(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源主回路の出力制御を行いアーク負荷に適した出力を供給するアークガウジング用電源装置において、出力電流設定信号を出力する出力電流設定回路と、前記電源主回路から出力される出力電流を検出して出力電流検出信号を出力する出力電流検出回路と、フィドバック信号である出力電流検出信号と出力電流設定信号とを比較演算して比較演算信号を出力する比較演算回路と、予め定めた値の低増幅度を有する出力制御増幅回路と、予め定めた値の高増幅度を有する短絡制御増幅回路と、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号を出力する出力・短絡切換基準設定回路と、前記出力電流検出信号と予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号とを比較する出力電流比較回路と、前記出力電流比較回路から出力される出力電流比較信号の値に応じて前記出力制御増幅回路及び短絡制御増幅回路のどちらかを切換える出力・短絡制御増幅切換回路と、前記出力・短絡制御増幅切換回路によって切換えられた出力制御増幅回路及び短絡制御増幅回路のどちらかで増幅される出力・短絡電流制御信号と、前記出力・短絡電流制御信号の値に応じて前記電源主回路の出力を制御する出力制御処理回路とを備えたアークガウジング用電源装置。
【請求項２】
電源主回路の出力制御を行いアーク負荷に適した出力を供給するアークガウジング用電源装置において、出力電流設定信号を出力する出力電流設定回路と、前記電源主回路から出力される出力電流を検出して出力電流検出信号を出力する出力電流検出回路と、フィドバック信号である出力電流検出信号と出力電流設定信号とを比較演算して比較演算信号を出力する比較演算回路と、予め定めた値の低増幅度を有する出力制御増幅回路と、予め定めた値の高増幅度を有する短絡制御増幅回路と、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号を出力する出力・短絡切換基準設定回路と、前記出力電流検出信号と予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号とを比較して前記出力電流検出信号が出力・短絡切換基準信号よりも小さいときに出力電流比較信号をＨｉｇｈレベルにして前記出力電流検出信号が出力・短絡切換基準信号よりも大きいときに出力電流比較信号をＬｏｗレベルにする出力電流比較回路と、前記出力電流比較信号がＨｉｇｈレベルのときに前記出力制御増幅回路に切換えるとともに、前記出力電流比較信号がＬｏｗレベルのときに前記短絡制御増幅回路に切換える出力・短絡制御増幅切換回路と、前記出力・短絡制御増幅切換回路によって切換えられた出力制御増幅回路及び短絡制御増幅回路のどちらかで増幅された出力・短絡電流制御信号と、前記出力・短絡電流制御信号の値に応じて前記電源主回路の出力を制御する出力制御処理回路とを備えたアークガウジング用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークスタート時に生じる短絡電流を制御して良好なアークスタートを実現するアークガウジング用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来技術１のアークガウジング用電源装置の接続図である。同図に示すように、このアークガウジング用電源装置はガウジング用トーチ１、カーボン電極２、被ガウジング材（以下、被加工材という）３、起動回路ＴＳ、出力電流設定回路ＩＳ及びガウジング用電源ＧＰＳから形成されている。
【０００３】
図２において、ガウジング用電源ＧＰＳは、一点鎖線で囲んだ各回路ブロックから形成されている。以下これらの各回路ブロックについて説明する。電源主回路ＩＮＶは商用電源及びエンジン発電機などの電力源を入力として出力制御を行い、アーク負荷に適した出力を供給する。一般的に、この電源主回路ＩＮＶとしては、サイリスタ位相制御回路等が慣用されている。
【０００４】
上記ガウジング用電源ＧＰＳは、起動回路ＴＳから出力される起動信号Ｔｓに応じて動作を開始する。出力電流検出回路ＩＤは、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する。比較演算回路ＥＩはフィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定回路ＩＳから出力される出力電流設定信号Ｉｓとを比較演算して比較演算信号Ｅｉを出力する。
【０００５】
予め定めた増幅度（ゲイン）ａ０を有する増幅回路Ａ０は、上記比較演算信号Ｅｉを増幅して垂下特性の勾配を有する出力電流制御信号Ｇａに変換して出力する。出力制御処理回路ＣＩは、上記出力電流制御信号Ｇａを電源主回路ＩＮＶが駆動できる出力電流処理信号Ｃｉにレベル変換して出力電流を制御する。
【０００６】
図３は、従来技術１のアークガウジング用電源装置の外部出力特性図であり、垂下特性を有している、図３に示す出力電流制御領域Ａにおいて、アーク長が伸びた時には電流を抑えて被加工材３の溶融速度を遅くし、逆にアーク長が短くなっ時には電流を増加させて被加工材３の溶融速度を速くして、アーク長を一定にしてアークの安定性を維持する。
【０００７】
しかし、アークスタート時において、カーボン電極２を被加工材３に接触させると、図３に示す外部出力特性が出力電流制御領域Ａから短絡電流領域Ｂに移行し、上記移行（短絡）と同時に大きな値の短絡電流Ｉｃ３が流れてしまう。
【０００８】
図４は、従来技術２のアークガウジング用電源装置の接続図である。同図において、図２と同一の符号は同一動作を行うので説明は省略して相違する動作について説明する。
【０００９】
出力電流比較回路ＣＰは、出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の短絡電流制限信号Ｓｌとを比較して出力電流比較信号Ｃｐを出力する。
【００１０】
短絡電流制限回路ＳＬは、予め定めた値の短絡電流制限信号Ｓｌを出力する。出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ２はａ側に出力電流設定回路ＩＳから出力される出力電流設定信号Ｉｓが入力され、ｂ側には短絡電流制限回路ＳＬから出力される短絡電流制限信号Ｓｌが入力され、出力電流比較信号Ｃｐの値に応じて上記どちらかを切換えて比較演算回路ＥＩに入力する。
【００１１】
ガウジング用電源ＧＰＳは、起動回路ＴＳから出力される起動信号Ｔｓに応じて動作を開始する。出力電流検出回路ＩＤは、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する。出力電流比較回路ＣＰは、出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の短絡電流制限信号Ｓｌとを比較して、出力電流検出信号Ｉｄが短絡電流制限信号Ｓｌ（Ｉｄ＜Ｓｌ）よりも小さいときに、出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルになり、上記出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルになると上記出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ２をａ側にする。逆に上記出力電流検出信号Ｉｄが短絡電流制限信号Ｓｌ（Ｉｄ＞Ｓｌ）よりも大きいときに、出力電流比較信号ＣｐがＬｏｗレベルになり、上記出力電流比較信号ＣｐのＬｏｗレベルに応じて、出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ２をｂ側にする。
【００１２】
比較演算回路ＥＩはフィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ２によって選択される出力電流設定信号Ｉｓ及び短絡電流制限信号Ｓｌのどちらかとを比較演算して比較演算信号Ｅｉを出力する。
【００１３】
図５は、従来技術２のアークガウジング用電源装置の外部出力特性図であり、出力電流検出信号Ｉｄが短絡電流制限信号Ｓｌ（Ｉｄ＜Ｓｌ）よりも小さいとき、即ち、図５に示す短絡電流制限値Ｉｃ２以下のとき、垂下特性で制御を行い、出力電流検出信号Ｉｄが短絡電流制限信号Ｓｌ（Ｉｄ＞Ｓｌ）より大きいときに、予め定めた値の短絡電流制限信号Ｓｌの値によって短絡電流制限値Ｉｃ２を越えない制御を行う。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１のアークガウジング用電源装置では、ガウジング作業を開始するときにカーボン電極２を被加工材３に接触させることによってアークスタートを行うが、この接触（短絡）させた瞬間に大きな短絡電流が流れて被加工材３が溶けすぎてしまうことによって、アークスタート時に被加工材３に大きなくぼみが生じてしまう。また、従来技術２のアークガウジング用電源装置では、短絡電流制限値を越える出力電流が流れないので電源主回路の主制御素子が破壊することが防止出来る。しかし、上述と同じようにアークスタート時に被加工材３を溶かすに十分な値の短絡電流が流れて被加工材３にくぼみが生じてしまう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
出願時請求項１の装置の発明は、図６に示すように、電源主回路ＩＮＶの出力制御を行いアーク負荷に適した出力を供給するアークガウジング用電源装置において、出力電流設定信号Ｉｓを出力する出力電流設定回路ＩＳと、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する出力電流検出回路ＩＤと、フィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｓとを比較演算して比較演算信号Ｅｉを出力する比較演算回路ＥＩと、予め定めた値の低増幅度ａ１を有する出力制御増幅回路Ａ１と、予め定めた値の高増幅度ａ２を有する短絡制御増幅回路Ａ２と、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆを出力する出力・短絡切換基準設定回路ＶＦと、上記出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆとを比較する出力電流比較回路ＣＰと、上記出力電流比較回路ＣＰから出力される出力電流比較信号Ｃｐの値に応じて上記出力制御増幅回路Ａ１及び短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかを切換える出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１と、上記出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１によって切換えられた出力制御増幅回路Ａ１及び短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかで増幅された出力・短絡電流制御信号Ｇｂと、上記出力・短絡電流制御信号Ｇｂの値に応じて電源主回路ＩＮＶの出力を制御する出力制御処理回路ＣＩとを備えたアークガウジング用電源装置である。
【００１６】
出願時請求項２の装置の発明は、出願時請求項１の出力電流比較回路ＣＰが、出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆとを比較して上記出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆより小さいときに出力電流比較信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにし、上記出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆより大きいときに出力電流比較信号ＣｐをＬｏｗレベルにする比較回路であり、さらに、出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１が、上記出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルのとき出力制御増幅回路Ａ１に切換えるとともに、上記出力電流比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのとき上記短絡制御増幅回路Ａ２に切換える切換回路であって、電源主回路ＩＮＶの出力制御を行いアーク負荷に適した出力を供給するアークガウジング用電源装置において、出力電流設定信号Ｉｓを出力する出力電流設定回路ＩＳと、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する出力電流検出回路ＩＤと、フィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｓとを比較演算して比較演算信号Ｅｉを出力する比較演算回路ＥＩと、予め定めた値の低増幅度ａ１を有する出力制御増幅回路Ａ１と、予め定めた値の高増幅度ａ２を有する短絡制御増幅回路Ａ２と、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆを出力する出力・短絡切換基準設定回路ＶＦと、上記出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆとを比較して上記出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆよりも小さいときに出力電流比較信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにし、上記出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆよりも大きいときに出力電流比較信号ＣｐをＬｏｗレベルにする出力電流比較回路ＣＰと、上記出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルのときに上記出力制御増幅回路Ａ１に切換えるとともに、上記出力電流比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのときに上記短絡制御増幅回路Ａ２に切換える出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１と、上記出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１によって切換えられた出力制御増幅回路Ａ１及び短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかで増幅された出力・短絡電流制御信号Ｇｂと、上記出力・短絡電流制御信号Ｇｂの値に応じて電源主回路ＩＮＶの出力を制御する出力制御処理回路ＣＩとを備えたアークガウジング用電源装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、当該出願に係る発明の特徴を最も良く表す図である。後述する図６と同じなので、説明は図６で後述する。
【００１９】
本発明の実施の形態は、出願時請求項１の装置の発明であって、電源主回路ＩＮＶの出力制御を行いアーク負荷に適した出力を供給するアークガウジング用電源装置において、出力電流設定信号Ｉｓを出力する出力電流設定回路ＩＳと、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する出力電流検出回路ＩＤと、フィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｓとを比較演算して比較演算信号Ｅｉを出力する比較演算回路ＥＩと、予め定めた値の低増幅度ａ１を有する出力制御増幅回路Ａ１と、予め定めた値の高増幅度ａ２を有する短絡制御増幅回路Ａ２と、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆを出力する出力・短絡切換基準設定回路ＶＦと、上記出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆとを比較する出力電流比較回路ＣＰと、上記出力電流比較回路ＣＰから出力される出力電流比較信号Ｃｐの値に応じて上記出力制御増幅回路Ａ１及び短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかを切換える出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１と、上記出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１によって切換えられた出力制御増幅回路Ａ１及び短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかで増幅された出力・短絡電流制御信号Ｇｂと、上記出力・短絡電流制御信号Ｇｂの値に応じて電源主回路ＩＮＶの出力を制御する出力制御処理回路ＣＩとを備えたアークガウジング用電源装置である。
【００２０】
【実施例】
図６は、本発明のアークガウジング用電源装置の接続図である。同図において、図２と同一の符号は同一動作を行うので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００２１】
出力・短絡切換基準設定回路ＶＦは、予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆを出力する。出力電流比較回路ＣＰは、出力電流検出信号Ｉｄと上記予め定めた値の出力・短絡切換基準設定信号Ｖｆとを比較して出力電流比較信号Ｃｐを出力する。
【００２２】
出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１は、出力電流比較信号Ｃｐの値に応じて上記出力・短絡制御増幅切換回路ＳＷ１のａ側に接続された出力制御増幅回路Ａ１又はｂ側に接続された短絡制御増幅回路Ａ２のどちらかを選択して比較演算信号Ｅｉを入力する。
【００２３】
ガウジング用電源ＧＰＳは、起動回路ＴＳから出力される起動信号Ｔｓに応じて動作を開始する。出力電流検出回路ＩＤは、上記電源主回路ＩＮＶから出力される出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する。出力電流比較回路ＣＰは、上記出力電流検出信号Ｉｄと予め定めた値の出力・短絡切換基準信号Ｖｆとを比較して、出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆ（Ｉｄ＜Ｖｆ）よりも小さいときに出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルになり、上記出力電流比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルのときに出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ１をａ側にする。逆に上記出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆ（Ｉｄ＞Ｖｆ）よりも大きいときに出力電流比較信号ＣｐがＬｏｗレベルになり、上記出力電流比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのときに出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ１をｂ側にする。
【００２４】
比較演算回路ＥＩはフィドバック信号である出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｓとを比較演算して、比較演算信号Ｅｉ＝Ｉｓ−Ｉｄを出力する。
【００２５】
出力電流比較回路ＣＰは、出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆ（Ｉｄ＜Ｖｆ）よりも小さいときに（即ち図７に示す出力電流制御領域Ａのとき）通常のアーク発生状態と判断して、出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ１をａ側に切換えて比較演算信号Ｅｉを出力制御増幅回路Ａ１に入力させ、予め定めた低増幅度のゲインａ１によって増幅された出力・短絡電流制御信号Ｇｂを出力する。
【００２６】
出力制御処理回路ＣＩは、上記出力・短絡電流制御信号Ｇｂを電源主回路ＩＮＶが駆動できる出力電流処理信号Ｃｉにレベル変換し、図７に示す出力電流制御領域Ａの外部特性の傾き（勾配）が小さくなるようにして定電圧制御に近い外部特性で出力電流を制御する。
【００２７】
出力電流比較回路ＣＰは、出力電流検出信号Ｉｄが出力・短絡切換基準信号Ｖｆ（Ｉｄ＞Ｖｆ）よりも大きいときに（即ち図７に示す短絡電流領域Ｃ）アークスタート状態と判断して、出力・短絡電流設定切換回路ＳＷ１をｂ側に切換えて比較演算信号Ｅｉを短絡制御増幅回路Ａ２に入力させ、予め定めた高増幅度のゲインａ２によって増幅された出力・短絡電流制御信号Ｇｂを出力する。
【００２８】
出力制御処理回路ＣＩは、上記出力・短絡電流制御信号Ｇｂの値を電源主回路ＩＮＶが駆動できる出力電流処理信号Ｃｉにレベル変換して出力電流の外部特性の傾き（勾配）が大きくなるように制御して、図７の短絡電流領域Ｃに示すように、定電流制御に近い外部特性で出力電流を制御する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のアークガウジング用電源装置では、アークスタートの短絡によって生じる短絡電流値を検出し、上記短絡電流値が予め定めた値を越えたときにアークスタート時と判断して、定電流制御に近い外部特性に切換えて出力電流を制御するので、図８に示すアークスタート時の短絡電流値が従来技術１の短絡電流最大値Ｉｃ３から短絡電流制御値Ｉｃ２に低減されて、問題となっていたアークスタート時に発生する被加工材のくぼみが解消できる。さらに、アークスタート時の短絡電流の最適化によってスムーズなアークスタートが可能となり作業効率も大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、当該出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図２】図２は、従来技術１のアークガウジング用電源装置の接続図である。
【図３】図３は、従来技術１のアークガウジング用電源装置の外部出力特性図である。
【図４】図４は、従来技術２のアークガウジング用電源装置の接続図である。
【図５】図５は、従来技術２のアークガウジング用電源装置の外部出力特性図である。
【図６】図６は、本発明のアークガウジング用電源装置の接続図である。
【図７】図７は、本発明のアークガウジング用電源装置の外部出力特性図である。
【図８】図８は、本発明、従来技術１及び従来技術２のアークガウジング用電源装置の外部出力特性の比較図である。
【符号の説明】
１            ガウジング用トーチ
２            カーボン電極
３            被加工材（ガウジング材）
Ａ０          増幅回路
Ａ１          出力制御増幅回路
Ａ２          短絡制御増幅回路
ＣＩ          出力制御処理回路
ＣＰ          出力電流比較回路
ＥＩ          比較演算回路
ＩＤ          出力電流検出回路
ＩＳ          出力電流設定回路
ＩＮＶ        電源主回路
ＳＬ          短絡電流制限回路
ＳＷ１        出力・短絡制御増幅切換回路
ＳＷ２        出力・短絡電流設定切換回路
ＧＰＳ        ガウジング用電源
ＴＳ          起動回路
ＶＦ          出力・短絡切換基準設定回路
Ｃｉ          出力制御処理信号
Ｃｐ          出力電流比較信号
Ｅｉ          比較演算信号
Ｉｄ          出力電流検出信号
Ｉｓ          出力電流設定信号
Ｉｃ１        出力電流制御限界値
Ｉｃ２        短絡電流制御値
Ｉｃ３        短絡電流最大値
Ｇａ          出力電流制御信号
Ｇｂ          出力・短絡電流制御信号
Ｓｌ          短絡電流制限信号
Ｔｓ          起動信号
Ｖｆ          出力・短絡切換基準信号
【図１】
0004685264.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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