JP2016140885A - 電源装置及び溶接用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの温度上昇を抑制すること。【解決手段】制御回路２７は、三相または単相の商用交流電力に応じた定格電流と定格使用率に基づいて連続使用の等価電力を算出する。そして、制御回路２７は、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏ（測定電流Ｉｏと測定電圧Ｖｏ）に基づく出力電力（負荷電力）と等価電力とを比較し、比較結果に応じて、たとえば出力電力が等価電力を越えるときにインバータ回路２３を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び溶接用電源装置に関する。

たとえば、アーク溶接機に用いられる電源装置は、商用交流電力に基づいてたとえば溶接対象に対する溶接電流を生成する。電源装置は、商用交流電力から一次整流器により変換した直流電力を平滑コンデンサにて平滑化し、その直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換する。さらに、電源装置は、高周波交流電力を変圧器と二次整流器により溶接電流を生成する。

このような電源装置は、定格出力電流値，定格使用率が定められている（たとえば、特許文献１参照）。電源装置の制御装置は、定格使用率に基づいて電源装置の使用（出力電流や電流を出力する期間）を制限する。これにより、変圧器やインバータ回路に含まれるトランジスタなどの発熱による耐久性の低下等を抑制する。

特開平１１−２５９１４９号公報

ところで、上記のような電源装置の平滑コンデンサには、たとえば電解コンデンサが用いられる。平滑コンデンサの温度は、電源装置の動作状態によって上昇する。そして、平滑コンデンサの温度上昇は、その平滑コンデンサの容量低下を招き、溶接性に影響するおそれがある。

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、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することにある。

上記課題を解決する電源装置は、商用交流電力を整流して直流電圧を出力する直流電源回路と、平滑コンデンサを有し、前記直流電圧を電圧変換する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力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交流電圧に変換する変圧器と、前記変圧器の出力を整流して直流の出力を生成する整流回路と、出力電流を検出する電流検出回路と、出力電圧を検出する電圧検出回路と、前記出力電流の値を電流設定値に等しくするように前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記商用交流電力が三相か単相かを判定して判定信号を出力する入力判定回路と、を有し、前記制御回路は、前記判定信号に基づいて前記商用交流電力に応じた定格電流及び定格使用率を設定し、前記定格電流及び前記定格使用率に基づいて連続出力の等価電力を算出し、前記出力電流及び前記出力電圧の値に基づく負荷電力と前記等価電力とを比較し、比較結果に基づいて前記インバータ回路を停止する。

この構成によれば、制御回路は、三相または単相の商用交流電力に応じた定格電流と定格使用率に基づいて連続使用の等価電力を算出する。そして、制御回路は、出力電流と出力電圧に基づく負荷電力と等価電力とを比較し、比較結果に応じて、たとえば負荷電力が等価電力を越えるときにインバータ回路を停止する。インバータ回路の停止により電源装置の内部の温度が低下する。このため、電圧変換回路に含まれる平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。

上記の電源装置において、前記制御回路は、前記定格電流及び前記定格使用率に基づいて使用率が１００（％）の等価電流を算出し、前記等価電流に基づいて等価電圧を算出し、前記等価電流と前記等価電圧に基づいて前記等価電力を算出することが好ましい。

この構成によれば、定格電流と定格使用率に基づいて、使用率が１００（％）の場合の等価電流が算出される。この等価電流に基づいて等価電圧、等価電力が算出される。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記負荷電力が前記等価電力より大きいときにカウント値をカウントアップし、前記負荷電力が前記等価電力以下のときに前記カウント値をカウントダウンし、前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて許容使用率を算出し、前記許容使用率に応じた基準値と前記カウント値とを比較し、比較結果に基づいて前記カウント値が前記基準値以上のときに前記インバータ回路を停止することが好ましい。

この構成によれば、出力電力に基づいて算出される許容使用率に応じた基準値とカウント値とが比較され、その比較結果に基づいてインバータ回路が停止される。このため、過負荷状態、使用率オーバーによる平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。

上記の電源装置において、前記制御回路は、前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて前記許容使用率を算出するための算出用電流値を算出し、前記算出用電流値と前記定格電流と前記定格使用率とに基づいて前記許容使用率を算出することが好ましい。

この構成によれば、許容使用率が出力電流と出力電圧に応じた許容使用率が算出される。
また、上記課題を解決する溶接用電源装置は、上記の電源装置を用い、溶接対象を加工する出力電流を生成するように構成される。

この構成によれば、溶接対象に対する溶接性の低下が抑制される。

本発明によれば、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

アーク溶接機のブロック回路図である。 （ａ）（ｂ）は、出力電力と使用率の関係の一例を示す特性図である。 制御回路の処理を示すフローチャートである。

以下、一実施形態を説明する。
図１に示すように、アーク溶接機１０は、溶接用電源装置（以下、単に電源装置という）１１を有している。電源装置１１の入力端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃには三相または単相の交流入力電力が供給される。電源装置１１のプラス出力端子１３ａはたとえば溶接トーチＴＨに接続され、電源装置１１のマイナス出力端子１３ｂはたとえば溶接対象（母材）Ｍに接続される。

電源装置１１は、三相または単相の交流入力電力を、設定値に応じた直流出力電力に変換する。この直流出力電力は、溶接トーチＴＨに保持された電極（たとえば溶接ワイヤ）と溶接対象Ｍの間にアークを発生する。このように発生するアークにより溶接対象Ｍを加工する。

電源装置１１の直流電源回路２１は３つの入力端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続されている。入力端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃには商用交流電力が供給される。商用交流電力は、三相または単相の交流電力である。三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力は、入力端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃに供給される。単相の交流電力は、入力端子１２ａ，１２ｂに供給される。

電源装置１１の直流電源回路２１は、商用交流電力を直流電力に変換する。
直流電源回路２１は、整流回路ＤＲ１、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗器Ｒ１，Ｒ２を有している。整流回路ＤＲ１は、たとえばダイオードブリッジ回路である。整流回路ＤＲ１は、６個のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６を有し、これらのダイオードＤ１〜Ｄ６はブリッジ接続されている。

平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は直列に接続されている。平滑コンデンサＣ１，Ｃ２はたとえば電解コンデンサである。平滑コンデンサＣ１には抵抗器Ｒ１が並列に接続されている。平滑コンデンサＣ２には抵抗器Ｒ２が並列に接続されている。抵抗器Ｒ１，Ｒ２は、放電用の抵抗器である。

直流電源回路２１の出力電力は、電圧変換回路２２に供給される。
電圧変換回路２２は、たとえば降圧チョッパ回路２２であり、スイッチング素子ＴＲ２、ダイオードＤ１１、リアクトルＤＬ１、平滑コンデンサＣ３、電圧検出回路ＶＤ２、制御回路ＳＣを有している。スイッチング素子ＴＲ２はたとえばバイポーラトランジスタである。平滑コンデンサＣ３はたとえば電解コンデンサである。電圧検出回路ＶＤ２は、電圧変換回路２２の出力電圧を検出し、電圧検出信号Ｖｄ２を出力する。制御回路ＳＣは、電圧検出回路ＶＤ２から出力される電圧検出信号Ｖｄ２に基づいて、制御信号Ｓｃ２を生成する。スイッチング素子ＴＲ２は、制御信号Ｓｃ２に基づいてオンオフする。したがって、制御回路ＳＣは、スイッチング素子ＴＲ２をオンオフ制御し、出力電圧を一定の電圧とする。

インバータ回路２３は、複数（例えば４個）のスイッチング素子ＴＲ１を用いたブリッジ回路を有する。このスイッチング素子ＴＲ１は、たとえば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。インバータ回路２３は、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフにより、電圧変換回路２２の出力電圧を高周波の交流電圧に変換する。

変圧器２４は、例えば一次コイルと二次コイルを有するトランスである。変圧器２４は、インバータ回路２３から出力される交流電圧に基づいて、巻線比に応じた電圧を二次コイルに発生する。二次コイルの両端子は整流回路２５の入力端子に接続され、整流回路２５の出力端子は直流リアクトルＤＣＬの第１端子に接続されている。直流リアクトルＤＣＬの第２端子はプラス出力端子１３ａに接続されている。変圧器２４の二次コイルのセンタータップは、マイナス出力端子１３ｂに接続されている。整流回路２５は、変圧器２４による交流電圧を整流する。直流リアクトルＤＣＬは、変圧器２４の出力電圧を平滑化する。

電圧検出回路ＶＤ１は、出力端子１３ａ，１３ｂ間の電圧（出力電圧）Ｖｏを検出し、その出力電圧Ｖｏに応じた電圧検出信号Ｖｄ１を出力する。電流検出回路ＩＤ１は、電源線Ｌ１に流れる電流（溶接電流）Ｉｏを検出し、その溶接電流Ｉｏに応じた電流検出信号Ｉｄ１を出力する。

制御回路２７は、インバータ回路２３に対する制御信号Ｓｃ１を生成する。インバータ回路２３のスイッチング素子ＴＲ１は、制御信号Ｓｃ１に応答してオンオフする。このインバータ回路２３の動作に基づいて、電源装置１１は、設定値に応じた出力電圧Ｖｏ、出力電流Ｉｏを生成する。

たとえば、制御回路２７のメモリ２７ａは各種の設定値を記憶する。設定値は、電流設定値を含む。制御回路２７は、電流検出信号Ｉｄ１に基づいて出力電流Ｉｏの値を得る。制御回路２７は、出力電流Ｉｏの値が電流設定値に等しくなるようにインバータ回路２３を制御する。また、メモリ２７ａの設定値は電圧設定値を含む。制御回路２７は、電圧検出信号Ｖｄ１に基づいて出力電圧Ｖｏの値を得る。制御回路２７は、出力電圧Ｖｏの値が電圧設定値に等しくなるようにインバータ回路２３を制御する。

入力判定回路２６は、入力端子１２ｂ、１２ｃにおける入力電圧Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、入力電力が三相電力か単相電力かを判定し、判定結果に応じた判定信号Ｃｄを出力する。たとえば、入力判定回路２６は、入力電力を三相電力と判定した場合に第１レベル（たとえばＨレベル）の判定信号Ｃｄを出力し、入力電力を単相電力と判定した場合に第２レベル（たとえばＬレベル）の判定信号Ｃｄを出力する。

たとえば、入力判定回路２６は、入力端子１２ｂと入力端子１２ｃにおける相間電圧Ｖｖ−ｗを監視する。三相電力の場合、相間電圧Ｖｖ−ｗは入力電力に対応する。一方、単相電力の場合、相間電圧Ｖｖ−ｗは「０」である。入力判定回路２６は、抵抗等により相間電圧Ｖｖ−ｗが分圧された電圧（たとえば、整流・平滑された電圧）を生成する。入力判定回路２６は、所定のしきい値を設定し、そのしきい値と分圧された電圧の値とを比較する。そして、入力判定回路２６は、分圧された電圧の値がしきい値より大きい場合、入力電力を三相電力と判定し、第１レベルの判定信号Ｃｄを出力する。一方、入力判定回路２６は、分圧された電圧の値がしきい値より小さい場合、入力電力を単相電力と判定し、第２レベルの判定信号Ｃｄを出力する。

制御回路２７のメモリ２７ａは各種の設定値を記憶する。制御回路２７は、判定信号Ｃｄに基づいて、三相入力電力に対応する設定値、または単相入力電力に対応する設定値をメモリ２７ａから読み出す。そして、制御回路２７は、設定値と、電圧検出信号Ｖｄ１、電流検出信号Ｉｄ１に基づいて、インバータ回路２３に対する制御信号Ｓｃ１を生成する。

メモリ２７ａの設定値は、アーク溶接機１０における定格電流値Ｉｒ、定格使用率Ｄｒを含む。なお、定格電流値Ｉｒを定格電流Ｉｒとして説明することがある。また、他の電圧値、電流値についても同様に単に電流、電圧として説明することがある。

定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒは、入力電力に応じて設定されている。つまり、メモリ２７ａは、三相入力電力に対応する定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒと、単相入力電力に対応する定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒを記憶する。制御回路２７は、判定信号Ｃｄに基づいて、三相入力電力に対応する定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒ、または単相入力電力に対応する定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒをメモリ２７ａから読み出す。たとえば、三相入力電力に対応する定格電流Ｉｒは３５０（Ａ）、定格使用率Ｄｒは６０（％）である。また、単相入力電力に対応する定格電流Ｉｒは２５０（Ａ）、定格使用率Ｄｒは６０（％）である。

また、メモリ２７ａの設定値は、アーク溶接機１０における定数Ａ，Ｂを含む。定数Ａ，Ｂは、溶接機に応じて設定される。たとえば、炭酸ガス（ＣＯ_２）溶接機の場合、定数Ａは「１４」、定数Ｂは「０．０５」である。

図２（ａ）に示す特性曲線Ｌ１１は、入力電力が三相交流電力のときの使用率に対する定格電力Ｗｒ（＝定格電流Ｉｒ×定格電圧Ｖｒ）の特性を示す。なお、図２（ａ）において、６０（％）は、三相入力電力における定格使用率Ｄｒである。図２（ｂ）に示す特性曲線Ｌ１２は、入力電力が単相交流電力のときの使用率に対する定格電力Ｗｒの特性を示す。なお、図２（ｂ）において、６０（％）は、単相入力電力における定格使用率Ｄｒである。

図１に示すように、制御回路２７には報知装置２９が接続されている。報知装置２９は、外部（たとえば作業者）に対して電源装置１１の状態の報知が可能な装置である。報知装置２９としては、たとえば、ＬＣＤ等の表示器、表示灯、ブザー、等、を用いることができる。

図３は、制御回路２７における保護制御にかかるフローチャートを示す。電源装置１１が起動されると、初期設定を行い、図３に示す各ステップの処理を実行する。
初期設定において、制御回路２７は、電源装置１１の起動時における設定（初期設定を行う）。この初期設定において、制御回路２７は、上記の入力判定回路２６の判定信号Ｃｄに基づいて、入力電力に応じた定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒをメモリ２７ａから読み出す。そして、制御回路２７は、定格電流Ｉｒと定格使用率Ｄｒに基づいて、等価電流Ｉ_１００、等価電圧Ｖ_１００を算出する。

等価電流Ｉ_１００は、電源装置１１を連続して使用することができる、つまり許容使用率が１００％となる電流値のうちの最大の電流量である。
出力電流Ｉｏの設定値に対する許容使用率Ｄｐは、設定値をＩａとすると、

により算出される。したがって、制御回路２７は、
許容使用率が１００（％）となる等価電流Ｉ_１００を、

により算出する。そして、制御回路２７は、等価電流Ｉ_１００に基づいて、等価電圧Ｖ_１００を、

により算出する。
また、制御回路２７は、カウント値Ｎをクリア（Ｎ＝０）する。
ステップ５１において、制御回路２７は、上記の電流検出信号Ｉｄ１に基づいて、出力電流Ｉｏを測定した値を得る。この値を測定電流Ｉｏとする。また、制御回路２７は、上記の電圧検出信号Ｖｄ１に基づいて、出力電圧Ｖｏを測定した値を得る。この値を測定電圧Ｖｏとする。

測定電流Ｉｏは、十分に平滑された値である。たとえば、制御回路２７はローパスフィルタ（たとえば、カットオフ周波数が１〜１０Ｈｚ程度）を有し、これにより電流検出信号Ｉｄ１を平滑化した信号をサンプリングして測定電流Ｉｏを得る。また、測定電圧Ｖｏは、十分に平滑された値である。たとえば、制御回路２７はローパスフィルタ（たとえば、カットオフ周波数が１〜１０Ｈｚ程度）を有し、これにより電圧検出信号Ｖｄ１を平滑化した信号をサンプリングして測定電圧Ｖｏを得る。

なお、たとえば、電流検出信号Ｉｄ１を所定のサンプリング周期（たとえば、１０μｓ）にてサンプリングしたデジタル値における移動平均の結果の値を測定電流Ｉｏとしてもよい。同様に、電圧検出信号Ｖｄ１を所定のサンプリング周期（たとえば、１０μｓ）にてサンプリングしたデジタル値における移動平均の結果の値を測定電圧Ｖｏとしてもよい。

そして、制御回路２７は、測定電力Ｗｏ（＝Ｉｏ×Ｖｏ）と等価電力Ｗ_１００（＝Ｉ_１００×Ｖ_１００）とを比較する。測定電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００以下の場合（Ｗｏ（＝Ｉｏ×Ｖｏ）≦Ｗ_１００（＝Ｉ_１００×Ｖ_１００）)、制御回路２７は、ステップ５３へ移行する。一方、測定電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００より大きい場合、ステップ５２へ移行する。

ステップ５２において、制御回路２７は、カウント値Ｎをカウントアップ、つまりカウント値Ｎを「１」増加させる。そして、制御回路２７は、ステップ５６へ移行する。
ステップ５３において、制御回路２７は、カウント値Ｎをカウントダウン、つまりカウント値Ｎを「１」減少させる。そして、ステップ５４において、制御回路２７は、カウント値Ｎと値「０」を比較する。カウント値Ｎが「０」より小さい（Ｎ＜０）、つまりカウント値Ｎが負の値の場合、制御回路２７は、ステップ５５においてカウント値Ｎをクリア、つまりカウント値Ｎに「０」を設定し、ステップ５６へ移行する。一方、ステップ５４においてカウント値Ｎが値「０」以上の場合、ステップ５６へ移行する。

次に、ステップ５６において、制御回路２７は、測定電力Ｗｏ（＝測定電流Ｉｏ×測定電圧Ｖｏ）に応じた許容使用率Ｄｐを算出する。
先ず、制御回路２７は、測定電流Ｉｏと測定電圧Ｖｏに基づいて、許容使用率Ｄｐを算出するために必要な算出用電流値Ｉｘを算出する。制御回路２７は、算出用電流値Ｉｘに応じた算出用電圧値をＶｘとする。この算出用電圧値Ｖｘは、算出用電流値Ｉｘと定数Ａ，Ｂとにより、

と表される。そして、算出用電流値Ｉｘは、算出用電圧値Ｖｘ、測定電流Ｉｏ、測定電圧Ｖｏ、及び上記の式により、

と表される。
この式において、算出用電流値Ｉｘを整理すると、

となる。これにより、制御回路２７は、算出用電流値Ｉｘを算出する。
次に、制御回路２７は、許容使用率Ｄｐを算出する。制御回路２７は、許容使用率Ｄｐを、定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒ、算出用電流値Ｉｘにより、

により算出する。
次に、ステップ５７において、制御回路２７は、上記の許容使用率Ｄｐに応じた基準値Ｎｘを、

により算出する。そして、制御回路２７は、カウント値Ｎと基準値Ｎｘとを比較する。そして、カウント値Ｎが基準値Ｎｘより小さい場合（Ｎ＜Ｎｘ）、制御回路２７は、ステップ５１へ移行する。一方、カウント値Ｎが基準値Ｎｘ以上の場合（Ｎ≧Ｎｘ)、制御回路２７は、ステップ５８に移行する。

そのステップ５８において、制御回路２７はカウント値Ｎをクリア（Ｎ＝０）する。
次に、ステップ５９において、制御回路２７は、インバータ回路２３を停止する。そして、制御回路２７は、報知装置２９により、インバータ回路２３の停止を報知する。

たとえば、基準値Ｎｘは、許容使用率Ｄｐに応じた期間において、上記のステップ５２において連続的にカウントアップされたときのカウント値Ｎと等しい値に設定される。
制御回路２７は、この図３に示す処理を、所定のサイクル（たとえば１秒毎）に実行する。つまり、カウント値Ｎは、所定のサイクル（１秒）毎に変更される。

一般的に、許容使用率Ｄｐは、出力電流Ｉｏの設定値Ｉａに対して、定格電流Ｉｒと定格使用率Ｄｒに基づいて算出される。定格使用率Ｄｒは、所定期間（たとえば１０分間）において、定格電流Ｉｒの出力が許容される期間の割合を示す。したがって、許容使用率Ｄｐは、所定期間（たとえば１０分間）において、出力電流Ｉｏ（設定値Ｉａ）の出力が許容される期間の割合を示す。許容使用率Ｄｐにて使用される電源装置では、内部の部品（インバータ回路２３、変圧器２４、等）の温度が許容温度を超えない。

ステップ５１において、測定電力Ｗｏ（＝測定電流Ｉｏ×測定電圧Ｖｏ）が等価電力Ｗ_１００（＝等価電流Ｉ_１００×等価電圧Ｖ_１００）より大きい場合、定格以上の電力が負荷に流れている。この状態が継続すると、図１に示す電源装置１１の部品（たとえば、平滑コンデンサＣ３、インバータ回路２３、等）の温度が許容温度を超えるおそれがある。このため、カウント値Ｎが許容使用率Ｄｐに応じて設定された基準値Ｎｘ以上になったときに、インバータ回路２３を停止する（ステップ５９）ことで、電源装置１１の部品（たとえば、平滑コンデンサＣ３等）の温度上昇を抑制する。また、制御回路２７は、報知装置２９により、インバータ回路２３の停止を報知する。

本実施形態において、許容使用率Ｄｐは、測定電力Ｗｏ（測定電流Ｉｏ、測定電圧Ｖｏ）に基づいて算出される。上記のステップ５７にて説明したように、許容使用率Ｄｐは、測定電力Ｗｏ（測定電流Ｉｏ、測定電圧Ｖｏ）に基づいて算出される算出用電流値Ｉｘの２乗の逆数に比例する。したがって、測定電力Ｗｏが小さいほど、許容使用率Ｄｐ、つまり基準値Ｎｘの値が大きくなる。このように、測定電力Ｗｏ（測定電流Ｉｏ、測定電圧Ｖｏ）に応じて基準値Ｎｘを設定することは、電源装置１１の継続的な使用を可能とする。つまり、電源装置１１の出力電力Ｗｏによる作業の効率の低下を抑制する。基準値Ｎｘはインバータ回路２３の動作時間を制限する。インバータ回路２３の停止は、作業の中断を招き、工数の増加、作業効率を低下させるからである。

なお、ステップ５１の判定結果に基づいて、測定電力Ｗｏ（＝測定電流Ｉｏ×測定電圧Ｖｏ）が等価電力Ｗ_１００（＝等価電流Ｉ_１００×等価電圧Ｖ_１００）以下の場合に、ステップ５３においてカウント値Ｎをカウントダウンする。測定電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００以下の場合、電源装置１１の部品の温度は、低下する。つまり、制御回路２７は、電源装置１１の部品の温度変化に応じてカウント値Ｎを変更する。

次に、上記の電源装置１１の作用を説明する。
電源装置１１の直流電源回路２１は、三相または単相の商用交流電流を整流して直流電圧を出力する。電圧変換回路２２は、平滑コンデンサＣ３を含み、直流電源回路２１の出力電圧を、インバータ回路２３に応じた電圧に変換する。平滑コンデンサＣ３は電圧変換回路２２において電圧変換後の電圧を平滑する。インバータ回路２３は、電圧変換回路２２の出力電圧を高周波交流電圧に変換する。

電源装置１１の制御回路２７は、入力判定回路２６の判定信号Ｃｄに基づいて、三相または単相の商用交流電力に応じた定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒを設定する。制御回路２７は、出力電流Ｉｏの値を設定電流値に等しくするようにインバータ回路２３を制御する。

三相の商用交流電力に対する定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒは、たとえば３５０（Ａ）、６０（％）である。定格電流Ｉｒに対する出力電流値は３１．５（Ｖ）である。単相の商用交流電力に対する定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒは、たとえば２５０（Ａ）、６０（％）である。定格電流Ｉｒに対する出力電流値は２６．５（Ｖ）である。したがって、単相の商用交流電力に基づく運転時の負荷は、三相の商用交流電力に基づく運転時の負荷よりも低い。

アーク溶接における出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏは、作業状況（たとえば、溶接電極と溶接対象の間隔、アークの状態、等）により変動する。つまり、負荷の大きさが変化する。過負荷の場合、電源装置１１の部品（たとえばインバータ回路２３のスイッチング素子ＴＲ１、等）の発熱により、電源装置１１の内部温度が許容温度を超える。たとえば、電圧変換回路２２に含まれる平滑コンデンサＣ３の温度上昇は、平滑コンデンサＣ３の容量低下を招き、溶接性に影響するおそれがある。

たとえば、インバータ回路のスイッチング素子等にサーモスタット等を設け、温度保護を図ることが考えられる。しかし、上記の温度保護は、負荷が大きな三相の商用交流電力に基づく運転に応じて設定される。このため、三相に比べて負荷が小さな単相の商用交流電力に基づく運転時には、上記のサーモスタット等による保護は難しい。

平滑コンデンサの温度をたとえば熱電対により検出して保護しようとすると、熱電対に応じた専用の回路が必要となる。また、平滑コンデンサをサーモスタットにより保護する場合、平滑コンデンサの表面にシリコン等でサーモスタットを固定しなければならないため、温度を正確に検出することができないおそれがある。

これに対し、本実施形態における電源装置１１の制御回路２７は、電流検出回路ＩＤ１の電流検出信号Ｉｄ１に基づいて、等価電力Ｗ_１００（等価電流Ｉ_１００、等価電圧Ｖ_１００）を算出する。制御回路２７は、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏ（測定電流Ｉｏ及び測定電圧Ｖｏ）に基づく出力電力Ｗｏと等価電力Ｗ_１００を比較する。そして、制御回路２７は、比較結果に基づいて、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００を越えるときに、インバータ回路２３を停止する。したがって、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００を越える過負荷のときに、平滑コンデンサＣ３の温度上昇が抑制される。

たとえば、定格使用率を超過して電源装置１１を使用した場合も同様に電源装置１１の内部温度が許容温度を超えるおそれがある。
本実施形態の制御回路２７は、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００を越えるときにカウント値Ｎをカウントアップ（＋１）する。制御回路２７は、出力電力Ｗｏに応じた許容使用率Ｄｐを算出し、その許容使用率Ｄｐに応じた基準値Ｎｘとカウント値Ｎを比較する。そして、カウント値Ｎが基準値Ｎｘ以上のときに、インバータ回路２３を停止する。

電源装置１１における温度（部品の温度）は、時間的にゆっくりと変化（たとえば、温度飽和まで１〜２時間程度）する。つまり、過負荷状態であっても、ただちに電源装置１１の内部温度が許容温度を越えるわけではない。

制御回路２７は、出力電力Ｗｏに応じた基準値Ｎｘを設定し、その基準値Ｎｘとカウント値Ｎを比較する。そして、制御回路２７は、カウント値Ｎが基準値Ｎｘ以上になる、つまり、許容使用率Ｄｐに応じた期間より長く過負荷状態が継続する、つまり使用率オーバーになると、インバータ回路２３を停止する。

そして、制御回路２７は、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００以下のときにカウント値Ｎをカウントダウン（−１）する。出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００以下のとき、電源装置１１の部品の温度は、低下する。カウント値Ｎをカウントアップするのみの制御では、累積的な過負荷によりカウント値Ｎが基準値Ｎｘを越えてしまい、温度が低い状態でもインバータ回路２３が停止されることがある。インバータ回路２３が停止されると、電源装置１１の出力が停止するため、作業が中断される。作業の中断は、工数の増加を招き、生産効率を低下させる。

これに対し、本実施形態の制御回路２７は、電源装置１１の部品の温度低下に応じてカウント値Ｎをカウントダウン、つまり温度変化に応じてカウント値Ｎを変更する。したがって、作業の中断が抑制される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）制御回路２７は、三相または単相の商用交流電力に応じた定格電流Ｉｒと定格使用率Ｄｒに基づいて連続使用の等価電力Ｗ_１００を算出する。そして、制御回路２７は、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏ（測定電流Ｉｏと測定電圧Ｖｏ）に基づく出力電力Ｗｏ（負荷電力）と等価電力Ｗ_１００とを比較し、比較結果に応じて、たとえば出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００を越えるときにインバータ回路２３を停止する。インバータ回路２３の停止により電源装置１１の内部の温度が低下する。このため、電圧変換回路２２に含まれる平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

（２）制御回路２７は、定格電流Ｉｒ及び定格使用率Ｄｒに基づいて使用率が１００（％）の等価電流Ｉ_１００を算出する。そして、制御回路２７は、等価電流Ｉ_１００に基づいて等価電圧Ｖ_１００、等価電力Ｗ_１００を算出する。等価電力Ｗ_１００は、定格電流Ｉｒと定格使用率Ｄｒに基づいて、電源装置１１が出力可能な電力の最大値である。このように、入力される商用交流電力に応じた等価電力Ｗ_１００に応じてインバータ回路２３の作動・停止を制御することができる。

（３）制御回路２７は、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００より大きいときにカウント値Ｎをカウントアップし、出力電力Ｗｏが等価電力Ｗ_１００以下のときにカウント値Ｎをカウントダウンする。制御回路２７は、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏに基づいて許容使用率Ｄｐを算出する。そして、制御回路２７は、許容使用率Ｄｐに応じた基準値Ｎｘとカウント値Ｎとを比較し、比較結果に基づいてカウント値Ｎが基準値Ｎｘ以上のときにインバータ回路２３を停止する。このため、過負荷状態、使用率オーバーによる平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

（４）制御回路２７は、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏに基づいて許容使用率Ｄｐを算出するための算出用電流値Ｉｘを算出し、算出用電流値Ｉｘと定格電流Ｉｒと定格使用率Ｄｒとに基づいて許容使用率Ｄｐを算出する。これにより、出力電力Ｗｏ（出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏ）に応じた許容使用率Ｄｐを容易に設定することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態において、定格電流Ｉｒ、定格使用率Ｄｒ、等の設定値は一例であり、適宜変更が可能である。

・入力判定回路２６を設けて、入力電力が単相か三相かを判定し、その判定結果に基づいて、入力電力に応じた定格値を用いて等価電流Ｉ_１００等を算出した。これに対し、入力電力を設定値としてたとえばメモリ２７ａに記憶し、その設定値に応じた定格値を用いて等価電流Ｉ_１００等を算出するようにしてもよい。

・図１において、制御回路２７，ＳＣを１つの制御回路としてもよい。

１１ 電源装置（溶接用電源装置）
２１ 直流電源回路
２２ 電圧変換回路
２３ インバータ回路
２４ 変圧器
２５ 整流回路
２６ 入力判定回路
２７ 制御回路
ＩＤ１ 電流検出回路
ＶＤ１ 電圧検出回路
Ｃ３ 平滑コンデンサ
Ｉｏ 出力電流（測定電流）
Ｖｏ 出力電圧（測定電圧）
Ｃｄ 判定信号
Ｉｒ 定格電流
Ｄｒ 定格使用率
Ｗｏ 出力電力（負荷電力）
Ｗ_１００ 等価電力

Claims (5)

1. 商用交流電力を整流して直流電圧を出力する直流電源回路と、
   平滑コンデンサを有し、前記直流電圧を電圧変換する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路の出力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交流電圧に変換する変圧器と、
   前記変圧器の出力を整流して直流の出力を生成する整流回路と、
   出力電流を検出する電流検出回路と、
   出力電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記出力電流の値を電流設定値に等しくするように前記インバータ回路を制御する制御回路と、
   前記商用交流電力が三相か単相かを判定して判定信号を出力する入力判定回路と、
   を有し、
   前記制御回路は、前記判定信号に基づいて前記商用交流電力に応じた定格電流及び定格使用率を設定し、前記定格電流及び前記定格使用率に基づいて連続出力の等価電力を算出し、前記出力電流及び前記出力電圧の値に基づく負荷電力と前記等価電力とを比較し、比較結果に基づいて前記インバータ回路を停止すること、
   を特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記制御回路は、
   前記定格電流及び前記定格使用率に基づいて使用率が１００（％）の等価電流を算出し、前記等価電流に基づいて等価電圧を算出し、前記等価電流と前記等価電圧に基づいて前記等価電力を算出すること、を特徴とする電源装置。
3. 請求項１または２に記載の電源装置において、
   前記制御回路は、
   前記負荷電力が前記等価電力より大きいときにカウント値をカウントアップし、前記負荷電力が前記等価電力以下のときに前記カウント値をカウントダウンし、前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて許容使用率を算出し、前記許容使用率に応じた基準値と前記カウント値とを比較し、比較結果に基づいて前記カウント値が前記基準値以上のときに前記インバータ回路を停止すること、を特徴とする電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置において、
   前記制御回路は、
   前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて前記許容使用率を算出するための算出用電流値を算出し、前記算出用電流値と前記定格電流と前記定格使用率とに基づいて前記許容使用率を算出すること、を特徴とする電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置は、溶接対象を加工する出力電流を生成するように構成されたこと、を特徴とする溶接用電源装置。