专利名称：电弧切割机的制作方法
技术领域：
本发明涉及由引弧产生电弧的电弧切割机，尤其是有关在电弧切割机中使用的限流电阻器的保护电路。
利用由引弧产生电弧的电弧切割机切割工件时，首先通过在相隔微小空间设置的割炬的阴极与阳极之间产生高频放电，使来自直流电源的引弧电流在割炬的阴极与阳极之间流过。为了限制引弧电流，设有限流电阻器。每当流过引弧电流时，限流电阻器便有电流流过。为使电弧切割机小型化，限流电阻器也要使用小型的。因此，若导引弧电流多次流过限流电阻器，则限流电阻器将被异常加热，因而必然使限流电阻器的使用率降低。为此，在电弧切割机中设有限流电阻器的保护电路。
以往，作为设有限流电阻器的保护电路的电弧切割机，有如
图1所示的型式。在该电弧切割机中，从交流电源2来的交流电压由换流器4变换为直流电压。该直流电压由逆变器6变换为低压高频电压。该高频电压通过整流电路8变换为直流电压。
作为换流器4，例如可使用备有二极管及平滑电容器的类型。作为逆变器6，例如可使用功率FET或IGBT(绝缘栅双极晶体管)。作为整流电路8，与换流器相同，可使用备有二极管及平滑电容器的结构。
整流电路8具有正极输出端子8a及负极输出端子8b。正极输出端子8a连接于第1端子10。第1端子10与工件14连接。负极端子8b连接于第2端子12。第2端子12与割炬15的割炬阴极15a连接。除此之外，还设有第3端子16。第3端子16与割炬阳极15b连接。割炬阳极15b与割炬阴极15a相隔微小间隙配置。
引弧电路18设置在第2端子12与第3端子16之间。在引弧电路18中，在第2端子12与第3端子16之间连接着电容器20和高频耦合线圈22的串联电路。高频发生装置24连接在高频耦合线圈22上。高频发生装置24周期性地反复产生例如高频脉冲信号。该高频脉冲信号，例如如图2所示，在数百n秒的时间产生数KV的电压，其输出经过数m秒缓慢衰减。
从整流电路8的正极端子8a到电容器20与高频耦合线圈22的连接点，连接着开关26与限流电阻器28的串联电路。即，限流电阻器28与开关26、高频耦合线圈22、割炬阳极15b、割炬阴极15a串联，连接在整流电路8的端子8a、8b之间。在限流电阻器28上并联设置由齐纳二极管(zenerdiode)30、电阻器32、继电器34的继电器线圈34a组成的串联电路。在继电器线圈34a上并联连接着电容器36。继电器线圈34a，当在其两端供给规定的电压时，使连接于控制器38的常闭接点34b断开。上述的齐纳二极管30、电阻器32、继电器线圈34a、电容器36、继电器接点34b，构成限流电阻器保护电路。
控制器38例如由微型计算机构成，用来控制高频发生装置24、开关26及逆变器6。在正极端子8a与第1端子10之间设有一个变流器42，用于逆变器6的控制。利用该变流器42检测从整流电路8流到第1端子10的电流，并将其检测值供给控制器38。此外，在控制器38上还设有控制高频发生装置24的动作用的开关44。
在该电弧切割机中，从交流电源2来的交流电压由换流器4变换为直流电压。该直流电压由逆变器6变换为高频低电压，并通过整流电路8变换为直流电压。之所以使用逆变器6，是为了避免使用大型的变压器。
在该电弧切割机起动后的初期，由于在割炬阴极15a与工件14之间没有产生电弧，所以没有电流从整流电路8流到割炬15侧。这时，如将开关44闭合，则控制器38使高频发生装置24投入工作。从而使高频脉冲信号按每个规定的周期从高频耦合线圈22经过割炬阳极15b、割炬阴极15a、电容器20流回到高频耦合线圈22。据此，在割炬阴极15a、割炬阳极15b之间产生高频放电，两者之间的阻抗降低。这时，引弧电流从整流电路8的正极端子8a经过开关26、限流电阻器28、高频耦合线圈22、割炬阳极15b、割炬阴极15a流到整流电路8的负极性端子8b，在割炬阳极15b与割炬阴极15a之间产生引弧。
在这种状态下，如将割炬15靠近工件14，由于存在着引弧，则在割炬阴极15a与工件14之间产生电弧放电。其结果是，电弧电流从整流电路8的正极端子8a通过变流器42、第1端子10、工件14、割炬阴极15a、第2端子12流到整流电路8的负极端子8b。该电弧电流由变流器42检出之后，控制器38将开关26断开，阻止电流流过限流电阻器28，与此同时，控制器38使高频发生装置24停止工作。
可是，切割机是用来切断工件的设备，所以在完成工件14的切割之后，整流电路8的正极端子8a与负极端子8b之间的电路被断开，电弧消失。因此，变流器42检测出已经没有电弧电流流过，控制器38根据该检测结果将开关26闭合，同时使高频发生装置24开始工作。因此，与上述相同，再次产生电弧。即，进行引弧切割机的再起动。例如，当被切割的工件14为网状时，电弧的消失将在短时间内会频繁发生。因此，如在短时间内多次进行再起动，则在限流电阻器28上流过电流的累计时间就会相当长。为使切割机小型化，限流电阻器28也要使用小型小容量的，所以限流电阻器28有可能因异常加热而烧毁。因此，如果使用限流电阻器28上不能在短时间内频繁地流过电流。此外，使用该导引弧切割机的人频繁闭合开关44时，也存在同样的情况。
因此，设置了限流电阻器28的保护电路。当在限流电阻器28上流过的电流在齐纳二极管30上供给的电压超过齐纳二极管30的击穿电压时，电容器36通过电阻器32充电。当限流电阻器28没有电流流过时，电容器36通过电阻器32及限流电阻器28放电。电容器36在短时间内频繁地被充电，其充电电压如达到继电器34的动作电压，则继电器线圈34a使继电器接点34b断开。据此，控制器38使逆变器6停止工作，随着电弧的消失，即使高频发生装置24产生高频脉冲，也不会有电流流过限流电阻器28。
在该保护电路中，由于使用继电器34、电阻器32、齐纳二极管30，所以使电弧切割机大型化了。而且，继电器34的动作电压(继电器接点34b的断开电压)随其周围温度而变化。此外，为将动作电压供给继电器线圈34a而采用的电阻器32及电容器36的值，也随周围温度变化。配置在继电器34附近的限流电阻器28也在发出相当大的热量。因此，使继电器34的继电器接点34b断开的电压变化很大。要想防止这种变化，对电阻器32和电容器36必须使用即使周围温度变化其值也很难改变的产品，然而其价格是很高的。
本发明的目的是提供一种能以低成本而高精度地保护限流电阻器的电弧切割机。
本发明的电弧切割机具有将交流电源变换为直流电源的交流-直流变换装置。该交流-直流变换装置的输出由逆变装置变换为高频输出。在该电弧切割机中设有将该逆变装置的高频输出变换为直流输出的整流装置。整流装置具有第1及第2输出端子。第1输出端子连接于第1端子。第1端子可与工件连接。第2输出端子连接于第2端子。第2端子可连接于割炬阴极。并且，在该引弧切割机上还设有可与割炬连接的第3端子。在第2端子与第3端子之间设有引弧发生装置。该引弧发生装置包含高频发生装置。在整流装置的第1和第2输出端子之间设有与割炬阴极、割炬阳极、及高频发生装置串联连接在一起的限流电阻器。设有按照该限流电阻器两端的电压使逆变装置停止工作的限流电阻器保护装置。
该限流电阻器保护装置具有当电流流过限流电阻器时进行升序计数、当没有电流流过限流电阻器时，进行降序计数的升降计数装置。如果该升降计数装置的计数值超过设定值，则产生使逆变装置停止使用的信号。
限流电阻器保护装置还可以设置当电流流过限流电阻器时生成构成第1状态的信号、当没有电流流过限流电阻器时生成构成第2状态的信号的电流检测装置。当该电流检测装置的信号为第1状态时，升降计数装置进行升序计数，当该电流检测装置的信号为第2状态时，升降计数装置进行降序计数。
除此之外，可使升降计数装置每单位时间的递升计数的计数值变化大于递降计数的计数值变化。更为具体地说，每当输入一定频率的时钟脉冲信号时，升降计数装置便进行升序计数或降序计数，升序计数时的计数量可大于降序计数量。此外，每当输入时钟脉冲信号时，升降计数装置仅进行相同计数量的升序计数或降序计数，但可将降序计数的时钟信号的频率选在比升序计数低的程度。
图1是备有现有的限流电阻器的电弧切割机的框图。
图2是表示图1所示高频发生装置产生的高频脉冲信号的图。
图3是实施本发明后的电弧切割机的一实施例的框图。
图4是表示在图3的电弧切割机中使用的升降计数装置的动作流程图。
图5是图3的引弧切割机的时间图。
图6是升降计数装置的其他示例框图。
图7是升降计数装置的另一示例的框图。
图8是采用图7升降计数装置后的电弧切割机的时间图。
如图3所示，本实施例除限流电阻器的保护电路外，与图1示出的利用引弧产生电弧的现有电弧切割机的结构相同，对相同的部分标以同一符号，而其说明从略。
限流电阻器28的保护电路具有用于检测限流电阻器28两端间的电压的检测器50。当由于在限流电阻器28上流过引弧电流而在限流电阻器28的两端间产生电压时，该检测器50产生第1状态、例如高电平输出信号。而当由于在限流电阻器28上没有流过引弧电流因而不产生电压时，该检测器50产生第2状态、例如低电平输出信号。作为该检测器50，例如可以使用将限流电阻器28的两端间电压与基准电压(例如0V)进行比较的比较器。
检测器50的输出信号供给到升降计数装置、例如升降计数装置52。该升降计数装置52，例如也可以由控制器38与微型计算机一起构成，或也可由可编程逻辑装置(Programmbale Logic Device)PLD构成。
升降计数装置52还由图中未示出的时钟信号源供给一定频率的时钟信号。例如每当时钟信号上升时，升降计数装置52进行如图4流程图所示的动作。
即，首先，判断检测器50的输出电平是否为高电平(步骤S2)。如检测器50的输出电平是高电平，则因在限流电阻器28上流过引弧电流，所以在由软件构成的计数器的计数值C上加上预定数C1，例如只加+10(步骤S14)。当对该电弧切割机供给电源时，该计数器的计数值C被设定为0。
另外，在步骤S2中，如判断检测器50的输出电平不是高电平，则在限流电阻器28上没有流过导引弧电流。因此，从计数值C减去预定数C2、例如6(步骤S6)。然后，判断计数值C是否大于0(步骤S8)，如计数值C不大于0，则令计数值C为0，并结束升降计数装置的动作。
例如，在对该电弧切割机供给电源的时刻，还没有流过引弧电流，检测器50的输出电平为低电平。在该状态下，如执行步骤S6，则每当产生时钟脉冲信号，计数器的计数值便从0逐渐减小。然后，即使引弧电流产生，计数器的计数值增大，其计数值C也很不容易大于0。其结果是，计数值C不能正确地表示限流电阻器28的发热状态。为防止发生这种情况，设置了步骤S8、S10，防止计数值C小于0。
在步骤S4或S8之后，判断计数值C是否在设定值以上(步骤S12)。如果计数值C不在设定值以上，则使该升降计数装置的动作结束。因此，当时钟脉冲信号上升时，如检测器50的输出电平为高电平，即，如在限流电阻器28上流过引弧电流，计数值C加10，如检测器50的输出电平为低电平，即，没有流过引弧电流，则计数值C逐次减6。但是，计数值不能小于0。结果，该计数值C可间接地表示限流电阻器28的发热状态。降序计数值之所以小于升序计数值，是因为即使没有流过引弧电流，但限流电阻器28的温度的降低与其说是与温度上升以相同速度进行，还不如说温度降低要比温度上升缓慢的缘故。
并且，设定值是按照对限流电阻器28流过引弧电流时有烧毁可能性的发热量并计入适当的安全系数后确定的发热量确定的。计数值C如超过该设定值，则升降计数装置52便向控制器38供给使逆变器6停止工作的信号(步骤S14)。控制器38根据该信号动作，使逆变器6停止。其结果是，在整流装置8的正负输出端子8a、8b之间不产生直流电压，在限流电阻器28上也没有电流流过，可防止限流电阻器28的异常加热。然后，令计数值C等于设定值(步骤S16)，结束升降计数装置52的动作。即使限流电阻器28的发热量增大，计数值C的变化量也不改变，当流过引弧电流时，是+10，当没有导引弧电流流过时，是-6。因此，计数值C能以高精度表示限流电阻器28的发热状态。
另外，在步骤S16，之所以令计数值C等于设定值，其原因如下。例如，如容许计数值C取大于设定值的值，则虽然实际上与设定值对应的发热量只是限流电阻器28的发热，但降序计数的开始计数值却变成比设定值大的值。结果将成为使计数值产生误差的原因。
在图5中示出该电弧切割机的时间图。该图(a)表示时钟信号，该图(b)表示当引弧电流间隔时间较短，但流过时间较长时检测器50的输出信号，该图(c)表示当引弧电流的间隔时间较短、但流过时间较长时升降计数装置52的计数值。从图5(b)、(c)可以清楚地看出，当引弧电流的间隔时间较短，但流过时间较长时，计数值C不会达到设定值。这样，在本实施例中，如果以从一个时钟脉冲信号上升沿到下一个时钟脉冲上升沿的期间为1个单位时间，则在该期间内的升降计数装置52的计数值的变化量，以升序计数时为大。
该图(d)表示当由于电弧频繁消失，从而使引弧电流间隔较短且流过时间也短时检测器50的输出信号，该图(e)表示当引弧电流间隔较短且流过时间也短时升降计数装置52的计数值变化。这时，由于有引弧电流在时间间隔较短的条件下流过，所以计数值达到设定值，在该时刻逆变器6停止工作。因此，在整流装置8的正负输出端子8a、8b上不产生电压，如该图(d)所示，检测器50的输出信号变为低电平。
在上述实施例中，升降计数装置由微型计算机或PLD构成。但是，也可使用如图6所示的由硬件构成的升降计数装置52a。
该升降计数装置52a是一个采用2台加法器54、56、存储部58、“或”电路60、反相器62的积算器。
加法器54、56当在启动端子64、66上供给低电平信号时可以工作。而且，在加法器54的启动端子64上供给的是由反相器62将检测器50的输出信号反相后的信号。加法器56的启动端子66上供给的是检测器50的原输出信号。
当加法器54的启动端子64为低电平、即检测器50的输出电平为高电平、而一定频率的时钟信号上升时，将在加法器54的2个输入端子上所供给的信号相加。在加法器54的一个输入端子上供给存储部58的输出信号，另一个输入端子上供给+10。因此，当检测器50的输出电平为高电平、而时钟脉冲信号上升时，加法器54的输出逐次增加+10。
当加法器56的启动端子66为低电平、即检测器50的输出为低电平、而时钟脉冲信号上升时，将在加法器56的2个输入端子上所供给的信号相加。在加法器56的一个输入端子上供给存储部58、例如寄存器的输出，另一个输入端子上供给-6。因此，当检测器50的输出信号为低电平、而时钟脉冲信号上升时，加法器56的输出逐次减6。加法器54、56的输出通过“或”电路60供给存储部58，每当时钟脉冲信号上升，便将该时通过“或”电路供给的信号存储起来。因此，当加法器54工作时，其输出存储在存储部58内，当加法器56工作时，其输出存储在存储部58内。然后，该存储部58的输出在比较器68内与设定值进行比较，如存储部58的存储值超过设定值，则比较器68向控制器38输出逆变器停止信号。这时的时间图与图5的情况一样。
另外，如图7和图8所示，也可以使用频率不同的2个时钟信号clk1及clk2，构成升降计数装置52b。即，使用如图7所示的市售的升降计数器70。在该升降计数器70上供给来自检测器50的信号。当该信号为高电平时，升降计数器70进行升序计数，当该信号为低电平时，升降计数器70进行降序计数。该升或降计数，均在升降计数器70的时钟端子(clk)上供给的时钟信号上升时进行。时钟信号通过“或”电路72供给时钟端子。“与”电路74、76的输出信号供给“或”电路72。在“与”电路74上供给图8(a)示出的频率高的时钟脉冲信号clk1及检测器50的输出信号。在“与”电路76上供给图8(b)示出的频率低的时钟脉冲信号clk2、及由反相器78将检测器50的输出反相后的信号。在本实施例中，clk1的频率为clk2频率的2倍。两个时钟脉冲信号的频率的关系，不限于此，可任意设定。
由于采用上述结构，所以，当检测器50的输出为高电平时，即进行升序计数时，高频率的时钟信号clk1供给升降计数器70，快速进行如图8(d)所示的升序计数动作。当检测器50的输出为低电平时，即进行降序计数时，低频率的时钟脉冲信号clk2供给升降计数器70，如图8(d)所示，进行缓慢的降序计数动作。
即，当电流流过限流电阻器28并发热时，快速进行升序计数，停止对限流电阻器28的电流供给，但温度的降低不能迅速进行的状态通过使降序计数缓慢来模拟。如假定从clk2的上升沿到下一个clk2的上升沿的时间为单位时间，则单位时间的升序计数量大于单位时间的递降计数量。
另外，升降计数器70的计数值若超过设定值，则向控制器38输出逆变器停止信号，且将计数值预置为设定值。升降计数器70的计数值若变到0以下，则将计数值预置为0。
在上述实施例中，变流器42设在输出端子8a与第1端子10之间，但也可设在输出端子8b与第2端子12之间。
权利要求
1.一种电弧切割机，其特征在于，它备有将交流电源变换为直流电源的交流-直流变换装置；将该交流-直流变换装置的输出信号变换为高频输出的逆变装置；将该逆变装置的高频输出变换为直流输出并具有产生直流输出的第1及第2输出端子的整流装置；连接于该整流装置第1输出端子并可与工件连接的第1端子；连接于上述整流装置的第2输出端子并可与割炬阴极连接的第2端子；可与割炬连接的第3端子；设置在上述第2端子与第3端子之间并包含高频发生装置的引弧发生装置；与割炬阴极、割炬阳极、及高频发生装置一起串联连接在整流装置的第1和第2输出端子之间的限流电阻器；以及与该限流电阻器两端间的电压相对应，使上述逆变装置停止工作的限流电阻器保护装置，限流电阻器保护装置具有升降计数装置，该升降计数装置，当电流流过限流电阻器时进行升序计数，当没有电流流过限流电阻器时进行降序计数，如其计数值超过设定值，则产生使上述逆变装置停运的信号。
2.根据权利要求1所述的电弧切割机，其特征在于上述限流电阻器保护装置具有当电流流过限流电阻器时生成构成第1状态的信号、当没有电流流过限流电阻器时生成构成第2状态的信号的电流检测装置，当该电流检测装置的信号为第1状态时，上述升降计数装置进行升序计数，当上述电流检测装置的信号为第2状态时，上述升降计数装置进行降序计数。
3.根据权利要求1所述的电弧切割机，其特征在于使上述升降计数装置在其每单位时间内的升序计数的计数值变化大于每单位时间的降序计数的计数值变化。
4.根据权利要求1所述的电弧切割机，其特征在于每当输入时钟信号时，上述升降计数装置便进行升序计数或降序计数，升序计数时的计数量大于降序计数量。
5.根据权利要求1所述的电弧切割机，其特征在于每当输入时钟信号时，上述升降计数装置进行升序计数或降序计数，且升序计数计数量与降序计数量相等，上述降序计数的时钟信号的频率选在比升序计数时低的程度。
全文摘要
电弧切割机具有将交流电源变换为直流电源的交流－直流变换装置。交流－直流变换装置的输出由逆变装置变换为高频输出。整流装置将该高频输出变换为直流输出。整流装置具有第1及第2输出端子。第1输出端子连接于可与工件连接的第1端子。第2输出端子连接于可与割炬阴极连接的第2端子。在可与割炬阳极连接的第3端子和第2端子之间设有引弧发生装置。该引弧发生装置包含高频发生装置。
文档编号B23K9/06GK1177530SQ9611284
公开日1998年4月1日 申请日期1996年9月20日 优先权日1996年9月20日
发明者四方邦夫, 冈本茂, 檀上谦三, 木下敦史, 狩野国男, 桥本隆志 申请人:株式会社三社电机制作所