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JPH0346228B2 - - Google Patents
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JPH0346228B2 - - Google Patents

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JPH0346228B2
JPH0346228B2 JP3267785A JP3267785A JPH0346228B2 JP H0346228 B2 JPH0346228 B2 JP H0346228B2 JP 3267785 A JP3267785 A JP 3267785A JP 3267785 A JP3267785 A JP 3267785A JP H0346228 B2 JPH0346228 B2 JP H0346228B2
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current
comparator
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Kyoshi Kawamata
Takayuki Kashima
Yoshifumi Yamanaka
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Via Mechanics Ltd
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Hitachi Seiko Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明はTIG溶接用電源装置に係り、特にアー
クスタート時の初期電流制御に関するものであ
る。 〔発明の背景〕 近年、トランジスタインバータなどを用いて数
kHzから数十kHzの制御周波数(1秒間当りの制
御の繰返し回数)で電流フイードバツク制御を行
なうことにより定電流特性を持たせたTIG溶接用
電源装置が実用化されている。 この種のTIG溶接用電源装置では、制御周波数
が高いことから数msから10ms程度で出力電流が
定常値になるため、従来はアークスタート時に定
常時と異なる特別な初期電流制御を行なわず、最
初から定常電流値となるように電流フイードバツ
ク制御をしていた。 しかし、電流フイードバツク制御系は通常2次
程度の遅れ要素を持ち、応答を早めるため減衰係
数ξ<1としていることから、過渡的に電流波形
が振動し、特に小電流域(5〜20A程度)でのア
ークスタート時に電流波形が振動すると、電流値
がゼロになることがあり、アーク切れしやすい傾
向があつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、電流制御の応答性が良く、か
つ小電流域でのアークスタート時にもアーク切れ
を生じることのない、アークスタート性の良好な
TIG溶接用電源装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、制御周波数が1kHz以上の電流フイ
ードバツク制御により定電流特性を持たせたTIG
溶接用電源装置において、アークスタート時には
定常電流設定バイアスと初期電流設定バイアスと
の和を電流制御回路中の誤差増幅器に基準入力と
して加え、アークスタート時の初期電流を検知し
てからタングステン電極の熱陰極化に必要な所定
時間経過後に初期電流設定バイアスを解除し、定
常電流設定バイアスだけで決まる値へ基準入力を
スロープ状に移行させる初期電流制御手段を設け
ることにより、小電流域(5〜20A程度)でのア
ークスタート時に所定時間(5〜15ms程度)定
常電流値より高い電流(30〜50A程度)を出力さ
せ、前記所定時間経過後に出力電流を定常値へス
ロープ状に移行させるようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1図、第2図によ
り説明する。 第1図aは主回路部を示す。主回路は、三相交
流入力を全波整流する整流回路1、トランジスタ
Tr1〜Tr4のスイツチング動作により整流回路1
の出力を交流に変換するインバータ回路2、この
インバータ回路の出力を溶接に必要な電圧に降圧
する変圧器3、この変圧器二次側出力を再度直流
に変換して出力するダイオードD1,D2、平滑用
直流リアクタ4から構成され、また電流フイード
バツク用の分流器5が接続されている。この溶接
電源出力により溶接トーチのタングステン電極6
と母材7との間にアーク8が発生する。 第1図bは電流制御回路を示す。演算増幅器
IC1,IC2、比較器IC3,IC4、アナログスイツチ
IC5、反転増幅器IC6、コンデンサC1〜C4、抵抗
R1〜R14を含む電流制御回路は第1図aの分流器
5、インバータ回路2とともに定電流特性を得る
ためのフイードバツク制御系を構成しており、定
常状態では分流器5の出力を演算増幅器IC1で増
幅し、電流フイードバツク信号であるIC1の出力
v3を演算増幅器IC2で定常電流設定バイアスv1
より与えられる基準入力と比較して誤差増幅を行
なう。 IC2の出力v0は比較器IC4で鋸歯状波発生回路9
からの鋸歯状波と比較され、その結果得られたパ
ルス幅制御信号は分配回路10を通して第1図a
のトランジスタTR1〜TR4のベースへ供給され
る。 これにより、鋸歯状波発生回路9の発振周波数
で決まる制御周波数(例えば20kHz)で電流フイ
ードバツク制御が行なわれ、溶接に必要な出力が
得られる。 アークスタート時の初期電流制御は比較器IC3
アナログスイツチIC5、反転増幅器IC6、コンデン
サC1,C4、抵抗R5,R12,R13,R14、初期電流設
定バイアスv2によつて行なわれる。その動作シー
ケンスを第2図に示す。 アークスタート時、溶接電流が流れる前は、ア
ナログスイツチIC5が閉路しているため、初期電
流設定バイアスv2がアナログスイツチIC5を通し
て定常電流設定バイアスv1に加え合わされ、(v1
+v2)が演算増幅器IC2の(一)入力(基準入力)と
なり、溶接用電源装置は定常時よりも出力が高い
状態で待機している。溶接電流が流れると、フイ
ードバツク制御系の応答時間(1〜3msに設定さ
れている)後、前記(v1+v2)で設定された初期
電流値となる。このとき、比較器IC3の(十)入力で
ある演算増幅器IC1の出力v3が電源電圧(十)Eを抵
抗R12,R13で分圧した(一)入力より大きくなるた
め、IC3の出力はステツプ状にHighとなり、それ
からほぼ(R14×C4)の時定数で決まる所定時間
t1経過後に反転増幅器IC6の出力がLOWとなる
ことにより、アナログスイツチIC5が開路する。
このため、初期電流設定バイアスv2は解除され、
コンデンサC1の放電により、演算増幅器IC2の(一)
入力は定常電流設定バイアスv1だけで決まる値へ
ほぼ(R5×C1)の時定数でスロープ状の移行す
る。したがつて、第2図に示すようにアークスタ
ート時のt1時間中は(v1+v2)で決まる初期電流
が流れ、その後はv1だけで決まる定常電流へスロ
ープ状に移行する。 溶接実験によれば、初期電流を30〜50A、時間
t1を5〜15ms程度にすると、5〜20Aの小電流域
でのアークスタート時にも電流波形の振動により
アーク切れすることがなく、またタングステン電
極の熱陰極化が速やかに行なえてアークスタート
性が良くなり、初期電流による母材の溶け落ちや
タングステン電極先端部の溶断もないことが確認
された。 次に、定常電流設定バイアスv1と初期電流設定
バイアスv2の関係について説明する。 演算増幅器IC2の回路を計算簡略化のため、ゲ
インのみについて考えると、t1時間中は次の関係
が成立する。 v2−v4/R5+v1−v4/R6=v4−v0/R8 …(1) v3−v4/R7=v4/R10 …(2) ここで、v4は演算増幅器IC2の入力端子電圧で
ある。 (1),(2)式よりv4を消去し、R6=R7、R8=R10
して整理すると、 R8・{v3/R6+R8・v4/R5・(R6+R8)}−R8 ・(v2/R5+v1/R6)=v0 …(3) (3)式の左辺第2項に示すように、v1とv2の効果
はR5,R6,R8の値で決まる。つまり、R5をR6
R8に対し小さく設定すれば、初期電流設定バイ
アスv2の効果が大きくなる。また、R5=R6に設
定した場合は、v2≪v1になれば、v2の効果が漸減
する。 つまり、v1≦v2のときは、初期電流設定バイア
スv2が有効であるが、溶接電流が大きくなる(v2
≪v1になる)ほどv2の効果は低減する。 なお、初期電流から定常電流への移行に指数関
数的なスロープをつけているのは、演算増幅器
IC2の基準入力を急に変化させると、フイードバ
ツク制御系の減衰係数が小さい場合、オーバシユ
ートにより溶接電流がゼロになるのを防ぐためで
ある。 〔発明の効果〕 本発明によれば、制御周波数が1kHz以上の電
流フイードバツク制御により定電流特性を持たせ
たTIG溶接用電源装置において、初期電流制御手
段として簡単な回路を付加するだけで、小電流域
でのアークスタート時に電流波形の振動によるア
ーク切れをなくし、かつタングステン電極の極陰
極化を速めて、アークスタート性を向上させるこ
とができる。 溶接電流(定常電流)5Aおよび20Aのときの
実験成績を表1に示す。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a power supply device for TIG welding, and particularly to initial current control at arc start. [Background of the Invention] In recent years, TIG welding has been developed using transistor inverters to provide constant current characteristics by performing current feedback control at a control frequency of several kHz to several tens of kHz (number of control repetitions per second). Power supplies have been put into practical use. In this type of TIG welding power supply, the output current reaches a steady value in a few ms to about 10 ms due to the high control frequency. Current feedback control was used to maintain a steady current value from . However, current feedback control systems usually have a second-order delay element, and because the damping coefficient ξ<1 is set to speed up the response, the current waveform oscillates transiently, especially in the small current range (about 5 to 20 A). If the current waveform oscillated when starting the arc, the current value could drop to zero, making the arc more likely to break. [Object of the Invention] The object of the present invention is to provide a good arc start performance that has good current control responsiveness and does not cause arc breakage even when starting an arc in a small current range.
The purpose of the present invention is to provide a power supply device for TIG welding. [Summary of the Invention] The present invention provides a TIG with constant current characteristics through current feedback control with a control frequency of 1 kHz or more.
In a welding power supply device, at arc start, the sum of steady current setting bias and initial current setting bias is applied as a reference input to the error amplifier in the current control circuit, and after detecting the initial current at arc start, the heat of the tungsten electrode is measured. By providing an initial current control means that cancels the initial current setting bias after a predetermined time required for cathodization and shifts the reference input in a slope shape to a value determined only by the steady current setting bias, it is possible to A current higher than the steady current value (about 30 to 50 A) is output for a predetermined period of time (about 5 to 15 ms) at the time of arc start at a certain temperature (about 5 to 15 ms), and after the predetermined time has elapsed, the output current is shifted to the steady value in a slope shape. It is something. [Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1a shows the main circuit section. The main circuit consists of a rectifier circuit 1 that performs full-wave rectification of three-phase AC input, and a transistor
Rectifier circuit 1 is activated by the switching operation of Tr 1 to Tr 4 .
an inverter circuit 2 that converts the output of this inverter circuit to alternating current, a transformer 3 that steps down the output of this inverter circuit to the voltage necessary for welding, and diodes D 1 and D that convert the secondary output of this transformer to direct current again and output it. 2 , a smoothing DC reactor 4, and a current feedback shunt 5 connected thereto. This welding power output causes the tungsten electrode 6 of the welding torch to
An arc 8 is generated between the base material 7 and the base material 7. FIG. 1b shows the current control circuit. operational amplifier
IC 1 , IC 2 , comparator IC 3 , IC 4 , analog switch
IC 5 , inverting amplifier IC 6 , capacitors C 1 to C 4 , resistors
The current control circuit including R 1 to R 14 constitutes a feedback control system to obtain constant current characteristics together with the shunt 5 and inverter circuit 2 shown in Fig. 1a, and in a steady state, the output of the shunt 5 is calculated. The output of IC 1 is amplified by amplifier IC 1 and is a current feedback signal.
The operational amplifier IC 2 compares v 3 with the reference input given by the steady current setting bias v 1 to amplify the error. The output v 0 of IC 2 is sent to the sawtooth wave generating circuit 9 by the comparator IC 4 .
The resulting pulse width control signal is passed through distribution circuit 10 to the sawtooth waveform shown in FIG.
is supplied to the bases of transistors TR 1 to TR 4 . As a result, current feedback control is performed at a control frequency (for example, 20 kHz) determined by the oscillation frequency of the sawtooth wave generating circuit 9, and the output necessary for welding is obtained. Initial current control at arc start is performed by comparator IC 3 ,
This is done by analog switch IC 5 , inverting amplifier IC 6 , capacitors C 1 , C 4 , resistors R 5 , R 12 , R 13 , R 14 and initial current setting bias v 2 . The operation sequence is shown in FIG. At arc start, before the welding current flows, analog switch IC 5 is closed, so the initial current setting bias v 2 is added to the steady current setting bias v 1 through analog switch IC 5 , and (v 1
+v 2 ) becomes the (1) input (reference input) of the operational amplifier IC 2 , and the welding power supply device is on standby with the output higher than in the steady state. When the welding current flows, after a response time of the feedback control system (set to 1 to 3 ms), the welding current reaches the initial current value set by (v 1 +v 2 ). At this time, the output v 3 of the operational amplifier IC 1 , which is the (10) input of the comparator IC 3 , is larger than the (1) input obtained by dividing the power supply voltage (10) E by the resistors R 12 and R 13 . The output of 3 goes high in steps, and then for a predetermined time determined by the time constant of approximately (R 14 × C 4 ).
After t1 has elapsed, the output of the inverting amplifier IC 6 becomes LOW, thereby opening the analog switch IC 5 .
Therefore, the initial current setting bias v 2 is canceled,
Due to the discharge of capacitor C 1 , the (1) of operational amplifier IC 2
The input transitions in a slope shape with a time constant of approximately (R 5 ×C 1 ) to a value determined only by the steady-state current setting bias v 1 . Therefore, as shown in FIG. 2, an initial current determined by (v 1 +v 2 ) flows during the time t 1 at the start of the arc, and thereafter it shifts in a slope to a steady current determined only by v 1 . According to welding experiments, the initial current is 30~50A, time
When t 1 is set to about 5 to 15 ms, the arc will not break due to vibration of the current waveform even when starting an arc in a small current range of 5 to 20 A, and the tungsten electrode can quickly become a hot cathode, improving arc starting performance. It was confirmed that there was no burn-through of the base metal or melting of the tungsten electrode tip due to the initial current. Next, the relationship between the steady current setting bias v 1 and the initial current setting bias v 2 will be explained. In order to simplify the calculation of the circuit of the operational amplifier IC 2 , considering only the gain, the following relationship holds true during time t1 . v 2 −v 4 /R 5 +v 1 −v 4 /R 6 =v 4 −v 0 /R 8 …(1) v 3 −v 4 /R 7 =v 4 /R 10 …(2) Here, v 4 is the input terminal voltage of operational amplifier IC 2 . Eliminating v 4 from equations (1) and (2) and rearranging as R 6 = R 7 and R 8 = R 10 , we get R 8・{v 3 /R 6 +R 8・v 4 /R 5・(R 6 +R 8 )}−R 8・(v 2 /R 5 +v 1 /R 6 )=v 0 …(3) As shown in the second term on the left side of equation (3), the effect of v 1 and v 2 is It is determined by the values of R 5 , R 6 , and R 8 . In other words, R 5 becomes R 6 ,
If it is set smaller than R 8 , the effect of the initial current setting bias v 2 becomes greater. Furthermore, when R 5 =R 6 is set, the effect of v 2 gradually decreases if v 2 <<v 1 . In other words, when v 1 ≦ v 2 , the initial current setting bias v 2 is effective, but the welding current increases (v 2
The effect of v 2 decreases as ≪v 1 ). Note that the operational amplifier has an exponential slope in the transition from the initial current to the steady state current.
This is to prevent the welding current from becoming zero due to overshoot if the reference input of IC 2 is suddenly changed and the damping coefficient of the feedback control system is small. [Effects of the Invention] According to the present invention, in a TIG welding power supply device that has constant current characteristics through current feedback control with a control frequency of 1 kHz or more, it is possible to reduce the size by simply adding a simple circuit as an initial current control means. It is possible to eliminate arc breakage due to vibration of the current waveform when starting an arc in the current range, and to accelerate the conversion of the tungsten electrode into a cathode, thereby improving arc starting performance. Table 1 shows the experimental results when welding current (steady current) was 5A and 20A.

〔溶接条件〕[Welding conditions]

電極;1.6mmφ(2%トリウム入り) シールドガス;アルゴン、5(/min) アーク長;3(mm) 試験回数;100回) Electrode: 1.6mmφ (contains 2% thorium) Shielding gas: Argon, 5 (/min) Arc length: 3 (mm) Number of tests: 100 times)

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す図で、aは主
回路構成図、bは制御回路構成図、第2図は本実
施例の動作シーケンスを示す図である。 2…電流制御用インバータ回路、5…電流フイ
ードバツク用分流器、6…タングステン電極、
IC2…誤差増幅用演算増幅器、IC3…初期電流検知
用比較器、IC5…初期電流設定バイアス加除用ア
ナログスイツチ、C1,R5…スロープ制御用コン
デンサおよび抵抗、C4,R14…遅延用コンデンサ
および抵抗、v1…定常電流設定バイアス、v2…初
期電流設定バイアス。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which a is a main circuit configuration diagram, b is a control circuit configuration diagram, and FIG. 2 is a diagram showing an operation sequence of this embodiment. 2... Inverter circuit for current control, 5... Current feedback shunt, 6... Tungsten electrode,
IC 2 ...Operation amplifier for error amplification, IC 3 ...Comparator for initial current detection, IC 5 ...Analog switch for initial current setting bias addition/subtraction, C 1 , R 5 ...Capacitor and resistor for slope control, C 4 , R 14 ... Delay capacitor and resistor, v 1 ... Steady current setting bias, v 2 ... Initial current setting bias.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1の交流入力を整流し第1の直流出力に変
換する第1の整流回路と、この第1の整流回路か
らの第1の直流出力を第2の交流に変換するイン
バータ回路と、このインバータ回路からの第2の
交流を所定の電圧に降圧する変圧器と、この変圧
器の二次側出力を第2の直流に変換する第2の整
流回路と、この第2の整流回路から出力される溶
接電流を検出する分流器と、この分流器の出力を
増幅する第1の演算増幅器と、この第1の演算増
幅器の出力を予め決められた定常電流設定バイア
スと比較して誤差増幅する第2の演算増幅器と、
所定の発振周波数で鋸歯状波信号を発生する鋸歯
状波発生回路と、上記第2の演算増幅器からの出
力と上記鋸歯状波発生回路からの鋸歯状波信号と
を比較する第1の比較器と、この第1の比較器か
らの出力に応じて上記インバータ回路を制御する
制御信号を発生する分配回路と、上記第1の演算
増幅器の出力と所定の比較電圧とを比較し、アー
クスタート時の上記分流器からの出力に応じてス
テツプ状に出力が変化する第2の比較器と、この
第2の比較器の出力に接続された時定数回路と、
この時定数回路に接続された反転増幅器と、この
反転増幅器により開閉制御され且つこの開閉制御
されることにより、予め決められた初期電流設定
バイアスを上記第2の演算増幅器に入力される予
め決められた定常電流設定バイアスに加え合わせ
又は切り離すアナログスイツチを備えたことを特
徴とするTIG溶接用電源装置。
1 a first rectifier circuit that rectifies a first AC input and converts it into a first DC output; an inverter circuit that converts the first DC output from the first rectifier circuit into a second AC output; A transformer that steps down the second AC from the inverter circuit to a predetermined voltage, a second rectifier circuit that converts the secondary output of the transformer into a second DC, and an output from the second rectifier circuit. a shunt for detecting the welding current to be applied, a first operational amplifier for amplifying the output of the shunt, and amplifying the error by comparing the output of the first operational amplifier with a predetermined steady-state current setting bias. a second operational amplifier;
a sawtooth wave generation circuit that generates a sawtooth wave signal at a predetermined oscillation frequency; and a first comparator that compares the output from the second operational amplifier and the sawtooth wave signal from the sawtooth wave generation circuit. and a distribution circuit that generates a control signal for controlling the inverter circuit according to the output from the first comparator, and compares the output of the first operational amplifier with a predetermined comparison voltage, and compares the output of the first operational amplifier with a predetermined comparison voltage. a second comparator whose output changes stepwise in accordance with the output from the shunt, and a time constant circuit connected to the output of the second comparator;
An inverting amplifier connected to the time constant circuit and an inverting amplifier that is controlled to open and close by the inverting amplifier, and a predetermined initial current setting bias that is input to the second operational amplifier, and which is controlled to open and close by the inverting amplifier. A power supply device for TIG welding, characterized in that it is equipped with an analog switch that adds to or disconnects from a steady current setting bias.
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