溶接用電源装置及び溶接機
【課題】電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断や、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等を容易に行うことができる溶接用電源装置を提供する。
【解決手段】先端電圧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とを測定する測定モードにおいて、電源装置１１と電極１２間の主電路上に使用するパワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲が記憶装置３５内にデータベース化されて保持される。制御装置３１の処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌがその適正範囲内かの判定（異常値判断）を行う。
【解決手段】先端電圧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とを測定する測定モードにおいて、電源装置１１と電極１２間の主電路上に使用するパワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲が記憶装置３５内にデータベース化されて保持される。制御装置３１の処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌがその適正範囲内かの判定（異常値判断）を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極先端電圧の算出に基づいてフィードバック制御を実施する溶接用電源装置及びその溶接用電源装置を備える溶接機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接用電源装置は、例えば特許文献１にて示されるように、商用電源からの交流入力電力を整流した直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換し、溶接トランスにて電圧調整された高周波交流電力を整流回路と直流リアクトルとでアーク溶接に適した直流出力電力に変換するように構成されている。電源装置にて生成された出力電力はトーチにて支持される電極に供給され、これにより電極先端と溶接対象との間にアークが生じて、溶接対象の溶接が行われるようになっている。
【０００３】
また、このような溶接用電源装置は、出力電流及び出力電圧の検出を行っており、制御装置は、その時々で検出された出力電流及び出力電圧をインバータ回路のＰＷＭ制御にフィードバックし、その時々の出力電力を適正値とする制御を実施することで、溶接性能の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、好適なアークを生じさせるためには、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させるのみならず、正にそのアークが生じている電極の先端電圧を算出し、算出した電極先端電圧を制御値に反映させるのが好ましい。
【０００６】
と言うのは、実際には溶接を行うトーチ（電極）と電源装置との間は離間していることが多く、両者間がパワーケーブルを介して接続されているのが一般的な使用形態である。従って、パワーケーブルのケーブル長が使用者毎に異なるため、ケーブル自体の抵抗値が異なるばかりか、ケーブルの敷設状態、例えば余長分を何周も周回させて敷設すると、直線的に敷設した場合や周回数の違いによってインダクタンス値も異なってくる。そのため、更なる溶接性能の向上を図るためには、パワーケーブルを含む電源装置外部の電極までの間での抵抗及びインダクタンスの電圧変動分が無視できないためである。
【０００７】
従って、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させる態様では、真の電極先端電圧とは乖離した電圧値がインバータ回路の制御値に反映されることになり、このことが好適なアークの発生の妨げとなって、更なる溶接性能の向上の妨げとなることが懸念されるものである。
【０００８】
また、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値及びインダクタンス値の各測定値が精度良く測定できたものであるかの判断や、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブル自体が適合か、敷設状態は良好であるかといったパワーケーブルの適合性については容易に判断できない。従って、熟練作業者にこれらの判断を求める等、作業効率の点で改善の余地がある。
【０００９】
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、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断や、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等を容易に行うことができる溶接用電源装置、及びその溶接用電源装置を備える溶接機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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、前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の前記抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報を保持するデータ保持手段と、前記測定値の適正範囲内か否かの判断に基づいて、前記測定値の異常値判断を行う異常値判断手段とを備えたことをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、電極先端電圧の算出にかかる電極先端までの合計抵抗値と合計インダクタンス値とを測定し測定モードにおいて、電源装置−電極間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報がデータ保持手段にて保持される。異常値判断手段では、測定値の適正範囲内か否か、即ちその異常値判断が行われる。これにより、測定する抵抗値やインダクタンス値の測定値が精度良く測定できたものであるかが容易に判断可能となる。また、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブルの適合性（ケーブル自体、敷設状態等）についても容易に判断可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶接用電源装置において、前記異常値判断手段にて前記測定値が異常値であると判断されるとその旨を報知する異常報知手段を備えたことをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、異常値判断手段にて測定値が異常値であると判断されると、異常報知手段にて異常の旨の報知がなされる。これにより、作業者にて測定値異常が容易に認識可能となり、その後の対応を迅速に行うことが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶接用電源装置において、前記測定モードで取得した前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値は、更新しながら保持されるものであり、前記異常値判断手段は、前記測定値が異常値である判断を行った場合に、保持する前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止することをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、異常値判断手段は、測定値が異常値である判断を行った場合に、電極先端電圧の算出で用いるべく保持する合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止する。これにより、無用なデータ更新を防止できるため、例えば前回に正常なデータが保持され、今回が異常値と判断されても、前回の正常なデータを残すことが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、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溶接機である。
この発明では、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等が容易な溶接機の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断や、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等を容易に行うことができる溶接用電源装置、及びその溶接用電源装置を備える溶接機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のアーク溶接機の電源装置を示す構成図である。
【図２】インダクタンス値の変化を説明するための説明図である。
【図３】抵抗値及びインダクタンス値の算出手法を説明するための説明図である。
【図４】短絡状態の判定の説明に用いるタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
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。
【００２０】
溶接用電源装置１１は、商用電源から供給される三相の交流入力電力をアーク溶接に適した直流出力電力に変換するものである。交流入力電力は、ダイオードブリッジ及び平滑コンデンサよりなる整流平滑回路２１にて直流電力に変換され、変換された直流電力はインバータ回路２２で高周波交流電力に変換される。インバータ回路２２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子ＴＲを４個用いたブリッジ回路にて構成され、制御装置３１によるＰＷＭ制御が実施される。
【００２１】
インバータ回路２２にて生成された高周波交流電力は、溶接トランス２３にて所定電圧値に調整された二次側交流電力に変換される。溶接トランス２３の二次側交流電力は、ダイオードを用いた整流回路２４と直流リアクトル２５とで、アーク溶接に適した直流出力電力に変換される。
【００２２】
本実施形態の直流リアクトル２５には、過飽和特性を有する過飽和リアクトルが用いられている。図２に示すように、直流リアクトル２５の特性は、電流値Ｉｐ１を含む所定電流値Ｉａより大となる高電流領域は、必要最低限のインダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１である。一方、所定電流値Ｉａ以下となる低電流領域は、電流値の減少に伴ってインダクタンス値が直線的に次第に大きくなる過飽和特性領域Ａ２である（電流値Ｉｐ２でインダクタンス値Ｌｂ）。つまり、このような特性の直流リアクトル２５を用いることで、高電流領域ではインダクタンス値が小さいことから電流平滑のための波形制御への影響が小さく、低電流領域ではインダクタンス値が増大することでアーク切れが防止されると言うように、全電流領域に亘って好適な直流出力電力が生成される。
【００２３】
図１に示すように、制御装置３１は、インバータ回路２２のスイッチング素子ＴＲに対しＰＷＭ制御を実施し、直流出力電力をその時々で適正値とする制御を行っている。このとき、制御装置３１は、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖの検出を行い、検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づくＰＷＭ制御へのフィードバックを行っている。
【００２４】
即ち、電源装置１１内のマイナス側出力端子の電源線上に電流センサ３３が備えられており、制御装置３１は、処理部（ＣＰＵ）３２においてその電流センサ３３を介して電源装置１１の出力電流Ｉを検出している。また、整流回路２４の直後の電源線間に電圧センサ３４が備えられており、制御装置３１は、処理部３２においてその電圧センサ３４を介して電源装置１１の出力電圧Ｖを検出している。制御装置３１は、処理部３２にてその時々に検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づいてＰＷＭ制御のデューティの算出を行い、インバータ回路２２に出力するＰＷＭ制御信号を生成する。
【００２５】
ここで、ＰＷＭ制御には、制御に用いる出力電圧Ｖとして、正にアークが生じるワイヤ電極１２の先端電圧Ｖａを用いるのが好ましいが、先端電圧Ｖａの直接的な検出は困難である。そこで、制御装置３１は、電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分を記憶装置（図示略）に予め保持しておき、その時々に検出した出力電圧Ｖにその電圧変化分の補正を行って先端電圧Ｖａを得るようにし、算出した先端電圧Ｖａを用いたＰＷＭ制御を実施する。
【００２６】
ところで、電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分には、電源装置１１内部の電圧変化分（整流回路２４から出力端子までの抵抗値Ｒ１とインダクタンス値Ｌ１による電圧変化分）と、外部の電圧変化分（出力端子からパワーケーブル１４を介しての電極１２先端までの抵抗値Ｒ２とインダクタンス値Ｌ２による電圧変化分）とがある。電源装置１１の内部電圧変化分は、使用状態の影響を受けないために予め補正項として先端電圧Ｖａの算出に組み込むことが可能であるが、外部電圧変化分は、パワーケーブル１４のケーブル長や敷設状態（直線敷設や周回敷設、その周回数）等、使用者毎に条件が相違するため、抵抗値Ｒ２、特にインダクタンス値Ｌ２の変化の影響を大きく受ける。
【００２７】
そのため、使用者がアーク溶接機１０を現場に設置し、パワーケーブル１４の敷設も含めて正に使用状態としたところで、内部の抵抗値Ｒ１及びインダクタンス値Ｌ１と、外部の抵抗値Ｒ２及びインダクタンス値Ｌ２とを合計した抵抗値Ｒ及びインダクタンス値Ｌが測定される。測定した合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌは、制御装置３１内に保持される。
【００２８】
尚、本実施形態の電源装置１１には、前記合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの測定を行うための処理を実行する測定モードが備えられており、電源装置１１に備えられる操作スイッチ（図示略）の操作に基づいて制御装置３１が測定モードに移行できるようになっている。また、トーチＴＨに備えられるトーチスイッチや、ワイヤ供給装置１３に備えられる操作リモコン（共に図示略）を使用し、電源装置１１から離れた位置から測定モードに移行可能に構成してもよい。因みに、測定モードでの測定時においては、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍと短絡状態とする必要があるが、本実施形態では図１に示すように、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍに直接短絡させず、トーチＴＨの先端部に備えられワイヤ電極１２への給電を行うコンタクトチップＴＨａを溶接対象Ｍと短絡させて行う。この場合、短絡用の特殊治具を作製して使用してもよい。
【００２９】
測定モードについて詳述すると、図３に示すように、先ずインバータ回路２２を動作させて、出力電流Ｉが電流値Ｉｐ１まで増大される。この電流値Ｉｐ１は、過飽和特性を有する直流リアクトル２５の単体において、インダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１の電流値である。実際には図２に示すように、パワーケーブル１４の敷設状態等で特性がオフセットするため、合計インダクタンス値Ｌはオフセットした値Ｌａ１で一定となるが、そのオフセット分も考慮した通常特性領域Ａ１の電流値に設定される。そして、このような電流値Ｉｐ１で保持した区間での平均電圧値Ｖｅが測定される。これにより、先ず合計抵抗値Ｒが次式（ａ）にて算出される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
そして、制御装置３１は、溶接動作時において、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖから次式（ｄ）にて先端電圧Ｖａを算出している。
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。
【００３４】
次いで、電流値Ｉｐ１が時定数τ１に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ１は、
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。
【００３５】
次いで、インバータ回路２２を再びオンさせて出力電流Ｉを過飽和特性領域Ａ２内となる例えばアーク溶接機１０の最小電流に相当する電流値Ｉｐ２＝２０［Ａ］として１０［ｍｓ］間出力させ、その後、インバータ回路２２をオフさせる。電流値Ｉｐ２が時定数τ２に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ２は、
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。
【００３６】
そして、これらＬａ１＝０．０３［ｍＨ］、Ｌｂ１＝０．１［ｍＨ］の直線補完を行うことで合計インダクタンス値Ｌの関数Ｌ（Ｉ）が得られ、先に得られた合計抵抗値Ｒとで、上記式（ｄ）からその時々の先端電圧Ｖａが算出できるようになっている。尚、上記に挙げた具体的数値は一例であり、これに限定されない。
【００３７】
このように過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いた本実施形態の溶接用電源装置１１であっても先端電圧Ｖａが適切に算出されることから、適切に算出される先端電圧Ｖａに基づいたインバータ回路２２のその時々の制御が一層適切に行われる。従って、過飽和特性のリアクトル２５を用いることとの相乗効果で、全電流領域に亘って一層適切なアーク溶接用の直流出力電力の生成ができるものとなっている。
【００３８】
ところで、測定モードの上記の実測定の前には、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）が十分な短絡状態となっているかの判定（測定前判定）が行われる。具体的には、図４に示すように、出力電流Ｉを電流値Ｉｐ１まで増大させて行う実測定を実施する前に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）に対して例えば１５［Ｖ］程度の電圧印加が行われる。尚、上記で用いた出力電圧Ｖを以降では実出力側と検出側とで分けることとし、実出力側の出力電圧を「Ｖｓ」、検出側の出力電圧を「Ｖｍ」とする。
【００３９】
測定前判定時の１５［Ｖ］の出力電圧Ｖｓの印加に基づいて、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡状態が正常である場合では、制御装置３１の処理部３２にて検出される出力電圧Ｖｍは０［Ｖ］付近の僅かな電圧値である。従って、検出される出力電圧Ｖｍが短絡異常判定のための閾値より低くなるため、処理部３２は実測定が可能な短絡状態にあると判定する。一方、短絡異常が生じている場合には、検出される出力電圧Ｖｍの電圧値は高くなる。処理部３２は、短絡異常判定のための閾値より高くなると、次の実測定が好適に行えない短絡異常状態であると判定する。すると、処理部３２は、異常報知装置３６を作動させて作業者に異常の旨を報知する。
【００４０】
尚、異常報知装置３６は、電源装置１１やトーチＴＨ、ワイヤ供給装置１３等に備えられる表示器を用いる報知、ブザーやリレーの作動音等、発音による報知を行う装置等で構成される。また、トーチＴＨの先端部から不活性ガスを放出しながら溶接を行うアーク溶接機１０とした場合、ガスの放出音にて先の異常報知を行うこともできる。そして、作業者はその異常報知を受け、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の確実な短絡が図られて、再度測定前判定からの測定が実施される。
【００４１】
次いで、実測定の実施最中に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡状態が異常となることも考えられるため、制御装置３１の処理部３２は、検出した出力電圧Ｖｍの異常電圧の検出を行っている。短絡異常に起因する異常電圧が生じたことを検出すると、処理部３２は上記と同様に異常報知装置３６を作動させて作業者に異常の旨を報知する。作業者は同様にその異常報知を受け、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の確実な短絡を図り、再度測定前判定からの測定が実施される。
【００４２】
更に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡異常が生じないで測定が正常に終了しても、取得した合計抵抗値Ｒと合計インダクタンス値Ｌとが異常値となり得ることも考えられる。例えば、電源装置１１とトーチＴＨとの間に敷設されるパワーケーブル１４が断面積、ケーブル長等で適合しないものを用いていたり、適合品としても異常な巻回状態となっていたりする場合等では測定値が異常値となり得る。これを踏まえ、本実施形態の制御装置３１に備えられる記憶装置３５には、本電源装置１１に好適なケーブル１４の断面積やケーブル長等と共に、その抵抗値○［Ω］とインダクタンス値△［μＨ］との適正範囲が関連付けられデータベース（ＤＢ）化されて保持されている。
【００４３】
そして、処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値及びインダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌがその適正範囲内か否かの判定を行う。適正範囲内である場合は、合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌの更新、即ち制御装置３１として現在保持している合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌのデータ更新が行われ、以降の制御に用いられる。一方、測定した合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌが適正範囲外（異常値）であると判定した場合には、制御装置３１として現在保持している合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌのデータ更新を行わず、異常報知装置３６による異常報知が実施される。作業者はその異常報知を受け、測定状態の確認、現在用いているパワーケーブル１４自体の確認やその敷設状態の確認等を行うことができるようになっている。
【００４４】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（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、電源装置１１と電極１２と間の主電路上に使用するパワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲が記憶装置３５内にデータベース化されて保持される。処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌがその適正範囲内かの判定（異常値判断）を行う。尚、適正範囲内である場合は、制御装置３１にて現在保持している抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌのデータ更新が行われる。これにより、測定する抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が精度良く測定できたものであるかを容易に判断することができる。また、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブル１４の適合性（ケーブル自体、敷設状態等）についても容易に判断することができる。従って、熟練作業者を頼らなくてもこれらの判断が容易となるため、作業効率の向上が見込める。
【００４５】
（２）抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値であると判断されると、異常報知装置が作動され、異常の旨の報知がなされる。これにより、作業者にて測定値異常が容易に認識でき、その後の対応を迅速に行うことができる。
【００４６】
（３）抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値である判断を行った場合に、先端電圧Ｖａの算出で用いるべく保持する抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの更新が禁止される。これにより、無用なデータ更新を防止できるため、例えば前回に正常なデータが保持され、今回が異常値と判断されても、前回の正常なデータを残すことができる。
【００４７】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値であると判断されると、先端電圧Ｖａの算出にかかる抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌのデータ更新を禁止するようにしたが、異常値判断の判断結果に拘わらず測定毎にデータ更新を行うようにしてもよい。また、データ更新を行うか否かの判断を作業者に選択させるようにしてもよい。
【００４８】
・上記実施形態で述べたデータの保持態様や異常値の判断態様は一例であるため、適宜変更してもよい。
例えばデータの保持態様について、パワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲のデータの保持を行ったが、例えば抵抗値、インダクタンス値のいずれか一方のデータを保持するようにしてもよい。また、各種ケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲のデータを保持するのではなく、それぞれ１つの固有値のデータを保持し、処理部３２側でその適正範囲を設定してもよい。また、異常値の判断についても、ケーブル１４毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲と実測定値との比較に基づいて判断したが、そのいずれか一方のみの比較で判断してもよい。
【００４９】
・上記実施形態で述べた異常報知装置３６は一例であるため、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、測定前や実測定中に電極１２の短絡異常の判定を行うようにしたが、これを省略してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いたが、電流値とインダクタンス値とが一定に変化する線形特性を有する一般的なリアクトルを用いてもよい。因みに、このようなリアクトルを用いれば、一回の電流減衰量の測定にてインダクタンス値の取得が可能（関数の取得は不要）で、先端電圧Ｖａの算出が容易である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ アーク溶接機（溶接機）
１１ 溶接用電源装置
１２ ワイヤ電極（電極）
１４ パワーケーブル
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、異常値判断手段、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）
３５ 記憶装置（データ保持手段）
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
Ｖａ 先端電圧（先端電圧値）
Ｒ 合計抵抗値
Ｌ 合計インダクタンス値
Ｌ（Ｉ） 関数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極先端電圧の算出に基づいてフィードバック制御を実施する溶接用電源装置及びその溶接用電源装置を備える溶接機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接用電源装置は、例えば特許文献１にて示されるように、商用電源からの交流入力電力を整流した直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換し、溶接トランスにて電圧調整された高周波交流電力を整流回路と直流リアクトルとでアーク溶接に適した直流出力電力に変換するように構成されている。電源装置にて生成された出力電力はトーチにて支持される電極に供給され、これにより電極先端と溶接対象との間にアークが生じて、溶接対象の溶接が行われるようになっている。
【０００３】
また、このような溶接用電源装置は、出力電流及び出力電圧の検出を行っており、制御装置は、その時々で検出された出力電流及び出力電圧をインバータ回路のＰＷＭ制御にフィードバックし、その時々の出力電力を適正値とする制御を実施することで、溶接性能の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、好適なアークを生じさせるためには、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させるのみならず、正にそのアークが生じている電極の先端電圧を算出し、算出した電極先端電圧を制御値に反映させるのが好ましい。
【０００６】
と言うのは、実際には溶接を行うトーチ（電極）と電源装置との間は離間していることが多く、両者間がパワーケーブルを介して接続されているのが一般的な使用形態である。従って、パワーケーブルのケーブル長が使用者毎に異なるため、ケーブル自体の抵抗値が異なるばかりか、ケーブルの敷設状態、例えば余長分を何周も周回させて敷設すると、直線的に敷設した場合や周回数の違いによってインダクタンス値も異なってくる。そのため、更なる溶接性能の向上を図るためには、パワーケーブルを含む電源装置外部の電極までの間での抵抗及びインダクタンスの電圧変動分が無視できないためである。
【０００７】
従って、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させる態様では、真の電極先端電圧とは乖離した電圧値がインバータ回路の制御値に反映されることになり、このことが好適なアークの発生の妨げとなって、更なる溶接性能の向上の妨げとなることが懸念されるものである。
【０００８】
また、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値及びインダクタンス値の各測定値が精度良く測定できたものであるかの判断や、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブル自体が適合か、敷設状態は良好であるかといったパワーケーブルの適合性については容易に判断できない。従って、熟練作業者にこれらの判断を求める等、作業効率の点で改善の余地がある。
【０００９】
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、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断や、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等を容易に行うことができる溶接用電源装置、及びその溶接用電源装置を備える溶接機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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、前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の前記抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報を保持するデータ保持手段と、前記測定値の適正範囲内か否かの判断に基づいて、前記測定値の異常値判断を行う異常値判断手段とを備えたことをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、電極先端電圧の算出にかかる電極先端までの合計抵抗値と合計インダクタンス値とを測定し測定モードにおいて、電源装置−電極間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報がデータ保持手段にて保持される。異常値判断手段では、測定値の適正範囲内か否か、即ちその異常値判断が行われる。これにより、測定する抵抗値やインダクタンス値の測定値が精度良く測定できたものであるかが容易に判断可能となる。また、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブルの適合性（ケーブル自体、敷設状態等）についても容易に判断可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶接用電源装置において、前記異常値判断手段にて前記測定値が異常値であると判断されるとその旨を報知する異常報知手段を備えたことをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、異常値判断手段にて測定値が異常値であると判断されると、異常報知手段にて異常の旨の報知がなされる。これにより、作業者にて測定値異常が容易に認識可能となり、その後の対応を迅速に行うことが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶接用電源装置において、前記測定モードで取得した前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値は、更新しながら保持されるものであり、前記異常値判断手段は、前記測定値が異常値である判断を行った場合に、保持する前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止することをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、異常値判断手段は、測定値が異常値である判断を行った場合に、電極先端電圧の算出で用いるべく保持する合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止する。これにより、無用なデータ更新を防止できるため、例えば前回に正常なデータが保持され、今回が異常値と判断されても、前回の正常なデータを残すことが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、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溶接機である。
この発明では、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等が容易な溶接機の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極先端電圧の算出に用いる抵抗値やインダクタンス値の測定値の良否判断や、主電路上に用いるパワーケーブルの適合性判断等を容易に行うことができる溶接用電源装置、及びその溶接用電源装置を備える溶接機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のアーク溶接機の電源装置を示す構成図である。
【図２】インダクタンス値の変化を説明するための説明図である。
【図３】抵抗値及びインダクタンス値の算出手法を説明するための説明図である。
【図４】短絡状態の判定の説明に用いるタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
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。
【００２０】
溶接用電源装置１１は、商用電源から供給される三相の交流入力電力をアーク溶接に適した直流出力電力に変換するものである。交流入力電力は、ダイオードブリッジ及び平滑コンデンサよりなる整流平滑回路２１にて直流電力に変換され、変換された直流電力はインバータ回路２２で高周波交流電力に変換される。インバータ回路２２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子ＴＲを４個用いたブリッジ回路にて構成され、制御装置３１によるＰＷＭ制御が実施される。
【００２１】
インバータ回路２２にて生成された高周波交流電力は、溶接トランス２３にて所定電圧値に調整された二次側交流電力に変換される。溶接トランス２３の二次側交流電力は、ダイオードを用いた整流回路２４と直流リアクトル２５とで、アーク溶接に適した直流出力電力に変換される。
【００２２】
本実施形態の直流リアクトル２５には、過飽和特性を有する過飽和リアクトルが用いられている。図２に示すように、直流リアクトル２５の特性は、電流値Ｉｐ１を含む所定電流値Ｉａより大となる高電流領域は、必要最低限のインダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１である。一方、所定電流値Ｉａ以下となる低電流領域は、電流値の減少に伴ってインダクタンス値が直線的に次第に大きくなる過飽和特性領域Ａ２である（電流値Ｉｐ２でインダクタンス値Ｌｂ）。つまり、このような特性の直流リアクトル２５を用いることで、高電流領域ではインダクタンス値が小さいことから電流平滑のための波形制御への影響が小さく、低電流領域ではインダクタンス値が増大することでアーク切れが防止されると言うように、全電流領域に亘って好適な直流出力電力が生成される。
【００２３】
図１に示すように、制御装置３１は、インバータ回路２２のスイッチング素子ＴＲに対しＰＷＭ制御を実施し、直流出力電力をその時々で適正値とする制御を行っている。このとき、制御装置３１は、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖの検出を行い、検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づくＰＷＭ制御へのフィードバックを行っている。
【００２４】
即ち、電源装置１１内のマイナス側出力端子の電源線上に電流センサ３３が備えられており、制御装置３１は、処理部（ＣＰＵ）３２においてその電流センサ３３を介して電源装置１１の出力電流Ｉを検出している。また、整流回路２４の直後の電源線間に電圧センサ３４が備えられており、制御装置３１は、処理部３２においてその電圧センサ３４を介して電源装置１１の出力電圧Ｖを検出している。制御装置３１は、処理部３２にてその時々に検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づいてＰＷＭ制御のデューティの算出を行い、インバータ回路２２に出力するＰＷＭ制御信号を生成する。
【００２５】
ここで、ＰＷＭ制御には、制御に用いる出力電圧Ｖとして、正にアークが生じるワイヤ電極１２の先端電圧Ｖａを用いるのが好ましいが、先端電圧Ｖａの直接的な検出は困難である。そこで、制御装置３１は、電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分を記憶装置（図示略）に予め保持しておき、その時々に検出した出力電圧Ｖにその電圧変化分の補正を行って先端電圧Ｖａを得るようにし、算出した先端電圧Ｖａを用いたＰＷＭ制御を実施する。
【００２６】
ところで、電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分には、電源装置１１内部の電圧変化分（整流回路２４から出力端子までの抵抗値Ｒ１とインダクタンス値Ｌ１による電圧変化分）と、外部の電圧変化分（出力端子からパワーケーブル１４を介しての電極１２先端までの抵抗値Ｒ２とインダクタンス値Ｌ２による電圧変化分）とがある。電源装置１１の内部電圧変化分は、使用状態の影響を受けないために予め補正項として先端電圧Ｖａの算出に組み込むことが可能であるが、外部電圧変化分は、パワーケーブル１４のケーブル長や敷設状態（直線敷設や周回敷設、その周回数）等、使用者毎に条件が相違するため、抵抗値Ｒ２、特にインダクタンス値Ｌ２の変化の影響を大きく受ける。
【００２７】
そのため、使用者がアーク溶接機１０を現場に設置し、パワーケーブル１４の敷設も含めて正に使用状態としたところで、内部の抵抗値Ｒ１及びインダクタンス値Ｌ１と、外部の抵抗値Ｒ２及びインダクタンス値Ｌ２とを合計した抵抗値Ｒ及びインダクタンス値Ｌが測定される。測定した合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌは、制御装置３１内に保持される。
【００２８】
尚、本実施形態の電源装置１１には、前記合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの測定を行うための処理を実行する測定モードが備えられており、電源装置１１に備えられる操作スイッチ（図示略）の操作に基づいて制御装置３１が測定モードに移行できるようになっている。また、トーチＴＨに備えられるトーチスイッチや、ワイヤ供給装置１３に備えられる操作リモコン（共に図示略）を使用し、電源装置１１から離れた位置から測定モードに移行可能に構成してもよい。因みに、測定モードでの測定時においては、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍと短絡状態とする必要があるが、本実施形態では図１に示すように、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍに直接短絡させず、トーチＴＨの先端部に備えられワイヤ電極１２への給電を行うコンタクトチップＴＨａを溶接対象Ｍと短絡させて行う。この場合、短絡用の特殊治具を作製して使用してもよい。
【００２９】
測定モードについて詳述すると、図３に示すように、先ずインバータ回路２２を動作させて、出力電流Ｉが電流値Ｉｐ１まで増大される。この電流値Ｉｐ１は、過飽和特性を有する直流リアクトル２５の単体において、インダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１の電流値である。実際には図２に示すように、パワーケーブル１４の敷設状態等で特性がオフセットするため、合計インダクタンス値Ｌはオフセットした値Ｌａ１で一定となるが、そのオフセット分も考慮した通常特性領域Ａ１の電流値に設定される。そして、このような電流値Ｉｐ１で保持した区間での平均電圧値Ｖｅが測定される。これにより、先ず合計抵抗値Ｒが次式（ａ）にて算出される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
そして、制御装置３１は、溶接動作時において、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖから次式（ｄ）にて先端電圧Ｖａを算出している。
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。
【００３４】
次いで、電流値Ｉｐ１が時定数τ１に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ１は、
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。
【００３５】
次いで、インバータ回路２２を再びオンさせて出力電流Ｉを過飽和特性領域Ａ２内となる例えばアーク溶接機１０の最小電流に相当する電流値Ｉｐ２＝２０［Ａ］として１０［ｍｓ］間出力させ、その後、インバータ回路２２をオフさせる。電流値Ｉｐ２が時定数τ２に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ２は、
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。
【００３６】
そして、これらＬａ１＝０．０３［ｍＨ］、Ｌｂ１＝０．１［ｍＨ］の直線補完を行うことで合計インダクタンス値Ｌの関数Ｌ（Ｉ）が得られ、先に得られた合計抵抗値Ｒとで、上記式（ｄ）からその時々の先端電圧Ｖａが算出できるようになっている。尚、上記に挙げた具体的数値は一例であり、これに限定されない。
【００３７】
このように過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いた本実施形態の溶接用電源装置１１であっても先端電圧Ｖａが適切に算出されることから、適切に算出される先端電圧Ｖａに基づいたインバータ回路２２のその時々の制御が一層適切に行われる。従って、過飽和特性のリアクトル２５を用いることとの相乗効果で、全電流領域に亘って一層適切なアーク溶接用の直流出力電力の生成ができるものとなっている。
【００３８】
ところで、測定モードの上記の実測定の前には、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）が十分な短絡状態となっているかの判定（測定前判定）が行われる。具体的には、図４に示すように、出力電流Ｉを電流値Ｉｐ１まで増大させて行う実測定を実施する前に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）に対して例えば１５［Ｖ］程度の電圧印加が行われる。尚、上記で用いた出力電圧Ｖを以降では実出力側と検出側とで分けることとし、実出力側の出力電圧を「Ｖｓ」、検出側の出力電圧を「Ｖｍ」とする。
【００３９】
測定前判定時の１５［Ｖ］の出力電圧Ｖｓの印加に基づいて、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡状態が正常である場合では、制御装置３１の処理部３２にて検出される出力電圧Ｖｍは０［Ｖ］付近の僅かな電圧値である。従って、検出される出力電圧Ｖｍが短絡異常判定のための閾値より低くなるため、処理部３２は実測定が可能な短絡状態にあると判定する。一方、短絡異常が生じている場合には、検出される出力電圧Ｖｍの電圧値は高くなる。処理部３２は、短絡異常判定のための閾値より高くなると、次の実測定が好適に行えない短絡異常状態であると判定する。すると、処理部３２は、異常報知装置３６を作動させて作業者に異常の旨を報知する。
【００４０】
尚、異常報知装置３６は、電源装置１１やトーチＴＨ、ワイヤ供給装置１３等に備えられる表示器を用いる報知、ブザーやリレーの作動音等、発音による報知を行う装置等で構成される。また、トーチＴＨの先端部から不活性ガスを放出しながら溶接を行うアーク溶接機１０とした場合、ガスの放出音にて先の異常報知を行うこともできる。そして、作業者はその異常報知を受け、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の確実な短絡が図られて、再度測定前判定からの測定が実施される。
【００４１】
次いで、実測定の実施最中に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡状態が異常となることも考えられるため、制御装置３１の処理部３２は、検出した出力電圧Ｖｍの異常電圧の検出を行っている。短絡異常に起因する異常電圧が生じたことを検出すると、処理部３２は上記と同様に異常報知装置３６を作動させて作業者に異常の旨を報知する。作業者は同様にその異常報知を受け、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の確実な短絡を図り、再度測定前判定からの測定が実施される。
【００４２】
更に、電極１２（コンタクトチップＴＨａ）の短絡異常が生じないで測定が正常に終了しても、取得した合計抵抗値Ｒと合計インダクタンス値Ｌとが異常値となり得ることも考えられる。例えば、電源装置１１とトーチＴＨとの間に敷設されるパワーケーブル１４が断面積、ケーブル長等で適合しないものを用いていたり、適合品としても異常な巻回状態となっていたりする場合等では測定値が異常値となり得る。これを踏まえ、本実施形態の制御装置３１に備えられる記憶装置３５には、本電源装置１１に好適なケーブル１４の断面積やケーブル長等と共に、その抵抗値○［Ω］とインダクタンス値△［μＨ］との適正範囲が関連付けられデータベース（ＤＢ）化されて保持されている。
【００４３】
そして、処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値及びインダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌがその適正範囲内か否かの判定を行う。適正範囲内である場合は、合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌの更新、即ち制御装置３１として現在保持している合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌのデータ更新が行われ、以降の制御に用いられる。一方、測定した合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌが適正範囲外（異常値）であると判定した場合には、制御装置３１として現在保持している合計抵抗値Ｒや合計インダクタンス値Ｌのデータ更新を行わず、異常報知装置３６による異常報知が実施される。作業者はその異常報知を受け、測定状態の確認、現在用いているパワーケーブル１４自体の確認やその敷設状態の確認等を行うことができるようになっている。
【００４４】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（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、電源装置１１と電極１２と間の主電路上に使用するパワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲が記憶装置３５内にデータベース化されて保持される。処理部３２は、現在用いているケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲から、実際に測定した抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌがその適正範囲内かの判定（異常値判断）を行う。尚、適正範囲内である場合は、制御装置３１にて現在保持している抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌのデータ更新が行われる。これにより、測定する抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が精度良く測定できたものであるかを容易に判断することができる。また、測定値が精度良く測定できたとしても、そもそも使用するパワーケーブル１４の適合性（ケーブル自体、敷設状態等）についても容易に判断することができる。従って、熟練作業者を頼らなくてもこれらの判断が容易となるため、作業効率の向上が見込める。
【００４５】
（２）抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値であると判断されると、異常報知装置が作動され、異常の旨の報知がなされる。これにより、作業者にて測定値異常が容易に認識でき、その後の対応を迅速に行うことができる。
【００４６】
（３）抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値である判断を行った場合に、先端電圧Ｖａの算出で用いるべく保持する抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの更新が禁止される。これにより、無用なデータ更新を防止できるため、例えば前回に正常なデータが保持され、今回が異常値と判断されても、前回の正常なデータを残すことができる。
【００４７】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌの測定値が異常値であると判断されると、先端電圧Ｖａの算出にかかる抵抗値Ｒやインダクタンス値Ｌのデータ更新を禁止するようにしたが、異常値判断の判断結果に拘わらず測定毎にデータ更新を行うようにしてもよい。また、データ更新を行うか否かの判断を作業者に選択させるようにしてもよい。
【００４８】
・上記実施形態で述べたデータの保持態様や異常値の判断態様は一例であるため、適宜変更してもよい。
例えばデータの保持態様について、パワーケーブル１４の使用種類毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲のデータの保持を行ったが、例えば抵抗値、インダクタンス値のいずれか一方のデータを保持するようにしてもよい。また、各種ケーブル１４の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲のデータを保持するのではなく、それぞれ１つの固有値のデータを保持し、処理部３２側でその適正範囲を設定してもよい。また、異常値の判断についても、ケーブル１４毎の抵抗値、インダクタンス値の適正範囲と実測定値との比較に基づいて判断したが、そのいずれか一方のみの比較で判断してもよい。
【００４９】
・上記実施形態で述べた異常報知装置３６は一例であるため、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、測定前や実測定中に電極１２の短絡異常の判定を行うようにしたが、これを省略してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いたが、電流値とインダクタンス値とが一定に変化する線形特性を有する一般的なリアクトルを用いてもよい。因みに、このようなリアクトルを用いれば、一回の電流減衰量の測定にてインダクタンス値の取得が可能（関数の取得は不要）で、先端電圧Ｖａの算出が容易である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ アーク溶接機（溶接機）
１１ 溶接用電源装置
１２ ワイヤ電極（電極）
１４ パワーケーブル
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、異常値判断手段、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）
３５ 記憶装置（データ保持手段）
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
Ｖａ 先端電圧（先端電圧値）
Ｒ 合計抵抗値
Ｌ 合計インダクタンス値
Ｌ（Ｉ） 関数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の前記抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報を保持するデータ保持手段と、
前記測定値の適正範囲内か否かの判断に基づいて、前記測定値の異常値判断を行う異常値判断手段と
を備えたことを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接用電源装置において、
前記異常値判断手段にて前記測定値が異常値であると判断されるとその旨を報知する異常報知手段を備えたことを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接用電源装置において、
前記測定モードで取得した前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値は、更新しながら保持されるものであり、
前記異常値判断手段は、前記測定値が異常値である判断を行った場合に、保持する前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止することを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項４】
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。
【請求項１】
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、
前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの使用種類毎の前記抵抗値及びインダクタンス値の少なくとも１つの測定値の適正範囲、又は適正範囲を設定可能な固有情報を保持するデータ保持手段と、
前記測定値の適正範囲内か否かの判断に基づいて、前記測定値の異常値判断を行う異常値判断手段と
を備えたことを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接用電源装置において、
前記異常値判断手段にて前記測定値が異常値であると判断されるとその旨を報知する異常報知手段を備えたことを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接用電源装置において、
前記測定モードで取得した前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値は、更新しながら保持されるものであり、
前記異常値判断手段は、前記測定値が異常値である判断を行った場合に、保持する前記合計抵抗値及び合計インダクタンス値の更新を禁止することを特徴とする溶接用電源装置。
【請求項４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５２８０５（Ｐ２０１２−１５２８０５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５０９（Ｐ２０１１−１５５０９）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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