[发明专利]变换器控制装置和变换器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及变换器控制装置和变换器控制方法，特别涉及在发生电弧从而对加工对象物进行加工的焊接机中使用的焊接输出控制用的变换器电路的控制装置和控制方法。

背景技术

一般，在焊接机等的电极与加工对象物(以下称为母材)之间发生电弧从而使母材熔化并进行加工的装置中，具备电力控制电路，该电力控制电路用于控制电极与母材之间流过的输出电流、电极与母材之间施加的输出电压。

近年来，为了应对设备的高性能化和小型化，该电力控制电路一般由使用高速开关元件和电力变换用变压器的变换器电路构成，并且作为变换器控制焊接机已得到普及。

该变换器控制焊接机一般具备全桥结构的变换器电路。并且，变换器控制焊接机通常以几kHz以上、100kHz以下的变换器频率驱动构成桥电路的开关元件即IGBT或MOSFET等的功率半导体元件。与此同时，变换器控制焊接机比较输出电流和输出电流设定值、或者比较输出电压和输出电压设定值，控制电力变换用变压器的通电时间，由此得到作为焊接输出而希望的电流特性和电压特性的输出。

此外，现有的变换器控制焊接机作为全桥结构的变换器控制方法，采用控制开关元件的导通时间的脉冲宽度调制方式(以下，称作“PWM方式”)、或采用控制开关元件的导通定时的相位控制方式(相位偏移方式)(例如参照专利文献1)。

此外，也可考虑如下这种方式的控制：融合了PWM方式和相位控制方式的特征，以固定导通宽度控制一侧的桥电路，对另一个桥电路进行脉冲宽度调制(以下，称为“单侧桥固定导通宽度PWM控制方式”)。

以下，对PWM方式、相位控制方式、单侧桥固定导通宽度PWM控制方式的三种方式的焊接机进行说明。

首先，利用图11对上述PWM方式的焊接机进行说明。

图11表示现有的具备基于PWM方式的变换器控制电路的电弧焊接机的主要部分的概略结构。

在图11中，第1整流部5对三相或单相交流输入进行整流，第1开关元件1以及第2开关元件4将第1整流部5的输出变换为交流。第2整流部7对电力变换用的变压器6的输出进行整流，输出电流检测器8检测输出电流。电流检测部9将输出电流检测器8的信号变换为反馈信号，输出设定部12用于预先设定作为焊接机的输出的焊接电流和焊接电压的规定期间的平均值和有效值。误差放大部11求出电流检测部9的输出信号和输出设定部12的设定信号的误差并进行放大，变换器驱动基本脉冲生成部13生成变换器控制的基本的驱动波形。脉冲宽度调制部(以下，称为“PWM部”)14根据误差放大部11的误差放大信号，输出控制开关元件1以及开关元件4的导通宽度的控制信号。驱动电路21、22、23、24根据来自脉冲宽度调制部14的输出信号变换出用于驱动开关元件1和4的驱动信号并进行输出。在此，点划线包围的变换器控制部29具备变换器驱动基本脉冲生成部13和脉冲宽度调制部14。

一般在TIG焊接机等的非消耗电极式电弧焊接机的输出控制中，进行使输出电流与电流设定值一致的电流控制。此外，在MAG焊接机等的消耗电极式电弧焊接机的输出控制中，进行使输出电压与电压设定值一致的电压控制。但是，由于上述电弧焊接机的输出控制中采用的变换器的工作原理相同，因此以下作为变换器的动作的例子，对控制在恒定电流值的电流控制的动作进行说明。

由第1整流部5整流之后的三相或单相交流输入，通过由开关元件1、2、3、4构成的全桥变换器电路变换至高频的电流，输入至变压器6的初级侧。在此，由开关元件1以及开关元件2构成第1开关电路25，由开关元件3以及开关元件4构成第2开关电路26。变压器6的次级侧输出由第2整流部7进行整流，通过输出端子38和输出端子39提供给作为电弧负载部的未图示的电极和母材。

焊接机的输出电流由输出电流检测器8进行检测，与输出电流成比例的检测信号从输出电流检测器8经由电流检测部9输入至误差放大部11。在误差放大部11中，对来自输出设定部12的输出设定值和来自电流检测部9的电流信号进行比较，输出两者的误差放大信号。该误差放大信号在脉冲宽度调制部14中，将变换器驱动基本脉冲生成部13所生成的变换器驱动用的基本脉冲波形作为基准，变换为与误差放大信号的大小相应的宽度的驱动脉冲。

该驱动脉冲每隔一个脉冲分离成2系统，成为变换器驱动用的2系统的驱动信号，1个系统作为同时驱动开关元件1和开关元件4的信号输入至驱动电路21和驱动电路24。另外的1个系统作为同时驱动开关元件2和开关元件3的驱动信号输入至驱动电路22和驱动电路23。