JP2764535B2 - プラズマ切断用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマアーク切断を
行う電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にプラズマ切断用電源装置には、交
流電源を変圧器で変圧後、整流・平滑して直流化した後
にこの直流をＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，トランジスタ等
のスイッチング素子を有するチョッパ回路により高周波
スイッチングして平滑し、平滑後、プラズマ負荷のトー
チと母材とに供給するものがある。そして、このブラズ
マ切断用電源装置は、プラズマ負荷に供給される出力電
流を検出し、この出力電流が一定値になるように定電流
制御されている。

【０００３】このようなプラズマ切断用電源装置を用い
て鋼材を切断する場合は、通常図１０（ａ）に示すよう
にトーチ２２と母材２４とは近傍に配置され切断され
る。ところが、図１０（ｂ）に示すようにトーチ２２が
母材２４から離れると、アーク２６が伸び、電源が定電
流制御されるため、定電流制御が得られる能力の電圧ま
でアークが持続する。このため、トーチ２２のノズル２
０が図１１（ａ）の円形の正常状態からアークによって
ノズル２０が図１１（ｂ）に示すように母材に近い側に
変形が生じる。そして、この変形したノズルのトーチを
用いて切断すると、切断性能が悪くなりこのため、ノズ
ルの交換を行う必要があった。

【０００４】そこで、特願平５−７７６３９号において
は、プラズマ切断用電源装置の出力電圧を検出する電圧
検出器を設け、トーチが母材から離れるとき、定電流化
された電源装置の出力電圧は上昇して、電圧検出器の検
出信号が基準値より高くなるとチョッパ制御する制御装
置及び出力制御手段を停止させるものが提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなプ
ラズマ切断用電源装置を用いて鋼材を切断する場合、ト
ーチが母材から離れると定電流制御のため出力電圧が上
昇する。このとき、定電流化のために出力電圧の上昇に
時間遅れがあり、電圧検出器の動作が遅れる。この動作
の遅れによりトーチのノズルにアークが接触し、ノズル
を損傷させることがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、交流電源を整流・平滑して直流化し、そ
の直流化した直流を出力制御手段により高周波スイッチ
ングした後、再度平滑し、かつ、電流検出器によりプラ
ズマ電流を検出し、その検出信号と出力電流設定信号と
の誤差を増幅する電流用誤差増幅器と上記誤差増幅器の
出力により上記出力制御手段を制御する制御装置を介し
て上記出力制御手段を制御して定電流化するプラズマ切
断用電源装置に適用され、上記プラズマ電流が流れた時
に最大負荷電圧設定信号を出力する電圧バッファ回路
と、上記誤差増幅器の出力電圧と上記電圧バッファ回路
の出力電圧を選択するオア回路と、電圧バッファ回路の
出力電圧が上記オア回路の出力電圧より高いときに、上
記制御装置の出力信号を停止させる比較器とを設けたも
のである。

【０００７】上記最大負荷電圧設定信号が、プラズマ電
流が流れたときにカウントを開始するタイマと、上記タ
イマのカウント開始からタイムアップまでタイマからの
信号でオンするアナログスイッチと、上記アナログスイ
ッチがオンの期間、上記電圧検出器の電圧検出信号のピ
ーク値をホールドするピークホールド回路と、上記ピー
クホールド回路の出力を所定比率かさ上げ上昇させる加
算回路とにより構成された最大負荷電圧設定装置により
形成されたものである。

【０００８】上記比率が１５ないし５０％である。

【０００９】上記加算回路の上記比率と上記出力電流設
定信号とが一元的に調整されるものである。

【００１０】交流電源を整流・平滑して直流化し、その
直流化した直流をチョッパ又はインバータによる出力制
御手段により高周波スイッチングした後、再度平滑又は
整流・平滑し、かつ、電流検出器によりプラズマ電流を
検出し、その検出信号と出力電流設定信号との誤差を増
幅する電流用誤差増幅器と上記誤差増幅器の出力により
上記出力制御手段を制御する制御装置を介して上記出力
制御手段を制御して定電流化したプラズマ切断用電源装
置に適用され、出力電圧を検出する電圧検出器と、上記
プラズマ電流が流れた時に電圧検出器の電圧検出信号と
最大負荷電圧設定信号との誤差を増幅する電圧用誤差増
幅器と、上記両誤差増幅器の出力電圧を選択するオア回
路と、上記電圧用誤差増幅器の出力電圧が上記オア回路
の出力電圧より高いとき、上記制御装置の出力信号を停
止させる比較器とを設けたものである。

【００１１】上記電圧用誤差増幅器に、上記電流検出器
の電流検出信号が入力されたものである。

【００１２】上記最大負荷電圧設定信号が、プラズマ電
流が流れたときにカウントを開始するタイマと、上記タ
イマのカウント開始からタイムアップまでタイマからの
信号でオンするアナログスイッチと、上記アナログスイ
ッチがオンの期間、上記電圧検出器の電圧検出信号のピ
ーク値をホールドするピークホールド回路と、上記ピー
クホールド回路の出力を所定比率かさ上げ上昇させる加
算回路とにより構成された最大負荷電圧設定装置により
形成されたものである。

【００１３】

【作用】定電流化されたプラズマ電源装置から出力が出
力されプラズマ電流が流れると、電圧バッファ回路の出
力に最大負荷電圧を設定する最大負荷電圧設定信号が出
力する。一方、電流検出器により検出された電流検出信
号と、出力電流設定信号とが誤差増幅器により誤差増幅
され、電圧バッファ回路の出力信号と誤差増幅された信
号とがオア回路によって選択される。電圧バッファ回路
が選択されたとき、電圧バッファ回路の出力信号が制御
装置を介して出力制御手段を制御して定位相制御を行
う。また、電圧バッファ回路の出力電圧がオア回路の出
力電圧より高くなると、比較器により制御装置の出力信
号を停止させる。

【００１４】また、プラズマ電流が流れた時、タイマの
カウントを開始させ、タイマのカウントによってアナロ
グスイッチをオンさせ、タイマのタイムアップでアナロ
グスィッチをオフさせる。アナログスイッチのオン期間
のタイマの出力信号によってピークホールド回路に電源
装置の出力電圧のピーク値をホールドさせる。このピー
クホールド回路の出力信号とこの出力信号の所定比率を
有する信号とを加算回路によって加算させ、加算回路の
出力信号を定電流制御から定位相制御に切り換える。

【００１５】また、ピークホールド回路の出力信号を１
５ないし５０％の比率で上昇させ、最適な定電流制御か
ら定位相制御に切り換えることができる。

【００１６】また、加算回路の比率と出力電流設定信号
とを一元的に調整することによって、プラズマ電流が定
格時には比率を小さくし、低電流領域の使用時には比率
を大きくすることができ、最適な定電流制御から定位相
制御に切り換えるとこができる。

【００１７】また、定電流化されたプラズマ電源装置か
ら出力されたプラズマ電流が流れると、電圧検出器の電
圧検出信号と最大負荷電圧設定信号との誤差が電圧用誤
差増幅器により増幅され、電圧用誤差増幅器の出力信号
と電流用誤差増幅器の出力信号とがオア回路によって選
択される。電圧用誤差増幅器が選択されると、電圧用誤
差増幅器の出力信号が制御装置を介して出力制御手段を
制御して定電圧制御を行う。また、電圧用誤差増幅器の
出力電圧がオア回路の出力電圧より高くなると、比較器
により制御装置の出力信号を停止させる。

【００１８】また、電流検出器の電流検出信号が電圧用
誤差増幅器の入力に入力されると、電圧検出信号に電流
検出信号が加算され、この加算された信号と最大負荷電
圧設定信号との誤差が電圧用誤差増幅器により増幅され
る。オア回路によって電圧用誤差増幅器の出力信号が選
択されると、電圧用誤差増幅器の出力信号が制御装置を
介して出力制御手段を制御してスロープ制御を行う。

【００１９】また、プラズマ電流が流れたときタイマの
カウントを開始させタイマのカウントにより、アナログ
スイッチをオンさせタイマのタイムアップでアナログス
ィッチをオフさせる。アナログスイッチのオン期間、タ
イマの出力信号によりピークホールド回路に電源表示の
出力電圧のピーク値をホールドさせる。このピークホー
ルド回路の出力信号とこの出力信号の所定比率を有する
信号とを加算回路により加算させ、加算回路の出力信号
を電圧用誤差増幅器の入力信号として定電流制御から定
電圧制御に切り換える。

【００２０】

【実施例】本発明によるプラズマ切断用電源装置の一実
施例を図２に示す。プラズマ切断用電源装置１は、交流
電源を入力端子２で受け、非消耗式電極１８とノズル２
０を有するトーチ２２と母材２４とにより構成されるプ
ラズマ負荷に直流を供給する。いま、交流電源を入力端
子２により受電し入力開閉器４を介して変圧器６に入力
する。変圧器６で変圧された電圧は整流器８により整流
され、コンデンサ１０により平滑される。この平滑され
た電流をＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，パワートランジスタ
等のスイッチング素子を有するチョッパ回路１２によっ
て高周波スイッチングされ、リアクトル１４とフライホ
イルダイオード１６によって平滑される。平滑された直
流電圧は、負極を電極１８に、また正極を母材２４に印
加する。さらにパイロットアーク開閉手段２８，限流抵
抗３０，高電圧高周波を発生させる高周波発生装置３２
を介してノズル２０、電極１８に印加する。

【００２１】一方、出力電流は電流検出器３４により検
出され、その検出信号をチョッパ回路１２を制御するチ
ョッパ制御装置３６に入力し、内蔵する基準信号との誤
差が増幅され、フィードバック系が構成されて出力電流
は定電流化されている。

【００２２】また、３８はリレー又は電子化された開閉
装置で、電流検出器３４の出力信号を入力し、電極１８
と母材２４に電流が流れたとき、出力信号をチョッパ制
御装置３６に出力する。

【００２３】次に上記チョッパ制御装置３６の具体的な
ブロック図を図１に示す。６１は電流用誤差増幅器、６
２は電圧バッファ回路である。誤差増幅器６１の一方の
入力端子には電流検出器３４の検出信号と出力電流設定
電源６７の出力電流設定信号とが入力し、他方には基準
値が入力され、両信号の誤差が増幅される。電圧バッフ
ァ回路６２にはバイアス電源６９を入力する最高負荷電
圧設定器７１の出力信号が入力され、最高負荷電圧設定
器７１には上記開閉装置３８の出力信号で起動時に最高
負荷電圧設定器７１の入出力を短絡する常閉接点又は常
閉アナログスイッチ等の常閉開閉手段３８ｂが接続され
ている。誤差増幅器６１と電圧バッファ回路６２の出力
にはそれぞれダイオード６３，６４が接続され、両ダイ
オード６３と６４によりオア回路７４が構成されてい
る。７５は比較器であり、オア回路７４の出力信号と電
圧バッファ６２の出力信号とが比較される。７６はオア
回路７４の出力信号によりチョッパ回路１２をＰＷＭ制
御するＰＷＭ制御装置であり、比較器７５の出力信号に
よりＰＷＭ制御信号を停止する。なお、比較器７５の出
力には開閉装置３８の常開開閉接点又は常開アナログス
イッチ等の常開開閉手段３８ａが接続されている。な
お、６５，６６，６８，７０，７２，７３は抵抗であ
る。

【００２４】今、図示しない起動スイッチが投入されて
も、高周波発生装置３２を動作させない場合、電極１８
とノズル２０の間にパイロットアークが発生しないた
め、電源装置１には出力電流が流れない。これにより、
電流検出器３４の検出信号は０であり、開閉装置３８は
動作せず、その開閉手段３８ｂは閉じ開閉手段３８ａは
開いている。そして電流検出器３４の検出信号が０のた
め、誤差増幅器６１の出力は最大値を出力し、また、最
高負荷電圧設定器７１の入力が短絡され、電圧バッファ
回路６２の入力にはバイアス電流６９が入力し、バッフ
ァ回路６２は最大値を出力する。このためＰＷＭ制御装
置７６には最大値が入力し、チョッパ回路１２にはチョ
ッパ制御装置３６の駆動信号により駆動する。これによ
り、整流器８により整流された直流は、チョッパ回路１
２により高周波スイッチングされ、リアクトル１４とフ
ライホイルダイオード１６によって平滑されて電極１８
と母材２４及び電極１８とノズル２０に図３の点Ｘによ
り示す無負荷の直流電圧が印加される。ここで高周波発
生装置３２を動作させると電極１８とノズル２０との間
に高電圧高周波が印加し、電極１８とノズル２０間にパ
イロットアークが発生する。そして、整流器８，チョッ
パ回路１２，電流検出器３４，開閉手段２８，限流抵抗
３０，高周波発生装置３２，ノズル２０，電極１８，リ
アクトル１４，整流器８にパイロット電流が流れる。そ
して、出力電流が電流検出器３４により検出される。し
かし、母材２４と電極１８間に主電流が流れていないの
で、開閉装置３８は当初の状態を続ける。ここでトーチ
２２を母材２４に近づけるとパイロットアークによって
励起されたプラズマ流が電極１８と母材２４に移行し、
プラズマアーク２６が発生し、母材２４の切断が開始さ
れる。そして、電流用誤差増幅器６１の出力電圧が低く
なるが、検出信号と出力設定信号との誤差が大きいた
め、電流用誤差増幅器６１の出力がＰＷＭ制御信号７６
に入力してプラズマアークが発生する。プラズマアーク
が発生すると、プラズマアークによる主電流が電流検出
器３４によって検出され、開閉装置３８は動作して、常
開開閉手段３８ａは閉じ、常閉開閉手段３８ｂは開く。
これにより、電圧バッファ回路６２の出力電圧は最高負
荷電圧設定器７１によって設定される電圧を出力する。
これに対し、電流検出器３４の検出信号が出力電流設定
電源６７の出力設定信号と比較され誤差が増幅される。
アーク負荷特性によって誤差増幅器６１の出力電圧がバ
ッファ回路６２の出力電圧より低く、ダイオード６３が
オンし、誤差増幅器６１の信号によりＰＷＭ制御装置７
６が制御され、さらにチョッパ回路１２が制御されて、
チョッパ回路１２の出力電流が図３に示すように定電流
となる。なお、プラズマアークが発生すると、高周波発
生回路３２は遮断され、開閉手段２８を遮断してパイロ
ットアークも停止させる。

【００２５】そして、図１０（ａ）で示すようにトーチ
２２が母材２４の近くにある場合、プラズマアーク２６
は短く、電源装置１の出力電圧は図３のＡ点で示すよう
に最高負荷電圧より低い点にある。そして、バッファ回
路６２の出力電圧は誤差増幅器６１の出力電圧より高い
ため、比較器７５は出力せず、ＰＷＭ制御装置７６はオ
フされることなく制御してチョッパ回路１２を制御し、
母材２４は安定して切断される。

【００２６】ところが、図１０（ｂ）で示すようにトー
チ２２が母材２４から離れると、電源装置１が定電流制
御されているため、電源装置１の出力電圧は図３に示す
Ａ点からＢ点に上昇し、誤差増幅器６１の出力電圧が高
くなって、ついには電圧バッファ回路６２の出力電圧よ
り高くなり、バッファ回路６２側のダイオード６４がオ
ンし、ＰＷＭ制御装置７６は電圧バッファ回路６２の出
力信号によって制御されて、チョッパ回路１２には最大
負荷電圧設定器７１の出力信号により定位相制御され、
図３の直線Ｃに移動する。また、比較器７５の入力は電
圧バッファ回路６２の出力電圧が誤差増幅器６１の出力
側のダイオード６３の出力電圧より低くなり、比較器７
５は出力を出力して常開開閉手段３８ａを介してＰＷＭ
制御装置７６に入力し、チョッパ制御装置３６は駆動信
号の出力を停止し、チョッパ回路１２をオフする。

【００２７】これにより、図３のＢ点で示す最大負荷に
達すると、電圧バッファ回路６３の出力で定位相制御さ
れ、定電流制御によるフィードバック系を受けることな
くチョッパ回路１２を制御し、さらにチョッパ制御装置
３６の駆動信号を停止させることにより、確実にトーチ
２２に最大電力が入力されるのを防止することができ、
トーチ２２のノズル２０の損傷を防止することができ
る。

【００２８】図４は他の実施例のプラズマ切断用電源装
置である。図２と同一符号は同一機能のものを示す。図
４の電源装置は小型計量化を図るために交流電源を整流
器４４で整流し、コンデンサ４６で平滑する。この平滑
された直流をＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ又はパワートラン
ジスタ等のスイッチング素子を内蔵させたインバータ４
８により高周波交流を得てこの高周波交流を変圧器５０
により変圧し、さらに出力側の整流器５２により再度整
流し、リアクトル５４で平滑したものである。そして、
電流検出器３４により電流を検出し、その検出信号をイ
ンバータ４８を制御するインバータ制御装置５８に入力
し、内蔵する基準信号との誤差を増幅してフィードバッ
ク系を構成し、出力電流を定電流化している。また、イ
ンバータ制御装置５８の具体的な回路は、図１のチョッ
パ制御装置３６のチョッパ用のＰＷＭ制御装置７６をイ
ンバータ用のＰＷＭ制御装置８８に変換すればよい。こ
の電源装置の動作は図１のプラズマ切断用電源装置と基
本的に同じである。これにより、電源装置を小型化する
ことができる。

【００２９】図１が定位相制御されていたのに対して、
図４において、破線で示すものはトーチ２２が母材２４
から離れた時、図１の定位相制御していたのに対し、電
源変動の影響を受けないように定電圧制御しようとする
ために設けたもので、このインバータ制御装置５８の具
体的なブロック図を図５に示す。すなわち、トーチ２２
と母材２４との関係による出力電圧を電圧検出器５６に
より検出し、その検出信号をインバータ制御装置５８に
入力する。８１は電圧用誤差増幅器で一方の入力端子に
は電圧検出信号と最大負荷電圧設定電源８６の最大負荷
電圧設定信号とが入力し、他方の入力端子には基準値が
入力され、両信号の誤差が増幅される。また、電圧検出
信号の入力部には、開閉装置３８の常開開閉手段３８ｃ
が設けられている。なお、８４，８５，８７は抵抗であ
る。

【００３０】起動時、電流検出器３４の検出信号が０の
ため、電流用誤差増幅器６１の出力は最大値を出力す
る。一方、開閉装置３８の開閉手段３８ｃは開放されて
いるため、電圧用誤差増幅器８１の出力も最大値を出力
し、ＰＷＭ制御装置８８には最大値が入力し、インバー
タ４８はインバータ制御装置５８の駆動信号によって動
作する。これによって、インバータ４８は最大値を出力
し、変圧器５０，整流器５２，リアクトル５４を介して
トーチ２２及び母材２４に印加する電圧は最大の無負荷
電圧を印加する。そして図１の装置と同じように、高周
波発生装置３２を動作させて、電極１８，ノズル２０間
にパイロットアークを発生させ、トーチ２２を母材２４
に近づけると、電極１８と母材２４にプラズマアーク２
６が発生し、母材２４の切断が開始される。なお、プラ
ズマアークの発生により常開開閉手段３６ｃは短絡し、
電圧検出信号と最大負荷電圧設定信号の誤差が増幅され
るが、アーク負荷特性によって誤差増幅器６１の出力電
圧が誤差増幅器８１の出力電圧より低くなり、図６のＡ
点で示すように定電流制御される。

【００３１】そして、図１０（ｂ）に示すように、トー
チ２２が母材２４から離れると、電源装置１の出力電圧
は図６に示すＡ点からＢ点に上昇し、誤差増幅器６１の
出力電圧が高くなって、ついには誤差増幅器８１の出力
電圧より高くなり、誤差増幅器８１側のダイオード６４
がオンし、ＰＷＭ制御装置８８は誤差増幅器８１の最大
負荷電圧設定電源８６の設定信号によって定められた電
圧に定電圧制御され、Ｂ点から直線Ｄに移動する。ま
た、比較器７５の入力は、誤差増幅器８１の出力電圧が
誤差増幅器６１の出力ダイオード６３の出力電圧より低
くなり、比較器７５は出力し、常開開閉手段３８ａを介
してＰＷＭ制御装置８８に入力し、出力信号を停止して
インバータ４８を停止する。なお、最大負荷電圧設定器
８６の設定信号は図１の定位相する出力設定信号より少
し低い電圧に設定することが望ましい。

【００３２】これにより、最大負荷時に定電圧制御され
るので、トーチに入力する最大電力を低下させることが
でき、また、インバータ制御装置５８の駆動信号を停止
させることにより、確実にトーチに入力する最大電力を
低下されることができ、トーチ２２のノズル２０の損傷
を防止することができる。

【００３３】また、インバータ制御装置５８の他の具体
的なブロック図を図７に示す。図５と異なる点は、電流
検出器３４により検出された検出信号を誤差増幅器８１
に抵抗９１を介して入力するようにしたものである。

【００３４】そして、起動時電流検出器３４の検出信号
が０のため、誤差増幅器６１の出力は最大値を出力す
る。一方開閉装置３８の開閉手段３８ｃは開放されてお
り、誤差増幅器８１の入力は電流検出信号及び電圧検出
信号とも０で、誤差増幅器８１の出力も最大値を出力
し、ＰＷＭ制御装置８８には最大値が入力し、インバー
タ４８は動作する。これによってインバータ４８は最大
値を出力し、変圧器５０，整流器５２，リアクトル５４
を介してトーチ２２及び母材２４に印加し、この印加す
る電圧は最大の無負荷電圧になっている。そして、高周
波発生装置３２を動作させ、電極１８とノズル２０間に
パイロットアークを発生させ、トーチ２２を母材２４に
近づけてプラズマアーク２６を発生させ、母材を切断す
る。プラズマアーク発生によって、常開開閉手段３８ｃ
は短絡し、アーク負荷特性によって誤差増幅器６１の出
力電圧が誤差増幅器８１の出力電圧により低くなり、図
８のＡ点で示すように定電流制御される。

【００３５】そして、図１０（ｂ）に示すようにトーチ
２２が母材２４から離れると、電源装置１の出力電圧は
図５の示すＡ点からＢ点に上昇し、誤差増幅器６１の出
力電圧が誤差増幅器８１の出力電圧より高くなり、誤差
増幅器８１側のダイオード６４がオンし、ＰＷＭ制御装
置８８は誤差増幅器８１の最大負荷電圧設定電源８６の
設定信号と電圧検出信号と電流検出信号とを加算した信
号に応じたスロープ特性となり、図８に示す直線Ｅに移
動する。

【００３６】また、比較器７５の入力は誤差増幅器８１
の出力電圧が誤差増幅器６１の出力ダイオード６３の出
力電圧より低くなり、比較器７５は出力し、常開開閉手
段３８ａを介してＰＷＭ制御装置８８に入力し、出力信
号を停止してインバータ４８を停止する。

【００３７】これにより、最大負荷時にスロープ特性に
制御されるので、トーチに入力する最大電力を低下させ
ることができ、また、インバータ制御装置５８の駆動信
号を停止させることにより、確実にトーチに入力する最
大電力を低下させることができ、トーチ２２のノズル２
０の損傷を防止することができる。

【００３８】上記実施例では、最大負荷電圧の設定は出
力電流の設定時に決定されている。ところが、切断中に
被切断物の板厚が変化した場合や、切断速度の速い直線
の切断から遅い曲線の切断への変化又はその逆に変化し
た場合には出力電圧が変化し、定電流領域から外れて定
位相，定電圧，スロープ特性に移行し、切断能力を最大
に活かすことができにない問題がある。そこでこの問題
を解決するために、図９に示す最大負荷電圧設定装置１
００を有するインバータ制御回路、又はチョッパー制御
回路を提案する。すなわち、最大負荷電圧設定装置１０
０は、電圧検出器５６に検出された検出電圧を入力する
アナログスイッチ１０１と、開閉装置３８の常開開閉手
段３８ｆによりカウントを開始し、タイムアップまでア
ナログスイッチ１０１をオンさせるタイマ１０３と、ア
ナログスイッチ１０１がオンしている期間電圧検出信号
の最大値をホールドするピークホールド回路１０２と、
演算増幅器１０７と抵抗１０４，１０５，１０６，１０
８により構成され、ピークホールド回路１０２の出力信
号とこの出力信号の所定比率を出力する信号を入力する
入力信号回路とを有する加算回路１０９と、加算回路１
０９の出力の開閉装置３８の常開開閉手段３８ｅとによ
り構成されている。

【００３９】起動時電流検出器３４の検出信号が０のた
め、誤差増幅器６１の出力は最大値を出力する。一方、
開閉装置３８の開閉手段３８ｂは短絡し、３８ｅは開放
されており、電圧バッファ回路６２の出力も最大値を出
力し、ＰＷＭ制御装置８８には最大値が入力し、インバ
ータ４８の出力は最大値を出力しトーチ２２及び母材２
４には最大の無負荷電圧が印加している。そして、高周
波発生装置３２を動作させ、電極１８とノズル２０間に
パイロットアークを発生させ、トーチ２２を母材２４に
近づけてプラズマアーク２６を発生させ、母材を切断す
る。プラズマアーク発生によって常開開閉手段３８ｂは
開放し、常開開閉手段３８ｅ，３８ｆは短絡する。

【００４０】常開開閉手段３８ｆによりタイマ１０３は
カウントを開始するとともに、アナログスイッチ１０１
にオン信号を入力する。アナログスイッチ１０１がオン
し、電圧検出器５６の電圧検出信号はアナログスイッチ
１０１を介してピークホールド回路１０２に入力する。
そして、タイマ１０３がタイムアップするまでの期間、
アナログスイッチ１０１はオンを継続し、電圧検出信号
のピーク値がホールドされる。ピークホールド回路１０
２がホールドされた信号は、抵抗１０４を介して演算増
幅器１０７に入力するとともに、比率調整用抵抗１０５
で分圧された信号が抵抗１０６を介して演算増幅器１０
７に入力し、電圧検出信号を所定比率かさ上げした信号
が常開開閉手段３８ｅを介して電圧バッファ回路６２に
入力する。しかし、アーク負荷特性によって、誤差増幅
器６１の出力電圧が電圧バッファ回路６２の出力電圧よ
り低くなり、定電流制御される。

【００４１】そして、図１０（ｂ）に示すように、トー
チ２２が母材２４から離れると、電源装置１の出力電圧
は上昇し、誤差増幅器６１の出力電圧が電圧バッファ回
路６２の出力電圧より高くなり、電圧バッファ回路６２
側のダイオード６４がオンし、ＰＷＭ制御装置８８はア
ナログスイッチ１０１がオンしている期間の電圧検出信
号に所定比率かさ上げした信号電圧に応じた定位相の曲
線に移動する。

【００４２】また、比較器７５の入力は電圧バッファ回
路６２の出力電圧が誤差増幅器６１の出力ダイオード６
３の出力電圧より低くなり比較器７５は出力し、常開開
閉手段３８ａを介してＰＷＭ制御装置８８に入力し、出
力信号を停止して、インバータ４８を停止する。

【００４３】これにより、定電流制御によるフィードバ
ック系を受けることなく電源装置を定位相制御できる。
このとき、定電流制御から定位相制御に移行する値は定
電流制御されるアーク負荷特性により決定される電源装
置出力電圧の関数によって決定されるので、被切断物の
板厚の変化及び切断速度の変化にも最適の移行点が決定
され、切断能力を最大に活かすことができる。

【００４４】なお、電圧検出信号をかさ上げする比率
は、１５〜５０％であり、電源装置の定格電流近くでは
１５〜２０％、薄板切断される低電流領域では３０〜５
０％に選ばれる。また、図９の一点鎖線で示すように、
出力電流設定電源６７と、比率調整用抵抗１０５を１つ
の調整器１１１で調整すれば、作業性が良くなる。

【００４５】また、図９においては、定位相の場合につ
いて説明したが、図５に示すように定電流制御から定電
圧制御へ移行させる場合及び図７に示すような定電流制
御からスロープ制御への移行にも適用できる。この場
合、図５及び図７の常開開閉手段３８ｃ，抵抗８４，８
５及び最大負荷電圧設定電源８６を最大負荷電圧設定装
置１００に置換すればよい。

【００４６】上記実施例では、オア回路７４を構成する
ダイオード６３、６４は、誤差増幅器に引き込む方向に
接続されているが、誤差増幅器から正を出力する方向に
接続させてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
切断用電源装置によれば、トーチが母材から離れると出
力電圧は上昇する。この上昇した出力電圧が最大負荷に
対して定位相制御、定電圧制御又はスロープ制御し、さ
らに制御装置を停止させているので、トーチに最大電力
が入力されるのを防止することができ、ノズルの損傷を
防止することができ、ノズルの寿命を長くすることがで
きる。また、切断幅に被切断物の厚みが変化した場合や
切断速度の変化が生じても、最適の最大負荷電圧にする
ことでき、切断能力を最大に活かすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ切断用電源装置に使用される
制御装置の一実施例を一部ブロックの形で示した回路図
である。

【図２】本発明のプラズマ切断用電源装置の一実施例を
一部ブロックの形で示した回路図である。

【図３】図１の出力電流・出力電圧の特性図である。

【図４】本発明のプラズマ切断用電源装置の他の実施例
を一部ブロックの形で示した回路図である。

【図５】本発明のプラズマ切断用電源装置に使用される
制御装置の他の実施例を一部ブロックの形で示した回路
図である。

【図６】図５の出力電流・出力電圧の特性図である。

【図７】本発明のプラズマ切断用電源装置に使用される
制御装置の他の実施例を一部ブロックの形で示した回路
図である。

【図８】図７の出力電流・出力電圧の特性図である。

【図９】本発明のプラズマ切断用電源装置に使用される
制御装置の他の実施例を一部ブロックの形で示した回路
図である。

【図１０】トーチと母材との関係を一部断面図の形式で
説明した説明図である。

【図１１】ノズルを母材側から見た底面図である。

【符号の説明】

６，５０ 変圧器 ８，４４，５２ 整流器 １２ チョッパ回路 １４，５４ リアクトル １６ フライホイルダイオード １８ 電極 ２０ ノズル ２２ トーチ ２４ 母材 ２６ プラズマアーク ３２ 高周波発生装置 ３４ 電流検出器 ３６ チョッパ制御装置 ３８ 開閉装置 ３８ａ 常開開閉手段 ３８ｂ 常閉開閉手段 ３８ｃ 常開開閉手段 ３８ｅ 常開開閉手段 ３８ｆ 常開開閉手段 ４８ インバータ ５６ 電圧検出器 ５８ インバータ制御装置 ６１ （電流用）誤差増幅器 ６２ 電圧バッファ回路 ６３，６４ ダイオード ６７ 出力電流設定電源 ６９ バイアス電源 ７１ 最大負荷電圧設定器 ７４ オア回路 ７５ 比較器 ７６ ＰＷＭ制御装置 ８１ （電圧用）誤差増幅器 ８６ 最大負荷電圧設定電源 １００ 最大負荷電圧設定装置 １０１ アナログスイッチ １０２ ピークホールド回路 １０３ タイマ １０５ （比率調整用）抵抗 １０７ 演算増幅器 １０９ 加算回路 １１１ 調整器

フロントページの続き (72)発明者 森口 晴雄 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３ 号 株式会社三社電機製作所内 審査官 八木 誠 (56)参考文献 特開 平５−115978（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−128767（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 10/00 B23K 9/06 - 9/10

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流・平滑して直流化し、そ
   の直流化した直流をチョッパ又はインバータによる出力
   制御手段により高周波スイッチングした後、再度平滑又
   は整流・平滑し、かつ、電流検出器によりプラズマ電流
   を検出し、その検出信号と出力電流設定信号との誤差を
   増幅する電流用誤差増幅器と上記誤差増幅器の出力によ
   り上記出力制御手段を制御する制御装置を介して上記出
   力制御手段を制御して定電流化するプラズマ切断用電源
   装置において、上記プラズマ電流が流れた時に最大負荷
   電圧設定信号を出力する電圧バッファ回路と、上記電流
   用誤差増幅器の出力電圧と上記電圧バッファ回路の出力
   電圧を選択するオア回路と、上記電圧バッファ回路の出
   力電圧が上記オア回路の出力電圧より高いときに、上記
   制御装置の出力信号を停止させる比較器とを設けたこと
   を特徴とするプラズマ切断用電源装置。
2. 【請求項２】 上記最大負荷電圧設定信号が、プラズマ
   電流が流れたときにカウントを開始するタイマと、上記
   タイマのカウント開始からタイムアップまでタイマから
   の信号でオンするアナログスイッチと、上記アナログス
   イッチがオンの期間、上記電圧検出器の電圧検出信号の
   ピーク値をホールドするピークホールド回路と、上記ピ
   ークホールド回路の出力を所定比率かさ上げ上昇させる
   加算回路とにより構成された最大負荷電圧設定装置によ
   り形成された請求項１記載のプラズマ切断用電源装置。
3. 【請求項３】 上記比率が１５ないし５０％である請求
   項２記載のプラズマ切断用電源装置。
4. 【請求項４】 上記加算回路の上記比率と上記出力電流
   設定信号とが一元的に調整される請求項２記載のプラズ
   マ切断用電源装置。
5. 【請求項５】 交流電源を整流・平滑して直流化し、そ
   の直流化した直流をチョッパ又はインバータによる出力
   制御手段により高周波スイッチングした後、再度平滑又
   は整流・平滑し、かつ、電流検出器によりプラズマ電流
   を検出し、その検出信号と出力電流設定信号との誤差を
   増幅する電流用誤差増幅器と上記誤差増幅器の出力によ
   り上記出力制御手段を制御する制御装置を介して上記出
   力制御手段を制御して定電流化したプラズマ切断用電源
   装置において、出力電圧を検出する電圧検出器と、上記
   プラズマ電流が流れた時に上記電圧検出器の電圧検出信
   号と最大負荷電圧設定信号との誤差を増幅する電圧用誤
   差増幅器と、上記両誤差増幅器の出力電圧を選択するオ
   ア回路と、上記電圧用誤差増幅器の出力電圧が上記オア
   回路の出力電圧より高いときに、上記制御装置の出力信
   号を停止させる比較器とを設けたことを特徴とするプラ
   ズマ切断用電源装置。
6. 【請求項６】 上記電圧用誤差増幅器の入力に、上記電
   流検出器の電流検出信号が入力された請求項５記載のプ
   ラズマ切断用電源装置。
7. 【請求項７】 上記最大負荷電圧設定信号が、プラズマ
   電流が流れたときにカウントを開始するタイマと、上記
   タイマのカウント開始からタイムアップまでタイマから
   の信号でオンするアナログスイッチと、上記アナログス
   イッチがオンの期間、上記電圧検出器の電圧検出信号の
   ピーク値をホールドするピークホールド回路と、上記ピ
   ークホールド回路の出力を所定比率かさ上げ上昇させる
   加算回路とにより構成された最大負荷電圧設定装置によ
   り形成された請求項５記載のプラズマ切断用電源装置。