(57)【要約】【課題】コンタクト式電縫管溶接電源装置においては負荷短絡時のインバータ出力電流の増加が小さいため、負荷短絡時の過大な電流を検出する方法では負荷短絡の検出ができない。  【解決手段】上述の課題を解決するために、電力変換器の負荷にコンタクト式電縫管負荷を接続したコンタクト式電縫管溶接電源装置において、電力指令値と電力検出値の差が所定値以上になったことを検知して負荷短絡と判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器の負荷にコンタクト式電縫管負荷を接続したコンタクト式電縫管溶接電源装置において，電力指令値と電力検出値の差が所定値以上になったことを検知して負荷短絡と判断することを特徴とするコンタクト式電縫管溶接電源装置の負荷短絡検知方法。
【請求項２】
電力変換器の負荷にコンタクト式電縫管負荷を接続したコンタクト式電縫管溶接電源装置において，電力指令値と電力検出値の差を求める減算手段と、前記減算手段の出力が所定値以上になったことを判定する比較手段と、を備えたことを特徴とするコンタクト式電縫管溶接電源装置の負荷短絡検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクト式電縫管溶接電源装置の負荷短絡検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に背景技術を説明するためのコンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図を、図５に背景技術を説明するためのコンタクト式電縫管溶接装置の概念図を示す。
電縫管は、金属板を管状に成形しながら移動させ、その端部を高周波電流で連続して溶接することにより製造される管で、土木、建築、鉄塔、支柱、その他の構造物に広く一般に使用されている。
図５に基づいて、電縫管の製造方法を説明する。コンタクト式電縫管溶接電源装置は、帯状の金属をオープンパイプ状に曲げ成形しながら移動させるライン設備に用いられる。その端部同士の接触部の溶接は、電縫管溶接電源１４から電力が数１０ｋＷ〜数１００ｋＷ、周波数が数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波電力を、コンタクト式電縫管負荷２０にコンタクトチップ２１を接触させて供給することで行われる。スクイズロール２２は、溶接部を圧接する役目をしている。
【０００３】
コンタクト式電縫管負荷２０は、数ｍ／ｍｉｎ〜数１０ｍ／ｍｉｎで常に移動しており、コンタクトチップ２１から見たコンタクト式電縫管負荷２０は上下左右に変動するため、相互は、頻繁に接触、開放を繰り返している。また、コンタクトチップ２１部での短絡も頻繁に発生する。
ここで、負荷の開放、短絡により、溶接箇所に投入されるべき電力が、投入されないために生じる溶接不具合の修正、除去を行うため、溶接不具合箇所の特定は重要である。
次に、図４において、主回路構成図を説明する。電力変換器１１は、真空管やＭＯＳＦＥＴ半導体素子などを用いて構成された電圧源として動作する電圧型インバータであり、電力が数１０ｋＷ〜数１００ｋＷ、周波数が数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波電力を供給する。その出力には、誘導性インピーダンス１２を介して共振コンデンサ１３が並列に接続され、全体として電縫管溶接電源１４を構成している。
【０００４】
電縫管溶接電源１４の出力には、誘導性インピーダンス１８と抵抗成分１９で構成されたコンタクト式電縫管負荷２０が接続されている。
一般的に加熱負荷の抵抗は、数１０ｍΩ〜数１００ｍΩであるが、大電力を投入するために大電流が必要とされる。このため、共振回路が用いられ、この場合の共振回路は、誘導性インピーダンス１２と、誘導性インピーダンス１８と共振コンデンサ１３の並列回路となる。
また、スイッチ１５はコンタクト式電縫管負荷２０の短絡を表し、短絡時には誘導性インピーダンス１６と抵抗成分１７がコンタクト式電縫管負荷２０に並列に接続される構成となる。
ここで、出力周波数が数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの１周期の時間は数μｓ〜数１０μｓであるが、例えば導体に用いられている銅片による機械的な短絡現象は、出力の周期の数周期以上であることが多く動作が遅いため、例えば１回／１周期で電流の制御を行う場合の電流は制御により一定となる。
【０００５】
また、コンタクト式電縫管負荷２０の抵抗成分１９は上述のように数１０ｍΩ〜数１００ｍΩで、誘導性インピーダンス１８も数１０ｎＨ〜数１００ｎＨで小さい値である。通常状態のコンタクト式電縫管負荷２０の合成インピーダンスと比較して、例えば、導体に用いられている銅片による短絡時ではコンタクト式電縫管負荷２０と誘導性インピーダンス１６と抵抗成分１７の直列回路の並列合成インピーダンスは、数１０％程度の減少であることが多く大きく変化しないため、電流は一定に制御される。
以上の理由から、負荷短絡時の電流の増加は小さく、特許文献１に示すような負荷短絡による過大な電流を検出する方法は用いることができない。
また、上述のように、負荷短絡時の電流が制限されて、大きく変化しない場合の負荷短絡検出方法として、特許文献２に示すような電力の減少の検出により行う方法が提案されている。この方式は、オゾナイザー用電源装置での短絡検出の例である。検出回路ブロック図を図６に示す。インバータ出力電流検出器３１の出力とインバータ出力電圧検出器３２の出力を乗算器３３で掛算して電力を求め、これを電力平均化回路３４で平均化した平均電力ＰＯを設定器３６の設定値ＰＯＬと比較器３５で比較する回路と、インバータ出力電力設定信号ＰＳを設定器３８の設定値ＰＣＬと比較器３７で比較する回路と、比較器３５の出力と比較器３７の出力とを入力とするＯＲ論理回路３９で構成される。
検出の方法は、ＰＳ＞ＰＣＬかつＰＯ＜ＰＯＬの時に短絡と判定する方式である。即ち、電力設定値ＰＳが所定値ＰＣＬ以上で、かつインバータ出力電力平均値ＰＯが所定値ＰＯＬ以下の時は負荷短絡と判定する方式である。
【特許文献１】特開平６−６９７３２号公報
【特許文献２】特開２０００−１４３２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、課題はコンタクト式電縫管溶接電源装置の負荷短絡検出方法において、負荷短絡時のインバータ出力電流の増加が小さいため、負荷短絡時の過大な電流を検出する方法では負荷短絡の検出ができないことである。また、負荷短絡時の電力減少が設定値以上になったことを検出して負荷短絡検出が可能であるが、電力検出値に対する比較設定器と電力設定値に対する比較設定器の２つの設定器が必要であり、回路が複雑で、さらに、２つの比較設定器の設定値は設定する電力の大きさによって、調整し直す必要があり面倒である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、電力変換器の負荷にコンタクト式電縫管負荷を接続したコンタクト式電縫管溶接電源装置において、電力指令値と電力検出値の差が所定値以上になったことを検知して負荷短絡と判断する。
第２の発明においては、電力変換器の負荷にコンタクト式電縫管負荷を接続したコンタクト式電縫管溶接電源装置において、電力指令値と電力検出値の差を求める減算手段と、前記減算手段の出力が所定値以上になったことを判定する比較手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、コンタクト式電縫管溶接電源装置の負荷短絡検出が可能であるため、負荷短絡した箇所の特定が可能である。そのため、負荷短絡により、溶接箇所に投入されるべき電力が、投入されないために生じた溶接不具合箇所の修正、除去が容易となる。また、オペレータの目視による溶接不具合箇所の抽出と比較し、時間短縮でき、確実で信頼性が向上する。さらに、電力指令値と電力検出値の差を設定値と比較する方法であり、設定値が１つのため、回路が簡単で、設定する電力の大きさによって設定値を調整し直す必要が無く面倒でない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の要点は、コンタクト式電縫管溶接電源装置に於ては、負荷短絡時の電流の増加が小さく、過大電流を検出する方式では負荷短絡を検出することができないため、電力指令値と電力検出値との差が設定値以上になったことを検知して負荷短絡を検知するようにした点である。
【実施例１】
【００１０】
図１に本発明の第1の実施例を説明するための回路図を、図２に制御動作を説明するための制御回路ブロック図を、図３に短絡時の図２の各部の動作を説明するための波形図を示す。
コンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図およびコンタクト式電縫管溶接電源装置の概念図は、背景技術と同様であるので、説明を省略する。
図３において、背景技術でも説明したように、電流の制御周期が負荷の短絡現象と比較して短く、また負荷短絡時のインピーダンスの変化も小さいため、電流制御により電流指令値Ｉ＊と電流検出値Ｉは常にほぼ一致した値となる。
また、図４において、通常状態のコンタクト式電縫管負荷２０の抵抗成分１９と比較して、例えば、導体に用いられている銅片による短絡時には、コンタクト式電縫管負荷２０の抵抗成分１９と負荷短絡時の抵抗成分１７の並列抵抗成分は数１０％程度減少することが多い。
【００１１】
ここで、図２、図３において、電力調節器４の応答は電流調節器５の応答時間に比べて１０倍以上遅い応答時間となることが多く、負荷短絡現象動作より遅いため、電力指令値Ｐ＊を一定とすると、負荷短絡時の電力検出値Ｐは減少（電力指令値Ｐ＊と電力検出値Ｐの差分は増加）し、その後電力調節器４の応答により、電流指令値Ｉ＊が増加し徐々に元の電力検出値Ｐに戻る。
上記の動作を利用した負荷短絡検出する方法を、図１に示す。コンタクト式電縫管負荷２０の短絡時は電力指令値Ｐ＊と電力検出値Ｐとの差分Ｐ＊−Ｐが大となるので、その値と設定器１の出力をコンパレータ２で比較することで、負荷短絡検出が可能である。
ここで、設定器１の出力を適切な値とすれば、電力指令値Ｐ＊と電力検出値Ｐとの差分Ｐ＊−Ｐとの比較であるので電力指令値Ｐ＊の大きさや電力検出値Ｐの大きさによって、調整し直す必要は無い。電力指令値Ｐ＊の通常の設定変更スピードは遅く、その動作では、電力指令値Ｐ＊と電力検出値Ｐはほぼ一致しており、誤って負荷短絡検出することは無い。
【００１２】
尚、負荷短絡時に電力検出値Ｐの変化を検出し、負荷短絡検出することが可能であることは言うまでもない。また、電力調節器４の出力である電流指令値Ｉ＊の変化、同様に変化する電流検出値Ｉの変化または電流調節器５の出力の変化を検出し、負荷短絡検出することも可能であることは言うまでもない。この場合は、電力調節器４の応答が速くても、負荷短絡時の電力検出値Ｐの減少により、電力調節器４の出力が変化するので負荷短絡検出することが可能である。さらに、図４において、電力変換器１１出力の各部短絡の検出に本方法が有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、負荷短絡により出力電流が過大に増加しない共振形の変換回路を用いる、オゾナイザー用高周波電源装置、レーザー用高周波電源装置、ＤＣ−ＤＣコンバータなどへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第1の実施例を示す回路図
【図２】本発明の第1の実施例を説明するための制御回路ブロック図
【図３】本発明の第1の実施例を説明するための動作波形図
【図４】コンタクト式電縫管溶接電源装置の回路構成
【図５】コンタクト式電縫管溶接装置の概念図
【図６】従来の短絡検出方式を示す回路ブロック図
【符号の説明】
【００１５】
１、３６、３８・・・設定器          ２、３５、３７・・・比較器（コンパレータ）
３、６、７・・・減算器          ４・・・電力調節器          ５・・・電流調節器
１１・・・電力変換器          １２、１６、１８・・・誘導性インピーダンス
１３・・・共振コンデンサ          １４・・・電縫管溶接電源
１５・・・スイッチ          １７、１９・・・抵抗
２０・・・コンタクト式電縫管負荷          ２１・・・コンタクトチップ
２２・・・スクイズロール
３１・・・出力電流検出器          ３２・・・出力電圧検出器
３３・・・乗算器          ３４・・・電力平均化回路          
３９・・・ＯＲ論理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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