JP2013184193A - Protection control method for welding source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定格使用率を超過して溶接が行われたときに溶接電源を保護するための溶接電源の保護制御方法に関するものである。 The present invention relates to a welding power source protection control method for protecting a welding power source when welding is performed exceeding a rated usage rate.
消耗電極アーク溶接、非消耗電極アーク溶接、プラズマアーク溶接等のアーク溶接のための溶接電源には、定格使用率が定められている。例えば、定格溶接電流３５０Ａの溶接電源に対して６０％の定格使用率が定められている場合には、１０分間を１周期として、３５０Ａの溶接を合計６分間行い、残りの４分間は溶接を休止する必要がある。溶接電流が３００Ａになると、許容使用率＝（３５０／３００）２×６０＝８２％となる。溶接電流が２７１Ａになると、許容使用率は１００％となり、連続溶接が可能となる。溶接電源が定格使用率を定めている理由は、溶接電源の内部に設置されているトランジスタ、ダイオード等の半導体素子、変圧器及びリアクトルが定格使用率を超過すると加熱されて、焼損の発生又は耐久性の低下となるからである。 A rated usage rate is defined for welding power sources for arc welding such as consumable electrode arc welding, non-consumable electrode arc welding, and plasma arc welding. For example, when a rated usage rate of 60% is set for a welding power source with a rated welding current of 350 A, welding for 350 A is performed for a total of 6 minutes, with 10 minutes as one cycle, and welding is performed for the remaining 4 minutes. I need to pause. When the welding current reaches 300 A, the allowable usage rate = (350/300) 2 × 60 = 82%. When the welding current is 271 A, the allowable usage rate is 100%, and continuous welding is possible. The reason why the welding power source determines the rated usage rate is that if the semiconductor elements, such as transistors, diodes, transformers, and reactors installed inside the welding power source exceed the rated usage rate, they will be heated and burnout or endurance will occur. This is because the sex is lowered.
使用率超過から溶接電源を保護するために、溶接電源の内部に設けられている半導体素子、変圧器、リアクトル等の高温になる部分に数カ所温度センサを取り付け、温度センサの温度検出値が温度基準値を超えたときは溶接電流の通電を遮断して溶接を停止するようにしている（特許文献１参照）。このときに、溶接電源は定格使用率で溶接を行うことができることを保証しているので、定格使用率で溶接しているときには、温度センサの温度検出値が温度基準値に達しないように、溶接電源の熱設計がされている。 In order to protect the welding power source from exceeding the usage rate, several temperature sensors are attached to the high temperature parts such as semiconductor elements, transformers, reactors, etc., which are installed inside the welding power source. When the value is exceeded, the welding current is cut off and the welding is stopped (see Patent Document 1). At this time, since the welding power source guarantees that welding can be performed at the rated usage rate, when welding at the rated usage rate, the temperature detection value of the temperature sensor does not reach the temperature reference value. The thermal design of the welding power source is done.
溶接電源内部にはファンモータが設けられており、このファンモータからの送風によって溶接電源内部は冷却される。ファンモータは、溶接電源に商用電源が供給されると定格回転数による送風を開始する。特許文献２では、ファンモータを複数台設けて、温度センサの温度検出値又は溶接電流値に応じて駆動するファンモータの台数を決定するようにしている。これは、温度検出値又は溶接電流値が小さい場合には、駆動するファンモータの台数を少なくすることで、溶接電源内部への粉塵及び鉄粉の流入を抑制すると共に、省エネ化を図るためである。
A fan motor is provided inside the welding power source, and the inside of the welding power source is cooled by the air blown from the fan motor. The fan motor starts blowing at the rated rotational speed when commercial power is supplied to the welding power source. In
溶接作業者が鉄骨、橋梁等の厚板を溶接する場合には、長時間連続して大電流を通電して行うことが多い。このような場合には、定格使用率を超過する状態となることも生じる。定格使用率を大きく超過して溶接を行っている場合には、温度センサの温度検出値が温度基準値に達することになるので、溶接電流の通電は遮断される。 When a welding worker welds a thick plate such as a steel frame or a bridge, it is often performed by energizing a large current continuously for a long time. In such a case, the rated usage rate may be exceeded. When welding is performed exceeding the rated usage rate, the temperature detection value of the temperature sensor reaches the temperature reference value, so that the welding current is cut off.
他方、定格使用率は超過しているが、温度検出値は温度基準値に達していない中間的な状態で溶接を行っている場合には、溶接はそのまま継続されることになる。このような中間的な状態で溶接を継続しても、焼損等の故障が短期的に生じることはない。しかし、定格使用率を超過して溶接が行われているために、長期的には耐久性の低下を招くおそれがある。 On the other hand, when the welding is performed in an intermediate state where the rated usage rate is exceeded but the temperature detection value does not reach the temperature reference value, the welding is continued as it is. Even if welding is continued in such an intermediate state, failure such as burnout does not occur in the short term. However, since welding is performed exceeding the rated usage rate, there is a risk that durability will be lowered in the long term.
そこで、本発明では、定格使用率を超過しているが、温度検出値は温度基準値に達していない中間的な状態で溶接が行われても、半導体素子、変圧器、リアクトル等の耐久性の低下を抑制することができる溶接電源の保護制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the durability of semiconductor elements, transformers, reactors, etc. is exceeded even if welding is performed in an intermediate state where the rated usage rate is exceeded but the temperature detection value does not reach the temperature reference value. It is an object of the present invention to provide a protection control method for a welding power source that can suppress a decrease in the welding power.
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接電源内部の温度を温度センサによって検出し、この温度検出値が予め定めた温度基準値に達したときは溶接電流の通電を遮断する溶接電源の保護制御方法において、
過去１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値を刻々と算出し、この平均値が予め定めた使用率基準値以上となり、かつ、前記温度検出値が前記温度基準値未満のときは、溶接電源内部に設けられたファンモータの回転数を定格回転数よりも速くする、
ことを特徴とする溶接電源の保護制御方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
When the average value of the square of the welding current over the past 10 minutes is calculated every moment, and this average value is equal to or greater than a predetermined usage rate reference value and the temperature detection value is less than the temperature reference value, the welding power source Make the speed of the fan motor installed inside faster than the rated speed,
It is the protection control method of the welding power supply characterized by the above-mentioned.
請求項２の発明は、前記ファンモータの入力電圧値を増加させることによって前記ファンモータの回転数を速くする、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の保護制御方法である。
The invention of
The welding power source protection control method according to
請求項３の発明は、前記溶接電流が遮断されたときは、前記ファンモータの回転数を戻す、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接電源の保護制御方法である。
The invention of
3. The protection control method for a welding power source according to
本発明によれば、定格使用率を超過しているが、温度検出値は温度基準値に達していない中間的な状態で溶接が行われても、ファンモータの回転数が速くなり風量が増加するので冷却作用が強くなり、半導体素子、変圧器、リアクトル等の耐久性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, even if welding is performed in an intermediate state where the rated usage rate is exceeded but the temperature detection value does not reach the temperature reference value, the fan motor speed increases and the air volume increases. As a result, the cooling effect is enhanced, and the deterioration of the durability of semiconductor elements, transformers, reactors and the like can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施の形態に係る溶接電源の保護制御方法の原理を以下に説明する。定格溶接電流Ｉｔ（Ａ）及び定格使用率α（％）を設定する。そして、使用率基準値Ｓｔを下式で定義する。
Ｓｔ＝（Ｉｔ）２・α …（１）式
ここで、使用率基準値Ｓｔは、定格溶接電流Ｉｔを定格使用率αで通電して溶接したときの溶接電源内部の温度上昇値と相関する値である。
The principle of the welding power source protection control method according to the embodiment of the present invention will be described below. The rated welding current It (A) and the rated usage rate α (%) are set. Then, the usage rate reference value St is defined by the following equation.
St = (It) 2 · α (1) Formula Here, the usage rate reference value St correlates with the temperature rise value inside the welding power source when the rated welding current It is energized and welded at the rated usage rate α. Value.
温度センサは、半導体素子、変圧器、リアクトル等を加熱による焼損から保護するために、それらの本体又は近傍に複数個設置される。ここでは、特に温度保護を行う必要がある半導体素子が取り付けられているヒートシンクに１個の温度センサが設置されている場合を想定する。温度センサには、サーミスタ等が使用される。そして、温度保護を動作させる温度基準値Ｈｔ（℃）を設定する。この温度基準値Ｈｔは、溶接電源を定格使用率で使用しているときの温度センサの温度検出値Ｈｄよりも大きな値に設定される。これは、溶接電源を定格使用率で使用しているときに温度保護が動作しないようにするためである。その上で、温度基準値Ｈｔは、焼損を防ぐことができる値未満に設定される。温度センサの温度検出値Ｈｄが温度基準値Ｈｔに到達（Ｈｄ≧Ｈｔ）したときは、溶接電流の通電を遮断して溶接を停止する。 In order to protect semiconductor elements, transformers, reactors and the like from burning due to heating, a plurality of temperature sensors are installed in the main body or in the vicinity thereof. Here, it is assumed that one temperature sensor is installed on a heat sink on which a semiconductor element that needs to be temperature-protected is mounted. A thermistor or the like is used for the temperature sensor. Then, a temperature reference value Ht (° C.) for operating the temperature protection is set. This temperature reference value Ht is set to a value larger than the temperature detection value Hd of the temperature sensor when the welding power source is used at the rated usage rate. This is to prevent the temperature protection from operating when the welding power source is used at the rated usage rate. In addition, the temperature reference value Ht is set to a value less than a value that can prevent burning. When the temperature detection value Hd of the temperature sensor reaches the temperature reference value Ht (Hd ≧ Ht), the welding current is cut off and welding is stopped.
定数である周期Ｔ＝６００秒（１０分）を設定し、溶接電流Ｉｗ（Ａ）を検出して、過去１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値Ｓｉを下式で算出する。
Ｓｉ＝（１／Ｔ）・∫（Ｉｗ）２・ｄｔ …（２）式
積分は、現時点から過去６００秒（１０分）の期間行われる。
A constant period T = 600 seconds (10 minutes) is set, the welding current Iw (A) is detected, and the average value Si of the square of the welding current over the past 10 minutes is calculated by the following equation.
Si = (1 / T) · ∫ (Iw) 2 · dt (2) The integration is performed for the past 600 seconds (10 minutes) from the present time.
ここで、溶接電流Ｉｗを所定のサンプリング周期Ｔｓ（秒）ごとにサンプリングしてＡ／Ｄ変換して溶接電流デジタル値Ｉｄ（n）として検出すると、上式は下式と等価となる。
Ｓｉ（n）＝（Ｄ（n-k-1）＋…＋Ｄ（n））／ｋ …（３）式
但し、Ｄ（n）＝Ｉｄ（n）・Ｉｄ（n）であり、ｋは１０分間にサンプリングされるデータ数であり、ｋ＝６００／Ｔｓである。この式によって１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値Ｓｉをサンプリング周期Ｔｓごとに算出することができる。
Here, if the welding current Iw is sampled at a predetermined sampling period Ts (seconds), A / D converted and detected as a welding current digital value Id (n), the above expression is equivalent to the following expression.
Si (n) = (D (nk-1) +... + D (n)) / k (3) where D (n) = Id (n) .Id (n), and k is 10 minutes. The number of data to be sampled, k = 600 / Ts. With this equation, the average value Si of the square of the welding current over 10 minutes can be calculated for each sampling period Ts.
サンプリング周期Ｔｓは、例えば１秒に設定される。この場合、ｋ＝６００となる。サンプリング周期Ｔｓを１００μｓ程度まで高速化すると、溶接電流波形を正確に検出することができる。しかし、その場合にはデータ数ｋ＝６００万と膨大な数になるので、高速演算処理が可能なＣＰＵを使用することが必要となり、高価となる。これを防ぐために、溶接電流Ｉｗをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通して検出して平滑化することによって、サンプリング周期Ｔｓが１秒程度と遅くても上式の演算を正確に行うことができる。 The sampling period Ts is set to 1 second, for example. In this case, k = 600. When the sampling period Ts is increased to about 100 μs, the welding current waveform can be accurately detected. However, in that case, since the number of data k is 6 million, it is necessary to use a CPU capable of high-speed arithmetic processing, which is expensive. In order to prevent this, the welding current Iw is detected through a low-pass filter (cutoff frequency of about 1 to 10 Hz) and smoothed, so that even if the sampling period Ts is as slow as about 1 second, the above formula can be calculated accurately. It can be carried out.
本発明の実施の形態に係る溶接電源の保護制御方法は、以下のステップによって行われる。
ステップ１：定格溶接電流Ｉｔ、定格使用率α及び温度基準値Ｈｔを設定する。そして、上記（１）式によって使用率基準値Ｓｔを演算して設定する。
ステップ２：サンプリング周期Ｔｓごとに溶接電流Ｉｗ及び温度センサからの温度検出値Ｈｄをサンプリングしてデジタル値として検出する。第ｎ回目の溶接電流デジタル値をＩｄ（n）とし、第ｎ回目の温度検出デジタル値をＨdd（n）とする。
ステップ３：上記（３）式によって、第ｎ回目の１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値Ｓｉ（n）を演算する。
The protection control method for a welding power source according to the embodiment of the present invention is performed by the following steps.
Step 1: A rated welding current It, a rated usage rate α, and a temperature reference value Ht are set. Then, the usage rate reference value St is calculated and set by the above equation (1).
Step 2: The welding current Iw and the temperature detection value Hd from the temperature sensor are sampled and detected as digital values at each sampling period Ts. The n-th welding current digital value is Id (n), and the n-th temperature detection digital value is Hdd (n).
Step 3: The average value Si (n) of the square of the welding current over the 10th minute of the nth time is calculated by the above equation (3).
ステップ４：溶接中に、平均値Ｓｉ（n）が使用率基準値Ｓｔ以上になり、かつ、温度検出デジタル値Ｈdd（n）が温度基準値Ｈｔ未満であるときは、ファンモータの回転数を定格回転数よりも速くする。 Step 4: During welding, when the average value Si (n) is equal to or higher than the usage rate reference value St and the temperature detection digital value Hdd (n) is less than the temperature reference value Ht, the rotational speed of the fan motor is set. Make it faster than the rated speed.
ステップ５：溶接中に、温度検出デジタル値Ｈdd（n）が温度基準値に達したときは（Ｈdd（n）≧Ｈｔ）、溶接電流Ｉｗの通電を遮断して溶接を停止する。溶接電流の通電が遮断されたときは、ファンモータの回転数は定格回転数に戻す。 Step 5: During the welding, when the temperature detection digital value Hdd (n) reaches the temperature reference value (Hdd (n) ≧ Ht), the welding current Iw is turned off and the welding is stopped. When the welding current is cut off, the fan motor speed is returned to the rated speed.
ファンモータには、例えば定格入力電圧が直流の２４Ｖのものを使用する。この場合、ファンモータに定格入力電圧を供給すると、回転数は定格回転数となる。入力電圧を定格入力電圧値よりも大きくすると、回転数は定格回転数よりも速くなる。上記のステップ４において、ファンモータの回転数は定格回転数よりも５〜２０％程度速くする。ファンモータには、交流２００Ｖ等の入力電圧のものも使用される。
For example, a fan motor having a rated input voltage of DC 24V is used. In this case, when the rated input voltage is supplied to the fan motor, the rotational speed becomes the rated rotational speed. When the input voltage is made larger than the rated input voltage value, the rotational speed becomes faster than the rated rotational speed. In
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接電源の保護制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値Ｓｉを示し、同図（Ｃ）は到達信号Ａｔを示し、同図（Ｄ）は温度検出値Ｈｄを示し、同図（Ｅ）は通電遮断信号Ａｓを示し、同図（Ｆ）はファンモータの回転数Ｒｗを示す。同図は、時刻ｔ５１以降の期間中は、上述したステップ４においてＳｉ≧ＳｔかつＨｄ＜Ｈｔの場合である。以下、同図を参照して説明する。
FIG. 1 is a timing chart showing a welding power supply protection control method according to an embodiment of the present invention. (A) shows the welding current Iw, (B) shows the mean value Si of the square of the welding current over 10 minutes, (C) shows the arrival signal At, (D) Indicates the detected temperature value Hd, FIG. 6E shows the energization cutoff signal As, and FIG. 8F shows the rotational speed Rw of the fan motor. This figure shows the case where Si ≧ St and Hd <Ht in
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は溶接電流Ｉ１が通電する溶接期間であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は溶接電流Ｉｗは通電しない休止期間であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は溶接電流Ｉ１が通電する溶接期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は休止期間であり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間は溶接電流Ｉ２が通電する溶接期間であり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間は休止期間であり、時刻ｔ７〜ｔ８の期間は溶接電流Ｉ２が通電する溶接期間であり、時刻ｔ８〜ｔ９の期間は休止期間である。ここで、Ｉ１＜Ｉ２である。溶接電流Ｉｗを増加させるためには、電流設定値を大きくしている。消耗電極アーク溶接では、電流設定値を大きくすることは送給速度を速くすることである。非消耗電極アーク溶接では、電流設定値を大きくすることは、定電流制御されているので直接溶接電流値を大きくすることである。各溶接期間及び各休止期間は、それぞれ同一の時間長さである。そして、溶接期間と休止期間との合算値は１０分間となっている場合である。 As shown in FIG. 4A, the period from time t1 to t2 is a welding period in which the welding current I1 is energized, and the period from time t2 to t3 is a pause period in which the welding current Iw is not energized, from time t3 to t4. Is a welding period in which the welding current I1 is energized, a period from time t4 to t5 is a pause period, a period from time t5 to t6 is a welding period in which the welding current I2 is energized, and a period from time t6 to t7 Is a suspension period, a period from time t7 to t8 is a welding period in which the welding current I2 is energized, and a period from time t8 to t9 is a suspension period. Here, I1 <I2. In order to increase the welding current Iw, the current set value is increased. In consumable electrode arc welding, increasing the current setting value means increasing the feeding speed. In non-consumable electrode arc welding, increasing the current setting value means increasing the welding current value directly because constant current control is performed. Each welding period and each rest period have the same length of time. The sum of the welding period and the rest period is 10 minutes.
同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５以前の期間は、溶接電流Ｉ１が同一の使用率で通電しているので、平均値Ｓｉは一定値Ｓi1となる。Ｓi1は、上記（２）式又は（３）式から、Ｓi1＝Ｉ１・Ｉ１・（使用率）となる。このＳi1は、破線で示す使用率基準値Ｓｔ未満となっている。このために、同図（Ｃ）に示すように、到達信号ＡｔはＬｏｗレベルのままである。このために、同図（Ｆ）に示すように、ファンモータの回転数Ｒｗは定格回転数の状態にある。同図（Ｄ）に示すように、温度検出値Ｈｄは、時刻ｔ１〜ｔ２の溶接期間中は次第に上昇し、時刻ｔ２〜ｔ３の休止期間中は次第に下降し、時刻ｔ３〜ｔ４の溶接期間中は次第に上昇し、時刻ｔ４〜ｔ５の休止期間中は次第に下降する。時刻ｔ５以前の温度検出値Ｈｄの最大値は、時刻ｔ２及びｔ４のときとなる。この最大値は、一点鎖線で示す温度基準値Ｈｔ未満となっている。このために、同図（Ｅ）に示すように、通電遮断信号ＡｓはＬｏｗレベルのままである。 As shown in FIG. 5B, since the welding current I1 is energized at the same usage rate during the period before time t5, the average value Si is a constant value Si1. Si1 becomes Si1 = I1 · I1 · (usage rate) from the above equation (2) or (3). This Si1 is less than the usage rate reference value St indicated by a broken line. For this reason, the arrival signal At remains at the low level as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 5F, the rotation speed Rw of the fan motor is in a rated rotation speed state. As shown in FIG. 3D, the temperature detection value Hd gradually increases during the welding period from time t1 to t2, gradually decreases during the rest period from time t2 to t3, and during the welding period from time t3 to t4. Gradually rises and gradually falls during the rest period from time t4 to t5. The maximum value of the temperature detection value Hd before time t5 is at time t2 and t4. This maximum value is less than the temperature reference value Ht indicated by the alternate long and short dash line. For this reason, as shown in FIG. 5E, the energization cutoff signal As remains at the low level.
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ５からの溶接電流はＩ１からＩ２へと増加する。このために、同図（Ｂ）に示すように、平均値Ｓｉは時刻ｔ５から次第に増加する。そして、溶接が終了する時刻ｔ６よりも前の時刻ｔ５１において、平均値Ｓｉは破線で示す使用率基準値Ｓｔに到達する（Ｓｉ≧Ｓｔ）。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、到達信号ＡｔがＨｉｇｈレベルに変化する。平均値Ｓｉは、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５１以降も時刻ｔ６まで増加を続けて、時刻ｔ６以降は一定値となる。同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５１以降の期間中は、Ｓｉ≧Ｓｔの状態にある。すなわち、定格使用率を超過した状態にある。同図（Ｄ）に示すように、温度検出値Ｈｄは、時刻ｔ１及びｔ３のときよりも大きな傾斜で時刻ｔ５から上昇し、時刻ｔ６で時刻ｔ５以前の最大値よりも大きな値Ｈd1になり、時刻ｔ６〜ｔ７の休止期間中は次第に下降し、時刻ｔ７〜ｔ８の期間は上昇し、時刻ｔ８〜ｔ９の期間は下降する。時刻ｔ６及びｔ８時点での温度検出値Ｈd1は一点鎖線で示す温度基準値Ｈｔよりも小さな値となっている。すなわち、時刻ｔ５１以降の期間中は、Ｓｉ≧ＳｔかつＨｄ＜Ｈｔとなる。このために、上述したステップ４の処理が行われて、同図（Ｆ）に示すように、ファンモータの回転数Ｒｗは定格回転数よりも速く（大きく）なる。この例の場合には、同図（Ｅ）に示すように、通電遮断信号Ａｓは、Ｈｄ≧Ｈｔの状態とならないので、常にＬｏｗレベルのままである。
As shown in FIG. 5A, the welding current from time t5 increases from I1 to I2. For this reason, as shown in FIG. 5B, the average value Si gradually increases from time t5. Then, at time t51 prior to time t6 when the welding ends, the average value Si reaches the utilization rate reference value St indicated by a broken line (Si ≧ St). In response to this, the arrival signal At changes to a high level as shown in FIG. As shown in FIG. 5B, the average value Si continues to increase until time t6 after time t51 and becomes a constant value after time t6. As shown in FIG. 5B, Si ≧ St is in the period after time t51. That is, the rated usage rate is exceeded. As shown in FIG. 4D, the temperature detection value Hd rises from time t5 with a larger slope than at times t1 and t3, and becomes a value Hd1 greater than the maximum value before time t5 at time t6. During the rest period from the time t6 to t7, it gradually decreases, the period from the time t7 to t8 increases, and the period from the time t8 to t9 decreases. The temperature detection value Hd1 at times t6 and t8 is a value smaller than the temperature reference value Ht indicated by the alternate long and short dash line. That is, during the period after time t51, Si ≧ St and Hd <Ht. For this reason, the process of
上記において、同図（Ｃ）に示す到達信号ＡｔがＨｉｇｈレベルになった時点で、表示灯、音声等による警報を発するようにしても良い。また、上記において、同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉ２の値がさらに大きくなると、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中に、同図（Ｄ）に示す温度検出値Ｈｄが温度基準値Ｈｔに達する状態になる。すなわち、Ｈｄ≧Ｈｔとなり、同図（Ｅ）に示す通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すファンモータの回転数Ｒｗは定格回転数に戻ることになる。同図（Ｅ）に示す通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになったときも、表示灯、音声等による警報を発するようにしても良い。さらには、通電遮断信号Ａｓが一旦Ｈｉｇｈレベルに変化したときは、リセット信号によって解除しない限りその状態を維持するようにしても良い。このようにすると、通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになった原因を除去してリセットした後でないと、溶接を再開できないようにすることができる。 In the above, when the arrival signal At shown in FIG. 5C becomes a high level, an alarm by an indicator lamp, sound, or the like may be issued. Further, in the above, when the value of the welding current I2 shown in FIG. 4A is further increased, the temperature detection value Hd shown in FIG. 4D reaches the temperature reference value Ht during the period from time t5 to time t6. become. That is, Hd ≧ Ht, and the energization cut-off signal As shown in FIG. In response to this, the rotational speed Rw of the fan motor shown in FIG. 4F returns to the rated rotational speed. Even when the energization cut-off signal As shown in FIG. 5E becomes High level, an alarm by an indicator lamp, sound or the like may be issued. Further, when the energization cut-off signal As once changes to a high level, the state may be maintained unless canceled by a reset signal. If it does in this way, welding cannot be restarted, after removing the cause which energization interruption signal As became High level, and resetting.
図２は、上述した本発明の実施の形態に係る溶接電源の保護制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、アーク溶接法が消耗電極アーク溶接法の場合である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。 FIG. 2 is a block diagram of a welding power source for implementing the welding power source protection control method according to the embodiment of the present invention described above. The figure shows the case where the arc welding method is the consumable electrode arc welding method. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、出力電圧Ｅ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流されたリップルのある直流を平滑するコンデンサ、上記の駆動信号Ｄｖによって駆動されて、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路を備えている。直流リアクトルＤＣＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。溶接ワイヤ１は、送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。
The power supply main circuit PM receives a commercial power supply (not shown) such as a three-phase 200V, performs output control such as inverter control according to a drive signal Dv described later, and outputs an output voltage E and a welding current Iw. Although not shown, the power supply main circuit PM is driven by the primary rectifier circuit that rectifies the commercial power supply, the capacitor that smoothes the rectified ripple direct current, and the drive signal Dv. An inverter circuit for converting to high frequency alternating current, a high frequency transformer for stepping down the high frequency alternating current to a voltage value suitable for arc welding, and a secondary rectifying circuit for rectifying the stepped down high frequency alternating current are provided. The DC reactor DCL smoothes the output voltage E. The
トーチスイッチＯＮは、溶接トーチ４に設けられており、溶接作業者が溶接を開始するときにオンするとＨｉｇｈレベルとなる溶接開始信号Ｏｎを出力する。
The torch switch ON is provided in the
基準値設定回路ＳＲは、予め定めた定格溶接電流値Ｉｔ及び予め定めた定格使用率αを上述した（１）式に入力して使用率基準値設定信号Ｓtrを出力する。温度基準値設定回路ＨＴＲは、予め定めた温度基準値設定信号Ｈtrを出力する。これらの回路は、上述したステップ１の処理を行っている。
The reference value setting circuit SR inputs a predetermined rated welding current value It and a predetermined rated usage rate α into the above-described equation (1) and outputs a usage rate reference value setting signal Str. The temperature reference value setting circuit HTR outputs a predetermined temperature reference value setting signal Htr. These circuits perform the processing of
溶接電流検出回路ＩＷＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出してローパスフィルタに通して、溶接電流検出信号Ｉwdを出力する。電流Ａ／Ｄ変換回路ＩＤは、この溶接電流検出信号Ｉwdを予め定めたサンプリング周期ＴｓごとにＡ／Ｄ変換して、溶接電流デジタル信号Ｉｄを出力する。温度検出回路ＨＤは、温度センサを含んでおり、温度検出信号Ｈｄを出力する。温度Ａ／Ｄ変換回路ＨＤＤは、この温度検出信号Ｈｄを上記のサンプリング周期ＴｓごとにＡ／Ｄ変換して、温度検出デジタル信号Ｈddを出力する。これらの回路は、上述したステップ２の処理を行っている。
The welding current detection circuit IWD detects the welding current Iw and passes it through a low-pass filter to output a welding current detection signal Iwd. The current A / D conversion circuit ID performs A / D conversion on the welding current detection signal Iwd every predetermined sampling period Ts, and outputs a welding current digital signal Id. The temperature detection circuit HD includes a temperature sensor and outputs a temperature detection signal Hd. The temperature A / D conversion circuit HDD A / D converts this temperature detection signal Hd at each sampling period Ts and outputs a temperature detection digital signal Hdd. These circuits perform the processing of
平均値演算回路ＳＩＣは、上記の溶接電流デジタル信号Ｉｄを入力として、上記のサンプリング周期Ｔｓごとに上述した（３）式によって１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値を演算して、平均値演算信号Ｓicとして出力する。この回路は、上述したステップ３の処理を行っている。
The average value calculation circuit SIC receives the welding current digital signal Id as an input, calculates the average value of the square of the welding current over 10 minutes by the above-described equation (3) for each sampling period Ts, and calculates the average value. The calculation signal Sic is output. This circuit performs the processing of
比較回路ＣＭは、上記の温度検出デジタル信号Ｈdd及び上記の温度基準値設定信号Ｈtrを入力として、両値を比較して、Ｈdd≧ＨtrのときはＨｉｇｈレベルになる通電遮断信号Ａｓを出力する。この回路は、上述したステップ５の処理を行っている。 The comparison circuit CM receives the temperature detection digital signal Hdd and the temperature reference value setting signal Htr as inputs, compares the two values, and outputs an energization cut-off signal As that becomes a high level when Hdd ≧ Htr. This circuit performs the processing of step 5 described above.
到達判別回路ＡＴは、上記の平均値演算信号Ｓic及び上記の使用率基準値設定信号Ｓtrを入力として、平均値演算信号Ｓicの値が使用率基準値設定信号Ｓtrの値に到達（Ｓic≧Ｓtr）した時点でＨｉｇｈレベルとなる到達信号Ａｔを出力する。回転数増加判別回路ＲＷＣは、この到達信号Ａｔ及び上記の通電遮断信号Ａｓを入力として、到達信号ＡｔがＨｉｇｈレベルであり、かつ、通電遮断信号ＡｓがＬｏｗレベルであるときはＨｉｇｈレベルになる回転数増加信号Ｒwcを出力する。ファンモータ駆動回路ＦＤＶは、この回転数増加信号Ｒwcを入力として、回転数増加信号ＲwcがＬｏｗレベルのときは定格入力電圧値の駆動電圧Ｖｆを出力し、回転数増加信号ＲwcがＨｉｇｈレベルのときは定格入力電圧値よりも所定値だけ大きな値の駆動電圧Ｖｆを出力する。ファンモータＦＭは、この駆動電圧Ｖｆを入力電圧値として駆動される。例えば、ファンモータＦＭの定格入力電圧が２４Ｖの場合とする。回転数増加信号ＲwcがＬｏｗレベルのときは駆動電圧Ｖｆ＝２４Ｖとなり、回転数は定格回転数となる。回転数増加信号ＲwcがＨｉｇｈレベルのときは駆動電圧Ｖｆ＝２６．４Ｖ（１０％アップの場合）となり、回転数は定格回転数よりも速くなる。これらの回路は、上述したステップ４の処理を行っている。
The arrival determination circuit AT receives the average value calculation signal Sic and the usage rate reference value setting signal Str as inputs, and the value of the average value calculation signal Sic reaches the value of the usage rate reference value setting signal Str (Sic ≧ Str) ), The arrival signal At which becomes High level is output. The rotation speed increase discriminating circuit RWC receives the arrival signal At and the energization cut-off signal As as inputs, and when the arrival signal At is at the high level and the energization cut-off signal As is at the low level, the rotation that becomes the high level. The number increase signal Rwc is output. The fan motor drive circuit FDV receives the rotation speed increase signal Rwc and outputs the drive voltage Vf of the rated input voltage value when the rotation speed increase signal Rwc is at the low level, and when the rotation speed increase signal Rwc is at the high level. Outputs a drive voltage Vf that is a predetermined value larger than the rated input voltage value. The fan motor FM is driven using the drive voltage Vf as an input voltage value. For example, it is assumed that the rated input voltage of the fan motor FM is 24V. When the rotation speed increase signal Rwc is at a low level, the drive voltage Vf = 24V, and the rotation speed becomes the rated rotation speed. When the rotation speed increase signal Rwc is at a high level, the drive voltage Vf = 26.4V (in the case of 10% increase), and the rotation speed becomes faster than the rated rotation speed. These circuits perform the processing of
出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、高周波変圧器の２次側出力を整流したパルス状電圧である出力電圧Ｅ（直流リアクトルＤＣＬを通過する前の電圧）を検出し、この検出値をローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通して、出力電圧検出信号Ｅｄとして出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒとこの出力電圧検出信号Ｅｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。この誤差増幅回路ＥＡによって、定電圧特性の電源となる。駆動回路ＤＶは、この誤差増幅信号Ｅａ、上記の溶接開始信号Ｏｎ及び上記の通電遮断信号Ａｓを入力として、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、通電遮断信号ＡｓがＬｏｗレベルであるときは誤差増幅信号Ｅａに従ってパルス幅変調制御を行い、その結果に基づいて上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベル又は通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルのときは駆動信号Ｄｖを出力しない。この回路は、上述したステップ５の処理の一部を行っている。この回路により、通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源の出力が停止されるので、溶接電流の通電が遮断される。 The output voltage setting circuit ER outputs a predetermined output voltage setting signal Er. The output voltage detection circuit ED detects an output voltage E (voltage before passing through the DC reactor DCL) that is a pulsed voltage obtained by rectifying the secondary side output of the high-frequency transformer, and the detected value is a low-pass filter (cut-off). And output as an output voltage detection signal Ed. The error amplification circuit EA amplifies an error between the output voltage setting signal Er and the output voltage detection signal Ed and outputs an error amplification signal Ea. The error amplifier circuit EA serves as a power source having constant voltage characteristics. The drive circuit DV receives the error amplification signal Ea, the welding start signal On and the energization cutoff signal As, and the welding start signal On is at a high level and the energization cutoff signal As is at a low level. Performs pulse width modulation control according to the error amplification signal Ea, and outputs a drive signal Dv for driving the inverter circuit in the power supply main circuit PM based on the result, and the welding start signal On is at the low level or the energization cut-off. When the signal As is at high level, the drive signal Dv is not output. This circuit performs a part of the processing of step 5 described above. By this circuit, when the energization cutoff signal As becomes High level, the output of the welding power source is stopped, so that the energization of the welding current is interrupted.
送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒ、上記の溶接開始信号Ｏｎ及び上記の通電遮断信号Ａｓを入力として、溶接開始信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、通電遮断信号ＡｓがＬｏｗレベルであるときはこの設定値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、溶接開始信号ＯｎがＬｏｗレベル又は通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルのときは送給を停止するための送給制御信号Ｆｃを出力する。この回路は、上述したステップ５の処理の一部を行っている。この回路により、通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルのときは、溶接ワイヤ１の送給が停止される。
The feeding speed setting circuit FR outputs a predetermined feeding speed setting signal Fr. The feed control circuit FC receives the feed speed setting signal Fr, the welding start signal On and the energization cutoff signal As, and the welding start signal On is at a high level and the energization cutoff signal As is low. When it is level, a feed control signal Fc for feeding the
上述した実施の形態によれば、過去１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値を刻々と算出し、この平均値が予め定めた使用率基準値以上となり、かつ、温度センサからの温度検出値が予め定めた温度基準値未満のときは、ファンモータの回転数を定格回転数よりも速くしている。すなわち、定格使用率を超過しているが、温度検出値は温度基準値に達していない中間的な状態で溶接が行われても、ファンモータの回転数が速くなり風量が増加するので冷却作用が強くなり、半導体素子、変圧器、リアクトル等の耐久性の低下を抑制することができる。 According to the above-described embodiment, the average value of the square of the welding current over the past 10 minutes is calculated every moment, and this average value is equal to or higher than a predetermined usage rate reference value, and the temperature detection value from the temperature sensor. Is less than a predetermined temperature reference value, the rotational speed of the fan motor is made faster than the rated rotational speed. In other words, even if welding is performed in an intermediate state where the rated usage rate has been exceeded but the temperature detection value has not reached the temperature reference value, the fan motor speed increases and the air flow increases, so the cooling effect And the deterioration of durability of semiconductor elements, transformers, reactors and the like can be suppressed.
また、このような中間的な状態から温度検出値がさらに上昇して温度基準値に達すると、溶接電流の通電が遮断されるので、ファンモータの回転数も元の状態に戻される。このために、ファンモータの回転数が定格回転数よりも速くなる過負荷状態は一時的なものとなる。したがって、エネルギー消費量の増加は小さい。 Further, when the temperature detection value further rises from such an intermediate state and reaches the temperature reference value, the energization of the welding current is interrupted, so that the rotational speed of the fan motor is also restored to the original state. For this reason, the overload state in which the rotational speed of the fan motor is faster than the rated rotational speed is temporary. Therefore, the increase in energy consumption is small.
上述した実施の形態においては、温度センサが１個の場合を説明したが、複数個であっても良い。この場合には、１つでも温度センサの温度検出値がそれに対応する温度基準値に達したときは、通電を遮断して溶接を停止するようにすれば良い。また、上述した実施の形態では、溶接法が消耗電極アーク溶接の場合を説明したが、本発明は、非消耗電極アーク溶接、プラズマアーク溶接等にも適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where there is one temperature sensor has been described. In this case, when at least one temperature detection value of the temperature sensor reaches the temperature reference value corresponding thereto, the energization is cut off and the welding is stopped. In the above-described embodiment, the case where the welding method is consumable electrode arc welding has been described. However, the present invention can also be applied to non-consumable electrode arc welding, plasma arc welding, and the like.
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
Ａｓ 通電遮断信号
ＡＴ 到達判別回路
Ａｔ 到達信号
ＣＭ 比較回路
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＤＶ ファンモータ駆動回路
ＦＭ ファンモータ
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＨＤ 温度検出回路
Ｈｄ 温度検出（値／信号）
ＨＤＤ 温度Ａ／Ｄ変換回路
Ｈdd 温度検出デジタル（値／信号）
Ｈｔ 温度基準値
ＨＴＲ 温度基準値設定回路
Ｈtr 温度基準値設定信号
Ｉ１、Ｉ２ 溶接電流
ＩＤ 電流Ａ／Ｄ変換回路
Ｉｄ 溶接電流デジタル（値／信号）
Ｉｔ 定格溶接電流
Ｉｗ 溶接電流
ＩＷＤ 溶接電流検出回路
Ｉwd 溶接電流検出信号
ｋ データ数
ＯＮ トーチスイッチ
Ｏｎ 溶接開始信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒｗ 回転数
ＲＷＣ 回転数増加判別回路
Ｒwc 回転数増加信号
Ｓｉ （過去１０分間にわたる溶接電流の２乗の）平均値
ＳＩＣ 平均値演算回路
Ｓic 平均値演算信号
ＳＲ 基準値設定回路
Ｓｔ 使用率基準値
Ｓtr 使用率基準値設定信号
Ｔ 周期
Ｔｓ サンプリング周期
Ｖｆ 駆動電圧
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
α 定格使用率
DESCRIPTION OF
HDD temperature A / D converter circuit Hdd Temperature detection digital (value / signal)
Ht Temperature reference value HTR Temperature reference value setting circuit Htr Temperature reference value setting signal I1, I2 Welding current ID Current A / D conversion circuit Id Welding current digital (value / signal)
It Rated welding current Iw Welding current IWD Welding current detection circuit Iwd Welding current detection signal k Number of data ON Torch switch On Welding start signal PM Power supply main circuit Rw Rotational speed RWC Rotational speed increase discrimination circuit Rwc Rotational speed increase signal Si (Past 10 minutes Mean value calculation circuit Sic average value calculation signal SR reference value setting circuit St use rate reference value Str use rate reference value setting signal T cycle Ts sampling cycle Vf drive voltage Vw welding voltage WM Feed motor α Rated usage rate
Claims (3)
過去１０分間にわたる溶接電流の２乗の平均値を刻々と算出し、この平均値が予め定めた使用率基準値以上となり、かつ、前記温度検出値が前記温度基準値未満のときは、溶接電源内部に設けられたファンモータの回転数を定格回転数よりも速くする、
ことを特徴とする溶接電源の保護制御方法。 In the protection control method of the welding power source that detects the temperature inside the welding power source with a temperature sensor and cuts off the welding current when the temperature detection value reaches a predetermined temperature reference value,
When the average value of the square of the welding current over the past 10 minutes is calculated every moment, and this average value is equal to or greater than a predetermined usage rate reference value and the temperature detection value is less than the temperature reference value, the welding power source Make the speed of the fan motor installed inside faster than the rated speed,
A protection control method for a welding power source.
ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の保護制御方法。 Increasing the rotation speed of the cooling fan by increasing the input voltage value of the fan motor,
The welding power supply protection control method according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接電源の保護制御方法。 When the welding current is interrupted, the rotational speed of the fan motor is returned.
3. The protection control method for a welding power source according to claim 1 or 2.
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