JP2013236434A - 溶接電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 商用交流電源ACから電力供給が遮断したとき、ノイズフィルタに内蔵されているコンデンサの放電速度が遅く、放電の安全規格を満足できない。
【解決手段】 商用交流電源に開閉器を介して接続する第1のライン、第2のライン及び第3のラインに設けたコモンモードチョークコイルと、コモンモードチョークコイルの入力側設けたアクロスザラインコンデンサ、第1の抵抗器及び第2の抵抗器と、出力側にラインバイパスコンデンサと、で形成するノイズフィルタを備えた溶接電源装置において、ノイズフィルタは、常時開の第1開閉接点を介して第1の抵抗器に並列接続する第3の抵抗器と、常時開の第2開閉接点を介して第2の抵抗器に並列接続する第4の抵抗器とを設け、商用交流電源ACから電力供給が遮断したとき、第1開閉接点及び第2開閉接点を閉にして放電抵抗の値を小さくしてコンデンサの放電速度が速くし安全規格を満足させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、溶接電源装置に備えられたノイズフィルタに内蔵のコンデンサの放電に関するものである。
ノイズフィルタに内蔵されているコンデンサは、商用交流電源からの電力供給が図示省略の開閉器を開にして遮断したとき、コンデンサの放電が開始される。このとき、コンデンサの電圧が1秒以内に60V以下に降圧するために放電抵抗を設けて放電していた。
図3に示す1次整流回路DR1、平滑コンデンサC1、インバータ回路INV、主変圧器INT、2次整流回路DR2及び直流リアクトルDCLで溶接電源が形成される。そして、商用交流電源と溶接電源との間にノイズフィルタNLFを接続して従来技術の溶接電源装置を形成している。
図3に示す従来のノイズフィルタNLFは、U相ライン10、V相ライン20及びW相ライン30を有し、各ラインの一方の端部を開閉器を介して商用交流電源ACに接続し、各ラインの他方の端部はノーヒューズ・ブレーカNFに接続している。
図3に示すコモンモードチョークコイルLFは、コイルLFa、コイルLFb及びコイルLFcが同一のコアに巻かれている。そして、U相ライン10にコイルLFaが設けられ、V相ライン20にコイルLFbが設けられ、W相ライン30にコイルLFcが設けられている。
図3に示すコモンモードチョークコイルLFの入力側のU相ライン10にアクロスザラインコンデンサCX3の一方を接続し、V相ライン20にアクロスザラインコンデンサCX2の一方を接続し、W相ライン30にアクロスザラインコンデンサCX1の一方を接続し、アクロスザラインコンデンサCX1、アクロスザラインコンデンサCX2及びアクロスザラインコンデンサCX3の他方3点を接続し、この3つのアクロスザラインコンデンサCX1、CX2及びCX3により、ノーマルモードノイズは商用交流電源AC側に還流されるので、各ラインに流れるノイズ総量が削減される。
コモンモードチョークコイルLFの出力側のU相ライン10にラインバイパスコンデンサCY3の一方を接続し、V相ライン20にラインバイパスコンデンサCY2の一方を接続し、W相ライン30にラインバイパスコンデンサCY1の一方を接続し、ラインバイパスコンデンサCY1、ラインバイパスコンデンサCY2及びラインバイパスコンデンサCY3の他方とラインバイパスコンデンサCY4の一方とを接続し、ラインバイパスコンデンサCY4の他方を接地し、コモンモードチョークコイルLFと4つのラインバイパスコンデンサCY1、CY2、CY3及びCY4により、コモンモードのノイズ成分をコンデンサによりGNDへバイパスしてコモンモードノイズが削減される。
図3に示すU相ライン10とV相ライン20との相間に予め定めた抵抗値を有する第1の抵抗器R1、V相ライン20とW相ライン30との相間に第1の抵抗器R1と同一抵抗値を有する第2の抵抗器R2を接続することで、商用交流電源ACから電力の供給が遮断したとき、ノイズフィルタに内蔵されている各コンデンサの電荷を第1の抵抗器R1及び第2の抵抗器R2を介して放電し、各コンデンサの端子間電圧が規定時間(例えば、1秒)以内に所定電圧(例えば、60V)以下になるように降圧していた。
また、特許文献1には、図3に示す平滑コンデンサC1を放電する技術が開示されている。
特開平7−325629号公報
商用交流電源からの電力供給が遮断したとき、ノイズフィルタに内蔵されているアクロスザラインコンデンサ及びラインバイパスコンデンサが放電を開始する。このとき、放電開始から1秒内に各コンデンサの電圧が60V以下に降圧する規格があり、この規格を満足するために各相間に放電抵抗を設けて放電速度を速くしていた。
しかし、ノイズフィルタのノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズのノイズ削減効果を向上させるには、ノイズフィルタに内蔵されているアクロスザラインコンデンサ及びラインバイパスコンデンサの容量を大きくする必要がある。しかし、容量を大きくすると放電速度が遅くなり規格を満足するのが難しくなる。
この対策として、従来では放電抵抗の抵抗値を小さくしていた。しかし、抵抗値を小さくすると熱損失が大きくなり限界がある。
そこで、本発明では、上記の課題を解決する溶接電源装置を供給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、三相の商用交流電源に開閉器を介して接続する第1のライン、第2のライン及び第3のラインと、前記第1のライン、前記第2のライン及び前記第3のラインに設けたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルの入力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間、並びに前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けたアクロスザラインコンデンサと、前記コモンモードチョークコイルの入力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間に設けた第1の抵抗器と、前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けた第2の抵抗器と、前記コモンモードチョークコイルの出力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間、並びに前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けたラインバイパスコンデンサと、で形成するノイズフィルタを備えた溶接電源装置において、
前記ノイズフィルタは、常時開の第1開閉接点を介して前記第1の抵抗器に並列に接続される第3の抵抗器と、常時開の第2開閉接点を介して前記第2の抵抗器に並列に接続される第4の抵抗器と、前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を開閉する電磁開閉器と、前記コモンモードチョークコイルの入力側又は出力側の予め定めた相間の電圧を検出する相間電圧検出回路と、前記検出された相間の電圧値が予め定めた電圧基準値より低くなると前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を閉にして前記第3の抵抗器を前記第1の抵抗器、並びに前記第4の抵抗器を前記第2の抵抗器に並列に接続する遮断判別回路と、を備えたことを特徴とする溶接電源装置である。
第2の発明は、前記ノイズフィルタに前記遮断判別回路に直流電圧を供給する安定化電源回路を備え、前記安定化電源回路は、前記相間の電圧が降圧し略零になった時点から予め定めた時間、前記直流電圧の供給を維持する、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3の発明は、前記遮断判別回路は、前記相間の電圧値が前記電圧基準値より低くなった時点から予め定めた時間、前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を閉にする、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4の発明は、請求項1記載の溶接電源装置を構成すること、を特徴とするノイズフィルタである。
本発明の請求項1及び請求項2では、商用交流電源から電力供給が遮断した時点からノイズフィルタに内蔵されている放電抵抗の値を小さくしてアクロスザラインコンデンサ及びラインバイパスコンデンサの放電速度を速くするので、コンデンサの容量を大きくしても、放電開始から1秒内にコンデンサの電圧を60V以下に降圧するという規格が守れるので、ノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズの削減効果の向上に繋がる。
本発明の請求項3では、商用交流電源から電力供給が遮断した時点から所定時間の間、ノイズフィルタに内蔵されている抵抗値の大きい抵抗器に抵抗値の小さい抵抗器を並列接続するので、抵抗値の小さい抵抗器の並列接続する時間が短くて済むので、熱損失が抑制されワット数の小さな抵抗が使用できる。
請求項3の発明では、溶接電源装置以外のインバータ装置等でも使用でき、ノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズの低減効果の向上に繋がる。
本発明の実施形態1に係る溶接電源装置の電気接続図である。 実施形態1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〜図2を参照して本発明の実施形態1の動作について説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る溶接電源装置の電気接続図である。同図において、図3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。
図1に示す本発明の実施形態1に係る溶接電源装置のノイズフィルタNLFDでは、図3に示す従来技術のノイズフィルタNLFに、直流変換回路DV、安定化電源回路CV、比較回路CP、電圧基準設定回路VR、単安定マルチバイブレータ回路FF、切換スイッチSW及び電磁開閉器CRで形成される遮断判別回路IDVと、第3の抵抗器R3及び第4の抵抗器R4と、を備え、第1の抵抗器R1の抵抗値より小さい第3の抵抗器R3(例えば、1/10)の一方をU相ライン10に接続し、他方を第1開閉接点CR1の一方に接続し、第1開閉接点CR1の他方をV相ライン20に接続して第1開閉接点CR1の閉に応じて第3の抵抗器R3を第1の抵抗器R1に並列接続させる。さらに、第2の抵抗器R2の抵抗値より小さい第4の抵抗器R4(例えば、1/10)の一方をV相ライン20に接続し、他方を第2開閉接点CR2の一方に接続し、第2開閉接点CR2の他方をW相ライン30に接続して第2開閉接点CR2の閉に応じて第4の抵抗器R4を第2の抵抗器R2に並列接続させる。
図1に示す入力電圧検出回路VDは、商用交流電源(三相交流電源)の、例えば、V相ライン20とW相ライン30との相間に設けているが、U相ライン100とV相ライン20との相間に設けてもよい。更に、コモンモードチョークコイルLFの入力側又は出力側に設けてもよい。
図1に示す直流変換回路DVは、入力電圧検出信号Vdを整流及び平滑し、若干脈流のある直流電圧Dvとして出力する。安定化電源回路CVは、例えば、U相ライン10とV相ライン20との間の単相交流電圧を制御電圧に適した交流電圧に変換し、この変換した交流電圧を整流し図示省略の三端子レギュレータで安定した直流電圧Cvにして出力する。このとき、安定化電源回路CVは、U相ライン10とV相ライン20との間の相間の電圧が降圧し略零になった時点から予め定めた時間、直流電圧Cvの供給を維持するために外付けのコンデンサC2の容量を決定している。
比較回路CPは、直流電圧Dvが予め定めた電圧基準値Vrより低いとき比較信号CpをHighレベルにして出力する。単安定マルチバイブレータ回路FFは、比較信号CpがHighレベルに変化した時点から予め定めた時間、単安定マルチバイブレータ信号FfをHighレベルにして出力する。
図2は、実施形態1の溶接電源装置の動作を説明する波形図である。
図2において、図2(A)は入力電圧検出信号Vdを示し、同図(B)は入力電圧検出信号Vdを全波整流し平滑した直流電圧Vdを示し、同図(C)は安定化電源電圧Cvを示し、同図(D)は比較信号Cpを示し、同図(E)は単安定マルチバイブレータ信号を示す。
図1〜図2を参照して実施形態1の溶接電源装置の動作について説明する。
図2に示す時刻t=t1において、開閉器を閉にして商用交流電源(三相交流電源)からラインフィルタのU相ライン10、V相ライン20及びW相ライン30に電力が供給を開始すると、安定化電源回路CVは、U相ライン10とV相ライン20との相間の単相交流電圧を直流電圧に変換して図2(C)に示す安定化電圧Cvとして出力し、比較回路CP、電圧基準設定回路VR、単安定マルチバイブレータ回路FF及び電磁開閉器CRに供給する。
図1に示す入力電圧検出回路VDは、例えば、V相ライン20とW相ライン30との相間の単相交流電圧を検出し、図2(A)に示す入力電圧検出信号Vdとして出力する。時刻t=t1〜t2において、直流変換回路DVは、入力電圧検出信号Vdを全波整流及び平滑し若干脈流を含む図2(B)に示す直流電圧Dvとして出力する。
図1に示す溶接電源のノーヒューズ・ブレーカNFをオンにすると、時刻t=t1〜t2において、ノイズフィルタを介して供給される商用交流電源ACが供給され、この商用交流電源ACを整流及び平滑して直流電圧に変換し、インバータ回路INVで高周波交流電圧に変換する。主変圧器INTは、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、2次整流回路DR2で整流し第1の直流リアクトルDCL1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。
時刻t=t1〜t2において、図1に示す比較回路CPは、図2(B)に示す直流電圧Dvと電圧基準値Vrとを比較し、直流電圧Dvが電圧基準値Vrより高いので、図2(D)に示す比較信号CpをLowレベルにする。このとき、単安定マルチバイブレータ回路FFは、比較信号CpのLowレベルに応じて図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号FfはLowレベルになる。
図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号FfがLowレベルのとき切換スイッチSWはオフする。このとき、電磁開閉器CRは動作を停止し第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2は開になる。
時刻t=t1〜t2において、第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2が開するので、第3の抵抗器R3と第1の抵抗器R1との並列接続は解除されると共に第4の抵抗器R4と第2の抵抗器R2との並列接続も解除される。
溶接が終了し、時刻t=t2において、作業者がノーヒューズ・ブレーカNFをオフにすると共に開閉器をオフすると商用交流電源ACからの電力供給が停止し、ノイズフィルタNLFDに内蔵されている図1に示すアクロスザラインコンデンサCX1、CX2及びCX3、並びにラインバイパスコンデンサCY1、CY2、CY3及びCY4に充電されている電荷が第1の抵抗器R1及び第2の抵抗器R2を介して放電を開始する。このとき、図2(A)に示す入力電圧検出信号Vdの交流電圧の降圧に応じて図2(B)に示す直流電圧Dvも降圧する。
図1に示す比較回路CPは、図2(B)に示す直流電圧Dvの値と電圧基準値Vrとを比較し、時刻t=t3のとき、直流電圧Dvの値が電圧基準値Vrより低くなると、図2(D)に示す比較信号CpをHighレベルにする。
単安定マルチバイブレータ回路FFは、時刻t=t3において、比較信号CpがHighレベルに変化すると、図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号Ffを予め定めた時間T1の間、Highレベルにする。
図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号FfのHighレベルに応じて切換スイッチSWはオンする。このとき、電磁開閉器CRは動作を開始して第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2を閉する。
第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2が閉すると、図1に示す第3の抵抗器R3が第1の抵抗器R1に並列接続すると共に第4の抵抗器R4が第2の抵抗器R2に並列接続される。このとき、時刻t=t3からノイズフィルタNLFDに内蔵されているアクロスザラインコンデンサCX1、CX2及びCX3、並びにラインバイパスコンデンサCY1、CY2、CY3及びCY4の電荷の放電速度が速くなり、図2(A)に示す入力電圧検出信号Vdの値は急速に減少し、時刻t=t4において電荷の放電が終了する。このとき、ノイズフィルタに内蔵されている各コンデンサの電荷は放電を開始してから1秒以内に60V以下になる。
時刻t=t5において、図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号FfのHighレベルからLowレベルになると切換スイッチSWはオフする。このとき電磁開閉器CRは動作を停止し第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2は開になる。
また、切換スイッチSWに図2(E)に示す単安定マルチバイブレータ信号Ffに換えて図2(D)に示す比較信号Cpを入力し、比較信号CpのHighレベルに応じて切換スイッチSWをオンにして電磁開閉器CRを動作させ、第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2を閉にし、比較信号CpのHighレベルからLowレベルに応じて切換スイッチSWはオフにし、電磁開閉器CRの動作を停止して第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2を開にしてもよい。
第1開閉接点CR1及び第2開閉接点CR2が開すると、第1開閉接点CR1の開に応じて第3の抵抗器R3と第1の抵抗器R1との並列接続を解除すると共に第2開閉接点CR2の閉に応じて第4の抵抗器R4と第2の抵抗器R2との並列接続を解除する。
安定化電源回路CVは、時刻t=t2から単相交流電圧の供給が停止すると、コンデンサC2の放電が緩やかに進み、時刻t=t6において、安定化電源回路CVは直流電圧Cvの供給を停止すると共に比較回路CPも図2(D)に示す比較信号Cpの出力を停止する。
上述より、第1の抵抗器R1と第3の抵抗器R3、及び第2の抵抗器R2と第4の抵抗器R4との並列時間は短時間であるので、第3の抵抗器R3及び第4の抵抗器R4はワット数の小さな抵抗が使用できる。更に、ノイズフィルタを溶接電源装置に装着することでノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズの低減を図っているが、溶接電源装置以外のインバータ装置等に装着してノイズの低減を図ってもよい。
C1 平滑コンデンサ
CP 比較回路
Cp 比較信号
CR 電磁開閉器
CR1 第1開閉接点
CR2 第2開閉接点
CV 安定化電源回路
Cv 安定化電圧
CX1 アクロスザラインコンデンサ
CX2 アクロスザラインコンデンサ
CX3 アクロスザラインコンデンサ
CY1 ラインバイパスコンデンサ
CY2 ラインバイパスコンデンサ
CY3 ラインバイパスコンデンサ
CY4 ラインバイパスコンデンサ
DV 直流変換回路
Dv 直流電圧
DCL 直流リアクトル
DR1 1次整流回路
DR2 2次整流回路
ER 誤差増幅回路
Er 誤差増幅信号
FF 単安定マルチバイブレータ回路
Ff 単安定マルチバイブレータ信号
ID 出力電流検出回路
Id 出力電流検出信号
IR 出力電流設定回路
Ir 出力電流設定信号
INT 主変圧器
INV インバータ回路
LF コモンモードチョークコイル
NF ノーヒューズ・ブレーカ
NLF ノイズフィルタ(従来)
NLFD ノイズフィルタ(本発明)
M 被加工物
R1 第1の抵抗器
R2 第2の抵抗器
R3 第3の抵抗器
R4 第4の抵抗器
SC 主制御回路
Sc 主制御信号
SW 切換スイッチ
TH トーチ
VD 入力電圧検出回路
Vd 入力電圧検出信号
VR 電圧基準設定回路
Vr 電圧基準設定値

Claims (4)

  1. 三相の商用交流電源に開閉器を介して接続する第1のライン、第2のライン及び第3のラインと、前記第1のライン、前記第2のライン及び前記第3のラインに設けたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルの入力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間、並びに前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けたアクロスザラインコンデンサと、前記コモンモードチョークコイルの入力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間に設けた第1の抵抗器と、前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けた第2の抵抗器と、前記コモンモードチョークコイルの出力側の前記第1のラインと前記第2のラインとの相間、並びに前記第2のラインと前記第3のラインとの相間に設けたラインバイパスコンデンサと、で形成するノイズフィルタを備えた溶接電源装置において、
    前記ノイズフィルタは、常時開の第1開閉接点を介して前記第1の抵抗器に並列に接続される第3の抵抗器と、常時開の第2開閉接点を介して前記第2の抵抗器に並列に接続される第4の抵抗器と、前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を開閉する電磁開閉器と、前記コモンモードチョークコイルの入力側又は出力側の予め定めた相間の電圧を検出する相間電圧検出回路と、前記検出された相間の電圧値が予め定めた電圧基準値より低くなると前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を閉にして前記第3の抵抗器を前記第1の抵抗器、並びに前記第4の抵抗器を前記第2の抵抗器に並列に接続する遮断判別回路と、を備えたことを特徴とする溶接電源装置。
  2. 前記ノイズフィルタに前記遮断判別回路に直流電圧を供給する安定化電源回路を備え、前記安定化電源回路は、前記相間の電圧が降圧し略零になった時点から予め定めた時間、前記直流電圧の供給を維持する、ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源装置。
  3. 前記遮断判別回路は、前記相間の電圧値が前記電圧基準値より低くなった時点から予め定めた時間、前記第1開閉接点及び前記第2開閉接点を閉にする、ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源装置。
  4. 請求項1記載の溶接電源装置を構成すること、を特徴とするノイズフィルタ。
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