JP2019025503A - Welding power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流アーク溶接のための溶接電源装置に関する。 The present invention relates to a welding power source apparatus for AC arc welding.
交流アーク溶接においては、出力電流の極性が切り換わるときにアーク切れが起こりやすい。アーク切れを抑制するために、出力電流の極性が切り換わるタイミングで高電圧(再点弧電圧)を印加する溶接電源装置が知られている。このような溶接電源装置の一例が、特許文献1に開示されている。
In AC arc welding, arc breakage is likely to occur when the polarity of the output current is switched. In order to suppress the arc break, a welding power supply apparatus that applies a high voltage (re-ignition voltage) at a timing at which the polarity of the output current switches is known. An example of such a welding power source apparatus is disclosed in
図8は、従来の溶接電源装置の一例を示すブロック図であり、溶接システムの全体構成を示している。図8に示す溶接システムは、溶接トーチBと、溶接トーチBに電力を供給する溶接電源装置A100とを備えている。溶接電源装置A100は、商用電源Dから入力される交流電力を整流平滑回路1で直流電力に変換し、インバータ回路2で高周波電力に変換する。そして、トランス3で変圧して、整流回路4で直流電力に変換し、インバータ回路7で交流電力に変換して出力する。再点弧回路6は、インバータ回路7の出力電流の極性が切り換わるときに、再点弧電圧を印加する。再点弧回路6は、インバータ回路2が出力する高周波電力の一部をトランス3の補助巻線3cから供給されて、充電回路63によって、再点弧コンデンサ62に充電する。そして、放電回路64によって、再点弧コンデンサ62に充電された電力を放電する。制御回路800は、インバータ回路2およびインバータ回路7のスイッチングを制御する。また、制御回路800は、充電回路63および放電回路64を制御することで、再点弧電圧の充電および放電のタイミングを制御する。溶接電源装置A100においては、インバータ回路7の出力電流の極性が切り換わるときに再点弧電圧が印加されるので、アーク切れの発生が抑制される。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional welding power supply device, and shows the overall configuration of the welding system. The welding system shown in FIG. 8 includes a welding torch B and a welding power source device A100 that supplies electric power to the welding torch B. The welding power source device A100 converts AC power input from the commercial power source D into DC power using the rectifying and
また、溶接電源装置A100は、過電流検出回路88を備えている。過電流検出回路88は、溶接電源装置A100の出力電流の過電流を検出する回路である。過電流検出回路88は、電流センサ91が検出した電流が過電流になった場合に、過電流検出信号を制御回路800に出力する。制御回路800は、過電流検出信号を入力された場合に、インバータ回路2に出力する駆動信号のパルス幅を小さくして、デューティ比を小さくすることで、インバータ回路7に供給する電圧を低下させて、インバータ回路7の出力電力を抑制する。
In addition, the welding power source apparatus A100 includes an
溶接電源装置A100において、過電流が検出された場合、インバータ回路2の出力電圧波形のデューティ比が小さくなるので、再点弧回路6に供給され整流平滑された電圧は低くなる。この場合、再点弧コンデンサ62を所定の電圧に充電するためにかかる時間が長くなる(充電速度が遅くなる)。充電速度が小さくなると、再点弧コンデンサ62の充電が十分に行われる前に放電されてしまう場合がある。充電が不十分な状態で放電されると、インバータ回路7の出力に印加される電圧が低くなり、再点弧のためのエネルギーが不足して、アーク切れが発生してしまう。
In the welding power source apparatus A100, when an overcurrent is detected, the duty ratio of the output voltage waveform of the inverter circuit 2 becomes small, so the voltage supplied to the
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、アーク切れの発生をより抑制できる溶接電源装置を提供することを目的としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a welding power supply apparatus that can further suppress the occurrence of arc breakage.
本発明の第1の側面によって提供される溶接電源装置は、出力を制御するための第1のインバータ回路と、前記第1のインバータ回路が出力する高周波電力を整流する整流回路と、前記整流回路が出力する直流電力を交流電力に変換して溶接負荷に出力する第2のインバータ回路と、前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるときに、前記溶接負荷への出力に再点弧電圧を印加する再点弧回路と、前記第1のインバータ回路を駆動させる出力制御駆動信号を出力する制御回路とを備えており、前記再点弧回路は、前記第1のインバータ回路の出力電力の一部を、前記再点弧電圧を印加するために充電しており、前記制御回路は、前記出力制御駆動信号のデューティ比が小さくなったことで前記再点弧回路の充電量が不足すると判断される場合に、前記出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで周波数を高くすることを特徴とする。この構成によると、制御回路は、出力制御駆動信号のデューティ比が小さくなったことで再点弧回路の充電量が不足する場合に、出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで周波数を高くする。これにより、第1のインバータ回路が出力する高周波電圧の波形も出力制御駆動信号と同様に変化し、再点弧回路に供給されて整流平滑された電圧は高くなる。よって、再点弧コンデンサの充電速度が速くなる。これにより、再点弧回路の充電量が不足しないように充電することができるので、アーク切れの発生をより抑制することができる。 The welding power supply device provided by the first aspect of the present invention includes a first inverter circuit for controlling output, a rectifier circuit for rectifying high-frequency power output from the first inverter circuit, and the rectifier circuit. When the polarity of the output current of the second inverter circuit that converts the DC power output from the converter into AC power and outputs it to the welding load is switched, the output to the welding load is re-pointed. A re-ignition circuit for applying an arc voltage; and a control circuit for outputting an output control drive signal for driving the first inverter circuit, wherein the re-ignition circuit is an output of the first inverter circuit. A part of the electric power is charged to apply the re-ignition voltage, and the control circuit has insufficient charge amount of the re-ignition circuit due to a decrease in the duty ratio of the output control drive signal. Then If it is sectional, the pulse width of the output control drive signal is characterized by a higher frequency as is. According to this configuration, the control circuit increases the frequency without changing the pulse width of the output control drive signal when the charge amount of the re-ignition circuit is insufficient because the duty ratio of the output control drive signal is reduced. As a result, the waveform of the high-frequency voltage output from the first inverter circuit also changes in the same manner as the output control drive signal, and the voltage rectified and smoothed by being supplied to the re-ignition circuit becomes high. Therefore, the charging speed of the re-ignition capacitor is increased. Thereby, since it can charge so that the charge amount of a re-ignition circuit may not run short, generation | occurrence | production of arc interruption can be suppressed more.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記再点弧回路は、前記再点弧電圧を充電される再点弧コンデンサと、前記再点弧コンデンサの端子間電圧を検出する電圧センサとを備えており、前記制御回路は、前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるタイミングに基づく所定のタイミングに、前記端子間電圧が閾値電圧より小さい場合に、充電量が不足すると判断する。この構成によると、充電量が不足することを適切に判断できるので、充電量が不足しないように対応することができる。よって、アーク切れの発生をより抑制することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the re-ignition circuit includes a re-ignition capacitor that is charged with the re-ignition voltage, and a voltage sensor that detects a voltage between terminals of the re-ignition capacitor. The control circuit determines that the amount of charge is insufficient when the voltage between the terminals is smaller than the threshold voltage at a predetermined timing based on the timing at which the polarity of the output current of the second inverter circuit is switched. According to this configuration, since it is possible to appropriately determine that the amount of charge is insufficient, it is possible to cope with the amount of charge not being insufficient. Therefore, generation | occurrence | production of an arc break can be suppressed more.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるタイミングに基づく所定のタイミングに、前記デューティ比が所定値以下の場合に、充電量が不足すると判断する。この構成によると、充電量が不足することを適切に判断できるので、充電量が不足しないように対応することができる。よって、アーク切れの発生をより抑制することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, when the duty ratio is less than or equal to a predetermined value at a predetermined timing based on the timing at which the polarity of the output current of the second inverter circuit is switched, Judge that there is a shortage. According to this configuration, since it is possible to appropriately determine that the amount of charge is insufficient, it is possible to cope with the amount of charge not being insufficient. Therefore, generation | occurrence | production of an arc break can be suppressed more.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記出力制御駆動信号の周波数を高くした後、前記再点弧電圧が目標電圧まで充電できたときに、前記出力制御駆動信号の周波数を元に戻す。この構成によると、出力制御駆動信号の周波数を高くする期間は限定されるので、周波数を高くしたことによる影響は限定される。 In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit increases the frequency of the output control drive signal when the re-ignition voltage can be charged to the target voltage after increasing the frequency of the output control drive signal. Revert. According to this configuration, since the period during which the frequency of the output control drive signal is increased is limited, the effect of increasing the frequency is limited.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第2のインバータ回路の出力電流の過電流を検出する過電流検出回路をさらに備えており、前記制御回路は、前記過電流検出回路が過電流を検出した場合に、前記出力制御駆動信号のパルス幅を小さくする。この構成によると、過電流検出により出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなった場合でも、出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで周波数を高くするので、アーク切れの発生をより抑制することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit further includes an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent of the output current of the second inverter circuit, and the control circuit detects the overcurrent by the overcurrent detection circuit. In this case, the pulse width of the output control drive signal is reduced. According to this configuration, even when the pulse width of the output control drive signal is reduced due to overcurrent detection, the frequency is increased while maintaining the pulse width of the output control drive signal, so that the occurrence of arc interruption can be further suppressed. .
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、目標電流として、第1の目標電流と前記第1の目標電流より小さい第2の目標電流とを交互に設定する目標電流設定部と、前記目標電流と前記第2のインバータ回路の出力電流の検出値とに基づいて、前記出力制御駆動信号を生成する電流制御部とを備えており、目標電流が前記第1の目標電流から前記第2の目標電流に切り替ったときに、前記出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなる。この構成によると、目標電流が切り替ったときに出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなった場合でも、アーク切れの発生をより抑制することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit sets a target current setting unit that alternately sets a first target current and a second target current smaller than the first target current as a target current; A current control unit configured to generate the output control drive signal based on the target current and a detected value of the output current of the second inverter circuit, wherein the target current is changed from the first target current to the first current. When the target current is switched to 2, the pulse width of the output control drive signal is reduced. According to this configuration, even when the pulse width of the output control drive signal becomes small when the target current is switched, the occurrence of arc break can be further suppressed.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記出力制御駆動信号のパルス幅の減少割合に応じた割合で、前記周波数を増加させる。この構成によると、出力制御駆動信号の周波数を適切な周波数にすることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit increases the frequency at a rate corresponding to a decrease rate of the pulse width of the output control drive signal. According to this configuration, the frequency of the output control drive signal can be set to an appropriate frequency.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるタイミングまでの残り時間をT、前記パルス幅の減少割合をW、所定の係数をαとした場合、前記周波数を増加させる割合Fを、
F=α/(W・T)
として算出する。この構成によると、出力制御駆動信号の周波数をより適切な周波数にすることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the control circuit sets the remaining time until the timing when the polarity of the output current of the second inverter circuit is switched to T, the reduction rate of the pulse width to W, and a predetermined coefficient. When α is set, the rate F for increasing the frequency is
F = α / (W · T)
Calculate as According to this configuration, the frequency of the output control drive signal can be set to a more appropriate frequency.
本発明によると、制御回路は、出力制御駆動信号のデューティ比が小さくなったことで再点弧回路の充電量が不足する場合に、出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで周波数を高くする。これにより、第1のインバータ回路が出力する高周波電圧の波形も出力制御駆動信号と同様に変化し、再点弧回路に供給されて整流平滑された電圧は高くなる。よって、再点弧コンデンサの充電速度が大きくなる。これにより、再点弧回路の充電量が不足しないように充電することができるので、アーク切れの発生をより抑制することができる。 According to the present invention, the control circuit increases the frequency while maintaining the pulse width of the output control drive signal as it is when the charge amount of the re-ignition circuit is insufficient because the duty ratio of the output control drive signal is reduced. As a result, the waveform of the high-frequency voltage output from the first inverter circuit also changes in the same manner as the output control drive signal, and the voltage rectified and smoothed by being supplied to the re-ignition circuit becomes high. Therefore, the charging speed of the re-igniting capacitor is increased. Thereby, since it can charge so that the charge amount of a re-ignition circuit may not run short, generation | occurrence | production of arc interruption can be suppressed more.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図5は、第1実施形態に係る溶接電源装置を説明するための図である。図1は、溶接電源装置A1を示すブロック図であり、溶接システムの全体構成を示している。図2は、溶接電源装置A1の充電回路63および放電回路64の一例を示す回路図である。図3は、再点弧回路6の制御を説明するためのタイムチャートであり、溶接電源装置A1の各信号の波形を示している。図4は、過電流抑制制御を説明するためのタイムチャートであり、溶接電源装置A1の各信号の波形を示している。図5は、電流制御部81が行う電流制御切替処理を示すフローチャートである。
1-5 is a figure for demonstrating the welding power supply device which concerns on 1st Embodiment. FIG. 1 is a block diagram showing a welding power source device A1, and shows the overall configuration of the welding system. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the charging
図1に示すように、溶接システムは、溶接電源装置A1および溶接トーチBを備えている。当該溶接システムは、交流アーク溶接を行う、例えばTIG溶接システムである。溶接電源装置A1は、商用電源Dから入力される交流電力を変換して、出力端子a,bから出力する。一方の出力端子aは、ケーブルによって被加工物Wに接続されている。他方の出力端子bは、ケーブルによって溶接トーチBの電極に接続されている。溶接電源装置A1は、溶接トーチBの電極の先端と被加工物Wとの間にアークを発生させて、電力を供給する。当該アークの熱によって、溶接が行われる。溶接トーチB、被加工物Wおよび発生したアークを合わせたものが、溶接電源装置A1の負荷なので、これらを合わせたものを示す場合は、「溶接負荷」と記載する。 As shown in FIG. 1, the welding system includes a welding power source device A1 and a welding torch B. The welding system is, for example, a TIG welding system that performs AC arc welding. The welding power source device A1 converts AC power input from the commercial power source D and outputs it from the output terminals a and b. One output terminal a is connected to the workpiece W by a cable. The other output terminal b is connected to the electrode of the welding torch B by a cable. The welding power supply device A1 generates an arc between the tip of the electrode of the welding torch B and the workpiece W to supply electric power. Welding is performed by the heat of the arc. Since the combination of the welding torch B, the workpiece W, and the generated arc is the load of the welding power source device A1, the combination of these is described as “welding load”.
溶接電源装置A1は、整流平滑回路1、インバータ回路2、トランス3、整流回路4、直流リアクトル5、再点弧回路6、インバータ回路7、制御回路8、過電流検出回路88、電流センサ91、および電圧センサ92を備えている。
The welding power supply device A1 includes a rectifying /
整流平滑回路1は、商用電源Dから入力される交流電力を直流電力に変換して出力する。整流平滑回路1は、交流電流を整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備えている。
The rectifying /
インバータ回路2は、例えば、単相フルブリッジ型のPWM制御インバータであり、4つのスイッチング素子を備えている。インバータ回路2は、制御回路8から入力される出力制御駆動信号によってスイッチング素子をスイッチングさせることで、整流平滑回路1から入力される直流電力を高周波電力に変換して出力する。なお、インバータ回路2は直流電力を交流電力に変換するものであればよく、例えばハーフブリッジ型であってもよいし、その他の構成のインバータ回路であってもよい。インバータ回路2が本発明の「第1のインバータ回路」に相当する。
The inverter circuit 2 is, for example, a single-phase full bridge type PWM control inverter, and includes four switching elements. The inverter circuit 2 converts the DC power input from the rectifying /
トランス3は、インバータ回路2が出力する高周波電圧を変圧して、整流回路4に出力する。トランス3は、一次側巻線3a、二次側巻線3bおよび補助巻線3cを備えている。一次側巻線3aの各入力端子は、インバータ回路2の各出力端子にそれぞれ接続されている。二次側巻線3bの各出力端子は、整流回路4の各入力端子にそれぞれ接続されている。インバータ回路2の出力電圧は、一次側巻線3aと二次側巻線3bの巻き数比に応じて変圧されて、整流回路4に入力される。補助巻線3cの各出力端子は、充電回路63の各入力端子にそれぞれ接続されている。インバータ回路2の出力電圧は、一次側巻線3aと補助巻線3cの巻き数比に応じて変圧されて、充電回路63に入力される。二次側巻線3bおよび補助巻線3cは一次側巻線3aに対して絶縁されているので、商用電源Dから入力される電流が二次側の回路および充電回路63に流れることを防止することができる。
The transformer 3 transforms the high-frequency voltage output from the inverter circuit 2 and outputs it to the rectifier circuit 4. The transformer 3 includes a primary winding 3a, a secondary winding 3b, and an auxiliary winding 3c. Each input terminal of the primary winding 3 a is connected to each output terminal of the inverter circuit 2. Each output terminal of the secondary winding 3 b is connected to each input terminal of the rectifier circuit 4. The output voltage of the inverter circuit 2 is transformed according to the turn ratio of the primary side winding 3 a and the secondary side winding 3 b and is input to the rectifier circuit 4. Each output terminal of the auxiliary winding 3 c is connected to each input terminal of the charging
整流回路4は、例えば全波整流回路であり、トランス3より入力される高周波電力を整流して、インバータ回路7に出力する。なお、整流回路4は、高周波電力を整流するものであればよく、例えば半波整流回路であってもよい。直流リアクトル5は、整流回路4がインバータ回路7に出力する直流電流を平滑化する。 The rectifier circuit 4 is a full-wave rectifier circuit, for example, and rectifies high-frequency power input from the transformer 3 and outputs the rectified circuit to the inverter circuit 7. The rectifier circuit 4 only needs to rectify high-frequency power, and may be a half-wave rectifier circuit, for example. The direct current reactor 5 smoothes the direct current that the rectifier circuit 4 outputs to the inverter circuit 7.
インバータ回路7は、例えば、単相フルブリッジ型のPWM制御インバータであり、4つのスイッチング素子を備えている。インバータ回路7は、制御回路8から入力されるスイッチング駆動信号によってスイッチング素子をスイッチングさせることで、整流回路4から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、インバータ回路7は直流電力を交流電力に変換するものであればよく、例えばハーフブリッジ型であってもよいし、その他の構成のインバータ回路であってもよい。インバータ回路7が本発明の「第2のインバータ回路」に相当する。 The inverter circuit 7 is, for example, a single-phase full-bridge type PWM control inverter and includes four switching elements. The inverter circuit 7 converts the DC power input from the rectifier circuit 4 into AC power and outputs it by switching the switching element according to the switching drive signal input from the control circuit 8. The inverter circuit 7 only needs to convert DC power into AC power, and may be, for example, a half-bridge type or an inverter circuit having another configuration. The inverter circuit 7 corresponds to the “second inverter circuit” of the present invention.
再点弧回路6は、整流回路4とインバータ回路7との間に配置されており、インバータ回路7の出力電流の極性が切り換わるときに、溶接電源装置A1の出力端子a,b間に高電圧を印加する。当該高電圧は、極性切り換え時の再点弧性を向上させるためのものであり、以下では「再点弧電圧」と記載する場合がある。再点弧回路6は、ダイオード61、再点弧コンデンサ62、充電回路63および放電回路64を備えている。
The
再点弧コンデンサ62は、所定の静電容量以上のコンデンサであり、溶接電源装置A1の出力に印加するための再点弧電圧を充電される。再点弧コンデンサ62は、整流回路4に対して並列に接続されている。再点弧コンデンサ62は、充電回路63によって充電され、放電回路64によって放電される。
The
充電回路63は、再点弧コンデンサ62に再点弧電圧を充電するための回路であり、再点弧コンデンサ62に並列に接続されている。図2(a)は、充電回路63の一例を示す図である。図2(a)に示すように、本実施形態では、充電回路63は、整流平滑回路63cおよび絶縁型フォワードコンバータ63dを備えている。整流平滑回路63cは、交流電圧を全波整流する整流回路と、平滑する平滑コンデンサとを備え、トランス3の補助巻線3cから入力される高周波電圧を直流電圧に変換する。なお、整流平滑回路63cの回路構成は限定されない。絶縁型フォワードコンバータ63dは、整流平滑回路63cから入力される直流電圧を昇圧して、再点弧コンデンサ62に出力する。絶縁型フォワードコンバータ63dは、スイッチング素子63bを駆動するための駆動回路63aを備えている。駆動回路63aは、後述する充電制御部86から入力される充電回路駆動信号に基づいて、スイッチング素子63bを駆動させるためのパルス信号を出力する。駆動回路63aは、充電回路駆動信号がオン(例えばハイレベル信号)の間、所定のパルス信号をスイッチング素子63bに出力する。これにより、再点弧コンデンサ62が充電される。一方、駆動回路63aは、充電回路駆動信号がオフ(例えばローレベル信号)の間、パルス信号の出力を行わない。よって、再点弧コンデンサ62の充電は停止される。すなわち、充電回路63は、充電回路駆動信号に基づいて、再点弧コンデンサ62を充電する状態と充電しない状態とで切り替える。なお、駆動回路63aを設けずに、充電制御部86が充電回路駆動信号としてパルス信号をスイッチング素子63bに直接入力するようにしてもよい。また、充電回路63の構成は限定されない。充電回路63は、絶縁型フォワードコンバータ63dに代えて、昇圧チョッパ回路などを備えるようにしてもよい。
The charging
放電回路64は、再点弧コンデンサ62に充電された再点弧電圧を放電するものであり、再点弧コンデンサ62に直列に接続されている。図2(b)は、放電回路64の一例を示す図である。図2(b)に示すように、放電回路64は、スイッチング素子64aおよび限流抵抗64bを備えている。本実施形態では、スイッチング素子64aは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)である。なお、スイッチング素子64aは、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などであってもよい。スイッチング素子64aと限流抵抗64bとは直列接続されて、再点弧コンデンサ62に直列接続されている。スイッチング素子64aのエミッタ端子は整流回路4の正極側の端子に接続され、スイッチング素子64aのコレクタ端子は限流抵抗64bの一方の端子に接続されている。なお、限流抵抗64bをスイッチング素子64aのエミッタ端子側に接続するようにしてもよい。また、スイッチング素子64aのゲート端子には、後述する放電制御部85から、放電回路駆動信号が入力される。スイッチング素子64aは、放電回路駆動信号がオン(例えばハイレベル信号)の間オン状態になる。これにより、再点弧コンデンサ62に充電された再点弧電圧は、限流抵抗64bを介して、放電される。一方、スイッチング素子64aは、放電回路駆動信号がオフ(例えばローレベル信号)の間オフ状態になる。これにより、再点弧電圧の放電は停止される。すなわち、放電回路64は、放電回路駆動信号に基づいて、再点弧コンデンサ62を放電する状態と放電しない状態とで切り換える。なお、放電回路64の構成は限定されない。
The
ダイオード61は、放電回路64に並列接続されており、アノード端子がインバータ回路7の入力の正極側の端子に接続され、カソード端子が再点弧コンデンサ62に接続されている。ダイオード61は、インバータ回路7の入力電圧の過渡電圧を、再点弧コンデンサ62に吸収させる。
The
電流センサ91は、溶接電源装置A1の出力電流を検出するものであり、本実施形態では、インバータ回路7の一方の出力端子と出力端子aとを接続する接続線に配置されている。電流センサ91は、出力電流の瞬時値を検出して制御回路8および過電流検出回路88に入力する。本実施形態では、電流がインバータ回路7から出力端子aに向かって流れる場合を正としており、電流が出力端子aからインバータ回路7に向かって流れる場合を負としている。なお、電流センサ91の配置位置は限定されない。
The
電圧センサ92は、再点弧コンデンサ62の端子間電圧を検出するものである。電圧センサ92は、端子間電圧の瞬時値を検出して制御回路8に入力する。
The
過電流検出回路88は、溶接電源装置A1の出力電流の過電流を検出する回路である。過電流検出回路88は、電流センサ91から入力される出力電流の瞬時値から実効値を算出し、当該実効値が所定の電流閾値より大きくなった場合に、過電流であると判断する。過電流検出回路88は、過電流を検出した場合、過電流検出信号を制御回路8に出力する。
The
制御回路8は、溶接電源装置A1を制御するための回路であり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路8は、電流センサ91から出力電流の瞬時値を入力され、電圧センサ92から再点弧コンデンサ62の端子間電圧の瞬時値を入力される。そして、制御回路8は、インバータ回路2、インバータ回路7、充電回路63および放電回路64に、それぞれ駆動信号を出力する。制御回路8は、電流制御部81、目標電流設定部82、極性切換制御部83、波形目標設定部84、放電制御部85、充電制御部86、およびタイミング検出部87を備えている。
The control circuit 8 is a circuit for controlling the welding power source device A1, and is realized by, for example, a microcomputer. The control circuit 8 receives the instantaneous value of the output current from the
電流制御部81は、インバータ回路2を制御する。電流制御部81は、電流センサ91から入力される出力電流の瞬時値から実効値を算出し、当該実効値と目標電流設定部82から入力される目標電流(実効値)とに基づいて、PWM制御により、インバータ回路2のスイッチング素子を制御するための出力制御駆動信号を生成して、インバータ回路2に出力する。また、電流制御部81は、過電流検出回路88から過電流検出信号を入力された場合に、PWM制御を停止して、過電流を抑制するための過電流抑制制御を行う。過電流が解消されて、過電流検出回路88から過電流検出信号が入力されなくなった場合、電流制御部81は、過電流抑制制御を停止して、PWM制御を再開する。過電流抑制制御の詳細については後述する。
The
極性切換制御部83は、インバータ回路7を制御する。極性切換制御部83は、電流センサ91から入力される出力電流の瞬時値と波形目標設定部84から入力される電流波形目標値とに基づいて、インバータ回路7のスイッチング素子を制御するためのスイッチング駆動信号を生成して、インバータ回路7に出力する。
The polarity
放電制御部85は、放電回路64を制御する。放電制御部85は、極性切換制御部83から入力されるスイッチング駆動信号に基づいて、放電回路64を制御するための放電回路駆動信号を生成して、放電回路64に出力する。放電回路駆動信号は、充電制御部86にも入力される。
The
図3に示すように、溶接電源装置A1の出力電流(図3(b)参照)は、スイッチング駆動信号(図3(a)参照)に応じて変化する。図3(a)に示すスイッチング駆動信号は、オンのときに出力端子a(被加工物W)を正、出力端子b(溶接トーチB)を負とし、オフのときに出力端子a(被加工物W)を負、出力端子b(溶接トーチB)を正とする。溶接電源装置A1の出力電流は、スイッチング駆動信号がオンからオフに切り換わった時(図3における時刻t1)から減少し、ゼロを過ぎて(図3における時刻t2)極性が変わった後に最小電流値になる(図3における時刻t3)。また、溶接電源装置A1の出力電流は、スイッチング駆動信号がオフからオンに切り換わった時(図3における時刻t5)から増加し、ゼロを過ぎて(図3における時刻t6)極性が変わった後に最大電流値になる(図3における時刻t7)。放電制御部85は、溶接電源装置A1の出力電流の極性が変わるときにオンとなるように、放電回路駆動信号を生成する。具体的には、放電制御部85は、スイッチング駆動信号が切り換わったとき(図3における時刻t1、t5)にオンに切り換わり、オンに切り換わった後、放電時間が経過したときにオフに切り換わるパルス信号を生成し、放電回路駆動信号として出力する(図3(c)参照)。放電時間は、放電状態を継続する時間であり、出力電流の極性が変わるまでの時間より長い所定時間が設定されている。本実施形態では、所定時間を、出力電流の瞬時値が最大電流値または最小電流値になるまでの時間で設定しているので、図3(c)に示す放電回路駆動信号は、時刻t3、t7でオフに切り換わっている。実際には、出力電流の瞬時値が最大電流値または最小電流値になるタイミングと、放電回路駆動信号がオフに切り換わるタイミングとが一致するとは限らない。
As shown in FIG. 3, the output current (see FIG. 3B) of the welding power source device A <b> 1 changes according to the switching drive signal (see FIG. 3A). The switching drive signal shown in FIG. 3 (a) is positive when the output terminal a (workpiece W) is positive, negative when the output terminal b (welding torch B) is on, and output terminal a (workpiece) when it is off. The object W) is negative, and the output terminal b (welding torch B) is positive. The output current of the welding power source device A1 decreases from the time when the switching drive signal is switched from on to off (time t1 in FIG. 3), passes the zero (time t2 in FIG. 3), and then reaches the minimum current after the polarity changes. Value (time t3 in FIG. 3). Further, the output current of the welding power source device A1 increases from when the switching drive signal is switched from OFF to ON (time t5 in FIG. 3), and after zero (time t6 in FIG. 3), after the polarity is changed. The maximum current value is reached (time t7 in FIG. 3). The
なお、放電制御部85が放電回路駆動信号を生成する方法は、これに限定されない。溶接電源装置A1の出力電流の極性が変わるときに再点弧電圧を印加できればよいので、放電回路駆動信号は、極性が変わる前にオンになり、極性が変わった後にオフになればよい。例えば、電流センサ91から出力電流の瞬時値を入力され、出力電流の瞬時値がゼロになって所定の時間が経過したときに、放電回路駆動信号をオフに切り換えるようにしてもよい。また、出力電流の瞬時値が最大電流値または最小電流値になったときに切り換えるようにしてもよい。なお、実際には、電流センサ91から入力される電流瞬時値は微小変動するので、電流瞬時値が所定の第1閾値以上になった場合に最大電流値になったと判断し、電流瞬時値が所定の第2閾値以下になった場合に最小電流値になったと判断すればよい。また、放電制御部85が、極性切換制御部83からスイッチング駆動信号を入力される代わりに、波形目標設定部84から電流波形目標値を入力され、電流波形目標値が切り換わったときに、放電回路駆動信号をオンに切り換えるようにしてもよい。この場合も、放電回路駆動信号の波形は、スイッチング駆動信号に基づいて切り換える場合と同様となる。また、出力電流の瞬時値が最大電流値から低下したとき、または、最小電流値から上昇したときに、放電回路駆動信号をオンに切り換えるようにしてもよい。この場合も、放電回路駆動信号の波形は、スイッチング駆動信号に基づいて切り換える場合と同様となる。また、最大電流値より小さくゼロより大きい第1閾値と、最小電流値より大きくゼロより小さい第2閾値とを設定し、放電回路駆動信号を、出力電流の瞬時値が第1閾値と第2閾値との間の範囲に入ったときにオンに切り換え、当該範囲から外れたときにオフに切り換えるようにしてもよい。この場合でも、放電回路駆動信号は、極性が変わる前にオンになり、極性が変わった後にオフになる。
Note that the method by which the
充電制御部86は、充電回路63を制御する。充電制御部86は、放電制御部85から入力される放電回路駆動信号と、電圧センサ92から入力される再点弧コンデンサ62の端子間電圧の瞬時値とに基づいて、充電回路63を制御するための充電回路駆動信号を生成して、充電回路63に出力する。
The charging
図3に示すように、再点弧コンデンサ62の端子間電圧(図3(e)参照)は、放電回路駆動信号(図3(c)参照)がオンになって(図3における時刻t1)、出力電流(図3(b)参照)の極性が変わったとき(図3における時刻t2)に、再点弧コンデンサ62の放電により低下する。次の放電のタイミング(図3における時刻t6)までに、再点弧コンデンサ62に再点弧電圧を充電する必要がある。また、再点弧コンデンサ62が目標電圧まで充電された場合は、それ以上の充電を行う必要がない。充電制御部86は、再点弧コンデンサ62の放電後から、再点弧コンデンサ62が目標電圧になるまでオンとなるように、充電回路駆動信号を生成する。具体的には、充電制御部86は、放電制御部85より入力される放電回路駆動信号がオンからオフに切り換わったとき(図3における時刻t3、t7)にオンに切り換わり、再点弧コンデンサ62の端子間電圧が目標電圧になったとき(図3における時刻t4、t8)にオフに切り換わるパルス信号を生成し、充電回路駆動信号として出力する(図3(d)参照)。
As shown in FIG. 3, the voltage between the terminals of the re-ignition capacitor 62 (see FIG. 3E) is turned on (time t1 in FIG. 3) when the discharge circuit drive signal (see FIG. 3C) is turned on. When the polarity of the output current (see FIG. 3B) changes (time t2 in FIG. 3), it decreases due to the discharge of the
タイミング検出部87は、後述する過電流抑制制御において、再点弧コンデンサ62の端子間電圧を閾値電圧V0と比較するタイミングを検出する。具体的には、タイミング検出部87は、極性切換制御部83から入力されるスイッチング駆動信号に基づいて、次にスイッチング駆動信号が切り替るタイミングの所定時間Tだけ前の比較タイミングを検出する。スイッチング駆動信号は周期的に切り換わるので、前回の切り替りのタイミングからの時間を計時することで、比較タイミングを検出することができる。厳密には、スイッチング駆動信号が切り替るタイミングと出力電流の極性が切り換わるタイミングとでは時間差がある(図3における時刻t1と時刻t2)が、当該時間差は所定時間Tと比べて十分小さいので、比較タイミングは、極性が切り換わるタイミングの所定時間Tだけ前のタイミングということができる。なお、タイミング検出部87は、極性切換制御部83が出力するスイッチング駆動信号の代わりに、波形目標設定部84が出力する電流波形目標値に基づいて比較タイミングを検出するようにしてもよい。また、タイミング検出部87は、他の方法で比較タイミングを検出するようにしてもよい。タイミング検出部87は、比較タイミングを検出したときに、タイミング信号を電流制御部81に出力する。
The
次に、電流制御部81が行う過電流抑制制御について説明する。
Next, the overcurrent suppression control performed by the
過電流抑制制御は、過電流検出回路88から過電流検出信号を入力されている間、電流制御部81が、PWM制御を停止して行う制御である。電流制御部81は、通常時はPWM制御を行って、溶接電源装置A1の出力電流の実効値を、目標電流設定部82から入力される目標電流に一致させるように、フィードバック制御を行っている。しかし、過電流検出回路88から過電流検出信号を入力された場合、電流制御部81は、PWM制御を停止して、過電流を抑制するための過電流抑制制御を行う。過電流抑制制御では、電流制御部81は、過電流を抑制するために、直前のPWM制御での出力制御駆動信号のパルス幅を所定の割合(例えば半分)で小さくして固定し、デューティ比を減少させた出力制御駆動信号を生成して出力する。これにより、インバータ回路2の出力電圧波形はデューティ比が小さくなったものとなり、インバータ回路7に供給される直流電圧は低減する。よって、インバータ回路7の出力電力は抑制されて、過電流が抑制される。
The overcurrent suppression control is control that the
図4は、過電流抑制制御を説明するためのタイムチャートである。図4(a)は、インバータ回路2の出力電圧波形を示している。図4(b)は、溶接電源装置A1の出力電流の実効値の波形を示している。図4(c)は、充電回路63の整流平滑回路63cの出力電圧の波形を示している。図4(d)は、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcの波形を示している。
FIG. 4 is a time chart for explaining overcurrent suppression control. FIG. 4A shows the output voltage waveform of the inverter circuit 2. FIG. 4B shows the waveform of the effective value of the output current of the welding power source device A1. FIG. 4C shows the waveform of the output voltage of the rectifying / smoothing
時刻t11において、溶接電源装置A1の出力電流が急激に大きくなって、破線で示す電流閾値より大きくなっている(図4(b)参照)。これにより、過電流検出回路88が過電流を検出して、過電流検出信号を制御回路8に出力する。制御回路8は、過電流検出信号を入力されたことで、時刻t12において、PWM制御を停止して、過電流抑制制御を開始している。過電流抑制制御では、インバータ回路2に出力する出力制御駆動信号のパルス幅を、直前のPWM制御でのパルス幅の半分に固定している。したがって、インバータ回路2の出力電圧波形のパルス幅も、それまでの半分になっている(図4(a)参照)。これにより、インバータ回路2の出力電圧を整流平滑してインバータ回路7に入力される直流電圧は低下する。なお、インバータ回路7に入力される直流電圧の波形は、図4(c)の波形と同様になる。インバータ回路7に入力される直流電圧が低下することにより、インバータ回路7の出力電流(溶接電源装置A1の出力電流)は低下して(図4(b)参照)、過電流が抑制されている。
At time t11, the output current of the welding power source device A1 increases rapidly, and is larger than the current threshold indicated by the broken line (see FIG. 4B). As a result, the
しかし、整流平滑回路63cの出力電圧も低下することで(図4(c)参照)、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcの充電速度が低下している(図4(d)参照)。時刻t12以降の端子間電圧Vcの傾きが、時刻t12以前の傾きと比べて小さくなっている。この充電速度のままでは、再点弧電圧の放電時(時刻t16)に、再点弧コンデンサ62の充電量が不足する可能性がある。
However, since the output voltage of the rectifying / smoothing
本実施形態における過電流抑制制御では、再点弧コンデンサ62の充電量が不足しないかを判断し、充電量が不足する場合には、出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで、周波数を高くして出力する。具体的には、電流制御部81は、過電流抑制制御において、タイミング検出部87からタイミング信号を入力されたときに、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcを閾値電圧V0と比較し、端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さい場合、再点弧コンデンサ62の充電量が不足すると判断する。この場合、電流制御部81は、パルス幅はそのままで、周波数を高くした(例えば1.5倍)出力制御駆動信号を生成して出力する。これにより、インバータ回路2が出力する高周波電圧の波形も出力制御駆動信号と同様に変化し、充電回路63の整流平滑回路63cの出力電圧が高くなる。よって、再点弧コンデンサ62の充電速度が大きくなる。これにより、再点弧コンデンサ62の充電量が不足しないように充電することができる。
In the overcurrent suppression control according to the present embodiment, it is determined whether or not the charge amount of the
図4に示すタイムチャートでは、極性が切り換わるタイミングである時刻t16より所定時間Tだけ前の時刻t13において、タイミング検出部87からタイミング信号を入力され、このときの端子間電圧Vcと閾値電圧V0とが比較されている。そして、端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さいので、時刻t14において、出力制御駆動信号のパルス幅をそのままで、周波数を1.5倍にしている。したがって、インバータ回路2の出力電圧波形も同様に、パルス幅はそのままで周波数が1.5倍になっている(図4(a)参照)。これにより、整流平滑回路63cの出力電圧が高くなって(図4(c)参照)、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcの充電速度が大きくなっている(図4(d)参照)。時刻t14以降の端子間電圧Vcの傾きが、時刻t14以前の傾きと比べて大きくなっている。その後、時刻t15で、端子間電圧Vcが目標電圧になって充電が停止されて、時刻t16で放電されている(図4(d)参照)。
In the time chart shown in FIG. 4, a timing signal is input from the
閾値電圧V0および所定時間Tは、再点弧コンデンサ62の充電量が不足することを適切に判断できるように、出力制御駆動信号のパルス幅の減少割合や周波数の増加割合に基づいて、あらかじめ設定される。所定時間Tを長くするのであれば、閾値電圧V0を比較的小さい値とすることができる。一方、所定時間Tを短くするのであれば、閾値電圧V0を比較的大きな値とする必要がある。また、周波数の増加割合Fは、パルス幅の減少割合Wと所定時間Tとから、下記(1)式により算出するようにしてもよい。なお、αは所定の係数である。例えば、α=7.5×10-5、T=0.1ms、W=0.5(半分)の場合、F=1.5になる。なお、より単純化して、所定時間Tを考慮せず、周波数の増加割合Fをパルス幅の減少割合Wの逆数(例えば、パルス幅を半分にした場合は、周波数を2倍)としてもよい。
F=α/(W・T) ・・・・ (1)
The threshold voltage V 0 and the predetermined time T are preliminarily determined based on the decrease rate of the pulse width of the output control drive signal and the increase rate of the frequency so that it can be appropriately determined that the charge amount of the
F = α / (W · T) (1)
端子間電圧Vcが目標電圧になって充電が停止されたときに、出力制御駆動信号の周波数は元に戻される。そして、次の比較タイミング(タイミング検出部87からタイミング信号を入力されるとき)までは、出力制御駆動信号は元の周波数で生成される。すなわち、比較タイミングが到来する度に、充電量が不足するか否かが判断され、不足すると判断された場合にのみ、充電完了までの間だけ、出力制御駆動信号の周波数が高くされる。なお、出力制御駆動信号の周波数を元に戻すタイミングは、充電が停止されたときに限定されず、極性が切り替わったときや、放電が行われたときとしてもよい。出力制御駆動信号の周波数を高くする期間は限定されるので、過電流の抑制に与える影響は限定される。 When the inter-terminal voltage Vc reaches the target voltage and charging is stopped, the frequency of the output control drive signal is restored. The output control drive signal is generated at the original frequency until the next comparison timing (when the timing signal is input from the timing detector 87). That is, every time the comparison timing arrives, it is determined whether or not the charge amount is insufficient. Only when it is determined that the charge amount is insufficient, the frequency of the output control drive signal is increased only until the completion of charging. Note that the timing for restoring the frequency of the output control drive signal is not limited to when charging is stopped, and may be when the polarity is switched or when discharging is performed. Since the period for increasing the frequency of the output control drive signal is limited, the influence on the suppression of overcurrent is limited.
図5は、電流制御部81が行う、電流制御をPWM制御と過電流抑制制御とで切り替える処理(以下では、「電流制御切替処理」とする)を示すフローチャートである。当該処理は、溶接電源装置A1が溶接のための電力を溶接トーチBに供給している間、実行される。電流制御部81は、通常時、PWM制御を行っており、PWM制御により生成した出力制御駆動信号をインバータ回路2に出力する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process (hereinafter referred to as “current control switching process”) performed by the
まず、過電流が検出されたか否かが判別される(S1)。具体的には、過電流検出回路88から過電流検出信号が入力されたか否かが判別される。過電流が検出されていない場合(S1:NO)、ステップS1に戻って、過電流が検出されるまで待つ。過電流が検出された場合(S1:YES)、出力制御駆動信号のパルス幅が減少される(S2)。具体的には、直前のPWM制御での出力制御駆動信号のパルス幅を所定の割合(例えば半分)で小さくして固定し、デューティ比を減少させた出力制御駆動信号を生成して出力する。これにより、PWM制御から過電流抑制制御に切り替る。
First, it is determined whether or not an overcurrent is detected (S1). Specifically, it is determined whether or not an overcurrent detection signal is input from the
次に、比較タイミングになったか否かが判別される(S3)。具体的には、タイミング検出部87からタイミング信号が入力されたか否かが判別される。比較タイミングでない場合(S3:NO)、ステップS3に戻って、比較タイミングになるまで待つ。比較タイミングになった場合(S3:YES)、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcが検出される(S4)。具体的には、電圧センサ92から入力される端子間電圧Vcを取得する。次に、端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さいか否かが判別される(S5)。端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さい場合(S5:YES)、再点弧コンデンサ62の充電量が不足すると判断されて、出力制御駆動信号の周波数が増加されて(S6)、ステップS7に進む。具体的には、直前の出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで、周波数を大きくした出力制御駆動信号を生成して出力する。一方、端子間電圧Vcが閾値電圧V0以上の場合(S5:NO)、このままでも再点弧コンデンサ62の充電量が不足しないと判断されて、出力制御駆動信号の周波数は変更せずに、ステップS7に進む。
Next, it is determined whether or not the comparison timing has come (S3). Specifically, it is determined whether or not a timing signal is input from the
次に、再点弧コンデンサ62の充電が完了したか否かが判別される(S7)。具体的には、電圧センサ92から入力される端子間電圧Vcを取得し、端子間電圧Vcが目標電圧になったか否かが判別される。充電が完了していない場合(S7:NO)、ステップS7に戻って、充電が完了するまで待つ。充電が完了した場合(S7:YES)、出力制御駆動信号の周波数が元に戻される(S8)。なお、ステップS7で、充電が完了したか否かを判別する代わりに、極性が切り替わったか否かや、放電が行われたか否かを判別するようにしてもよい。
Next, it is determined whether or not charging of the
次に、過電流が検出されてからの経過時間が、設定時間を経過したか否かが判別される(S9)。設定時間を経過していない場合(S9:NO)、過電流が解消したか否かが判別される(S10)。具体的には、過電流検出回路88から過電流検出信号が入力されなくなったか否かが判別される。過電流が解消していない場合(S10:NO)、ステップS3に戻って、ステップS3〜S10が繰り返される。ステップS9において、設定時間を経過した場合(S9:YES)、過電流による悪影響を防ぐために、出力制御駆動信号の生成が停止されて、電流制御切替処理が終了される。出力制御駆動信号の生成が停止されることで、インバータ回路2が停止し、溶接電源装置A1の出力が停止する。また、ステップS10において、過電流が解消した場合(S10:YES)、PWM制御に戻されて(S11)、ステップS1に戻る。具体的には、PWM制御により生成した出力制御駆動信号をインバータ回路2に出力する。
Next, it is determined whether or not the elapsed time after the overcurrent is detected has passed the set time (S9). If the set time has not elapsed (S9: NO), it is determined whether or not the overcurrent has been eliminated (S10). Specifically, it is determined whether or not the overcurrent detection signal is no longer input from the
なお、図5のフローチャートに示す電流制御切替処理は一例であって、上述したものに限定されない。 The current control switching process shown in the flowchart of FIG. 5 is an example, and is not limited to the above.
次に、本実施形態に係る溶接電源装置A1の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effect of the welding power source apparatus A1 according to this embodiment will be described.
本実施形態によると、電流制御部81は、通常時にはPWM制御を行うが、過電流検出回路88から過電流検出信号を入力された場合に、PWM制御を停止して、過電流抑制制御を行う。過電流抑制制御では、電流制御部81は、直前のPWM制御での出力制御駆動信号のパルス幅を所定の割合(例えば半分)で小さくして固定し、デューティ比を減少させた出力制御駆動信号を生成して出力する。電流制御部81は、タイミング検出部87からタイミング信号を入力されたときに、再点弧コンデンサ62の端子間電圧Vcを閾値電圧V0と比較する。そして、電流制御部81は、端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さい場合、再点弧コンデンサ62の充電量が不足すると判断して、パルス幅はそのままで、周波数を高くした(例えば1.5倍)出力制御駆動信号を生成して出力する。これにより、インバータ回路2が出力する高周波電圧の波形も出力制御駆動信号と同様に変化し、充電回路63の整流平滑回路63cの出力電圧が高くなる。よって、再点弧コンデンサ62の充電速度が大きくなる。これにより、再点弧コンデンサ62の充電量が不足しないように充電することができるので、アーク切れの発生をより抑制することができる。
According to this embodiment, the
本実施形態によると、放電回路64は、放電制御部85より入力される放電回路駆動信号に基づいて、放電を制御する。放電回路駆動信号(図3(c)参照)は、スイッチング駆動信号(図3(a)参照)が切り換わったときにオンに切り換わり、オンに切り換わった後、出力電流の極性が変わるまでの時間より長い放電時間が経過したときにオフに切り換わる。したがって、溶接電源装置A1の出力電流の極性が変わるときには、放電回路駆動信号は必ずオンとなっているので、放電回路64は再点弧電圧を適切に印加することができる。
According to the present embodiment, the
なお、本実施形態においては、比較タイミングで端子間電圧Vcが閾値電圧V0より小さい場合に、再点弧コンデンサ62の充電量が不足すると判断しているが、充電量の不足を判断する手法はこれに限られない。例えば、比較タイミングでデューティ比が所定値より小さい場合に充電量が不足すると判断するようにしてもよい。また、比較タイミングに関係なく、デューティ比が所定値より小さい場合に充電量が不足すると判断するようにしてもよい。また、過電流検出によりパルス幅が小さくなった場合に、無条件で(デューティ比に関係なく)、充電量が不足すると判断するようにしてもよい。
In this embodiment, when the inter-terminal voltage Vc is smaller than the threshold voltage V 0 at the comparison timing, it is determined that the charge amount of the
本実施形態においては、出力電流の波形が略矩形波である場合(図3(b)参照)について説明したが、これに限られない。出力電流の波形が正弦波であってもよい。波形目標設定部84が電流波形目標値として正弦波信号を出力し、極性切換制御部83が電流センサ91から入力される出力電流の瞬時値と波形目標設定部84から入力される電流波形目標値とに基づいてスイッチング駆動信号を生成するようにすれば、出力電流の波形を正弦波とすることができる。出力電流の波形を正弦波とすると、発生するアークが幅広になるので、溶接痕を幅広のものとすることができる。また、溶接電源装置A1からの発生音を抑制することができる。
In the present embodiment, the case where the waveform of the output current is a substantially rectangular wave has been described (see FIG. 3B), but is not limited thereto. The waveform of the output current may be a sine wave. The waveform
本実施形態においては、溶接電源装置A1の出力電流の極性が変わるときに再点弧電圧を印加する場合について説明したが、これに限られない。一般的に、出力端子a(被加工物W)が正で出力端子b(溶接トーチB)が負である正極性から、出力端子a(被加工物W)が負で出力端子b(溶接トーチB)が正である逆極性に切り換わるときに、アーク切れが発生しやすいことが知られている。したがって、正極性から逆極性に切り換わるときにのみ再点弧電圧を印加させ、逆極性から正極性に切り換わるときには再点弧電圧を印加させないようにしてもよい。この場合、タイミング検出部87は、極性が切り換わるタイミングのうち、正極性から逆極性に切り換わるタイミングに基づいて、比較タイミングを検出すればよい。当該変形例では、よりアーク切れが発生しやすい、正極性から逆極性に切り換わるときに再点弧電圧を印加するので、アーク切れの発生を抑制することができる。また、比較的にアーク切れが発生しにくい、逆極性から正極性に切り換わるときには再点弧電圧を印加させないので、逆極性から正極性に切り換わるときにも再点弧電圧を印加する場合と比べて、限流抵抗64bでの損失を低減することができる。また、再点弧電圧を放電してから次に放電するまでの時間が長くなるので、極性切換周波数がより高くなった場合でも対応することができる。
In the present embodiment, the case where the re-ignition voltage is applied when the polarity of the output current of the welding power source device A1 changes has been described, but the present invention is not limited to this. Generally, the output terminal a (workpiece W) is positive and the output terminal b (welding torch B) is negative, so that the output terminal a (workpiece W) is negative and the output terminal b (welding torch) is positive. It is known that arc breaks tend to occur when B) switches to the reverse polarity, which is positive. Therefore, the re-ignition voltage may be applied only when switching from positive polarity to reverse polarity, and the re-ignition voltage may not be applied when switching from reverse polarity to positive polarity. In this case, the
上記変形例のように正極性から逆極性に切り換わるときにのみ再点弧電圧を印加する場合は、再点弧回路6をインバータ回路7の出力側に配置するようにしてもよい。この場合を、第2実施形態として、以下に説明する。
When the re-ignition voltage is applied only when switching from positive polarity to reverse polarity as in the above modification, the
図6は、第2実施形態に係る溶接電源装置A2を示すブロック図であり、溶接システムの全体構成を示している。図6において、第1実施形態に係る溶接システム(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。なお、図6においては、制御回路8を簡略化して記載している。図6に示すように、溶接電源装置A2は、再点弧回路6をインバータ回路7の出力側に配置している点で、第1実施形態に係る溶接電源装置A1と異なる。
FIG. 6 is a block diagram showing a welding power source apparatus A2 according to the second embodiment, and shows the overall configuration of the welding system. In FIG. 6, the same or similar elements as those of the welding system according to the first embodiment (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, the control circuit 8 is illustrated in a simplified manner. As shown in FIG. 6, the welding power supply device A2 is different from the welding power supply device A1 according to the first embodiment in that the
溶接電源装置A2において、再点弧回路6は、インバータ回路7の出力側に配置されており、出力端子b(溶接トーチB)の電位を高くするように、出力端子a,b間に再点弧電圧を印加する構成になっている。放電回路64は、スイッチング駆動信号(図3(a)参照)がオンからオフに切り換わったとき(図3における時刻t1)に導通しており、出力電流(図3(b)参照)の極性が変わったとき(図3における時刻t2)に、再点弧コンデンサ62が放電し、再点弧電圧が出力端子a,b間に印加される。
In the welding power source device A2, the
第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 In the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
図7は、充電回路63への電力の供給元を変更した実施形態を示している。図7(a)は、第3実施形態に係る溶接電源装置A3を示すブロック図である。図7(a)において、第1実施形態に係る溶接システム(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。なお、図7(a)においては、再点弧回路6より下流側の構成および制御回路8の記載を省略している(図7(b)および(c)も同様)。図7(a)に示すように、溶接電源装置A3は、充電回路63の各入力端子がトランス3の二次側巻線3bの各出力端子にそれぞれ接続されている点で、第1実施形態に係る溶接電源装置A1と異なる。第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第3実施形態によると、トランス3に補助巻線3cを設ける必要がない。よって、より簡易な構成とすることができる。
FIG. 7 shows an embodiment in which the power supply source to the charging
図7(b)は、第4実施形態に係る溶接電源装置A4を示すブロック図である。図7(b)において、第1実施形態に係る溶接システム(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図7(b)に示すように、溶接電源装置A4は、充電回路63に代えて充電回路63’を備え、充電回路63’の各入力端子が整流回路4の各出力端子にそれぞれ接続されている点で、第1実施形態に係る溶接電源装置A1と異なる。
FIG. 7B is a block diagram showing a welding power source device A4 according to the fourth embodiment. In FIG.7 (b), the same code | symbol is attached | subjected to the element similar or similar to the welding system (refer FIG. 1) which concerns on 1st Embodiment. As shown in FIG. 7B, the welding power source device A4 includes a charging
充電回路63’は、充電回路63(図2(a)参照)の整流平滑回路63cから整流回路を省略したものである。充電回路63’は、整流回路4の出力電圧を入力されるので、整流回路を必要としない。第4実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第4実施形態によると、充電回路63’を充電回路63より簡易な構成とすることができる。
The charging circuit 63 'is obtained by omitting the rectifying circuit from the rectifying / smoothing
図7(c)は、第5実施形態に係る溶接電源装置A5を示すブロック図である。図7(c)において、第1実施形態に係る溶接システム(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図7(c)に示すように、溶接電源装置A5は、充電回路63の各入力端子がインバータ回路2の各出力端子にそれぞれ接続されている点で、第1実施形態に係る溶接電源装置A1と異なる。第5実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第5実施形態によると、トランス3に補助巻線3cを設ける必要がない。よって、より簡易な構成とすることができる。
FIG.7 (c) is a block diagram which shows welding power supply device A5 which concerns on 5th Embodiment. In FIG.7 (c), the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same as that of the welding system which concerns on 1st Embodiment (refer FIG. 1), or similar. As shown in FIG.7 (c), welding power supply A5 is welding power supply A1 which concerns on 1st Embodiment by the point by which each input terminal of the charging
なお、上記第1ないし第5実施形態では、過電流対策として出力制御駆動信号のパルス幅を小さくした場合について説明したが、これに限られない。本発明は、他の理由で出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなった場合にも、適用することができる。例えば、パルス電流出力を行う場合、目標電流設定部82は、目標電流として、第1の目標電流と第1の目標電流より小さい第2の目標電流とを交互に設定する。この場合、目標電流が第1の目標電流から第2の目標電流に切り替えられたときに、出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなる。また、目標電流設定部82が設定する目標電流が小さい場合も、出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなる。これらの場合でも、本発明を適用することで、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the first to fifth embodiments, the case where the pulse width of the output control drive signal is reduced as a countermeasure against overcurrent has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied when the pulse width of the output control drive signal is reduced for other reasons. For example, when performing pulse current output, the target
また、上記第1ないし第5実施形態では、溶接電源装置A1ないしA5をTIG溶接システムに用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明に係る溶接電源装置は、その他の半自動溶接システムにも用いることができる。また、本発明に係る溶接電源装置は、ロボットによる全自動溶接システムにも用いることができるし、被覆アーク溶接システムにも用いることができる。また、本発明は、交流出力専用の溶接電源装置だけでなく、交直両用の溶接電源装置にも適用することができる。 Moreover, although the said 1st thru | or 5th embodiment demonstrated the case where welding power supply device A1 thru | or A5 was used for the TIG welding system, it is not restricted to this. The welding power source apparatus according to the present invention can also be used for other semi-automatic welding systems. Moreover, the welding power supply apparatus which concerns on this invention can be used also for the fully automatic welding system by a robot, and can also be used for a covering arc welding system. Further, the present invention can be applied not only to a welding power supply device dedicated to AC output but also to a welding power supply device for both AC and DC.
本発明に係る溶接電源装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る溶接電源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The welding power supply device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the welding power source apparatus according to the present invention can be varied in design in various ways.
A1,A2,A3,A4,A5:溶接電源装置
1 :整流平滑回路
2 :インバータ回路(第1のインバータ回路)
3 :トランス
3a :一次側巻線
3b :二次側巻線
3c :補助巻線
4 :整流回路
5 :直流リアクトル
6 :再点弧回路
61 :ダイオード
62 :再点弧コンデンサ
63,63’:充電回路
63a :駆動回路
63b :スイッチング素子
63c :整流平滑回路
63d :絶縁型フォワードコンバータ
64 :放電回路
64a :スイッチング素子
64b :限流抵抗
7 :インバータ回路(第2のインバータ回路)
8 :制御回路
81 :電流制御部
82 :目標電流設定部
83 :極性切換制御部
84 :波形目標設定部
85 :放電制御部
86 :充電制御部
87 :タイミング検出部
88 :過電流検出回路
91 :電流センサ
92 :電圧センサ
a,b :出力端子
B :溶接トーチ
D :商用電源
W :被加工物
A1, A2, A3, A4, A5: Welding power supply device 1: Rectification smoothing circuit 2: Inverter circuit (first inverter circuit)
3:
8: Control circuit 81: Current control unit 82: Target current setting unit 83: Polarity switching control unit 84: Waveform target setting unit 85: Discharge control unit 86: Charge control unit 87: Timing detection unit 88: Overcurrent detection circuit 91: Current sensor 92: Voltage sensor a, b: Output terminal B: Welding torch D: Commercial power supply W: Workpiece
Claims (8)
前記第1のインバータ回路が出力する高周波電力を整流する整流回路と、
前記整流回路が出力する直流電力を交流電力に変換して溶接負荷に出力する第2のインバータ回路と、
前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるときに、前記溶接負荷への出力に再点弧電圧を印加する再点弧回路と、
前記第1のインバータ回路を駆動させる出力制御駆動信号を出力する制御回路と、
を備えており、
前記再点弧回路は、前記第1のインバータ回路の出力電力の一部を、前記再点弧電圧を印加するために充電しており、
前記制御回路は、前記出力制御駆動信号のデューティ比が小さくなったことで前記再点弧回路の充電量が不足すると判断される場合に、前記出力制御駆動信号のパルス幅はそのままで周波数を高くする、
ことを特徴とする溶接電源装置。 A first inverter circuit for controlling the output;
A rectifying circuit for rectifying high-frequency power output from the first inverter circuit;
A second inverter circuit that converts the DC power output from the rectifier circuit to AC power and outputs the AC power to the welding load;
A re-ignition circuit that applies a re-ignition voltage to the output to the welding load when the polarity of the output current of the second inverter circuit switches;
A control circuit for outputting an output control drive signal for driving the first inverter circuit;
With
The re-ignition circuit charges a part of the output power of the first inverter circuit to apply the re-ignition voltage;
When it is determined that the charge amount of the re-ignition circuit is insufficient due to a decrease in the duty ratio of the output control drive signal, the control circuit increases the frequency without changing the pulse width of the output control drive signal. To
A welding power supply device characterized by that.
前記再点弧電圧を充電される再点弧コンデンサと、
前記再点弧コンデンサの端子間電圧を検出する電圧センサと、
を備えており、
前記制御回路は、前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるタイミングに基づく所定のタイミングに、前記端子間電圧が閾値電圧より小さい場合に、充電量が不足すると判断する、
請求項1に記載の溶接電源装置。 The re-ignition circuit is
A re-ignition capacitor charged with the re-ignition voltage;
A voltage sensor for detecting a voltage between terminals of the re-ignition capacitor;
With
The control circuit determines that the amount of charge is insufficient when the voltage between the terminals is smaller than a threshold voltage at a predetermined timing based on the timing at which the polarity of the output current of the second inverter circuit switches.
The welding power supply device according to claim 1.
請求項1に記載の溶接電源装置。 The control circuit determines that the charge amount is insufficient when the duty ratio is equal to or less than a predetermined value at a predetermined timing based on a timing at which the polarity of the output current of the second inverter circuit is switched.
The welding power supply device according to claim 1.
請求項1ないし3のいずれかに記載の溶接電源装置。 The control circuit restores the frequency of the output control drive signal when the re-ignition voltage can be charged to the target voltage after increasing the frequency of the output control drive signal.
The welding power supply device according to any one of claims 1 to 3.
前記制御回路は、前記過電流検出回路が過電流を検出した場合に、前記出力制御駆動信号のパルス幅を小さくする、
請求項1ないし4のいずれかに記載の溶接電源装置。 An overcurrent detection circuit for detecting an overcurrent of the output current of the second inverter circuit;
The control circuit reduces a pulse width of the output control drive signal when the overcurrent detection circuit detects an overcurrent;
The welding power supply device according to any one of claims 1 to 4.
目標電流として、第1の目標電流と前記第1の目標電流より小さい第2の目標電流とを交互に設定する目標電流設定部と、
前記目標電流と前記第2のインバータ回路の出力電流の検出値とに基づいて、前記出力制御駆動信号を生成する電流制御部と、
を備えており、
前記目標電流が前記第1の目標電流から前記第2の目標電流に切り替ったときに、前記出力制御駆動信号のパルス幅が小さくなる、
請求項1ないし5のいずれかに記載の溶接電源装置。 The control circuit includes:
A target current setting unit that alternately sets a first target current and a second target current smaller than the first target current as a target current;
A current control unit that generates the output control drive signal based on the target current and a detected value of the output current of the second inverter circuit;
With
When the target current is switched from the first target current to the second target current, the pulse width of the output control drive signal is reduced.
The welding power supply device according to any one of claims 1 to 5.
請求項5または6に記載の溶接電源装置。 The control circuit increases the frequency at a rate corresponding to a reduction rate of the pulse width of the output control drive signal;
The welding power supply device according to claim 5 or 6.
前記第2のインバータ回路の出力電流の極性が切り換わるタイミングまでの残り時間をT、前記パルス幅の減少割合をW、所定の係数をαとした場合、前記周波数を増加させる割合Fを、
F=α/(W・T)
として算出する、
請求項5または6に記載の溶接電源装置。 The control circuit includes:
When the remaining time until the timing at which the polarity of the output current of the second inverter circuit is switched is T, the reduction rate of the pulse width is W, and the predetermined coefficient is α, the rate F for increasing the frequency is:
F = α / (W · T)
Calculate as
The welding power supply device according to claim 5 or 6.
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