JP5618850B2 - 溶接用電源装置及び溶接機 - Google Patents
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Description
この発明では、短絡異常が発生したままでの抵抗値及びインダクタンス値の測定を防止できる溶接機の提供が可能となる。
図1は、消耗電極式のアーク溶接機10を示す。アーク溶接機10では、溶接用電源装置11のプラス側出力端子にトーチTHにて支持されるワイヤ電極12が接続され、該電源装置11のマイナス側出力端子に溶接対象Mが接続され、該電源装置11にて生成された直流出力電力のワイヤ電極12への給電によりアーク溶接が行われる。このとき、ワイヤ電極12は溶接時に消耗するため、ワイヤ供給装置13にて消耗に応じて送給がなされる。ワイヤ電極12及び溶接対象Mには、電源装置11の出力端子に接続されるパワーケーブル14を介して出力電力が供給されるようになっている。
R=Ve/Ip1 ・・・ (a)
次いで、インバータ回路22の動作を停止させて、この時の時刻T0から計時が開始される。同時に、時刻T0を起点に刻々と変化する出力電流Iのサンプリングが行われ、時定数に該当する電流減衰量となる電流値ΔIp1(Ip1×36.8%)に到達した時刻をT1とし、その時刻T1−T0間の時間(時定数)τ1が求められる。これにより、通常特性領域A1で変化する合計インダクタンス値La1(リアクトル25の単体ではインダクタンス値La)が次式(b)にて算出される。
La1=R・τ1(=Ve・τ1/Ip1) ・・・ (b)
次いで、再びインバータ回路22を動作させて、出力電流Iが過飽和特性領域A2内の所定電流値Ip2に調整される。調整後、インバータ回路22の動作を再び停止させて、この時の時刻T2から計時が開始される。同時に、時刻T2を起点に刻々と変化する出力電流Iのサンプリングが行われ、時定数に該当する電流減衰量となる電流値ΔIp2(Ip2×36.8%)に到達した時刻をT3とし、その時刻T3−T2間の時間(時定数)τ2が求められる。これにより、過飽和特性領域A2で変化する合計インダクタンス値Lb1(リアクトル25の単体ではインダクタンス値Lb)が次式(c)にて算出される。
Lb1=R・τ2=(Ve・τ2/Ip2) ・・・ (c)
次いで、図2に示すように、算出された通常特性領域A1の合計インダクタンス値La1と過飽和特性領域A2の合計インダクタンス値Lb1とが直線補完により、合計インダクタンス値Lが電流Iの関数L(I)として得られる。そして、このようにして得られた合計インダクタンス値Lの関数L(I)と、先に求めた合計抵抗値Rとが制御装置31内に保持される。以上で、測定モードが終了する。
Va=V−L(I)・dI/dt−RI ・・・ (d)
因みに、具体的数値で示すと、インバータ回路22のオンに基づいて出力電流Iの電流値Ip1=400[A]を10[ms]間出力させ、その後、インバータ回路22をオフさせる。この間の平均電圧値Veが4[V]であると、上記式(a)から、
R=Ve/Ip1=4/400=0.01[Ω]
と合計抵抗値Rが算出される。
ΔIp1=400×0.368=147[A]
であり、インバータ回路22をオフしてから出力電流Iが400[A]からその147[A]に達するその時定数τ1が3[ms]であれば、上記式(b)から、
La1=R・τ1=0.01×3=0.03[mH]
と通常特性領域A1において、直流リアクトル25の単体のインダクタンス値Laを含む合計インダクタンス値La1が算出される。尚、上記した電流値Ip1は、予め使用する直流リアクトル25の仕様から推定し、過飽和特性領域A2に達しない値に設定する必要がある。
ΔIp2=20×0.368=7[A]
であり、インバータ回路22をオフしてから出力電流Iが20[A]からその7[A]に達するその時定数τ2が10[ms]であれば、上記式(c)から、
Lb1=R・τ2=0.01×10=0.1[mH]
と過飽和特性領域A2において、直流リアクトル25の単体のインダクタンス値Lbを含む合計インダクタンス値Lb1が算出される。
(1)先端電圧Vaの算出にかかる電極12の先端までの合計抵抗値Rと合計インダクタンス値L(本実施形態では関数L(I))とを測定する測定モードにおいて、各測定値の実測定中に、検出した出力電圧V(Vm)が電極12の短絡異常を含む要因による異常値か否かが判定される。異常と判定されると、異常報知装置36にて異常の旨の報知がなされる。これにより、実測定時に要求される電極12の短絡状態が異常である場合、その旨の報知により作業者にて認識可能となるため、短絡異常が発生したままで実測定が継続されることを防止することができる。結果、作業者による実測定のやり直しができ、精度の良い先端電圧Vaを取得することに寄与することができる。また、短絡異常による不意なアークの発生を抑制でき、作業者の作業環境改善に寄与することができる。
・上記実施形態では、測定前判定時に電極12に対する印加電圧を15[V]程度に設定したが、電圧値は一例であり適宜変更してもよい。この場合、実測定中の印加電圧よりも十分に小さい電圧値に設定するのが好ましい。
・上記実施形態では、記憶装置35に各種ケーブル14に関するデータベース(DB)を記憶し各測定値との比較を行うようにしたが、これを省略してもよい。
11 溶接用電源装置
12 ワイヤ電極(電極)
22 インバータ回路
23 溶接トランス
24 整流回路(直流変換手段)
25 直流リアクトル(直流変換手段)
31 制御装置(制御手段、先端電圧算出手段、抵抗値算出手段、インダクタンス値算出手段、短絡異常判定手段、測定前判定手段、異常報知手段)
33 電流センサ(検出手段)
34 電圧センサ(検出手段)
36 異常報知装置(異常報知手段)
M 溶接対象
I 出力電流
Ip1 電流値
Ip2 電流値
V 出力電圧
Vs 出力電圧(実出力)
Vm 出力電圧(検出)
Va 先端電圧
R 合計抵抗値
L 合計インダクタンス値
L(I) 関数
Claims (4)
- 直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、変換した交流電力の電圧調整を行う溶接トランスと、該溶接トランスの二次側交流電力から溶接に適した直流出力電力を生成する直流変換手段とを備え、生成した前記出力電力の電極への供給に基づいて溶接対象との間に溶接のためのアークを生じさせるものであり、本装置内の検出手段にて検出した出力電流と出力電圧とに基づいて前記電極の先端電圧を算出し、算出した先端電圧に基づいて前記インバータ回路を制御する制御手段を更に備えた溶接用電源装置であって、
前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時の前記出力電圧の電圧値に基づいて前記電極先端までの経路上の合計抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時からの電流減衰量に基づいて前記電極先端までの経路上の合計インダクタンス値を算出するインダクタンス値算出手段とを含む処理を実行する測定モードを有し、前記検出手段にて検出した前記出力電圧の電圧値に対して前記電極先端までの経路上の前記合計抵抗値及び前記合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を補正して前記先端電圧を算出する先端電圧算出手段を備えており、
前記測定モードでの実測定中に、前記検出手段にて検出した前記出力電圧が前記電極の短絡異常を含む要因による異常値か否かを判定する短絡異常判定手段と、
前記短絡異常判定手段にて異常と判定されるとその旨を報知する異常報知手段と
を備えたことを特徴とする溶接用電源装置。 - 請求項1に記載の溶接用電源装置において、
前記測定モードにおける実測定の前に、前記電極の短絡状態の確認のための所定電圧印加を実施し、該電圧印加に基づいて前記出力電圧が前記電極の短絡異常を含む要因による異常値か否かを判定する測定前判定手段を備え、
前記異常報知手段は、前記測定前判定手段にて異常と判定されるとその旨を報知することを特徴とする溶接用電源装置。 - 請求項2に記載の溶接用電源装置において、
前記測定前判定手段による測定前判定時に前記電極に対して印加する電圧は、実測定中に印加される電圧よりも小さい電圧値に設定されたことを特徴とする溶接用電源装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接用電源装置を備えて構成されたことを特徴とする溶接機。
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