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JP6501064B2 - Induction heating device - Google Patents
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JP6501064B2 - Induction heating device - Google Patents

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Description

本発明は、降圧チョッパを用いた可変の直流電圧源と電流形インバータとを備え、電流形インバータの負荷として加熱コイルを含む並列共振回路を備えた誘導加熱装置に関する。   The present invention relates to an induction heating apparatus provided with a parallel resonant circuit including a variable DC voltage source using a step-down chopper and a current source inverter and a heating coil as a load of the current source inverter.

この種の誘導加熱装置は、インバータの出力電流のQ(Qは選択度)倍の電流を加熱コイルに流すことができ、大電流を必要とする加熱用途に適している。この誘導加熱装置の出力の仕様は、例えば、数10[kW]〜数100[kW]、数100[V]、数10[A]〜数100[A]、数[kHz]〜数10[kHz]程度であり、金属の焼入れ等に用いられている。   This type of induction heating device can pass Q (Q is selectivity) times the output current of the inverter to the heating coil, and is suitable for heating applications that require a large current. The specifications of the output of this induction heating apparatus are, for example, several tens of kW to several hundreds of kW, several hundred volts, several tens of amps to several hundred amps, and several kilohertz to several tens of kilowatts. [kHz]], and is used for quenching of metal.

図3は、従来の誘導加熱装置を示す回路図である。
図3において、降圧チョッパ20は、直流電圧源1、降圧用スイッチング素子2、ダイオード3、リアクトル4及び平滑用のコンデンサ9により構成され、スイッチング素子1のオン・オフ動作により、直流電圧源1の電圧以下の任意の電圧(負荷が要求する電圧)を出力する。ここで、直流電圧源1は、例えばダイオード整流器により構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional induction heating apparatus.
In FIG. 3, the step-down chopper 20 is composed of a direct current voltage source 1, a step-down switching element 2, a diode 3, a reactor 4 and a smoothing capacitor 9, and the on / off operation of the switching element 1 Output any voltage below the voltage (the voltage required by the load). Here, the DC voltage source 1 is configured by, for example, a diode rectifier.

次段の電流形インバータ30は、リアクトル10,11、加熱用スイッチング素子511,521,531,541、逆阻止ダイオード512,522,532,542によって構成され、スイッチング素子511,521,531,541のオン・オフ動作により、負荷40に高周波の交流電流を供給する。
負荷40は、共振コンデンサ6、加熱コイル7、抵抗成分8からなる並列共振回路であり、共振コンデンサ6は、負荷力率を改善する作用を果たしている。
The current-type inverter 30 at the next stage includes reactors 10 and 11, heating switching elements 511, 521, 531 and 541, and reverse blocking diodes 512, 522, 532, and 542, and the switching elements 511, 521, 531 and 541 A high frequency alternating current is supplied to the load 40 by the on / off operation.
The load 40 is a parallel resonant circuit including a resonant capacitor 6, a heating coil 7, and a resistance component 8. The resonant capacitor 6 functions to improve the load power factor.

図4は、図3の動作を示す各部の波形図であり、出力電圧Vと出力電流Iとの位相差が0の場合を例示している。なお、I511,I521,I531,I541は、それぞれ、スイッチング素子511,541,521,531を流れる電流を示している。また、スイッチング素子の転流時の重なり期間や細かい振動は省略している。
通常時の動作としては、降圧チョッパ20を運転した状態でスイッチング素子511,521,531,541をオン・オフさせることにより、負荷40の加熱コイル7に高周波の共振電流Iを流して被加熱物(図示せず)を誘導加熱する。
FIG. 4 is a waveform diagram of each part showing the operation of FIG. 3, and illustrates the case where the phase difference between the output voltage V o and the output current I o is zero. Note that I 511 , I 521 , I 531 , and I 541 indicate currents flowing through the switching elements 511 , 541 , 521 , and 531 , respectively. Moreover, the overlap period and fine vibration at the time of commutation of the switching element are omitted.
In normal operation, the switching elements 511, 521, 531, and 541 are turned on and off while the step-down chopper 20 is in operation, whereby a high-frequency resonant current Io flows through the heating coil 7 of the load 40 to be heated. Inductively heat the object (not shown).

いま、加熱コイル7の短絡等の故障が発生した場合には、インバータ30のスイッチング素子511,521,531,541等を過電流から保護するために、負荷40への給電を速やかに停止する必要がある。   Now, when a failure such as a short circuit of heating coil 7 occurs, it is necessary to promptly stop power supply to load 40 in order to protect switching elements 511, 521, 531, 541 etc. of inverter 30 from an overcurrent. There is.

このため、例えば特許文献1には、負荷の短絡等により過電流が発生すると、順変換部の運転を停止すると同時に、その時点でオンしていた電流形インバータ(逆変換部)のスイッチング素子をそのままの状態で固定し、リアクトルに蓄積されたエネルギーを、上記スイッチング素子、逆阻止ダイオード、負荷等を介して減衰させる技術が開示されている。
また、特許文献2には、負荷の短絡等により過電流が発生すると、電流形インバータの全てのスイッチング素子を強制的にオンすると共に、電流形インバータの正負電路をサイリスタにより短絡してインバータへのエネルギーの流入を阻止する技術が開示されている。
Therefore, for example, in Patent Document 1, when an overcurrent occurs due to a short circuit of a load or the like, the operation of the forward conversion unit is stopped and at the same time the switching element of the current source inverter (inverse conversion unit) is turned on. A technique is disclosed that is fixed as it is and the energy stored in the reactor is attenuated via the switching element, reverse blocking diode, load, and the like.
Further, according to Patent Document 2, when an overcurrent occurs due to a short circuit of a load or the like, all switching elements of the current source inverter are forcibly turned on, and the positive and negative current paths of the current source inverter are shorted by thyristors. Techniques for blocking the flow of energy are disclosed.

これらの従来技術は、何れも、故障発生に伴う過電流からスイッチング素子等を保護するためのものであり、図3の回路に即して言えば、故障発生時に負荷40に対する給電停止指令が発生した場合に、負荷40に流れる電流を速やかに減少させ、かつリアクトル4に流れる電流を遮断させないことを目的としている。
以下では、特許文献2と同様に、給電停止指令を受けた時点で電流形インバータ30の全てのスイッチング素子511,521,531,541をオン状態とする場合の動作を説明する。
All of these conventional techniques are intended to protect switching elements and the like from an overcurrent caused by a failure, and in the case of the circuit shown in FIG. In this case, the purpose is to rapidly reduce the current flowing to the load 40 and not to interrupt the current flowing to the reactor 4.
The operation in the case where all the switching elements 511, 521, 531, and 541 of the current source inverter 30 are turned on at the time of receiving the power supply stop command will be described below as in the case of Patent Document 2.

図4の時点A(出力電圧Vの極性は正であるとする)において給電停止指令を受けた場合、図3のスイッチング素子2をオフさせることにより降圧チョッパ20が運転を停止する。これにより、直流電圧源1はインバータ30から遮断され、リアクトル4に流れていた電流はダイオード3に流れる。同時に、時点A以前にオンしていたスイッチング素子511,541をオン状態で固定したまま、それまでオフしていた他のスイッチング素子521,531をオンすることにより、電流形インバータ30の全てのスイッチング素子511,541,521,531をオン状態とする。
このため、時点A〜Bでは、時点A以前に電流が流れていたスイッチング素子511,541以外のスイッチング素子521,531に電流が流れ、負荷40からインバータ30側へ電力が回生される。
When a power supply stop command is received at time A in FIG. 4 (the polarity of the output voltage V o is positive), the step-down chopper 20 stops the operation by turning off the switching element 2 in FIG. 3. Thus, the DC voltage source 1 is disconnected from the inverter 30, and the current flowing to the reactor 4 flows to the diode 3. At the same time, while the switching elements 511 and 541 that were on before time point A are fixed in the on state, all the switching of the current source inverter 30 is performed by turning on the other switching elements 521 and 531 that were off before. The elements 511, 541, 521, and 531 are turned on.
Therefore, at time points A to B, current flows to the switching elements 521 and 531 other than the switching elements 511 and 541 to which current flows before time point A, and power is regenerated from the load 40 to the inverter 30 side.

その後、出力電圧Vの極性が時点Bで反転してから時点Cに至る期間でも、同様に回生動作が行われる。これにより、時点A〜Cの間に、出力電流I及びその経路になっているリアクトル10,11、スイッチング素子及び逆阻止ダイオードに流れる電流が増加する。
時点Cでは、負荷40からインバータ30側への回生が終了して出力電流Iが0となり、リアクトル10,11に流れている電流は、時点C以後、スイッチング素子511、逆阻止ダイオード512、逆阻止ダイオード522、スイッチング素子521の経路と、スイッチング素子531、逆阻止ダイオード532、逆阻止ダイオード542、スイッチング素子541の経路とに分流することになる。
After that, the regeneration operation is performed similarly even in the period from the time when the polarity of the output voltage V o is inverted at time B to time C. As a result, during the time points A to C, the current flowing to the output current Io and the reactors 10 and 11 in the path, the switching element and the reverse blocking diode increases.
At time C, the regeneration from load 40 to inverter 30 ends and output current Io becomes 0, and the current flowing through reactors 10 and 11 is the switching element 511, reverse blocking diode 512, reverse current after time C The current flows into the path of the blocking diode 522, the switching element 521, and the path of the switching element 531, the reverse blocking diode 532, the reverse blocking diode 542, and the switching element 541.

スイッチング素子511,541,521,531を介した各分流経路の電流は、振動による変動はあるが、長い期間で見れば図示しない回路の抵抗成分により徐々に減少していき、やがて0になって給電停止が完了する。図4では、スイッチング素子511,541,521,531にほぼ同じ大きさの電流が流れるように描かれているが、回路定数によっては各分流経路間にアンバランスが生じることもある。   The current in each of the divided paths via the switching elements 511, 541, 521, and 531 fluctuates due to vibration, but when seen over a long period, they gradually decrease due to the resistance component of the circuit not shown. The feed stop is complete. Although FIG. 4 shows that currents of substantially the same magnitude flow through the switching elements 511, 541, 521, and 531, an imbalance may occur between the divided paths depending on the circuit constant.

特開平5−236756号公報(段落[0022]等)JP-A-5-236756 (paragraph [0022], etc.) 特許第3328758号公報(段落[0026]等)Patent No. 3328758 (Paragraph [0026], etc.)

図5は、図4における時点C以降の振動による電流の変動を検討するための等価回路を示している。
図5において、リアクトル12(インダクタンスをLとする)は図3のリアクトル4に相当し、リアクトル14(インダクタンスをLとする)は図3のリアクトル10,11に相当すると共に、コンデンサ13(キャパシタンスをCとする)は図3のコンデンサ9に相当する。図5では、図3におけるダイオード3、スイッチング素子511,521,531,541、逆阻止ダイオード512,522,532,542を省略し、前述した分流経路を、リアクトル14を含む1つの経路で示している。また、図5における電流i,iの極性は、矢印方向を正方向とし、回路の抵抗成分は無視している。
FIG. 5 shows an equivalent circuit for considering the fluctuation of the current due to the vibration after time point C in FIG.
In FIG. 5, a reactor 12 (inductance is L 1 ) corresponds to the reactor 4 in FIG. 3 and a reactor 14 (inductance is L 2 ) corresponds to the reactors 10 and 11 in FIG. The capacitance C corresponds to the capacitor 9 in FIG. In FIG. 5, the diode 3 in FIG. 3, the switching elements 511, 521, 531, 541 and the reverse blocking diodes 512, 522, 532, 542 are omitted, and the aforementioned divided paths are shown by one path including the reactor 14. There is. Further, the polarities of the currents i 1 and i 2 in FIG. 5 are positive in the arrow direction, and the resistance component of the circuit is ignored.

図5に示した等価回路の電圧・電流方程式は数式1となり、数式1をiについて解くと数式2となる。

Figure 0006501064
Figure 0006501064
The voltage-current equation of the equivalent circuit shown in FIG. 5 is equation 1, and equation 2 is obtained by solving equation 1 for i 2 .
Figure 0006501064
Figure 0006501064

なお、数式1,数式2において、i(0),i(0)は初期電流、q(0)は初期電荷である。 In Equations 1 and 2, i 1 (0) and i 2 (0) are initial currents, and q (0) are initial charges.

いま、一例として、L=10[mH]、L=1[mH]、i(0)=−500[A]、i(0)=500[A]、C=5000[μF]、q(0)=2.5[C:クーロン]のとき、数式2のiは数式3となる。
[数3]
=500+1066sin(469t)
すなわち、数式3によれば、iの最大値は500[A]+1066[A]=1566[A]となることがわかる。
Now, as an example, L 1 = 10 [mH], L 2 = 1 [mH], i 1 (0) = − 500 [A], i 2 (0) = 500 [A], C = 5000 [μF] When q (0) = 2.5 [C: coulomb], i 2 in equation 2 is equation 3.
[Equation 3]
i 2 = 500 + 1066 sin (469 t)
That is, according to Equation 3, it can be seen that the maximum value of i 2 is 500 [A] +1066 [A] = 1566 [A].

上記の例による1566[A]の大電流は、リアクトル14(図3のリアクトル10,11)と、前述した分流経路であるスイッチング素子511,521,531,541及び逆阻止ダイオード512,522,532,542に流れると共に、コンデンサ9にも流れるため、これらの部品を破損させるおそれがある。
また、図5の等価回路を用いて計算すると、定数によっては降圧チョッパ20のリアクトル4やダイオード3に流れる電流も過大になり、これらの部品を破損させる可能性があることがわかる。なお、このような電流の増加は、時点C以前からも生じている。
The large current of 1566 [A] according to the above example is the reactor 14 (reactors 10 and 11 in FIG. 3) and the switching elements 511, 521, 531 and 541 and the reverse blocking diodes 512, 522 and 532 which are the shunt paths described above. , 542, and also to the capacitor 9, there is a risk of damaging these components.
Further, when calculated using the equivalent circuit of FIG. 5, it is understood that the current flowing to the reactor 4 and the diode 3 of the step-down chopper 20 also becomes excessive depending on the constant, and these parts may be damaged. Note that such an increase in current also occurs before time C.

そこで、本発明の解決課題は、故障発生時に負荷への給電停止指令を受けて電流形インバータの全てのスイッチング素子をオン状態とする場合に、回路構成部品に過電流が流れるのを防止するようにした誘導加熱装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to prevent an overcurrent from flowing in the circuit component when all switching elements of the current source inverter are turned on in response to a power supply stop instruction to the load when a failure occurs. It is an object of the present invention to provide an induction heating device.

上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、降圧用スイッチング素子を有する降圧チョッパと、前記降圧チョッパの出力側に接続された電流形インバータと、前記電流形インバータの出力側に接続され、かつ共振コンデンサと加熱コイルとの並列共振回路からなる負荷と、を備えた誘導加熱装置であって、
前記電流形インバータが、加熱用スイッチング素子と逆阻止ダイオードとの直列回路を各辺に備え、かつ出力側に前記負荷が接続されたブリッジ回路と、前記降圧用スイッチング素子と前記ブリッジ回路の入力側との間に接続された第1のリアクトルと、を有し、前記加熱用スイッチング素子をオン・オフさせて前記負荷に交流電流を供給するようにした誘導加熱装置において、
前記降圧チョッパを、
直流電圧源と、
前記直流電圧源の一端と前記ブリッジ回路との間に接続された前記降圧用スイッチング素子及び第2のリアクトルの直列回路と、
前記降圧用スイッチング素子と前記第2のリアクトルとの接続点と前記直流電圧源の他端との間に接続され、かつ、前記降圧用スイッチング素子の通流方向に対して逆方向となるダイオードと、
により構成し
前記直流電圧源から前記負荷への給電を停止する時に、
前記降圧用スイッチング素子をオフすると同時に、前記加熱用スイッチング素子を全てオン状態とすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 relates to a step-down chopper having a step-down switching element, a current source inverter connected to the output side of the step-down chopper, and an output side of the current source inverter. An inductive heating device comprising a load comprising a parallel resonant circuit of a resonant capacitor and a heating coil,
The current source inverter includes a series circuit of a heating switching element and a reverse blocking diode on each side, and a bridge circuit in which the load is connected to the output side, the step-down switching element, and the input side of the bridge circuit An induction heating device for turning on and off the heating switching element to supply an alternating current to the load;
The step-down chopper
A DC voltage source,
A series circuit of the step-down switching element and the second reactor connected between one end of the DC voltage source and the bridge circuit;
A diode connected between a connection point of the step-down switching element and the second reactor and the other end of the direct current voltage source and in a reverse direction to the flow direction of the step-down switching element; ,
Constituted by,
When stopping the power supply from the DC voltage source to the load,
At the same time as the step-down switching element is turned off, all the heating switching elements are turned on .

請求項2に係る発明は、降圧用スイッチング素子を有する降圧チョッパと、前記降圧チョッパの出力側に接続された電流形インバータと、前記電流形インバータの出力側に接続され、かつ共振コンデンサと加熱コイルとの並列共振回路からなる負荷と、を備えた誘導加熱装置であって、
前記電流形インバータが、加熱用スイッチング素子と逆阻止ダイオードとの直列回路を各辺に備え、かつ出力側に前記負荷が接続されたブリッジ回路と、前記降圧用スイッチング素子と前記ブリッジ回路の入力側との間に接続された第1のリアクトルと、を有し、前記加熱用スイッチング素子をオン・オフさせて前記負荷に交流電流を供給するようにした誘導加熱装置において、
前記降圧チョッパを、
直流電圧源と、
前記直流電圧源の一端と前記ブリッジ回路との間に接続された前記降圧用スイッチング素子及び第2のリアクトルの直列回路と、
前記降圧用スイッチング素子と前記第2のリアクトルとの接続点と前記直流電圧源の他端との間に接続され、かつ、前記降圧用スイッチング素子の通流方向に対して逆方向となるダイオードと、
により構成し、
前記電流形インバータの正負電路を短絡するサイリスタを備え、
前記直流電圧源から前記負荷への給電を停止する時に、
前記降圧用スイッチング素子をオフすると同時に、前記サイリスタをオン状態とすることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is a step-down chopper having a step-down switching element, a current source inverter connected to the output side of the step-down chopper, and an output side of the current source inverter, and a resonant capacitor and a heating coil. And a load comprising a parallel resonant circuit of
The current source inverter includes a series circuit of a heating switching element and a reverse blocking diode on each side, and a bridge circuit in which the load is connected to the output side, the step-down switching element, and the input side of the bridge circuit An induction heating device for turning on and off the heating switching element to supply an alternating current to the load ;
The step-down chopper
A DC voltage source,
A series circuit of the step-down switching element and the second reactor connected between one end of the DC voltage source and the bridge circuit;
A diode connected between a connection point of the step-down switching element and the second reactor and the other end of the direct current voltage source and in a reverse direction to the flow direction of the step-down switching element; ,
Configured by
A thyristor for shorting positive and negative current paths of the current source inverter;
When stopping the power supply from the DC voltage source to the load,
At the same time as the step-down switching element is turned off, the thyristor is turned on .

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した誘導加熱装置において、前記第1のリアクトルと前記第2のリアクトルとを兼用したことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that, in the induction heating apparatus according to claim 1 or 2, the first reactor and the second reactor are used in common .

本発明においては、対象とする装置が加熱用途であることに鑑み、電流形インバータの前段に接続される降圧チョッパから平滑用のコンデンサを除去することとした。これにより、故障発生時に電流形インバータの全スイッチング素子をオン状態にして出力電流を減少させていく過程でリアクトルやスイッチング素子等に流れる電流を抑制し、これらの回路構成部品を過電流から保護することができる。
また、リアクトルを降圧チョッパ及び電流形インバータに兼用することにより、部品数の減少や装置全体の小型化、低コスト化が可能である。
In the present invention, in view of the fact that the target device is a heating application, the smoothing capacitor is removed from the step-down chopper connected to the front stage of the current source inverter. As a result, in the process of turning on all the switching elements of the current source inverter to reduce the output current at the time of failure occurrence, the current flowing to the reactor, switching elements, etc. is suppressed to protect these circuit components from overcurrent. be able to.
Further, by sharing the reactor with the step-down chopper and the current source inverter, it is possible to reduce the number of parts, to miniaturize the entire apparatus, and to reduce the cost.

本発明の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. 図1の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of FIG. 従来技術を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a prior art. 図3の動作を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing the operation of FIG. 3; 図3の主要部の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the principal part of FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態を示す回路図であり、図3と同一の部分には同一の番号を付し、以下では図3と異なる部分を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing this embodiment. The same parts as in FIG. 3 are assigned the same reference numerals, and in the following, parts different from FIG. 3 will be mainly described.

図1において、降圧チョッパ20Aは、直流電圧源1と、その両端に接続された半導体スイッチング素子2とダイオード3との直列回路と、ダイオード3のカソードに一端が接続されたリアクトル4と、によって構成されている。また、電流形インバータ30Aは、前記リアクトル4と、その他端と直流電圧源1の負極との間に接続された加熱用スイッチング素子511,521,531,541及び逆阻止ダイオード512,522,532,542からなるブリッジ回路と、によって構成されている。
すなわち、この実施形態では、リアクトル4が降圧チョッパ20A及び電流形インバータ30Aの構成部品として兼用されていると共に、降圧チョッパ20Aは、図3における平滑用のコンデンサ9を除去した構成となっている。
In FIG. 1, a step-down chopper 20A is constituted by a direct-current voltage source 1, a series circuit of a semiconductor switching element 2 and a diode 3 connected at both ends thereof, and a reactor 4 one end of which is connected to the cathode of the diode 3. It is done. Also, the current source inverter 30A includes the heating switching elements 511, 521, 531, 541 and the reverse blocking diodes 512, 522, 532 connected between the reactor 4 and the other end and the negative electrode of the DC voltage source 1. And a bridge circuit consisting of 542.
That is, in this embodiment, the reactor 4 is also used as a component of the step-down chopper 20A and the current source inverter 30A, and the step-down chopper 20A has a configuration in which the smoothing capacitor 9 in FIG. 3 is removed.

次に、図2を参照しつつ、この実施形態の動作を説明する。
図2の時点A以前における通常時の動作は図3,図4の従来技術と同様であるため、説明を省略する。なお、この実施形態では降圧チョッパ20Aから平滑用のコンデンサが除去されているので、回路定数によっては降圧チョッパ20Aのスイッチング周波数成分がコンデンサによって吸収されずに負荷40に現れることになるが、装置が加熱用途であるため問題とならない場合が多い。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
The normal operation before the time point A in FIG. 2 is the same as that in the prior art in FIG. 3 and FIG. In this embodiment, since the smoothing capacitor is removed from the step-down chopper 20A, the switching frequency component of the step-down chopper 20A appears in the load 40 without being absorbed by the capacitor depending on the circuit constant. There are many cases where this is not a problem because it is a heating application.

加熱コイル7の短絡等の故障により、出力電流Iが大きい状態で負荷40への給電を停止する場合には、図4と同様に、負荷40に流れる電流を速やかに減少させ、かつリアクトル4に流れる電流を遮断させないために、電流形インバータ30Aの全てのスイッチング素子511,521,531,541をオン状態とする。
すなわち、給電停止指令を受けた図2の時点A(出力電圧Vの極性は正であるとする)において、降圧チョッパ20Aの運転を停止すると共に、時点A以前にオンしていたスイッチング素子511,541をオン状態で固定したまま、それまでオフしていた他のスイッチング素子521,531をオンする。
When power supply to load 40 is stopped in a state where output current Io is large due to a failure such as a short circuit of heating coil 7, the current flowing to load 40 is rapidly reduced as in FIG. In order not to interrupt the current flowing to the current source, all the switching elements 511, 521, 531, 541 of the current source inverter 30A are turned on.
That is, at the point A of FIG. 2 (in which the polarity of the output voltage V o is positive) that has received the feed stop command, the operation of the step-down chopper 20A is stopped and the switching element 511 that was on before the point A. , 541 in the on state, the other switching elements 521 and 531 which have been off are turned on.

時点Aで降圧チョッパ20Aが運転を停止することにより、直流電圧源1はインバータ30Aから遮断され、リアクトル4に流れていた電流はダイオード3に流れる。同時に、電流形インバータ30Aのスイッチング素子521,531をオン状態にすることにより、時点A〜Bではスイッチング素子521,531に電流が流れ、負荷40からインバータ30A側へ電力が回生される。   When the step-down chopper 20A stops operation at time A, the DC voltage source 1 is disconnected from the inverter 30A, and the current flowing in the reactor 4 flows in the diode 3. At the same time, by turning on the switching elements 521 and 531 of the current source inverter 30A, current flows through the switching elements 521 and 531 at time points A to B, and power is regenerated from the load 40 to the inverter 30A side.

出力電圧Vの極性が反転した後の時点B〜Cでも同様に回生が行われる。これにより、時点A〜Cの間に、出力電流I及びその経路になっているダイオード3、リアクトル4、スイッチング素子、逆阻止ダイオードに流れる電流が増加する。 Regeneration is similarly performed at time points B to C after the polarity of the output voltage V o is inverted. As a result, during the time points A to C, the current flowing to the output current Io and the diode 3, the reactor 4, the switching element, and the reverse blocking diode in the path increases.

すなわち、図2に示すように、時点A〜Bではスイッチング素子521,531を流れる電流I521,I531が増加するため、出力電流Iは正方向に増加し、時点B〜Cではスイッチング素子511,541を流れる電流I511,I541が増加するため、出力電流Iは負方向に増加する。しかし、これらの電流の増加の度合いは、図3,図4のようにコンデンサ9の蓄積電荷による電流が加算される従来技術と比較すると小さくなる。 That is, as shown in FIG. 2, the currents I 521 and I 531 flowing through the switching elements 521 and 531 increase at time points A to B, so the output current I o increases in the positive direction, and the switching elements at time points B to C Since the currents I 511 and I 541 flowing through 511 and 541 increase, the output current I o increases in the negative direction. However, the degree of increase of these currents becomes smaller as compared with the prior art in which the currents due to the accumulated charges of the capacitor 9 are added as shown in FIGS. 3 and 4.

また、時点Cでは、負荷40からインバータ30A側への回生が終了して出力電流Iが0となり、ダイオード3及びリアクトル4に流れている電流は、時点C以降、スイッチング素子511、逆阻止ダイオード512、逆阻止ダイオード522、スイッチング素子521の経路と、スイッチング素子531、逆阻止ダイオード532、逆阻止ダイオード542、スイッチング素子541の経路とに分流する。これらの電流は、図示しない回路の抵抗成分により次第に減少していき、やがて0になって給電停止が完了する(前記同様に、これらの分流電流にアンバランスが生じることもある)。
ここで、時点C以降の電流の変化は、前述した数式1〜3と異なり、リアクトル4に流れている電流が回路の抵抗成分によって減少していく現象となるため、各スイッチング素子511,521,531,541を流れる電流I511,I521,I531,I541は、図4と比べると小さくなる。
At time C, the regeneration from load 40 to inverter 30A ends and output current Io becomes 0, and the current flowing through diode 3 and reactor 4 is the switching element 511 and reverse blocking diode after time C. A path 512 divides the reverse blocking diode 522 and the path of the switching element 521, and the path of the switching element 531, the reverse blocking diode 532, the reverse blocking diode 542, and the switching element 541. These currents gradually decrease due to a resistance component of a circuit (not shown) and eventually become 0 to complete the feed stop (as with the above, imbalance may occur in these shunt currents).
Here, the change of the current after time point C is different from the equations 1 to 3 described above, and the current flowing through the reactor 4 is a phenomenon that decreases due to the resistance component of the circuit. The currents I 511 , I 521 , I 531 and I 541 flowing through the electrodes 531 and 541 are smaller than those in FIG.

以上のように、本実施形態によれば、従来の降圧チョッパから平滑用のコンデンサを除去したため、負荷40の異常時に降圧チョッパ20Aの運転を停止しつつ電流形インバータ30Aの全スイッチング素子511,521,531,541をオン状態にして出力電流を減少させる際に、リアクトル4やスイッチング素子511,521,531,541等に過電流が流れるのを防止することができる。また、リアクトル4を降圧チョッパ20A及び電流形インバータ30Aに兼用することで、部品数の減少や装置全体の小型化、低コスト化も可能になる。   As described above, according to the present embodiment, since the smoothing capacitor is removed from the conventional step-down chopper, all the switching elements 511 and 521 of the current source inverter 30A are stopped while stopping the operation of the step-down chopper 20A when the load 40 is abnormal. , 531 and 541 can be turned on to reduce the output current, it is possible to prevent an overcurrent from flowing in the reactor 4 and the switching elements 511, 521, 531, 541 and the like. Further, by sharing the reactor 4 with the step-down chopper 20A and the current source inverter 30A, it is possible to reduce the number of parts, to miniaturize the entire apparatus, and to reduce the cost.

なお、本発明は、電流形インバータの正負電路を短絡するサイリスタを備えた誘導加熱装置にも適用可能である。   The present invention is also applicable to an induction heating apparatus provided with a thyristor that shorts positive and negative electric paths of a current source inverter.

本発明に係る誘導加熱装置は、例えば、金属の焼き入れ等の工業用途のほか、電磁調理器等の家庭用途にも利用することができる。   The induction heating apparatus according to the present invention can be used, for example, for industrial use such as quenching of metal, and also for household use such as an electromagnetic cooker.

1:直流電圧源
2:降圧用スイッチング素子
3:ダイオード
4:リアクトル
511,521,531,541:加熱用スイッチング素子
512,522,532,542:逆阻止ダイオード
6:共振コンデンサ
7:加熱コイル
8:抵抗成分
20A:降圧チョッパ
30A:電流形インバータ
40:負荷
1: DC voltage source 2: Step-down switching element 3: Diode 4: Reactor 511, 521, 531, 541: Heating switching element 512, 522, 532, 542: Reverse blocking diode 6: Resonant capacitor 7: Heating coil 8: Resistive component 20A: Step-down chopper 30A: Current source inverter 40: Load

Claims (3)

降圧用スイッチング素子を有する降圧チョッパと、前記降圧チョッパの出力側に接続された電流形インバータと、前記電流形インバータの出力側に接続され、かつ共振コンデンサと加熱コイルとの並列共振回路からなる負荷と、を備えた誘導加熱装置であって、
前記電流形インバータが、加熱用スイッチング素子と逆阻止ダイオードとの直列回路を各辺に備え、かつ出力側に前記負荷が接続されたブリッジ回路と、前記降圧用スイッチング素子と前記ブリッジ回路の入力側との間に接続された第1のリアクトルと、を有し、前記加熱用スイッチング素子をオン・オフさせて前記負荷に交流電流を供給するようにした誘導加熱装置において、
前記降圧チョッパを、
直流電圧源と、
前記直流電圧源の一端と前記ブリッジ回路との間に接続された前記降圧用スイッチング素子及び第2のリアクトルの直列回路と、
前記降圧用スイッチング素子と前記第2のリアクトルとの接続点と前記直流電圧源の他端との間に接続され、かつ、前記降圧用スイッチング素子の通流方向に対して逆方向となるダイオードと、
により構成し
前記直流電圧源から前記負荷への給電を停止する時に、
前記降圧用スイッチング素子をオフすると同時に、前記加熱用スイッチング素子を全てオン状態とすることを特徴とする誘導加熱装置。
A load comprising a step-down chopper having a step-down switching element, a current source inverter connected to the output side of the step-down chopper, and an output side of the current source inverter, and a parallel resonance circuit of a resonance capacitor and a heating coil. And an induction heating device comprising
The current source inverter includes a series circuit of a heating switching element and a reverse blocking diode on each side, and a bridge circuit in which the load is connected to the output side, the step-down switching element, and the input side of the bridge circuit An induction heating device for turning on and off the heating switching element to supply an alternating current to the load;
The step-down chopper
A DC voltage source,
A series circuit of the step-down switching element and the second reactor connected between one end of the DC voltage source and the bridge circuit;
A diode connected between a connection point of the step-down switching element and the second reactor and the other end of the direct current voltage source and in a reverse direction to the flow direction of the step-down switching element; ,
Constituted by,
When stopping the power supply from the DC voltage source to the load,
At the same time as the step-down switching element is turned off, the heating switching elements are all turned on .
降圧用スイッチング素子を有する降圧チョッパと、前記降圧チョッパの出力側に接続された電流形インバータと、前記電流形インバータの出力側に接続され、かつ共振コンデンサと加熱コイルとの並列共振回路からなる負荷と、を備えた誘導加熱装置であって、
前記電流形インバータが、加熱用スイッチング素子と逆阻止ダイオードとの直列回路を各辺に備え、かつ出力側に前記負荷が接続されたブリッジ回路と、前記降圧用スイッチング素子と前記ブリッジ回路の入力側との間に接続された第1のリアクトルと、を有し、前記加熱用スイッチング素子をオン・オフさせて前記負荷に交流電流を供給するようにした誘導加熱装置において、
前記降圧チョッパを、
直流電圧源と、
前記直流電圧源の一端と前記ブリッジ回路との間に接続された前記降圧用スイッチング素子及び第2のリアクトルの直列回路と、
前記降圧用スイッチング素子と前記第2のリアクトルとの接続点と前記直流電圧源の他端との間に接続され、かつ、前記降圧用スイッチング素子の通流方向に対して逆方向となるダイオードと、
により構成し、
前記電流形インバータの正負電路を短絡するサイリスタを備え、
前記直流電圧源から前記負荷への給電を停止する時に、
前記降圧用スイッチング素子をオフすると同時に、前記サイリスタをオン状態とすることを特徴とする誘導加熱装置。
A load comprising a step-down chopper having a step-down switching element, a current source inverter connected to the output side of the step-down chopper, and an output side of the current source inverter, and a parallel resonance circuit of a resonance capacitor and a heating coil. And an induction heating device comprising
The current source inverter includes a series circuit of a heating switching element and a reverse blocking diode on each side, and a bridge circuit in which the load is connected to the output side, the step-down switching element, and the input side of the bridge circuit An induction heating device for turning on and off the heating switching element to supply an alternating current to the load ;
The step-down chopper
A DC voltage source,
A series circuit of the step-down switching element and the second reactor connected between one end of the DC voltage source and the bridge circuit;
A diode connected between a connection point of the step-down switching element and the second reactor and the other end of the direct current voltage source and in a reverse direction to the flow direction of the step-down switching element; ,
Configured by
A thyristor for shorting positive and negative current paths of the current source inverter;
When stopping the power supply from the DC voltage source to the load,
An induction heating apparatus characterized in that the thyristor is turned on at the same time as the step-down switching element is turned off .
請求項1または2に記載した誘導加熱装置において、
前記第1のリアクトルと前記第2のリアクトルとを兼用したことを特徴とする誘導加熱装置。
In the induction heating device according to claim 1 or 2,
An induction heating apparatus characterized in that the first reactor and the second reactor are used in common .
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