JPS6144594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、制御極付半導体スイツチ素子を使用
して出力を定電流制御する直流アーク溶接機に関
するものである。

［従来の技術］ 一般に直流アーク溶接機の出力を制御する方法
としては交流電力を位相制御する方法が広く採用
されている。出力電圧値を検出して基準信号と比
較し、その誤差信号でサイリスタ等の制御極付半
導体スイツチ素子の点弧位相を制御すれば、定電
圧特性の直流アーク溶接機が得られ、また出力電
流値を検出して基準信号と比較し、その誤差信号
でサイリスタの点弧位相を制御すれば、定電流特
性の直流アーク溶接機が得られる。このようなフ
イードバツク系の安定度は、系のゲインが高いほ
ど悪くなるが、積分回路のような時間遅れ要素を
系に挿入すると系を安定化することができる。例
えば、第１図に示すように、溶接電源用変圧器１
３の２次巻線TS′の出力端子をサイリスタSCR１
〜SCR３からなる制御極付半導体スイツチ８と
リアクトルＬとを介して出力端子２に接続し、出
力電流値検出器３が得られる電流値検出信号ｅ_f
と基準信号発生器４から得られる基準信号ｅ_sと
を比較器５で比較して増幅回路６で増幅した後
に、移相器７を介してサイリスタSCR１〜SCR
３を制御するようにしている。

このような一般的な直流アーク溶接機において
は、増幅回路６の抵抗器Ｒ３と比較器５の抵抗器
Ｒ２との比R3／R2を十分大きくするなどして系
のゲインを高め定電流特性を向上させるととも
に、時間遅れ要素１０としてコンデンサＣを接続
することにより系の安定化を図つている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第１図の従来の溶接機では、電
極棒Ｅ、被溶接物ＷおよびアークＡからなる溶接
負荷Ｒへの電流の通電が開始されるまでは、出力
電流値検出器３の電流値検出信号ｅ_fが零であ
り、コンデンサＣは（R3／R1）ｅ_sなる高い電圧
に充電されている。この状態でアークを起動させ
るために電極棒Ｅを被溶接物Ｗに接触させて電流
の通電を開始すると、移相器７から得られる点弧
信号e₁の位相は定常の出力時より大きく進むため
に、第２図の曲線ａに示すように起動開始時に過
大な出力電流が流れる。この過大な出力電流の流
れる時間は、静電容量ＣのコンデンサＣが増幅回
路６に接続されているために時定数CR３で決ま
る長い時間となり、一般に安定化された系で数百
ｍｓに達する。

このような過大な出力電流が長い時間流れると
電極棒Ｅまたは被溶接物Ｗに損傷を与える危険性
がある。特に、低電流を使用する薄板の溶接にお
いては、このときの過大な電流のために被溶接物
が溶け落ちるなどして不都合が生じる。

本発明の目的は、アーク起動時に過大な出力電
流が長時間流れることがない定電流特性の直流ア
ーク溶接機を提供することにある。

［問題を解決するための手段］ 本発明は上記のような問題点を解決しようとす
るもので、本発明の直流アーク溶接機は、第３図
のブロツク図に示すように、従来の直流アーク溶
接機の(a)乃至(g)の構成、すなわち、 (a) 出力端子２から溶接負荷Ｒに通電する出力電
流を制御する制御極付半導体スイツチ８と、 (b) 出力電流値に対応した電流値検出信号ｅ_fを
出力する出力電流値検出器３と、 (c) 出力電流値に対応した基準信号ｅ_sを出力す
る基準信号発生器４と、 (d) 前記基準信号ｅ_sと前記電流値検出信号ｅ_fと
を入力して差の信号を出力する比較器５と、 (e) 前記差の信号を増幅する演算増幅器Ampお
よび前記演算増幅器Ampの出力信号を負帰還
する負帰還用抵抗器Ｒ３からなる増幅回路６
と、 (f) 前記増幅回路６の出力信号e₀を入力として前
記制御極付半導体スイツチ８に点弧信号e₁を出
力する移相器７と、 (g) 前記増幅回路６の出力信号e₀の安定化を図る
ためのコンデンサＣからなる時間遅れ要素１０ の各構成の他に、新たにつぎの(h)および(i)の構
成、すなわち、 (h) 前記溶接負荷Ｒへの通電中に通電中検出信号
e₂を出力する通電中検出器１１と、 (i) 前記通電中検出信号e₂が出力されているとき
のみ前記時間遅れ要素１０を前記増幅回路６に
接続するスイツチ９と を付加した直流アーク溶接機である。

また、本発明の直流アーク溶接機は、第４図の
第１の実施例に示すように負帰還用抵抗器Ｒ３に
並列に接続される時間遅れ要素１０およびスイツ
チ９が、 前記時間遅れ要素１０のコンデンサＣと通電中
検出信号e₂が入力されたときに閉路または導通と
なるスイツチ９との直列回路から構成されてい
る。

さらに、本発明の直流アーク溶接機は、第５図
の第２の実施例に示すように負帰還用抵抗器Ｒ３
に並例接続される時間遅れ要素１０およびスイツ
チ９が、 前記時間遅れ要素１０のコンデンサＣと通電中
検出信号e₂が入力されたときに閉路または非導通
となるスイツチ９との並列回路から構成されてい
る。

［発明の作用］ 上記のように構成すると、本発明の直流アーク
溶接機においては、通電中検出器１１が通電中検
出信号e₂を出力しているときのみ、スイツチ９に
より時間遅れ要素１０を増幅回路６に接続するの
で、アーク起動時に過大な出力電流が長時間流れ
ることを防止することができる。

［実施例］ 以下図示の実施例により本発明の直流アーク溶
接機を詳細に説明する。

第３図は本発明の直流アーク溶接機の構成をブ
ロツク図で示したもので、同図において１は入力
端子、２は出力端子である。３は出力電流に応じ
た信号ｅ_fを得るための出力電流値検出器で、出
力電流値検出器３から得られる電流値検出信号ｅ
_fは基準信号発生器４から得られる基準信号ｅ_sと
ともに比較器５に入力される。比較器５の出力側
には電流値検出信号ｅ_fと基準信号ｅ_sとの差が得
られ、この差信号は増幅回路６で増幅される。増
幅回路６で増幅された差信号は、そのまま移相器
７に供給されるか又は増幅回路６に接続された時
間遅れ要素１０の動作を通して移相器７に与えら
れる。１１は溶接負荷Ｒに出力端子２を通して電
流が通電されていることを、出力電流の有無また
は出力電圧の低下などに応じて検出し、溶接負荷
Ｒに通電が行なわれている間、通電中検出信号e₂
を出力する通電中検出器である。スイツチ９は、
通電中検出器１１が出力する通電中検出信号e₂に
よつてオンオフ動作し、通電中検出器１１が溶接
負荷Ｒへの通電を検出している間、即ち通電中検
出信号e₂が出力されている間、オン状態となつて
増幅回路６の出力信号e₀を時間遅れ要素１０を通
じて移相器７に送る。そして、通電中検出器１１
が通電中検出信号e₂を出力していないときは、オ
フ状態になつて増幅回路６の出力信号e₀が時間遅
れ要素１０を通らずに直接に移相器７に送られる
ように、スイツチ９は増幅回路６の出力を切り変
える。

スイツチ９は、通電中検出器１１が通電を検出
しても多少の時間遅れがあるために、直ちに、オ
ン状態にはならない。したがつて、電極棒Ｅが被
溶接物Ｗに接触した瞬間は、スイツチ９はまだ動
作していないので増幅回路６には時間遅れ要素１
０が接続されていない。この瞬間の直前までは、
まだ出力電流値検出器３から得られる電流値検出
信号ｅ_fは零である。しかし、出力電流が流れ始
めると、通電中検出器１１が通電中検出信号e₂を
出力するために、若干の時間遅れでスイツチ９が
動作状態となり、増幅回路６に時間遅れ要素１０
が接続される。増幅回路６に時間遅れ要素１０が
接続されると、増幅回路６の増幅率は所定の時定
数で増加して定常動作に達する。

以下、第４図乃至第８図にしたがつて本発明の
具体的実施例について説明する。

第４図は第３図の本発明を具体化した第１の実
施例を示したものである。同図において、溶接電
源用変圧器１３を構成するTSはＹ結線された溶
接変圧器の２次巻線で、この２次巻線は主巻線Ｌ
_u，Ｌ_v，Ｌ_wと補助電源回路１２を構成する主巻
線に直列に接続された補助巻線ｌ_u，ｌ_v及びｌ_w
とからなつている。主巻線Ｌ_u，Ｌ_v、及びＬ_wの
出力端にはそれぞれ制御極付半導体スイツチ素子
８を構成するカソードを共通接続したサイリスタ
SCR１〜SCR３のアノードが接続され、サイリ
スタSCR１〜SCR３のカソードは直流リアクト
ルＬを介して溶接機の出力端子２の正極側に接続
されている。

補助電源回路１２を構成する補助巻線ｌ_u，ｌ
_v，ｌ_wの主巻線と反対側の端子は、カソードを共
通接続したダイオードDR１〜DR３のアノードに
接続され、ダイオードDR１〜DR３のカソードは
抵抗器Ｒ４と通電中検出器１１を構成するリレー
CRの励磁コイルとを介してサイリスタSCR１〜
SCR３のカソードの共通接続点に接続されてい
る。２次巻線TSの中性点Ｎは出力電流値検出器
３を介して溶接機の出力端子２の負極側に接続さ
れている。出力電流値検出器３から得られる電流
値検出信号ｅ_fが比較器５を構成する抵抗器Ｒ２
を介して増幅回路６を構成する演算増幅器Amp
に入力され、基準信号発生器４から得られる基準
信号ｅ_sは比較器５を構成する抵抗器Ｒ１を介し
て演算増幅器Ampに入力されている。

演算増幅器Ampの出力信号e₀は移相器７に入
力され、移相器７の出力がサイリスタSCR１〜
SCR３のゲートに与えられている。演算増幅器
Ampの出力端と入力端との間に負帰還用抵抗器
Ｒ３が接続され、この抵抗器Ｒ３の両端にはスイ
ツチ９を構成するリレーCRの常開接点CRaと時
間遅れ要素１０が構成するコンデンサＣとの直列
回路が並列接続されている。

第４図の回路において、溶接電源用変圧器１３
の２次巻線TSの補助巻線、ダイオードDR１〜
DS３および電流制限用抵抗器Ｒ４は、補助電源
回路１２を構成するものであり、リレーCRの励
磁コイルは通電中検出器１１を構成するものであ
る。またコンデンサＣは演算増幅器Ampの時間
遅れ要素１０を構成し、リレーの常開接点CRaは
通電中検出回路１１が通電中検出信号e₂を出力し
ているときのみ時間遅れ要素１０を負帰還用抵抗
器Ｒ３に並列接続するスイツチ９を構成してい
る。

アークを起動するために電極棒Ｅを被溶接物Ｗ
に接触させると、補助電源回路１２に電流が流
れ、その結果、直ちにリレーCRが励磁されて接
点CRaが閉じられ、コンデンサＣが負帰還用抵抗
器Ｒ３に並列接続される。アークを起動する直前
においては、出力電流値検出器３の電流値検出信
号ｅ_fは零であるが、コンデンサＣはリレー接点
CRaにより切離されているので充電されない。電
極棒Ｅを被溶接物Ｗに接触させると出力電流が流
れ始め、若干の時間遅れでリレー接点CRaが閉じ
てコンデンサＣが ｛（R3／R1）ｅ_s−（R3／R2）ｅ_f｝ の電圧で充電される。

更に詳しく説明すれば、電極棒Ｅが被溶接物Ｗ
に接触させられるまでは電流値検出信号ｅ_fが零
であるために、リレー接点CRaが閉じられるまで
の極めて短い時間の間は演算増幅器Ampの出力
信号e₀は大きな値になつており、その結果、出力
には大きな電流が流れる。出力電流が流れ始める
と、僅かな時間遅れでリレー接点CRaが閉じられ
るが、この大きな出力電流は、直流リアクトルＬ
の存在により位相が遅れる上、そのとき導通状態
にあるサイリスタに印加されている主巻線の電圧
が負の半サイクルリスタになるまでは流れ続け
る。リレー接点CRaが閉じられると、コンデンサ
Ｃが演算増幅器Ampの入出力端子に並列接続さ
れてコンデンサＣの充電が開始される。コンデン
サＣに電荷が全く無ければ、演算増幅器Ampの
出力信号e₀は、略零近くまで低下した後に、抵抗
器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びコンデンサＣによつて定
まる時定数で充電される。したがつて第７図の曲
線ｂに示すように、出力電流は最初に大電流が流
れた後は、演算増幅器Ampの出力信号e₀の変化
にしたがつて低下した後に設定値に落ちつく。な
お、上述の通り、リレー接点CRaが閉じられた後
も、ある程度の期間は大きな出力電流が流れ続け
るために、たとえ演算増幅器Ampの出力信号e₀
が略零に近い値になつたとしても出力電流が零ま
で落ちることはない。したがつて従来の第２図の
曲線ａに示したような過大な出力電流が長時間流
れることはなく、第７図の曲線ｂに示すような起
動特性が得られる。

なお、リレーCRとしてリードスイツチ等を用
いると応答速度を速くすることができる。

第５図は第３図の本発明を具体化した第２の実
施例であつて、第４図の溶接電源用変圧器１３、
補助電源回路１２等の出力電流通電回路を省略し
たもので、この実施例では演算増幅器Ampとと
もに、時間遅れ要素１０を構成するコンデンサＣ
と負帰還用抵抗器Ｒ３とが並列に接続され、さら
にコンデンサＣを短絡または動作させるためのス
イツチ９を構成する常閉接点CRbがコンデンサＣ
に並列接続されている。

第５図の回路において、溶接開始前は電流値検
出信号ｅ_fが零であつて接点CRbが閉じているの
で演算増幅器Ampの出力信号e₀は基準信号ｅ_sに
等しい。したがつて、溶接開始時にアークを発生
させるために電極棒Ｅを被溶接物Ｗに接触させる
と、サイリスタSCR１乃至SCR３は、基準信号
ｅ_sの設定値で定まる点弧位相で導通して溶接負
荷Ｒに出力電流が供給される。補助電源回路１２
から電流が通電され始めると通電中検出器１１を
構成するリレーCRのコイルが励磁され、その接
点CRbが開く。スイツチ９を構成する接点CRbが
開くとコンデンサＣの充電が開始され、増幅回路
６の増幅率が増加し始める。したがつて、出力電
流は比較器５の出力信号ｅ_s−ｅ_fが増幅回路６で
増幅されて設定した出力電流を維持する。この場
合には、出力電流が流れ始める際に、第７図の曲
線ｂのようなピーク電流は発生せず、第８図の曲
線Ｃに示すようなスムーズな起動特性が得られ
る。

第４図の実施例においては通電中検出器１１を
構成するリレーCRの励磁コイルを電流制限用抵
抗器Ｒ４と直列に接続したが、第４図の抵抗器Ｒ
４とリレーCRの励磁コイルとの接続を変更し
て、第６図に示したように抵抗器Ｒ４の両端にリ
レーCRの励磁コイルを並列接続することによつ
て溶接負荷へ通電が行なわれている間、抵抗器Ｒ
４の両端に生じる電圧によりリレーCRのコイル
を励磁するようにしてもよい。この場合には、溶
接電源用変圧器１３の補助巻線ｌ_u，ｌ_v，ｌ_w、
ダイオードDR１〜DR３および電流制限用抵抗器
Ｒ４から構成される補助電源回路１２から溶接負
荷Ｒに流れる補助出力電流によつて、アークスタ
ートを良好にし、かつアーク切れをなくすことが
できる。

この他、溶接器の出力端子２間にリレーコイル
と定電圧ダイオードとを直列に接続して通電中検
出器１１を構成してもよい。このようにすると、
無負荷状態で出力電圧が高い場合には定電圧ダイ
オードが導通するのでリレーコイルCRは励磁さ
れて溶接負荷Ｒに通電が行なわれていないことを
検出する。そして、電極棒Ｅと被溶接物Ｗとを接
触させて溶接負荷Ｒに通電を開始すると、出力電
圧が下がるために、定電圧ダイオードが不導通状
態となつてリレーコイルCRが非励磁となること
によつて溶接負荷Ｒへの通電中を検出する。

上記の実施例ではリレーのコイルにより通電中
検出器１１を構成し、時間遅れ要素１０を増幅回
路６に接続したり増幅回路６から切離したりする
スイツチ９としてリレーの接点を用いたが、通電
中検出器１１は溶接負荷Ｒへ電流が通電されてい
ることを検出し、通電中検出信号e₂によつてスイ
ツチ９を動作させ得るものであればいかなるもの
でもよい。またスイツチ９としてはサイリスタや
トランジスタ等の半導体スイツチを用いることも
でき、これらの半導体スイツチを用いると応答速
度をさらに速くすることができる。

また時間遅れ要素１０は抵抗器とコンデンサと
のRCの一次遅れまたは他の部品を介在させた二
次遅れ要素でもよく、リアクトルＬを含んだもの
でもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、通電中検出器
１１が通電中検出信号e₂を出力しているときのみ
時間遅れ要素１０を増幅回路６に接続させるスイ
ツチ９を設けたので、アークの起動時に過大な出
力電流が長時間流れるのを確実に防止することが
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流アーク溶接機の接続図、第
２図は従来の直流アーク溶接機のアーク起動時の
出力電流値の時間的変化を示す線図、第３図は本
発明の直流アーク溶接機の構成を示すブロツク
図、第４図および第５図はそれぞれ第３図に示す
本発明の直流アーク溶接機を具体化した第１およ
び第２の実施例を示す接続図、第６図は第４図に
示す本発明の直流アーク溶接機の補助電源回路１
２および通電中検出器１１の変形例を示す接続
図、第７図および第８図はそれぞれ第４図および
第５図に示す実施例におけるアーク起動時の出力
電流値の時間的変化を示す線図である。 ３……出力電流値検出器、４……基準信号発生
器、５……比較器、６……増幅回路、Amp……
演算増幅器、Ｒ３……負帰還用抵抗器、７……移
相器、８……制御極付半導体スイツチ、９……ス
イツチ、１０……時間遅れ要素、Ｃ……コンデン
サ、１１……通電中検出器、１２……補助電源回
路、１３……溶接電源用変圧器、ｅ_f……電流値
検出信号、ｅ_s……基準信号、e₀……Ampの出力
信号、e₁……点弧信号、e₂……通電中検出信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 出力端子２から溶接負荷Ｒに通電する出力電
   流を制御する制御極付半導体スイツチ８と、 出力電流値に対応した電流値検出信号ｅ_fを出
   力する出力電流値検出器３と、 出力電流値に対応した基準信号ｅ_sを出力する
   基準信号発生器４と、 前記基準信号ｅ_sと前記電流値検出信号ｅ_fとを
   入力して差の信号を出力する比較器５と、 前記差の信号を増幅する演算増幅器Ampおよ
   び前記演算増幅器Ampの出力信号を負帰還する
   帰還用抵抗器Ｒ３からなる増幅回路６と、 前記増幅回路６の出力信号e₀を入力として前記
   制御極付半導体スイツチ８に点弧信号e₁を出力す
   る移相器７と、 前記増幅回路６の出力信号e₀の安定化を図るた
   めのコンデンサＣからなる時間遅れ要素１０と から構成された直流アーク溶接機において、 前記溶接負荷Ｒへの通電中に通電中検出信号e₂
   を出力する通電中検出器１１と、 前記通電中検出信号e₂が出力されているときの
   み前記時間遅れ要素１０を前記増幅回路６に接続
   するスイツチ９と を備えた直流アーク溶接機。 ２ 負帰還用抵抗器Ｒ３に並列に接続される時間
   遅れ要素１０およびスイツチ９が、 前記時間遅れ要素１０のコンデンサＣと通電中
   検出信号e₂が入力されたときに閉路または導通と
   なるスイツチ９との直列回路である特許請求の範
   囲第１項に記載の直流アーク溶接機。 ３ 負帰還用抵抗器Ｒ３に並列接続される時間遅
   れ要素１０およびスイツチ９が、 前記時間遅れ要素１０のコンデンサＣと通電中
   検出信号e₂が入力されたときに開路または非導通
   となるスイツチ９との並列回路である特許請求の
   範囲第１項に記載の直流アーク溶接機。