JP3162639B2 - 電源装置 - Google Patents
電源装置Info
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- JP3162639B2 JP3162639B2 JP32764296A JP32764296A JP3162639B2 JP 3162639 B2 JP3162639 B2 JP 3162639B2 JP 32764296 A JP32764296 A JP 32764296A JP 32764296 A JP32764296 A JP 32764296A JP 3162639 B2 JP3162639 B2 JP 3162639B2
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- current
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
- B23K9/073—Stabilising the arc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
- B23K10/006—Control circuits therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に関し、
特にプラズマアーク切断機やプラズマアーク溶接機のよ
うなプラズマアークを利用する機器用の電源装置に関す
る。
特にプラズマアーク切断機やプラズマアーク溶接機のよ
うなプラズマアークを利用する機器用の電源装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、上記のようなプラズマアーク利用
機器の電源装置には、例えば図６に示されているような
プラズマアーク切断機用の電源装置がある。この電源装
置では、入力端子１、１に供給された交流電圧が、第１
の変換手段、例えば全波整流器２によって全波整流され
る。全波整流器２は、ダイオード２ａ乃至２ｄをブリッ
ジ接続したものである。整流された交流電圧は、直列に
接続されたコンデンサ６、７によって平滑されて、直流
電圧に変換される。
機器の電源装置には、例えば図６に示されているような
プラズマアーク切断機用の電源装置がある。この電源装
置では、入力端子１、１に供給された交流電圧が、第１
の変換手段、例えば全波整流器２によって全波整流され
る。全波整流器２は、ダイオード２ａ乃至２ｄをブリッ
ジ接続したものである。整流された交流電圧は、直列に
接続されたコンデンサ６、７によって平滑されて、直流
電圧に変換される。
【０００３】この直流電圧は、インバータ手段、例えば
インバータ８によって例えば２０ＫＨｚ乃至１００ＫＨ
ｚの高周波電圧に変換される。インバータ８は、コンデ
ンサ６、７と、例えばＩＧＢＴ９、１０からなる半導体
スイッチング素子と、これらと逆並列に接続されたフラ
イホイールダイオード１１、１２とを含んでいる。イン
バータ８によって生成された高周波電圧は、高周波変圧
器１３によって変圧される。高周波変圧器１３によって
変圧された高周波電圧は、第２の変換手段、例えば全波
整流器２１によって全波整流される。全波整流器２１
も、ダイオード２１ａ乃至２１ｄによって構成されてい
る。全波整流された高周波電圧は、平滑リアクトル２２
によって平滑され、正出力端子２５、負出力端子２６を
介して負荷を構成するトーチ２７とワークピース２８と
に供給される。なお、ワークピース２８は、正出力端子
２５に接続され、トーチ２７は、負出力端子２６に接続
されている。
インバータ８によって例えば２０ＫＨｚ乃至１００ＫＨ
ｚの高周波電圧に変換される。インバータ８は、コンデ
ンサ６、７と、例えばＩＧＢＴ９、１０からなる半導体
スイッチング素子と、これらと逆並列に接続されたフラ
イホイールダイオード１１、１２とを含んでいる。イン
バータ８によって生成された高周波電圧は、高周波変圧
器１３によって変圧される。高周波変圧器１３によって
変圧された高周波電圧は、第２の変換手段、例えば全波
整流器２１によって全波整流される。全波整流器２１
も、ダイオード２１ａ乃至２１ｄによって構成されてい
る。全波整流された高周波電圧は、平滑リアクトル２２
によって平滑され、正出力端子２５、負出力端子２６を
介して負荷を構成するトーチ２７とワークピース２８と
に供給される。なお、ワークピース２８は、正出力端子
２５に接続され、トーチ２７は、負出力端子２６に接続
されている。
【０００４】トーチ２７とワークピース２８との間に
は、アークをスタートさせるとき、ギャップが存在して
いるので、単に出力端子２５、２６から直流電圧をトー
チ２７とワークピース２８との間に供給しても、アーク
を発生しない。そこで、例えば最大値が数ＫＶのパルス
性の高周波電圧を発生する高周波電圧発生装置２４が、
バイパスコンデンサ２３と直列に出力端子２５、２６間
に設けられている。高周波電圧発生装置２４が高周波電
圧を発生すると、上述したギャップ間にアークが発生
し、全波整流器２１から電流が負荷側に流れる。この電
流によって、アークが維持される。なお、バイパスコン
デンサ２３は、高周波発生装置２４が発生した高周波電
圧が、全波整流器２１側に供給されるのを防止するため
に設けられている。
は、アークをスタートさせるとき、ギャップが存在して
いるので、単に出力端子２５、２６から直流電圧をトー
チ２７とワークピース２８との間に供給しても、アーク
を発生しない。そこで、例えば最大値が数ＫＶのパルス
性の高周波電圧を発生する高周波電圧発生装置２４が、
バイパスコンデンサ２３と直列に出力端子２５、２６間
に設けられている。高周波電圧発生装置２４が高周波電
圧を発生すると、上述したギャップ間にアークが発生
し、全波整流器２１から電流が負荷側に流れる。この電
流によって、アークが維持される。なお、バイパスコン
デンサ２３は、高周波発生装置２４が発生した高周波電
圧が、全波整流器２１側に供給されるのを防止するため
に設けられている。
【０００５】全波整流器２１と負荷との間を流れる電流
が、電流検出器３１によって検出され、その電流検出信
号が、抵抗器３７を介して誤差増幅器３４に供給されて
いる。誤差増幅器３４には、切断電流設定器３３によっ
て設定された切断電流の値が、抵抗器３６を介して供給
されている。誤差増幅器３４は、電流検出器３１からの
電流検出信号と切断電流の設定値との誤差を表す誤差信
号を生成し、ドライブ回路３５に供給する。ドライブ回
路３５は、インバータ８のＩＧＢＴ９、１０をパルス幅
制御するもので、その制御は、誤差信号が０となるよう
に行われる。即ち、出力電流が定電流となるように、制
御が行われており、例えばトーチ２７がワーク２８から
離れても、切断能力は変わらず、良好な切断が得られ
る。
が、電流検出器３１によって検出され、その電流検出信
号が、抵抗器３７を介して誤差増幅器３４に供給されて
いる。誤差増幅器３４には、切断電流設定器３３によっ
て設定された切断電流の値が、抵抗器３６を介して供給
されている。誤差増幅器３４は、電流検出器３１からの
電流検出信号と切断電流の設定値との誤差を表す誤差信
号を生成し、ドライブ回路３５に供給する。ドライブ回
路３５は、インバータ８のＩＧＢＴ９、１０をパルス幅
制御するもので、その制御は、誤差信号が０となるよう
に行われる。即ち、出力電流が定電流となるように、制
御が行われており、例えばトーチ２７がワーク２８から
離れても、切断能力は変わらず、良好な切断が得られ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このプラズマアーク切
断機用の電源装置では、定格時で力率が０．５乃至０．
６である。一方、このような小容量のプラズマアーク切
断機の入力側には、保護用に遮断容量が１５Ａの遮断機
またはヒューズが設けられているので、最大で１５Ａの
電流を入力できる。仮に、入力電圧が１１５Ｖ、入力電
流が１５Ａ、プラズマアーク切断機の効率を８５％、力
率を０．６とすると、出力できる電力Ｐは数１によって
表される。
断機用の電源装置では、定格時で力率が０．５乃至０．
６である。一方、このような小容量のプラズマアーク切
断機の入力側には、保護用に遮断容量が１５Ａの遮断機
またはヒューズが設けられているので、最大で１５Ａの
電流を入力できる。仮に、入力電圧が１１５Ｖ、入力電
流が１５Ａ、プラズマアーク切断機の効率を８５％、力
率を０．６とすると、出力できる電力Ｐは数１によって
表される。
【０００７】
【数１】Ｐ＝１１５Ｘ１５Ｘ０．８５Ｘ０．６＝８８０
【０００８】プラズマアーク切断機では、その負荷特性
から出力電圧は例えば１２０Ｖである。従って、切断電
流Ｉは、数２で表される。
から出力電圧は例えば１２０Ｖである。従って、切断電
流Ｉは、数２で表される。
【０００９】
【数２】Ｉ＝８８０／１２０＝７．３
【００１０】数２から明らかなように、この電源では、
それの入力電流に比較して、出力電流（切断電流）が大
きくとることができないという問題点があった。
それの入力電流に比較して、出力電流（切断電流）が大
きくとることができないという問題点があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
交流電圧を直流電圧に変換する第１の変換手段と、上
記変換された直流電圧を高周波電圧に変換するインバー
タ手段と、このインバータ手段の出力を直流化し、負荷
に供給する第２の変換手段と、この第２の変換手段の出
力電流を検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段
と、第２の変換手段の出力電力を検出し、電力検出信号
を生成する電力検出手段と、上記電流検出信号と上記電
力検出信号とが入力され、上記負荷に供給される電力が
第１の設定値よりも小さいとき、上記電流検出信号を選
択し、上記負荷に供給される電力が第１の設定値よりも
大きいとき、上記電力検出信号を選択する選択手段と、
上記電流検出信号と上記電力検出信号とのうち上記選択
手段によって選択されたものが、第２の設定値に等しく
なるように、上記インバータ手段を制御する制御手段と
を、具備している。
交流電圧を直流電圧に変換する第１の変換手段と、上
記変換された直流電圧を高周波電圧に変換するインバー
タ手段と、このインバータ手段の出力を直流化し、負荷
に供給する第２の変換手段と、この第２の変換手段の出
力電流を検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段
と、第２の変換手段の出力電力を検出し、電力検出信号
を生成する電力検出手段と、上記電流検出信号と上記電
力検出信号とが入力され、上記負荷に供給される電力が
第１の設定値よりも小さいとき、上記電流検出信号を選
択し、上記負荷に供給される電力が第１の設定値よりも
大きいとき、上記電力検出信号を選択する選択手段と、
上記電流検出信号と上記電力検出信号とのうち上記選択
手段によって選択されたものが、第２の設定値に等しく
なるように、上記インバータ手段を制御する制御手段と
を、具備している。
【００１２】請求項１記載の発明によれば、負荷、例え
ばトーチとワークピースとに電流が流れている状態で、
これら間のギャップが大きいと、出力電圧、出力電流が
大きくなる。その結果、トーチとワークピースとに供給
される電力が第１の設定値よりも大きくなる。この場
合、電力検出信号が選択手段によって選択され、制御手
段に供給される。その結果、インバータ手段は、定電力
制御される。定電力制御の状態で、ギャップを小さくし
ていくと、出力電流が増加し、出力電圧が低下してい
く。やがて、トーチとワークピースに供給されている電
力が第１の設定値よりも小さくなり、電流検出信号が制
御手段に供給され、インバータ手段は定電流制御され
る。逆に、ギャップが小さく、定電流制御されている状
態から、ギャップを大きくしていくと、定電力制御され
る。
ばトーチとワークピースとに電流が流れている状態で、
これら間のギャップが大きいと、出力電圧、出力電流が
大きくなる。その結果、トーチとワークピースとに供給
される電力が第１の設定値よりも大きくなる。この場
合、電力検出信号が選択手段によって選択され、制御手
段に供給される。その結果、インバータ手段は、定電力
制御される。定電力制御の状態で、ギャップを小さくし
ていくと、出力電流が増加し、出力電圧が低下してい
く。やがて、トーチとワークピースに供給されている電
力が第１の設定値よりも小さくなり、電流検出信号が制
御手段に供給され、インバータ手段は定電流制御され
る。逆に、ギャップが小さく、定電流制御されている状
態から、ギャップを大きくしていくと、定電力制御され
る。
【００１３】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
電源装置において、上記選択手段が、上記電力検出信号
を上記第１の設定値と比較している。
電源装置において、上記選択手段が、上記電力検出信号
を上記第１の設定値と比較している。
【００１４】請求項２記載の発明によれば、負荷に供給
される電力が第１の設定値よりも大きいか否かの判断
を、電力検出信号を第１の設定値と比較手段において比
較することによって行っている。従って、定電力制御の
ために使用する電力検出信号を、定電力制御と定電流制
御との切換にも使用しているので、別個に電力を検出す
るための検出手段が不要である。
される電力が第１の設定値よりも大きいか否かの判断
を、電力検出信号を第１の設定値と比較手段において比
較することによって行っている。従って、定電力制御の
ために使用する電力検出信号を、定電力制御と定電流制
御との切換にも使用しているので、別個に電力を検出す
るための検出手段が不要である。
【００１５】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
電源装置において、上記第１の変換手段に供給される交
流電力の検出手段が設けられ、上記選択手段は、上記交
流電力の検出手段の検出信号を第１の設定値と比較す
る。
電源装置において、上記第１の変換手段に供給される交
流電力の検出手段が設けられ、上記選択手段は、上記交
流電力の検出手段の検出信号を第１の設定値と比較す
る。
【００１６】請求項３記載の発明によれば、第１の変換
手段に供給される交流電力、即ち入力交流電力を検出し
ている。この検出された入力交流電力を第１の設定値と
比較手段において比較している。負荷での消費電力の変
化に応じて入力交流電力も変化するので、入力交流電力
を検出しても、請求項１記載の発明と同様に制御を行え
る。
手段に供給される交流電力、即ち入力交流電力を検出し
ている。この検出された入力交流電力を第１の設定値と
比較手段において比較している。負荷での消費電力の変
化に応じて入力交流電力も変化するので、入力交流電力
を検出しても、請求項１記載の発明と同様に制御を行え
る。
【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明と同様に第１の変換手段と、インバータ手段と、第２
の変換手段と、電流検出手段とを、有している。さら
に、請求項４記載の発明は、第２の変換手段の出力電圧
を検出し、電圧検出信号を生成する電圧検出手段と、上
記電流検出手段の電流検出信号と上記電圧検出信号との
差を求める減算手段と、上記電流検出信号と上記減算手
段の出力とが入力され、上記減算手段の出力が第１の設
定値よりも小さいとき、上記電流検出信号を選択し、上
記減算手段の出力が第１の設定値よりも大きいとき、上
記減算手段の出力を選択する選択手段と、上記電流検出
信号と上記減算手段の出力とのうち上記選択手段によっ
て選択されたものが、第２の設定値に等しくなるよう
に、上記インバータ手段を制御する制御手段とを、具備
している
明と同様に第１の変換手段と、インバータ手段と、第２
の変換手段と、電流検出手段とを、有している。さら
に、請求項４記載の発明は、第２の変換手段の出力電圧
を検出し、電圧検出信号を生成する電圧検出手段と、上
記電流検出手段の電流検出信号と上記電圧検出信号との
差を求める減算手段と、上記電流検出信号と上記減算手
段の出力とが入力され、上記減算手段の出力が第１の設
定値よりも小さいとき、上記電流検出信号を選択し、上
記減算手段の出力が第１の設定値よりも大きいとき、上
記減算手段の出力を選択する選択手段と、上記電流検出
信号と上記減算手段の出力とのうち上記選択手段によっ
て選択されたものが、第２の設定値に等しくなるよう
に、上記インバータ手段を制御する制御手段とを、具備
している
【００１８】請求項４記載の発明によれば、減算手段の
出力は、出力電圧に比例した値と出力電流に比例した値
との差を表している。出力電圧及び出力電流が大きい場
合、上記差は、第１の設定値よりも大きくなる。出力電
圧が低く、出力電流が大きい場合には、上記差は第１の
設定値よりも小さくなる。従って、請求項１記載の発明
と同様に、インバータ手段の制御が行われる。但し、上
記差が第１の設定値よりも大きいときには、上記差が制
御手段に供給されているので、完全な定電力制御ではな
く、疑似的な定電力制御である垂下特性を出力電圧と出
力電流が持つように制御が行われる。
出力は、出力電圧に比例した値と出力電流に比例した値
との差を表している。出力電圧及び出力電流が大きい場
合、上記差は、第１の設定値よりも大きくなる。出力電
圧が低く、出力電流が大きい場合には、上記差は第１の
設定値よりも小さくなる。従って、請求項１記載の発明
と同様に、インバータ手段の制御が行われる。但し、上
記差が第１の設定値よりも大きいときには、上記差が制
御手段に供給されているので、完全な定電力制御ではな
く、疑似的な定電力制御である垂下特性を出力電圧と出
力電流が持つように制御が行われる。
【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１、２、３
または４記載の電源装置において、上記インバータ手段
より前段に、高力率コンバータ手段を設けてある。
または４記載の電源装置において、上記インバータ手段
より前段に、高力率コンバータ手段を設けてある。
【００２０】請求項５記載の発明によれば、高力率コン
バータ手段が設けられているので、インバータ手段に入
力される電流と電圧との間での力率が改善される。従っ
て、負荷に供給される電力を多くすることができ、大電
流、低電圧の状態では、従来のものよりも多くの電流を
負荷に供給することができる。
バータ手段が設けられているので、インバータ手段に入
力される電流と電圧との間での力率が改善される。従っ
て、負荷に供給される電力を多くすることができ、大電
流、低電圧の状態では、従来のものよりも多くの電流を
負荷に供給することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１に本発明によるプラズマアー
ク切断機の第１の実施の形態のブロック図を示す。図１
において、上述した従来のプラズマアーク切断機の構成
部品と同一部品には同一符号を付して、その説明を省略
する。
ク切断機の第１の実施の形態のブロック図を示す。図１
において、上述した従来のプラズマアーク切断機の構成
部品と同一部品には同一符号を付して、その説明を省略
する。
【００２２】図６の従来のプラズマアーク切断機と図１
のプラズマアーク切断機との相違点の１つは、全波整流
器２とインバータ８との間に、高力率コンバータが設け
られている点である。高力率コンバータは、全波整流器
２の出力側に接続された平滑リアクトル３を有してい
る。この平滑リアクトル３の出力を、高周波のスイッチ
ング周波数でグランド側に短絡、開放する、例えばＩＧ
ＢＴのような半導体スイッチング素子４が高力率コンバ
ータの一部として設けられている。さらに、平滑リアク
トル３の出力側に、逆流防止用のダイオード５も高力率
コンバータの一部として設けられている。半導体スイッ
チング素子４を制御するための制御装置５１も設けられ
ている。この制御装置５１は、半導体スイッチング素子
４への入力電流の位相が入力電圧の位相に一致するよう
に、半導体スイッチング素子４を開閉させ、力率をほぼ
１とするものである。
のプラズマアーク切断機との相違点の１つは、全波整流
器２とインバータ８との間に、高力率コンバータが設け
られている点である。高力率コンバータは、全波整流器
２の出力側に接続された平滑リアクトル３を有してい
る。この平滑リアクトル３の出力を、高周波のスイッチ
ング周波数でグランド側に短絡、開放する、例えばＩＧ
ＢＴのような半導体スイッチング素子４が高力率コンバ
ータの一部として設けられている。さらに、平滑リアク
トル３の出力側に、逆流防止用のダイオード５も高力率
コンバータの一部として設けられている。半導体スイッ
チング素子４を制御するための制御装置５１も設けられ
ている。この制御装置５１は、半導体スイッチング素子
４への入力電流の位相が入力電圧の位相に一致するよう
に、半導体スイッチング素子４を開閉させ、力率をほぼ
１とするものである。
【００２３】第２の相違点は、切換指令装置４０が設け
られている点にある。この切換指令装置４０は、出力端
子２５、２６間の電圧を検出する電圧検出器３２を有し
ている。この電圧検出器３２からの電圧検出信号は、入
力側と出力側とを絶縁した絶縁増幅器４２によって増幅
され、乗算器４３に供給されている。電流検出器３１か
らの電流検出信号も、絶縁増幅器４１によって増幅さ
れ、乗算器４３に供給されている。従って、乗算器４３
の出力は、負荷であるトーチ２７とワークピース２８に
供給される電力を表している。これら電流検出器３１、
電圧検出器３２、絶縁増幅器４１、４２、乗算器４３
が、電力検出手段を構成している。
られている点にある。この切換指令装置４０は、出力端
子２５、２６間の電圧を検出する電圧検出器３２を有し
ている。この電圧検出器３２からの電圧検出信号は、入
力側と出力側とを絶縁した絶縁増幅器４２によって増幅
され、乗算器４３に供給されている。電流検出器３１か
らの電流検出信号も、絶縁増幅器４１によって増幅さ
れ、乗算器４３に供給されている。従って、乗算器４３
の出力は、負荷であるトーチ２７とワークピース２８に
供給される電力を表している。これら電流検出器３１、
電圧検出器３２、絶縁増幅器４１、４２、乗算器４３
が、電力検出手段を構成している。
【００２４】乗算器４３の出力が、比較器４４に供給さ
れている。この比較器４４には、切換設定器４５から第
１の設定値、例えば切換設定値信号も供給されている。
比較器４４は、乗算器４３の出力が切換設定値信号より
も大きいか小さいかに応じて出力を発生する。
れている。この比較器４４には、切換設定器４５から第
１の設定値、例えば切換設定値信号も供給されている。
比較器４４は、乗算器４３の出力が切換設定値信号より
も大きいか小さいかに応じて出力を発生する。
【００２５】絶縁増幅器４１の出力は、開閉スイッチ４
６、抵抗器４８を介して誤差増幅器３４に入力されてい
る。また乗算器４３の出力も、開閉スイッチ４７、抵抗
器４９を介して誤差増幅器３４に供給されている。そし
て、乗算器４３の出力が、切換設定値信号よりも大きい
ときに、開閉スイッチ４７が閉じられ、開閉スイッチ４
６が開かれ、乗算器４３の出力が、切換設定値信号より
も小さいときに、開閉スイッチ４７が開かれ、開閉スイ
ッチ４６が閉じられるように、比較器４４が、開閉スイ
ッチ４６、４７を制御する。
６、抵抗器４８を介して誤差増幅器３４に入力されてい
る。また乗算器４３の出力も、開閉スイッチ４７、抵抗
器４９を介して誤差増幅器３４に供給されている。そし
て、乗算器４３の出力が、切換設定値信号よりも大きい
ときに、開閉スイッチ４７が閉じられ、開閉スイッチ４
６が開かれ、乗算器４３の出力が、切換設定値信号より
も小さいときに、開閉スイッチ４７が開かれ、開閉スイ
ッチ４６が閉じられるように、比較器４４が、開閉スイ
ッチ４６、４７を制御する。
【００２６】即ち、切換指令装置４０における比較器４
４、開閉スイッチ４６、４７が選択手段を構成してい
る。また、誤差増幅器３４、ドライブ回路３５が制御手
段を構成している。
４、開閉スイッチ４６、４７が選択手段を構成してい
る。また、誤差増幅器３４、ドライブ回路３５が制御手
段を構成している。
【００２７】このように構成されたプラズマアーク切断
機では、高力率コンバータによって力率がほぼ１の電力
がインバータ８に供給されている。そして、出力端子２
５、２６間には直流電圧が発生し、これがトーチ２７と
ワークピース２８との間に供給されている。トーチ２７
とワークピース２８との間にギャップがあるので、両者
の間には当初アークは発生していない。高周波発生装置
２４を作動させることによって、両者の間にアークが発
生し、このアークが出力端子２５から出力端子２６に流
れる電流（切断電流）によって維持される。
機では、高力率コンバータによって力率がほぼ１の電力
がインバータ８に供給されている。そして、出力端子２
５、２６間には直流電圧が発生し、これがトーチ２７と
ワークピース２８との間に供給されている。トーチ２７
とワークピース２８との間にギャップがあるので、両者
の間には当初アークは発生していない。高周波発生装置
２４を作動させることによって、両者の間にアークが発
生し、このアークが出力端子２５から出力端子２６に流
れる電流（切断電流）によって維持される。
【００２８】切断電流が大電流で、出力端子２５、２６
間の出力電圧が低電圧のとき、乗算器４３の出力（トー
チ２７、ワークピース２８に供給されている電力を表す
信号）は、比較器４４において、切換設定器４５からの
切換設定値信号と比較される。このとき、切断電流が大
きく、出力電圧が低電圧であるので、乗算器４３の出力
は、切換設定値信号よりも小さい。その結果、比較器４
４は、開閉スイッチ４６を閉成し、開閉スイッチ４７を
開放する。従って、絶縁増幅器４１の出力（切断電流を
表すもの）が誤差増幅器３４に供給される。誤差増幅器
３４は、切断電流設定器３３の切断電流設定信号と絶縁
増幅器４１の出力との差分を表す信号をドライブ回路３
５に供給する。ドライブ回路３５は、誤差信号が０とな
るようにインバータ８のＩＧＢＴ９、１０の閉成期間を
調整する。即ち、図２に符号アで示すように、トーチ２
７、ワークピース２８に流れる電流を切断電流設定値信
号と等しい電流となるように、定電流制御する。
間の出力電圧が低電圧のとき、乗算器４３の出力（トー
チ２７、ワークピース２８に供給されている電力を表す
信号）は、比較器４４において、切換設定器４５からの
切換設定値信号と比較される。このとき、切断電流が大
きく、出力電圧が低電圧であるので、乗算器４３の出力
は、切換設定値信号よりも小さい。その結果、比較器４
４は、開閉スイッチ４６を閉成し、開閉スイッチ４７を
開放する。従って、絶縁増幅器４１の出力（切断電流を
表すもの）が誤差増幅器３４に供給される。誤差増幅器
３４は、切断電流設定器３３の切断電流設定信号と絶縁
増幅器４１の出力との差分を表す信号をドライブ回路３
５に供給する。ドライブ回路３５は、誤差信号が０とな
るようにインバータ８のＩＧＢＴ９、１０の閉成期間を
調整する。即ち、図２に符号アで示すように、トーチ２
７、ワークピース２８に流れる電流を切断電流設定値信
号と等しい電流となるように、定電流制御する。
【００２９】また切断電流が大電流で、出力電圧が高電
圧のとき、乗算器４３の出力は、切換設定値信号よりも
大きい。その結果、比較器４４は、開閉スイッチ４６を
開放し、開閉スイッチ４７を閉成する。従って、乗算器
４３の出力が誤差増幅器３４に供給されるので、誤差増
幅器３４は、乗算器４３の出力と切断電流設定信号との
誤差信号を生成し、ドライブ回路３５に供給する。ドラ
イブ回路３５は、誤差信号が０となるようにインバータ
８のＩＧＢＴ９、１０の閉成期間を調整する。即ち、図
２に符号イで示すように、トーチ２７、ワークピース２
８に供給される電力が電流設定値信号と等しくなるよう
に、定電力制御する。
圧のとき、乗算器４３の出力は、切換設定値信号よりも
大きい。その結果、比較器４４は、開閉スイッチ４６を
開放し、開閉スイッチ４７を閉成する。従って、乗算器
４３の出力が誤差増幅器３４に供給されるので、誤差増
幅器３４は、乗算器４３の出力と切断電流設定信号との
誤差信号を生成し、ドライブ回路３５に供給する。ドラ
イブ回路３５は、誤差信号が０となるようにインバータ
８のＩＧＢＴ９、１０の閉成期間を調整する。即ち、図
２に符号イで示すように、トーチ２７、ワークピース２
８に供給される電力が電流設定値信号と等しくなるよう
に、定電力制御する。
【００３０】図２に示されているように、切断電流が大
電流で、出力電圧が低電圧の場合、即ち、トーチ２７が
ワークピース２８に近い場合、安定した定電流制御が行
え、トーチ２７がワークピース２８から離れた結果、切
断電流が大電流で、出力電圧が高電圧になると、定電力
制御が行われる。なお、切断電流設定器３３に設定され
ている切断電流設定値信号が小さい場合には、図２に符
号ウで示すように定電流制御される。
電流で、出力電圧が低電圧の場合、即ち、トーチ２７が
ワークピース２８に近い場合、安定した定電流制御が行
え、トーチ２７がワークピース２８から離れた結果、切
断電流が大電流で、出力電圧が高電圧になると、定電力
制御が行われる。なお、切断電流設定器３３に設定され
ている切断電流設定値信号が小さい場合には、図２に符
号ウで示すように定電流制御される。
【００３１】このプラズマアーク切断機では、高力率コ
ンバータを設けたので、力率を１に近い例えば０．９８
を見ることができる。また、力率コンバータを設けたこ
とにより、効率を８０％と見ることができる。そして、
入力電圧を１１５Ｖ、入力電流を１５Ａとすると、数３
で示す容量Ｐまで、出力が可能となる。
ンバータを設けたので、力率を１に近い例えば０．９８
を見ることができる。また、力率コンバータを設けたこ
とにより、効率を８０％と見ることができる。そして、
入力電圧を１１５Ｖ、入力電流を１５Ａとすると、数３
で示す容量Ｐまで、出力が可能となる。
【００３２】
【数３】 Ｐ＝１１５Ｘ１５Ｘ０．９８Ｘ０．８０＝１３５０
【００３３】一方、図２に示す負荷特性から出力電圧は
７０Ｖ（従来のものより低くなるのは、定電力制御が行
われているため）となり、切断電流は、数４によって表
されるように大きくできる。
７０Ｖ（従来のものより低くなるのは、定電力制御が行
われているため）となり、切断電流は、数４によって表
されるように大きくできる。
【００３４】
【数４】Ｉ＝１３５０／７０＝１９．２
【００３５】即ち、切断電流を大きくできるので、切断
速度を速めることができる。切断速度を速くできるの
で、出力電圧を低くでき、切断機の定格出力が得られな
くても、切断が可能となり、作業効率が向上する。
速度を速めることができる。切断速度を速くできるの
で、出力電圧を低くでき、切断機の定格出力が得られな
くても、切断が可能となり、作業効率が向上する。
【００３６】なお、高力率コンバータを設けない場合、
力率は０．６となる。これは、コンデンサインプット型
のためコンデンサ６、７の充放電電流が大きくなるため
である。従って、入力電圧が１１５Ｖ、入力電流を１５
Ａ、プラズマアーク切断機の効率を０．８５、力率を
０．６とすると、出力容量は、数５によって表され、従
来のものと同様になる。
力率は０．６となる。これは、コンデンサインプット型
のためコンデンサ６、７の充放電電流が大きくなるため
である。従って、入力電圧が１１５Ｖ、入力電流を１５
Ａ、プラズマアーク切断機の効率を０．８５、力率を
０．６とすると、出力容量は、数５によって表され、従
来のものと同様になる。
【００３７】
【数５】１１５Ｘ１５Ｘ０．８５Ｘ０．６＝８８０
【００３８】しかし、定電力制御されているので、出力
電圧を７０Ｖまで使用できる。従って、切断電流は、数
６によって表され、従来のものよりも大きくでき、切断
能力が向上する。即ち、高力率コンバータを設けない場
合でも、定電力制御と定電流制御とを組み合わせること
によって、切断能力を向上させることができる。
電圧を７０Ｖまで使用できる。従って、切断電流は、数
６によって表され、従来のものよりも大きくでき、切断
能力が向上する。即ち、高力率コンバータを設けない場
合でも、定電力制御と定電流制御とを組み合わせること
によって、切断能力を向上させることができる。
【００３９】
【数６】８８０／７０＝１２．６
【００４０】図３に第２の実施の形態を示す。第１の実
施の形態では、出力電力を検出し、これを切換設定値信
号と比較していた。第２の実施の形態では、入力電力を
検出し、これを切換設定値信号と比較している。
施の形態では、出力電力を検出し、これを切換設定値信
号と比較していた。第２の実施の形態では、入力電力を
検出し、これを切換設定値信号と比較している。
【００４１】電流検出器６１によって入力交流電流が絶
縁検出され、整流回路６３によって整流されている。ま
た入力交流電圧が電圧検出器６２によって絶縁検出さ
れ、整流回路６４によって整流される。両整流回路６
３、６４からの検出信号は乗算器６５によって乗算さ
れ、入力電力が算出される。乗算器６５の出力が比較器
６６によって、切換設定器６７からの切換設定値信号と
比較される。この比較器６６によって開閉スイッチ４
６、４７が開閉制御される。無論、比較器６６は、乗算
器６６の出力が切換設定値信号よりも小さいとき、開閉
スイッチ４６を閉成し、開閉スイッチ４７を開放し、乗
算器６６の出力が切換設定値信号よりも大きいとき、開
閉スイッチ４６を開放し、開閉スイッチ４７を閉成す
る。以下の動作は、第１の実施の形態と同様である。
縁検出され、整流回路６３によって整流されている。ま
た入力交流電圧が電圧検出器６２によって絶縁検出さ
れ、整流回路６４によって整流される。両整流回路６
３、６４からの検出信号は乗算器６５によって乗算さ
れ、入力電力が算出される。乗算器６５の出力が比較器
６６によって、切換設定器６７からの切換設定値信号と
比較される。この比較器６６によって開閉スイッチ４
６、４７が開閉制御される。無論、比較器６６は、乗算
器６６の出力が切換設定値信号よりも小さいとき、開閉
スイッチ４６を閉成し、開閉スイッチ４７を開放し、乗
算器６６の出力が切換設定値信号よりも大きいとき、開
閉スイッチ４６を開放し、開閉スイッチ４７を閉成す
る。以下の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００４２】図４に第３の実施の形態を示す。第１の実
施の形態では、電流検出器３１によって切断電流を検出
し、電圧検出器３２によって出力電圧を検出し、両検出
信号を乗算することによって負荷に供給されている電力
を算出している。第３の実施の形態では、電流検出器３
１の検出信号を絶縁増幅した絶縁増幅器７１の出力か
ら、電圧検出器３２の検出信号を絶縁増幅した絶縁増幅
器７２の出力を抵抗器７８、７９を用いて減算してい
る。その減算出力を切換設定器７５の切換設定信号と比
較器７４において比較している。
施の形態では、電流検出器３１によって切断電流を検出
し、電圧検出器３２によって出力電圧を検出し、両検出
信号を乗算することによって負荷に供給されている電力
を算出している。第３の実施の形態では、電流検出器３
１の検出信号を絶縁増幅した絶縁増幅器７１の出力か
ら、電圧検出器３２の検出信号を絶縁増幅した絶縁増幅
器７２の出力を抵抗器７８、７９を用いて減算してい
る。その減算出力を切換設定器７５の切換設定信号と比
較器７４において比較している。
【００４３】切断電流が大きく、出力電圧が大きい場
合、開閉スイッチ７７を閉成し、開閉スイッチ７６を開
放して、減算出力を誤差増幅器３４に比較器７４が供給
している。また切断電流が大きく、出力電圧が低いと
き、絶縁増幅器７１の出力を誤差増幅器３４に供給して
いる。以下の動作は、第１の実施の形態と同様である。
但し、その出力特性は、図５に示されているように、減
算出力が誤差増幅器３４に供給されているとき、その出
力特性は、定電力制御ではなく、近似的定電力特性を有
する垂下特性となる。
合、開閉スイッチ７７を閉成し、開閉スイッチ７６を開
放して、減算出力を誤差増幅器３４に比較器７４が供給
している。また切断電流が大きく、出力電圧が低いと
き、絶縁増幅器７１の出力を誤差増幅器３４に供給して
いる。以下の動作は、第１の実施の形態と同様である。
但し、その出力特性は、図５に示されているように、減
算出力が誤差増幅器３４に供給されているとき、その出
力特性は、定電力制御ではなく、近似的定電力特性を有
する垂下特性となる。
【００４４】上記の各実施の形態では、高力率コンバー
タを、全波整流器２の出力側に設けたが、高力率コンバ
ータのリアクトル３を交流の入力ラインに設け、同スイ
ッチング素子４を全波整流器２のダイオード２ａと２
ｃ、または２ｂと２ｄの少なくとも１つに、これらへの
電流が流れる方向と逆方向に電流が流れるように並列接
続させてもよい。
タを、全波整流器２の出力側に設けたが、高力率コンバ
ータのリアクトル３を交流の入力ラインに設け、同スイ
ッチング素子４を全波整流器２のダイオード２ａと２
ｃ、または２ｂと２ｄの少なくとも１つに、これらへの
電流が流れる方向と逆方向に電流が流れるように並列接
続させてもよい。
【００４５】上記の各実施の形態では、本発明をプラズ
マアーク切断機に実施したが、プラズマアーク溶接機の
ような他のプラズマアークを利用する機器に実施するこ
ともできる。
マアーク切断機に実施したが、プラズマアーク溶接機の
ような他のプラズマアークを利用する機器に実施するこ
ともできる。
【００４６】
【発明の効果】請求項１記載の発明及び請求項３記載の
発明によれば、定電力制御と定電流制御とを切り換えて
いるので、定電流制御から定電流制御に切り換えられる
ときの出力電圧を低くすることができる。従って、定電
流制御の状態において、比較的大きな出力電流を流すこ
とができ、この電源装置に入力された電力を有効に利用
することができる。
発明によれば、定電力制御と定電流制御とを切り換えて
いるので、定電流制御から定電流制御に切り換えられる
ときの出力電圧を低くすることができる。従って、定電
流制御の状態において、比較的大きな出力電流を流すこ
とができ、この電源装置に入力された電力を有効に利用
することができる。
【００４７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様な効果が得られる上に、定電力制御と定
電流制御との切換の判断に、定電力制御の際に使用する
電力検出信号を使用している。従って、切換のために別
個に電力を検出する必要がなく、電源装置の構成を簡略
化することができる。
載の発明と同様な効果が得られる上に、定電力制御と定
電流制御との切換の判断に、定電力制御の際に使用する
電力検出信号を使用している。従って、切換のために別
個に電力を検出する必要がなく、電源装置の構成を簡略
化することができる。
【００４８】請求項４記載の発明によれば、出力電力で
はなく、出力電流と出力電圧との差を制御手段に入力し
ているので、定電力制御と定電流制御とではなく、疑似
定電力制御と定電力制御とに切り換えられるので、請求
項１記載の発明と同様な効果が得られる。
はなく、出力電流と出力電圧との差を制御手段に入力し
ているので、定電力制御と定電流制御とではなく、疑似
定電力制御と定電力制御とに切り換えられるので、請求
項１記載の発明と同様な効果が得られる。
【００４９】請求項５記載の発明によれば、請求項１、
２、３または４記載の発明と同様な効果が得られる上
に、高力率コンバータを設けているので、電源装置から
出力可能な電力を増加させることができる。従って、最
大限の出力電流を出力することができる。
２、３または４記載の発明と同様な効果が得られる上
に、高力率コンバータを設けているので、電源装置から
出力可能な電力を増加させることができる。従って、最
大限の出力電流を出力することができる。
【図１】本発明による電源装置の第１の実施の形態のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】同第１の実施の形態の出力特性図である。
【図３】同第２の実施の形態のブロック図である。
【図４】同第３の実施の形態のブロック図である。
【図５】同第３の実施の形態の出力特性図である。
【図６】従来の電源装置のブロック図である。
２ 全波整流器（第１の変換手段） ３ 平滑リアクトル（高力率コンバータ） ４ 半導体スイッチング素子（高力率コンバータ） ５ 逆流阻止ダイオード（高力率コンバータ） ８ インバータ ２１ 全波整流器（第２の変換手段） ３１ 電流検出器 ３２ 電圧検出器（電力検出手段） ３４ 誤差増幅器（制御手段） ３５ ドライブ回路（制御手段） ４３ 乗算器（電力検出手段） ４４ 比較器（選択手段） ４６ ４７ 開閉スイッチ（選択手段） ５１ 制御回路（高力率コンバータ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−159977（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−262364（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270073（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−266040（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−35059（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/073 B23K 10/00 H02M 9/00
Claims (5)
- 【請求項１】 交流電圧を直流電圧に変換する第１の変
換手段と、 上記変換された直流電圧を高周波電圧に変換するインバ
ータ手段と、 このインバータ手段の出力を直流化し、負荷に供給する
第２の変換手段と、 この第２の変換手段の出力電流を検出し、電流検出信号
を生成する電流検出手段と、 第２の変換手段の出力電力を検出し、電力検出信号を生
成する電力検出手段と、 上記電流検出信号と上記電力検出信号とが入力され、上
記負荷に供給される電力が第１の設定値よりも小さいと
き、上記電流検出信号を選択し、上記負荷に供給される
電力が第１の設定値よりも大きいとき、上記電力検出信
号を選択する選択手段と、 上記電流検出信号と上記電力検出信号とのうち上記選択
手段によって選択されたものが、第２の設定値に等しく
なるように、上記インバータ手段を制御する制御手段と
を、具備する電源装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の電源装置において、上記
選択手段は、上記電力検出信号を上記第１の設定値と比
較することを特徴とする電源装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の電源装置において、上記
第１の変換手段に供給される交流電力の検出手段が設け
られ、上記選択手段は、上記交流電力の検出手段の検出
信号を第１の設定値と比較することを特徴とする電源装
置。 - 【請求項４】 交流電圧を直流電圧に変換する第１の変
換手段と、 上記変換された直流電圧を高周波電圧に変換するインバ
ータ手段と、 このインバータ手段の出力を直流化し、負荷に供給する
第２の変換手段と、 この第２の変換手段の出力電流を検出し、電流検出信号
を生成する電流検出手段と、 第２の変換手段の出力電圧を検出し、電圧検出信号を生
成する電圧検出手段と、 上記電流検出手段の電流検出信号と上記電圧検出信号と
の差を求める減算手段と、 上記電流検出信号と上記減算手段の出力とが入力され、
上記減算手段の出力がが第１の設定値よりも小さいと
き、上記電流検出信号を選択し、上記減算手段の出力が
第１の設定値よりも大きいとき、上記減算手段の出力を
選択する選択手段と、 上記電流検出信号と上記減算手段の出力とのうち上記選
択手段によって選択されたものが、第２の設定値に等し
くなるように、上記インバータ手段を制御する制御手段
とを、具備する電源装置。 - 【請求項５】 請求項１、２、３または４記載の電源装
置において、上記インバータ手段よりも前段に、高力率
コンバータ手段を設けたことを特徴とする電源装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32764296A JP3162639B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電源装置 |
| US08/968,054 US5864110A (en) | 1996-11-22 | 1997-11-10 | Power supply apparatus for plasma arc utilizing equipment |
| TW086116881A TW406039B (en) | 1996-11-22 | 1997-11-13 | Power supply apparatus for plasma arc utilizing equipment |
| KR1019970061073A KR100260654B1 (ko) | 1996-11-22 | 1997-11-19 | 전원장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32764296A JP3162639B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10156537A JPH10156537A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3162639B2 true JP3162639B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=18201343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32764296A Expired - Fee Related JP3162639B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電源装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5864110A (ja) |
| JP (1) | JP3162639B2 (ja) |
| KR (1) | KR100260654B1 (ja) |
| TW (1) | TW406039B (ja) |
Families Citing this family (59)
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|---|---|---|---|---|
| KR100418623B1 (ko) * | 1998-12-18 | 2004-06-18 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 일정전력유지제어회로를가진스위칭모드파워서플라이 |
| DE59908205D1 (de) * | 1999-09-03 | 2004-02-05 | Ewm Hightec Welding Gmbh | Schweiss- oder Plasmaschneidgerät und Verfahren zum Betreiben eines Schweiss- oder Plasmaschneidgerätes |
| US6337544B1 (en) * | 1999-12-14 | 2002-01-08 | Philips Electronics North America Corporation | Digital lamp signal processor |
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