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技術 電源装置及び溶接用電源装置

出願人 株式会社ダイヘン
発明者 宮屋敷信弘王濤河合宏和外山裕之
出願日 2015年2月2日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2015-018443
公開日 2016年8月8日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2016-140885
状態 特許登録済
技術分野 アーク溶接の制御
主要キーワード 入力判定回路 温度飽和 等価電流 マイナス出力端子 プラス出力端 商用交流電流 定格出力電流値 電圧変換後
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

平滑コンデンサ温度上昇を抑制すること。

解決手段

制御回路27は、三相または単相商用交流電力に応じた定格電流定格使用率に基づいて連続使用の等価電力を算出する。そして、制御回路27は、出力電流Ioと出力電圧Vo(測定電流Ioと測定電圧Vo)に基づく出力電力負荷電力)と等価電力とを比較し、比較結果に応じて、たとえば出力電力が等価電力を越えるときにインバータ回路23を停止する。

概要

背景

たとえば、アーク溶接機に用いられる電源装置は、商用交流電力に基づいてたとえば溶接対象に対する溶接電流を生成する。電源装置は、商用交流電力から一次整流器により変換した直流電力平滑コンデンサにて平滑化し、その直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換する。さらに、電源装置は、高周波交流電力を変圧器二次整流器により溶接電流を生成する。

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

概要

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

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することにある

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

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

請求項2

請求項1に記載の電源装置において、前記制御回路は、前記定格電流及び前記定格使用率に基づいて使用率が100(%)の等価電流を算出し、前記等価電流に基づいて等価電圧を算出し、前記等価電流と前記等価電圧に基づいて前記等価電力を算出すること、を特徴とする電源装置。

請求項3

請求項1または2に記載の電源装置において、前記制御回路は、前記負荷電力が前記等価電力より大きいときにカウント値カウントアップし、前記負荷電力が前記等価電力以下のときに前記カウント値をカウントダウンし、前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて許容使用率を算出し、前記許容使用率に応じた基準値と前記カウント値とを比較し、比較結果に基づいて前記カウント値が前記基準値以上のときに前記インバータ回路を停止すること、を特徴とする電源装置。

請求項4

請求項3に記載の電源装置において、前記制御回路は、前記出力電流及び前記出力電圧に基づいて前記許容使用率を算出するための算出用電流値を算出し、前記算出用電流値と前記定格電流と前記定格使用率とに基づいて前記許容使用率を算出すること、を特徴とする電源装置。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の電源装置は、溶接対象を加工する出力電流を生成するように構成されたこと、を特徴とする溶接用電源装置

技術分野

0001

本発明は、電源装置及び溶接用電源装置に関する。

背景技術

0002

たとえば、アーク溶接機に用いられる電源装置は、商用交流電力に基づいてたとえば溶接対象に対する溶接電流を生成する。電源装置は、商用交流電力から一次整流器により変換した直流電力平滑コンデンサにて平滑化し、その直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換する。さらに、電源装置は、高周波交流電力を変圧器二次整流器により溶接電流を生成する。

0003

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

先行技術

0004

特開平11−259149号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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

0006

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することにある。

課題を解決するための手段

0007

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

0008

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

0009

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

0010

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

0011

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

0012

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

0013

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

0014

この構成によれば、溶接対象に対する溶接性の低下が抑制される。

発明の効果

0015

本発明によれば、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0016

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

実施例

0017

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

0018

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

0019

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

0020

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

0021

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

0022

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

0023

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

0024

変圧器24は、例えば一次コイル二次コイルを有するトランスである。変圧器24は、インバータ回路23から出力される交流電圧に基づいて、巻線比に応じた電圧を二次コイルに発生する。二次コイルの両端子は整流回路25の入力端子に接続され、整流回路25の出力端子直流リアクトルDCLの第1端子に接続されている。直流リアクトルDCLの第2端子はプラス出力端子13aに接続されている。変圧器24の二次コイルのセンタータップは、マイナス出力端子13bに接続されている。整流回路25は、変圧器24による交流電圧を整流する。直流リアクトルDCLは、変圧器24の出力電圧を平滑化する。

0025

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

0026

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

0027

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

0028

入力判定回路26は、入力端子12b、12cにおける入力電圧Vv,Vwに基づいて、入力電力三相電力単相電力かを判定し、判定結果に応じた判定信号Cdを出力する。たとえば、入力判定回路26は、入力電力を三相電力と判定した場合に第1レベル(たとえばHレベル)の判定信号Cdを出力し、入力電力を単相電力と判定した場合に第2レベル(たとえばLレベル)の判定信号Cdを出力する。

0029

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

0030

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

0031

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

0032

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

0033

また、メモリ27aの設定値は、アーク溶接機10における定数A,Bを含む。定数A,Bは、溶接機に応じて設定される。たとえば、炭酸ガス(CO2)溶接機の場合、定数Aは「14」、定数Bは「0.05」である。

0034

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

0035

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

0036

図3は、制御回路27における保護制御にかかるフローチャートを示す。電源装置11が起動されると、初期設定を行い、図3に示す各ステップの処理を実行する。
初期設定において、制御回路27は、電源装置11の起動時における設定(初期設定を行う)。この初期設定において、制御回路27は、上記の入力判定回路26の判定信号Cdに基づいて、入力電力に応じた定格電流Ir及び定格使用率Drをメモリ27aから読み出す。そして、制御回路27は、定格電流Irと定格使用率Drに基づいて、等価電流I100、等価電圧V100を算出する。

0037

等価電流I100は、電源装置11を連続して使用することができる、つまり許容使用率が100%となる電流値のうちの最大の電流量である。
出力電流Ioの設定値に対する許容使用率Dpは、設定値をIaとすると、

0038

により算出される。したがって、制御回路27は、
許容使用率が100(%)となる等価電流I100を、

0039

により算出する。そして、制御回路27は、等価電流I100に基づいて、等価電圧V100を、

0040

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

0041

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

0042

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

0043

そして、制御回路27は、測定電力Wo(=Io×Vo)と等価電力W100(=I100×V100)とを比較する。測定電力Woが等価電力W100以下の場合(Wo(=Io×Vo)≦W100(=I100×V100))、制御回路27は、ステップ53へ移行する。一方、測定電力Woが等価電力W100より大きい場合、ステップ52へ移行する。

0044

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

0045

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

0046

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

0047

と表される。
この式において、算出用電流値Ixを整理すると、

0048

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

0049

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

0050

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

0051

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

0052

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

0053

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

0054

ステップ51において、測定電力Wo(=測定電流Io×測定電圧Vo)が等価電力W100(=等価電流I100×等価電圧V100)より大きい場合、定格以上の電力が負荷に流れている。この状態が継続すると、図1に示す電源装置11の部品(たとえば、平滑コンデンサC3、インバータ回路23、等)の温度が許容温度を超えるおそれがある。このため、カウント値Nが許容使用率Dpに応じて設定された基準値Nx以上になったときに、インバータ回路23を停止する(ステップ59)ことで、電源装置11の部品(たとえば、平滑コンデンサC3等)の温度上昇を抑制する。また、制御回路27は、報知装置29により、インバータ回路23の停止を報知する。

0055

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

0056

なお、ステップ51の判定結果に基づいて、測定電力Wo(=測定電流Io×測定電圧Vo)が等価電力W100(=等価電流I100×等価電圧V100)以下の場合に、ステップ53においてカウント値Nをカウントダウンする。測定電力Woが等価電力W100以下の場合、電源装置11の部品の温度は、低下する。つまり、制御回路27は、電源装置11の部品の温度変化に応じてカウント値Nを変更する。

0057

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

0058

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

0059

三相の商用交流電力に対する定格電流Ir、定格使用率Drは、たとえば350(A)、60(%)である。定格電流Irに対する出力電流値は31.5(V)である。単相の商用交流電力に対する定格電流Ir、定格使用率Drは、たとえば250(A)、60(%)である。定格電流Irに対する出力電流値は26.5(V)である。したがって、単相の商用交流電力に基づく運転時の負荷は、三相の商用交流電力に基づく運転時の負荷よりも低い。

0060

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

0061

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

0062

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

0063

これに対し、本実施形態における電源装置11の制御回路27は、電流検出回路ID1の電流検出信号Id1に基づいて、等価電力W100(等価電流I100、等価電圧V100)を算出する。制御回路27は、出力電流Io及び出力電圧Vo(測定電流Io及び測定電圧Vo)に基づく出力電力Woと等価電力W100を比較する。そして、制御回路27は、比較結果に基づいて、出力電力Woが等価電力W100を越えるときに、インバータ回路23を停止する。したがって、出力電力Woが等価電力W100を越える過負荷のときに、平滑コンデンサC3の温度上昇が抑制される。

0064

たとえば、定格使用率を超過して電源装置11を使用した場合も同様に電源装置11の内部温度が許容温度を超えるおそれがある。
本実施形態の制御回路27は、出力電力Woが等価電力W100を越えるときにカウント値Nをカウントアップ(+1)する。制御回路27は、出力電力Woに応じた許容使用率Dpを算出し、その許容使用率Dpに応じた基準値Nxとカウント値Nを比較する。そして、カウント値Nが基準値Nx以上のときに、インバータ回路23を停止する。

0065

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

0066

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

0067

そして、制御回路27は、出力電力Woが等価電力W100以下のときにカウント値Nをカウントダウン(−1)する。出力電力Woが等価電力W100以下のとき、電源装置11の部品の温度は、低下する。カウント値Nをカウントアップするのみの制御では、累積的な過負荷によりカウント値Nが基準値Nxを越えてしまい、温度が低い状態でもインバータ回路23が停止されることがある。インバータ回路23が停止されると、電源装置11の出力が停止するため、作業が中断される。作業の中断は、工数の増加を招き、生産効率を低下させる。

0068

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

0069

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)制御回路27は、三相または単相の商用交流電力に応じた定格電流Irと定格使用率Drに基づいて連続使用の等価電力W100を算出する。そして、制御回路27は、出力電流Ioと出力電圧Vo(測定電流Ioと測定電圧Vo)に基づく出力電力Wo(負荷電力)と等価電力W100とを比較し、比較結果に応じて、たとえば出力電力Woが等価電力W100を越えるときにインバータ回路23を停止する。インバータ回路23の停止により電源装置11の内部の温度が低下する。このため、電圧変換回路22に含まれる平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

0070

(2)制御回路27は、定格電流Ir及び定格使用率Drに基づいて使用率が100(%)の等価電流I100を算出する。そして、制御回路27は、等価電流I100に基づいて等価電圧V100、等価電力W100を算出する。等価電力W100は、定格電流Irと定格使用率Drに基づいて、電源装置11が出力可能な電力の最大値である。このように、入力される商用交流電力に応じた等価電力W100に応じてインバータ回路23の作動・停止を制御することができる。

0071

(3)制御回路27は、出力電力Woが等価電力W100より大きいときにカウント値Nをカウントアップし、出力電力Woが等価電力W100以下のときにカウント値Nをカウントダウンする。制御回路27は、出力電流Io及び出力電圧Voに基づいて許容使用率Dpを算出する。そして、制御回路27は、許容使用率Dpに応じた基準値Nxとカウント値Nとを比較し、比較結果に基づいてカウント値Nが基準値Nx以上のときにインバータ回路23を停止する。このため、過負荷状態、使用率オーバーによる平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

0072

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

0073

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

0074

・入力判定回路26を設けて、入力電力が単相か三相かを判定し、その判定結果に基づいて、入力電力に応じた定格値を用いて等価電流I100等を算出した。これに対し、入力電力を設定値としてたとえばメモリ27aに記憶し、その設定値に応じた定格値を用いて等価電流I100等を算出するようにしてもよい。

0075

図1において、制御回路27,SCを1つの制御回路としてもよい。

0076

11電源装置(溶接用電源装置)
21直流電源回路
22電圧変換回路
23インバータ回路
24変圧器
25整流回路
26入力判定回路
27制御回路
ID1電流検出回路
VD1電圧検出回路
C3平滑コンデンサ
Io出力電流(測定電流)
Vo出力電圧(測定電圧)
Cd判定信号
Ir定格電流
Dr定格使用率
Wo出力電力(負荷電力)
W100 等価電力

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