CN103302377A

CN103302377A - 焊接电源的保护控制方法

Info

Publication number: CN103302377A
Application number: CN2013100596655A
Authority: CN
Inventors: 小野贡平; 中俣利昭
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2013184193A; CN103302377B

Abstract

本发明提供一种焊接电源的保护控制方法，虽超过了额定使用率，但即使以温度传感器的温度检测值未达到温度基准值的中间性的状态进行焊接，也抑制焊接电源的耐久性下降。由温度传感器检测焊接电源内部的温度，并在该温度检测值(Hd)达到了预先规定的温度基准值(Ht)时，切断焊接电流(Iw)的通电，在该方法中，时时刻刻计算过去10分钟的焊接电流的平方的平均值(Si)，在该平均值(Si)为预先规定的使用率基准值(St)以上、且温度检测值(Hd)小于温度基准值(Ht)时，使设置于焊接电源内部的风扇电动机的转速(Rw)比额定转速更快。由此，在中间性的状态下，风扇电动机的转速变快，风量增加，冷却作用变强，因此能抑制焊接电源的耐久性的下降。

Description

焊接电源的保护控制方法

技术领域

本发明涉及用于在超过额定使用率进行了焊接时保护焊接电源的焊接电源的保护控制方法。

背景技术

在用于消耗电极电弧焊接、非消耗电极电弧焊接、等离子电弧焊接等的电弧焊接的焊接电源中，规定了额定使用率。例如，在对于额定焊接电流350A的焊接电源规定了60％的额定使用率的情况下，以10分钟为1周期，合计进行6分钟的350A的焊接，而剩余的4分钟需要停止焊接。焊接电流成为300A，容许使用率＝(350/300)²×60＝82％。在焊接电流成为271A时，容许使用率成为100％，从而能进行连续焊接。焊接电源规定了额定使用率的理由在于，设置于焊接电源的内部的晶体管、二极管等的半导体元件、变压器以及电抗器在超过额定使用率时会被加热，从而导致烧损的发生或耐久性的下降。

为了保护焊接电源不超过使用率，在设于焊接电源的内部的半导体元件、变压器、电抗器等的变为高温的部分安装几处温度传感器，在温度传感器的温度检测值超过了温度基准值时切断焊接电流的通电来停止焊接(参照专利文献1)。此时，由于焊接电源保证了能以额定使用率来进行焊接，因此在以额定使用率进行了焊接时，按照温度传感器的温度检测值不达到温度基准值的方式来进行了焊接电源的热设计。

在焊接电源内部设有风扇电动机，通过来自该风扇电动机的送风来使焊接电源内部冷却。风扇电动机在商用电源被提供给焊接电源时，开始基于额定转速的送风。在专利文献2中，设置多台风扇电动机，根据温度传感器的温度检测值或焊接电流值来决定了要驱动的风扇电动机的台数。这是为了，在温度检测值或焊接电流值小的情况下，通过减少要驱动的风扇电动机的台数，不仅抑制粉尘以及铁粉流入焊接电源内部，而且谋求节能。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2008-229644号公报

【专利文献2】日本特开平11-28569号公报

在焊接作业者对铁骨、桥梁等的厚板进行焊接的情况下，多数情况下是长时间连续地通电大电流来进行。在这样的情况下，还会产生成为超过额定使用率的状态。在大大超过额定使用率来进行了焊接的情况下，由于温度传感器的温度检测值将达到温度基准值，因此焊接电流的通电被切断。

另一方面，尽管超过了额定使用率，但以温度检测值未达到温度基准值的中间性的状态来进行了焊接的情况下，焊接将照样被继续。即使以那样的中间性的状态来继续焊接，烧损等的故障在短期也不会发生。但由于超过额定使用率来进行了焊接，因此存在长期上会导致耐久性的下降的风险。

发明内容

为此，本发明的目的在于，提供尽管超过了额定使用率、但即使以温度检测值未达到温度基准值的中间性的状态来进行焊接也能抑制半导体元件、变压器、电抗器等的耐久性的下降的焊接电源的保护控制方法。

为了解决上述的课题，技术方案1的发明是一种焊接电源的保护控制方法，由温度传感器检测焊接电源内部的温度，并在该温度检测值达到了预先规定的温度基准值时，切断焊接电流的通电，所述焊接电源的保护控制方法的特征在于，时时刻刻地计算过去10分钟期间的焊接电流的平方的平均值，在该平均值为预先规定的使用率基准值以上、且所述温度检测值小于所述温度基准值时，使设置于焊接电源内部的风扇电动机的转速比额定转速更快。

技术方案2的发明是在技术方案1记载的焊接电源的保护控制方法的基础上，通过使所述风扇电动机的输入电压值增加来加快所述风扇电动机的转速。

技术方案3的发明是在技术方案1或2记载的焊接电源的保护控制方法的基础上，在所述焊接电流被切断时，恢复所述风扇电动机的转速。

发明效果

根据本发明，尽管超过了额定使用率，但即使以温度检测值未达到温度基准值的中间性的状态来进行焊接，由于风扇电动机的转速变快，风量增加，因此冷却作用变强，能抑制半导体元件、变压器、电抗器等的耐久性的下降。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法的时序图。

图2是用于实施本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法的焊接电源的框图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法的原理按以下进行说明。设定额定焊接电流It(A)以及额定使用率α(％)。而且，以下式来定义使用率基准值St。

St＝(It)²·α…(1)式

在此，使用率基准值St是与在以额定使用率α通电额定焊接电流It来进行焊接时的焊接电源内部的温度上升值相关的值。

温度传感器为了保护半导体元件、变压器、电抗器等免受因加热而造成的烧损，在它们的本体或附近被设置多个。在此，特别设想在安装有需要进行温度保护的半导体元件的散热器处设置有1个温度传感器的情况。对于温度传感器使用热敏电阻等。然后，设定使温度保护进行动作的温度基准值Ht(℃)。该温度基准值Ht被设定成比在以额定使用率使用了焊接电源时的温度传感器的温度检测值Hd更大的值。这是为了在以额定使用率使用了焊接电源时使温度保护不动作。在此基础上，温度基准值Ht被设定为小于能防止烧损的值。在温度传感器的温度检测值Hd达到了温度基准值Ht(Hd≥Ht)时，切断焊接电流的通电来停止焊接。

设定作为常数的周期T＝600秒(10分)，对焊接电流Iw(A)进行检测，并以下式来计算过去10分钟间的焊接电流的平方的平均值Si。

Si＝(1/T)·∫(Iw)²·dt…(2)式

积分在从当前时间点起过去600秒(10分)的期间进行。

在此，将焊接电流Iw按每个给定的采样周期Ts(秒)进行采样、进行A/D变换并作为焊接电流数字值Id(n)进行检测时，上式与下式等效。

Si(n)＝(D(n-k-1)+…+D(n))/k…(3)式

在此，D(n)＝Id(n)·Id(n)，k是在10分钟间所采样的数据数，k＝600/Ts。能通过该式来按每个采样周期Ts计算10分钟间的焊接电流的平方的平均值Si。

采样周期Ts例如被设定成1秒。在此情况下，k＝600。若将采样周期Ts高速化至100μs程度，则能准确地检测焊接电流波形。然而，在此情况下数据数k＝600万，为巨大的数目，因此需要使用能进行高速运算处理的CPU，变得昂贵。为了防止该情形，通过使焊接电流Iw通过低通滤波器(截止频率1～10Hz程度)来检测而平滑化，从而即使采样周期Ts延迟1秒程度，也能准确地进行上式的运算。

本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法通过以下的步骤来进行。

步骤1：设定额定焊接电流It、额定使用率α以及温度基准值Ht。然后，通过上述(1)式来运算并设定使用率基准值St。

步骤2：按每个采样周期Ts来采样焊接电流Iw以及来自温度传感器的温度检测值Hd并作为数字值进行检测。将第n次焊接电流数字值设为Id(n)，将第n次温度检测数字值设为Hdd(n)。

步骤3：通过上述(3)式，来运算第n次10分钟间的焊接电流的平方的平均值Si(n)。

步骤4：在焊接中平均值Si(n)成为使用率基准值St以上且温度检测数字值Hdd(n)小于温度基准值Ht时，使风扇电动机的转速快于额定转速。

步骤5：在焊接中温度检测数字值Hdd(n)达到了温度基准值时(Hdd(n)≥Ht)，切断焊接电流Iw的通电来停止焊接。在焊接电流的通电被切断了时，风扇电动机的转速返回至额定转速。

对于风扇电动机，例如使用额定输入电压为直流的24V的风扇电动机。在此情况下，在对风扇电动机供应额定输入电压时，转速成为额定转速。若使输入电压大于额定输入电压值，则转速快于额定转速。在上述的步骤4中，风扇电动机的转速比额定转速快5～20％程度。对于风扇电动机，还使用交流200V等的输入电压的风扇电动机。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法的时序图。该图(A)表示焊接电流Iw，该图(B)表示10分钟间的焊接电流的平方的平均值Si，该图(C)表示到达信号At，该图(D)表示温度检测值Hd，该图(E)表示通电切断信号As，该图(F)表示风扇电动机的转速Rw。该图是在时刻t51以后的期间中上述的步骤4中Si≥St且Hd＜Ht的情形。以下，参照该图来进行说明。

如该图(A)所示，时刻t1～t2的期间是焊接电流I1通电的焊接期间，时刻t2～t3的期间是焊接电流Iw不通电的停止期间，时刻t3～t4的期间是焊接电流I1通电的焊接期间，时刻t4～t5的期间是停止期间，时刻t5～t6的期间是焊接电流I2通电的焊接期间，时刻t6～t7的期间是停止期间，时刻t7～t8的期间是焊接电流I2通电的焊接期间，时刻t8～t9的期间是停止期间。在此，I1＜I2。为了使焊接电流Iw增加，增大了电流设定值。在消耗电极电弧焊接中，增大电流设定值是加快进给速度。在非消耗电极电弧焊接中，由于被进行了恒定电流控制因此增大电流设定值是直接增大焊接电流值。各焊接期间以及各停止期间分别为相同的时间长度。而且，成为焊接期间与停止期间的合计值变为了10分钟的情况。

如该图(B)所示，时刻t5以前的期间中，焊接电流I1以相同的使用率进行了通电，因此平均值Si变为恒定值Si1。Si1根据上述(2)式或(3)式而成为Si1＝I1·I1·(使用率)。该Si1小于以虚线所示的使用率基准值St。故而，如该图(C)所示，到达信号At保持为低(Low)电平。故而，如该图(F)所示，风扇电动机的转速Rw处于额定转速的状态。如该图(D)所示，温度检测值Hd在时刻t1～t2的焊接期间中逐渐上升，在时刻t2～t3的停止期间中逐渐下降，在时刻t3～t4的焊接期间中逐渐上升，在时刻t4～t5的停止期间中逐渐下降。时刻t5以前的温度检测值Hd的最大值成为时刻t2以及t4时。该最大值小于以单点划线所示的温度基准值Ht。故而，如该图(E)所示，通电切断信号As保持为低电平。

如该图(A)所示，从时刻t5起的焊接电流从I1向I2进行增加。故而，如该图(B)所示，平均值Si从时刻t5起逐渐增加。然后，在比焊接结束的时刻t6靠前的时刻t51，平均值Si达到以虚线所示的使用率基准值St(Si≥St)。随动于此，如该图(C)所示，到达信号At变化为高(High)电平。平均值Si如该图(B)所示，时刻t51以后也持续增加直至时刻t6为止，在时刻t6以后成为固定值。如该图(B)所示，在时刻t51以后的期间中，处于Si≥St的状态。即，处于超过了额定使用率的状态。如该图(D)所示，温度检测值Hd以比在时刻t1以及t3时更大的倾斜从时刻t5起上升，在时刻t6变成比时刻t5以前的最大值更大的值Hd1，在时刻t6～t7的停止期间中逐渐下降，在时刻t7～t8的期间中上升，在时刻t8～t9的期间中下降。在时刻t6以及t8时间点上的温度检测值Hd1成为了比以单点划线所示的温度基准值Ht更小的值。即，时刻t51以后的期间中，Si≥St且Hd＜Ht。故而，进行上述的步骤4的处理，如该图(F)所示，风扇电动机的转速Rw变得比额定转速更快(大)。在该例的情况下，如该图(E)所示，通电切断信号As不变为Hd≥Ht的状态，因此始终保持低电平。

上述中，在该图(C)所示的到达信号At变为了高电平的时间点，可以发出基于显示灯、声音等的警报。另外，在上述中，在该图(A)所示的焊接电流I2的值进一步变大时，在时刻t5～t6的期间中，该图(D)所示的温度检测值Hd变成达到温度基准值Ht的状态。即，成为Hd≥Ht，该图(E)所示的通电切断信号As变化成高电平。随动于此，该图(F)所示的风扇电动机的转速Rw返回至额定转速。在该图(E)所示的通电切断信号As变为了高电平时，也可以发出基于显示灯、声音等的警报。进而，在通电切断信号As临时变化为高电平时，只要未通过复位信号进行解除，就可以维持该状态。如此，能够设为：只要不是去除通电切断信号As变为了高电平的原因而进行了复位后，就不能重新开始焊接。

图2是用于实施上述的本发明的实施方式所涉及的焊接电源的保护控制方法的焊接电源的框图。该图是电弧焊接法为消耗电极电弧焊接法的情况。以下，参照该图来说明各块。

电源主电路PM将3相200V等的商用电源(省略图示)作为输入，遵照后述的驱动信号Dv来进行逆变器控制等的输出控制，输出输出电压E以及焊接电流Iw。该电源主电路PM尽管省略图示，但具备：对商用电源进行整流的1次整流电路；对整流后的存在脉动的直流进行平滑的电容器；由上述的驱动信号Dv驱动，将平滑后的直流变换成高频交流的逆变器电路；将高频交流降压成适合电弧焊接的电压值的高频变压器、以及对降压后的高频交流进行整流的2次整流电路。直流电抗器DCL对上述的输出电压E进行平滑。焊丝1通过与进给电动机WM耦合的进给辊5的旋转而在焊炬4内穿过进行进给，与母材2之间产生电弧3。在焊丝1与母材2之间施加焊接电压Vw，通电焊接电流Iw。

焊炬开关ON设于焊炬4，若在焊接作业者开始焊接时导通，则输出成为高电平的焊接开始信号On。

基准值设定电路SR将预先规定的额定焊接电流值It以及预先规定的额定使用率α输入至上述的(1)式，并输出使用率基准值设定信号Str。温度基准值设定电路HTR输出预先规定的温度基准值设定信号Htr。这些电路进行了上述的步骤1的处理。

焊接电流检测电路IWD检测上述的焊接电流Iw并通过低通滤波器，且输出焊接电流检测信号Iwd。电流A/D变换电路ID按每个预先规定的采样周期Ts来对该焊接电流检测信号Iwd进行A/D变换，输出焊接电流数字信号Id。温度检测电路HD含有温度传感器，输出温度检测信号Hd。温度A/D变换电路HDD将该温度检测信号Hd按每个上述的采样周期Ts进行A/D变换，输出温度检测数字信号Hdd。这些电路进行了上述的步骤2的处理。

平均值运算电路SIC将上述的焊接电流数字信号Id作为输入，按每个上述的采样周期Ts，通过上述的(3)式运算10分钟间的焊接电流的平方的平均值，并作为平均值运算信号Sic进行输出。该电路进行了上述的步骤3的处理。

比较电路CM将上述的温度检测数字信号Hdd以及上述的温度基准值设定信号Htr作为输入，对两值进行比较，在Hdd≥Htr时输出成为高电平的通电切断信号As。该电路进行了上述的步骤5的处理。

到达判别电路AT将上述的平均值运算信号Sic以及上述的使用率基准值设定信号Str作为输入，在平均值运算信号Sic的值到达了使用率基准值设定信号Str的值(Sic≥Str)的时间点上输出成为高电平的到达信号At。转速增加判别电路RWC将该到达信号At以及上述的通电切断信号As作为输入，在到达信号At为高电平且通电切断信号As为低电平时，输出成为高电平的转速增加信号Rwc。风扇电动机驱动电路FDV将该转速增加信号Rwc作为输入，在转速增加信号Rwc为低电平时输出额定输入电压值的驱动电压Vf，在转速增加信号Rwc为高电平时输出比额定输入电压值大给定值的驱动电压Vf。风扇电动机FM以该驱动电压Vf为输入电压值被进行驱动。例如，设风扇电动机FM的额定输入电压为24V的情况。在转速增加信号Rwc为低电平时，驱动电压Vf＝24V，转速成为额定转速。在转速增加信号Rwc为高电平时，驱动电压Vf＝26.4V(10％上升的情况)，转速变得比额定转速快。这些电路进行了上述的步骤4的处理。

输出电压设定电路ER输出预先规定的输出电压设定信号Er。输出电压检测电路ED检测对高频变压器的2次侧输出进行整流后的脉冲状电压即输出电压E(通过直流电抗器DCL前的电压)，并使该检测值通过低通滤波器(截止频率1～10Hz程度)，且作为输出电压检测信号Ed进行输出。误差放大电路EA对上述的输出电压设定信号Er与该输出电压检测信号Ed之间的误差进行放大，并输出误差放大信号Ea。通过该误差放大电路EA，成为恒定电压特性的电源。驱动电路DV将该误差放大信号Ea、上述的焊接开始信号On以及上述的通电切断信号As作为输入，在焊接开始信号On为高电平且通电切断信号As为低电平时遵照误差放大信号Ea进行脉冲宽度调制控制，并基于其结果输出用于对上述的电源主电路PM内的逆变器电路进行驱动的驱动信号Dv，且在焊接开始信号On为低电平或通电切断信号As为高电平时不输出驱动信号Dv。该电路进行了上述的步骤5的一部分处理。基于该电路，在通电切断信号As变为高电平时，焊接电源的输出被停止，因此焊接电流的通电被切断。

进给速度设定电路FR输出预先规定的进给速度设定信号Fr。进给控制电路FC将该进给速度设定信号Fr、上述的焊接开始信号On以及上述的通电切断信号As作为输入，在焊接开始信号On为高电平且通电切断信号As为低电平时将用于以相当于该设定值的进给速度进给焊丝1的进给控制信号Fc输出至上述的进给电动机WM，在焊接开始信号On为低电平或通电切断信号As为高电平时，输出用于停止进给的进给控制信号Fc。该电路进行了上述的步骤5的一部分处理。基于该电路，在通电切断信号As为高电平时，焊丝1的进给被停止。

根据上述的实施方式，时时刻刻地计算过去10分钟期间的焊接电流的平方的平均值，且在该平均值成为预先规定的使用率基准值以上、且来自温度传感器的温度检测值小于预先规定的温度基准值时，使风扇电动机的转速比额定转速快。即，尽管超过了额定使用率，但即使以温度检测值未达到温度基准值的中间性的状态进行焊接，由于风扇电动机的转速变快，风量增加，因此冷却作用变强，能抑制半导体元件、变压器、电抗器等的耐久性的下降。

另外，在从这样的中间性的状态起温度检测值进一步上升并达到温度基准值时，焊接电流的通电被切断，因此风扇电动机的转速也被恢复至原始的状态。故而，风扇电动机的转速比额定转速快的过负荷状态只是临时状态。因此，能量消耗量的增加小。

尽管在上述的实施方式中说明了温度传感器为1个的情况，但也可以是多个。在此情况下，只要有哪怕1个温度传感器的温度检测值达到了与其对应的温度基准值时，就切断通电来停止焊接即可。另外，尽管在上述的实施方式中说明了焊接法为消耗电极电弧焊接的情况，但本发明还能应用于非消耗电极电弧焊接、等离子电弧焊接等中。

符号说明

1焊丝

2母材

3电弧

4焊炬

5进给辊

As通电切断信号

AT到达判别电路

At到达信号

CM比较电路

DCL直流电抗器

DV驱动电路

Dv驱动信号

E输出电压

EA误差放大电路

Ea误差放大信号

ED输出电压检测电路

Ed输出电压检测信号

ER输出电压设定电路

Er输出电压设定信号

FC进给控制电路

Fc进给控制信号

FDV风扇电动机驱动电路

FM风扇电动机

FR进给速度设定电路

Fr进给速度设定信号

HD温度检测电路

Hd温度检测(值/信号)

HDD温度A/D变换电路

Hdd温度检测数字(值/信号)

Ht温度基准值

HTR温度基准值设定电路

Htr温度基准值设定信号

I1、I2焊接电流

ID电流A/D变换电路

Id焊接电流数字(值/信号)

It额定焊接电流

Iw焊接电流

IWD焊接电流检测电路

Iwd焊接电流检测信号

k数据数

ON焊炬开关

On焊接开始信号

PM电源主电路

Rw转速

RWC转速增加判别电路

Rwc转速增加信号

Si(过去10分钟期间的焊接电流的平方的)平均值

SIC平均值运算电路

Sic平均值运算信号

SR基准值设定电路

St使用率基准值

Str使用率基准值设定信号

T周期

Ts采样周期

Vf驱动电压

Vw焊接电压

WM进给电动机

α额定使用率

Claims

1.一种焊接电源的保护控制方法，由温度传感器检测焊接电源内部的温度，并在该温度检测值达到了预先规定的温度基准值时，切断焊接电流的通电，

所述焊接电源的保护控制方法的特征在于，

时时刻刻地计算过去10分钟期间的焊接电流的平方的平均值，在该平均值为预先规定的使用率基准值以上、且所述温度检测值小于所述温度基准值时，使设置于焊接电源内部的风扇电动机的转速比额定转速更快。

2.根据权利要求1所述的焊接电源的保护控制方法，其特征在于，

通过使所述风扇电动机的输入电压值增加来加快所述冷却风扇的转速。

3.根据权利要求1或2所述的焊接电源的保护控制方法，其特征在于，

在所述焊接电流被切断时，恢复所述风扇电动机的转速。