JP2012100440A - Protective device of power supply unit for welding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接用電源装置に備えられるインバータ回路のスイッチング素子を過熱破損から保護する保護装置に関するものである。 The present invention relates to a protection device for protecting a switching element of an inverter circuit provided in a welding power supply device from overheating damage.
アーク溶接機等に用いる溶接用電源装置は、商用電源からの交流入力電力を整流した直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換し、溶接トランスにて電圧調整された高周波交流電力を整流回路や直流リアクトル等にてアーク溶接に適した直流出力電力に変換している。 A welding power source device used for an arc welding machine, etc., converts DC power obtained by rectifying AC input power from a commercial power source into high-frequency AC power by an inverter circuit, and rectifies the high-frequency AC power that is voltage-adjusted by a welding transformer. It is converted to DC output power suitable for arc welding by a DC reactor or a DC reactor.
このような溶接用電源装置には、例えば特許文献1の高周波加熱装置にもあるように、インバータ回路を構成するスイッチング素子が自身のスイッチング動作で発熱するため、該素子を冷却する冷却装置が備えられる。冷却装置は、例えばスイッチング素子が接触配置されるヒートシンクに主に冷却ファンにて生じた冷却風を供給し、そのヒートシンクを通じてスイッチング素子の冷却を行うように構成される。 In such a welding power source device, for example, as in the high-frequency heating device of Patent Document 1, since the switching element constituting the inverter circuit generates heat by its own switching operation, a cooling device for cooling the element is provided. It is done. For example, the cooling device is configured to supply cooling air generated mainly by a cooling fan to a heat sink in contact with the switching element and cool the switching element through the heat sink.
また、冷却ファン自体の故障や異物による回転阻止に起因して回転ロックや異常低速回転等の回転異常が生じた場合には、冷却風不足からスイッチング素子が過熱状態となって該素子の破損、インバータ回路の破損を招くため、装置内に設けた温度センサにて異常温度が検出されると、インバータ回路のスイッチング素子の動作そのものが停止される。つまり、それ以上に過熱状態になることが防止されて、インバータ回路のスイッチング素子が破損から保護されるようになっている。 In addition, when rotation abnormality such as rotation lock or abnormal low-speed rotation occurs due to failure of the cooling fan itself or rotation prevention by foreign matter, the switching element becomes overheated due to insufficient cooling air, Since the inverter circuit is damaged, when an abnormal temperature is detected by a temperature sensor provided in the apparatus, the operation of the switching element of the inverter circuit is stopped. That is, the overheating state is further prevented, and the switching element of the inverter circuit is protected from damage.
ところで、複数のスイッチング素子に対して1個の温度センサを用いる等、該素子に対して離間した位置に温度センサを設置する場合では、温度センサの検出温度とスイッチング素子自体の温度とに乖離が生じる。 By the way, when a temperature sensor is installed at a position separated from the plurality of switching elements, such as using one temperature sensor, there is a difference between the temperature detected by the temperature sensor and the temperature of the switching element itself. Arise.
特に、上記のように冷却ファンに回転異常が生じて冷却風不足になり、温度センサの検出温度が異常温度に到達してインバータ回路を停止させた時には、温度センサの検出温度とスイッチング素子自体の温度との乖離が拡大するため、素子自体は過度な高温になってしまっていることが考えられる。つまり、温度センサによる異常温度の検出に基づいてインバータ回路のスイッチング素子の動作を停止しても、既に過度な高温状態で素子が破損してしまったといった事態に陥ることが懸念される。 In particular, when the cooling fan rotates abnormally as described above and the cooling air becomes insufficient, and the detected temperature of the temperature sensor reaches the abnormal temperature and the inverter circuit is stopped, the detected temperature of the temperature sensor and the switching element itself Since the deviation from the temperature increases, it is considered that the element itself has become an excessively high temperature. That is, even if the operation of the switching element of the inverter circuit is stopped based on the detection of the abnormal temperature by the temperature sensor, there is a concern that the element has already been damaged in an excessively high temperature state.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷却装置に異常が生じても、インバータ回路を構成するスイッチング素子の保護をより確実に行うことができる溶接用電源装置の保護装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is for welding that can more reliably protect the switching elements constituting the inverter circuit even if an abnormality occurs in the cooling device. It is to provide a protection device for a power supply device.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、後段回路にて溶接用の出力電力を生成すべく、入力された直流電力をスイッチング素子の動作にて高周波交流電力に変換するインバータ回路と、前記スイッチング素子を含む冷却対象に対して冷却風を供給し、該素子の動作に基づく発熱の冷却を行う冷却ファンとを備えた溶接用電源装置において、前記冷却対象の温度検出を行う温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて前記インバータ回路のスイッチング素子の動作を停止させるインバータ停止制御手段とを備えた溶接用電源装置の保護装置であって、前記冷却ファンの回転異常を判定する回転異常判定手段を備え、前記インバータ停止制御手段は、前記回転異常判定手段にて前記冷却ファンが回転異常であると判定されると、前記温度センサによる検出温度との比較判定に用いる設定温度を相対的に下げ、その比較判定に基づいてインバータ停止制御を実施することをその要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 is an inverter that converts input DC power into high-frequency AC power by operation of a switching element so as to generate output power for welding in a subsequent circuit. In a welding power supply apparatus including a circuit and a cooling fan that supplies cooling air to a cooling object including the switching element and cools heat generated based on the operation of the element, the temperature of the cooling object is detected. A protection device for a power supply apparatus for welding comprising a temperature sensor and an inverter stop control means for stopping the operation of the switching element of the inverter circuit based on a temperature detected by the temperature sensor, wherein the cooling fan rotation abnormality is detected. A rotation abnormality determination means for determining, wherein the inverter stop control means is determined by the rotation abnormality determination means that the cooling fan is abnormal in rotation. When lowered relatively the set temperature to be used for comparison and determination of the temperature detected by said temperature sensor, as its gist to implement the inverter stop control based on the comparison determination.
この発明では、回転異常判定手段にて冷却ファンが回転異常であると判定されると、インバータ停止制御手段は、温度センサによる検出温度との比較判定に用いる設定温度を相対的に下げ(設定温度を単に下げ、若しくは検出温度側を上げて設定温度を相対的に下げ)、その比較判定に基づいてインバータ停止制御を実施する。即ち、冷却ファンに回転異常が生じて冷却風不足になると、発熱元であるインバータ回路のスイッチング素子の温度上昇、これに伴って温度センサの検出温度の上昇が生じるが、スイッチング素子と離間位置に温度センサが設置されるものでは特に、温度センサの検出温度とスイッチング素子自体の温度との乖離が拡大する。それを踏まえ本発明では、冷却ファンが回転異常と判定されると、相対的に下げられた設定温度と温度センサの検出温度との比較に基づいてインバータ停止制御が行われるため、温度センサの検出温度と乖離するスイッチング素子自体の温度が過度な高温状態となる前に該素子の動作が停止され、該素子の保護がより確実に行われる。 In this invention, when it is determined by the rotation abnormality determination means that the cooling fan is abnormal in rotation, the inverter stop control means relatively lowers the set temperature used for comparison determination with the temperature detected by the temperature sensor (set temperature). Or the detected temperature side is raised to relatively lower the set temperature), and inverter stop control is performed based on the comparison determination. In other words, if the cooling fan is rotated abnormally and the cooling air becomes insufficient, the temperature of the switching element of the inverter circuit, which is the heat source, rises, and the temperature detected by the temperature sensor rises accordingly. Especially in the case where the temperature sensor is installed, the difference between the temperature detected by the temperature sensor and the temperature of the switching element itself is enlarged. Based on this, in the present invention, when the cooling fan is determined to be abnormal in rotation, the inverter stop control is performed based on a comparison between the relatively lowered set temperature and the detected temperature of the temperature sensor. Before the temperature of the switching element itself that deviates from the temperature becomes excessively high, the operation of the element is stopped, and the element is more reliably protected.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の溶接用電源装置の保護装置において、前記回転異常判定手段は、複数台備えられる前記冷却ファンの個々の回転異常判定が可能に構成されるものであり、前記インバータ停止制御手段は、回転異常と判定された前記冷却ファンに応じて前記設定温度の相対的な下げ幅を可変としたことをその要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the protection device for a welding power source device according to the first aspect, the rotation abnormality determining means is configured to be able to determine individual rotation abnormality of the cooling fans provided in a plurality. The gist of the invention is that the inverter stop control means is configured to vary the relative reduction width of the set temperature in accordance with the cooling fan determined to be abnormal in rotation.
この発明では、回転異常判定手段において複数台備えられる冷却ファンの個々の回転異常が判定され、インバータ停止制御手段は、回転異常と判定された冷却ファンに応じて設定温度の相対的な下げ幅を可変とする。これにより、回転異常と判定された冷却ファンの数や設置位置等、その時々の状況に応じてより好適なインバータ停止制御を行うことができる。 In this invention, each rotation abnormality of the cooling fans provided in a plurality of rotation abnormality determination means is determined, and the inverter stop control means reduces the set temperature relative decrease width according to the cooling fan determined to be rotation abnormality. Variable. Thereby, more suitable inverter stop control can be performed according to the situation at the time, such as the number of cooling fans determined to be abnormal rotation and the installation position.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の溶接用電源装置の保護装置において、前記回転異常判定手段は、前記冷却ファンの回転速度変化の検出に基づいて回転異常判定が可能に構成されるものであり、前記インバータ停止制御手段は、前記冷却ファンの回転速度の低下度合いに応じて前記設定温度の相対的な下げ幅を可変としたことをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the protection device for a welding power source device according to the first or second aspect, the rotation abnormality determination means can determine rotation abnormality based on detection of a change in rotation speed of the cooling fan. The gist of the inverter stop control means is that the relative reduction width of the set temperature is variable in accordance with the degree of decrease in the rotational speed of the cooling fan.
この発明では、回転異常判定手段において冷却ファンの回転速度変化の検出に基づいて回転異常が判定され、インバータ停止制御手段は、その冷却ファンの回転速度の低下度合いに応じて設定温度の相対的な下げ幅を可変とする。これにより、冷却ファンの回転速度の低下状況に応じてより好適なインバータ停止制御を行うことができる。 In this invention, the rotation abnormality determination means determines rotation abnormality based on the detection of the change in the rotation speed of the cooling fan, and the inverter stop control means determines the relative temperature of the set temperature according to the degree of decrease in the rotation speed of the cooling fan. The lowering width is variable. Thereby, more suitable inverter stop control can be performed according to the fall state of the rotational speed of the cooling fan.
本発明によれば、冷却装置に異常が生じても、インバータ回路を構成するスイッチング素子の保護をより確実に行うことができる溶接用電源装置の保護装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if abnormality arises in a cooling device, the protection apparatus of the power supply device for welding which can protect the switching element which comprises an inverter circuit more reliably can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、アーク溶接機10の溶接用電源装置11は、商用電源から供給される三相の交流入力電力をアーク溶接に適した直流出力電力に変換するものである。交流入力電力は、ダイオードブリッジ等で構成される整流回路12にて直流電力に変換され、変換された直流電力はインバータ回路13にて高周波交流電力に変換される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the welding
インバータ回路13にて生成された高周波交流電力は、溶接トランス14にて所定電圧値に調整され、電圧調整されたその二次側の高周波交流電力は、ダイオード等を用いて構成される整流回路15にてアーク溶接に適した直流出力電力に変換される。このように生成される出力電力は、電源装置11に接続されたトーチTHに供給され、溶接対象Mのアーク溶接が行われる。
The high-frequency AC power generated by the
前記インバータ回路13は、IGBT等のスイッチング素子TRを4個用いたHブリッジ回路にて構成され、該スイッチング素子TRの制御回路16のPWM制御にてスイッチング動作が行われる。制御回路16は、直流出力電力がその時々で適正値となるようにインバータ回路13の制御を行っている。
The
また、スイッチング素子TRは、PWM制御でのスイッチング動作により発熱するため、その冷却を行う冷却装置17が電源装置11内に備えられている。冷却装置17は、図1及び図2に示すように、スイッチング素子TRが当接状態で取り付けられるヒートシンク18と、該ヒートシンク18を主に冷却風を供給する冷却ファン19と、該ヒートシンク18の所定部位の温度を検出し、スイッチング素子TRの温度を間接的に検出するサーミスタ等の温度センサ20とを備えている。温度センサ20は、ヒートシンク18上に配置された4個のスイッチング素子TRの中央位置に設置され、検出温度を信号として制御回路16に出力する。
Further, since the switching element TR generates heat by a switching operation under PWM control, a
制御回路16は、温度センサ20からの出力信号に基づいて検出温度を認識している。図3に示すように、検出温度が上昇してファン動作温度に相当する第1設定温度aを上回ると、制御回路16は、冷却ファン19をオンして送風動作を開始する。やがて、冷却ファン19の送風動作に基づいて検出温度が低下しファン停止温度に相当する第2設定温度bを下回ると、制御回路16は、冷却ファン19をオフして送風動作を停止する。因みに、この冷却ファン19の駆動態様は、単純にオン/オフさせる態様や、また検出温度に応じて回転速度制御(送風量制御)を行う態様等であってもよい。
The
また、制御回路16は、冷却ファン19の動作契機となる第1設定温度aよりも高い第3設定温度cと温度センサ20での検出温度との比較も行っており、該検出温度がその第3設定温度cを上回ることで、異常温度となった過熱状態であると判定する。該判定を行うと、制御回路16は、発熱元であるインバータ回路13のスイッチング素子TRの動作そのものを停止してこれ以上の発熱が生じないようにし、該素子TRの保護を行う。つまり、この場合は出力停止となる。
The
ここで、制御回路16は、冷却ファン19の回転異常判定も行っている。因みに、この回転異常判定は、回転速度の指令値とフィードバック値との偏差を検出する態様や、また冷却ファン19の負荷電流を検出する態様等であってもよい。ところで、本実施形態のように、スイッチング素子TRに対して温度センサ20が離間した位置に設置され、スイッチング素子TRの温度検出を直接的に行えない場合では、温度センサ20での検出温度とスイッチング素子TR自体の温度に乖離が生じ得る。ここで、冷却ファン19が正常回転している場合には、検出温度が第3設定温度cに到達しても前記乖離は小さく、制御回路16が温度センサ20での検出温度が第3設定温度cを上回ることでインバータ回路13のスイッチング素子TRの動作を停止する対応としても、スイッチング素子TR自体が過度な温度に到達することはない。
Here, the
一方、冷却ファン19には、それ自体の故障や異物による回転阻止に起因して回転ロックや異常低速回転等の回転異常が生じることがある。特に本実施形態のように、スイッチング素子TRに対して温度センサ20が離間した位置に設置され、スイッチング素子TRの温度検出を直接的に行えない場合では、温度センサ20での検出温度とスイッチング素子TR自体の温度との乖離が拡大する。そのため、仮に制御回路16が温度センサ20での検出温度が先の第3設定温度cを上回ることでインバータ回路13のスイッチング素子TRの動作を停止する対応とすると、スイッチング素子TR自体は既に過度な温度に到達してしまう(図3に破線にて図示)。
On the other hand, the cooling
そこで、本実施形態の制御回路16は、冷却ファン19の回転異常と判定すると、第3設定温度cよりも十分に小さい第4設定温度d(第1設定温度aよりは高い温度)に切り替えて、温度センサ20による検出温度との比較判定を行うようになっている。第4設定温度dは、固定値若しくは任意に変更可能としてもよい。そして、このような比較判定を行うことで、スイッチング素子TR自体が過度な高温状態となる前に制御回路16がインバータ回路13のスイッチング素子TRの動作を停止し、発熱元からこれ以上の発熱が防止される。これにより、インバータ回路13のスイッチング素子TRの保護がより確実に行われるものとなっている。
Therefore, if the
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
冷却ファン19に回転異常が生じて冷却風不足になると、発熱元であるインバータ回路13のスイッチング素子TRの温度上昇、これに伴って温度センサ20の検出温度の上昇が生じるが、スイッチング素子TRと離間位置に温度センサ20が設置される本実施形態では特に、温度センサ20の検出温度とスイッチング素子TR自体の温度との乖離が拡大する。それを踏まえ本実施形態では、制御回路16は、冷却ファン19の回転異常を判定すると、通常用いる第3設定温度cから下げられた第4設定温度dと温度センサ20の検出温度との比較に基づいてインバータ停止制御を行う。そのため、温度センサ20の検出温度と乖離するスイッチング素子TR自体の温度が過度な高温状態となる前に該素子TRの動作が停止されることとなり、該素子TRの保護をより確実に行うことができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
When the cooling
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記したが、冷却ファン19の駆動態様は、単純にオン/オフさせる態様や、検出温度に応じて回転速度制御(送風量制御)を行う態様等であってもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
As described above, the driving mode of the cooling
・上記したが、制御回路16での回転異常判定は、回転速度の指令値とフィードバック値との偏差を検出する態様や、冷却ファン19の負荷電流を検出する態様等を用いて行うようにしてもよい。
As described above, the rotation abnormality determination in the
・制御回路16でのインバータ停止制御にかかる比較判定において、冷却ファン19の回転異常時に、温度センサ20の検出温度との比較判定に用いる設定温度を通常用いる第3設定温度cから第4設定温度dに下げたが、第3設定温度cを固定とし検出温度側を上げることで、設定温度を相対的に下げる態様としてもよい。
In the comparison determination regarding the inverter stop control in the
・制御回路16での回転異常判定において、冷却ファン19の回転速度変化の検出に基づいて行うようにした場合、冷却ファン19の回転異常時の設定温度の下げ幅をその冷却ファン19の回転速度の低下度合いに応じて可変としてもよい。このようにすれば、その時々の状況に応じてより好適なインバータ停止制御が可能となる。
When the rotation abnormality determination in the
・溶接用電源装置11の構成は一例であり、構成を適宜変更してもよい。例えば、冷却ファン19を複数台備えるものであってもよい。この場合、制御回路16での回転異常判定を各冷却ファン毎に行うようにしてもよく、また冷却ファン19の回転異常時の設定温度の下げ幅をその回転異常と判定された冷却ファンの数や設置位置等に応じて可変としてもよい。このようにすれば、その時々の状況に応じてより好適なインバータ停止制御が可能となる。
-The structure of the
・アーク溶接機10の溶接用電源装置11に実施したが、アーク溶接機以外の溶接用電源装置に実施してもよい。
-Although it implemented in the
11 溶接用電源装置
13 インバータ回路
14 溶接トランス(後段回路)
15 整流回路(後段回路)
16 制御回路(回転異常判定手段、インバータ停止制御手段)
19 冷却ファン
20 温度センサ
TR スイッチング素子
c,d 設定温度
11 Welding
15 Rectifier circuit (rear circuit)
16 Control circuit (rotation abnormality determination means, inverter stop control means)
19 Cooling
Claims (3)
前記冷却ファンの回転異常を判定する回転異常判定手段を備え、
前記インバータ停止制御手段は、前記回転異常判定手段にて前記冷却ファンが回転異常であると判定されると、前記温度センサによる検出温度との比較判定に用いる設定温度を相対的に下げ、その比較判定に基づいてインバータ停止制御を実施することを特徴とする溶接用電源装置の保護装置。 In order to generate output power for welding in a subsequent circuit, an inverter circuit that converts input DC power into high-frequency AC power by operation of the switching element, and cooling air is supplied to a cooling target including the switching element In a welding power supply apparatus including a cooling fan that cools heat generated based on the operation of the element, a temperature sensor that detects the temperature of the cooling target, and a temperature sensor that detects the temperature of the inverter circuit based on the detected temperature of the temperature sensor. A protection device for a welding power supply device comprising an inverter stop control means for stopping the operation of the switching element,
A rotation abnormality determining means for determining rotation abnormality of the cooling fan;
The inverter stop control means, when the rotation abnormality determination means determines that the cooling fan is abnormal in rotation, relatively lowers the set temperature used for comparison determination with the temperature detected by the temperature sensor, and compares A protection device for a welding power supply device, wherein inverter stop control is performed based on the determination.
前記回転異常判定手段は、複数台備えられる前記冷却ファンの個々の回転異常判定が可能に構成されるものであり、
前記インバータ停止制御手段は、回転異常と判定された前記冷却ファンに応じて前記設定温度の相対的な下げ幅を可変としたことを特徴とする溶接用電源装置の保護装置。 The protection device for a welding power source device according to claim 1,
The rotation abnormality determination means is configured to be able to determine individual rotation abnormality of the cooling fan provided with a plurality of units,
The protective device for a welding power supply apparatus, wherein the inverter stop control means varies a relative reduction width of the set temperature in accordance with the cooling fan determined to be abnormal in rotation.
前記回転異常判定手段は、前記冷却ファンの回転速度変化の検出に基づいて回転異常判定が可能に構成されるものであり、
前記インバータ停止制御手段は、前記冷却ファンの回転速度の低下度合いに応じて前記設定温度の相対的な下げ幅を可変としたことを特徴とする溶接用電源装置の保護装置。 In the protective device of the power supply device for welding of Claim 1 or 2,
The rotation abnormality determination means is configured to be able to determine rotation abnormality based on detection of a change in rotation speed of the cooling fan,
The protective device for a welding power supply apparatus, wherein the inverter stop control means is configured to vary a relative decrease width of the set temperature in accordance with a degree of decrease in the rotation speed of the cooling fan.
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