JP6745190B2 - 電源システム及び電源装置 - Google Patents
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Description
並列接続された各電源装置から負荷へ出力される電流等を外部制御装置にて監視し、各電源装置の動作を補正することも考えられるが、外部制御装置を導入するための設備コストが掛かるという問題がある。また、各電源装置が個別に動作していることには変わりが無く、負荷へ出力される電流の安定性に欠けるという問題がある。
流情報送信部とを備え、前記第1の電源装置は、更に、前記第2の電源装置から送信された電流情報を受信する電流情報受信部と、自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部とを備え、前記制御情報算出部は、前記電流情報受信部にて受信した電流情報が示す電流と、前記第1の電源装置が備える前記電流検出部にて検出された電流と、前記電圧検出部にて検出された電圧とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する。
具体的には、第1の電源装置は、負荷への出力を制御するための制御情報を算出する。そして、第1の電源装置は、算出して得た制御情報に基づいて自装置の出力を制御すると共に、当該制御情報を第2の電源装置へ送信する。
第2の電源装置は、出力を制御するための制御情報の算出を行わず、第1の電源装置から送信された制御情報を受信し、第1の電源装置が算出した制御情報に基づいて自装置の出力を制御する。そして、第2の電源装置は、自装置から負荷へ出力された電流を検出し、電流情報を第1の電源装置へ送信する。
第1の電源装置は、第2の電源装置から送信された電流情報を受信し、受信した電流情報が示す電流と、自装置で検出した電流及び電圧とに基づいて、制御情報を算出する。ここで算出される制御情報は、第1及び第2の電源装置から出力された電流及び電圧に基づいて算出されるものであり、電源システム全体の出力を制御することが可能な情報である。第1及び第2の電源装置は、かかる制御情報に基づいて、出力を制御しているため、各電源装置から負荷へ出力される電流が不安定になることは無く、出力の安定的な制御が可能になる。
従って、使用者は、第1の電源装置の表示部を用いて、電源システムから負荷へ出力されている電流及び電圧の情報を確認することができる。また、第2の電源装置の表示部に所定情報を表示することによって、使用者に無用な混乱を与えないようにすることができる。例えば、第1及び第2の電源装置の表示部にそれぞれ数値が表示されていると、使用者は、各表示部に表示される数値の意味、関係を確認しようとするため、不要な確認作業負担を与えてしまう。本願によれば、電圧及び電流を第1の電源装置の表示部にのみ表示する構成であるため、かかる確認作業負担を使用者に与えることを避けることができる。
って、電源装置間の通信に異常があった場合、電源システム全体を停止させ、安全を確保することができる。また、電源システムを保全することができる。
なお、閾値は、第2の電源装置から電流が出力されているか否かを判定するための値である。
そこで、第1の電源装置の制御情報送信部は、パルス信号のオフ期間に制御情報を第2の電源装置へ送信する。パルス信号のオフ期間に制御情報を送受信することにより、インバータの動作に起因するノイズが当該制御情報に乗ることを避けることができ、電源装置間の通信安定性を向上させることができる。なお、制御部によるインバータ制御と、前記
制御情報送信部による情報送信とは、同期していることが前提である。
例えば、各電源装置は、溶接動作中のダイレクト通信モードにおいては、負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を所定量データとして、非パケット通信にて送受信する。所定量データは、固定ビット配列のデータ、例えば32ビットのデータである。ダイレクト通信モード時に送受信される情報は、所定量データの範囲内に収められる。ダイレクト通信モードにおいては、扱えるデータ量が小さい反面、送受信するデータを固定ビット配列に収めるため、高速通信が可能となり、データの取りこぼしに対する頑健性を得ることができる。
一方、各電源装置は、非溶接動作中、例えば溶接ワイヤのインチング動作中においては、溶接ワイヤの送給に係る情報をパケット通信にて送受信する。非溶接動作中のコマンド通信モードにおいては、各電源装置は多様な情報を送受信することができる。電源装置は、パケットのヘッダ情報を参照することによって、コマンド通信モードにおけるデータを、ダイレクト通信モードにおけるデータと区別することができる。
一方、第1及び第2の電源装置が非パケット通信を行っている場合、即ちダイレクト通信モードにある場合、溶接終了時の通信に失敗し、第1の電源装置の通信方式がパケット通信に切り替えられたにもかかわらず、第2の電源装置の通信方式が非パケット通信のままになるおそれがある。しかし、本発明に係る第2の電源装置は、所定時間以上、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を受信しない場合、つまり非溶接動作中にある場合、第2の電源装置は能動的に通信方式をコマンド通信モードに切り替える。前記制御情報を受信しない場合には、パケット通信に係る情報を受信している状況、出力ゼロを示す制御情報を受信している状況等が含まれる。従って、第1及び第2の電源装置は、溶接終了時に通信方式を確実にコマンド通信モードに切り替えることができる。
任意の電源装置を第1の電源装置又は第2の電源装置として切り替えて機能させることができるため、第1の電源装置として機能している電源装置が故障した場合であっても、第2の電源装置として機能している複数の電源装置の内、一つの電源装置を第1の電源装置として機能するように切り替えることによって、電源システムを再構築することができる。
一方、電源装置は、非溶接動作中においては、溶接ワイヤの送給に係る情報をパケット通信にて送受信する。非溶接動作中のコマンド通信モードにおいては、各電源装置は多様な情報を送受信することができる。
おいて、外部制御装置を導入すること無く、各電源装置から負荷へ出力される電流を安定的に制御することができる。
(実施形態1)
図1は、本実施形態1に係る電源システムの一構成例を示すブロック図である。本実施形態1に係る電源システムは、アーク溶接に係る共通の負荷2に並列接続され、当該負荷2に対して給電を行う複数の電源装置1を備える。各電源装置1は通信線によって接続されている。複数の電源装置1は、絶縁型のスイッチング電源であり、交流を所要の直流にAC/DC変換し、交直変換された直流を負荷2へ供給する。
ース等を有し、電源装置1全体の動作を制御するプロセッサである。主制御部18のインタフェースには制御端子1cが接続されている。マスタ電源として機能する電源装置1の制御端子1cには、溶接機の制御通信線が接続され、溶接機から出力された駆動指示信号
が入力される。主制御部18は、駆動指示信号の入力状態を監視しており、駆動指示信号が入力された場合、インバータ13を動作させるための駆動要求を信号処理部19へ出力する。なお、スレーブ電源として機能している電源装置1の制御端子1cには、駆動指示信号は入力されない。
また、主制御部18のインタフェースには、電圧検出部16及び電流検出部17が接続されており、電圧値信号及び電流値信号が入力される。主制御部18は、入力された電圧値信号及び電流値信号をAD変換し、AD変換して得られた、電圧情報及び電流情報を信号処理部19へ出力する。
更に、主制御部18は操作パネル10に接続されており、操作パネル10に対する操作に応じた信号が入力される。主制御部18は、当該信号を監視することによって、操作パネル10に対する操作を受け付ける。本実施形態1に係る主制御部18は、操作パネル10にて、電源装置1の動作モードの選択を受け付けることができる。動作モードには、電源装置1を、マスタ電源として機能させるマスタ電源モード(第1制御方式)と、スレーブ電源として機能させるスレーブ電源モード(第2制御方式)と、単一電源として機能させる単一電源モードとがある。また、主制御部18は、自装置の動作モード、出力電圧、出力電流等、各種動作状態を表示するための表示指示信号を操作パネル10へ出力することによって、自装置の動作状態を操作パネル10に表示させる。
更にまた、マスタ電源として動作している電源装置1の主制御部18は、溶接機における溶接ワイヤ21の送給を制御するためのワイヤ送給制御信号を制御端子1cから当該溶接機へ出力する。なお、スレーブ電源として動作している電源装置1は、ワイヤ送給制御信号の出力を行わない。
動作モードが単一電源モードである場合、制御情報算出部19aは、主制御部18から出力された電圧情報及び電流情報、つまり自装置で検出された電圧及び電流に基づいて、自装置のインバータ13をPWM制御するためのPWM制御情報を算出する。
動作モードがマスタ電源モードである場合、制御情報算出部19aは、主制御部18から出力された自装置の電圧情報及び電流情報と、他の電源装置1に係る電流情報とに基づいて、第1及び第2の電源装置1のインバータ13をPWM制御するためのPWM制御情報を算出する。つまり、制御情報算出部19aは、自装置で検出された電圧及び電流と、スレーブ電源である他の電源装置1で検出された電流とに基づいて、PWM制御情報を算出する。なお、他の電源装置1で検出される電流情報は、通信部19cによって受信することができる。
動作モードがスレーブ電源モードである場合、制御情報算出部19aは、PWM制御情報の算出を行わない。
態に切り替えることによって、インバータ13から交流を出力させる。
動作モードが単一電源モード又はマスタ電源モードである場合、PWM制御部19bは、自装置の制御情報算出部19aにて算出されたPWM制御情報を用いてPWM信号を発生させる。
動作モードがスレーブ電源モードである場合、PWM制御部19bは、他の電源装置1で算出されたPWM制御情報を用いてPWM信号を発生させる。他の電源装置1で算出されたPWM制御情報は、通信部19cによって受信することができる。自装置と他の電源装置1とが同一出力容量であるときは、自装置のPWM信号と他の電源装置1のPWM信号とは結果的に略同一の信号となる。出力容量が異なるときは、PWM制御部19bは、他の電源装置1で算出されたPWM制御情報を用いて出力容量差を補正したPWM信号を発生させる。この場合には、自装置のPWM信号と他の電源装置1のPWM信号とは異なる信号となる。
動作モードがマスタ電源モードである場合、信号処理部19は通信部19cを介して、自装置のインバータ13の動作状態を示す動作情報と、制御情報算出部19aにて算出したPWM制御情報とを、スレーブ電源モードで動作している他の電源装置1へ送信する。当該電源装置1は、マスタ電源モードで動作している電源装置1から送信された動作情報及びPWM制御情報を通信部19cにて受信する。
動作モードがスレーブ電源モードである場合、信号処理部19は通信部19cを介して、自装置から負荷2へ出力されている電流を示す電流情報と、自装置のインバータ13の動作状態を示す動作情報と、自装置の異常の有無を示す異常情報とを、マスタ電源モードで動作している電源装置1へ送信する。異常情報は、例えば過電流、異常停止等を示す情報である。マスタ電源である当該電源装置1は、スレーブ電源モードで動作している電源装置1から送信された電流情報、動作情報及び異常情報を通信部19cにて受信する。
動作モードがマスタ電源モードである場合、主制御部18は、各電源装置1から出力されている電流を加算して得られる総電流の値を電流表示部10aに表示させる。また、自装置で検出して得られた電圧の値を電圧表示部10bに表示させる(図6A参照)。動作モードがスレーブ電源モードである場合、主制御部18は、自装置が駆動中であることを示す所定情報を電流表示部10a及び電圧表示部10bに表示させる(図6B参照)。所定情報は、例えば「駆動中」又は「RUN」等の文字情報であるが、表示する情報の内容は特に限定されるものでは無く、電流表示部10a及び電圧表示部10bを構成する表示ピクセル又はセグメントを全灯又は全消灯させる構成も含まれる。動作モードが単一電源モードである場合、主制御部18は、自装置から出力されている電流及び電圧の値を電流表示部10a及び電圧表示部10bに表示させる。
れる。
動作モード表示部10dは、複数の発光素子を有する。複数の発光素子は、例えばマスタ電源モードである場合に点灯する発光素子、スレーブ電源モードである場合に点灯する発光素子を含む。
そして、信号処理部19は、算出されたPWM制御情報に基づいて、インバータ13をPWM制御する(ステップS13)。次いで、信号処理部19は、インバータ13の動作状態を示す動作情報及びPWM制御情報を、通信部19cを介して、スレーブ電源である第2の電源装置1へ送信する(ステップS14)。動作情報は、例えば、インバータ13が駆動しているか否かを示す情報である。
また、信号処理部19は、通信異常を主制御部18へ通知し、主制御部18は通信に係る異常があった旨を操作パネル10に表示させ(ステップS24)、処理を終える。
なお、通信異常は、通信線の切断、コネクタの接続不良で発生する他、スレーブ電源として動作させるべき電源装置1を、誤ってマスタ電源モードで動作させた場合にも発生する。
一方、主制御部18は、溶接機を制御するための情報、例えば溶接ワイヤ21の送給を制御するためのワイヤ送給制御信号を制御端子1cから溶接機へ送信する(ステップS33)。ワイヤ送給制御信号は、例えば、溶接ワイヤ21の送給速度、送給の開始及び停止等を制御するための信号である。
実施形態2に係る電源システムは、PWM制御情報、電流情報等の送受信タイミングが実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
図8中下段のタイミングチャートは、第1及び第2の電源装置1が各種情報を送信するタイミングを示している。具体的には、マスタ電源モードにある第1の電源装置1の信号処理部19は、図4のステップS14に示す処理において、インバータ13の第1乃至第
4スイッチング素子13a、13b、13c、13dが全てオフになる期間を特定し、インバータ13の動作状態を示す動作情報及びPWM制御情報を、通信部19cを介して、スレーブ電源である第2の電源装置1へ送信する。
同様にして、スレーブ電源モードにある第2の電源装置1の信号処理部19は、図4のステップS19に示す処理において、インバータ13の第1乃至第4スイッチング素子13a、13b、13c、13dが全てオフになる期間を特定し、自装置で検出して得た電流情報を、通信部19cを介して、マスタ電源である第1の電源装置1へ送信する。また、信号処理部19は、図4のステップS20に示す処理において、インバータ13の第1乃至第4スイッチング素子13a、13b、13c、13dが全てオフになる期間を特定し、自装置のインバータ13の動作状態を示す動作情報、異常の有無を示す異常情報を、通信部19cを介して、マスタ電源である第1の電源装置1へ送信する。
同様にして、各電源装置1は、PWM制御情報の算出に必要な電流情報、その他の各種情報についても、PWM信号のオフ期間に当該情報を送受信する構成であるため、インバータ13の動作に起因するノイズが当該情報に乗ることを避けることができ、電源装置1間の通信安定性を向上させることができる。
実施形態3に係る電源システムは、動作状態に応じて各電源装置1の通信方式を切り替える点と、各電源装置1が溶接ワイヤ21の送給制御信号を出力する点が実施形態1及び2と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
ワイヤ供給源5は、溶接トーチ20へ溶接ワイヤ21を繰り出し可能に収容している。溶接ワイヤ21は、例えばソリッドワイヤであり、消耗電極として機能する。ワイヤ供給源5は、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。
一方、非溶接動作中の場合、例えば溶接ワイヤ21を送るインチング動作中の場合、図10に示すように、第1の電源装置1は、溶接ワイヤ21の送給速度を示す送給速度情報を動作情報と共に第2の電源装置1へ送信する。非溶接動作中においては、送給速度情報及び動作情報はパケット通信にて第2の電源装置1へ送信される。つまり、電源装置1は、コマンド通信モードにて情報を送受信する。
一方、非溶接動作中の場合、図10に示すように、第2の電源装置1は、第1の電源装置1からパケット通信された送給速度情報及び動作情報を受信し、受信した送給速度情報に応じたワイヤ送給制御信号を、第2送給部4へ出力することによって、第2送給部4による溶接ワイヤ21の送給を制御する。
2 負荷
3 第1送給部
4 第2送給部
5 ワイヤ供給源
1a 正出力端子
1b 負出力端子
1c 制御端子
10 操作パネル
10a 電流表示部
10b 電圧表示部
10c 操作部
10d 動作モード表示部
11 入力部
12 整流器
13 インバータ
13a 第1スイッチング素子
13b 第2スイッチング素子
13c 第3スイッチング素子
13d 第4スイッチング素子
14 トランス
15 整流平滑器
16 電圧検出部
17 電流検出部
18 主制御部
19 信号処理部
19a 制御情報算出部
19b PWM制御部
19c 通信部
20 溶接トーチ
21 溶接ワイヤ
22 母材
Claims (13)
- 共通の負荷に並列接続される複数の電源装置を備えた電源システムであって、
第1の前記電源装置は、
前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する制御情報算出部と、
該制御情報算出部にて算出された制御情報に基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する制御部と、
前記制御情報算出部にて算出された制御情報を第2の前記電源装置へ送信する制御情報送信部と
を備え、
前記第2の電源装置は、
前記第1の電源装置から送信された制御情報を受信する制御情報受信部と、
該制御情報受信部にて受信した制御情報に基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する制御部と、
自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部にて検出された電流を示す電流情報を前記第1の電源装置へ送信する電流情報送信部と
を備え、
前記第1の電源装置は、更に、
前記第2の電源装置から送信された電流情報を受信する電流情報受信部と、
自装置から前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、
自装置から前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と
を備え、
前記制御情報算出部は、
前記電流情報受信部にて受信した電流情報が示す電流と、前記第1の電源装置が備える前記電流検出部にて検出された電流と、前記電圧検出部にて検出された電圧とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出するようにしてあり、
更に前記第1の電源装置及び前記第2の電源装置は、
前記負荷へ電圧又は電流を出力していない場合、パケット通信にて情報を送受信し、前記負荷へ電圧又は電流を出力している場合、所定量データを送受信する非パケット通信にて情報を送受信する電源システム。 - 前記第1の電源装置及び前記第2の電源装置は、自装置の動作状態を示す表示部を備え、
前記第1の電源装置の表示部は、
前記第1の電源装置が動作している場合、前記第1の電源装置にて検出された電流と、前記電流情報受信部にて受信した電流情報が示す電流とを加算して得られる電流及び前記電圧検出部にて検出された電圧を表示し、
前記第2の電源装置の表示部は、
前記第2の電源装置が動作している場合、所定情報を表示する
請求項1に記載の電源システム。 - 前記第1の電源装置の制御部は、
前記電流情報受信部が電流情報を受信していない場合、自装置の動作を停止させる
請求項1又は請求項2に記載の電源システム。 - 前記第1の電源装置は、
前記電流情報受信部にて受信した電流情報が示す電流が所定の閾値未満であるか否かを判定する判定部を備え、
該判定部が閾値未満であると判定した場合、自装置の動作を停止させる
請求項1〜請求項3までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記第2の電源装置は、
自装置の異常の有無を示す異常情報を前記第1の電源装置へ送信する異常情報送信部を備え、
前記第1の電源装置は、
前記第2の電源装置から送信された異常情報を受信する異常情報受信部を備え、
前記第1の電源装置の制御部は、
前記異常情報受信部にて受信した異常情報に応じて、自装置の動作を停止させる
請求項1〜請求項4までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記複数の電源装置は、アーク溶接に係る負荷へ給電を行う
請求項1〜請求項5までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記電源装置は、
前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するためのインバータを備え、
前記制御部は、
前記インバータへパルス信号を出力することによって、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御しており、
前記制御情報送信部は、
前記制御部が出力するパルス信号のオフ期間に制御情報を送信する
請求項1〜請求項6までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 前記電流情報送信部は、
前記制御部が出力するパルス信号のオフ期間に電流情報を送信する
請求項7に記載の電源システム。 - 前記第2の電源装置は、
非パケット通信にて情報を送受信しており、前記制御情報を所定時間以上受信しなかった場合、通信方式をパケット通信に切り替える
請求項1〜請求項8までのいずれか一項に記載の電源システム。 - 負荷へ電圧及び電流を出力する電源装置であって、
前記負荷へ出力された電流を検出する電流検出部と、
前記負荷へ出力された電圧を検出する電圧検出部と、
他の電源装置から前記負荷へ出力された電流を示す電流情報を受信する電流情報受信部と、
該電流情報受信部にて受信した電流情報が示す電流と、前記電流検出部にて検出された電流と、前記電圧検出部にて検出された電圧とに基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御するための制御情報を算出する制御情報算出部と、
該制御情報算出部にて算出された制御情報に基づいて、前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する制御部と、
前記制御情報算出部にて算出された制御情報を前記他の電源装置へ送信する制御情報送信部と
を備え、
前記負荷へ電圧又は電流を出力していない場合、パケット通信にて情報を送受信し、前記負荷へ電圧又は電流を出力している場合、所定量データを送受信する非パケット通信にて情報を送受信する電源装置。 - 前記電流検出部にて検出された電流を示す電流情報を前記他の電源装置へ送信する電流
情報送信部と、
前記他の電源装置から送信された制御情報を受信する制御情報受信部と、
前記制御情報算出部にて算出された制御情報に基づく第1制御方式、及び前記制御情報受信部にて受信した制御情報に基づく第2制御方式を選択するための操作部と
を備え、
前記制御部は、
前記第1制御方式が選択された場合、前記制御情報算出部にて算出された制御情報に基づいて前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御し、前記第2制御方式が選択された場合、前記制御情報受信部にて受信した制御情報に基づいて前記負荷へ出力する電圧又は電流を制御する
請求項10に記載の電源装置。 - 非パケット通信にて情報を送受信しており、前記制御情報を所定時間以上受信しなかった場合、通信方式をパケット通信に切り替える
請求項10又は請求項11に記載の電源装置。 - アーク溶接に係る負荷へ給電を行う
請求項10〜請求項12までのいずれか一項に記載の電源装置。
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