JP4069489B2

JP4069489B2 - 二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源及びこのインバータ電源を適用した二周波電源溶解炉用電源回路

Info

Publication number: JP4069489B2
Application number: JP10184298A
Authority: JP
Inventors: 敦奥野; 正徳津田
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11288780A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コールドクルーシブル溶解炉等の二周波電源溶解炉の電源として好適な二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源及びこのインバータ電源を適用した二周波電源溶解炉用電源回路に係わり、高周波電源と低周波電源とが夫々相互に異なった周波数によって影響し合わないように改良した二周波電源溶解炉用電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導溶解炉による金属溶解において、高低二周波の交流電力を溶解炉へ同時に並列供給することが必要な場合がある。
例えば、コールドクルーシブル溶解炉においては、数ＫＨｚの低周波電力成分によって対象金属に浮遊力を与えながら、数十ＫＨｚの高周波電力成分によって対象金属を溶解するといった、溶解の高効率化、溶解金属の高品質化等のための高度な機能が要求される。
【０００３】
このような二周波電源溶解炉用電源回路は、誘導溶解炉等の電源として一般によく使われる図４（Ａ）に示す並列共振インバータ電源か、或いは、図４（Ｂ）に示す直列共振インバータ電源を２台用いて、例えば図４（Ｃ）のように示される（以下第一の従来例という）。
図４（Ａ）において、Ａは周波数ｆを発生する電流形インバータで、１は負荷Ｌ、ＲとコンデンサＣ₁から成る、所定周波数ｆに共振する負荷並列共振回路である。
図４（Ｂ）において、Ｂは周波数ｆを発生する電圧形インバータで、２は負荷Ｌ、ＲとコンデンサＣ₂から成る、所定周波数ｆに共振する負荷直列共振回路である。
ここで、Ｌは負荷の溶解炉コイルのインダクタンスで、Ｒは負荷の消費熱量に相当する等価抵抗である。
図４（Ｃ）に示した第１の従来例は、高周波ｆ_H及び低周波ｆ_Lを発生させる電源として共に図４（Ａ）に示した電源を用いて共通の負荷Ｌ、Ｒに二周波を並列供給するものである。
図４（Ｃ）で、１Ｈは高周波側負荷並列共振回路（負荷Ｌ、ＲとコンデンサＣ_1Hから成る高周波ｆ_Hに共振する共振回路）である。
１Ｌは低周波側負荷並列共振回路（負荷Ｌ、Ｒ及びＬ₁とコンデンサＣ_1Lから成る低周波ｆ_Lに共振する共振回路）である。
ここで、Ｌ_Iはこのような異った周波数の電源を共通の負荷に並列接続する場合に必要な低周波回路側に接続するインダクタンスである。
二周波電源溶解炉用電源回路においては、例えば実開昭５７−２０１７９１号公報に開示されるように、溶解炉に高周波用コイルと低周波用コイルを独立させて設け、夫々の電源から個別に供給する手段（以下第２の従来例という）が提案されている。
更に、特願平９−４２８２６号公報に示されるような先行技術（以下第３の従来例という）として次のものがある。
第３の従来例のものは、図４（Ｄ）に示すように、高周波ｆ_Hを発生させる電源として図４（Ｂ）に示した電源を用い、低周波ｆ_Lを発生させる電源として図４（Ａ）に示した電源を用いて共通の負荷Ｌ、Ｒに二周波を並列供給するものである。
図４（Ｄ）で、２Ｈは高周波側負荷直列共振回路（負荷Ｌ、ＲとコンデンサＣ_2Hから成る高周波ｆ_Hに共振する共振回路）で、Ｌ₁は前記インダクタンスである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来のものでは、その構成上次のような問題点があった。
先ず、図４（Ｃ）に示す第１の従来例の場合には、低周波電源から高周波電源側のインバータＡ（ｆ_Ｈ）に向かって流出する低周波電流成分を抑制する手段がないため、同インバータの出力に及ぼす影響力が大きいという問題点があった。なお、本場合は高周波電源から低周波電源側のインバータＡ（ｆ_Ｌ）に向かって流出する高周波電流成分は、低周波回路のインダクタンスＬ_１及びコンデンサＣ_１Ｌの働きにより吸収されるため、同インバータの出力に及ぼす影響は緩和される。
また、第２の従来例の場合には通常の２端子コイルの溶解炉には対応できないという問題点があった。
一方、図４（Ｄ）に示すような第３の従来例の場合には、低周波電源から高周波電源側のインバータＢ（ｆ_Ｈ）に向かって流出する低周波電流成分は、高周波回路のコンデンサＣ_２Ｈの働きにより遮断される効果があるが、同インバータの出力に及ぼす影響は多少残るという問題点があった。
本発明は、従来のものの上記課題（問題点）を解決し、２端子式のコイルにおいて並列接続される高周波、低周波夫々の電源のインバータ出力が相互に異なった周波数によって影響し合う恐れをなくした二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源及びこのインバータ電源を適用した二周波電源溶解炉用電源回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源は、請求項１のものでは、電圧形インバータを用い、当該電圧インバータの出力から溶解炉コイルまでの間に、直列共振回路から始まり、並列共振回路、直列共振回路の順でこれらの共振回路を接続することで、少なくとも２個以上の共振回路を備えるように構成した。
また、請求項２に記載のものでは、電流形インバータを用い、当該電流形インバータの出力から溶解炉コイルまでの間に、並列共振回路から始まり、直列共振回路、並列共振回路の順でこれらの共振回路を接続することで、少なくとも２個以上の共振回路を備えるように構成した。
また、本発明の周波電源溶解炉用電源回路は、請求項３に記載のものでは、二周波電源から並列供給される溶解炉において、一方の高周波電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用し、他方の低周波電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用して構成した。
また、請求項４に記載のものでは、二周波電源から並列供給される溶解炉において、一方の高周波電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用し、他方の低周波電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用して構成した。
また、請求項５に記載のものでは、二周波電源から並列供給される溶解炉において、高周波電源、低周波電源の夫々の電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用して構成した。
さらに、請求項６に記載のものでは、二周波電源から並列供給される溶解炉において、高周波電源、低周波電源の夫々の電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用して構成した。
このような構成とすると、相手のインバータに向かって流出しようとする電流成分は、相手回路に直列又は並列に接続される異なった周波数特性をもつ共振回路の働きで遮断又は吸収され、高周波、低周波夫々のインバータ出力に対し相互に異なった周波数によって影響し合うという事態を適正に防止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を各図を参照して詳細に説明する。
第１の実施の形態：
図１は本発明の第１の実施の形態である二周波電源溶解炉用電源回路に適用して好適な４種類のインバータ電源の回路で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に夫々の接続図を示す。
同図において、図４（Ａ）、（Ｂ）と同等の働きをする構成は同一の符号を使用し、その詳細説明は省略する。
図１（Ａ）は、所定周波数ｆを発生する電流形インバータＡの出力に並列共振回路３（インダクタンスＬ_３とコンデンサＣ_３から成る所定周波数ｆに共振する共振回路）を接続した後に、前記負荷直列共振回路２を接続して構成した本実施の形態の第１の回路構成例である。これは、請求項２に相当する回路である。
図１（Ｂ）は、所定周波数ｆを発生する電流形インバータＡの出力に前記並列共振回路３を接続し、次に、直列共振回路４（インダクタンスＬ_４とコンデンサＣ_４から成る所定周波数ｆに共振する共振回路）を接続した後に、前記負荷並列共振回路１を接続して構成した本実施の形態の第２の回路構成例である。これも、請求項２に相当する回路である。
図１（Ｃ）は、所定周波数ｆを発生する電圧形インバータＢの出力に、直列共振回路４を接続した後に、負荷並列共振回路１を接続して構成した本実施の形態の第３の回路構成例である。これは、請求項１に相当する回路である。
図１（Ｄ）は、所定周波数ｆを発生する電圧形インバータＢの出力に、直列共振回路４を接続し、次に並列共振回路３を接続した後に、負荷直列共振回路２を接続して構成した本実施の形態の第４の回路構成例である。これも、請求項１に相当する回路である。
【０００７】
第２の実施の形態：
図２は、本発明の第２の実施の形態である二周波電源溶解炉用電源回路で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本実施の形態の代表的な４つの回路構成例の接続図である。
これらは、高周波ｆ_Ｈを供給する電源と低周波ｆ_Ｌを供給する電源に、本発明における第１の実施の形態として示した二周波電源溶解炉用電源回路の各種インバータ電源の回路を以下に述べるように組み合わせて適用して二周波電源溶解炉用電源回路を構成するもので、このように構成した夫々の電源回路から共通の負荷Ｌ、Ｒに二周波の電力を並列供給するものである。
図２において、図４（Ｃ）、（Ｄ）と同等の構成は同一符号を使用し、また図１の各回路を、高周波側に使う場合は、周波数ｆ_Ｈに対応して構成が選定されるので、各構成の符号の末尾にＨを付して表わし、一方、図１の各回路を低周波側に使う場合は、周波数ｆ_Ｌに対応して構成が選定されるので、各構成の符号の末尾にＬを付して表わし、その詳細説明は省略する。
図２（Ａ）は、高周波側、低周波側共に図１（Ａ）に示した電流形インバータを用いたインバータ電源回路を用いて構成した二周波電源溶解炉用電源回路の接続図である。これは、請求項６に相当する回路である。
図２（Ｂ）は、高周波側に図１（Ｃ）に示した電圧形インバータを用いたインバータ電源回路を、低周波側に図１（Ａ）に示した電流形インバータを用いたインバータ電源回路を用いて構成した二周波電源溶解炉用電源回路の接続図である。これは、請求項３に相当する回路である。
図２（Ｃ）は、高周波側、低周波側共に図１（Ｂ）に示した電流形インバータを用いたインバータ電源回路を用いて構成した二周波電源溶解炉用電源回路の接続図である。これは請求項６に相当する回路である。
図２（Ｄ）は、高周波側に図１（Ｄ）に示した電圧形インバータを用いたインバータ電源回路を、低周波側に図１（Ｂ）に示した電流形インバータを用いたインバータ電源回路を用いて構成した二周波電源溶解炉用電源回路の接続図である。これは、請求項３に相当する回路である。
本実施の形態では、図２（Ａ）乃至（Ｄ）に示した回路構成の他に、図１に示した各回路の組み合わせで、更に幾通りもの二周波電源回路が構成できる。
それらの構成を、夫々本願の請求項４及び請求項５に記載してある。
【０００８】
図３（Ａ）乃至（Ｃ）は夫々図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示す第２の実施の形態の各回路の動作を説明するための回路図で、共振回路にその周波数特性図（横軸が周波数ｆ、縦軸が共振回路のインピーダンスＺ）を使って示す。
図３（Ａ）乃至（Ｃ）において、インバータ出力に対して並列に接続される並列共振回路３Ｈ及び３Ｌは、夫々の周波数ｆ_H及びｆ_Lの近辺で高インピーダンス値となり、インバータ出力に対して直列接続される直列共振回路４Ｈ及び４Ｌは、夫々の周波数ｆ_H及びｆ_Lの近辺で低インピーダンス値となるため、電源回路としての基本動作に関しては従来のものと同じであるが、異なる周波数によるインバータ出力への相互影響に関しては従来のものと比べ大きな差異がある。
【０００９】
先ず、図３（Ａ）は図２（Ａ）の回路の動作を示す図で、同図において、低周波側から高周波側のインバータに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路のコンデンサＣ_2Hと並列共振回路３Ｈ（周波数ｆ_Lの近辺で低インピーダンス値）で吸収されて、同インバータの出力には及ばず、一方、高周波側から低周波側のインバータに向かって流出しようとする高周波電流成分は、低周波回路のインダクタンスＬ₁及びコンデンサＣ_1Hと並列共振回路３Ｌ（周波数ｆ_Hの近辺で低インピーダンス値）で吸収されて、同インバータの出力には及ばない。
【００１０】
次に、図３（Ｂ）は図２（Ｂ）の回路の動作を示す図で、同図において、低周波側から高周波側のインバータに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路の直列共振回路４Ｈ（周波数ｆ_Lの近辺で高インピーダンス値）で遮断されて、同インバータの出力には及ばず、一方高周波側から低周波側のインバータの出力への影響も前述したようにない。
【００１１】
また図３（Ｃ）は図２（Ｃ）の回路の動作を示す図で、同図において、低周波側から高周波側のインバータに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路の前記直列共振回路４Ｈで遮断され、更に前記並列共振回路３Ｈで吸収されて、同インバータの出力には及ばず、高周波側から低周波側のインバータに向かって流出しようとする高周波電流成分は、低周波回路の直列共振回路４Ｌ（周波数ｆ_Hの近辺で高インピーダンス値）で遮断され、更に前記並列共振回路３Ｌで吸収されて、同インバータの出力には及ばない。
【００１２】
なお、図２（Ｄ）に示す回路の動作を説明するための周波数特性図を使った回路図の図示は省略しているが、その効果は次の通りである。
即ち、図２（Ｄ）において、低周波側から高周波側のインバータに向かって流出しようとする低周波電流成分は、高周波回路のコンデンサＣ_2Hと並列共振回路３Ｈ（周波数ｆ_Lの近辺で低インピーダンス値）で吸収され、更に直列共振回路４Ｈ（周波数ｆ_Lの近辺で高インピーダンス値）で遮断されて、同インバータの出力には及ばず、高周波側から低周波側のインバータに向かって流出しようとする高周波電流成分は、低周波回路の直列共振回路４Ｌ（周波数ｆ_Hの近辺で高インピーダンス値）で遮断され、更に並列共振回路３Ｌ（周波数ｆ_Hの近辺で低インピーダンス値）で吸収されて、同インバータの出力には及ばない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の二周波電源溶解炉用電源回路は、上述したように構成したので、インバータ電源の種類に関係なく、高周波電源と低周波電源との相互干渉をなくすことができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は夫々本発明に基づく二周波電源溶解炉用電源回路における第１の実施形態の各種構成を示す接続図である。
【図２】同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は夫々本発明に基づく二周波電源溶解炉用電源回路における第２の実施形態の各種構成例を示す接続図である。
【図３】同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第２の実施形態、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）の各回路の動作を説明するための概要回路図である。
【図４】同図の（Ａ）、（Ｂ）は一般的なインバータ基本電源回路、（Ｃ）は従来の二周波電源溶解炉用電源回路を説明する概要回路図で、（Ｄ）は、先行技術の同電源回路を説明する概要回路図である。
【符号の説明】
Ａ：電流形インバータ
Ｂ：電圧形インバータ
ｆ、ｆ_H、ｆ_L：周波数及び高周波及び低周波
Ｌ、Ｒ：溶解炉負荷のインダクタンス及び抵抗
１、１Ｌ、１Ｈ：各周波数に共振する負荷並列共振回路
２、２Ｌ、２Ｈ：各周波数に共振する負荷直列共振回路
３、３Ｌ、３Ｈ：各周波数に共振する並列共振回路
４、４Ｌ、４Ｈ：各周波数に共振する直列共振回路
Ｃ₁、Ｃ_1L、Ｃ_1H：負荷並列共振回路を構成するコンデンサ
Ｃ₂、Ｃ_2L、Ｃ_2H：負荷直列共振回路を構成するコンデンサ
Ｃ₃、Ｃ_3L、Ｃ_3H：並列共振回路を構成するコンデンサ
Ｃ₄、Ｃ_4L、Ｃ_4H：直列共振回路を構成するコンデンサ
Ｌ₃、Ｌ_3L、Ｌ_3H：並列共振回路を構成するインダクタンス
Ｌ₄、Ｌ_4L、ｌ_4H：直列共振回路を構成するインダクタンス
Ｌ₁：低周波負荷側回路のインダクタンス
Ｚ：共振回路のインピーダンス

Claims

電圧形インバータを用い、当該電圧形インバータの出力から溶解炉コイルまでの間に、直列共振回路から始まり、並列共振回路、直列共振回路の順でこれらの共振回路を接続することで、少なくとも２個以上の共振回路を備えるようにしたことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源。
電流形インバータを用い、当該電流形インバータの出力から溶解炉コイルまでの間に、並列共振回路から始まり、直列共振回路、並列共振回路の順でこれらの共振回路を接続することで、少なくとも２個以上の共振回路を備えるようにしたことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路のインバータ電源。
二周波電源から並列供給される溶解炉において、一方の高周波電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用し、他方の低周波電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用するようにしたことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路。
二周波電源から並列供給される溶解炉において、一方の高周波電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用し、他方の低周波電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用するようにしたことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路。
二周波電源から並列供給される溶解炉において、高周波電源、低周波電源の夫々の電源として、請求項１記載の電圧形インバータを用いたインバータ電源を適用したことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路。
二周波電源から並列供給される溶解炉において、高周波電源、低周波電源の夫々の電源として、請求項２記載の電流形インバータを用いたインバータ電源を適用したことを特徴とする二周波電源溶解炉用電源回路。