JP6387530B2 - 電源制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、商用電源による商用電力またはエンジン発電機による電力が入力され、変換した電力を出力する電源制御装置に関する。特に、エンジン発電機による電力が入力される場合に、出力する電力を制御する機能に関する。

従来、電源装置の外部電源には、商用電力（商用交流電力）を出力する商用電源、またはエンジン発電機が用いられる。建設業界では、建造物や道路などの新設工事、復旧工事、補修工事、補強工事を行うために、移動が容易であり、大容量を確保できるエンジン発電機を外部電源として用いる場合がある。

従来の電源装置は、外部電源から入力された入力電圧を検出し、入力電圧が定格許容範囲内か否かを判定し、入力電圧が定格許容範囲外であれば、警報表示を行う機能を有する。さらに、従来の電源装置は、入力電圧が最大許容範囲内か否かを判定し、入力電圧が最大許容範囲外であれば、インバータ部を停止させる機能も有する（例えば、特許文献１参照）。

以下、図８を用いて従来の電源装置について説明する。図８は従来の電源装置の概略構成を示す図である。

図８に示すように、電源装置２０１は、入力端子２０２と、入力側整流部２０３と、平滑コンデンサ２０４と、インバータ部２０５と、変圧器２０６と、出力側整流部２０７と、出力端子２０８ａおよび出力端子２０８ｂと、インバータ制御部２０９と、電源電圧検出器２１０と、電流検出器２１１と、電圧比較器２１２と、最大下限基準信号発生器２１３と、最大上限基準信号発生器２１４と、インバータ停止制御部２１５と、電圧比較器２１６と、定格下限基準信号発生器２１７と、定格上限基準信号発生器２１８と、警報表示部２１９とを有している。そして、電源装置２０１には、外部電源２２０から電力が入力される。

電源装置２０１の入力端子２０２には、外部電源２２０から三相または単相の交流電力が入力される。入力側整流部２０３は、入力された交流電力を整流する。平滑コンデンサ２０４は、入力側整流部２０３によって整流された直流電力を平滑する。インバータ部２０５は、インバータ制御部２０９からの指令を受け、入力された直流電力を高周波の交流電力に変換する。変圧器２０６は、一次側（入力側）にインバータ部２０５によって生成された高周波の交流電力を変圧して二次側（出力側）へ出力する。出力側整流部２０７は、変圧器２０６によって変圧された高周波の交流電力を整流する。出力側整流部２０７によって整流された直流電力は、電源装置２０１の出力端子２０８ａおよび出力端子２０８ｂから出力電力として外部へ出力される。なお、本明細書において、「電圧」と「電流」を総称して「電力」という。「交流電力」とは、「交流電圧」および「交流電流」の総称であり、「直流電力」とは、「直流電圧」および「直流電流」の総称であり、「入力電力」とは、「入力電圧」および「入力電流」の総称であり、「出力電力」とは、「出力電圧」および「出力電流」の総称である。

電流検出器２１１は、出力端子２０８ｂから出力される出力電流を検出し、出力電流に比例した出力信号をインバータ制御部２０９に出力する。

電源電圧検出器２１０は、外部電源２２０から電源装置２０１に入力される交流電圧を検出して検出信号を出力する。この検出信号は、電圧比較器２１２と電圧比較器２１６に伝えられる。

電圧比較器２１２は、電源電圧検出器２１０で検出した電圧が、最大下限基準信号発生器２１３が出力するしきい値以上であり、かつ、最大上限基準信号発生器２１４が出力するしきい値以下であれば、最大許容範囲内であると判定する。電圧比較器２１２は、電源電圧検出器２１０で検出した電圧が、最大下限基準信号発生器２１３が出力するしきい値より低い場合や、最大上限基準信号発生器２１４が出力するしきい値より高い場合には、最大許容範囲外であると判定する。電圧比較器２１２は、入力電圧が最大許容範囲外であると判定した場合、電源装置２０１を構成するインバータ部２０５等を保護するため、インバータ停止制御部２１５に電圧異常信号を出力する。電圧異常信号を受けたインバータ停止制御部２１５は、インバータ制御部２０９に停止指令信号を供給し、インバータ制御部２０９がインバータ部２０５を停止させる。

また、電圧比較器２１６は、電源電圧検出器２１０で検出した電圧が、定格下限基準信号発生器２１７が出力するしきい値以上であり、かつ、定格上限基準信号発生器２１８が出力するしきい値以下である場合には、定格許容範囲内であると判定する。電圧比較器２１６は、電源電圧検出器２１０で検出した電圧が、定格下限基準信号発生器２１７が出力するしきい値より低い場合や、定格上限基準信号発生器２１８が出力するしきい値より高い場合には、定格許容範囲外であると判定する。このとき、電圧比較器２１６は、電源電圧変動信号を警報表示部２１９に供給する。これにより、警報表示部２１９は赤色ランプの点灯を行い、警報を表示する。なお、定格下限基準信号の信号レベルは最大下限基準信号の信号レベルより高く、定格上限基準信号の信号レベルは最大上限基準信号の信号レベルより低い。

このように、最大許容範囲内に定格許容範囲を設定することで、電源装置２０１のインバータ部２０５が停止する前に、作業者に対して注意を促すことができる。従来の電源装置２０１は、外部電源２２０からの入力電圧が定格許容範囲外であれば警報表示を行う。また、従来の電源装置２０１は、入力電圧が最大限度範囲外であれば、インバータ部２０５を停止させることでインバータ部２０５等を保護している。

特開２００１−２１２６６９号公報

しかし、従来の電源装置２０１では、外部電源が商用電源かエンジン発電機かを特定できない。また、エンジン発電機は出力電圧が急激に変化することがある。電源装置２０１がエンジン発電機に接続され、電源装置２０１への入力電圧の変動が大きいと、入力電圧が定格許容範囲と最大許容範囲とを一気に超えてしまうことがある。このとき、インバータ部２０５の停止が間に合わず、最大許容範囲外の電圧によってインバータ部２０５が破損する恐れがある。

本開示は、電源制御装置に接続されている外部の電源装置が商用電源かエンジン発電機かを特定することを目的とする。さらに、外部電源がエンジン発電機である場合も、電源制御装置のインバータ部を保護することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の電源制御装置は、入力端子と、インバータ部と、出力端子と、入力電圧検出部と、第１の記憶部と、第２の記憶部と、制御部とを有する。入力端子は、電源からの入力電圧が入力される。インバータ部は、入力端子に接続され、入力電圧をインバータ制御する。出力端子は、インバータ部に変圧器を介して接続され、変圧器からの出力電流を出力する。入力電圧検出部は入力端子とインバータ部との間に接続され、入力電圧を検出する。第１の記憶部は、入力電圧検出部に接続され、インバータ部の停止中に入力電圧検出部が検出する第１の入力電圧を記憶する。第２の記憶部は、入力電圧検出部に接続され、インバータ部の発振中に入力電圧検出部が検出する第２の入力電圧を記憶する。制御部は、第１の記憶部および第２の記憶部に接続され、第１の入力電圧と第２の入力電圧とを比較し、電源が発電機であるかを特定する。制御部は、第１の入力電圧と第２の入力電圧との差が所定の電圧よりも大きい場合には、電源を発電機と特定する。

以上のように、本開示の電源制御装置は、外部電源が商用電源かエンジン発電機かを特定する。さらに、外部電源がエンジン発電機であると特定された場合、本開示の電源制御装置は、出力電流および入力電圧を監視し、所定の条件を超えた場合には電源制御装置の入力電圧が異常であると判定する。そして、本開示の電源制御装置は、異常判定に基づいて、発振中のインバータ部を停止させるので、インバータ部の破損を防ぐことができる。

図１は、本開示の実施の形態１における電源制御装置とエンジン発電機の構成を示す図である。 図２は、本開示の実施の形態１における電源制御装置の動作とエンジン発電機の出力電圧の関係を示す図である。 図３は、本開示の実施の形態１の比較例として、従来の電源装置の動作とエンジン発電機の出力電圧の関係を示す図である。 図４は、本開示の実施の形態２における電源制御装置とエンジン発電機の構成を示す図である。 図５は、本開示の実施の形態３における電源制御装置とエンジン発電機の構成を示す図である。 図６は、本開示の実施の形態４における溶接装置とエンジン発電機の構成を示す図である。 図７は、本開示の実施の形態５における電源制御装置とエンジン発電機の構成を示す図である。 図８は、従来の電源装置の構成を示す図である。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について、図１から図３を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における、電源制御装置１と、外部電源であるエンジン発電機１０１とを接続した模式図である。図２は、本実施の形態における、電源制御装置１の動作とエンジン発電機１０１の出力電圧との関係を示す図である。図３は、本実施の形態の比較例として、従来の電源装置２０１の動作とエンジン発電機１０１の出力電圧との関係を示す図である。

図１に示すように、電源制御装置１は、入力端子２と、第１の整流部３と、インバータ部４と、主変圧器５と、第２の整流部６と、出力端子７ａおよび出力端子７ｂと、入力電圧検出部８と、第１の記憶部９と、第２の記憶部１０と、制御部１１と、出力電流検出部１２と、駆動部１３とを有している。

図１に示すように、エンジン発電機１０１（発電機）は、エンジン１０２と、発電機１０３と、電機子巻線１０４と、電圧設定器１０５と、自動電圧調整器１０６と、出力端子１０７とを有している。本実施の形態では、電源であるエンジン発電機１０１によって発生させた交流電力が、電源制御装置１に入力される。

次に、電源制御装置１およびエンジン発電機１０１の動作について、以下に説明する。

まず、電源制御装置１の動作について、説明する。入力端子２には、エンジン発電機１０１によって発生させた三相または単相の交流電力が入力される。エンジン発電機１０１による交流電力は、例えば、電圧が２００Ｖ、周波数が６０Ｈｚである。なお、電源としては、エンジン発電機１０１以外にも、商用電力を出力する商用電源であっても構わない。

第１の整流部３は、入力端子２に接続され、入力端子２からの交流電力を直流電力に整流する。

インバータ部４は、第１の整流部３に接続され、図示しないパワー半導体によって構成されている。インバータ部４のパワー半導体のスイッチング動作は、駆動部１３からの駆動信号によって制御される。インバータ部４は、第１の整流部３からの直流電力を、高周波の交流電力に変換する。なお、パワー半導体としては、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などがある。また、パワー半導体のスイッチング動作としては、例えば、ＰＷＭ制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ制御）などがある。また、高周波とは、例えば、１０ｋＨｚから５０ｋＨｚの発振周波数である。

主変圧器５は、インバータ部４からの高周波の交流電力を変圧して高周波の交流電力を出力する。変圧された高周波の交流電力は、例えば、電圧が２０Ｖであり、周波数は１０ｋＨｚである。

第２の整流部６は、主変圧器５からの変圧された高周波の交流電力を直流電力に整流する。第２の整流部６からの直流電力は、出力端子７ａおよび出力端子７ｂから電源制御装置１の外部へ出力される。

出力電流検出部１２は、第２の整流部６と出力端子７ｂとの間に挿入され、電源制御装置１の出力電流を検出する。さらに、出力電流検出部１２は、制御部１１と接続され、出力電流に比例した出力電流信号を制御部１１に出力する。

入力電圧検出部８は、入力端子２と第１の整流部３との間に挿入され、入力された交流電力の入力電圧を検出する。このとき入力される交流電力が三相であれば三相すべての電圧または三相のうちの任意の相の電圧を、単相であれば単相の電圧を検出する。また、入力電圧検出部８は第１の記憶部９および第２の記憶部１０に接続され、入力電圧検出部８で検出された入力電圧は、第１の記憶部９と第２の記憶部１０に記憶される。

制御部１１は、第１の記憶部９と、第２の記憶部１０と、出力電流検出部１２とに接続されている。そして、制御部１１には、第１の記憶部９に記憶された電圧（第１の入力電圧）と、第２の記憶部１０に記憶された電圧（第２の入力電圧）と、出力電流検出部１２からの出力電流信号とが入力される。制御部１１は、入力された情報や信号に基づいて演算や外部電源の特定を行って、出力指令を生成し、駆動部１３に出力する。

駆動部１３は、制御部１１およびインバータ部４に接続され、制御部１１からの出力指令に基づき、インバータ部４へパワー半導体のスイッチング動作の信号である駆動信号を出力する。入力電圧検出部８が三相全ての電圧を検出する場合は、第１の記憶部９と第２の記憶部１０は、三相それぞれの電圧を記憶できる。以上のように、電源制御装置１が動作する。

次に、エンジン発電機１０１の動作について説明する。エンジン発電機１０１は、エンジン１０２を動力とし、図示していない磁極を持った回転子を回転させる。回転子の回転により、回転子の周囲に固定された電機子巻線１０４が電磁誘導され、発電機１０３により交流電圧が発生している。電機子巻線１０４は、巻線のインダクタンス成分（例えば、０．５ｍＨから３ｍＨ）を有する。発生した交流電圧は、電圧設定器１０５で設定された電圧となるように、自動電圧調整器１０６によって調整される。自動電圧調整器１０６によって調整された交流電圧は、出力端子１０７からエンジン発電機１０１の外部に出力される。

図２は、本実施の形態における電源制御装置１の動作とエンジン発電機１０１の出力電圧の関係を示す図である。

図２において、横軸は時間を示している。図２において、縦軸の「インバータ部４の動作状態」は、電源制御装置１が起動している状態で、インバータ部４が停止中であるのか発振中であるのかを示す。図２において、縦軸の「設定電圧」とは、エンジン発電機１０１の電圧設定器１０５を用いて設定されたエンジン発電機１０１の出力電圧である。「設定電圧」は、一般的には交流電圧の実効値を用いるが、本実施の形態では、波高値（交流電圧の振幅）で記載している。図２において、縦軸の「エンジン発電機１０１の出力電圧」は、エンジン発電機１０１の出力端子１０７から出力される交流電圧である。エンジン発電機１０１から出力される交流電圧が三相である場合、１２０度位相がずれた３つの電圧波形が出力されるが、図２では任意の一相の交流電圧の波形を示している。縦軸の「入力電圧の記憶先」は、入力電圧検出部８が検出した電圧を記憶するのが第１の記憶部９であるのか第２の記憶部１０であるのかを示している。

「入力電圧の記憶先」について、さらに具体的に説明する。インバータ部４の停止中は、入力電圧検出部８で検出した電圧（第１の入力電圧）は第１の記憶部９に記憶される。一方、インバータ部４の発振中は、入力電圧検出部８で検出した電圧（第２の入力電圧）は第２の記憶部１０に記憶される。なお、インバータ部４の発振および停止は、電源制御装置１の外部から電源制御装置１の制御部１１に与えられた信号に基づいて行われる。そして、制御部１１は、この信号に基づいて、インバータ部４が停止中であるのか発振中であるのかを認識するとともに、駆動部１３に出力指令を出力している。また、制御部１１は、インバータ部４が停止中であるときは、第１の記憶部９に対して入力電圧検出部８が検出した電圧を記憶するように指令する。そして、制御部１１は、インバータ部４が発振中であるときは、第２の記憶部１０に対して入力電圧検出部８が検出した電圧を記憶するように指令する。

図３は、従来の電源装置２０１にエンジン発電機１０１を接続したときの、電源装置２０１の動作とエンジン発電機１０１の出力電圧の関係を示す図である。図３において、横軸は時間を示している。図３において、縦軸の「インバータ部２０５の動作状態」は、電源装置２０１が起動している状態で、インバータ部２０５が停止中であるのか発振中であるのかを示す。「設定電圧」および「エンジン発電機１０１の出力電圧」については、図２と同じである。図３において、図２と異なる点は、電源装置２０１が平滑コンデンサ２０４を有しているため、インバータ部２０５が発振しているときも、エンジン発電機１０１の出力電圧が安定している点である。

図２と図３を用いて、電源制御装置１とエンジン発電機１０１の動作についてさらに具体的に説明する。

エンジン発電機１０１は、接続されている電源制御装置１のインバータ部４の停止中は、電源制御装置１の制御部１１のみが電力を消費している。このとき、エンジン発電機１０１からみた電源制御装置１の負荷は小さく、エンジン発電機１０１は、電圧設定器１０５で設定された電圧で安定して交流電圧を出力する。また、このとき、電源制御装置１は、入力電圧検出部８によって検出した電圧を、第１の記憶部９に記憶している。この状態を図２のｔ１に示す。なお、エンジン発電機１０１を電源装置２０１に接続しているときも、電源装置２０１のインバータ部２０５の停止中は、安定した交流電力を出力する。この状態を図３のｔ１に示す。

なお、第１の記憶部９は、入力電圧検出部８によって検出した電圧のうちの最新のものを記憶する。言い換えると、第１の記憶部９は、入力電圧検出部８によって検出した電圧を更新する。

エンジン発電機１０１は、接続されている電源制御装置１のインバータ部４が発振を開始したときは、エンジン発電機１０１からみた電源制御装置１の負荷が増える。このため、エンジン発電機１０１の出力電圧が一時的に低下する。このとき、エンジン発電機１０１の自動電圧調整器１０６は、出力電圧が電圧設定器１０５で設定された設定出力より下回ったことを検出し、エンジン１０２の出力を高めて、エンジン発電機１０１の出力電圧が設定電圧となるように出力電圧の調整を行う。このように、エンジン発電機１０１は、接続されている電源制御装置１の負荷に応じてエンジン１０２の出力を調整する。このとき、電源制御装置１は、入力電圧検出部８によって検出した電圧を、第２の記憶部１０に記憶している。なお、図３に示すように、エンジン発電機１０１を電源装置２０１に接続しているときも、電源装置２０１のインバータ部２０５が発振を開始すると、エンジン発電機１０１の出力電圧が一時的に低下する。そして、自動電圧調整器１０６によって、エンジン１０２の出力が調整され、出力電圧は設定電圧となるように調整される。このような、インバータ部の発振開始による電圧の低下は、図２のｔ２の初期および図３のｔ２の初期に示されている。

次に、図２のｔ２および図３のｔ２の初期より後について、具体的に説明する。

インバータ部４およびインバータ部２０５は、発振をしているときは電流の通電と遮断を高周波で繰り返す。高周波で発振しているインバータ部４およびインバータ部２０５によるエンジン発電機１０１への影響について説明する。

図８に示すように、従来の電源装置２０１は、入力側整流部２０３とインバータ部２０５との間に平滑コンデンサ２０４を備えている。外部電源２２０がエンジン発電機１０１の場合、平滑コンデンサ２０４は、入力側整流部２０３で整流された直流電力を外部電源２２０からの入力電圧の周波数の倍数に応じて充電する。そして、平滑コンデンサ２０４は、充電した電力をインバータ部２０５が動作する周波数の倍数または約数で放電する。

さらに、平滑コンデンサ２０４は、電源装置２０１の出力が瞬時的に変動した場合、この変動を吸収することができる。インバータ部２０５が発振して電流の通電と遮断を繰り返した場合も、平滑コンデンサ２０４が電流変化を吸収することができる。そのため、電源装置２０１は、電源装置２０１の出力変動やインバータ部２０５の発振にかかわらず、エンジン発電機１０１から安定した入力電圧を受けることができる。よって、エンジン発電機１０１の出力電圧は、図３のｔ２に示すように、滑らかな波形となる。

なお、例えば、電源装置２０１が消耗電極式のアーク溶接装置であれば、出力端子２０８ａおよび出力端子２０８ｂは消耗電極および溶接対象物にそれぞれ接続される。そして、消耗電極と溶接対象物との間で生じる短絡や開放に基づいて出力の変動が起こる。これが、瞬時的な電源装置２０１の出力変動の一例である。

一方、本実施の形態の電源制御装置１は、図１に示すように、平滑コンデンサを搭載していない。外部電源がエンジン発電機１０１の場合、第１の整流部３で整流された直流電力が、インバータ部４で動作する周波数の倍数または約数でインバータ部４に直接入力されている。そして、電源制御装置１の出力が瞬時的に変動した場合、変動を吸収する平滑コンデンサが無いため、電源制御装置１の入力電流はこの出力変動により、不安定になる。さらに、インバータ部４が発振して電流の通電と遮断を繰り返した場合も、平滑コンデンサがないため、電源制御装置１の入力電流は不安定になる。電源制御装置１の入力電流が不安定になることによって、エンジン発電機１０１の出力電圧は、図２のｔ２に示すように、荒れた波形となる。

電源制御装置１の入力電流が不安定になった場合に、エンジン発電機１０１の出力電圧が不安定になる要因について説明する。電源制御装置１の出力変動の影響により、入力端子２からの入力電流は、急激に増加した後に、急激に低下する。これにより、エンジン発電機１０１に搭載された電機子巻線１０４のインダクタンス成分により、電機子巻線１０４に逆起電圧が発生する。インバータ部４が発振して電流の通電と遮断を繰り返した場合も、入力端子２からの入力電流の通電と遮断を引き起こして、同様の結果となる。

本実施の形態のエンジン発電機１０１の発電容量は、電源制御装置１の定格容量の１倍〜１０倍程度である。エンジン発電機１０１の発電容量が、電源制御装置１の定格容量に近いと、電源制御装置１のインバータ部４を発振するとエンジン発電機１０１の電機子巻線１０４に逆起電圧が発生しやすい。これに対し、本実施の形態の電源制御装置１の外部電源が商用電源であれば、電源制御装置１のインバータ部４の発振の影響は受けず、電源制御装置１は安定した入力電圧を得ることが可能である。

続いて、電源制御装置１のインバータ部４を停止する。このとき、電源制御装置１の負荷が低下し、エンジン発電機１０１の出力電圧が一時的に上昇する。電源制御装置１のインバータ部４が発振を開始したときと同様に、エンジン発電機１０１の自動電圧調整器１０６は、出力電圧が設定出力電圧になるように出力電圧の調整を行う。このとき、電源制御装置１は、入力電圧検出部８によって検出した電圧を、第１の記憶部９に記憶している。なお、エンジン発電機１０１を電源装置２０１に接続しているときも、電源装置２０１のインバータ部２０５が発振を停止すると、エンジン発電機１０１の出力電圧が一時的に上昇する。そして、自動電圧調整器１０６によって、エンジン１０２の出力が調整され、出力電圧は設定電圧となるように調整される。このような、インバータ部の停止による電圧の上昇は、図２のｔ３の初期および図３のｔ３の初期に示されている。

以上のように、本実施の形態の平滑コンデンサを有していない電源制御装置１は、インバータ部４の発振中の安定性は、外部電源がエンジン発電機か商用電源かによって大きく異なる。そのため、本実施の形態の電源制御装置１に接続される外部電源が、エンジン発電機であるか否かを判定することが電源制御装置１にとって重要である。

本実施の形態の電源制御装置１は、入力電圧検出部８によって検出した電圧を、インバータ部４の停止中は第１の記憶部９に、インバータ部４の発振中は第２の記憶部１０にそれぞれ記憶する。制御部１１は、第１の記憶部９に記憶された電圧（更新された最新の電圧）と第２の記憶部１０に記憶された電圧とを比較する。制御部１１は、第２の記憶部１０に記憶された電圧が第１の記憶部９に記憶された電圧（更新された最新の電圧）より所定の値以上高い場合、外部電源がエンジン発電機１０１であると特定する。なお、所定の値は、インバータ部４の発振によってエンジン発電機１０１の出力電圧が変動する電圧が好ましく、例えば、１０Ｖから５０Ｖである。

以上のように、本実施の形態の電源制御装置１によれば、外部電源を特定することができる。すなわち、制御部１１は、インバータ部４の停止中の入力電圧とインバータ部４の発振中の入力電圧とを比較し、外部電源が商用電源であるかエンジン発電機１０１であるかを特定できる。

なお、本実施の形態では、図２において、電圧の変動をより明確に示すため、１周期ごとにエンジン発電機１０１の出力電圧の波形を大きく変動させている。しかし、電圧の変動は１周期とは限らず、数周期にまたがる場合もある。

なお、電源制御装置１として、第１の整流部３とインバータ部４との間に平滑コンデンサ備えないことで、電源制御装置１の小型化、軽量化、低コスト化が達成できる。

なお、入力電圧検出部８に代えて、第１の整流部３とインバータ部４との間に電圧検出器を設け、インバータ部４の停止中の電圧を第１の記憶部９に、インバータ部４の発振中の電圧を第２の記憶部１０に記憶させてもよい。制御部１１による外部電源の特定については、前述と同様に行う。

（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態２について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態における電源制御装置４０１とエンジン発電機１０１との構成を示す図である。

図４に示すように、本実施の形態の電源制御装置４０１は、第１の記憶部９に第１の平均電圧記憶部１４を、第２の記憶部１０に第２の平均電圧記憶部１５を有する。第１の平均電圧記憶部１４は、第１の記憶部９に記憶される電圧の平均電圧（第１の平均電圧）を記憶し、第２の平均電圧記憶部１５は、第２の記憶部１０に記憶される電圧の平均電圧（第２の平均電圧）を記憶している。なお、平均電圧とは、一定期間分の電圧の平均であり、一定周期ごとに算出される。例えば、１６ミリ秒分の電圧の平均を１０マイクロ秒ごとに算出したものである。また、第１の平均電圧記憶部１４は、第１の平均電圧のうちの最新のものを記憶する。言い換えると、第１の平均電圧記憶部１４は、第１の平均電圧を更新する。

第１の平均電圧を、第１の期間分の平均電圧とし、第２の平均電圧を第２の期間分の平均電圧とする。このとき、第１の期間および第２の期間は同じ長さであっても、異なる長さであっても構わない。また、第１の期間および第２の期間は、例えば、１６ミリ秒〜５００ミリ秒である。また、第１の平均電圧を算出する周期は、第１の周期であってもよい。同様に、第２の平均電圧を算出する周期は、第２の周期であってもよい。

そして、図４において、電源制御装置４０１の制御部１１は、第１の平均電圧記憶部１４に記憶された第１の平均電圧（更新された最新の平均電圧）と、第２の平均電圧記憶部１５に記憶された第２の平均電圧とを比較する。第２の平均電圧が第１の平均電圧より所定の値以上（例えば、１０Ｖから５０Ｖ）高い場合に、制御部１１は、外部電源がエンジン発電機１０１であると特定する。

本実施の形態のように、入力電圧を平均化して用いることで、ノイズに対して誤判定を防ぐことができ、入力電圧の検出レベルを安定化できる。なお、平均電圧については、移動平均電圧としても良い。移動平均電圧とは、複数の単位時間の平均電圧から求めた平均電圧であり、単位時間ごとに更新される。

（実施の形態３）
実施の形態３において、実施の形態１や実施の形態２と同様の構成については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態３について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態における電源制御装置５０１とエンジン発電機１０１の構成を示す図である。

図５において、電源制御装置５０１は、入力電圧監視部１６と、出力電流監視部１７と、異常判定部１８と、表示器１９を有する。

本実施の形態が、実施の形態１や実施の形態２と異なる点は以下である。電源制御装置５０１は、入力電圧検出部８に接続され、入力電圧検出部８によって検出した入力電圧を監視する入力電圧監視部１６を有している。また、電源制御装置５０１は、制御部１１と出力電流検出部１２との間に接続され、出力電流検出部１２によって検出した出力電流を監視する出力電流監視部１７を有している。また、電源制御装置５０１は、制御部１１と入力電圧監視部１６と出力電流監視部１７とに接続された異常判定部１８を有している。異常判定部１８は、入力電圧監視部１６および出力電流監視部１７の監視結果に基づいて、外部からの入力電圧が異常であるか否かの判定、および、外部への出力電流が異常であるか否かの判定を行う。また、電源制御装置５０１は、制御部１１に接続され、異常等を表示するための表示器１９を有している。

なお、表示器１９によって、電源制御装置５０１の設定条件や出力状態（例えば、出力電流および出力電圧など）等を操作者が確認できる。表示器１９は、例えば、液晶パネルや７セグメントＬＥＤや表示灯等である。

異常判定部１８は、異常発生を判定するための第１の停止条件と第２の停止条件とを有している。第１の停止条件は外部電源がエンジン発電機であるときに用いられ、第２の停止条件は外部電源が商用電源であるときに用いられる。

第１の停止条件とは、例えば、「入力電圧監視部１６において、所定の時間内に所定の電圧以上の入力電圧が所定回数以上入力されたことが検出されること」、かつ、「出力電流監視部１７において、所定の電流以上の出力電流が所定の時間以上継続することが所定回数以上発生したことが検出されること」である。電源制御装置５０１がエンジン発電機に接続されているときは、第１の停止条件が満たされると、電源制御装置５０１は、外部電源からの入力電圧が異常であると判定する。

第１の停止条件の具体例としては、「入力電圧監視部１６において、１秒間に、２１０Ｖ以上の入力電圧が５回以上検出されること」、かつ、「出力電流監視部１７において、５００Ａ以上の出力電流が１０ミリ秒以上継続することが８回以上発生したことが検出されること」である。また、所定の電圧は３００〜４００Ｖとしても構わないし、入力電圧に１００Ｖ〜２００Ｖを加えた電圧としても構わない。また、所定の時間は１０ミリ秒〜５０ミリ秒でも構わない。

第２の停止条件とは、例えば、「入力電圧監視部１６において、所定の時間内に所定の電圧以上の入力電圧が検出されること」、かつ、「出力電流監視部１７において、所定の電流以上の出力電流が所定の時間以上継続することが検出されること」である。電源制御装置５０１が商用電源に接続されているときに、第２の停止条件が満たされると、電源制御装置５０１は、外部電源からの入力電圧が異常であると判定する。

第２の停止条件の具体例としては、「入力電圧監視部１６において、３００ミリ秒間に、第１の入力電圧＋６０Ｖ以上の入力電圧が検出されること」、かつ、「出力電流監視部１７において、５００Ａ以上の出力電流が２００ミリ秒以上継続することが検出されること」である。

なお、第１の停止条件および第２の停止条件は、上記に限らず、項目の追加、項目の削除、閾値の変更を行っても構わない。そして、第１の停止条件の項目および第２の停止条件の項目とは必ずしも一致する必要はない。本実施の形態の「項目」とは、「入力電圧」や「出力電流」や「継続時間」や「発生回数」であり、他に、「入力電流」や「出力電圧」や「発生間隔」といったものを用いても構わない。また、本実施形態の「閾値」とは、それぞれの「項目」において定められる値である。

異常判定部１８が入力電圧の異常を判定した場合、第１の整流部３やインバータ部４や第２の整流部６等を過大電圧から保護するため、異常判定部１８は制御部１１に異常信号を送信する。異常信号を受けた制御部１１は、駆動部１３を制御してインバータ部４の発振を停止する。また、異常信号を受けた制御部１１は、表示器１９に異常表示命令を送信し、表示器１９は、異常発生を表示し、操作者に異常発生を知らせる。さらに、制御部１１は、電源制御装置５０１全体を停止しても構わない。

本実施の形態によれば、実施の形態１や実施の形態２の効果に加えて、電源制御装置５０１への入力電圧が異常であるか否かを判定することができ、異常の場合には、電源制御装置５０１のインバータ部４を構成する半導体等を保護することもできる。

なお、本実施の形態において、異常判定部１８がさらに第３の停止条件を備えていてもよい。第３の停止条件は、「入力電圧監視部１６において、インバータ部４を構成する半導体等を破損する入力電圧が検出されること」である。これは、インバータ部４の発振や停止に関係なく、外部電源の種類にも関係のない条件である。第３の停止条件が満たされると、異常判定部１８は、外部電源からの入力電圧が異常であると判定する。その後の異常表示、インバータの停止、電源制御装置の停止に関しては、前述と同じである。

（実施の形態４）
実施の形態４において、実施の形態３と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態４について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態における溶接電源装置６０１とエンジン発電機１０１の構成を示す図である。

図６に示すように、本実施の形態の溶接電源装置６０１は、図５で示した電源制御装置５０１に、さらに出力電圧検出部２０追加したものである。出力電圧検出部２０は、出力端子７ａと出力端子７ｂと制御部１１とに接続され、出力端子７ａと出力端子７ｂとの間の出力電圧を検出し、制御部１１に出力電圧を送信する。溶接電源装置６０１の出力端子７ａには溶接トーチ２３が、溶接電源装置６０１の出力端子７ｂには溶接対象物２２がそれぞれ接続されている。また、溶接トーチ２３は、図示していない送給モータによって送給された溶接ワイヤ２１を、溶接対象物２２の溶接位置に送給する。そして、出力端子７ａは溶接ワイヤ２１と電気的に接続され、出力端子７ｂは溶接対象物２２と電気的に接続されている。そして、溶接ワイヤ２１と溶接対象物２２との間に出力電力（出力電圧および出力電流）を供給し、溶接対象物を溶接する。

本実施の形態の溶接電源装置６０１は、溶接ワイヤ２１を送給し、溶接ワイヤ２１を消耗しながら溶接を行う消耗電極方式である。これに限らず、溶接トーチ２３に固定された電極と溶接対象物２２との間に出力電力を供給する非消耗電極方式であっても構わない。

消耗電極方式による溶接では、溶接ワイヤ２１と溶接対象物２２との間で、短絡状態とアーク状態とを繰り返して溶接を行う。制御部１１は、出力電流検出部１２によって検出される出力電流と、出力電圧検出部２０によって検出される出力電圧とから、短絡状態かアーク状態かを判断する。そして、短絡状態であれば出力電流に基づいてインバータ部４の制御を行い、アーク状態であれば出力電圧に基づいてインバータ部４の制御を行う。

消耗電極方式による溶接では、溶接ワイヤ２１と溶接対象物２２との間で短絡状態とアーク状態を繰り返すが、溶接トーチ２３と溶接対象物２２との間隔（例えば、１０ｍｍから２０ｍｍ）が一定であれば、溶接電源装置６０１の出力変動は安定している。しかし、溶接トーチ２３と溶接対象物２２とが溶接中に大きく近づいた場合、短絡状態が長く続き、次のアーク状態に移行するときに溶接ワイヤ２１の先端部分が弾き飛ばされる。これにより、アークが発生せず、瞬時的に溶接電源装置６０１の出力電流が低下する。エンジン発電機１０１に接続されている溶接電源装置６０１において、瞬時的な出力電圧の低下が発生すると、エンジン発電機１０１からの出力電圧が上昇し、制御部１１によって、外部電源がエンジン発電機であることを特定できる。

また、第１の停止条件や第２の停止条件を、溶接電源装置６０１に最適に設定しても構わない。短絡状態とアーク状態を繰り返す溶接では、短絡状態での出力電流はアーク状態の出力電流よりも高いことが一般的である。実施の形態３で例示した、「出力電流監視部１７において、所定の電流以上の出力電流が所定の時間以上継続することが所定回数以上発生したことが検出されること」という第１の停止条件を、短絡状態を監視するような条件に設定しても構わない。

（実施の形態５）
実施の形態５において、実施の形態１から実施の形態４と同様の構成については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態５について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態における電源制御装置７０１とエンジン発電機１０１の構成を示す図である。

図７において、電源制御装置７０１は、出力制御部２４を有している。

本実施の形態が実施の形態１から実施の形態４と異なる点は、以下である。電源制御装置からの出力が大きくなるに伴って出力の変動も大きくなり、電源制御装置の異常停止が頻繁に発生する。これに対し、電源制御装置７０１に設けられた制御部１１が外部電源をエンジン発電機１０１であると特定した場合、出力制御部２４は電源制御装置７０１からの出力を本来の定格出力よりも低い出力に抑制する。これにより、電源制御装置７０１の異常停止が抑制でき、継続して電源制御装置７０１を動作できる。電源制御装置７０１の出力を抑制する方法を、さらに具体的に以下に説明する。

電源制御装置７０１の出力制御部２４は、外部電源がエンジン発電機１０１である場合、制御部１１から駆動部１３に送られる出力指令を変更する。具体的には、インバータ部４のインバータ駆動のデューティ比を低下させる。これにより、インバータ部４からの交流電力が低下し、電源制御装置７０１の出力が低下する。電源制御装置７０１の出力の低下に伴って、出力変動の幅も小さくなり、電源制御装置７０１の異常停止を低減させる。

以下に、出力制御部２４の動作の一例を示す。第１の整流部３からインバータ部４に５００Ａの直流電流を伴う電力が入力され、制御部１１が駆動部１３にインバータ部４をデューティ比が８０％とする出力指令を送信している場合について説明する。電源制御装置に出力制御部２４がない場合は、インバータ部４からは４００Ａの交流電流を伴う電力が出力される。このとき、本実施の形態の電源制御装置７０１の出力制御部２４は、デューティ比を８０％とする出力指令を、デューティ比を６０％とする出力指令に変更する。これにより、インバータ部４からは３００Ａの交流電流を伴う電力が出力され、電源制御装置７０１の出力端子７ａ、７ｂからの出力電力も低下する。

なお、本実施の形態においては、出力制御部２４を制御部１１とは別の構成としたが、出力制御部２４の機能を制御部１１に備えさせても構わない。また、本実施の形態において、出力制御部２４を制御部１１と駆動部１３との間に設けたが、駆動部１３とインバータ部４の間に設けてもよく、実質的には制御部１１とインバータ部４との間に設けられていれば構わない。

なお、実施の形態１から実施の形態５では、エンジン発電機１０１が自動電圧調整器１０６を備えている場合の例について説明した。しかし、エンジン発電機１０１が自動電圧調整器１０６を備えていない場合であっても、本開示の効果を奏する。

また、異常判定部１８は、第１の停止条件や第２の停止条件に加えて、第１の警告条件や第２の警告条件を備えても構わない。第１の警告条件とは、インバータ部４の停止中に、第１の停止条件を満たす前に警告を発する条件である。具体的には、第１の停止条件と同じ項目であり、各項目の閾値を第１の停止条件より小さくしたものである。例えば、「入力電圧監視部１６において、１秒間に、２０５Ｖ以上の入力電圧が３回以上検出されること」、かつ、「出力電流監視部１７において、４５０Ａ以上の出力電流が７ミリ秒以上継続することが５回以上発生したことが検出されること」である。第１の警告条件は、必ずしも、第１の停止条件の全ての項目の閾値を小さくする必要はなく、項目を減らしても構わない。閾値が小さくなることや項目が減るということは、条件を満たしやすくなることである。すなわち、第１の警告条件は、第１の停止条件よりも満たしやすい条件である。第２の警告条件とは、インバータ部４の発振中に、第２の停止条件を満たす前に警告を発する条件であり、第２の停止条件よりも満たしやすい条件である。

このような、第１の警告条件や第２の警告条件が満たされたときに、異常判定部１８は制御部１１に対して警告信号を発信する。これにより、制御部１１は、表示器１９に警告を表示させ、操作者に警告を促すことができる。

以上のように、本開示の電源制御装置は、外部電源がエンジン発電機であるかを特定する。さらに、外部電源がエンジン発電機であると特定された場合、本開示の電源制御装置は、出力電流および入力電圧を監視し、所定の条件を超えた場合には電源制御装置の入力電圧が異常であると判定する。そして、本開示の電源制御装置は、インバータ部を停止させるので、インバータ部の破損を防ぐことができ、産業上有用である。

１，４０１，５０１，７０１ 電源制御装置
２ 入力端子
３ 第１の整流部
４ インバータ部
５ 主変圧器
６ 第２の整流部
７ａ，７ｂ 出力端子
８ 入力電圧検出部
９ 第１の記憶部
１０ 第２の記憶部
１１ 制御部
１２ 出力電流検出部
１３ 駆動部
１４ 第１の平均電圧記憶部
１５ 第２の平均電圧記憶部
１６ 入力電圧監視部
１７ 出力電流監視部
１８ 異常判定部
１９ 表示器
２０ 出力電圧検出部
２１ 溶接ワイヤ
２２ 溶接対象物
２３ 溶接トーチ
２４ 出力制御部
１０１ エンジン発電機
１０２ エンジン
１０３ 発電機
１０４ 電機子巻線
１０５ 電圧設定器
１０６ 自動電圧調整器
１０７ 出力端子
２０１ 電源装置
２０２ 入力端子
２０３ 入力側整流部
２０４ 平滑コンデンサ
２０５ インバータ部
２０６ 変圧器
２０７ 出力側整流部
２０８ａ，２０８ｂ 出力端子
２０９ インバータ制御部
２１０ 電源電圧検出器
２１１ 電流検出器
２１２，２１６ 電圧比較器
２１３ 最大下限基準信号発生器
２１４ 最大上限基準信号発生器
２１５ インバータ停止制御部
２１７ 定格下限基準信号発生器
２１８ 定格上限基準信号発生器
２１９ 警報表示部
２２０ 外部電源
６０１ 溶接電源装置

Claims (10)

1. 電源からの入力電圧が入力される入力端子と、
   前記入力端子に接続され、前記入力電圧をインバータ制御するインバータ部と、
   前記インバータ部に変圧器を介して接続され、前記変圧器からの出力電流を出力する出力端子と、
   前記入力端子と前記インバータ部との間に接続され、前記入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
   前記入力電圧検出部に接続され、前記インバータ部の停止中に前記入力電圧検出部が検出する第１の入力電圧を記憶する第１の記憶部と、
   前記入力電圧検出部に接続され、前記インバータ部の発振中に前記入力電圧検出部が検出する第２の入力電圧を記憶する第２の記憶部と、
   前記第１の記憶部および前記第２の記憶部に接続され、前記第１の入力電圧と前記第２の入力電圧とを比較し、前記電源が発電機であるかを特定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の入力電圧と前記第２の入力電圧との差が所定の電圧よりも大きい場合には、前記電源を発電機と特定する電源制御装置。
2. 前記第１の入力電圧は、前記入力電圧の第１の期間分の平均電圧であり、
   前記第２の入力電圧は、前記入力電圧の第２の期間分の平均電圧である請求項１記載の電源制御装置。
3. 前記入力電圧検出部に接続された入力電圧監視部と、
   前記変圧器と前記出力端子との間に接続され、前記出力電流を検出する出力電流検出部と、
   前記出力電流検出部に接続された出力電流監視部と、
   前記入力電圧監視部および前記出力電流監視部に接続され、前記入力電圧と前記出力電流に基づいて、前記入力電圧の異常を判定する異常判定部とをさらに備え、
   前記異常判定部は、前記電源が発電機である場合は、第１の停止条件が満たされると前記入力電圧が異常であると判定し、
   前記異常判定部は、前記電源が商用電源である場合は、第２の停止条件が満たされると前記入力電圧が異常であると判定し、
   前記異常判定部は、前記制御部に前記インバータを停止する停止信号を出力する請求項１または２に記載の電源制御装置。
4. 前記第１の停止条件は、
   第１の閾値電圧以上の入力電圧が、第１の時間の間に第１の回数以上入力されること、かつ、
   第１の閾値電流以上の出力電流が第２の時間以上継続した回数が、第２の回数以上発生することである請求項３に記載の電源制御装置。
5. 前記第１の閾値電圧は３００Ｖ〜４００Ｖであり、
   前記第１の時間は１秒であり、
   前記第１の回数は５回であり、
   前記第１の閾値電流は５００Ａであり、
   前記第２の時間は１０〜５０ミリ秒であり、
   前記第２の回数は８回である請求項４に記載の電源制御装置。
6. 前記第２の停止条件は、
   第３の時間の入力電圧の平均が第２の閾値電圧以上であること、かつ、
   第１の閾値電流以上の出力電流が第４の時間以上継続することである請求項３〜５のいずれかに記載の電源制御装置。
7. 前記第３の時間は３００ミリ秒であり、
   前記第２の閾値電圧は、前記入力電圧の平均に６０Ｖを加えた電圧であり、
   前記第４の時間は２００ミリ秒である請求項６に記載の電源制御装置。
8. 前記出力端子は第１の出力端子と第２の出力端子を有し、
   前記第１の出力端子は電極と接続され、前記第２の出力端子は溶接対象物と接続され、
   前記電極と前記溶接対象物との間で短絡状態とアーク状態とを繰り返して溶接が行われ、
   前記出力電流は前記短絡状態の短絡電流である請求項３〜７のいずれか記載の電源制御装置。
9. 前記インバータ部と前記制御部との間に設けられた出力制御部をさらに備え、
   前記出力制御部は、前記制御部から前記インバータ部への出力指令を変更する請求項１〜８のいずれかに記載の電源制御装置。
10. 前記入力端子と前記インバータ部との間に接続された第１の整流部をさらに備え、
    前記第１の整流部と前記インバータ部との間には電解コンデンサが存在しない請求項１〜９のいずれかに記載の電源制御装置。

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