JP2012095442A - Welding power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接電源装置においてインバータ回路を出力制御するPID制御に関するものである。 The present invention relates to PID control for controlling output of an inverter circuit in a welding power source apparatus.
従来のアーク溶接において、小電流領域での出力が不安定になりアーク切れが起こりやすくなる。この不具合を防止するために環状鉄心(閉ループ)構成の直流リアクトルを使用し、小電流領域でのインダクタンス値を大きしてアーク切れを抑制していた。 In conventional arc welding, the output in a small current region becomes unstable and arc breakage easily occurs. In order to prevent this problem, a DC reactor having a ring core (closed loop) configuration is used, and an arc value is suppressed by increasing an inductance value in a small current region.
図7は、従来技術の溶接電源装置の電気接続図である。同図を用いて従来技術の動作について説明する。
同図に示す直流電源回路は、三相交流商用電源ACの出力を整流して直流電圧に変換する1次整流回路DR1と、直流電圧に変換した電圧を平滑する平滑コンデンサC1とで形成される。
FIG. 7 is an electrical connection diagram of a conventional welding power source apparatus. The operation of the prior art will be described with reference to FIG.
The DC power supply circuit shown in the figure is formed by a primary rectifier circuit DR1 that rectifies the output of the three-phase AC commercial power supply AC and converts it into a DC voltage, and a smoothing capacitor C1 that smoothes the voltage converted to the DC voltage. .
図7に示すブリッジ接続されたインバータ回路は、第1のスイッチング素子TR1乃至第4のスイッチング素子TR4によって形成され、導通と遮断を繰り返して直流電圧を高周波交流電圧に変換する。 The bridge-connected inverter circuit shown in FIG. 7 is formed by the first switching element TR1 to the fourth switching element TR4, and repeats conduction and interruption to convert a DC voltage into a high-frequency AC voltage.
変圧器INTは、高周波交流電圧をアーク加工に適した電圧に変換する。2次整流回路DR2は、変圧器INTの出力を整流しアーク加工に適した直流電圧に変換し、直流リアクトル(閉ループ構成を有する)DCLは整流された直流電圧を平滑して負荷に供給する。 The transformer INT converts the high-frequency AC voltage into a voltage suitable for arc machining. The secondary rectifier circuit DR2 rectifies the output of the transformer INT and converts it into a DC voltage suitable for arc machining, and a DC reactor (having a closed loop configuration) DCL smoothes the rectified DC voltage and supplies it to the load.
出力電流検出回路IDは、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。 出力電流設定回路IRは、予め定めた出力電流設定信号Irを設定する。 The output current detection circuit ID detects the output current and outputs it as an output current detection signal Id. The output current setting circuit IR sets a predetermined output current setting signal Ir.
図8に示す従来のPID(比例・積分・微分)制御回路は、出力電流検出信号Idの値と出力電流設定信号Irの値と偏差を求めて差動信号Ddとして出力する差動器DDと、差動信号Ddと予め定めた比例ゲインKpとで乗算し第1の乗算信号Md1として出力する第1の乗算器MD1と、差動信号Ddを積分して積分信号Icとして出力する積分器ICと、積分信号Icと予め定めた積分ゲインKiとで乗算し第2の乗算信号Md2として出力する第2の乗算器MD2と、差動信号Ddを微分して微分信号Icとして出力する微分器ICと、微分信号Icと予め定めた微分ゲインKiとで乗算し第3の乗算信号Md3として出力する第3の乗算器MD3と、第1の乗算信号Md1、第2の乗算信号Md2及び第3の乗算信号Md3を加算してPid制御信号として出力する加算器ADとで形成されている。 The conventional PID (proportional / integral / differential) control circuit shown in FIG. 8 obtains the difference between the value of the output current detection signal Id and the value of the output current setting signal Ir and outputs it as a differential signal Dd. , A first multiplier MD1 that multiplies the differential signal Dd by a predetermined proportional gain Kp and outputs it as a first multiplication signal Md1, and an integrator IC that integrates the differential signal Dd and outputs it as an integration signal Ic. And a second multiplier MD2 that multiplies the integrated signal Ic by a predetermined integral gain Ki and outputs the result as a second multiplied signal Md2, and a differentiator IC that differentiates the differential signal Dd and outputs it as a differentiated signal Ic. A third multiplier MD3 that multiplies the differential signal Ic by a predetermined differential gain Ki and outputs the result as a third multiplication signal Md3, a first multiplication signal Md1, a second multiplication signal Md2, and a third multiplication signal Md3. Add multiplication signal Md3 It is formed by an adder AD output as Pid control signal Te.
主制御回路SCは、パルス周波数が一定でパルス幅を変調するパルス幅変調制御を行い、Pid制御信号に応じてパルス幅変調制御を行い、互いに半周期ずれた第1の出力制御信号Sc1及び第2の出力制御信号Sc2を出力する。 The main control circuit SC performs pulse width modulation control that modulates the pulse width at a constant pulse frequency, performs pulse width modulation control according to the Pid control signal, and outputs the first output control signal Sc1 and the first output control signal Sc1 that are shifted from each other by a half cycle. 2 output control signal Sc2.
インバータ駆動回路SRは、第1の出力制御信号Sc1及び第2の出力制御信号Sc2に応じてインバータ回路を駆動させる第1のスイッチング素子駆動信号Tr1乃至第4のスイッチング素子駆動信号Tr4を出力する。 The inverter drive circuit SR outputs a first switching element drive signal Tr1 to a fourth switching element drive signal Tr4 that drive the inverter circuit according to the first output control signal Sc1 and the second output control signal Sc2.
図9は、閉ループ構成を有する直流リアクトルDCLの出力電流値とインダクタンス値との特性図である。同図で小電流領域(例えば、25A)では、インダクタンス値は50μHにも増加し、この特性を利用して小電流領域でのインダクタンス値を大きくしてアーク切れを抑制していた。しかし、PID制御回路の比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKdは、例えば、出力電流が100Aに適合する予め定めた値に設定すると、小電流領域においてインダクタンス値が大きく変化し各ゲインの適合性が崩れてしまう。 FIG. 9 is a characteristic diagram of the output current value and the inductance value of the DC reactor DCL having a closed loop configuration. In the same figure, in the small current region (for example, 25 A), the inductance value increased to 50 μH, and using this characteristic, the inductance value in the small current region was increased to suppress arc interruption. However, when the proportional gain Kp, integral gain Ki, and differential gain Kd of the PID control circuit are set to predetermined values that, for example, the output current conforms to 100 A, the inductance value greatly changes in the small current region, and the respective gains are adapted. Sex will collapse.
特許文献1のアーク溶接機の制御方法では、PID制御について記載されている。
In the control method of the arc welder of
従来の溶接電源装置では、小電流領域でのアーク切れを抑制するために、図9に示す特性を有する環状鉄心(閉ループ)構成の直流リアクトルを使用し、小電流領域でのインダクタンス値を大きくしてアーク切れを抑制していた。即ち、閉ループ特性を有する直流リアクトルでは、図9に示すように出力電流が小電流領域の、例えば、50A以下になるとインダクタンス値が急激に大きくなり、この直流リアクトルのインダクタンス特性を利用してアーク切れを抑制していた。
しかし、PID制御回路は比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインは、直流リアクトルのインダクタンス値が安定する、出力電流が100Aの値に適合するように設定しているので、小電流領域において直流リアクトルのインダクタンス値が急激に大きくなると、比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインの適合性が崩れてPID制御の応答性に遅れが生じる。この状態でアーク状態から短絡状態に移行した直後に出力電流を減少しスパッタの発生を抑制するとき、PID制御の応答性の遅れにより出力電流に発振が発生しスパッタ量の増加に繋がってしまう。
In the conventional welding power source device, in order to suppress the arc break in the small current region, a DC reactor having a ring core (closed loop) configuration having the characteristics shown in FIG. 9 is used, and the inductance value in the small current region is increased. The arc break was suppressed. That is, in a DC reactor having a closed loop characteristic, as shown in FIG. 9, when the output current is in a small current region, for example, 50 A or less, the inductance value increases rapidly. Was suppressed.
However, in the PID control circuit, the proportional gain, integral gain, and differential gain are set so that the inductance value of the DC reactor is stable and the output current conforms to the value of 100 A. Therefore, the inductance of the DC reactor in a small current region When the value increases rapidly, the compatibility of the proportional gain, integral gain, and differential gain is lost, and the response of PID control is delayed. In this state, when the output current is reduced immediately after the transition from the arc state to the short circuit state to suppress the occurrence of sputtering, the output current oscillates due to the delay in the response of PID control, leading to an increase in the amount of sputtering.
そこで、本発明では、スパッタ量が少なく、且つ小電流領域でのアークが切れにくい溶接電源装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a welding power source apparatus that has a small amount of spatter and that is difficult to break an arc in a small current region.
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、商用交流電源を直流電圧に変換する直流電源回路と、前記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を平滑する閉ループの直流リアクトルと、前記平滑された出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記出力電流検出値と予め定めた出力電流設定値とをPID制御しPID制御信号として出力するPID制御回路と、前記PID制御信号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、前記直流リアクトルのインダクタンス値に対応するインダクタンス係数を生成し、前記出力電流検出値に基づいて前記インダクタンス係数を算出するンダクタンス係数回路を設け、前記PID制御回路は、前記インダクタンス係数に基づいて前記PID制御信号の比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを変更する、ことを特徴とする溶接電源装置である。
In order to solve the problems described above, the invention of
請求項2の発明は、前記インダクタンス係数回路は、予め定めた第1の出力電流基準値と前記第1の出力電流基準値より大きい予め定めた第2の出力電流基準値とを有し、前記出力電流検出値が前記第1の出力電流基準値以下のとき第1のインダクタンス係数になり、前記出力電流検出値が前記第2の出力電流基準値以上のとき第2のインダクタンス係数になり、前記出力電流検出値が前記第1の出力電流基準値から前記第2の出力電流基準値に向けて増大すると前記インダクタンス係数は連続的に減少する、ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源装置である。
According to a second aspect of the present invention, the inductance coefficient circuit includes a predetermined first output current reference value and a predetermined second output current reference value that is larger than the first output current reference value. When the output current detection value is less than or equal to the first output current reference value, the first inductance coefficient is obtained; when the output current detection value is greater than or equal to the second output current reference value, the second inductance coefficient is obtained; 2. The welding power source device according to
請求項3の発明は、前記PID制御回路は、前記インダクタンス値に対応するインダクタンス係数が大きくなると前記比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを大きくする、ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源装置である。 The invention according to claim 3 is characterized in that the PID control circuit increases the proportional gain, integral gain, and differential gain when an inductance coefficient corresponding to the inductance value increases. It is.
本発明によれば、閉ループの直流リアクトルを使用して出力電力をPID制御でフィードバックする溶接電源装置において、前記直流リアクトルのインダクタンス値の変化をインダクタンス係数を介して逐次検出し、このインダクタンス値の変化に応じてPID制御の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを変更させることで、直流リアクトルのインダクタンス値が大きくなる小電流領域でのPID制御の応答が速くなり、アーク状態から短絡状態に移行した直後に電流を小さくしてスパッタの発生を抑制するとき、PID制御の応答性が速くなり出力電流の発振が防止できる。この発振の防止によりスパッタの発生が減少し溶接の品質向上につながる。 According to the present invention, in a welding power source apparatus that feeds back output power by PID control using a closed loop DC reactor, a change in the inductance value of the DC reactor is sequentially detected via an inductance coefficient, and the change in the inductance value is detected. By changing the proportional gain, integral gain, and derivative gain of PID control according to the PID control, the response of PID control in the small current region where the inductance value of the DC reactor increases becomes faster, and immediately after the transition from the arc state to the short circuit state When the current is reduced to suppress the occurrence of sputtering, the PID control response becomes faster and the oscillation of the output current can be prevented. By preventing this oscillation, the occurrence of spatter is reduced, leading to improved welding quality.
図1は、実施形態1の溶接電源装置の電気接続図である。同図において、図7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。 FIG. 1 is an electrical connection diagram of the welding power source apparatus according to the first embodiment. In the figure, components having the same reference numerals as those in the electrical connection diagram of the conventional welding power source apparatus shown in FIG. 7 perform the same operations, and thus the description thereof will be omitted.
図2に示すインダクタンス係数回路LOは、出力電流検出信号Idの値に応じて変化するインダクタンス値を、インダクタンス値に対応したインダクタンス係数Lに変換して出力する。図2に示すインダクタンス係数回路LOにより、出力電流検出信号Idの値が予め定めた第1の出力電流基準値Ir1(例えば、10A)より小さいとき、インダクタンス値100μHをインダクタンス係数L=10に変換して出力し、出力電流検出信号Idの値が10A〜40Aの範囲のとき、インダクタンス係数Lを(−0.3Id+13)のインダクタンス係数変換式より算出しインダクタンス係数Lを10から1に向けて減少し、このときインダクタンス係数L=10から1に対応するインダクタンス値は100μHから10μHに向けて連続的に減少する。つぎに、出力電流検出信号Idの値が第2の出力電流基準値Ir2(例えば、40A)より大きい、インダクタンス値は10μHをインダクタンス係数L=1に変換して出力する。
The inductance coefficient circuit LO shown in FIG. 2 converts an inductance value that changes according to the value of the output current detection signal Id into an inductance coefficient L corresponding to the inductance value, and outputs it. When the value of the output current detection signal Id is smaller than a predetermined first output current reference value Ir1 (for example, 10 A), the
図3は、直流リアクトルのインダクタンス値をインダクタンス係数回路LOにてインダクタンス係数に変換したときの出力電流検出値とインダクタンス係数との相関図であり、出力電流検出信号Idの値が10A〜40Aの範囲のとき、出力電流検出信号Idの増加に逆比例してインダクタンス係数は10から1へと減少し、このときのインダクタンス値は100μHから10μHへと減少する。 FIG. 3 is a correlation diagram between the output current detection value and the inductance coefficient when the inductance value of the DC reactor is converted into the inductance coefficient by the inductance coefficient circuit LO, and the value of the output current detection signal Id ranges from 10A to 40A. In this case, the inductance coefficient decreases from 10 to 1 in inverse proportion to the increase in the output current detection signal Id, and the inductance value at this time decreases from 100 μH to 10 μH.
図2は、PID制御回路の詳細図を示し、例えば、電源投入時に出力電流検出値が100Aに対応する初期の比例ゲインをKpo、積分ゲインをKio及び微分ゲインをKdoに設定する。そして、出力電流検出値が10A〜40Aの範囲で変化すると、(−0.3Id+13)のインダクタンス係数変換式より算出したインダクタンス係数Lが、Kp=Kpo×(0.4L+0.6)の式に入力して最適な比例ゲインKpを算出し、第1の乗算器MD1により差動信号Ddと上記算出した比例ゲインKpとを乗算して第1の乗算信号Md1として出力する。続いて、積分器ICにより差動信号Ddを積分して積分信号Icとして出力し、第2の乗算器MD2により積分信号IcとKi=Kio×(0.1L+0.9)の式より算出した最適な積分ゲインKiとを乗算して第2の乗算信号Md2として出力する。さらに、微分器DCにより差動信号Ddを微分して微分信号Dcとして出力し、第3の乗算器MD3により微分信号DcとKd=Kdo×(0.2L+0.8)の式より算出した最適な微分ゲインKdとを乗算して第3の乗算信号Md3として出力する。そして、加算器ADにより第1の乗算信号Md1、第2の乗算信号Md2及び第3の乗算信号Md3を加算して行いPid制御信号として出力する。 FIG. 2 is a detailed diagram of the PID control circuit. For example, when power is turned on, an initial proportional gain corresponding to an output current detection value of 100 A is set to Kpo, an integral gain is set to Kio, and a differential gain is set to Kdo. When the output current detection value changes in the range of 10A to 40A, the inductance coefficient L calculated from the inductance coefficient conversion formula of (−0.3Id + 13) is input to the formula of Kp = Kpo × (0.4L + 0.6). Then, an optimal proportional gain Kp is calculated, and the first multiplier MD1 multiplies the differential signal Dd by the calculated proportional gain Kp and outputs the result as the first multiplied signal Md1. Subsequently, the differential signal Dd is integrated by the integrator IC and output as the integrated signal Ic, and the optimum value calculated by the second multiplier MD2 from the integrated signal Ic and the equation Ki = Kio × (0.1L + 0.9). Is multiplied by the integral gain Ki and output as a second multiplied signal Md2. Further, the differential signal Dd is differentiated by the differentiator DC and output as the differential signal Dc, and the optimum signal calculated by the third multiplier MD3 from the differential signal Dc and the equation Kd = Kdo × (0.2L + 0.8). The product is multiplied by the differential gain Kd and output as a third multiplication signal Md3. The adder AD adds the first multiplication signal Md1, the second multiplication signal Md2, and the third multiplication signal Md3, and outputs the result as a Pid control signal.
図4は、実施形態1の動作を説明する波形図であり、同図(A)は出力電流波形を示し、同図(B)は、短絡時の出力電流波形の拡大図を示す。 4A and 4B are waveform diagrams for explaining the operation of the first embodiment. FIG. 4A shows an output current waveform, and FIG. 4B shows an enlarged view of the output current waveform at the time of a short circuit.
次に、実施形態1の動作について図2から図4を用いて説明する。
図4(A)に示す時刻t=t1において、短絡状態からアーク状態に移行し出力電流検出信号Idの値が150Aになると、図2に示すインダクタンス係数回路LOは、第2の出力電流基準値Ir2(40A)より大きいとき、インダクタンス値10μHをインダクタンス係数L=1に変換して出力する。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
When the transition from the short-circuit state to the arc state at time t = t1 shown in FIG. 4A and the value of the output current detection signal Id reaches 150 A, the inductance coefficient circuit LO shown in FIG. When larger than Ir2 (40A), the
PID制御回路は、インダクタンス係数L=1を入力して、Kp=Kpo×(0.4L+0.6)の式より算出して比例ゲインKpを設定する。同時に、Ki=Kio×(0.1L+0.9)の式より算出して積分ゲインKiを設定する。さらに、Kd=Kdo×(0.2L+0.8)の式より算出して微分ゲインKdを設定する。このとき、時刻t=t1以前に設定した、例えば、出力電流検出値が100Aのときの、比例ゲインKpo、積分ゲインKio及び微分ゲインKdoと同一値になる。 The PID control circuit inputs an inductance coefficient L = 1, calculates from the equation of Kp = Kpo × (0.4L + 0.6), and sets the proportional gain Kp. At the same time, the integral gain Ki is set by calculating from the equation Ki = Kio × (0.1L + 0.9). Further, the differential gain Kd is set by calculating from the equation Kd = Kdo × (0.2L + 0.8). At this time, it becomes the same value as the proportional gain Kpo, the integral gain Kio, and the differential gain Kdo set before the time t = t1, for example, when the output current detection value is 100A.
図4(A)に示す時刻t=t1〜t2において、アーク発生中は出力電流検出信号Idの値が50A〜150Aになり、インダクタンス係数回路LOはインダクタンス係数L=1を継続し、PID制御回路は、第1の乗算器MD1により差動信号Ddと算出した比例ゲインKpとを乗算して第1の乗算信号Md1として出力し、第2の乗算器MD2により積分信号Icと算出した積分ゲインKIとを乗算して第2の乗算信号Md1として出力し、第3の乗算器MD3により微分信号Dcと算出した微分ゲインKdとを乗算して第3の乗算信号Md3として出力する。そして、加算器ADにより第1の乗算信号Md1、第2の乗算信号Md2及び第3の乗算信号Md3を加算して行いPid制御信号として出力する。 At time t = t1 to t2 shown in FIG. 4A, the value of the output current detection signal Id becomes 50A to 150A during arc generation, and the inductance coefficient circuit LO continues the inductance coefficient L = 1, and the PID control circuit Is multiplied by the differential signal Dd and the calculated proportional gain Kp by the first multiplier MD1 and output as the first multiplication signal Md1, and the integration signal Ic and the integration gain KI calculated by the second multiplier MD2 are output. Are multiplied and output as a second multiplication signal Md1, and the third multiplier MD3 multiplies the differential signal Dc by the calculated differential gain Kd and outputs the result as a third multiplication signal Md3. The adder AD adds the first multiplication signal Md1, the second multiplication signal Md2, and the third multiplication signal Md3, and outputs the result as a Pid control signal.
主制御回路SCは、Pid制御信号に応じてパルス幅変調制御を行い、互いに半周期ずれた第1の出力制御信号Sc1及び第2の出力制御信号Sc2を出力する。このとき、閉ループ構成の直流リアクトルDCLのインダクタンス値は、図9より10μHとなる。 The main control circuit SC performs pulse width modulation control according to the Pid control signal, and outputs a first output control signal Sc1 and a second output control signal Sc2 that are shifted from each other by a half cycle. At this time, the inductance value of the DC reactor DCL in the closed loop configuration is 10 μH from FIG.
時刻t=t2において、アーク状態から短絡状態に移行するとき、短絡時に発生するスパッタの発生を抑制するために、短絡電流を短絡発生から所定時間、例えば、1msの間、出力電流を25Aに減少させる。このとき、従来技術では直流リアクトルDCLのインダクタンス係数は1となり、図9に示すインダクタンス値が10μHから55μHに増加してもインダクタンス係数は変化しなく、このインダクタンス値の上昇によってPID制御の応答に遅れが生じ、図4(B)に示すように、PID制御の応答の遅れにより出力電流に発振が生じてスパッタが発生しスパッタ量が増加する。 When the transition from the arc state to the short-circuit state at time t = t2, the output current is reduced to 25 A for a predetermined time, for example, 1 ms from the occurrence of the short-circuit in order to suppress the occurrence of spatter that occurs at the time of the short-circuit. Let At this time, in the prior art, the inductance coefficient of the DC reactor DCL is 1, and even if the inductance value shown in FIG. 9 is increased from 10 μH to 55 μH, the inductance coefficient does not change, and the increase in the inductance value delays the response of the PID control. As shown in FIG. 4B, the output current oscillates due to a delay in the response of the PID control, and spatter is generated and the amount of spatter increases.
そこで、本発明では、図4(B)に示す時刻t=t2において、アーク状態から短絡状態に移行した直後に出力電流検出信号Idの値が25Aに減少すると、インダクタンス係数回路LOは、(−0.3Id+13)のインダクタンス係数変換式よりインダクタンス係数L=1を5.5に変更する。そして、このときにインダクタンス値は55μHに増加する。 Therefore, in the present invention, when the value of the output current detection signal Id decreases to 25 A immediately after the transition from the arc state to the short-circuit state at time t = t2 shown in FIG. 4B, the inductance coefficient circuit LO becomes (− Inductance coefficient L = 1 is changed to 5.5 from the inductance coefficient conversion equation of 0.3Id + 13). At this time, the inductance value increases to 55 μH.
PID制御回路は、インダクタンス係数L=5,5を入力して比例ゲインをKp=Kpo×(0.4L+0.6)の式より出力電流検出値25Aに対応した比例ゲインを求める。このときの比例ゲインKpはKp=2.8Kpoとなる。同時に、積分ゲインをKi=Kio×(0.1L+0.9)の式より出力電流検出値25Aに対応した積分ゲインを求める。このときの積分ゲインkiはKi=1.45Kioとなる。さらに、微分ゲインをKd=Kdo×(0.2L+0.8)の式より出力電流検出値25Aに対応した微分ゲインを求める。このときの微分ゲインKdはKd=1.9Kdoとなる。 The PID control circuit inputs the inductance coefficient L = 5, 5 and obtains the proportional gain corresponding to the output current detection value 25A from the equation of Kp = Kpo × (0.4L + 0.6). The proportional gain Kp at this time is Kp = 2.8 Kpo. At the same time, the integral gain corresponding to the output current detection value 25A is obtained from the equation Ki = Kio × (0.1L + 0.9). The integral gain ki at this time is Ki = 1.45Kio. Further, the differential gain corresponding to the output current detection value 25A is obtained from the equation of Kd = Kdo × (0.2L + 0.8). The differential gain Kd at this time is Kd = 1.9 Kdo.
図4(A)に示す時刻t=t2〜t3において、インダクタンス係数L=5.5の増加に応じてPID制御回路は、比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを増加し、この各ゲインの増加によってPID制御の応答が速くなり、図9に示す出力電流値が25Aのとき直流リアクトルDCLのインダクタンス値が55μHに増加しても、図4(B)に示す出力電流に発振が生じなくなり、アーク状態から短絡状態に移行したときに発生するスパッタ量が減少する。 At time t = t2 to t3 shown in FIG. 4A, the PID control circuit increases the proportional gain, the integral gain, and the differential gain according to the increase of the inductance coefficient L = 5.5. The response of PID control becomes faster, and even if the inductance value of the DC reactor DCL increases to 55 μH when the output current value shown in FIG. 9 is 25 A, the output current shown in FIG. The amount of spatter that occurs when shifting from a short circuit to a short circuit is reduced.
上述より、直流リアクトルDCLのインダクタンス値に対応するインダクタンス係数に基づいてPID制御の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを変更することで、PID制御のフィードバックの応答性が速くなり、アーク状態から短絡状態に移行した直後に電流を小さくしてスパッタの発生を抑制するとき、PID制御の応答性の高速化で出力電流の発振が防止でき、スパッタの発生の減少につながる。 As described above, by changing the proportional gain, integral gain, and differential gain of PID control based on the inductance coefficient corresponding to the inductance value of DC reactor DCL, the responsiveness of feedback of PID control becomes faster, and the short-circuit state from the arc state When suppressing the occurrence of sputtering by reducing the current immediately after shifting to, the oscillation of the output current can be prevented by increasing the responsiveness of PID control, leading to a reduction in the occurrence of sputtering.
実施形態2についての説明。
上述の実施形態1では、インダクタンス係数回路LOにより、出力電流値に基づいてインダクタンス値に対応するインダクタンス係数Lに変換し、この変換したインダクタンス係数LをPID制御回路に入力して、インダクタンス係数Lに基づいて比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを変更してPID制御の応答性を制御しているが、図6に示す電流対応PID制御回路に出力電流検出値を直接入力して比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを変更し、PID制御の応答速度を制御してもよい。
Explanation about the second embodiment.
In the first embodiment described above, the inductance coefficient circuit LO converts the inductance coefficient L corresponding to the inductance value based on the output current value, and inputs the converted inductance coefficient L to the PID control circuit. The proportional gain, integral gain, and derivative gain are changed based on this to control the responsiveness of PID control. However, the output current detection value is directly input to the current corresponding PID control circuit shown in FIG. In addition, the response speed of the PID control may be controlled by changing the differential gain.
この動作について図4から図6を用いて説明する。
図4(A)に示す時刻t=t1において、短絡状態からアーク状態に移行し出力電流検出信号Idの値が、例えば、150Aになると、図6に示す電流対応PID制御回路は、出力電流検出値150Aを入力として、比例ゲインを図6に示す、(Kpo×1)の式より算出する。このときの比例ゲインKpはKp=Kpoになる。同時に、積分ゲインを(Kio×1)の式より算出する。このときの積分ゲインKiはKi=Kioになる。さらに、微分ゲインを(Kdo×1)の式より算出する。このときの微分ゲインKdはKd=Kdoになる。
This operation will be described with reference to FIGS.
At time t = t1 shown in FIG. 4A, when the state changes from the short-circuit state to the arc state and the value of the output current detection signal Id becomes 150 A, for example, the current corresponding PID control circuit shown in FIG. With the value 150A as an input, the proportional gain is calculated from the equation (Kpo × 1) shown in FIG. The proportional gain Kp at this time is Kp = Kpo. At the same time, the integral gain is calculated from the equation (Kio × 1). The integral gain Ki at this time is Ki = Kio. Further, the differential gain is calculated from the equation (Kdo × 1). At this time, the differential gain Kd is Kd = Kdo.
図4(A)に示す時刻t=t1〜t2において、アーク発生中は出力電流検出信号Idの値が50A〜150Aのとき、電流対応PID制御回路は、時刻t=t1において算出した比例ゲインKp、積分ゲインKd及び微分ゲインKiとを加算してPid制御信号として出力する。 At time t = t1 to t2 shown in FIG. 4A, when the value of the output current detection signal Id is 50A to 150A during arc generation, the current corresponding PID control circuit calculates the proportional gain Kp calculated at time t = t1. The integral gain Kd and the differential gain Ki are added and output as a Pid control signal.
図4(B)に示す時刻t=t2において、アーク状態から短絡状態に移行して出力電流検出信号Idの値が25Aに減少すると、電流対応PID制御回路は、出力電流検出値25Aを入力して図6に示す、Kp=Kpo×(−0.12Id+5.8)の式より算出し、このときの比例ゲインKpはKp=2.8Kpoになる。同時に、Ki=Kio×(−0.03Id+2.2)の式より算出し、このときの積分ゲインKiはKi=1.45Kioになる。さらに、Kd=Kdo×(−0.06Id+3.4)の式より算出し、このときの微分ゲインKdは、Kd=1.9Kdoになる。 At time t = t2 shown in FIG. 4B, when the value of the output current detection signal Id decreases to 25A from the arc state to the short circuit state, the current corresponding PID control circuit inputs the output current detection value 25A. Thus, the proportional gain Kp at this time is Kp = 2.8 Kpo, calculated from the equation of Kp = Kpo × (−0.12Id + 5.8) shown in FIG. At the same time, it is calculated from the equation Ki = Kio × (−0.03Id + 2.2), and the integral gain Ki at this time is Ki = 1.45Kio. Further, it is calculated from an equation of Kd = Kdo × (−0.06Id + 3.4), and the differential gain Kd at this time is Kd = 1.9 Kdo.
上述より、出力電流値の変化に応じて比例ゲインKp、積分ゲインKd及び微分ゲインKiの変化が実施形態1と同一になる。 As described above, the changes in the proportional gain Kp, the integral gain Kd, and the differential gain Ki according to the change in the output current value are the same as those in the first embodiment.
AD 加算器
C1 平滑コンデンサ
DC 微分器
Dc 微分信号
DD 差動器
Dd 差動信号
DCL 直流リアクトル(閉ループ構成)
DR1 1次整流回路
DR2 2次整流回路
ID 出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
INT 主変圧器
IC 積分器
Ic 積分信号
IR 出力電流設定回路
Ir 出力電流設定信号(出力電流設定値)
LO インダクタンス係数回路
L インダクタンス係数
M 被加工物
MD1 第1の乗算器
Md1 第1の乗算信号
MD2 第2の乗算器
Md2 第2の乗算信号
MD3 第3の乗算器
Md3 第3の乗算信号
PID PID制御回路(比例・積分・微分制御回路)
Pid Pid制御信号
PIDI 電流対応PID制御回路(比例・積分・微分制御回路)
SC 主制御回路
Sc1 第1の出力制御信号
Sc2 第2の出力制御信号
SR インバータ駆動回路
TH トーチ
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
Tr1 第1のスイッチング素子駆動信号
Tr2 第2のスイッチング素子駆動信号
Tr3 第3のスイッチング素子駆動信号
Tr4 第4のスイッチング素子駆動信号
AD Adder C1 Smoothing Capacitor DC Differentiator Dc Differentiated Signal DD Differential Differentiator Dd Differential Signal DCL DC Reactor (Closed Loop Configuration)
DR1 primary rectifier circuit DR2 secondary rectifier circuit ID output current detection circuit Id output current detection signal INT main transformer IC integrator Ic integration signal IR output current setting circuit Ir output current setting signal (output current setting value)
LO Inductance factor circuit L Inductance factor M Work piece MD1 First multiplier Md1 First multiplication signal MD2 Second multiplier Md2 Second multiplication signal MD3 Third multiplier Md3 Third multiplication signal PID PID control Circuit (proportional / integral / derivative control circuit)
Pid Pid control signal PIDI Current corresponding PID control circuit (proportional / integral / differential control circuit)
SC main control circuit Sc1 first output control signal Sc2 second output control signal SR inverter drive circuit TH torch TR1 first switching element TR2 second switching element TR3 third switching element TR4 fourth switching element Tr1 first 1 switching element drive signal Tr2 2nd switching element drive signal Tr3 3rd switching element drive signal Tr4 4th switching element drive signal
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