電力処理装置
【課題】電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置を提供する。
【解決手段】誘導加熱用コイル部Ｌおよび共振用コンデンサ部Ｃが直列に接続されて成る電子抵抗器１に交流電流を供給するインバータ回路２を制御する制御回路３で構成され、インバータ回路２は、２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、およびスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が直列に接続されたブリッジ回路２ａ、２ｂが直流母線間に並列に２個接続されて形成され、制御回路３は、インバータ回路２の入力電力の大きさに応じて電子抵抗器１の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路２ａ、２ｂの各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路２ａの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路２ｂの一方のスイッチング素子Ｓ４をオン状態に他方のスイッチング素子Ｓ３をオフ状態に固定して制御する。
【解決手段】誘導加熱用コイル部Ｌおよび共振用コンデンサ部Ｃが直列に接続されて成る電子抵抗器１に交流電流を供給するインバータ回路２を制御する制御回路３で構成され、インバータ回路２は、２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、およびスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が直列に接続されたブリッジ回路２ａ、２ｂが直流母線間に並列に２個接続されて形成され、制御回路３は、インバータ回路２の入力電力の大きさに応じて電子抵抗器１の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路２ａ、２ｂの各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路２ａの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路２ｂの一方のスイッチング素子Ｓ４をオン状態に他方のスイッチング素子Ｓ３をオフ状態に固定して制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力処理装置は、スイッチング損失を調整するためスイッチング周波数が一定の条件でゼロ電流スイッチングがなされている。そして、負荷の温度を検出し、インバータ回路のスイッチング周波数を調整している。このように、加熱部材の温度上昇を検知して、加熱部材の過昇温を未然に回避することができ、さらに、電力供給を維持するようスイッチング周波数を制御して加熱部材をウォームアップ終了温度まで昇温する。そして、スイッチング周波数を共振周波数近傍で調整して出力電力量を調整している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号 ＷＯ２００４／０７４９４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力処理装置は、インバータ回路の出力電圧の通電率を調整し出力電力を調整していた。しかし、従来の場合、共振スイッチング状態から外れてしまうためスイッチングによる損失が発生するため、インバータ回路の放熱も必要となってしまう。このため、駆動するためのインバータ回路にも大きな損失が生じてしまい、誘導加熱の特徴である出力電力のほとんどを誘導加熱により消費するという特徴が失われてしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、常に共振スイッチング状態で操作するために、入力電圧や、入力電力の値に合わせて間欠的に電子抵抗器を動作していた。よって、電子抵抗器の抵抗値が入力電力値と見合わない場合、外部に雑音など悪影響が生じてしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置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】
【０００７】
この発明は、誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
制御回路は、インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて主回路の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電力処理装置は、誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
制御回路は、インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて主回路の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するので、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電力処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２の電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【図５】コイルの周波数特性を示した図である。
【図６】図４に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３の他の電力処理装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４の電力処理装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における電力処理装置の構成を示す図、図２は図１に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形（実施の形態１の駆動方法）を説明するための図である。図において、誘導加熱用コイル部Ｌおよび共振用コンデンサ部Ｃが直列に接続されて成る主回路としての電子抵抗器１と、電子抵抗器１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備えている。そして、インバータ回路２は、２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が直列に接続されたブリッジ回路２ａ、２ｂが直流母線間に並列に接続されて形成されている。
【００１１】
さらに、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧または入力電力の大きさに応じて電子抵抗器１の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路２ａ、２ｂの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフを行い制御する（以下、この制御を第１の制御と称する）か、一方のブリッジ回路２ａの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路２ｂの一方のスイッチング素子Ｓ４をオン状態に他方のスイッチング素子Ｓ３をオフ状態に固定して制御する（以下、この制御を第２の制御と称する）。具体的には、制御回路３は、入力電圧値Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きい場合には、第１の制御を行い、第１の指示値Ｖ１より小さい場合には、第２の制御を行うものである。このように、制御回路３は、入力電圧Ｖ０の大きさにより、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４へ駆動信号を適宜出力し、インバータ回路２を動作させ電子抵抗器１を駆動する。インバータ回路２のスイッチング周波数は、インバータ回路２の損失を抑えるために電子抵抗器１で定められる共振周波数でスイッチングされる。
【００１２】
尚、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４や、他のインバータ回路２または電子抵抗器１または制御回路３内の半導体素子として、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴなどＳｉよりワイドバンドギャップの大きなワイドバンドギャップ半導体素子を用いることにより、通常のシリコン半導体素子と比較すると、電流導通時のロスを抑えるものである。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１３】
図２は図１に示した電力処理装置の動作におけるインバータ回路の出力電流波形の変化を示す。尚、実際の出力電流は回路構成を変更した瞬間に乱れが生じ、共振周波数以上の周波数でスイッチングが行われるが、この問題に対する対策として、共振１周期単位でスイッチングを停止するか動作するか判断するように動作判断のタイミングや検出遅れ時間を設けることや、動作開始電圧指示値より動作停止電圧指示値を低く設定するなど指示値にヒステリシスを設け対応することとする。そしてこの現象は、本発明の特徴を説明するうえにおいて、問題としないため図示しないこととする。また、この現象は以下の実施の形態においても同様のことが言えるため、その説明は適宜省略する。
【００１４】
次に上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置の動作について説明する。まず、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は大きなものとなる。
【００１５】
次に、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は小さなものとなる。
【００１６】
尚、ここではこの第２の制御を、インバータ回路２のブリッジ回路２ａを動作させる場合について説明したが、これに限られることはなく、例えば、ブリッジ回路２ｂのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオンオフ制御し、ブリッジ回路２ｂのスイッチング素子Ｓ２はオン状態、スイッチング素子Ｓ１はオフ状態とする動作モードを採用しても、上記に示した場合と同様に行うことができる。また、このことは以下の実施の形態においても同様であるためその説明は適宜省略する。
【００１７】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。
【００１８】
また、入力電力が大きくなりインバータ回路２が、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加する第２の制御による駆動のみでは、電子抵抗器１にて電力が消費しきれなくなり、検出電圧Ｖ０が上昇し第１の指示値Ｖ１以上になった場合、再び、インバータ回路２を第１の制御の駆動に変更して、電子抵抗器１で消費する電力を大きくなるように制御する。
【００１９】
尚、ここで設定された第１の指示値Ｖ１とは、インバータ回路２を第１、第２の制御の制御方式の切り替える（以下、このことを切り替え方式と称する）切り替え方式を行うために設定された電圧値で、この第１の指示値Ｖ１の電圧値は電力処理装置に使用されるコンデンサや半導体素子など機器を構成する部品になどにより適宜決定されるものである。具体的には、第１の指示値Ｖ１は使用している半導体素子やコンデンサ電圧の定格の８０％以上など部品の定格による制限値か、もしくは、入力電力が大きくなり、切り替え方式を変化させても可聴周波数で電子抵抗が間欠運転を行わない入力電力値になる値などを設定することが考えられる。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置は、入力電圧の大きさに応じて、電子抵抗器を駆動させるインバータ回路の制御方式を変更することにより、高負荷時には電子抵抗器の両電極に正負の電圧、低負荷時には正方向のみの電圧を印加して、電子抵抗器に印加される電圧を調整することにより電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。このように行えば、高負荷時の消費電力に比較して、低負荷時の消費電力は１／４となる。よって、従来のような間欠的動作が不要となり電子抵抗器で発生していた音鳴りを抑制することができる。
【００２１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では常にインバータ回路２のスイッチング周波数は電子抵抗器１の共振周波数と一致させ、インバータ回路２はゼロ電流スイッチングが行われ、入力電圧の大きさによりインバータ回路２の切り替え方式による制御により対応していたが、本実施の形態２では上記実施の形態１に加えて、入力電圧の大きさにより、インバータ回路２は電子抵抗器１の間欠運転を行い微調整を行うものである。尚、電力処理装置の構成自体は上記実施の形態１と同様であるため、図１に基づいて説明する。
【００２２】
図３はこの発明の実施の形態２のインバータ回路の出力電流波形（実施の形態２の駆動方法）を説明するための図である。まず、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きい場合であり、制御回路３は、上記実施の形態１と同様に、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は大きなものとなる。次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０の大きさに伴い、電子抵抗器１を間欠運転するために駆動信号の通電率を下げて電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。
【００２３】
そして、その通電率が１／４以下になると、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さな値となった判断して、制御回路３は、上記実施の形態１と同様に、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は小さなものとなる。さらに、制御回路３は入力電圧が下がると、インバータ回路２のこの第２の制御の状況での通電率を下げて電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。
【００２４】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。このような、通電率による制御と、切り替え方式による制御とを組み合わせ、例えば４周期をひとつのまとまりとして制御する場合、通電率の制御は８段階にて、切り替え方式の制御は２段階にて調整することができるので、計１６段階の電子抵抗器の消費電力の調整を行うことができることとなる。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、通電率を制御することにより、消費電力をより細かく調整することできる。
【００２６】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図、図５はコイルの周波数特性を示した図、図６は図４に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図、図７はこの発明の実施の形態３の他の電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して省略する。また、インバータ回路２の構成は上記各実施の形態と同様である（図１を参照）。
【００２７】
上記実施の形態２は上記実施の形態１の制御に加えて、電子抵抗器１の通電率を変化させて調整する例を示したが、本実施の形態３では、上記実施の形態１の制御に加えて、共振用コンデンサ部Ｃを複数のコンデンサＣ１、Ｃ２にて構成し、それぞれをオンオフするスイッチＳ５、Ｓ６を備える。そして、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変化し共振周波数を変化させ、インバータ回路２の出力周波数を共振周波数の変化に応じて変化させ、電子抵抗器１の抵抗値を変化させる場合について説明する。また、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの容量は異なるものを用いてもよい。ここでは例えば、コンデンサＣ２＞コンデンサＣ１の容量を有するものとする。
【００２８】
まず、コイルの周波数特性を図５に基づいて説明する。図に示すように、コイルの周波数特性は、コイルが周波数ｆ１で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ１となり、周波数ｆ２で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ２となる。そして、コイルを駆動する周波数を大きくした場合、そのインダクタンス値は小さくなり、抵抗値は大きくなる傾向がある。
例えば、周波数ｆ２の場合、抵抗値Ｒ２となるため電子抵抗器１に印加される電圧がＶの場合、電子抵抗器１で消費される電力Ｐ２は、
Ｐ２＝Ｖ２／Ｒ２
となる。
【００２９】
周波数ｆ１の場合、抵抗値Ｒ１となるため電子抵抗器１に印加される電圧Ｖが変わらない（切り替え方式が変わらない）場合、電子抵抗器１で消費される電力Ｐ１は、
Ｐ１＝Ｖ２／Ｒ１
となる。よって、Ｒ１＜Ｒ２であるため、Ｐ１＜Ｐ２であることが明らかであり、周波数を変化させることにより電子抵抗器１における消費電力を調整することができる。このため周波数の違いによる抵抗値の変化を切り替え方式の変更時の例えば１／４以下になるように設定することでより細かな電力調整を行うことができる。
【００３０】
よって、電子抵抗器１に入力される電力、もしくは入力電圧値が大きい場合には、コイルを駆動する周波数を小さく（低周波駆動）して抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。一方、電子抵抗器１に入力される電力、もしくは入力電圧値が小さい場合には、コイルを駆動する周波数を大きく（高周波駆動）して抵抗値を上げ、消費される電力を小さくする。尚、複数のコンデンサを用いて調整する方法を示したが、これに限られることはなく、可変容量コンデンサ（バリアブルコンデンサ）を用いて容量を変化させてもよい。
【００３１】
次に上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置の動作について説明する。まず、入力電圧Ｖ０が第２の指示値Ｖ２より大きな値を示した場合、制御回路３は、上記各実施の形態と同様に、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）し、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。
【００３２】
そして、電力処理装置１０に入力される入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きく第２の指示値Ｖ２よりが小さい場合、インバータ回路２は第１の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きく（高周波駆動）することにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００３３】
次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さく第３の指示値Ｖ３より大きな値を示した場合、制御回路３は、上記各実施の形態と同様に、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さくする（低周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、第２の制御状態においては、消費される電力が大きくなる。
【００３４】
次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第３の指示値Ｖ３より小さな値を示した場合、インバータ回路２を第２の制御により駆動するとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００３５】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。
【００３６】
上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、電子抵抗器の抵抗値を制御することにより、消費電力をより細かく調整することできる。
【００３７】
尚、上記実施の形態３では、共振用コンデンサ部Ｃの接続方法は、２方法にて接続して２段階に制御する例を示したが、これに限られることはなく、コンデンサＣ１、Ｃ２を並列に接続する場合を追加して、３方法にて接続して３段階にて制御する例も考えられる。このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００３８】
また、電子抵抗器１の抵抗値を、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更して、共振周波数を変更することにより対応する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図７に示すように、誘導加熱用コイル部Ｌを複数のコイルＬ１、Ｌ２にて形成し、それぞれをオンオフするスイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９を備え、これらをオンオフすることにより、Ｌ１，Ｌ２の接続方法を直列、並列、単体使用と誘導加熱用コイル部Ｌのコイル構成を変更することにより、電子抵抗器１の抵抗値を変更して対応するようにしても、上記コンデンサの場合と同様に調整することが可能である。
【００３９】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４における電力処理装置を用いたシステムの構成を示した図、図９は図８に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。上記各実施の形態では、電力処理装置の入力電圧を検出し動作させていたが、本実施の形態４では外部回路による検出値を基に電子抵抗器の駆動方法を変化させる場合について説明する。
【００４０】
図において、入力系統に接続されたコンバータ１１と、コンバータ１１の出力側に接続されたコンデンサ１２と、コンバータ１１の出力側にコンデンサ１２を介し接続されたインバータ１４と、インバータ１４の出力側に接続されたモータ１５とを有するシステムである。そして、電力処理装置１０は、コンデンサ１２の両端に接続されている。そして、コンバータ１１とインバータ１４との間にはインバータ１４から回生される電力を測定するための電力計１３が配設され、電力処理装置１０内のインバータ回路および制御回路には入力電圧Ｖ０と電力計１３の検出値Ｗ０とが入力されている。尚、電力処理装置１０の構成は上記実施の形態３に示した図４の構成が採用されているものとする。
【００４１】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置１０の動作について説明する。ここでは、電力処理装置１０は入力電圧Ｖ０の大きさに応じて動作のオン／オフを決定し、駆動方法は電力計１３の検出値Ｗ０に従い制御する場合を想定する。まず、検出値Ｗ０が第２の指示値Ｗ２より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）し、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。
【００４２】
そして、電力処理装置１０に入力される検出値Ｗ０が第１の指示値Ｗ１より大きく第２の指示値Ｗ２よりが小さい場合、インバータ回路２は第１の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）することにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００４３】
次に、制御回路３は、検出値Ｗ０が第１の検出値Ｗ１より小さく第３の検出値Ｗ３より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、第２の制御状態においては、消費される電力が大きくなる。
【００４４】
次に、制御回路３は、検出値Ｗ０が第３の検出値Ｗ３より小さな値を示した場合、制御回路３はインバータ回路２は第２の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００４５】
さらに、電力値Ｗ０が小さくなると、電力処理装置１０は入力電圧Ｖ０の大きさに応じて動作のオン／オフを繰り返し、電力処理装置を間欠的に動作させることにより消費電力を調整する。
尚、上記実施の形態４では電力計１４を用いて電力処理装置１０の制御を行う例を示したが、これに限られることはなく、電力計１４の代わりに電圧計と電流計とを用いて、入力電圧Ｖ０と検出値Ｉ０とを検出して電力処理装置１０を制御してもよい。
また本実施の形態では複数のコンデンサＣ１、Ｃ２を使用した例について説明したが、Ｃ１、Ｃ２の代わりに静電容量を変化させることのできる可変容量コンデンサを用いて、制御回路からの指示値に応じて上記コンデンサの容量と、電子抵抗器の駆動周波数を変化させることにより電力処理装置の抵抗値を調整してもかまわない。
【００４６】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置は、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、外部信号により制御することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電子抵抗器、２ インバータ回路、３ 制御回路、１０ 電力処理装置、
Ｃ 共振用コンデンサ部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ 誘導加熱コイル部、
Ｌ１，Ｌ２ コイル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力処理装置は、スイッチング損失を調整するためスイッチング周波数が一定の条件でゼロ電流スイッチングがなされている。そして、負荷の温度を検出し、インバータ回路のスイッチング周波数を調整している。このように、加熱部材の温度上昇を検知して、加熱部材の過昇温を未然に回避することができ、さらに、電力供給を維持するようスイッチング周波数を制御して加熱部材をウォームアップ終了温度まで昇温する。そして、スイッチング周波数を共振周波数近傍で調整して出力電力量を調整している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号 ＷＯ２００４／０７４９４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力処理装置は、インバータ回路の出力電圧の通電率を調整し出力電力を調整していた。しかし、従来の場合、共振スイッチング状態から外れてしまうためスイッチングによる損失が発生するため、インバータ回路の放熱も必要となってしまう。このため、駆動するためのインバータ回路にも大きな損失が生じてしまい、誘導加熱の特徴である出力電力のほとんどを誘導加熱により消費するという特徴が失われてしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、常に共振スイッチング状態で操作するために、入力電圧や、入力電力の値に合わせて間欠的に電子抵抗器を動作していた。よって、電子抵抗器の抵抗値が入力電力値と見合わない場合、外部に雑音など悪影響が生じてしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる電力処理装置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】
【０００７】
この発明は、誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
制御回路は、インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて主回路の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の電力処理装置は、誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
制御回路は、インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて主回路の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方のブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するので、電力を有効的に消費し、雑音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１の電力処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態２の電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図である。
【図５】コイルの周波数特性を示した図である。
【図６】図４に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３の他の電力処理装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４の電力処理装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における電力処理装置の構成を示す図、図２は図１に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形（実施の形態１の駆動方法）を説明するための図である。図において、誘導加熱用コイル部Ｌおよび共振用コンデンサ部Ｃが直列に接続されて成る主回路としての電子抵抗器１と、電子抵抗器１に交流電流を供給するインバータ回路２と、インバータ回路２を制御する制御回路３とを備えている。そして、インバータ回路２は、２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が直列に接続されたブリッジ回路２ａ、２ｂが直流母線間に並列に接続されて形成されている。
【００１１】
さらに、制御回路３は、インバータ回路２の入力電圧または入力電力の大きさに応じて電子抵抗器１の消費電力を変更するために、両ブリッジ回路２ａ、２ｂの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフを行い制御する（以下、この制御を第１の制御と称する）か、一方のブリッジ回路２ａの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフを行い制御するとともに他方のブリッジ回路２ｂの一方のスイッチング素子Ｓ４をオン状態に他方のスイッチング素子Ｓ３をオフ状態に固定して制御する（以下、この制御を第２の制御と称する）。具体的には、制御回路３は、入力電圧値Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きい場合には、第１の制御を行い、第１の指示値Ｖ１より小さい場合には、第２の制御を行うものである。このように、制御回路３は、入力電圧Ｖ０の大きさにより、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４へ駆動信号を適宜出力し、インバータ回路２を動作させ電子抵抗器１を駆動する。インバータ回路２のスイッチング周波数は、インバータ回路２の損失を抑えるために電子抵抗器１で定められる共振周波数でスイッチングされる。
【００１２】
尚、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４や、他のインバータ回路２または電子抵抗器１または制御回路３内の半導体素子として、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴなどＳｉよりワイドバンドギャップの大きなワイドバンドギャップ半導体素子を用いることにより、通常のシリコン半導体素子と比較すると、電流導通時のロスを抑えるものである。尚、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００１３】
図２は図１に示した電力処理装置の動作におけるインバータ回路の出力電流波形の変化を示す。尚、実際の出力電流は回路構成を変更した瞬間に乱れが生じ、共振周波数以上の周波数でスイッチングが行われるが、この問題に対する対策として、共振１周期単位でスイッチングを停止するか動作するか判断するように動作判断のタイミングや検出遅れ時間を設けることや、動作開始電圧指示値より動作停止電圧指示値を低く設定するなど指示値にヒステリシスを設け対応することとする。そしてこの現象は、本発明の特徴を説明するうえにおいて、問題としないため図示しないこととする。また、この現象は以下の実施の形態においても同様のことが言えるため、その説明は適宜省略する。
【００１４】
次に上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置の動作について説明する。まず、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は大きなものとなる。
【００１５】
次に、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は小さなものとなる。
【００１６】
尚、ここではこの第２の制御を、インバータ回路２のブリッジ回路２ａを動作させる場合について説明したが、これに限られることはなく、例えば、ブリッジ回路２ｂのスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオンオフ制御し、ブリッジ回路２ｂのスイッチング素子Ｓ２はオン状態、スイッチング素子Ｓ１はオフ状態とする動作モードを採用しても、上記に示した場合と同様に行うことができる。また、このことは以下の実施の形態においても同様であるためその説明は適宜省略する。
【００１７】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。
【００１８】
また、入力電力が大きくなりインバータ回路２が、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加する第２の制御による駆動のみでは、電子抵抗器１にて電力が消費しきれなくなり、検出電圧Ｖ０が上昇し第１の指示値Ｖ１以上になった場合、再び、インバータ回路２を第１の制御の駆動に変更して、電子抵抗器１で消費する電力を大きくなるように制御する。
【００１９】
尚、ここで設定された第１の指示値Ｖ１とは、インバータ回路２を第１、第２の制御の制御方式の切り替える（以下、このことを切り替え方式と称する）切り替え方式を行うために設定された電圧値で、この第１の指示値Ｖ１の電圧値は電力処理装置に使用されるコンデンサや半導体素子など機器を構成する部品になどにより適宜決定されるものである。具体的には、第１の指示値Ｖ１は使用している半導体素子やコンデンサ電圧の定格の８０％以上など部品の定格による制限値か、もしくは、入力電力が大きくなり、切り替え方式を変化させても可聴周波数で電子抵抗が間欠運転を行わない入力電力値になる値などを設定することが考えられる。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態１の電力処理装置は、入力電圧の大きさに応じて、電子抵抗器を駆動させるインバータ回路の制御方式を変更することにより、高負荷時には電子抵抗器の両電極に正負の電圧、低負荷時には正方向のみの電圧を印加して、電子抵抗器に印加される電圧を調整することにより電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。このように行えば、高負荷時の消費電力に比較して、低負荷時の消費電力は１／４となる。よって、従来のような間欠的動作が不要となり電子抵抗器で発生していた音鳴りを抑制することができる。
【００２１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では常にインバータ回路２のスイッチング周波数は電子抵抗器１の共振周波数と一致させ、インバータ回路２はゼロ電流スイッチングが行われ、入力電圧の大きさによりインバータ回路２の切り替え方式による制御により対応していたが、本実施の形態２では上記実施の形態１に加えて、入力電圧の大きさにより、インバータ回路２は電子抵抗器１の間欠運転を行い微調整を行うものである。尚、電力処理装置の構成自体は上記実施の形態１と同様であるため、図１に基づいて説明する。
【００２２】
図３はこの発明の実施の形態２のインバータ回路の出力電流波形（実施の形態２の駆動方法）を説明するための図である。まず、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きい場合であり、制御回路３は、上記実施の形態１と同様に、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は大きなものとなる。次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０の大きさに伴い、電子抵抗器１を間欠運転するために駆動信号の通電率を下げて電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。
【００２３】
そして、その通電率が１／４以下になると、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さな値となった判断して、制御回路３は、上記実施の形態１と同様に、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加されるため、電子抵抗器１の消費電力は小さなものとなる。さらに、制御回路３は入力電圧が下がると、インバータ回路２のこの第２の制御の状況での通電率を下げて電子抵抗器で消費される消費電力を調整する。
【００２４】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。このような、通電率による制御と、切り替え方式による制御とを組み合わせ、例えば４周期をひとつのまとまりとして制御する場合、通電率の制御は８段階にて、切り替え方式の制御は２段階にて調整することができるので、計１６段階の電子抵抗器の消費電力の調整を行うことができることとなる。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態２の電力処理装置は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、通電率を制御することにより、消費電力をより細かく調整することできる。
【００２６】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３の電力処理装置の構成を示す図、図５はコイルの周波数特性を示した図、図６は図４に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図、図７はこの発明の実施の形態３の他の電力処理装置の構成を示す図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して省略する。また、インバータ回路２の構成は上記各実施の形態と同様である（図１を参照）。
【００２７】
上記実施の形態２は上記実施の形態１の制御に加えて、電子抵抗器１の通電率を変化させて調整する例を示したが、本実施の形態３では、上記実施の形態１の制御に加えて、共振用コンデンサ部Ｃを複数のコンデンサＣ１、Ｃ２にて構成し、それぞれをオンオフするスイッチＳ５、Ｓ６を備える。そして、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変化し共振周波数を変化させ、インバータ回路２の出力周波数を共振周波数の変化に応じて変化させ、電子抵抗器１の抵抗値を変化させる場合について説明する。また、コンデンサＣ１、Ｃ２のそれぞれの容量は異なるものを用いてもよい。ここでは例えば、コンデンサＣ２＞コンデンサＣ１の容量を有するものとする。
【００２８】
まず、コイルの周波数特性を図５に基づいて説明する。図に示すように、コイルの周波数特性は、コイルが周波数ｆ１で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ１となり、周波数ｆ２で駆動したときの抵抗値は抵抗値Ｒ２となる。そして、コイルを駆動する周波数を大きくした場合、そのインダクタンス値は小さくなり、抵抗値は大きくなる傾向がある。
例えば、周波数ｆ２の場合、抵抗値Ｒ２となるため電子抵抗器１に印加される電圧がＶの場合、電子抵抗器１で消費される電力Ｐ２は、
Ｐ２＝Ｖ２／Ｒ２
となる。
【００２９】
周波数ｆ１の場合、抵抗値Ｒ１となるため電子抵抗器１に印加される電圧Ｖが変わらない（切り替え方式が変わらない）場合、電子抵抗器１で消費される電力Ｐ１は、
Ｐ１＝Ｖ２／Ｒ１
となる。よって、Ｒ１＜Ｒ２であるため、Ｐ１＜Ｐ２であることが明らかであり、周波数を変化させることにより電子抵抗器１における消費電力を調整することができる。このため周波数の違いによる抵抗値の変化を切り替え方式の変更時の例えば１／４以下になるように設定することでより細かな電力調整を行うことができる。
【００３０】
よって、電子抵抗器１に入力される電力、もしくは入力電圧値が大きい場合には、コイルを駆動する周波数を小さく（低周波駆動）して抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。一方、電子抵抗器１に入力される電力、もしくは入力電圧値が小さい場合には、コイルを駆動する周波数を大きく（高周波駆動）して抵抗値を上げ、消費される電力を小さくする。尚、複数のコンデンサを用いて調整する方法を示したが、これに限られることはなく、可変容量コンデンサ（バリアブルコンデンサ）を用いて容量を変化させてもよい。
【００３１】
次に上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置の動作について説明する。まず、入力電圧Ｖ０が第２の指示値Ｖ２より大きな値を示した場合、制御回路３は、上記各実施の形態と同様に、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）し、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。
【００３２】
そして、電力処理装置１０に入力される入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より大きく第２の指示値Ｖ２よりが小さい場合、インバータ回路２は第１の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きく（高周波駆動）することにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００３３】
次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第１の指示値Ｖ１より小さく第３の指示値Ｖ３より大きな値を示した場合、制御回路３は、上記各実施の形態と同様に、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さくする（低周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、第２の制御状態においては、消費される電力が大きくなる。
【００３４】
次に、制御回路３は、入力電圧Ｖ０が第３の指示値Ｖ３より小さな値を示した場合、インバータ回路２を第２の制御により駆動するとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００３５】
次に、入力電圧Ｖ０がさらに小さくなり、電子抵抗器１を停止させるような第４の指示値Ｖ４になった場合、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオン状態して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３をオフ状態とすることで、電子抵抗器１の入力端子を短絡し、電子抵抗器１を入力から切り離す。これにより電子抵抗器１からの入力電力がインバータ回路２の入力側に回生することを防ぐことができる。
【００３６】
上記のように構成された実施の形態３の電力処理装置は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、電子抵抗器の抵抗値を制御することにより、消費電力をより細かく調整することできる。
【００３７】
尚、上記実施の形態３では、共振用コンデンサ部Ｃの接続方法は、２方法にて接続して２段階に制御する例を示したが、これに限られることはなく、コンデンサＣ１、Ｃ２を並列に接続する場合を追加して、３方法にて接続して３段階にて制御する例も考えられる。このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。
【００３８】
また、電子抵抗器１の抵抗値を、共振用コンデンサ部Ｃの容量を変更して、共振周波数を変更することにより対応する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図７に示すように、誘導加熱用コイル部Ｌを複数のコイルＬ１、Ｌ２にて形成し、それぞれをオンオフするスイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９を備え、これらをオンオフすることにより、Ｌ１，Ｌ２の接続方法を直列、並列、単体使用と誘導加熱用コイル部Ｌのコイル構成を変更することにより、電子抵抗器１の抵抗値を変更して対応するようにしても、上記コンデンサの場合と同様に調整することが可能である。
【００３９】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４における電力処理装置を用いたシステムの構成を示した図、図９は図８に示した電力処理装置のインバータ回路の出力電流波形を説明するための図である。上記各実施の形態では、電力処理装置の入力電圧を検出し動作させていたが、本実施の形態４では外部回路による検出値を基に電子抵抗器の駆動方法を変化させる場合について説明する。
【００４０】
図において、入力系統に接続されたコンバータ１１と、コンバータ１１の出力側に接続されたコンデンサ１２と、コンバータ１１の出力側にコンデンサ１２を介し接続されたインバータ１４と、インバータ１４の出力側に接続されたモータ１５とを有するシステムである。そして、電力処理装置１０は、コンデンサ１２の両端に接続されている。そして、コンバータ１１とインバータ１４との間にはインバータ１４から回生される電力を測定するための電力計１３が配設され、電力処理装置１０内のインバータ回路および制御回路には入力電圧Ｖ０と電力計１３の検出値Ｗ０とが入力されている。尚、電力処理装置１０の構成は上記実施の形態３に示した図４の構成が採用されているものとする。
【００４１】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置１０の動作について説明する。ここでは、電力処理装置１０は入力電圧Ｖ０の大きさに応じて動作のオン／オフを決定し、駆動方法は電力計１３の検出値Ｗ０に従い制御する場合を想定する。まず、検出値Ｗ０が第２の指示値Ｗ２より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の両ブリッジ回路２ａ、２ｂに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のオンオフ制御を行い駆動させる。これによりインバータ回路２は、第１の制御により駆動されて通常のフルブリッジインバータとして動作し、電子抵抗器１には正負の電源電圧が交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）し、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、消費される電力を大きくする。
【００４２】
そして、電力処理装置１０に入力される検出値Ｗ０が第１の指示値Ｗ１より大きく第２の指示値Ｗ２よりが小さい場合、インバータ回路２は第１の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）することにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００４３】
次に、制御回路３は、検出値Ｗ０が第１の検出値Ｗ１より小さく第３の検出値Ｗ３より大きな値を示した場合、制御回路３は、インバータ回路２の一方のブリッジ回路２ａに駆動信号を出力して、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ制御を行い駆動させる。また、他方のブリッジ回路２ｂに駆動信号を出力して、スイッチング素子Ｓ４を常にオン状態と、スイッチング素子Ｓ３は常にオフ状態とするように制御している。これによりインバータ回路２は、第２の制御により駆動され、電子抵抗器１には正の電源電圧と０電圧とが交互に印加される。さらに、制御回路３はスイッチＳ５をオフし、スイッチＳ６をオンして、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ２のみ使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて小さく（低周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を下げ、第２の制御状態においては、消費される電力が大きくなる。
【００４４】
次に、制御回路３は、検出値Ｗ０が第３の検出値Ｗ３より小さな値を示した場合、制御回路３はインバータ回路２は第２の制御により駆動されるとともに、制御回路３はスイッチＳ５をオンし、スイッチＳ６をオフし、共振用コンデンサ部ＣとしてコンデンサＣ１を使用し、誘導加熱用コイル部Ｌを駆動する周波数を（インバータ回路２の出力周波数）を共振周波数の変化に応じて上記の場合より大きくする（高周波駆動）ことにより、電子抵抗器１の抵抗値を上記の場合より上げ、消費される電力を上記の場合より小さくする。
【００４５】
さらに、電力値Ｗ０が小さくなると、電力処理装置１０は入力電圧Ｖ０の大きさに応じて動作のオン／オフを繰り返し、電力処理装置を間欠的に動作させることにより消費電力を調整する。
尚、上記実施の形態４では電力計１４を用いて電力処理装置１０の制御を行う例を示したが、これに限られることはなく、電力計１４の代わりに電圧計と電流計とを用いて、入力電圧Ｖ０と検出値Ｉ０とを検出して電力処理装置１０を制御してもよい。
また本実施の形態では複数のコンデンサＣ１、Ｃ２を使用した例について説明したが、Ｃ１、Ｃ２の代わりに静電容量を変化させることのできる可変容量コンデンサを用いて、制御回路からの指示値に応じて上記コンデンサの容量と、電子抵抗器の駆動周波数を変化させることにより電力処理装置の抵抗値を調整してもかまわない。
【００４６】
上記のように構成された実施の形態４の電力処理装置は、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、外部信号により制御することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電子抵抗器、２ インバータ回路、３ 制御回路、１０ 電力処理装置、
Ｃ 共振用コンデンサ部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌ 誘導加熱コイル部、
Ｌ１，Ｌ２ コイル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
上記主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
上記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
上記インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて上記主回路の消費電力を変更するために、上記両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方の上記ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方の上記ブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えることを特徴とする電力処理装置。
【請求項２】
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力に応じて上記主回路の抵抗値を変更し、上記インバータ回路の出力周波数を変更された上記主回路の共振周波数となるようにすることを特徴とする請求項１に記載の電力処理装置。
【請求項３】
上記制御回路は、上記入力電圧または上記入力電力の大きさに応じて上記主回路の消費電力を変更するために、上記主回路に間欠的に通電するように上記インバータ回路の電力調整を行うことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の電力処理装置。
【請求項４】
上記制御回路は、外部信号に応じて、上記主回路の消費電力を変更するために、上記両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方の上記ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方の上記ブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項５】
上記インバータ回路または上記主回路または上記制御回路の少なくもいずれか１つは、ワイドバンドギャップ半導体素子を備えることを特徴とした請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項１】
誘導加熱用コイル部および共振用コンデンサ部が直列に接続されて成る主回路と、
上記主回路に交流電流を供給するインバータ回路と、
上記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
上記インバータ回路は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたブリッジ回路が直流母線間に並列に２個接続されて形成され、
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力電圧または入力電力の大きさに応じて上記主回路の消費電力を変更するために、上記両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方の上記ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方の上記ブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えることを特徴とする電力処理装置。
【請求項２】
上記制御回路は、上記インバータ回路の入力に応じて上記主回路の抵抗値を変更し、上記インバータ回路の出力周波数を変更された上記主回路の共振周波数となるようにすることを特徴とする請求項１に記載の電力処理装置。
【請求項３】
上記制御回路は、上記入力電圧または上記入力電力の大きさに応じて上記主回路の消費電力を変更するために、上記主回路に間欠的に通電するように上記インバータ回路の電力調整を行うことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の電力処理装置。
【請求項４】
上記制御回路は、外部信号に応じて、上記主回路の消費電力を変更するために、上記両ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するか、一方の上記ブリッジ回路の各スイッチング素子のオンオフを行い制御するとともに他方の上記ブリッジ回路の一方のスイッチング素子をオン状態に他方のスイッチング素子をオフ状態に固定して制御するかを切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【請求項５】
上記インバータ回路または上記主回路または上記制御回路の少なくもいずれか１つは、ワイドバンドギャップ半導体素子を備えることを特徴とした請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電力処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−７９６４８（Ｐ２０１２−７９６４８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２６３９１（Ｐ２０１０−２２６３９１）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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