JP2008119728A - アーク加工用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源装置に内蔵されている並列に設けられた、複数の主変圧器の巻線及び2次整流回路等の部品ばらつきによって生じる出力電圧等のバラツキを減少させること。
【解決手段】6つの素子からなるインバータ回路と、第1及び第2素子の接続点と第4及び第5素子の接続点との間に設けた第1主変圧器及び第1の2次整流回路と、第2及び第3素子の接続点と第5及び第6素子の接続点との間に設けた第2主変圧器及び第2の2次整流回路と、出力電圧等に基づいてインバータ回路をPWM制御する第1及び第2のパルス信号を出力し、第1パルス信号により第1及び第6素子を駆動し第2のパルス信号により第3及び第4素子を駆動するパルス幅制御回路と、第1パルス信号が入力すると1/4周期位相シフトして第2素子を駆動させ第2のパルス信号が入力すると1/4周期位相シフトして第5素子を駆動させる位相制御回路とを備えたアーク加工用電源装置である。
【選択図】図1
【解決手段】6つの素子からなるインバータ回路と、第1及び第2素子の接続点と第4及び第5素子の接続点との間に設けた第1主変圧器及び第1の2次整流回路と、第2及び第3素子の接続点と第5及び第6素子の接続点との間に設けた第2主変圧器及び第2の2次整流回路と、出力電圧等に基づいてインバータ回路をPWM制御する第1及び第2のパルス信号を出力し、第1パルス信号により第1及び第6素子を駆動し第2のパルス信号により第3及び第4素子を駆動するパルス幅制御回路と、第1パルス信号が入力すると1/4周期位相シフトして第2素子を駆動させ第2のパルス信号が入力すると1/4周期位相シフトして第5素子を駆動させる位相制御回路とを備えたアーク加工用電源装置である。
【選択図】図1
Description
本発明は、アーク加工用電源装置に内蔵されているインバータ回路の改良に関するものである。
アーク加工用電源装置において、溶接性の向上及び大電力を出力するためにインバータ回路等を複数並列に設けインバータの動作周波数を高くして対応してきた。
図6は、インバータ回路、主変圧器、2次整流回路及び直流リアクトルを2つ並列に設けた従来技術のアーク加工用電源装置である。同図において、商用交流電源ACを整流して直流電圧を出力する1次整流回路DR1と、直流電圧を平滑する平滑コンデンサC1とで直流電源回路が形成される。
図6に示すブリッジ接続された第1のインバータ回路は、第7のスイッチング素子TR7乃至第10のスイッチング素子TR10によって形成され、相対向する第7のスイッチング素子TR7及び第10のスイッチング素子TR10と、第8のスイッチング素子TR8及び第9のスイッチング素子TR9とが一対となり、一対が交互に導通と遮断とを繰り返して直流電圧を高周波交流電圧に変換して出力する。また、第2のインバータ回路は、第11のスイッチング素子TR11乃至第14のスイッチング素子TR14によって形成され、第1のインバータ回路と並列に設けられている。
第1の主変圧器INT1は、第1のインバータ回路によって変換された高周波交流電圧をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換し、第1の2次整流回路DR2は、第1の主変圧器INT1の出力を整流し第2の直流リアクトルDCL2を介してトーチTHと被加工物Mとの間に電力を供給する。
第2の主変圧器INT2は、第2のインバータ回路によって変換された高周波交流電圧をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換し、第2の2次整流回路DR3は、第2の主変圧器INT2の出力を整流して第3の直流リアクトルDCL3を介してトーチTHと被加工物Mとの間に電力を供給する。
第1の出力電流検出回路ID1は、第1の主変圧器INT1の2次側の出力電流を検出して第1の出力電流検出信号Id1として出力し、第2の出力電流検出回路ID2は、第2の主変圧器INT2の2次側の出力電流を検出して第2の出力電流検出信号Id2として出力する。
2入力対応パルス幅制御回路PWM2は、パルス周波数が一定でパルス幅を変調するPWM制御を行い、第1の出力電流検出信号Id1に応じて第1のパルス幅制御信号PWm1及び第2のパルス幅制御信号PWm2のパルス幅を制御すると共に、第2の出力電流検出信号Id2に応じて第3のパルス幅制御信号PWm3及び第4のパルス幅制御信号PWm4のパルス幅を制御する。
第2のインバータ駆動回路DA2は、第1のパルス幅制御信号PWm1に応じて、第7スイッチング素子駆動信号Tr7及び第10スイッチング素子駆動信号Tr10を出力し、第2のパルス幅制御信号PWm2に応じて、第8スイッチング素子駆動信号Tr8及び第9スイッチング素子駆動信号Tr9を出力する。また、第3のインバータ駆動回路DA3は、第3のパルス幅制御信号PWm3に応じて、第11スイッチング素子駆動信号Tr11及び第14スイッチング素子駆動信号Tr14を出力し、第4のパルス幅制御信号PWm4に応じて、第12スイッチング素子駆動信号Tr12及び第13スイッチング素子駆動信号Tr13を出力する。
つぎに、動作について説明する。
図6に示す起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されると、2入力対応パルス幅制御回路PWM2は、第1の出力電流検出回路ID1によって検出された第1の出力電流検出信号Id1と予め定めた電流基準値Irとを比較し、第1のパルス幅制御信号PWm1及び第2のパルス幅制御信号PWm2を生成して第1のインバータ回路を駆動すると共に、第2の出力電流検出回路ID2によって検出された第2の出力電流検出信号Id2と電流基準値Irとを比較し、第3のパルス幅制御信号PWm3及び第4のパルス幅制御信号PWm4を生成して第2のインバータ回路を駆動する。
図6に示す起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されると、2入力対応パルス幅制御回路PWM2は、第1の出力電流検出回路ID1によって検出された第1の出力電流検出信号Id1と予め定めた電流基準値Irとを比較し、第1のパルス幅制御信号PWm1及び第2のパルス幅制御信号PWm2を生成して第1のインバータ回路を駆動すると共に、第2の出力電流検出回路ID2によって検出された第2の出力電流検出信号Id2と電流基準値Irとを比較し、第3のパルス幅制御信号PWm3及び第4のパルス幅制御信号PWm4を生成して第2のインバータ回路を駆動する。
そして、2入力対応パルス幅制御回路PWM2は、第1の出力電流検出信号Id1の値と電流基準値Irとが同一になるよう第1のパルス幅制御信号PWm1及び第2のパルス幅制御信号PWm2を制御すると共に、第2の出力電流検出信号Id2の値と電流基準値Irとが同一になるよう第3のパルス幅制御信号PWm3及び第4のパルス幅制御信号PWm4のパルス幅を制御するので、第1のインバータ回路及び第2のインバータ回路の出力電流が平衡するので並列運転が可能となる。(例えば、特許文献1)
アーク加工用電源装置において、溶接性を良くし、且つ出力電力の増大をはかるために、インバータの動作周波数を高くして溶接性を改善し、且つインバータ回路、主変圧器及び2次整流回路等で形成される電源ユニットを並列に設け、各電源ユニットからの出力電流を検出し検出した出力電流を所定の電流基準値と比較し、常に出力電流が同一になるように2入力対応パルス幅制御回路でパルス幅制御信号を補正して2つのインバータ回路を定電流制御するので、2つの電源ユニットの出力電流が平衡され出力電流の増大がはかれた。
しかし、溶接性を良くするためにインバータの動作周波数を高くすると、主変圧器を構成するコアの鉄損が周波数の増加に応じて増大し、この鉄損の増大よって主変圧器は温度上昇を起していた。よって主変圧器は、磁束密度等の小さい高価なコア材料を使用して温度上昇を抑制していた。
そこで、本発明では、上述した課題を解決することができるアーク加工用電源装置を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するために、第1の発明は、商用交流電源を整流し直流電圧を出力する1次整流回路と、上記1次整流回路に並列に設けて直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、第1のスイッチング素子乃至第3のスイッチング素子を直列接続すると共に第4のスイッチング素子乃至第6のスイッチング素子を直列接続してなるブリッジのインバータ回路と、上記第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と上記第4のスイッチング素子及び第5のスイッチング素子の接続点との間に設けて第1のインバータ出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する第1の主変圧器と、上記第1の主変圧器の出力を整流する第1の2次整流回路と、第2のスイッチング素子及び第3のスイッチング素子の接続点と上記第5のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子の接続点との間に設けて第2のインバータ出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する第2の主変圧器と、上記第2の主変圧器の出力を整流する第2の2次整流回路と、上記第1の2次整流回路及び第2の2次整流回路で整流された出力電圧を平滑する直流リアクトルと、上記出力電圧又は上記直流リアクトルを通電する出力電流に基づいて上記インバータ回路をPWM制御する第1のパルス幅制御信号と1/2周期位相シフトした第2のパルス幅制御信号とを出力し、上記第1のパルス幅制御信号により相対向する第1のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子を駆動すると共に上記第2のパルス幅制御信号により相対向する第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を駆動するパルス幅制御回路と、上記第1のパルス幅制御信号が入力すると1/4周期位相シフトして第2のスイッチング素子を駆動させると共に、上記第2のパルス幅制御信号が入力すると1/4周期位相シフトして第5のスイッチング素子を駆動させる位相制御回路と、を備えたことを特徴とするアーク加工用電源装置である。
第2の発明は、上記第1のパルス幅制御信号が入力するとパルス幅を最大に設定して相対向する第1のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子を駆動させると共に、上記第2のパルス幅制御信号が入力するとパルス幅を最大に設定して相対向する第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を駆動させる最大パルス設定駆動回路を備えたことを、特徴とする第1の発明記載のアーク加工用電源装置である。
本発明によれば、第1のスイッチング素子乃至第3のスイッチング素子を直列接続し、第4のスイッチング素子乃至第6のスイッチング素子を直列接続してなるブリッジ接続のインバータ回路では、出力電圧又は出力電流に基づいて、インバータ回路をPWM制御する第1のパルス幅制御信号と第2のパルス幅制御信号とを生成し、第1のパルス幅制御信号により相対向する第1のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子を駆動し、第2のパルス幅制御信号により相対向する第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を駆動し、更に、第1のパルス幅制御信号を1/4周期位相シフトして第2のスイッチング素子を駆動させ、第2のパルス幅制御信号を1/4周期位相シフトして第5のスイッチング素子を駆動させることにより、第1のインバータ出力と第2のインバータ出力とが1/4周期位相シフトし、並列に設けられた2つの主変圧器に交互に出力されるので、
例えば、インバータ回路の動作周波数を30kHzにすると、第1の2次整流回路及び第2の2次整流回路で整流された出力周波数は、2倍の60kHzとなりインバータ回路の動作周波数を上げずに溶接性を向上させることができる。更に、2つの主変圧器は30kHzで交互に動作するので、主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇を抑制するための磁束密度等の小さい高価なコア材料を必要としない。
例えば、インバータ回路の動作周波数を30kHzにすると、第1の2次整流回路及び第2の2次整流回路で整流された出力周波数は、2倍の60kHzとなりインバータ回路の動作周波数を上げずに溶接性を向上させることができる。更に、2つの主変圧器は30kHzで交互に動作するので、主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇を抑制するための磁束密度等の小さい高価なコア材料を必要としない。
第2の発明によれば、出力電流が小電流のとき、並列に設けられた2つの主変圧器のうち、一方の主変圧器のみが動作し、出力電流が大電流のとき、2つの主変圧器が交互に動作するので、主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇が抑制され磁束密度等の小さい高価なコアの材料を必要としない。更に、小電流のとき、インバータ回路の導通時間を長くして出力電流を制御するので出力精度が向上する。
図1は、本発明の実施形態に係るアーク加工用電源装置である。同図において、図6に示す従来技術のアーク加工用電源装置の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
図1に示す、第1のスイッチング素子乃至第3のスイッチング素子を直列接続した第1アームと、第4のスイッチング素子乃至第6のスイッチング素子を直列接続してなる第2アームとからブリッジ接続のインバータ回路を形成する。
出力電流検出回路IDは、直流リアクトルDCLを通電する出力電流を検出して出力電流検出信号Idとして出力する。
パルス幅制御回路PWMは、出力電流検出信号Idに基づいてインバータ回路をPWM制御する第1のパルス幅制御信号PWm1と1/2周期位相シフトした第2のパルス幅制御信号PWm2とを出力する。
第1のインバータ駆動回路DA1は、第1のパルス幅制御信号PWm1が入力すると、第1のスイッチング素子TR1を駆動する第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び第6のスイッチング素子TR6を駆動する第6スイッチング素子駆動信号Tr6を出力し、第2のパルス幅制御信号PWm2が入力すると第3のスイッチング素子TR3を駆動する第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び第4のスイッチング素子TR4を駆動する第4スイッチング素子駆動信号Tr4を出力する。
位相制御回路FDは、第1のパルス幅制御信号PWm1が入力すると第1のパルス幅制御信号PWm1を1周期の1/4周期(90°)位相シフトして第2スイッチング素子駆動信号Tr2として出力し、第2のパルス幅制御信号PWm2が入力すると第2のパルス幅制御信号PWm2を1周期の1/4周期(90°)位相シフトして第5スイッチング素子駆動信号Tr5として出力する。
図2は、本発明の実施の形態の動作を説明するための波形タイミング図である。図2において、図2(A)の波形は第1のパルス幅制御信号PWm1を示し、同図(B)の波形は第2のパルス幅制御信号PWm2を示す。同図(C)の波形は第1スイッチング素子駆動信号Tr1、同図(D)の波形は第2スイッチング素子駆動信号Tr2を示し、同図(E)の波形は第3スイッチング素子駆動信号Tr3を示し、同図(F)の波形は第4スイッチング素子駆動信号Tr4を示し、同図(G)の波形は第5スイッチング素子駆動信号Tr5を示し、同図(H)の波形は第6スイッチング素子駆動信号Tr6を示す。図2(I)の波形は第1の主変圧器INT1の出力電圧波形IT1を示し、同図(J)の波形は第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2を示し、同図(K)の波形は2次整流信号Drを示す。
つぎに、図2の波形タイミング図を用いて本発明の動作を説明する。
図1に示す、起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されるとパルス幅制御回路PWMは、予め定めた電流基準値Irと出力電流検出信号Idとを比較演算した値(例えば、Ir−Id)に基づいて定まる、図2(A)に示すパルス幅時間T2の第1のパルス幅制御信号PWm1と図2(B)に示す第2のパルス幅制御信号PWm2とを出力する。
図1に示す、起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されるとパルス幅制御回路PWMは、予め定めた電流基準値Irと出力電流検出信号Idとを比較演算した値(例えば、Ir−Id)に基づいて定まる、図2(A)に示すパルス幅時間T2の第1のパルス幅制御信号PWm1と図2(B)に示す第2のパルス幅制御信号PWm2とを出力する。
図2に示す時刻t=t1において、図2(A)に示す第1のパルス幅制御信号PWm1が第1のインバータ駆動回路DA1に入力すると、第1のインバータ駆動回路DA1は、図2(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図2(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6を出力し、インバータ回路の第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は遮断状態から導通状態になる。
また、時刻t=t1において、第1のパルス幅制御信号PWm1が位相制御回路FDに入力されると、位相制御回路FDは、第1のパルス幅制御信号PWm1を1/4周期位相シフトして、図2(D)に示す時刻t=t2のときに、第2スイッチング素子駆動信号Tr2として出力し、第2のスイッチング素子TR2は遮断状態から導通状態になる。そして、第1のスイッチング素子TR1、第2のスイッチング素子TR2及び第6のスイッチング素子TR6が同時に導通して、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し、第2の主変圧器INT2の2次側には、図2(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t3において、第1のパルス幅制御信号PWm1がHighレベルからLowレベルになると、第1のインバータ駆動回路DA1は第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び第6スイッチング素子駆動信号Tr6の出力を停止し、第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は導通状態から遮断状態になる。そして、時刻t=t2〜t3の間は、図2(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t4において、図2(B)に示す第2のパルス幅制御信号PWm2が第1のインバータ駆動回路DA1に入力すると、第1のインバータ駆動回路DA1は、図2(E)に示す第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び図2(F)に示す第4スイッチング素子駆動信号Tr4を出力し、インバータ回路の第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4は遮断状態から導通状態になる。
また、時刻t=t4において、第2のパルス幅制御信号PWm2が位相制御回路FDに入力されると、位相制御回路FDは、第2のパルス幅制御信号PWm2を1/4周期位相シフトして、図2(G)に示す時刻t=t6のときに、第5スイッチング素子駆動信号Tr5として出力し、第5のスイッチング素子TR5は遮断状態から導通状態になる。
時刻t=t4において、第2のスイッチング素子TR2、第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4が同時に導通して、第1の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し、第1の主変圧器INT1の2次側には、図2(I)に示す出力電圧波形IT1が出力される。
時刻t=t5において、第2スイッチング素子駆動信号Tr2がHighレベルからLowレベルになると、第2のスイッチング素子TR2は導通状態から遮断状態になる。そして、図2(I)に示す、第1の主変圧器INT1の2次側の出力電圧波形IT1の出力が停止する。
時刻t=t6において、第5スイッチング素子駆動信号Tr5がHighレベルになると、第3スイッチング素子TR3、第4のスイッチング素子TR4及び第5のスイッチング素子TR5が同時に導通し、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し、第2の主変圧器INT2の2次側には、図2(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t7において、第2のパルス幅制御信号PWm2がHighレベルからLowレベルになると、第1のインバータ駆動回路DA1は第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び第4スイッチング素子駆動信号Tr4の出力を停止し、第3のスイッチング素子TR3及び第4スイッチング素子TR4は導通状態から遮断状態になる。そして、時刻t=t6〜t7の間は、図2(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t8において、第1のパルス幅制御信号PWm1が再度位相制御回路FDに入力されると、位相制御回路FDは、第1のパルス幅制御信号PWm1を1/4周期位相シフトして、図2(D)に示す第2スイッチング素子駆動信号Tr2として出力する。
時刻t=t9において、第5スイッチング素子駆動信号Tr5がHighレベルからLowレベルになると、5スイッチング素子TR5は導通状態から遮断状態になる。そして、図2(I)に示す2次側出力電圧波形IT1の出力が停止する。
そして、以後は上述の動作を繰り返して、図1に示す直流リアクトルDCLに、図2(K)に示す、2つの2次整流回路によって整流された2次整流信号Drが入力される。
そして、以後は上述の動作を繰り返して、図1に示す直流リアクトルDCLに、図2(K)に示す、2つの2次整流回路によって整流された2次整流信号Drが入力される。
上述より、第1のパルス幅制御信号を1/4周期位相シフトして第2のスイッチング素子を駆動させると共に、第2のパルス幅制御信号を1/4周期位相シフトして第5のスイッチング素子を駆動させるので、第1のインバータ出力と第2のインバータ出力とが1/4周期位相シフトして交互に出力するので、並列に設けられた2つの主変圧器は、例えば、インバータ回路の動作周波数を30kHzにすると、第1の2次整流回路及び第2の2次整流回路で整流された出力周波数は、2倍の60kHzとなりインバータ回路の動作周波数を上げなくても溶接性を向上させることができる。更に、2つの主変圧器は30kHzで交互に動作するので、主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇を抑制できる。
図3は、本発明の実施形態2に係るアーク加工用電源装置である。同図において、図1に示すアーク加工用電源装置の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
図3に示す最大パルス設定駆動回路GDAは、第1のパルス幅制御信号PWm1が入力すると、第1のスイッチング素子TR1を駆動する第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び第6のスイッチング素子TR6を駆動する第6スイッチング素子駆動信号Tr6のパルス幅を最大パルス幅に設定し、第2のパルス幅制御信号PWm2が入力すると第3のスイッチング素子TR3を駆動する第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び第4のスイッチング素子TR4を駆動する第4スイッチング素子駆動信号Tr4のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力する。
図4は、実施の形態2の小電流で動作するときの波形タイミング図である。図4において、図4(A)の波形は第1のパルス幅制御信号PWm1を示し、同図(B)の波形は第2のパルス幅制御信号PWm2を示す。同図(C)の波形は第1スイッチング素子駆動信号Tr1、同図(D)の波形は第2スイッチング素子駆動信号Tr2を示し、同図(E)の波形は第3スイッチング素子駆動信号Tr4を示し、同図(F)の波形は第4スイッチング素子駆動信号Tr4を示し、同図(G)の波形は第5スイッチング素子駆動信号Tr5を示し、同図(H)の波形は第6スイッチング素子駆動信号Tr6を示す。同図(I)の波形は第1の主変圧器INT1の出力電圧波形IT1を示し、同図(J)の波形は第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2を示し、同図(K)の波形は2次整流信号Drを示す。
つぎに、図4の波形タイミング図を用いて実施の形態2の小電流領域での動作を説明する。図3に示す、起動スイッチTSから起動信号Tsが出力されるとパルス幅制御回路PWMは、予め定めた電流基準値Irと出力電流検出信号Idとを比較演算した値(例えば、Ir−Id)に基づいて定まる、パルス幅時間T3の第1のパルス幅制御信号PWm1と第2のパルス幅制御信号PWm2とを出力する。
図4に示す時刻t=t1において、図4(A)に示す第1のパルス幅制御信号PWm1が最大パルス設定駆動回路GDAに入力すると、最大パルス設定駆動回路GDAは、図4(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図4(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力し、インバータ回路の第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は遮断状態から導通状態になる。
また、時刻t=t1において、第1のパルス幅制御信号PWm1が位相制御回路FDに入力すると、位相制御回路FDは、第1のパルス幅制御信号PWm1を1/4周期位相シフトして、時刻t=t2のときに、第2スイッチング素子駆動信号Tr2として出力し、第2のスイッチング素子TR2は遮断状態から導通状態になる。そして、第1のスイッチング素子TR1、第2のスイッチング素子TR2及び第6のスイッチング素子TR6が同時に導通して、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し第2の主変圧器INT2の2次側には、図4(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t3において、第2スイッチング素子駆動信号Tr2の出力が停止すると、第2のスイッチング素子TR2は導通状態から遮断状態になる。そして、時刻t=t2〜t3の間は、図4(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t4において、最大パルス設定駆動回路GDAによって最大パルス幅に設定された図4(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図4(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6の出力が停止する。
時刻t=t5において、図4(B)に示す第2のパルス幅制御信号PWm2が最大パルス設定駆動回路GDAに入力すると、最大パルス設定駆動回路GDAは、図4(E)に示す第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び図4(F)に示す第4スイッチング素子駆動信号Tr4のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力し、インバータ回路の第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4は遮断状態から導通状態になる。
また、時刻t=t5において、第2のパルス幅制御信号PWm2が位相制御回路FDに入力すると、位相制御回路FDは、第2のパルス幅制御信号PWm2を1/4周期位相シフトして、時刻t=t6のときに、第5スイッチング素子駆動信号Tr5として出力し、第5のスイッチング素子TR5は遮断状態から導通状態になる。そして、第3のスイッチング素子TR3、第4のスイッチング素子TR4及び第5のスイッチング素子TR5が同時に導通して、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し、第2の主変圧器INT2の2次側には、図4(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t7において、第5スイッチング素子駆動信号Tr5の出力が停止すると、第5のスイッチング素子TR5は導通状態から遮断状態になる。そして、時刻t=t6〜t7の間は、図4(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t8において、最大パルス設定駆動回路GDAによって最大パルス幅に設定された図4(E)に示す第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び図4(F)に示す第4スイッチング素子駆動信号Tr4の出力が停止する。
時刻t=t9において、図4(A)に示す第1のパルス幅制御信号PWm1が再度最大パルス設定駆動回路GDAに入力すると、最大パルス設定駆動回路GDAは、図4(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図4(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力し、インバータ回路の第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は遮断状態から導通状態になる。そして、以後は上述の動作を繰り返して、図3に示す直流リアクトルDCLに、図4(K)に示す、2つの2次整流回路によって整流された2次整流信号Drが入力される。
上述より、出力電流が小電流のとき、並列に設けられた2つの主変圧器のうち、一方の主変圧器のみが動作しても、出力電流が小さいため主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇は抑制される。更に、小電流ではインバータ回路の導通時間を長くして出力電流を制御するので、例えば、最大出力300Aの電源装置において、5A程度の最小電流での精度が向上する。
図5は、実施の形態2の大電流で動作するときの波形タイミング図である。図5において、図5(A)の波形は第1のパルス幅制御信号PWm1を示し、同図(B)の波形は第2のパルス幅制御信号PWm2を示し、同図(C)の波形は第1スイッチング素子駆動信号Tr1、同図(D)の波形は第2スイッチング素子駆動信号Tr2を示す。同図(E)の波形は第3スイッチング素子駆動信号Tr4を示し、同図(F)の波形は第4スイッチング素子駆動信号Tr4を示し、同図(G)の波形は第5スイッチング素子駆動信号Tr5を示し、同図(H)の波形は第6スイッチング素子駆動信号Tr6を示す。同図(I)の波形は第1の主変圧器INT1の出力電圧波形IT1を示し、同図(J)の波形は第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2を示し、同図(K)の波形は2次整流信号Drを示す。
つぎに、図5の波形タイミング図を用いて実施の形態2の大電流での動作を説明する。 図5に示す時刻t=t1において、図5(A)に示す第1のパルス幅制御信号PWm1が最大パルス設定駆動回路GDAに入力すると、最大パルス設定駆動回路GDAは、図5(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図5(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力し、インバータ回路の第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は遮断状態から導通状態になる。
また、時刻t=t1において、第1のパルス幅制御信号PWm1が位相制御回路FDに入力すると、位相制御回路FDは、第1のパルス幅制御信号PWm1を1/4周期位相シフトして、時刻t=t2のときに、第2スイッチング素子駆動信号Tr2として出力し、第2のスイッチング素子TR2は遮断状態から導通状態になる。そして、第1のスイッチング素子TR1、第2のスイッチング素子TR2及び第6のスイッチング素子TR6が同時に導通して、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し第2の主変圧器INT2の2次側には、図5(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t3において、最大パルス設定駆動回路GDAによって最大パルス幅に設定された図5(C)に示す第1スイッチング素子駆動信号Tr1及び図5(H)に示す第6スイッチング素子駆動信号Tr6の出力が停止すると、第1のスイッチング素子TR1及び第6のスイッチング素子TR6は導通状態から遮断状態になり、図5(J)に示す出力電圧波形IT2の出力が停止する。そして、時刻t=t2〜t3の間は、図5(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t4において、図5(B)に示す第2のパルス幅制御信号PWm2が最大パルス設定駆動回路GDAに入力すると、最大パルス設定駆動回路GDAは、図5(E)に示す第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び図5(F)に示す第4スイッチング素子駆動信号Tr4のパルス幅を最大パルス幅に設定して出力し、インバータ回路の第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4は遮断状態から導通状態になる。 そして、第2のスイッチング素子TR2、第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4が同時に導通して、第1の主変圧器INT1の1次側に電力を供給し第1の主変圧器INT1の2次側には、図5(I)に示す出力電圧波形IT1が出力される。
また、時刻t=t4において、第2のパルス幅制御信号PWm2が位相制御回路FDに入力すると、位相制御回路FDは、第2のパルス幅制御信号PWm2を1/4周期位相シフトして、時刻t=t6のときに、第5スイッチング素子駆動信号Tr5として出力して、第5のスイッチング素子TR5は遮断状態から導通状態になる。
時刻t=t5において、第2スイッチング素子駆動信号Tr2出力が停止すると、第2のスイッチング素子TR2は導通状態から遮断状態になり、図5(I)に示す出力電圧波形IT1の出力が停止する。そして、時刻t=t4〜t5の間は、図5(I)に示す第1の主変圧器INT1の出力電圧波形IT1が出力される。
時刻t=t6のとき、第5のスイッチング素子TR5は遮断状態から導通状態になと、第3のスイッチング素子TR3、第4のスイッチング素子TR4及び第5のスイッチング素子TR5が同時に導通して、第2の主変圧器INT2の1次側に電力を供給し、第2の主変圧器INT2の2次側には、図5(J)に示す出力電圧波形IT2が出力される。
時刻t=t7において、最大パルス設定駆動回路GDAによって最大パルス幅に設定された図5(E)に示す第3スイッチング素子駆動信号Tr3及び図5(F)に示す第4スイッチング素子駆動信号Tr4の出力が停止すと、第3のスイッチング素子TR3及び第4のスイッチング素子TR4は導通状態から遮断状態になり、図5(J)に示す出力電圧波形IT2の出力が停止する。そして、時刻t=t6〜t7の間は、図5(J)に示す第2の主変圧器INT2の出力電圧波形IT2が出力される。
更に、以後は上述の動作を繰り返して、図3に示す直流リアクトルDCLに、図5(K)に示す、2つの2次整流回路によって整流された2次整流信号Drが入力される。
更に、以後は上述の動作を繰り返して、図3に示す直流リアクトルDCLに、図5(K)に示す、2つの2次整流回路によって整流された2次整流信号Drが入力される。
上述より、出力電流が大電流のとき、2つの主変圧器が交互に動作するので、主変圧器を構成するコアの鉄損が増加せず、温度上昇が抑制され磁束密度等の小さい高価なコアの材料を使用しなくても済む。
C1 平滑コンデンサ
DA1 第1のインバータ駆動回路
DA2 第2のインバータ駆動回路
DA3 第3のインバータ駆動回路
GDA 最大パルス幅設定駆動回路
DR1 1次整流回路
DR2 第1の2次整流回路
DR3 第2の2次整流回路
DCL 直流リアクトル
DCL2 第2の直流リアクトル
DCL3 第3の直流リアクトル
FD 位相制御回路
ID 出力電流検出回路
ID1 第1の出力電流検出回路
ID2 第2の出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
Id1 第1の出力電流検出信号
Id2 第2の出力電流検出信号
IR 電流基準設定回路
Ir 電流基準値
INT1 第1の主変圧器
INT2 第2の主変圧器
M 被加工物
PWM パルス幅制御回路
PWM2 2入力対応パルス幅制御回路
PWm1 第1のパルス幅制御信号
PWm2 第2のパルス幅制御信号
PWm3 第3のパルス幅制御信号
PWm4 第4のパルス幅制御信号
TH トーチ
TS 起動スイッチ
Ts 起動信号
TR1 第1のスイッチング素子
TR2 第2のスイッチング素子
TR3 第3のスイッチング素子
TR4 第4のスイッチング素子
TR5 第5のスイッチング素子
TR6 第6のスイッチング素子
TR7 第7のスイッチング素子
TR8 第8のスイッチング素子
TR9 第9のスイッチング素子
TR10 第10のスイッチング素子
TR11 第12のスイッチング素子
TR12 第12のスイッチング素子
TR13 第13のスイッチング素子
TR14 第14のスイッチング素子
Tr1 第1スイッチング素子駆動信号
Tr2 第2スイッチング素子駆動信号
Tr3 第3スイッチング素子駆動信号
Tr4 第4スイッチング素子駆動信号
Tr5 第5スイッチング素子駆動信号
Tr6 第6スイッチング素子駆動信号
Tr7 第7スイッチング素子駆動信号
Tr8 第8スイッチング素子駆動信号
Tr9 第9スイッチング素子駆動信号
Tr10 第10スイッチング素子駆動信号
Tr11 第11スイッチング素子駆動信号
Tr12 第12スイッチング素子駆動信号
Tr13 第13スイッチング素子駆動信号
Tr14 第14スイッチング素子駆動信号
DA1 第1のインバータ駆動回路
DA2 第2のインバータ駆動回路
DA3 第3のインバータ駆動回路
GDA 最大パルス幅設定駆動回路
DR1 1次整流回路
DR2 第1の2次整流回路
DR3 第2の2次整流回路
DCL 直流リアクトル
DCL2 第2の直流リアクトル
DCL3 第3の直流リアクトル
FD 位相制御回路
ID 出力電流検出回路
ID1 第1の出力電流検出回路
ID2 第2の出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
Id1 第1の出力電流検出信号
Id2 第2の出力電流検出信号
IR 電流基準設定回路
Ir 電流基準値
INT1 第1の主変圧器
INT2 第2の主変圧器
M 被加工物
PWM パルス幅制御回路
PWM2 2入力対応パルス幅制御回路
PWm1 第1のパルス幅制御信号
PWm2 第2のパルス幅制御信号
PWm3 第3のパルス幅制御信号
PWm4 第4のパルス幅制御信号
TH トーチ
TS 起動スイッチ
Ts 起動信号
TR1 第1のスイッチング素子
TR2 第2のスイッチング素子
TR3 第3のスイッチング素子
TR4 第4のスイッチング素子
TR5 第5のスイッチング素子
TR6 第6のスイッチング素子
TR7 第7のスイッチング素子
TR8 第8のスイッチング素子
TR9 第9のスイッチング素子
TR10 第10のスイッチング素子
TR11 第12のスイッチング素子
TR12 第12のスイッチング素子
TR13 第13のスイッチング素子
TR14 第14のスイッチング素子
Tr1 第1スイッチング素子駆動信号
Tr2 第2スイッチング素子駆動信号
Tr3 第3スイッチング素子駆動信号
Tr4 第4スイッチング素子駆動信号
Tr5 第5スイッチング素子駆動信号
Tr6 第6スイッチング素子駆動信号
Tr7 第7スイッチング素子駆動信号
Tr8 第8スイッチング素子駆動信号
Tr9 第9スイッチング素子駆動信号
Tr10 第10スイッチング素子駆動信号
Tr11 第11スイッチング素子駆動信号
Tr12 第12スイッチング素子駆動信号
Tr13 第13スイッチング素子駆動信号
Tr14 第14スイッチング素子駆動信号
Claims (2)
- 商用交流電源を整流し直流電圧を出力する1次整流回路と、前記1次整流回路に並列に設けて直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、第1のスイッチング素子乃至第3のスイッチング素子を直列接続すると共に第4のスイッチング素子乃至第6のスイッチング素子を直列接続してなるブリッジのインバータ回路と、前記第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の接続点と前記第4のスイッチング素子及び第5のスイッチング素子の接続点との間に設けて第1のインバータ出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する第1の主変圧器と、前記第1の主変圧器の出力を整流する第1の2次整流回路と、第2のスイッチング素子及び第3のスイッチング素子の接続点と前記第5のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子の接続点との間に設けて第2のインバータ出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する第2の主変圧器と、前記第2の主変圧器の出力を整流する第2の2次整流回路と、前記第1の2次整流回路及び第2の2次整流回路で整流された出力電圧を平滑する直流リアクトルと、前記出力電圧又は前記直流リアクトルを通電する出力電流に基づいて前記インバータ回路をPWM制御する第1のパルス幅制御信号と1/2周期位相シフトした第2のパルス幅制御信号とを出力し、前記第1のパルス幅制御信号により相対向する第1のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子を駆動すると共に前記第2のパルス幅制御信号により相対向する第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を駆動するパルス幅制御回路と、前記第1のパルス幅制御信号が入力すると1/4周期位相シフトして第2のスイッチング素子を駆動させると共に、前記第2のパルス幅制御信号が入力すると1/4周期位相シフトして第5のスイッチング素子を駆動させる位相制御回路と、を備えたことを特徴とするアーク加工用電源装置。
- 前記第1のパルス幅制御信号が入力するとパルス幅を最大に設定して相対向する第1のスイッチング素子及び第6のスイッチング素子を駆動させると共に、前記第2のパルス幅制御信号が入力するとパルス幅を最大に設定して相対向する第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子を駆動させる最大パルス設定駆動回路を備えたことを、特徴とする請求項1記載のアーク加工用電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006307309A JP2008119728A (ja) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | アーク加工用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006307309A JP2008119728A (ja) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | アーク加工用電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008119728A true JP2008119728A (ja) | 2008-05-29 |
Family
ID=39505050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006307309A Pending JP2008119728A (ja) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | アーク加工用電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008119728A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011030335A (ja) * | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 車載用電源装置 |
JP2014176140A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Nec Computertechno Ltd | スイッチング電源回路 |
-
2006
- 2006-11-14 JP JP2006307309A patent/JP2008119728A/ja active Pending
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JP2011030335A (ja) * | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 車載用電源装置 |
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