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技術 高周波電力負荷の電源投入方法とその方法を用いた高周波電力負荷の制御装置

出願人 シンフォニアテクノロジー株式会社
発明者 大島省三落合光敏寺下弘己
出願日 1995年10月13日 (24年8ヶ月経過) 出願番号 1995-290632
公開日 1997年5月2日 (23年2ヶ月経過) 公開番号 1997-117155
状態 未査定
技術分野 誘導加熱一般 交流の給配電 インバータ装置 電力変換一般
主要キーワード 高周波負荷 手動操作盤 電気的振動 限流抵抗器 直列コイル 所定抵抗値 電源投入スイッチ 進相用コンデンサ
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この項目の情報は公開日時点(1997年5月2日)のものです。
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図面 (5)

課題

安定な電源投入を可能にするために、限流機能を用いた高周波電力負荷電源投入方法と、その方法を用いた高周波電力負荷の電源回路を提供する。

解決手段

電源投入スイッチ投入所定時間前に、限流機能を設けたスイッチを投入して所定量の電流を高周波電力負荷に供給するようにした。この場合、限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の電源回路においては、電源投入用の第1のスイッチ4に対して限流抵抗器11と第2のスイッチ10とを直列に接続したものを並列に接続し、高周波電力負荷3Aの電源投入時には、第2のスイッチ10を投入した後、所定時間後に第1のスイッチ4を投入する機能を設けるように構成すれば良い。

概要

背景

高周波電力負荷として一般に使用されている高周波炉に対する電力回路は、例えば、図3に示すように構成されている。図3において、1は電力負荷設備する電力需要家構内配電線である。構内配電線1から断路器2を経由して商用周波数電力を高周波電力に変換するインバータ3に対する電源切り用のスイッチ4、トランス5が接続されている。インバータ3から出力される高周波電力は高周波電力負荷である高周波炉3Aに供給される。高周波電力負荷に供給する配電線電圧は一般に高圧なので、スイッチ4には真空スイッチが使用され、トランス5によって所定電圧降圧している。また、インバータ3には商用周波数を直流に変換するコンバータ機能を備えている。断路器2は高周波電力負荷が休止中に断路器2以降の電圧を除く必要のあるときに断路する。インバータ3の前には、進相用コンデンサ6とインバータ3で作成する高周波成分がノイズとして商用周波数の構内配電線1に漏れることを防止するフィルタ7が接続されている。また進相用コンデンサ6にはスイッチ4の投入時に発生する過渡現象等による過電流が、この進相用コンデンサ6に流入することを防止するために、コイル8が直列に接続されている。

概要

安定な電源投入を可能にするために、限流機能を用いた高周波電力負荷の電源投入方法と、その方法を用いた高周波電力負荷の電源回路を提供する。

電源投入スイッチの投入所定時間前に、限流機能を設けたスイッチを投入して所定量の電流を高周波電力負荷に供給するようにした。この場合、限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の電源回路においては、電源投入用の第1のスイッチ4に対して限流抵抗器11と第2のスイッチ10とを直列に接続したものを並列に接続し、高周波電力負荷3Aの電源投入時には、第2のスイッチ10を投入した後、所定時間後に第1のスイッチ4を投入する機能を設けるように構成すれば良い。

目的

図4に示すような電力系統状況において、高周波電力負荷装置を備えた需要者24が、その高周波電力負荷装置を稼働するために図3に示したスイッチ4を投入すると、トランス5に高調波成分を含んだ励磁電流が流れ、進相用コンデンサ6、フィルタ7に突入電流が流れる。ところで、高周波電力負荷装置である高周波炉を備えた多くの中小鋳物業者は、その作業に伴って発生する粉塵騒音公害問題になることを避けるために民家から離れた山間部に工場を設置している。従って、このような山間部に設置される工場に電力を送る系統22は当然距離が長くなり、インピーダンス22aが含むL成分もC成分も大きくなる。このような距離の長い系統22の先に接続された工場でスイッチ4が投入されてトランス5、進相用コンデンサ6、フィルタ7に対する過渡的な突入電流が流れると、過渡電流を含む高周波成分が、系統22の有するL成分とC成分等で共振して大電流を発生し、系統22の電圧が局部的に上昇して、系統22の回線に接続された需要者の受電装置等に設けた漏電ブレーカ過電圧を検出してトリップする場合があった。従って、山間部に工場を設置して高周波炉を備えた鋳物業者等を需要者にしている電力事業者等から、スイッチの投入によっても系統に悪影響を発生させない適切な手段が要望されていた。本発明は、上記の問題点を解決して安定な電源投入を可能にするために、限流機能を用いた高周波電力負荷の電源投入方法と、限流機能として限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の電源回路を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

高周波電力負荷電源回路において、電源投入スイッチ投入所定時間前に、電流制限機能を設けたスイッチを投入して、所定量の電力を当該高周波電力負荷に供給するようにしたことを特徴とする高周波電力負荷の電源投入方法

請求項2

高周波電力負荷に対する電源投入用の第1のスイッチに対して限流抵抗器と第2のスイッチを直列に接続したものを並列に接続し、当該高周波電力負荷の電源投入時には、前記第2のスイッチを投入した後、所定時間後に前記第1のスイッチを投入する機能を設けるようにしたことを特徴とする限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の制御装置

技術分野

0001

この発明は、高周波電力負荷電源投入方法とその電源投入方法を用いた制御装置係り、特に、高周波炉インバータ等の高周波電力負荷の電源投入に最適な限流機能を用いた高周波電力負荷の電源投入方法と限流機能として限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の制御装置に関する。

背景技術

0002

高周波電力負荷として一般に使用されている高周波炉に対する電力回路は、例えば、図3に示すように構成されている。図3において、1は電力負荷設備する電力需要家構内配電線である。構内配電線1から断路器2を経由して商用周波数電力を高周波電力に変換するインバータ3に対する電源切り用のスイッチ4、トランス5が接続されている。インバータ3から出力される高周波電力は高周波電力負荷である高周波炉3Aに供給される。高周波電力負荷に供給する配電線電圧は一般に高圧なので、スイッチ4には真空スイッチが使用され、トランス5によって所定電圧降圧している。また、インバータ3には商用周波数を直流に変換するコンバータ機能を備えている。断路器2は高周波電力負荷が休止中に断路器2以降の電圧を除く必要のあるときに断路する。インバータ3の前には、進相用コンデンサ6とインバータ3で作成する高周波成分がノイズとして商用周波数の構内配電線1に漏れることを防止するフィルタ7が接続されている。また進相用コンデンサ6にはスイッチ4の投入時に発生する過渡現象等による過電流が、この進相用コンデンサ6に流入することを防止するために、コイル8が直列に接続されている。

発明が解決しようとする課題

0003

ところで、このような高周波炉を備えた需要家に対する配送ラインは、例えば、図4に示すように構成されている。図4において、電力事業者送電線20は変電所21を経由し、配電線(以下系統と称す)22で一般需要家配電される。23は系統22に接続される通常の電力設備を備えた需要者を集中して示しており、高周波炉等の高周波電力負荷装置を備えた需要者24においては、受電設備25を経由して、高周波電力負荷装置26とその他の電力負荷装置27に接続されている。系統22に記した22aは系統(配電線)22の持つ分布定数によって形成されるインピーダンスを等価的な集中定数としてのLとCで示したものである。

0004

図4に示すような電力系統状況において、高周波電力負荷装置を備えた需要者24が、その高周波電力負荷装置を稼働するために図3に示したスイッチ4を投入すると、トランス5に高調波成分を含んだ励磁電流が流れ、進相用コンデンサ6、フィルタ7に突入電流が流れる。ところで、高周波電力負荷装置である高周波炉を備えた多くの中小鋳物業者は、その作業に伴って発生する粉塵騒音公害問題になることを避けるために民家から離れた山間部に工場を設置している。従って、このような山間部に設置される工場に電力を送る系統22は当然距離が長くなり、インピーダンス22aが含むL成分もC成分も大きくなる。このような距離の長い系統22の先に接続された工場でスイッチ4が投入されてトランス5、進相用コンデンサ6、フィルタ7に対する過渡的な突入電流が流れると、過渡電流を含む高周波成分が、系統22の有するL成分とC成分等で共振して大電流を発生し、系統22の電圧が局部的に上昇して、系統22の回線に接続された需要者の受電装置等に設けた漏電ブレーカ過電圧を検出してトリップする場合があった。従って、山間部に工場を設置して高周波炉を備えた鋳物業者等を需要者にしている電力事業者等から、スイッチの投入によっても系統に悪影響を発生させない適切な手段が要望されていた。本発明は、上記の問題点を解決して安定な電源投入を可能にするために、限流機能を用いた高周波電力負荷の電源投入方法と、限流機能として限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の電源回路を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記課題を解決するために、本発明に基づく高周波電力負荷の電源投入方法においては、その電源回路において、電源投入スイッチの投入所定時間前に、限流機能を設けたスイッチを投入して所定量の電流を高周波電力負荷に供給するようにした。この場合、限流抵抗器を用いた高周波電力負荷の電源回路は、電源投入用の第1のスイッチに対して限流抵抗器と第2のスイッチを直列に接続したものを並列に接続し、高周波電力負荷の電源投入時には、第2のスイッチを投入した後、所定時間後に第1のスイッチを投入する機能を設けるように構成すれば良い。

0006

上述のような方法にし、また構成すると、高周波電力負荷を稼働させる場合に、先ず、限流機能、例えば限流抵抗器を直列に接続した第2のスイッチが投入されるので、過渡的な突入電流の最大値が少なくなり、系統に発生する振動電圧振幅は小さく、さらに、限流抵抗器によって吸収されるので振動は早く減衰する。振動が所定値以上減衰した後、第1のスイッチを投入すれば系統に影響する振動はほとんど発生しない。従って、限流機能、例えば限流抵抗器の抵抗値と第2のスイッチ投入から第1のスイッチ投入までの時間を適切に設定することによって、漏電ブレーカがトリップする等系統に悪影響を及ぼさなくなる。

発明を実施するための最良の形態

0007

本発明に基づく最適な実施の形態を図1によって説明する。図1は高周波電力装置の1例である高周波炉の電源回路の概念を示していて、従来の技術で説明したものと相当又は同一の要素機能は、図3と同一の符号を使用している。図1において、スイッチ(以降第1のスイッチと称す)4に並列に第2のスイッチ10と所定抵抗値抵抗器(限流抵抗器と称す)11の直列接続回路が並列に接続されている。また、12はこの高周波炉の制御装置であって、12Aは制御装置12の手動操作盤、12aは詳細を後述する所定値に設定されたタイマー機能である。制御装置12からは第1のスイッチ用信号線4aが第1のスイッチ4の操作機能に接続し、第2のスイッチ用信号線10aが第2のスイッチ10の操作機能に接続している。上述した限流抵抗器11の抵抗値とタイマー機能12aの設定タイム値は後述する機能に対応させて予め適切に設定されている。

0008

上述の回路において、断路器2は予め投入され閉回路を形成している。開路されている場合は、高周波炉を稼働させる前に予め投入される。この高周波炉を稼働させるために、操作員が制御装置12の手動操作盤12Aに設けた始動スイッチ(図示せず)を操作すると、制御装置12に予め設定された機能によってタイマー機能12aがセットされ、第2のスイッチ用信号線10aから操作信号が出力して第2のスイッチ10が投入される。従って、系統(図4に示した22)の電圧と限流抵抗器11の抵抗値、進相用コンデンサ6とコイル8とを直列接続したインピーダンス、フィルタ7のインピーダンス等によって定まる過渡電流と、トランス5の励磁電流との加算値が、第2のスイッチ10を介して構内配電線1、即ち、系統(図4に示した22)から前述した夫々の要素機能に流入する。しかしながら、限流抵抗器11の抵抗値によって、従来のように大きな電気的振動が系統22に発生しないので、漏電ブレーカがトリップする等系統に悪影響を及ぼすことはない。また、発生した電気的振動も限流抵抗器11によって消費されて早く減衰する。

0009

第2のスイッチ10が投入された後、タイマー機能12aに予め設定された時間経過すると、第1のスイッチ用信号線4aに操作信号が出力されて第1のスイッチ4を投入する。従って、系統22から供給される交流電圧はトランス5によって所定の電圧に変換され、インバータ3で所定周波数交流に変換されて高周波炉3Aに供給され所定の作業が実行される。また、第1のスイッチ4を投入後、制御装置12に予め設定された機能によって第2のスイッチ用信号線10aからの操作信号が無くなり、第2のスイッチ10は開放される。従って、系統22から供給される交流電圧はトランス5によって所定の電圧に変換され、インバータ3で所定周波数の交流に変換されて高周波炉3Aに供給され所定の作業が実行される。

0010

上述の働きを実行するコンピュータタイムフロー例を図2に示している。装置(高周波炉等の高周波電力負荷装置)の始動操作をすると(ステップ1)、第2のスイッチ10が投入され(ステップ2)タイマー機能12aがスタートする(ステップ3)。タイマー機能12aの値が設定値になると、第1のスイッチ4が投入されて(ステップ4)高周波電力負荷装置が稼働を開始し(ステップ5)、第2のスイッチ10が開放される(ステップ6)。なお、上述した符号は図1に対応し、タイムフローに記した名称には簡略化したものがある。

0011

本発明は上述の実施の形態で示す構成に限定されるものではない。例えば、図1の説明ではコイル8を直列に接続した進相用コンデンサ6が回路に接続されている例について説明したが、高周波炉等の高周波負荷装置の条件等に対応して進相用コンデンサ6に直列コイル8が設けられていない場合、進相用コンデンサ6が設けられていない場合等があるが、いずれの場合にも対応させて上述した限流抵抗器11の抵抗値、及び/又はタイマー機能12aの設定値を適切に設定すれば良い。また、上述の説明には第1のスイッチ4の投入後、第2のスイッチ10を開放するように説明したが、高周波負荷装置の稼働完了時に第1のスイッチ4を開放する前に、第2のスイッチ10を開放するようにしても良いことも当然である。本発明は上述のように、第2のスイッチ10の投入時に電流値は少なく、両端の電圧がゼロの状態で開放するので、第1のスイッチ4に真空スイッチを使用するような場合にも、条件に対応して、第2のスイッチ10には、真空スイッチではなく通常のスイッチを使用するようにしても良い。また、図1によって説明した制御装置の構成は1例であって、高周波電力負荷装置の電源回路条件と本来の制御装置に設けた機能等に対応して、高周波電力負荷の電源投入時には、限流機能を電源回路との間に接続した後、所定時間後に電源を投入するようにすれば、その他の回路構成や制御装置であっても良いことは当然である。また、第2のスイッチ10に直列に接続した限流機能は抵抗器を例にして説明したが、系統や負荷回路の条件等に対応して、第2のスイッチ投入時の過渡的な電流を制限できれば、抵抗器以外の機能素子を使用する等適切な対策をすれば良いことも当然である。また、本発明は上述した高周波炉のような高周波電力負荷装置に限らず、始動時のスイッチ投入において、過渡現象によって、系統に振動が発生して悪影響を生じるような負荷装置の電源投入機能に適用しても良いことも当然である。

発明の効果

0012

本発明の高周波電力負荷の電源投入方法とその方法を用いた高周波電源負荷の制御装置は、上述のような方法とし、また構成としたので、高周波炉等の高周波電力負荷装置に対する電源投入時に、回路のもつ部品として集中し、又は分布するL成分やC成分による共振現象によって系統等に発生する高周波電流値(電圧値)は小さく、また、早く減少する。従って、漏電ブレーカをトリップする恐れがなくなると共に、その他、この系統に接続される機器、装置への悪影響も防止できるという優れた効果を有する。

図面の簡単な説明

0013

図1本発明に基づく、高周波電力負荷装置の系統電力供給回路と電源回路等の構成を説明する概要ブロック図である。
図2本発明に基づく、コンピュータで制御装置を構成した高周波電力負荷装置を始動させた場合の概略タイムフロー図である。
図3従来の高周波電力装置の系統電力供給回路の構成を説明する概要ブロック図である。
図4従来例を説明する高周波電力装置に接続する系統図である。

--

0014

1:構内配電線
2:断路器
3:インバータ
3A:高周波炉(高周波電力負荷装置)
4:第1のスイッチ
5:トランス
6:進相用コンデンサ
7:フィルタ
8:コイル
10:第2のスイッチ
11:限流抵抗器(限流機能)
12:制御装置
12A:操作盤
12a:タイマー機能
22:配電線(系統)
23:通常負荷の需要者
24:高周波炉等の高周波電力負荷装置を備えた需要者

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