали (ширина 500 [мм], толщина 0,3 [мм])
Скорость перемещения листа: 8 [м/мин]
Температура нагрева: 30-130 [°C] (увеличение температуры в центральном участке устанавливается в 100 [°C])
Частота источника питания: 29 [кГц], 21 [кГц] и 10 [кГц]
Материал защитной пластины: Медь
Кроме того, чем больше относительная проницаемость материала приближается к 1, тем более беспрепятственно падает температура в области края. Дополнительно, когда температура проводящего листа (материала, который должен быть нагрет) равна или больше, чем температура Кюри, относительная проницаемость проводящего листа становится равной 1. Следовательно, в качестве нагреваемого материала был использован немагнитный лист нержавеющей стали, имеющий относительную проницаемость, равную 1.
Как показано на фиг. 10А, для блока индукционного нагрева, использующего защитную пластину 301 согласно этому варианту осуществления, можно увидеть, что, когда частота изменяется в последовательности 29 [кГц] -> 21 [кГц] -> 10 [кГц], температура края уменьшается, и уменьшение температуры в окрестности края (здесь в местоположении «50»-«100» горизонтальной оси) пресекается (температурное распределение в направлении ширины листа становится равномерным).
С другой стороны, как показано на фиг. 10B, для блока индукционного нагрева, использующего защитную пластину 301 согласно первому варианту осуществления, можно увидеть, что, когда частота изменяется в последовательности 29 [кГц] -> 21 [кГц] -> 10 [кГц], температура края уменьшается, но уменьшение температуры в окрестности края (здесь в местоположении «50»-«100» горизонтальной оси) становится большим.
Дополнительно, в случае, когда защитная пластина не представлена, температура в окрестности края (здесь в местоположении «50»-«100» горизонтальной оси) не уменьшается. Однако поскольку температурное увеличение на краю становится по существу равным 500°C, край перегревается.
Как описано выше, согласно этому варианту осуществления в защитной пластине 301, изготовленной из меди, образованы углубленные участки 51 и 52, защитная пластина 301 размещена между нагревательными катушками 24 и 28 верхней и нижней стороны и стальной полосой 10 таким образом, что углубленные участки 51 и 52 направлены в окрестность края стальной полосы 10. Следовательно, даже когда стальная полоса 10 подвергается высоким температурам, уменьшение температуры стальной полосы 10 в окрестности ее края может быть пресечено.
Более того, в системе индукционного нагрева, обеспеченной блоком 100 управления и блоком индукционного нагрева, имеющим защитную пластину 301, даже когда скорость перемещения листа изменяется, поскольку частота питания переменного тока не изменяется, не обязательно принимать во внимание изменение (изменение во времени) вихревого тока, который порождается в краевом участке стальной полосы 10. Следовательно, когда в системе индукционного нагрева используется блок 100 управления, даже когда операционные условия изменяются, температурное увеличение в окрестности края может надлежащим образом управляться защитной пластиной 301. Более того, поскольку в защитной пластине 301 образованы углубленные участки 51 и 52, даже когда относительная проницаемость изменяется в ответ на состояние нагрева стального листа, температурное распределение в окрестности края может надлежащим образом управляться, благодаря углубленным участкам 51 и 52. Следовательно, в конфигурации согласно этому варианту осуществления возможно справиться с изменением в скорости нагрева относительно гибким образом.
Кроме того, в описанных выше вариантах осуществления (первом варианте осуществления - третьем варианте осуществления) защитные пластины 31 и 301 не ограничены пластиной, изготовленной из меди. Т.е. защитные пластины 31 и 301 могут быть образованы из любого материала, если только такой материал является проводником, имеющим относительную проницаемость равную 1 (например, металлом, который является парамагнетиком или диамагнетиком). Например, защитная пластина 31 может быть образована из алюминия.
Дополнительно, в этом варианте осуществления, позиционная взаимосвязь между стальной полосой 10 и защитной пластиной 301 не является ограниченной особенным образом, если углубленные участки защитной пластины 301 и стальная полосы 10 (также включая плоскость, простирающуюся от пластины) находятся напротив друг друга в области, которая находится со стороны края 10а, по сравнению с областью 56 прохождения максимального тока. Однако предпочтительно чтобы область между областью 56 прохождения максимального тока и краем 10а стальной полосы 10 и по меньшей мере часть углубленных участков защитной пластины находились напротив друг друга, как показано на фиг. 9В для того, чтобы между вихревым током, текущим через защитную пластину 301, и вихревым током, текущим через стальную полосу 10, устойчиво порождалась отталкивающая сила.
Кроме того, в этом варианте осуществления было сделано описание в отношении случая, в котором в защитной пластине в качестве примера образовано два углубленных участка, но количество углубленных участков, образованных в защитной пластине, не ограничено.
Дополнительно, в этом варианте осуществления была выполнена иллюстрация в отношении случая, в котором в качестве примера форма углубленных участков 51 и 52 является ромбической. Однако форма углубленных участков 51 и 52 может быть любой формой, если только вихревой ток будет течь через стальную полосу 10 вдоль краевого участка углубленных участков 51 и 52. Форма углубленных участков 51 и 52 может быть, например, эллипсом, прямоугольником отличным от ромба или квадратом. К тому же, когда образован углубленный участок, у которого длина в направлении перемещения листа является большей, чем в направлении ортогональном направлению перемещения листа, вихревому току будет проще течь вдоль краевого участка углубленного участка. Следовательно, предпочтительно создавать углубленный участок, у которого длина в направлении перемещения листа является большей, чем в направлении, ортогональном направлению перемещения листа. Кроме того, форма углубленного участка защитной пластины не обязательно должна быть замкнутой. Например, углубленный участок может быть образован на оконечном участке защитной пластины.
Более того, обычно для нагревательной катушки 24 верхней стороны и нагревательной катушки 28 нижней стороны используется медь, но может быть использован проводник (металл), отличный от меди. Кроме того, применение может быть осуществлено в системе индукционного нагрева, отличной от линии непрерывного отжига. К тому же, размеры сердечников 23 и 27, показанных на фиг. 2А, могут быть надлежащим образом определены в диапазонах, в которых сердечники 23 и 27 не являются магнитно насыщенными. Здесь возникновение магнитного насыщения в сердечниках 23 и 27 может быть определено из напряженности магнитного поля [А/м], которое вычисляется из тока, текущего через нагревательные катушки 24 и 28.
Кроме того, в описанных выше вариантах осуществления оба из индуктора 21 верхней стороны и индуктора 22 нижней стороны предоставлены в качестве примера, но может быть предусмотрен либо индуктор 21 верхней стороны, либо индуктор 22 нижней стороны. Более того, размер зазора индивидуально не ограничивается.
Кроме того, все описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения иллюстрируют лишь специфичный пример выполнения настоящего изобретения, при этом формальный объем настоящего изобретения не ограничен этими вариантами осуществления. Т.е. настоящее изобретение может быть выполнено при помощи различных форм, не выходя из его формального объема или критических признаков.
Промышленная применимость
Можно предоставить блок управления блока индукционного нагрева, систему индукционного нагрева и способ управления блоком индукционного нагрева, в котором температурное распределение в направлении ширины проводящего листа является более равномерным, по сравнению с температурным распределением в обычных технологиях, даже когда скорость перемещения проводящего листа изменяется в случае, когда проводящий лист нагревается, используя блок индукционного нагрева поперечного типа.
Перечень ссылочных позиций
10: стальная полоса (проводящий лист)
20: блок индукционного нагрева
23, 27: Сердечник (магнитный сердечник)
24: нагревательная катушка верхней стороны (нагревательная катушка)
28: нагревательная катушка нижней стороны (нагревательная катушка)
31a-31d: защитная пластина
51, 52: углубленный участок (участок с впадиной)
100, 200: блок управления блока индукционного нагрева
110: выпрямительный блок
120: реактор
130: переключатель восстановления магнитной энергии (MERS)
131-134 первый-четвертый полупроводниковый переключатель с обратной проводимостью
140: блок управления затвором
150: блок задания выходного тока
160: источник питания переменного тока
170: трансформатор тока (блок измерения тока)
180: блок задания частоты
210: выходной трансформатор
301: защитная пластина
S1-S4: полупровод.