JP2011155782A - 溶接電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠相検出手段では、平滑コンデンサＣ１で平滑した直流電圧の落ち込みを検出するので、欠相が発生したときの落ち込み量が小さく欠相の検出精度が悪い。
【解決手段】商用交流電源を整流する１次整流回路と、整流された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、溶接に適した交流電圧に変換する主変圧器と、主変圧器の出力を整流する２次整流回路と、整流された出力電圧及び出力電流を検出する出力検出回路と、出力検出信号の値に基づいてインバータ回路を制御する主制御回路とを備え、１次整流回路で整流した脈流を有する電流を検出する入力電流検出回路と、主制御回路で演算した出力電力の平均値に基づいて入力電流基準値を設定する入力電流基準設定回路と、入力電流値が入力電流基準値を超えると欠相と判別する欠相判別回路とを備え、欠相が判別されると出力を停止する溶接電源装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接電源装置に入力する商用交流電源の欠相を判別する技術に関するものである。

溶接電源装置に入力する商用交流電源の欠相を検出するために、各相間にリレー又はホトカプラーを設けて、各相の通電を検出し欠相が発生したか否かを判別していた。
しかし、この欠相判別方法では、欠相を判別するための部品が複数必要とし、リレーを使用すると機械構造のために寿命に難点がある。

図６は、上述の課題を対策した溶接電源装置の電気接続図である。同図において、ダイオードＤ１乃至ダイオードＤ６は、商用交流電源を整流し脈流を有する電圧にする１次整流回路のダイオードである。平滑コンデンサＣ１は、脈流を有する電圧を平滑して直流電圧する。

インバータ回路ＩＮＶは、例えば、図示省略の４つのスイッチング素子でフルブリッジを形成する。主変圧器ＩＮＴは、アーク加工に適した高周波交流電圧に変換して出力し、２次整流回路ＤＲ１は、高周波交流電圧を直流電圧に整流して出力する。

図６において、入力電圧検出回路ＶＤ１は、平滑コンデンサＣ１で平滑された直流電圧を検出して入力電圧検出信号Ｖｄ１として出力する。１次電圧比較回路ＶＣは、入力電圧検出信号Ｖｄ１の値と予め定めた入力電圧基準値Ｖｒｅｆとを比較し、入力電圧検出信号Ｖｄの値が入力電圧基準値Ｖｒｅｆの値より低くなると商用交流電源に欠相が発生したと判別する。

例えば、商用交流電源のＷ相が欠相した場合、１次整流回路は、Ｕ相及びＶ相の２相の電圧のみ整流するので、平滑コンデンサＣ１で平滑した直流電圧は低下する。この低下した直流電圧を検出し、入力電圧基準値Ｖｒｅｆより低くなると欠相と判別するものである。（例えば、特許文献１）

特開２０００−２９６１０８号公報

図６に示す従来技術の溶接電源装置では、商用交流電源の欠相を判別するために、リレー又は特殊部品のホトカプラーを必要としないので、回路の簡素化、長寿命化及び標準部品の使用という効果がある

しかし、従来技術では、平滑コンデンサＣ１で平滑された直流電圧値と入力電圧基準値とを比較し、直流電圧値が入力電圧基準値より低くなると商用交流電源に欠相が発生したと判別していた。しかし、この欠相判別手段では、欠相が発生したときの直流電圧の低下が平滑コンデンサＣ１で平滑されるために小さくなり欠相の判別がしにくい。そして、出力電力値が小さくなるほど、直流電圧の低下がより小さくなり欠相の判別が難しくなり、誤動作を生じることがある。

そこで、本発明では、溶接電源の出力電力に影響されない欠相判別手段を備えた溶接電源装置を提供することを目的とする。

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する１次整流回路と、前記整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑された直流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波交流電圧を溶接に適した交流電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を整流する２次整流回路と、前記整流された出力電圧及び出力電流を検出する出力検出回路と、前記出力検出信号の値に基づいて前記インバータ回路を制御する主制御回路と、を備えた溶接電源装置において、前記１次整流回路で整流し脈流を有する電流を検出し入力電流検出信号として出力する入力電流検出回路と、前記主制御回路で算出した出力電力の平均値に基づいて入力電流基準値を設定する入力電流基準設定回路と、前記入力電流検出信号の値と前記入力電流基準値とを比較し前記入力電流検出信号の値が前記入力電流基準値を超えると欠相と判別する欠相判別回路と、を備え前記欠相が判別されると前記インバータ回路の運転を停止することを特徴とする溶接電源装置である。

第２の発明は、前記欠相判別回路は、前記入力電流検出信号の値が前記入力電流基準値を超えた時点から商用電源周波数の半周期の間に前記入力電流基準値を２回以上超えたときに欠相と判別すること、を特徴とする請求項１記載の溶接電源装置である。

第１の発明では、１次整流回路で整流された脈流を有する入力電流を検出し、この入力電流の変化に応じて商用交流電源の欠相を判別すると、商用交流電源のＷ相に欠相が生じるとＵ相及びＶ相に相当する入力電流の脈流成分が増加し、この増加した脈流を有する入力電流値を出力電力値に基づいて設定した入力電流基準値で比較し、入力電流値が入力電流基準値を超えたとき欠相と判別すると、出力電力値に応じて入力電流基準値が最適な値に設定されるので、出力電力が小さくなっても欠相判別の精度が維持でき誤動作抑制につながる。

第２の発明では、整流された脈流を有する入力電流値と入力電流基準値とを比較し、所定期間中に脈流を有する入力電流値が入力電流基準値を複数回（例えば、２回）超えたときに、欠相と判別するので欠相の判別精度がより向上する。

本発明の溶接電源装置の電気接続図である。 実施の形態１の欠相検出・判別回路の詳細図である。 実施の形態１の欠相検出の動作を説明する波形図である。 実施の形態２の欠相検出・判別回路の詳細図である。 実施の形態２の欠相検出の動作を説明する波形図である。 従来技術の溶接電源装置の電気接続図である。

図１は、本発明の溶接電源装置の電気接続図である。同図において、図６に示す従来技術の溶接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。

入力電流検出回路ＩＤ１は、一次整流回路で整流された脈流を有する電流を検出して入力電流検出信号Ｉｄ１して出力する。出力電流検出回路ＩＤ２は、２次整流回路ＤＲ１で整流された電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄ２して出力する。出力電圧検出回路ＶＤは、出力電圧を検出して出力電圧検出信号ＶＤとして出力する。出力制御回路ＳＣは、出力電流検出信号Ｉｄ２に応じてインバータ回路ＩＮＴを制御すると共に出力電流検出信号Ｉｄ２及び出力電圧検出信号Ｖｄの値に基づいて出力電力値Ｐｏを算出する。

図２は、第１の欠相検出・判別回路ＬＭ１の詳細図であり、低域フィルタ回路ＬＰ、入力電流基準設定回路ＩＲＥＦ、欠相検出回路ＣＰ及び第１の欠相判別回路ＬＡ１にて形成される。

低域フィルタ回路ＬＰ（例えば、バタワース・フィルタ）は、出力制御回路ＳＣにより出力電流検出信号Ｉｄ２の値と出力電圧検出信号Ｖｄの値とに基づいて算出された出力電力信号Ｐｏを、（例えば、６０Ｈｚ）低周波で広域カットし出力電力信号Ｐｏの値を平均化する。

入力電流基準設定回路ＩＲＥＦは、低域フィルタ回路ＬＰによって平均化された出力電力値に基づいて入力電流基準値Ｉｒｅｆを設定する。欠相検出回路ＣＰは入力電流検出信号Ｉｄ１の値と入力電流基準値Ｉｒｅｆとを比較し、入力電流検出信号Ｉｄ１の値が入力電流基準値Ｉｒｅｆを超えている期間のみ欠相検出信号Ｃｐを出力する。

第１の欠相判別回路ＬＡ１は、欠相検出信号Ｃｐが入力されると欠相判別信号Ｌａを出力する。そして、リセット信号Ｒｓが入力されるまで欠相判別信号Ｌａの出力を維持する。

図３は、実施の形態１の欠相検出の動作を説明する波形図であり、同図（Ａ）の波形は入力電流検出信号Ｉｄ１を示し、同図（Ｂ）の波形は欠相検出信号Ｃｐを示し、同図（Ｃ）の波形は欠相判別信号Ｌａを示す。

図１に示す商用交流電源のＷ相に欠相が発生し、図３（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、入力電流検出信号Ｉｄ１のＷ相の脈流電流が歯抜け状態になると、次回の入力電流検出信号Ｉｄ１のＵ相及びＶ相の脈流電流が増加する。

欠相検出回路ＣＰは、低域フィルタ回路ＬＰによって平均化された出力電力値Ｌｐに基づいて設定される入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆと入力電流検出信号Ｉｄ１とを比較し、図３に示す時刻ｔ＝ｔ２において、入力電流検出信号Ｉｄ１（Ｕ相の脈流電流）が入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆを超えると、図３（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにする。

第１の欠相判別回路ＬＡ１は、図３（Ｂ）に示す欠相検出信号Ｃｐが入力されると、図３（Ｃ）に示す欠相判別信号Ｌａを出力する。そして、出力制御回路ＳＣは、欠相検出信号Ｌａに応じてインバータ回路ＩＮＶの動作を停止する。そして、以後リセット信号Ｒｓが入力されるまで欠相判別信号Ｌａの出力を維持し、インバータ回路ＩＮＴの動作停止を継続する。

図４は、実施の形態２の第２の欠相検出・判別回路の詳細図であり、図２に示す実施の形態１の第１の欠相検出・判別回路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。

第２の欠相検出・判別回路ＬＭ２は、低域フィルタ回路ＬＰ、入力電流基準設定回路ＩＲＥＦ、欠相検出回路ＣＰ、アンド論理回路ＡＮＤ、欠相基準期間回路ＮＥ（以下、単安定マルチバイブレータという）、反転回路ＩＮ及び第２の欠相判別回路ＬＡ２にて形成される。

アンド論理回路ＡＮＤは、欠相検出信号Ｃｐと単安定マルチバイブレータ信号Ｎｅの反転信号とのアンド論理を行ってアンド信号Ａｄを出力する。単安定マルチバイブレータ回路ＮＥは、アンド信号ＡｄのＨｉｇｈレベルに応じて予め定めた期間の欠相基準期間信号Ｎｅ（商用電源周波数の周期ＴのＴ／２）を出力する。

第２の欠相判別回路ＬＡ２は、欠相基準期間信号Ｎｅが入力すると欠相検出信号Ｃｐの発生回数をカウントし、欠相基準期間信号Ｎｅ（商用電源周波数の周期ＴのＴ／２）の期間中に欠相検出信号Ｃｐが２回以上発生すると欠相と判別して欠相判別信号Ｌａを出力する。

図５は、実施の形態２の欠相検出の動作を説明する波形図であり、同図（Ａ）の波形は入力電流検出信号Ｉｄ１を示し、同図（Ｂ）の波形は欠相検出信号Ｃｐを示し、同図（Ｃ）の波形は示すアンド信号Ａｄを示し、同図（Ｄ）の波形は欠相基準期間信号Ｎｅを示し、同図（Ｅ）の波形は反転信号Ｉｎを示し、同図（Ｆ）の波形は欠相判別信号Ｌａを示す。

図１に示す商用交流電源のＷ相に欠相が発生し、図５（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、入力電流検出信号Ｉｄ１のＷ相の脈流電流が歯抜け状態になると、次回の入力電流検出信号Ｉｄ１のＵ相及びＶ相の脈流電流が増加する。欠相検出回路ＣＰは、低域フィルタ回路ＬＰによって平均化された出力電力値Ｌｐの値に基づいて設定される入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆと入力電流検出信号Ｉｄ１とを比較し、図５に示す時刻ｔ＝ｔ２において、入力電流検出信号Ｉｄ１の値（Ｕ相の脈流電流）が入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆを超えると、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにする。

図４に示すアンド論理回路ＡＮＤは、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐのＨｉｇｈレベルと図５（Ｅ）に反転信号ＩｎのＨｉｇｈレベルとのアンド論理を行い、アンド信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになる。単安定マルチバイブレータＮＥは、アンド信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると時限を開始し、図５（Ｄ）に示す商用電源周波数の周期ＴのＴ／２の期間を有する欠相基準期間信号Ｎｅを出力する。そして、時刻ｔ＝ｔ３において、反転信号ＩｎがＬｏｗレべルになるとアンド信号ＡｄもＬｏｗレベルになる。

第２の欠相判別回路ＬＡ２は、欠相基準期間信号Ｎｅの期間中に図５（Ｂ）に示す欠相検出信号Ｃｐが入力されると、欠相検出信号Ｃｐが１回発生したとカウントする。

時刻ｔ＝ｔ４において、入力電流検出信号Ｉｄ１の値（Ｕ相の脈流電流）が減少し入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆより小さくなると、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐがＬｏｗレベルになる。

続いて、時刻ｔ＝ｔ５において、図５（Ａ）に示す入力電流検出信号Ｉｄ１の値（Ｖ相の脈流電流）が増加し、入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆの値より大きくなると、欠相検出回路ＣＰは、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにする。アンド論理回路ＡＮＤは、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐのＨｉｇｈレベルと図５（Ｅ）に反転信号ＩｎのＬｏｗレベルとのアンド論理を行い、アンド信号ＡｄをＬｏｗレベルにして単安定マルチバイブレータＮＥへの入力を禁止し、現在出力中の図５（Ｄ）に示す欠相基準期間信号Ｎｅを維持する。

第２の欠相判別回路ＬＡ２は、欠相基準期間信号Ｎｅの期間中に図５（Ｂ）に示す欠相検出信号Ｃｐが再入力されると、欠相検出信号Ｃｐが２回発生したとことをカウントする。

時刻ｔ＝ｔ６において、入力電流検出信号Ｉｄ１の値（Ｖ相の脈流電流）が減少し入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆより小さくなると、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐがＬｏｗレベルになる。

図５に示す時刻ｔ＝ｔ７において、入力電流検出信号Ｉｄ１の値（Ｕ相の脈流電流）が再度増加し、入力電流基準設定信号Ｉｒｅｆを超えると、欠相検出回路ＣＰは、図５（Ｂ）に示す欠相検出信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにする。このとき、第２の欠相判別回路ＬＡ２は、欠相検出信号Ｃｐが３回発生したことをカウントする。

そして、時刻ｔ＝ｔ８において図５（Ｄ）に示す商用電源周波数の周期ＴのＴ／２の期間を有する欠相基準期間信号Ｎｅの入力が終了する。このとき第２の欠相判別回路ＬＡ２は、欠相検出信号Ｃｐが２回以上発生したことを判別し、欠相判別信号Ｌａを出力する。

そして、以後第２の欠相判別回路ＬＡ２は、リセット信号Ｒｓが入力されるまで欠相判別信号Ｌａの出力を維持し、インバータ回路ＩＮＴの動作停止を継続する。

上記の出力電力信号Ｐｏの値の平均化を行うために低域フィルタ回路ＬＰを用いているが、半周期前の出力電力信号Ｐｏの平均値を算出し、この算出した値に基づいて入力電流基準値Ｉｒｅｆを設定してもよい。

上述に示すように、１次整流回路で整流された脈流を有する入力電流を検出し、この入力電流の変化に応じて商用交流電源の欠相を判別すると、平滑コンデンサＣ１で平滑された直流電圧の変化に応じて欠相を判別するより精度が向上する。

ＡＮＤ アンド論理回路
Ａｄ アンド論理信号
Ｃ１ 平滑コンデンサ
ＣＰ 欠相検出回路
Ｃｐ 欠相検出信号
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｄ３ 第３のダイオード
Ｄ４ 第４のダイオード
Ｄ５ 第５のダイオード
Ｄ６ 第６のダイオード
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＤＲ１ ２次整流回路
ＩＤ１ 入力電流検出回路
Ｉｄ１ 入力電流検出信号
ＩＤ２ 出力電流検出回路
Ｉｄ２ 出力電流検出信号
ＩＮ 反転回路
Ｉｎ 反転信号
ＩＮＶ インバータ回路
ＩＮＴ 主変圧器
ＩＲＥＦ 入力電流基準設定回路
Ｉｒｅｆ 入力電流基準設定信号（入力電流基準値）
ＬＡ１ 第１の欠相判別回路
ＬＡ２ 第２の欠相判別回路
Ｌａ 欠相判別信号
ＬＰ 低域フィルタ回路
Ｍ 被加工物
ＮＥ 欠相基準期間回路
Ｎｅ 欠相基準期間信号
ＳＣ 出力制御回路
ＴＨ トーチ
ＶＤ１ 入力電圧検出回路
Ｖｄ１ 入力電圧検出信号
ＶＤ 出力電圧検出回路
Ｖｄ 出力電圧検出信号
Ｐｏ 出力電力値
Ｒｓ リセット信号

Claims (2)

1. 商用交流電源を整流する１次整流回路と、前記整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑された直流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波交流電圧を溶接に適した交流電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を整流する２次整流回路と、前記整流された出力電圧及び出力電流を検出する出力検出回路と、前記出力検出信号の値に基づいて前記インバータ回路を制御する主制御回路と、を備えた溶接電源装置において、
   前記１次整流回路で整流し脈流を有する電流を検出し入力電流検出信号として出力する入力電流検出回路と、前記主制御回路で算出した出力電力の平均値に基づいて入力電流基準値を設定する入力電流基準設定回路と、前記入力電流検出信号の値と前記入力電流基準値とを比較し前記入力電流検出信号の値が前記入力電流基準値を超えると欠相と判別する欠相判別回路と、を備え前記欠相が判別されると前記インバータ回路の運転を停止することを特徴とする溶接電源装置。
2. 前記欠相判別回路は、前記入力電流検出信号の値が前記入力電流基準値を超えた時点から商用電源周波数の半周期の間に前記入力電流基準値を２回以上超えたときに欠相と判別すること、を特徴とする請求項１記載の溶接電源装置。

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