特許 6277319 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6277319

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180129BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 A

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-223774(P2017-223774)

(22)【出願日】2017年11月21日

【審査請求日】2017年11月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390029089

【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002505

【氏名又は名称】特許業務法人航栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金井 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 春樹

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１１７４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０１１８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４５００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２６７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−３０３０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３１９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４４５４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ１／０２−１／８４

Ｈ０２Ｍ７／４２−７／９８

Ｈ０５Ｂ６／００−６／１０、

６／１４−６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、
スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、
前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された出力電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部には、前記負荷の共振周波数がさらに設定され、
前記制御部は、前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定し、出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる電力変換装置。

【請求項2】

請求項１記載の電力変換装置であって、
表示部をさらに備え、
前記制御部は、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力が不可であると判定した場合に、設定された共振周波数よりも低い周波数であって、設定された出力電流値、通電時間及び使用率との関係で出力が可となる周波数を求め、求めた周波数を前記表示部に表示させる電力変換装置。

【請求項3】

請求項１記載の電力変換装置であって、
表示部をさらに備え、
前記制御部は、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力が不可であると判定した場合に、設定された使用率よりも低い使用率であって、設定された電流値、通電時間及び共振周波数との関係で出力が可となる使用率を求め、求めた使用率を前記表示部に表示させる電力変換装置。

【請求項4】

交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
前記制御部が行う、
前記逆変換部の出力電流値、前記逆変換部の通電時間と、前記逆変換部の使用率と、前記負荷の共振周波数とを設定するための入力を受け付ける設定ステップと、
前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定する判定ステップと、
出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる出力ステップと、
を備える電力変換装置の制御方法。

【請求項5】

請求項４記載の電力変換装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材等からなるワークの熱処理におけるワークの加熱方法として誘導加熱がある。そして、誘導加熱を用いた熱処理のうち特に焼入れ処理では、焼入れ深さに応じて周波数が選択されている。

【0003】

非特許文献１に記載された電力変換装置は、スイッチング素子としてのパワー半導体素子を用いて直流を高周波の交流に変換している。パワー半導体素子としては、例えば出力の周波数が１０ｋＨｚ未満ではサイリスタ素子が用いられ、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚではＩＧＢＴが用いられ、１００ｋＨｚ以上ではＭＯＳＦＥＴが用いられている。

【0004】

出力の周波数が１０ｋＨｚの場合と１００ｋＨｚの場合とでは、パワー半導体素子のスイッチング損失が１０倍異なり、パワー半導体素子の温度上昇も大きく異なる。電力変換装置のインバータの最大定格値を装置の動作範囲の最大周波数且つ連続出力で決めると、出力の周波数が低い場合及び／又は短時間出力である場合に、パワー半導体素子の温度上昇が小さく出力に余裕があるにもかかわらず、最大定格値に制限されてしまい、経済的ではない。

【0005】

そこで、特許文献１及び特許文献２に記載の電力変換装置は、交流を直流に変換する順変換部と、順変換部によって変換された直流を平滑化する平滑部と、平滑部によって平滑化された直流をスイッチング素子のオンオフによって高周波の交流に変換する逆変換部と、順変換部及び逆変換部を動作させる制御部とを備え、制御部は、出力の周波数等の装置の使用状況に応じ、スイッチング素子の使用可能な温度範囲内で逆変換部の最大定格値を変化させる。

【0006】

具体的には、制御部は、出力の周波数、通電時間、使用率（通電時間／（通電時間＋通電していない時間））及びスイッチング素子の使用可能な温度での電力を関連付けるデータを用い、通電時間、使用率が設定されると、設定された条件のもと、出力の周波数に応じてスイッチング素子に流すことができる最大許容電流をデータに基づいて計算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−１１７４２５号広報

【特許文献2】特開２０１７−１１８３５号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】http://www.k-neturen.co.jp/catalog/yuudou/pdf/y004mk16a.pdf

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１及び特許文献２に記載された電力変換装置は、負荷として並列共振回路が想定されており、順変換部は交流を電圧一定の直流に変換する。電圧一定制御なので、スイッチング素子に電流がどれくらい流れるかは、実際に通電しないとわからない。このため、特許文献１及び特許文献２に記載された電力変換装置では、制御部は、順変換部からの電流フィードバック信号に基づいて順変換部の出力電流を検出し、検出した電流が最大許容電流を超えた場合に、出力を停止し又は出力を低下させている。そして、通電時間、使用率の条件が再設定されるが、通電と条件の設定とが繰り返され、出力可能な条件の設定に手間を要する。

【0010】

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、出力可能な条件の設定に要する手間を軽減可能な電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラム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】

【0011】

本発明の一態様の電力変換装置は、交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された出力電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、を備え、前記制御部には、前記負荷の共振周波数がさらに設定され、前記制御部は、前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定し、出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる。

【0012】

また、本発明の一態様の電力変換装置の制御方法は、交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、前記制御部が行う、前記逆変換部の出力電流値、前記逆変換部の通電時間と、前記逆変換部の使用率と、前記負荷の共振周波数とを設定するための入力を受け付ける設定ステップと、前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定する判定ステップと、出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる出力ステップと、を備える。

【0013】

また、本発明の一態様のプログラムは、前記電力変換装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、出力可能な条件の設定に要する手間を軽減可能な電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態を説明するための、電力変換装置の一例のブロック図である。

【図2】図１の電力変換装置の出力に接続される負荷のインピーダンス変化の一例のグラフである。

【図3】逆変換部の通電パターンの一例のグラフである。

【図4】出力可否の判定に用いられるデータの一例のグラフである。

【図5】出力可否の判定に用いられるデータの他の例のグラフである。

【図6】（Ａ）〜（Ｃ）はスイッチング素子の許容電流値の計算手法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明の実施形態を説明するための、電力変換装置の一例を示す。

【0017】

電力変換装置１０は、商用電源等から供給される交流を電流一定の直流に変換する順変換部１１と、順変換部１１から供給される直流を交流に変換して出力する逆変換部１３と、順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路（不図示）を動作させる制御盤１４とを備える。

【0018】

逆変換部１３の出力には負荷１５が接続され、負荷１５は、鋼材等からなるワークを誘導加熱する加熱コイルＬと、コンデンサＣとを有する。加熱コイルＬと、コンデンサＣとは逆変換部１３の出力に対して直列に接続されており、直列共振回路を形成している。

【0019】

順変換部１１は、例えば外部信号に基づいて導通の制御が可能なサイリスタ等の半導体素子と平滑コンデンサとを用いて、平滑後の電圧を可変に直流に変換する。半導体素子の導通は、平滑後の電圧を変化させることによって電流一定となるように、上記制御回路によって制御される。なお、平滑コンデンサに対する突入電流を抑制するため、リアクトルがさらに用いられてもよい。

【0020】

逆変換部１３は、複数のスイッチング素子がブリッジ状に接続されてなり、順変換部１１から供給される電流一定の直流をスイッチング素子のオンオフによって交流に変換して出力する。スイッチング素子のオンオフ、つまりは逆変換部１３の出力周波数は、上記制御回路によって制御される。この制御において、出力周波数は逆変換部１３の動作範囲内の最大周波数から徐々に下げられ、出力周波数が下げられる過程で検出された負荷１５の共振周波数に保持される。

【0021】

スイッチング素子としてはパワー半導体素子を用いることができ、パワー半導体素子としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）といったスイッチング動作可能な各種のパワー半導体素子が使用可能であり、半導体材料として、例えばＳｉ（シリコン）を用いたものや、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）を用いたものがある。

【0022】

図２は、負荷１５のインピーダンス変化の一例を示す。

【0023】

図２に示すように、直列共振回路を形成する負荷１５のインピーダンスＺは、典型的には、共振周波数ｆ_０にて最小となる。このような負荷１５が接続される電力変換装置１０は、一定電流を出力するように構成される。なぜなら、電力変換装置１０が一定電圧を出力するように構成されると、負荷１５のインピーダンスＺで決まる電流が出力されるが、逆変換部１３は負荷１５のインピーダンスＺが最小となる共振周波数ｆ_０にて動作され、逆変換部１３に大きな電流が流れてしまうからである。また、直列共振回路に対して出力が一定電圧に制御されると、方形波電流が加熱コイル（インダクタ）Ｌに印加され、インダクタＬの両端にＬ×ｄｉ／ｄｔの電圧が発生するが、方形波電流のｄｉ／ｄｔが非常に大きいため、インダクタＬの両端に急峻な電圧が発生してしまうからである。

【0024】

なお、図示は省略するが、並列共振回路を形成する負荷（加熱コイルＬと、コンデンサＣとが逆変換部の出力に対して並列に接続される負荷）のインピーダンスは、典型的には、共振周波数にて最大となり、このような負荷が接続される電力変換装置は、一定電圧を出力するように構成される。なぜなら、電力変換装置が一定電流を出力するように構成されると、負荷のインピーダンスで決まる電圧が出力されるが、逆変換部は負荷のインピーダンスが最大となる共振周波数にて動作され、逆変換部に大きな電圧が印加されてしまうからである。また、並列共振回路に対して出力が一定電流に制御されると、方形波電圧がコンデンサＣに印加され、コンデンサＣにＣ×ｄｖ／ｄｔの電流が流れるが、方形波電圧のｄｖ／ｄｔが非常に大きいため、コンデンサＣに急峻な電流が流れてしまうからである。

【0025】

再び図１を参照して、順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路を動作させる制御盤１４は、操作部２０と、表示部２１と、制御部２２とを有する。

【0026】

操作部２０は、例えばスイッチ等のハードウェアキーを含み、操作者による各種操作の入力に用いられる。表示部２１は、例えばＬＣＤ（liquid crystal display）等の表示装置を含み、操作画面等を表示する。制御部２２は、例えばＰＬＣ（programmable logic controller）等のコンピュータが用いられ、一つ以上のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラム及びプログラムの実行に必要なデータを記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）等の記憶装置とを含み、プロセッサがプログラムを実行することによって、順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路を動作させる。以下に、制御部２２が実行する処理を説明する。

【0027】

＜設定ステップ＞
順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路を動作させるにあたり、制御部２２は、逆変換部１３の出力電流値と、逆変換部１３の通電時間と、逆変換部１３の使用率と、負荷１５の共振周波数とを設定するための操作部２０に対する入力を受け付け、入力された値に基づき、出力電流値と、通電時間と、使用率と、共振周波数とを設定する。

【0028】

ここで、図３を参照して、通電時間及び使用率について説明する。

【0029】

ワークの誘導加熱において、逆変換部１３から加熱コイルＬに交流が出力されている時間は、ワークにもよるが数秒〜十数秒である。一つのワークの誘導加熱が完了した後、次のワークが誘導加熱装置に設置されると、再び逆変換部１３から加熱コイルＬに交流が出力される。通電時間ｔａは、逆変換部１３から交流が出力されている時間であり、一つのワークの誘導加熱の完了に要する時間に対応する。非通電時間ｔｂは、逆変換部１３から交流が出力されていない時間であり、一つのワークの誘導加熱が完了した後、次のワークの誘導加熱が開始されるまでに要する時間に対応する。

【0030】

逆変換部１３の使用率αは、通電時間ｔａと非通電時間ｔｂとの和を１周期とし、周期τに対する通電時間の割合として、下式により定義される。使用率α＝１００％は連続出力に相当する。なお、使用率αの設定では、使用率αが直接入力されてもよいし、通電時間ｔａ及び非通電時間ｔｂが入力されてもよい。
α＝ｔａ／τ
＝ｔａ／（ｔａ＋ｔｂ）

【0031】

＜判定ステップ＞
次に、制御部２２は、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定する。出力可否の判定には、逆変換部１３の出力周波数、通電時間及び使用率と、逆変換部１３に含まれるスイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での許容出力電流値とを関連付けたデータが用いられ、このデータは制御部２２の記憶装置に予め記憶されている。

【0032】

ここで、図４及び図５を参照して、出力可否の判定に用いられるデータについて説明する。

【0033】

図４及び図５に示すグラフの横軸は使用率α（％）であり、縦軸は定格電力（ｋＷ）であり、通電時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４（ｔ_１＜ｔ_２＜ｔ_３＜ｔ_４）毎の使用率と、スイッチング素子の温度が最大使用可能温度以下の所定温度に達する許容出力電流値から換算される定格電力との関係を、周波数ｆ_１、ｆ_２（ｆ_１＜ｆ_２）別に表したものである。

【0034】

スイッチング素子の温度はスイッチング素子の損失と冷却とで定まり、スイッチング素子の損失は次式で表される。
スイッチング素子の損失＝定常損失＋スイッチング損失
ここで、定常損失は、スイッチング素子の通電による損失であり、その損失量は出力電流値及び通電時間に依存する。一方、スイッチング損失は、スイッチング素子のオンオフによる損失であり、その損失量は周波数（スイッチング回数）及び通電時間に依存する。

【0035】

したがって、同じ電流を同じ通電時間且つ同じ使用率で流しても、周波数が高いとスイッチング損失量が大きくなり、スイッチング素子の温度が高くなる。換言すれば、スイッチング素子の損失に対する温度上昇をスイッチング素子の温度にかかわらず一定として、同じ通電時間且つ同じ使用率ならば、周波数が低いほどに許容出力電流値及び許容出力電流値から換算される定格電力を大きくできる。図４に示す周波数ｆ_１のデータと図５に示す周波数ｆ_２（ｆ_１＜ｆ_２）のデータとで同じ通電時間且つ同じ使用率の定格電力を比較すると、相対的に低い周波数ｆ_１の定格電力が大きくなっている。

【0036】

また、使用率が１００％未満の断続出力では、同じ電流を同じ周波数且つ同じ使用率で流した場合に、通電時間が長いと定常損失量及びスイッチング損失量が大きくなり、スイッチング素子の温度が高くなる。また、同じ電流を同じ周波数且つ同じ通電時間で流した場合に、使用率が高いとスイッチング素子の冷却が不足し、スイッチング素子の温度が高くなる。換言すれば、同じ周波数且つ同じ使用率ならば、通電時間が短いほどに許容出力電流値及び許容出力電流値から換算される定格電力を大きくでき、同じ周波数且つ同じ通電時間ならば、使用率が低いほどに許容出力電流値及び許容出力電流値から換算される定格電力を大きくできる。例えば図５に示す周波数ｆ_２のデータで通電時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４（ｔ_１＜ｔ_２＜ｔ_３＜ｔ_４）それぞれの同じ使用率の定格電力を比較すると、基本的に、相対的に短い通電時間の定格電力ほど大きくなっている。そして、例えば通電時間ｔ_１の定格電力をみると、使用率が低いほどに定格電力が大きくなっている。なお、使用率が１００％の連続出力では定格電力は同じとなる。

【0037】

以下に、許容電流値の計算手法の一例を説明する。

【0038】

図６は、規則的な繰り返し電流、すなわち実際の正弦波を熱計算用の方形波で近似した電流からスイッチング素子の温度（ジャンクション温度）を求める際の計算手法を示す。図６（Ａ）に示すように、電力損失Ｐｔｍの通電時間をｔｐ、周期をτとすると、図６（Ｂ）に示すように、直近の２パルス以外は平均化して電力損失を近似化し、図６（Ｃ）に示すように、重ね合わせの理論を電力損失に適用する。これにより、スイッチング素子のジャンクション温度を求める。

【0039】

規則的な繰り返し方形電流からスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊは、下記の式により求まることが知られている。
Ｔｊ＝Ｔｗ＋Ｐｔｍ｛（ｔｐ／τ）・Ｒ（ｊ-ｗ）＋（１−ｔｐ／τ）・Ｒ（ｊ−ｗ）（τ＋ｔｐ）−Ｒ（ｊ-ｗ）（τ）＋Ｒ（ｊ-ｗ）（ｔｐ）｝
上式は、次のように変形される。
Ｔｊ−Ｔｗ＝（Ｔ∞＋Ｔ３−Ｔ２＋Ｔ１）・Ｐｔｍ
ここで、Ｔ∞＝（ｔｐ／τ）・Ｒ（ｊ-ｗ）
Ｔ３＝（１−ｔｐ／τ）・Ｒ（ｊ−ｗ）（τ＋ｔｐ）
Ｔ２＝Ｒ（ｊ-ｗ）（τ）
Ｔ１＝Ｒ（ｊ-ｗ）（ｔｐ）
Ｔ∞は、損失の通電率（ｔｐ／τ）の割合が無限大時間与えられることを意味し、連続定格時の熱抵抗×通電率（ｔｐ／τ）により求める。
Ｔ３は、（τ＋ｔｐ）時間における損失から、（τ＋ｔｐ）時間の損失の通電率（ｔｐ／τ）の割合が引かれることを意味する。
−Ｔ２は、τ時間における損失分を引くことを意味する。
Ｔ１は、ｔｐ時間における損失分を足すことを意味する。
ここで、τとは繰り返し時間であり、Ｒ（ｊ-ｗ）（ｔ）は時間ｔにおける過渡熱抵抗（℃／Ｗ）である。Ｔｗは冷却水の温度（℃）である。

【0040】

損失は、例えば次のようにして求めた定常損失とスイッチング損失の和で求めることができる。まず、定常損失については、或る電流のときの損失値を実測しておき、その損失値に、電流増加による損失増加率と、電流増加によるスイッチング素子の損失増加率とをそれぞれ掛けて求めることができる。また、スイッチング損失については、例えば１ｋＨｚ当たりのスイッチング損失の値を実測しておき、その値に対して周波数を掛け、電流増加分を加味して求めることができる。

【0041】

このようにして求めた定常損失とスイッチング損失との和に対し、上述のＴ∞＋Ｔ３−Ｔ２＋Ｔ１を掛けた値が所定温度以下となるような関係とし、この関係を満たす電流値を求め、これを許容出力電流値とすることができる。なお、所定温度は、使用するスイッチング素子により定まり、スイッチング素子の最大使用可能温度とすることもでき、最大使用可能温度に適宜な安全率を乗じた温度とすることもできる。

【0042】

制御部２２は、設定された共振周波数に応じたデータを参照し、設定された電流値と、設定された通電時間及び使用率に対応するデータ中の許容出力電流値と比較し、そして、設定された電流値が許容出力電流値以下である場合に、設定された電流値、通電時間及び使用率による出力を可と判定する。一方、設定された電流値が許容出力電流値を超える場合には、出力を不可と判定する。

【0043】

＜出力ステップ＞
出力可否の判定が可である場合に、制御部２２は、設定された出力電流値、通電時間及び使用率にて順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路を動作させる。

【0044】

一方、出力可否の判定が不可である場合に、制御部２２は、順変換部１１及び逆変換部１３の制御回路を動作させず、例えば判定結果を表示部２１に表示させるなどして、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数（逆変換部１３の出力周波数）での出力が不可であることを操作者に報知する。この場合、出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数のうち一つ以上のパラメータが操作者によって適宜変更される。なお、共振周波数（逆変換部１３の出力周波数）は、例えば負荷１５に含まれるコンデンサＣのキャパシタンスを増減することによって変更可能である。

【0045】

このように、電力変換装置１０は、逆変換部１３の出力周波数、出力電流値、通電時間及び使用率に応じて、スイッチング素子の使用可能な温度範囲内で逆変換部１３の最大定格値を変化させるので、例えば出力周波数が低くなるのに伴って生じる出力の余裕を効率的に活用することができ、経済的である。

【0046】

そして、電力変換装置１０は、設定された出力電流値にて一定電流を出力するように構成され、出力周波数、通電時間及び使用率と、逆変換部１３に含まれるスイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での許容出力電流値とを関連付けたデータを用い、設定された出力電流値、通電時間及び使用率による出力の可否を判定するので、実際に通電することなく出力の可否を判定することができる。これにより、出力可能な条件（出力電流値、通電時間及び使用率）の設定に要する手間を軽減することができる。

【0047】

＜変更ステップ＞
なお、出力可否の判定が不可である場合に、制御部２２は、判定が可となる周波数又は使用率を求め、求めた周波数又は使用率を表示部２１に表示させるようにしてもよい。

【0048】

制御部２２が求める周波数は、例えば、設定された共振周波数よりも低い周波数であって、設定された出力電流値、通電時間及び使用率との関係で出力が可となる周波数とすることができる。図４及び図５に示したように、周波数を低くすることによって、同じ通電時間且つ同じ使用率であっても許容出力電流値及び許容出力電流値から換算される定格電力を大きくでき、設定された出力電流値、通電時間及び使用率にて順変換部１１及び逆変換部１３を動作させることが可能となる。

【0049】

また、制御部２２が求める使用率は、設定された使用率よりも低い使用率であって、設定された出力電流値、通電時間、共振周波数との関係で出力が可となる使用率とすることもできる。例えば図５に示したように、使用率を低くすることによって、同じ周波数且つ同じ通電時間であっても許容出力電流値及び許容出力電流値から換算される定格電力を大きくでき、設定された出力電流値、通電時間及び共振周波数（逆変換部１３の出力周波数）にて順変換部１１及び逆変換部１３を動作させることが可能となる。

【0050】

このように、出力周波数、通電時間及び使用率と、逆変換部１３に含まれるスイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での許容電流値とを関連付けたデータに基づき、出力可否の判定が可となる周波数又は使用率を制御部２２が求め、求めた周波数又は使用率を表示部２１に表示させるようにすれば、出力可能な条件の設定に要する手間をさらに軽減でき、電力変換装置１０の利便性を高められる。

【0051】

制御部２２が行う以上のステップは、これらのステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータが読取可能な一時的でない（Non-transitory）記録媒体に記録されて提供可能である。このような「コンピュータ読取可能な記録媒体」は、たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-ROM）等の光学媒体や、メモリカード等の磁気記録媒体等を含む。また、このようなプログラムを、ネットワークを介したダウンロードによって提供することもできる。

【0052】

以上、説明したとおり、本明細書に開示された電力変換装置は、交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された出力電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、を備え、前記制御部には、前記負荷の共振周波数がさらに設定され、前記制御部は、前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定し、出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる。

【0053】

また、本明細書に開示された電力変換装置は、表示部をさらに備え、前記制御部は、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力が不可であると判定した場合に、設定された共振周波数よりも低い周波数であって、設定された出力電流値、通電時間及び使用率との関係で出力が可となる周波数を求め、求めた周波数を前記表示部に表示させる。

【0054】

また、本明細書に開示された電力変換装置は、表示部をさらに備え、前記制御部は、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力が不可であると判定した場合に、設定された使用率よりも低い使用率であって、設定された電流値、通電時間及び共振周波数との関係で出力が可となる使用率を求め、求めた使用率を前記表示部に表示させる。

【0055】

また、本明細書に開示された電力変換装置の制御方法は、交流を電流一定の直流に変換する順変換部と、スイッチング素子を有し、前記順変換部から供給される直流を前記スイッチング素子のオンオフによって交流に変換して負荷に出力する共振型の逆変換部と、前記逆変換部の出力電流値と、前記逆変換部の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる前記逆変換部の使用率とが設定され、設定された電流値、通電時間及び使用率に基づいて前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、前記制御部が行う、前記逆変換部の出力電流値、前記逆変換部の通電時間と、前記逆変換部の使用率と、前記負荷の共振周波数とを設定するための入力を受け付ける設定ステップと、前記逆変換部の出力周波数、通電時間及び使用率と、前記スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での前記逆変換部の許容出力電流値とを関連付けたデータに基づき、設定された出力電流値、通電時間、使用率及び共振周波数による出力の可否を判定する判定ステップと、出力が可であると判定した場合にのみ前記順変換部及び前記逆変換部を動作させる出力ステップと、を備える。

【0056】

また、本明細書に開示されたプログラムは、前記電力変換装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させる。

【符号の説明】

【0057】

１０ 電力変換装置
１１ 順変換部
１３ 逆変換部
１４ 制御盤
１５ 負荷
２０ 操作部
２１ 表示部
２２ 制御部
Ｃ コンデンサ
Ｌ 加熱コイル

【要約】

【課題】出力可能な条件の設定に要する手間を軽減可能な電力変換装置及び電力変換装置の制御方法並びにプログラムを提供する。
【解決手段】電力変換装置１０は、交流を電流一定の直流に変換する順変換部１１と、スイッチング素子を有する逆変換部１３と、逆変換部１３の出力電流値と、逆変換部１３の通電時間と、通電時間／（通電時間＋非通電時間）から求まる逆変換部１３の使用率とが設定され、設定された出力電流値、通電時間及び使用率に基づいて順変換部１１及び逆変換部１３を動作させる制御部２２と、を備え、制御部２２は、出力周波数、通電時間及び使用率と、スイッチング素子の最大使用可能温度以下の所定温度での許容出力電流値と、を関連付けたデータに基づき、設定された逆変換部１３の出力電流値、通電時間及び使用率と、設定された負荷１５の共振周波数とによる出力の可否を判定し、出力が可であると判定した場合にのみ順変換部１１及び逆変換部１３を動作させる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】