高周波炉の実験（３）
１． ＩＧＢＴ 方式 高周波炉 の まとめ：
前章で、ハーフブリッジＩＧＢＴモジュールを用いた、４０ｋＨｚ近辺の誘導加熱を実験した。 ここでは、ＩＧＢＴ本来の、２０ｋＨｚ近辺の共振出力になるように回路定数を持っていき、鉄部加熱の専用機にする。（共振コンデンサー： ６μＦ ×２＝１２μＦ） と同時に、大きなワークを扱えるように、内径φ７０ｍｍ（６Ｔ、約２．５μＨ）の大径コイルとした。 共振周波数の単純計算値は約２９ｋＨｚ。
また、トランス・コアを増強して、３個×２、各９Ｔｕｒｎ（２．０ｍｍ2線） とした。 トランス・コアを入れるので、実際の共振周波数はそれより少し低くなる。一次コンデンサー Ｃ1 は、少し減らして５μＦ（６３０Ｖ）にした。
電源は、配線やクリップが熱くならないように電圧を上げ、倍圧整流電源とした。（２５０〜２７０Ｖ程度）
ＩＧＢＴモジュールからの電磁ノイズは、測定して無かったので、スナバ回路は特に付けなかった。
ｃｆ． １/３周波数による駆動実験では、途中の損失が大きく、鉄を赤熱させるほどの実用的な温度まで届かなかった。（Ｃ： １．１５μＦ ×２、 Ｌ： ２．５μＨ より、ｆ ＝ ６６ｋＨｚ、 ∴ 駆動 ｆ ＝ ２２ｋＨｚ） 市販の低周波の高周波炉（低周波炉？）は、鉄のキュリー点以上（７００−８００℃＜）になると、出力を４倍に増して強制的に鉄を溶かす。（ ｅｘ） １ｋＷ → ４ｋＷ）
結果は、 発振周波数 ｆ ＝ ２４ｋＨｚ、デューティー比 ３５〜４０％（最大出力は４５％、デューティー比は ４ｐｉｎ（ＤＴＣ ＝デッドタイム・コントロール）で決める）として、
アイドリング電流（１００ＶＡＣ）： ３Ａ → 鉄るつぼ（５０ｃｃ）挿入： １３Ａ
となり、そのまま鉄るつぼ（耐熱スプレーをかける）に入れて、アルミニウム等を溶融することができた。
（＊ 有害な１次共振の中心が２８ｋ〜２９ｋＨｚにあるので、このすそ野に入った分、３−４Ａのアイドリング電流を消費し、コアが少し暖まった。）
（回路まとめ） ・・・ ＩＧＢＴモジュールのゲート駆動回路は ４６． １．（２） 使用
２． ＺＶＳ 方式 高周波炉 の 改良：
ＦＥＴを用いて、周波数を８０〜１００ｋＨｚ程度にすると、黒鉛を加熱して局所的に１０００℃以上にすることができる。（鉄も同様によく加熱する。） そのため、実験室的な小規模の高温加熱に用いることができる。 ただし、４５． の ＺＶＳ自励発振高周波炉は、どうしてもＦＥＴ（ＩＲＦＰ２６０Ｍ、２００Ｖ・５０Ａ）の電流容量が不足し、２４Ｖ２５Ａ以上で頻繁にＦＥＴを壊すことになった。（壊れても安価なので、付け替える手間だけかかる。（今の所、秋月で１６０円））
そこで、３段パラレルの プッシュプルにし、放熱器を充実させ、また、ＬＣ共振回路内に入らないように側面によける配置とした。 各ドレインと 共振銅パイプ線をつなぐ ２．０ｍｍ2線はある程度長くし、大電流を流すと発熱して適度な抵抗になるので、各素子のばらつきによる熱暴走を防ぐことができる。
電源は、３６Ｖ（２４〜４０Ｖ）・１．２ｋＷの スイッチング電源（アリエク）を用いたが、３６Ｖで３０Ａに近づくと、過電流で自動的に止まってしまい、こちらのほうが電流の限界を決める。 このとき、ＦＥＴは熱くなるが 十分余裕があって壊れないでいる。
ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）方式は、ＩＧＢＴのような周波数の設定も、デューティー比の設定も不要で、電流計（３０Ａ）を見ながら、ワークの出し入れだけで発熱量を決める。 発振周波数は、コンデンサー（１．１５μＦ ×２ ＝２．３μＦ）と コイルのインダクタンス（Ｌ＝ １．３μＦ）だけで単純に決まり、約９２ｋＨｚとなった。
因みに、Ｃ＝１．１５μＦ だけのもの（ｆ ＝ １３０ｋＨｚ）も試したが、黒鉛るつぼでの出力が低くなったので、結局、コンデンサーを ２個にした。 この無誘導共振コンデンサーはＭＫＰコン（〜５０ｋＨｚ）よりも周波数特性が良いと思われ、９２ｋＨｚでもやや温まる程度だった。
共振コイルは、以前の内径３５ｍｍから、内径５０ｍｍ・６Ｔに切り替えたが、２４Ｖの時と同じ加熱をするために、３６Ｖが適正な電圧となった。 ゲート抵抗は、４７０Ωから ６８０Ωに替えたので、３段あるのに アイドリング電流は ３Ａ程度に収まった。 ワークを入れて増加分が発熱エネルギーとなる。
電源を３６Ｖに固定して、ゲートスイッチを入れると、アイドリング電流が流れ、さらにワークを入れると、電流が跳ね上がり加熱が始まる。 ６個のＦＥＴにゲート・バイアスを与えるレギュレータ（２０Ｖ１Ａ）は、電源３６Ｖにもなると結構温まるので、写真よりももう少し大きめの放熱器に取り換えた。
結果は、
φ２５×ｈ２５ｍｍ黒鉛るつぼ： １５Ａ、 φ２７×ｈ４０ｍｍ黒鉛るつぼ： １４〜２０Ａ ・・・ いずれも 銀（Ａｇ、ｍ．ｐ．９６２℃）が溶ける温度、＝１０００度以上に速やかになる。
黒鉛るつぼ、あるいは 黒鉛管に、アルミナるつぼを挿入して、純度を落とさずに銀などを溶解することができる。
（＊ 黒鉛は金属との剥離性が良く、熱ショックにも強いが、高温で不純物の金属が溶け込む欠点がある。また何度も使うと酸化してボロボロになる。 一方、アルミナるつぼは高温に耐え、純度も保たれるが、熱衝撃に弱いので、均熱しないで注ぎ出すと破損してばらまいて危険。 透明石英（シリカ）るつぼは、１４００度まで耐え、熱ショックに非常に強いが、機械的強度が弱い。）
（回路まとめ）
