[发明专利]感应加热装置、感应加热装置的控制方法以及控制程序

说明书

技术领域

本发明涉及具有向感应加热线圈提供高频电力的逆变装置的感应加热装置、感应加热装置的控制方法以及控制程序。

背景技术

在对钢坯（billet：铸锭）进行锻造、压制和推出而精加工成各种产品之前，例如需要将钢坯加热到稳定温度1250℃使其软化。在要用单一的线圈将棒状的钢坯保持在稳定温度时，温度分布变得不均匀，因此在准备（stand by）时、从准备时转移到通常加热时等，有时会产生没有在过渡时变成预定温度的无用的烧制材料。此外，在要将两端部保持在稳定温度时，中央部变成高温，有时炉自身也会熔化。因此，在加热中采用感应加热装置，该感应加热装置将感应加热线圈分割成多个，按照分割而成的每个感应加热线圈单独地连接高频电源（例如逆变器）而进行电力控制。

但是，分割而成的各个感应加热线圈彼此靠近，以防止感应加热线圈间的温度降低，因此存在互感M，成为产生互感电压的状态。因此，各逆变器成为经由互感M而并联运转的状态，在逆变器彼此之间电流相位存在偏差的情况下，有时在逆变器彼此之间发生电力交换。即，由于各逆变器的电流相位的偏差，在分割而成的感应加热线圈之间，磁场产生相位差，因此在相邻的感应加热线圈的边界附近磁场减弱，基于感应加热电力的发热密度下降。结果，有可能在被加热物（钢坯或晶片等）的表面产生温度不均。

因此，由发明人等提出了如下的“区域控制感应加热（Zone Controlled Induction Heating：ZCIH）”的技术：即使在相邻的感应加热线圈之间存在互感M而产生互感电压的状况下，也能够使得在逆变器彼此之间不流过循环电流，并且使得发热密度不会在分割而成的感应加热线圈的边界附近下降，从而进行感应加热电力的适当控制。根据该ZCIH技术，各电源单元分别构成为具备降压斩波器和电压形逆变器（以下，简称作逆变器）。并且，被分割成多个电力供给区域的各电源单元单独地与分割而成的各个感应加热线圈连接而进行电力供给。

此时，各电源单元中的各个逆变器被进行电流同步控制（即电流相位的同步控制），使流过各逆变器的电流相位一致，从而使得在多个逆变器彼此之间不流过循环电流。换言之，使得在多个逆变器之间不会发生电流交换，从而使得不会由于流入逆变器的再生电力而产生过电压。另外，逆变器通过使流过分割而成的各个感应加热线圈的电流相位一致，使得基于感应加热电力的发热密度不会在各感应加热线圈的边界附近急剧下降。

而且，各降压斩波器改变各个逆变器的输入直流电压，从而进行各逆变器的电流振幅控制，进行向各感应加热线圈供给的感应加热电力的控制。即，专利文献1公开的ZCIH技术通过按照每个降压斩波器进行电流振幅控制，从而按照每个区域进行感应加热线圈的电力控制，并通过各逆变器的电流同步控制，实现了多个逆变器彼此之间的循环电流的抑制和各感应加热线圈的边界附近基于感应加热电力的发热密度的均匀化。使用这样的ZCIH技术，降压斩波器的控制系统和逆变器的控制系统进行单独的控制，从而能够任意地控制被加热物上的发热分布。即，通过专利文献1公开的ZCIH技术，能够进行快速且精密的温度控制以及温度分布控制。

专利文献1中记载的技术公开有逆变器电路，在该逆变器电路中，与加热线圈串联地连接谐振电容器而构成电流谐振逆变装置，并且，将单一的整流装置（斩波器）作为供给直流电力的电源连接到多个谐振型逆变装置，通过改变公共施加到多个谐振型逆变装置的电源电压，增长矩形波电压的上升定时与谐振电流的过零定时之间的相位差，实现ZVS（Zero Voltage Switching：零电压开关动作），从而减少了整流二极管的恢复损耗。

此外，在专利文献2中公开有向与多个感应加热线圈单独地连接的逆变器同时供给直流电力而使多个感应加热线圈同时工作的技术。该技术是如下技术：求出使额定输出电流运转时的额定时输出电压、和额定时电压下降与额定时感应电压之和的比为预定值以上的系数，以及此时的控制对象逆变器的额定时输出电压与额定输出电流之间的相位角，对控制对象逆变器的输出频率进行控制，使得任意运转时的控制对象逆变器能够得到求出的系数（在实施方式中是“2”）和相位角。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本特开2010-287447号公报

【专利文献2】日本特开2004-134138号公报

发明内容

发明要解决的课题