JP2019030902A - 溶接電流の制御方法および溶接用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスシールドアーク溶接におけるアーク切れを抑制する。
【解決手段】溶接用電源装置５０は、第１インバータ回路５１１３でＰＷＭ制御を行うことで第１出力電流ＩｏＡを出力する第１電源部５１１と、第２インバータ回路５２１３でＰＷＭ制御を行うことで第２出力電流ＩｏＢを出力する第２電源部５２１とを備えており、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳した溶接電流ＩｏＷを溶接トーチ１０に供給する。第１電源部５１１および第２電源部５２１のそれぞれで行われる、ＰＷＭ制御における搬送波（第１搬送波および第２搬送波）の位相をずらすことで、第１出力電流ＩｏＡのリプルの位相と、第２出力電流ＩｏＢのリプルの位相とをずらす。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶接電流の制御方法および溶接用電源装置に関する。

シールドガスを用い、溶接ワイヤにて被溶接物をアーク溶接するガスシールドアーク溶接においては、溶接ワイヤに供給する溶接電流を高速に制御するために、インバータ回路によるインバータ制御方式を採用した溶接用電源装置が広く用いられている。
この種の溶接用電源装置は、一般に、商用交流を整流して得た直流を、変圧器の一次側に設けたインバータ回路に入力して高周波電流に変換し、その高周波電流を変圧器で所定の電圧まで降圧した後、整流回路で再び直流に変換し、得られた櫛歯状の直流をリアクトルで平滑化し、溶接電流として溶接ワイヤに供給している（特許文献１〜３参照）。

特許４８７９６１８号公報 特許３５３７７５４号公報 特許３８４４００４号公報

しかしながら、インバータ回路によるインバータ制御方式を採用した場合、出力される溶接電流には、インバータ制御に起因するリプル（脈動）が残存し得る。ここで、溶接電流に残存するリプルが大きすぎる場合には、溶接中にアーク切れが生じるおそれがある。また、インバータ回路によるインバータ制御方式を採用した場合において、溶接電流を急激に変化させようとした場合には、インバータ制御における溶接電流の電流指令値に対し、実際の溶接電流が追従できなくなってしまい、溶接中にアーク切れが生じるおそれがある。
本発明は、ガスシールドアーク溶接におけるアーク切れを抑制することを目的とする。

本発明の溶接電流の制御方法は、交流を直流に整流し、整流された直流を第１ゲート信号によるパルス幅変調方式で変調し、変調された交流を降圧し、降圧された交流を整流して第１電流を出力する第１電流出力工程と、交流を直流に整流し、整流された直流を第２ゲート信号によるパルス幅変調方式で変調し、変調された交流を降圧し、降圧された交流を整流して第２電流を出力する第２電流出力工程と、前記第１電流と前記第２電流とを重畳して溶接電流を出力する溶接電流出力工程と、前記第１ゲート信号と、当該第１ゲート信号とは波形が異なる前記第２ゲート信号とを生成するゲート信号生成工程とを含んでいる。
このような溶接電流の制御方法において、前記ゲート信号生成工程では、前記第１ゲート信号の位相と前記第２ゲート信号の位相とをずらすことを特徴とすることができる。
また、前記ゲート信号生成工程では、前記第２ゲート信号の位相を、前記第１ゲート信号の位相よりも１／２周期遅らせることを特徴とすることができる。
さらに、前記ゲート信号生成工程では、前記溶接電流の電流指令値に基づいて前記第１ゲート信号を生成し、当該電流指令値の微分値に基づいて前記第２ゲート信号を生成することを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第２電流に作用するインダクタンスは、前記第１電流に作用するインダクタンスよりも小さいことを特徴とすることができる。
そして、前記第２電流出力工程における整流後且つパルス幅変調前の直流電圧の大きさは、前記第１電流出力工程における整流後且つパルス幅変調前の直流電圧の大きさよりも小さいことを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明の溶接用電源装置は、交流を整流する一次整流回路と、整流された直流をパルス幅変調方式で変調するインバータ回路と、変調された交流を降圧する変圧器と、降圧された交流を整流する二次整流回路とをそれぞれが有する、複数の電源部と、複数の前記電源部が出力する出力電流を重畳して溶接電流を出力する出力手段と、複数の前記電源部のそれぞれに設けられた前記インバータ回路に対し、波形が異なるゲート信号を供給する供給手段とを含んでいる。
このような溶接用電源装置において、前記供給手段は、前記ゲート信号の位相を異ならせて供給することを特徴とすることができる。
また、前記供給手段は、複数の前記電源部のうちの第１電源部に供給する前記ゲート信号として第１ゲート信号を生成する第１ゲート信号生成部と、複数の当該電源部のうちの第２電源部に供給する当該ゲート信号として第２ゲート信号を生成する第２ゲート信号生成部とを備え、前記第２ゲート信号の位相が、前記第１ゲート信号の位相に対し１／２周期遅れていることを特徴とすることができる。
さらに、複数の前記電源部は、前記二次整流回路の出力側に接続されたリアクトルをさらにそれぞれが有し、複数の前記電源部のそれぞれに設けられた前記リアクトルのインダクタンスが同じ大きさであることを特徴とすることができる。
また、前記供給手段は、複数の前記電源部のうちの第１電源部に供給する前記ゲート信号として第１ゲート信号を生成する第１ゲート信号生成部と、複数の当該電源部のうちの第２電源部に供給する当該ゲート信号として第２ゲート信号を生成する第２ゲート信号生成部とを備え、前記第１ゲート信号生成部は、前記溶接電流の電流指令値に基づいて前記第１ゲート信号を生成し、前記第２ゲート信号生成部は、前記電流指令値の微分値に基づいて前記第２ゲート信号を生成することを特徴とすることができる。
また、前記第１電源部は、前記二次整流回路の出力側にリアクトルを備えており、前記第２電源部は、前記二次整流回路の出力側にリアクトルを備えていないことを特徴とすることができる。
さらに、前記第２電源部に設けられた前記インバータ回路の入力電圧は、前記第１電源部に設けられた前記インバータ回路の入力電圧よりも低いことを特徴とすることができる。
さらにまた、前記供給手段は、前記電流指令値を通過させて前記第２ゲート信号生成部に出力するハイパスフィルタをさらに備えることを特徴とすることができる。

本発明によれば、ガスシールドアーク溶接におけるアーク切れを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る溶接システムの概略構成を示す図である。 実施の形態１における溶接用電源装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１における溶接用電源装置の制御手順を示すフローチャートである。 実施の形態１における搬送波と変調波とゲート信号との関係を示す図である。 第１出力電圧と第１出力電流との関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、実施の形態１における、第１出力電流と第２出力電流と溶接電流との関係を示す図である。 実施の形態２における溶接用電源装置の概略構成を示す図である。 実施の形態２における溶接用電源装置の制御手順を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、電流指令値と第１出力電流と第２出力電流と溶接電流との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［溶接システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接システム１の概略構成を示す図である。この溶接システム１は、消耗電極式（溶極式）のガスシールドアーク溶接法により、被溶接物２００の溶接を行うものである。

この溶接システム１は、溶接ワイヤ１００を用いて被溶接物２００を溶接する溶接トーチ１０と、溶接トーチ１０を保持するとともに溶接トーチ１０の位置や姿勢を設定するロボットアーム２０とを備えている。また、溶接システム１は、溶接トーチ１０に溶接ワイヤ１００を送給するワイヤ送給装置３０と、溶接トーチ１０にシールドガスを供給するシールドガス供給装置４０とを備えている。さらに、溶接システム１は、溶接トーチ１０を介して溶接ワイヤ１００および被溶接物２００に溶接電流を供給する溶接用電源装置５０を備えている。以下では、図１に示す溶接システム１を用いた、２つの実施の形態について説明を行う。

＜実施の形態１＞
［溶接用電源装置の構成］
図２は、実施の形態１における溶接用電源装置５０の概略構成を示す図である。ただし、図２は、溶接電流ＩｏＷの供給に関係する構成要素を抜き出して示している。

この溶接用電源装置５０は、第１出力電圧ＶｏＡにて第１出力電流ＩｏＡを供給する第１溶接用電源装置５１と、第２出力電圧ＶｏＢにて第２出力電流ＩｏＢを供給する第２溶接用電源装置５２とを備えている。本実施の形態では、第１溶接用電源装置５１から第１ケーブル（図示せず）を介して出力される第１出力電流ＩｏＡと、第２溶接用電源装置５２から第２ケーブル（図示せず）を介して出力される第２出力電流ＩｏＢとを合成してなる溶接電流ＩｏＷ（＝ＩｏＡ＋ＩｏＢ）を、第３ケーブル（図示せず）および溶接トーチ１０を介して、溶接ワイヤ１００から被溶接物２００に供給している。このとき、溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に生じる電圧を、溶接電圧ＶｏＷ（＝ＶｏＡ＋ＶｏＢ）と呼ぶ。また、第１出力電流ＩｏＡは第１電流の一例であり、第２出力電流ＩｏＢは第２電流の一例である。さらに、第１ケーブルおよび第２ケーブルと第３ケーブルとの接続部位（あるいは溶接トーチ１０）が、出力手段の一例としての機能を有している。

［第１溶接用電源装置の構成］
本実施の形態の第１溶接用電源装置５１は、第１出力電圧ＶｏＡにて第１出力電流ＩｏＡの出力を行う第１電源部５１１と、第１電源部５１１の動作を制御する第１制御部５１２とを備えている。なお、第１制御部５１２は、後述する、第２溶接用電源装置５２に設けられた第２電源部５２１を制御する第２制御部５２２の制御も行う。このように、本実施の形態では、第１制御部５１２が主制御部（メインコントローラ）として、第２制御部５２２が第１制御部５１２による指示に基づいて動作する従制御部（サブコントローラ）として、それぞれ機能している。ここで、本実施の形態では、第１電源部５１１および第２電源部５２１が、複数の電源部に対応している。

〔第１電源部〕
第１電源部５１１は、第１一次整流回路５１１１と、第１昇圧回路５１１２と、第１インバータ回路５１１３と、第１変圧器５１１４と、第１二次整流回路５１１５と、第１リアクトル５１１６とを備えている。

（第１一次整流回路）
第１一次整流回路５１１１は、入力側が三相入力の商用交流電源（図示せず）に接続されており、出力側が第１昇圧回路５１１２に接続されている。この第１一次整流回路５１１１は、商用交流電源から供給される三相交流電圧（例えば三相２２０Ｖ：６０Ｈｚ）を、整流することで直流電圧（例えば３００Ｖ）に変換する。この第１一次整流回路５１１１は、三相全波整流回路等で構成することができる。

（第１昇圧回路）
第１昇圧回路５１１２は、入力側が第１一次整流回路５１１１に接続されており、出力側が第１インバータ回路５１１３に接続されている。この第１昇圧回路５１１２は、第１一次整流回路５１１１から供給される直流電圧（例えば３００Ｖ）を、より電圧値の高い直流電圧（例えば４００Ｖ〜８００Ｖ）に変換する。ただし、第１昇圧回路５１１２は、第１一次整流回路５１１１から入力されてくる直流電圧を、必要に応じてそのまま（同じ電圧値のまま）出力することもできる。この第１昇圧回路５１１２は、パワートランジスタ等のスイッチング素子を含む各種チョッパ回路や、さらに変圧器を含むＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成することができる。

（第１インバータ回路）
第１インバータ回路５１１３は、入力側が第１昇圧回路５１１２に接続されており、出力側が第１変圧器５１１４に接続されている。この第１インバータ回路５１１３は、第１昇圧回路５１１２から供給される直流電圧を、上記商用交流電源よりも周波数の高い交流電圧（例えば５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）に変換する。この第１インバータ回路５１１３は、パワートランジスタ等のスイッチング素子を含む各種インバータ等で構成することができる。また、本実施の形態の第１インバータ回路５１１３は、電圧形インバータで構成されており、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって動作する。

（第１変圧器）
第１変圧器５１１４は、入力側が第１インバータ回路５１１３に接続されており、出力側が第１二次整流回路５１１５に接続されている。そして、第１変圧器５１１４からみて入力側（図中左側）が一次側に、第１変圧器５１１４からみて出力側（図中右側）が二次側になっている。この第１変圧器５１１４は、第１インバータ回路５１１３から供給される交流電圧（一次側電圧）を、より電圧値の低い交流電圧（二次側電圧：数十Ｖ程度）に変換する。この場合、第１変圧器５１１４は、第１インバータ回路５１１３から供給される交流電流（一次側電流）を、より電流値の高い交流電流（二次側電流）に変換するとみなすこともできる。この第１変圧器５１１４は、単相トランス等で構成することができる。

（第１二次整流回路）
第１二次整流回路５１１５は、入力側が第１変圧器５１１４に接続されており、出力側の正極は第１リアクトル５１１６から第１ケーブル（図示せず）および第３ケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ１０（溶接ワイヤ１００）に、出力側の負極は第１ケーブル（図示せず）および第３ケーブル（図示せず）を介して被溶接物２００に、それぞれ接続されている。この第１二次整流回路５１１５は、第１変圧器５１１４から供給される交流を、整流することで直流に変換する。この第１二次整流回路５１１５は、第１変圧器５１１４における二次側のセンタータップ（図示せず）を利用する、センタータップ型全波整流回路等で構成することができる。

（第１リアクトル）
第１リアクトル５１１６は、入力側が第１二次整流回路５１１５の正極に接続されており、出力側が第１ケーブル（図示せず）に接続されている。この第１リアクトル５１１６は、例えば数μＨ程度のインダクタンス成分を有しており、第１二次整流回路５１１５から供給される電流を平滑化する。

〔第１制御部〕
第１制御部５１２は、溶接波形制御部５１２０と、第１昇圧制御部５１２１と、第１電流制御部５１２２と、搬送波生成部５１２３と、第１ゲート信号生成部５１２４とを備えている。

（溶接波形制御部）
溶接波形制御部５１２０には、更に上位の制御装置（図示せず）から、溶接波形指令が入力される。また、溶接波形制御部５１２０には、図示しない電圧センサから、溶接電圧ＶｏＷを測定して得た溶接電圧値ＶｆＷが入力される。

そして、溶接波形制御部５１２０は、入力される溶接波形指令と溶接電圧値ＶｆＷとが一致するように、電流指令値を作成する。ここで、本実施の形態の溶接波形制御部５１２０は、電流指令値として、第１電源部５１１で用いる第１電流指令値と、第２電源部５２１で用いる第２電流指令値とを作成する。

また、溶接波形制御部５１２０は、入力される溶接波形指令と溶接電圧値ＶｆＷとに基づき、昇圧電圧指令値を作成する。ここで、本実施の形態の溶接波形制御部５１２０は、昇圧電圧指令値として、第１電源部５１１で用いる第１昇圧電圧指令値と、第２電源部５２１で用いる第２昇圧電圧指令値とを作成する。

（第１昇圧制御部）
第１昇圧制御部５１２１は、溶接波形制御部５１２０から入力される第１昇圧指令値に基づき、第１電源部５１１に設けられた第１昇圧回路５１１２の昇圧動作を制御する。より具体的に説明すると、第１昇圧制御部５１２１は、第１昇圧指令値に基づき、第１昇圧回路５１１２の電圧変換後の出力電圧の大きさ（この例では３００Ｖ〜８００Ｖの範囲から選択される）を制御する。

（第１電流制御部）
第１電流制御部５１２２には、溶接波形制御部５１２０から第１電流指令値が入力されてくる。また、第１電流制御部５１２２には、第１電源部５１１の出力側に設けられた第１電流センサから、第１出力電流ＩｏＡを測定して得た第１出力電流値ＩｆＡが入力されてくる。

そして、第１電流制御部５１２２は、入力される第１電流指令値と第１出力電流値ＩｆＡとに基づき、第１出力電流ＩｏＡの大きさを制御する。より具体的に説明すると、第１電流制御部５１２２は、第１電流指令値と第１出力電流値ＩｆＡとが一致するように、第１電源部５１１に設けられた第１インバータ回路５１１３のＰＷＭ制御を実行するに際して、搬送波（後述する第１搬送波）との比較に用いられる変調波（第１変調波）を作成する。

（搬送波生成部）
搬送波生成部５１２３は、第１電源部５１１に設けられた第１インバータ回路５１１３のＰＷＭ制御を実行するに際して、上記第１変調波との比較に用いられる搬送波（第１搬送波）を生成する。

（第１ゲート信号生成部）
第１ゲート信号生成部５１２４は、第１電流制御部５１２２から入力される第１変調波と、搬送波生成部５１２３から入力される第１搬送波とを用い、第１電源部５１１に設けられた第１インバータ回路５１１３のＰＷＭ制御で用いるゲート信号（第１ゲート信号）を生成する。なお、これら第１変調波、第１搬送波および第１ゲート信号の詳細については後述する。

［第２溶接用電源装置の構成］
本実施の形態の第２溶接用電源装置５２は、第２出力電圧ＶｏＢにて第２出力電流ＩｏＢの出力を行う第２電源部５２１と、第２電源部５２１の動作を制御する第２制御部５２２とを備えている。

〔第２電源部〕
第２電源部５２１は、第２一次整流回路５２１１と、第２昇圧回路５２１２と、第２インバータ回路５２１３と、第２変圧器５２１４と、第２二次整流回路５２１５と、第２リアクトル５２１６とを備えている。

（第２一次整流回路）
第２一次整流回路５２１１は、入力側が三相入力の商用交流電源（図示せず）に接続されており、出力側が第２昇圧回路５２１２に接続されている。この第２一次整流回路５２１１は、商用交流電源から供給される三相交流電圧（例えば三相２２０Ｖ：６０Ｈｚ）を、整流することで直流電圧（例えば３００Ｖ）に変換する。この第２一次整流回路５２１１は、三相全波整流回路等で構成することができる。

（第２昇圧回路）
第２昇圧回路５２１２は、入力側が第２一次整流回路５２１１に接続されており、出力側が第２インバータ回路５２１３に接続されている。この第２昇圧回路５２１２は、第２一次整流回路５２１１から供給される直流電圧（例えば３００Ｖ）を、より電圧値の高い直流電圧（例えば４００Ｖ〜８００Ｖ）に変換する。ただし、第２昇圧回路５２１２は、第２一次整流回路５２１１から入力されてくる直流電圧を、必要に応じてそのまま（同じ電圧値のまま）出力することもできる。この第２昇圧回路５２１２は、パワートランジスタ等のスイッチング素子を含む各種チョッパ回路や、さらに変圧器を含むＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成することができる。

（第２インバータ回路）
第２インバータ回路５２１３は、入力側が第２昇圧回路５２１２に接続されており、出力側が第２変圧器５２１４に接続されている。この第２インバータ回路５２１３は、第２昇圧回路５２１２から供給される直流電圧を、上記商用交流電源よりも周波数の高い交流電圧（例えば５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）に変換する。この第２インバータ回路５２１３は、パワートランジスタ等のスイッチング素子を含む各種インバータ等で構成することができる。また、本実施の形態の第２インバータ回路５２１３は、電圧形インバータで構成されており、ＰＷＭ制御によって動作する。

（第２変圧器）
第２変圧器５２１４は、入力側が第２インバータ回路５２１３に接続されており、出力側が第２二次整流回路５２１５に接続されている。そして、第２変圧器５２１４からみて入力側（図中左側）が一次側に、第２変圧器５２１４からみて出力側（図中右側）が二次側になっている。この第２変圧器５２１４は、第２インバータ回路５２１３から供給される交流電圧（一次側電圧）を、より電圧値の低い交流電圧（二次側電圧：数十Ｖ程度）に変換する。この場合、第２変圧器５２１４は、第２インバータ回路５２１３から供給される交流電流（一次側電流）を、より電流値の高い交流電流（二次側電流）に変換するとみなすこともできる。この第２変圧器５２１４は、単相トランス等で構成することができる。

（第２二次整流回路）
第２二次整流回路５２１５は、入力側が第２変圧器５２１４に接続されており、出力側の正極は第２リアクトル５２１６から第２ケーブル（図示せず）および第３ケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ１０（溶接ワイヤ１００）に、出力側の負極は第２ケーブル（図示せず）および第３ケーブル（図示せず）を介して被溶接物２００に、それぞれ接続されている。この第２二次整流回路５２１５は、第２変圧器５２１４から供給される交流を、整流することで直流に変換する。この第２二次整流回路５２１５は、第２変圧器５２１４における二次側のセンタータップ（図示せず）を利用する、センタータップ型全波整流回路等で構成することができる。

（第２リアクトル）
第２リアクトル５２１６は、入力側が第２二次整流回路５２１５の正極に接続されており、出力側が第２ケーブル（図示せず）に接続されている。この第２リアクトル５２１６は、例えば数μＨ程度のインダクタンス成分を有しており、第２二次整流回路５２１５から供給される電流を平滑化する。

〔第２制御部〕
第２制御部５２２は、第２昇圧制御部５２２１と、第２電流制御部５２２２と、位相遅延部５２２３と、第２ゲート信号生成部５２２４とを備えている。

（第２昇圧制御部）
第２昇圧制御部５２２１は、溶接波形制御部５１２０から入力される第２昇圧電圧指令値に基づき、第２電源部５２１に設けられた第２昇圧回路５２１２の昇圧動作を制御する。より具体的に説明すると、第２昇圧制御部５２２１は、第２昇圧指令値に基づき、第２昇圧回路５２１２の電圧変換後の出力電圧の大きさ（この例では３００Ｖ〜８００Ｖの範囲から選択される）を制御する。

（第２電流制御部）
第２電流制御部５２２２には、溶接波形制御部５１２０から第２電流指令値が入力されてくる。また、第２電流制御部５２２２には、第２電源部５２１の出力側に設けられた第２電流センサから、第２出力電流ＩｏＢを測定して得た第１出力電流値ＩｆＢが入力されてくる。

そして、第２電流制御部５２２２は、入力される第２電流指令値と第２出力電流値ＩｆＢとに基づき、第２出力電流ＩｏＢの大きさを制御する。より具体的に説明すると、第２電流制御部５２２２は、第２電流指令値と第２出力電流値ＩｆＢとが一致するように、第２電源部５２１に設けられた第２インバータ回路５２１３のＰＷＭ制御を実行するに際して、搬送波（後述する第２搬送波）との比較に用いられる変調波（第２変調波）を作成する。

（位相遅延部）
位相遅延部５２２３は、第２電源部５２１に設けられた第２インバータ回路５２１３のＰＷＭ制御を実行するに際して、上記第２変調波との比較に用いられる搬送波（第２搬送波）を作成する。ただし、位相遅延部５２２３は、搬送波生成部５１２３が生成した第１搬送波の位相を遅延させる（ずらす）ことで、第２搬送波の作成を行う。ここで、第１搬送波と第２搬送波との位相差は、１周期未満（０°超３６０°未満）の範囲から適宜選択して差し支えないが、２分の１周期（１８０°）だけずらすことが望ましい。

（第２ゲート信号生成部）
第２ゲート信号生成部５２２４は、第２電流制御部５２２２から入力される第２変調波と、位相遅延部５２２３から入力される第２搬送波とを用い、第２電源部５２１に設けられた第２インバータ回路５２１３のＰＷＭ制御で用いるゲート信号（第２ゲート信号）を生成する。ここで、本実施の形態では、第１ゲート信号生成部５１２４および第２ゲート信号生成部５２２４の両者が、供給手段の一例としての機能を有している。また、本実施の形態では、第１ゲート信号生成部５１２４から出力される第１ゲート信号および第２ゲート信号生成部５２２４から出力される第２ゲート信号の両者が、ゲート信号の一例としての機能を有している。なお、これら第２変調波、第２搬送波および第２ゲート信号の詳細については後述する。

〔第１電源部と第２電源部との関係〕
本実施の形態では、第１溶接用電源装置５１に設けられる第１電源部５１１と、第２溶接用電源装置５２に設けられる第２電源部５２１とが、同じ構成を有している。すなわち、第１一次整流回路５１１１および第２一次整流回路５２１１、第１昇圧回路５１１２および第２昇圧回路５２１２、第１インバータ回路５１１３および第２インバータ回路５２１３、第１変圧器５１１４および第２変圧器５２１４、第１二次整流回路５１１５および第２二次整流回路５２１５、そして、第１リアクトル５１１６および第２リアクトル５２１６は、それぞれ、同一の構成（特性）となっている。

［溶接システムの動作］
では、本実施の形態の溶接システム１の動作を説明する。
第１溶接用電源装置５１に設けられた第１電源部５１１において、第１一次整流回路５１１１は、商用交流電源から供給される三相交流を直流に変換する。次に、第１昇圧回路５１１２は、第１昇圧電圧指令値に基づく制御により、直流電圧を昇圧させて出力する。続いて、第１インバータ回路５１１３は、第１電流指令値に基づくＰＷＭ制御により、直流を交流に変換する。そして、第１変圧器５１１４が交流電圧を降圧させて出力し、第１二次整流回路５１１５が交流を直流に変換し、第１リアクトル５１１６にて平滑化した後、第１出力電流ＩｏＡとして出力する（第１電流出力工程に対応）。

一方、第２溶接用電源装置５２に設けられた第２電源部５２１において、第２一次整流回路５２１１は、商用交流電源から供給される三相交流を直流に変換する。次に、第２昇圧回路５２１２は、第２昇圧電圧指令値に基づく制御により、直流電圧を昇圧させて出力する。続いて、第２インバータ回路５２１３は、第２電流指令値に基づくＰＷＭ制御により、直流を交流に変換する。そして、第２変圧器５２１４が交流電圧を降圧させて出力し、第２二次整流回路５２１５が交流を直流に変換し、第２リアクトル５２１６にて平滑化した後、第２出力電流ＩｏＢとして出力する（第２電流出力工程に対応）。

ここで、本実施の形態では、第１電源部５１１における第１昇圧回路５１１２の制御に用いられる第１昇圧電圧指令値と、第２電源部５２１における第２昇圧回路５２１２の制御に用いられる第２昇圧電圧指令値とが、同じ値に設定される。このため、第１昇圧回路５１１２および第２昇圧回路５２１２の昇圧後の出力電圧は、同じ大きさに設定される。

また、本実施の形態では、第１電源部５１１における第１インバータ回路５１１３の制御に用いられる第１電流指令値と、第２電源部５２１における第２インバータ回路５２１３の制御に用いられる第２電流指令値とが、同じ値に設定される（ゲート信号生成工程に対応）。このため、第１電源部５１１が出力する第１出力電流ＩｏＡおよび第２電源部５２１が出力する第２出力電流ＩｏＢは、同じ大きさに設定される。

それから、第１電源部５１１から第１ケーブル（図示せず）を介して出力される第１出力電流ＩｏＡ、および、第２電源部５２１から第２ケーブル（図示せず）を介して出力される第２出力電流ＩｏＢは、合成されることで溶接電流ＩｏＷとなり、第３ケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ１０に供給される（溶接電流出力工程に対応）。そして、この溶接電流ＩｏＷは、溶接トーチ１０、溶接ワイヤ１００およびアークを介して、被溶接物２００に流れる。このとき、溶接ワイヤ１００の先端が、アークにより溶融して溶滴となり、成長した溶滴が溶接ワイヤ１００から離脱して被溶接物２００へと移行し、被溶接物２００の溶接が行われることになる。その結果、被溶接物２００を、溶接ワイヤ１００を用いて溶接してなる溶接物が得られる。

［溶接電流の制御］
では、本実施の形態における溶接用電源装置５０の制御について、より詳細な説明を行う。
図３は、実施の形態１における溶接用電源装置５０の制御手順を示すフローチャートである。図３において、図中左側は第１溶接用電源装置５１の制御手順を、また、図中右側は第２溶接用電源装置５２の制御手順を、それぞれ示している。なお、これら第１溶接用電源装置５１および第２溶接用電源装置５２の制御は、時間的に並列に行われる。

本制御の最初の状態において、回数Ｎは０（Ｎ＝０）に設定されているものとする。また、本制御の最初の状態において、第１制御部５１２に設けられた搬送波生成部５１２３は、周期が一定に設定された搬送波（第１搬送波）を出力しているものとする。なお、本制御の最初の状態において、第１溶接用電源装置５１は制御割り込み待ちの状態にあり（ステップ１０１）、第２溶接用電源装置５２も制御割り込み待ちの状態にある（ステップ２０１）。

まず、第１制御部５１２に設けられた溶接波形制御部５１２０は、図示しない電圧センサから、溶接電圧ＶｏＷを測定して得た溶接電圧値ＶｆＷを取り込む（ステップ１０２）。また、溶接波形制御部５１２０は、上位の制御装置（図示せず）から、溶接波形指令値を取り込む（ステップ１０３）。

そして、溶接波形制御部５１２０は、ステップ１０２で取り込んだ溶接電圧値ＶｆＷと、ステップ１０３で取り込んだ溶接波形指令値とに基づき、第１電源部５１１および第２電源部５２１に対する電流指令値を算出する（ステップ１０４）。本実施の形態において、溶接波形制御部５１２０は、電流指令値として、第１電源部５１１に対する第１電流指令値と、第２電源部５２１に対する第２電流指令値とを算出する。なお、本実施の形態において、第１電流指令値および第２電流指令値は、電流指令値の大きさ（電流値）を半分にしたものとなっており、同じ内容となっている。例えば電流指令値の大きさが７００（Ａ）である場合、第１電流指令値は３５０（Ａ）となり、第２電流指令値も３５０（Ａ）となる。

また、溶接波形制御部５１２０は、ステップ１０２で取り込んだ溶接電圧値ＶｆＷと、ステップ１０３で取り込んだ溶接波形指令値とに基づき、第１電源部５１１および第２電源部５２１に対する昇圧電圧指令値を算出する（ステップ１０５）。本実施の形態において、溶接波形制御部５１２０は、昇圧電圧指令値として、第１電源部５１１に対する第１昇圧電圧指令値と、第２電源部５２１に対する第２昇圧電圧指令値とを算出する。なお、本実施の形態において、第１昇圧電圧指令値および第２昇圧電圧指令値は、同じ大きさとなっている。例えば、第１昇圧電圧指令値が８００（Ｖ）となる場合、第２昇圧電圧指令値も８００（Ｖ）となる。

次に、第１制御部５１２に設けられた第１昇圧制御部５１２１は、Ｎ＝０であるか否かを判断する（ステップ１０６）。ステップ１０６で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、後述するステップ１０８へと進む。一方、ステップ１０６で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第１昇圧制御部５１２１は、ステップ１０５で算出された第１昇圧電圧指令値に基づき、第１電源部５１１に設けられた第１昇圧回路５１１２の昇圧を制御する（ステップ１０７）。

続いて、第１制御部５１２に設けられた第１電流制御部５１２２は、図示しない電流センサから第１電源部５１１の第１出力電流ＩｏＡを測定して得た第１出力電流値ＩｆＡを取り込む（ステップ１０８）。そして、第１電流制御部５１２２は、ステップ１０８で取り込んだ第１出力電流値ＩｆＡと、ステップ１０４で算出された第１電流指令値とに基づき、第１電源部５１１での出力電流の目標値となる、第１出力電流目標値を算出する（ステップ１０９）。また、第１電流制御部５１２２は、第１出力電流値ＩｆＡがステップ１０９で算出した第１出力電流目標値と一致するように、第１電源部５１１（より具体的には第１インバータ回路５１１３）でのＰＷＭ制御に用いる第１変調波を生成する（ステップ１１０）。

そして、第１制御部５１２に設けられた第１ゲート信号生成部５１２４は、搬送波生成部５１２３から入力されてくる第１搬送波と、ステップ１１０で生成された第１変調波とを比較する（ステップ１１１）。そして、第１ゲート信号生成部５１２４は、第１搬送波と第１変調波との比較に基づいて、第１電源部５１１の第１インバータ回路５１１３で用いる第１ゲート信号を生成する（ステップ１１２）。

ステップ１１２が終了すると、第１昇圧制御部５１２１は、Ｎを１だけインクリメントすることでＮ＝Ｎ＋１に設定し（ステップ１１３）、さらにＮ＝１０となったか否かを判断する（ステップ１１４）。ステップ１１４で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、上述したステップ１０１へと戻って処理を続行する。一方、ステップ１１４で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第１昇圧制御部５１２１は、ＮをリセットしてＮ＝０に設定し（ステップ１１５）、上述したステップ１０１へと戻って処理を続行する。

他方、第２制御部５２２では、第１制御部５１２が作成した指令値（第２電流指令値および第２昇圧電圧指令値）を読み込む（ステップ２０２）。

次に、第２制御部５２２に設けられた第２昇圧制御部５２２１は、Ｎ＝０であるか否かを判断する（ステップ２０３）。ステップ２０３で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、後述するステップ２０５へと進む。一方、ステップ２０３で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第２昇圧制御部５２２１は、ステップ１０５で算出され、ステップ２０２で読み込んだ第２昇圧電圧指令値に基づき、第２電源部５２１に設けられた第２昇圧回路５２１２の昇圧を制御する（ステップ２０４）。

続いて、第２制御部５２２に設けられた第２電流制御部５２２２は、図示しない電流センサから第２電源部５２１の第２出力電流ＩｏＢを測定して得た第２出力電流値ＩｆＢを取り込む（ステップ２０５）。そして、第２電流制御部５２２２は、ステップ２０５で取り込んだ第２出力電流値ＩｆＢと、ステップ１０４で算出され、ステップ２０２で読み込んだ第２電流指令値とに基づき、第２電源部５２１での出力電流の目標値となる、第２出力電流目標値を算出する（ステップ２０６）。また、第２電流制御部５２２２は、第２出力電流値ＩｆＢがステップ２０６で算出した第２出力電流目標値と一致するように、第２電源部５２１（より具体的には第２インバータ回路５２１３）でのＰＷＭ制御に用いる第２変調波を生成する（ステップ２０７）。

また、第２制御部５２２に設けられた位相遅延部５２２３は、第１制御部５１２の搬送波生成部５１２３から入力されてくる第１搬送波の位相を例えば１／２周期だけ遅延処理する（遅延させる）ことで、第２搬送波を生成する（ステップ２０８）。

そして、第２制御部５２２に設けられた第２ゲート信号生成部５２２４は、位相遅延部５２２３から入力されてくる第２搬送波と、ステップ２０７で生成された第２変調波とを比較する（ステップ２０９）。そして、第２ゲート信号生成部５２２４は、第２搬送波と第２変調波との比較に基づいて、第２電源部５２１の第２インバータ回路５２１３で用いる第２ゲート信号を生成する（ステップ２１０）。

ステップ２１０が終了すると、第２昇圧制御部５２２１は、Ｎを１だけインクリメントすることでＮ＝Ｎ＋１に設定し（ステップ２１１）、さらにＮ＝１０となったか否かを判断する（ステップ２１２）。ステップ２１２で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、上述したステップ２０１へと戻って処理を続行する。一方、ステップ２１２で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第２昇圧制御部５２２１は、ＮをリセットしてＮ＝０に設定し（ステップ２１３）、上述したステップ２０１へと戻って処理を続行する。

［搬送波と変調波とゲート信号との関係］
図４は、実施の形態１における搬送波と変調波とゲート信号との関係を示す図である。ここで、図４の上段は、第１溶接用電源装置５１（より具体的には第１ゲート信号生成部５１２４）における第１搬送波と第１変調波と第１ゲート信号との関係を示している。これに対し、図４の下段は、第２溶接用電源装置５２（より具体的には第２ゲート信号生成部５２２４）における第２搬送波と第２変調波と第２ゲート信号との関係を示している。なお、図４の上段に示す第１ゲート信号の波形は、結果として、第１電源部５１１による第１出力電圧ＶｏＡの波形に対応しており、図４の下段に示す第２ゲート信号の波形は、結果として、第２電源部５２１による第２出力電圧ＶｏＢの波形に対応している。

本実施の形態では、第１搬送波としてのこぎり波を用いており、第１搬送波を遅延処理してなる第２搬送波ものこぎり波となっている。そして、第２搬送波は、第１搬送波に対して、１／２周期（１８０°）だけ位相が遅れている。このため、得られる第２ゲート信号（第２出力電圧ＶｏＢ）も、第１ゲート信号（第１出力電圧ＶｏＡ）に対し、１／２周期（１８０°）だけ位相が遅れている。

［第１出力電圧と第１出力電流との関係］
図５は、第１電源部５１１が出力する第１出力電圧ＶｏＡと第１出力電流ＩｏＡとの関係を示す図である。図５において、横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は電流（Ａ）および電圧（Ｖ）である。

本実施の形態では、第１電源部５１１により出力される第１出力電圧ＶｏＡが、ＰＷＭ制御によってパルス状かつ離散的となる。ここで、本実施の形態では、第１電源部５１１の出力側に第１リアクトル５１１６が設けられることにより、第１出力電流ＩｏＡが平滑化される。ただし、第１出力電流ＩｏＡは、完全に平滑化されるのではなく、第１出力電圧ＶｏＡの波形に対応したリプルが残存する。なお、リプルの大きさであるΔｉは、電圧の値をＶとし、リアクトル（ここでは第１リアクトル５１１６）の値をＬとしたとき、Δｉ＝（Ｖ／Ｌ）・ｄｔで表される。したがって、リアクトルの値Ｌが小さくなるほど、リプルの大きさΔｉは大きくなる。

なお、ここでは詳細な説明を行わないが、第２電源部５２１が出力する第２出力電圧ＶｏＢおよび第２出力電流ＩｏＢも、第１出力電圧ＶｏＡおよび第１出力電流ＩｏＡと同じ関係（図５に示す関係）を有している。このため、第２出力電流ＩｏＢも、完全に平滑化されるのではなく、第２出力電圧ＶｏＢの波形に対応したリプルが残存する。

また、本実施の形態では、第１電源部５１１で用いる第１リアクトル５１１６と、第２電源部５２１で用いる第２リアクトル５２１６とに、同じ部品（同じリアクタンス成分を持つもの）を使用している。さらに、本実施の形態では、第１電源部５１１における第１インバータ回路５１１３の入力電圧（第１昇圧回路５１１２の出力電圧）と、第２電源部５２１における第２インバータ回路５２１３の入力電圧（第２昇圧回路５２１２の出力電圧）とが、同じ大きさに設定される。このため、第１電源部５１１が出力する第１出力電流ＩｏＡにおけるリプルの大きさΔｉと、第２電源部５２１が出力する第２出力電流ＩｏＢにおけるリプルの大きさΔｉとは、ほぼ同程度の大きさとなる。

［第１出力電流と第２出力電流と溶接電流との関係］
図６は、実施の形態１における、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢと溶接電流ＩｏＷとの関係を示す図である。ここで、図６（ａ）は、第１出力電流ＩｏＡの生成に使用する第１搬送波と、第２出力電流ＩｏＢの生成に使用する第２搬送波との位相を揃えた場合（第２出力電流ＩｏＢの生成にも第１搬送波を用いた場合）を例示している。これに対し、図６（ｂ）は、第１出力電流ＩｏＡの生成に使用する第１搬送波と、第２出力電流ＩｏＢの生成に使用する第２搬送波との位相を１／２周期だけずらした場合を例示している。なお、図６（ａ）に示す例は、従来のように、１つの電源部をＰＷＭ制御することによって、溶接電流ＩｏＷを生成している場合と同じである。

図６（ａ）に示す例では、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとが同位相であることから、両者のリプルの山と山とが重なり、且つ、両者のリプルの谷と谷とが重なる。その結果、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷでは、第１出力電流ＩｏＡ単体（あるいは第２出力電流ＩｏＢ単体）の２倍までリプルが大きくなってしまう。

一方、図６（ｂ）に示す例では、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとが１／２周期だけ位相ずれしていることから、両者のリプルの山と山とが重ならず、且つ、両者のリプルの谷と谷とも重ならないことになる。その結果、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷでは、図６（ａ）に示す例よりもリプルの大きさが抑えられる。

［実施の形態１のまとめ］
以上説明したように、本実施の形態では、溶接用電源装置５０に２つの電源部（第１電源部５１１および第２電源部５２１）を設けた。そして、これら第１電源部５１１および第２電源部５２１のそれぞれで行われる、ＰＷＭ制御における搬送波（第１搬送波および第２搬送波）の位相をずらすようにした。

これにより、第１電源部５１１から出力される第１出力電流ＩｏＡのリプルの位相と、第２電源部５２１から出力される第２出力電流ＩｏＢのリプルの位相とをずらすことができる。その結果、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷの揺れ（変動）を抑制することができる。このため、本実施の形態の手法を採用することにより、溶接電流ＩｏＷの波形を電流指令値に近づけることができるとともに、溶接中のアーク切れを抑制することが可能になる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、溶接用電源装置５０に設けられた第１電源部５１１が出力する第１出力電流ＩｏＡの位相と、第２電源部５２１が出力する第２出力電流ＩｏＢの位相とをずらすことで、これらを重畳してなる溶接電流ＩｏＷの平坦化を図っていた。これに対し、本実施の形態では、溶接用電源装置５０に設けられた第１電源部５１１、第２電源部５２１のリアクトルの大きさを異ならせることで、パルスアーク溶接における溶接電流ＩｏＷの立ち上がりの追従性を高めるようにしたものである。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

［溶接用電源装置の構成］
図７は、実施の形態２における溶接用電源装置５０の概略構成を示す図である。
本実施の形態の溶接用電源装置５０は、第１溶接用電源装置５１と第２溶接用電源装置５２とを備えている点で、実施の形態１と共通する。また、本実施の形態の第１溶接用電源装置５１は、第１電源部５１１と第１制御部５１２とを備えている点で実施の形態１と共通する。さらに、本実施の形態の第２溶接用電源装置５２は、第２電源部５２１と第２制御部５２２とを備えている点で実施の形態１と共通する。そして、本実施の形態の第１溶接用電源装置５１は、実施の形態１で説明したものと同じ構成である。これに対し、本実施の形態の第２溶接用電源装置５２は、実施の形態１で説明したものと構成の一部が異なる。そこで、以下では、第２溶接用電源装置５２について説明を行う。

［第２溶接用電源装置の構成］
上述したように、本実施の形態の第２溶接用電源装置５２は、実施の形態１と同じく、第２出力電圧ＶｏＢにて第２出力電流ＩｏＢの出力を行う第２電源部５２１と、第２電源部５２１の動作を制御する第２制御部５２２とを備えている。

〔第２電源部〕
本実施の形態の第２電源部５２１は、実施の形態１と同様に、第２一次整流回路５２１１と、第２昇圧回路５２１２と、第２インバータ回路５２１３と、第２変圧器５２１４と、第２二次整流回路５２１５とを備えている。ただし、本実施の形態の第２電源部５２１は、実施の形態１とは異なり、第２リアクトル５２１６を備えていない。したがって、本実施の形態の場合、第２二次整流回路５２１５の出力側の正極は、第２ケーブル（図示せず）および第３ケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ１０（溶接ワイヤ１００）に接続されることになる。なお、一般に溶接等で使用されるケーブル（ここでは第１ケーブル〜第３ケーブル）には、０．１μＨ／ｍ程度のインダクタンス成分が存在する。したがって、第２電源部５２１に接続される第２ケーブルの長さが１０ｍあれば、そのインダクタンス成分は１μＨ程度となる。

〔第２制御部〕
本実施の形態の第２制御部５２２は、実施の形態１と同様に、第２昇圧制御部５２２１と、第２電流制御部５２２２と、第２ゲート信号生成部５２２４とを備えている。ただし、本実施の形態の第２制御部５２２は、実施の形態１とは異なり、位相遅延部５２２３を備えていない。したがって、本実施の形態の場合、第２ゲート信号生成部５２２４には、第１制御部５１２に設けられた第１ゲート信号生成部５１２４と同じく、第１搬送波がそのまま入力されることになる。

また、本実施の形態の第２制御部５２２は、指令ハイパスフィルタ５２２５（図７には「指令ＨＰＦ」と記載）をさらに備えている点が、実施の形態１とは異なる。

（指令ハイパスフィルタ）
指令ハイパスフィルタ５２２５には、第１制御部５１２に設けられた溶接波形制御部５１２０から、第２電流指令値が入力されてくる。ここで、指令ハイパスフィルタ５２２５のカットオフ周波数は、例えば１ｋＨｚ程度とすることができ、減衰比は０．７程度とすることができる。そして、指令ハイパスフィルタ５２２５は、上記カットオフ周波数にて第２電流指令値を濾波し、濾波後の出力（第２電流指令値の高周波成分：微分値）を、第２電流制御部５２２２に出力する。

指令ハイパスフィルタ５２２５のカットオフ周波数（１ｋＨｚ）は、溶接機配線の寄生インダクタンス値と、負荷（アーク）抵抗によるＬＲ回路の時定数（時定数はＬ／Ｒで規定される）とによって決まるものである。ここで、寄生インダクタンス値が上記のように１μＨ、アークの負荷抵抗値が数１０ｍΩであると想定すると、このＬＲ回路の時定数（Ｌ／Ｒ）は０．１ｍｓｅｃ以下（周波数では１０ｋＨｚ以上）となる。また、指令ハイパスフィルタ５２２５の減衰率については、０．７に限られるものではなく、０．５程度であってもかまわない。

〔第１電源部と第２電源部との関係〕
本実施の形態では、第１溶接用電源装置５１に設けられる第１電源部５１１と、第２溶接用電源装置５２に設けられる第２電源部５２１とが、異なる構成を有している。すなわち、第１電源部５１１はリアクトル（第１リアクトル５１１６）を備えているのに対し、第２電源部５２１はリアクトル（第２リアクトル５２１６）を備えていない。

［溶接システムの動作］
では、本実施の形態の溶接システム１の動作を説明する。
第１溶接用電源装置５１に設けられた第１電源部５１１において、第１一次整流回路５１１１は、商用交流電源から供給される三相交流を直流に変換する。次に、第１昇圧回路５１１２は、第１昇圧電圧指令値に基づく制御により、直流電圧を昇圧させて出力する。続いて、第１インバータ回路５１１３は、第１電流指令値に基づくＰＷＭ制御により、直流を交流に変換する。そして、第１変圧器５１１４が交流電圧を降圧させて出力し、第１二次整流回路５１１５が交流を直流に変換し、第１リアクトル５１１６にて平滑化した後、第１出力電流ＩｏＡとして出力する（第１電流出力工程に対応）。

一方、第２溶接用電源装置５２に設けられた第２電源部５２１において、第２一次整流回路５２１１は、商用交流電源から供給される三相交流を直流に変換する。次に、第２昇圧回路５２１２は、第２昇圧電圧指令値に基づく制御により、直流電圧を昇圧させて出力する。続いて、第２インバータ回路５２１３は、第２電流指令値に基づくＰＷＭ制御により、直流を交流に変換する。そして、第２変圧器５２１４が交流電圧を降圧させて出力し、第２二次整流回路５２１５が交流を直流に変換し、第２出力電流ＩｏＢとして出力する（第２電流出力工程に対応）。

ここで、本実施の形態では、第１電源部５１１における第１昇圧回路５１１２の制御に用いられる第１昇圧電圧指令値と、第２電源部５２１における第２昇圧回路５２１２の制御に用いられる第２昇圧電圧指令値とが、異なる値に設定される。より具体的には、第２昇圧電圧指令値は、第１昇圧電圧指令値よりも小さくなるように設定される。このため、第２昇圧回路５２１２の昇圧後の出力電圧（例えば３００Ｖ）は、第１昇圧回路５１１２の昇圧後の出力電圧（例えば８００Ｖ）よりも小さく設定される。

また、本実施の形態では、第１電源部５１１における第１インバータ回路５１１３の制御に用いられる第１電流指令値と、第２電源部５２１における第２インバータ回路５２１３の制御に用いられる第２電流指令値とが、同じ値に設定される。ただし、第１電源部５１１では、第１電流指令値をそのまま用いたＰＷＭ制御を行う一方、第２電源部５２１では、第２電流指令値の微分値を用いたＰＷＭ制御を行う（ゲート信号生成工程に対応）。このため、第１電源部５１１が出力する第１出力電流ＩｏＡおよび第２電源部５２１が出力する第２出力電流ＩｏＢは、異なる大きさ且つ異なる波形に設定される。

それから、第１電源部５１１から第１ケーブル（図示せず）を介して出力される第１出力電流ＩｏＡ、および、第２電源部５２１から第２ケーブル（図示せず）を介して出力される第２出力電流ＩｏＢは、合成されることで溶接電流ＩｏＷとなり、第３ケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ１０に供給される（溶接電流出力工程に対応）。なお、このとき第２電源部５２１に接続される第２ケーブル（図示せず）のインダクタンス成分が、第２出力電流ＩｏＢの平滑化に寄与する。ただし、第２ケーブル（図示せず）のインダクタンス成分は、第１リアクトル５１１６のインダクタンス成分よりも小さい。そして、この溶接電流ＩｏＷは、溶接トーチ１０、溶接ワイヤ１００およびアークを介して、被溶接物２００に流れる。このとき、溶接ワイヤ１００の先端が、アークにより溶融して溶滴となり、成長した溶滴が溶接ワイヤ１００から離脱して被溶接物２００へと移行し、被溶接物２００の溶接が行われることになる。その結果、被溶接物２００を、溶接ワイヤ１００を用いて溶接してなる溶接物が得られる。

［溶接電流の制御］
では、本実施の形態における溶接用電源装置５０の制御について、より詳細な説明を行う。
図８は、実施の形態２における溶接用電源装置５０の制御手順を示すフローチャートである。図８において、図中左側は第１溶接用電源装置５１の制御手順を、また、図中右側は第２溶接用電源装置５２の制御手順を、それぞれ示している。なお、これら第１溶接用電源装置５１および第２溶接用電源装置５２の制御は、時間的に並列に行われる。

本制御の最初の状態において、回数Ｎは０（Ｎ＝０）に設定されているものとする。また、本制御の最初の状態において、第１制御部５１２に設けられた搬送波生成部５１２３は、周期が一定に設定された搬送波（第１搬送波）を出力しているものとする。なお、本制御の最初の状態において、第１溶接用電源装置５１は制御割り込み待ちの状態にあり（ステップ３０１）、第２溶接用電源装置５２も制御割り込み待ちの状態にある（ステップ４０１）。

まず、第１制御部５１２に設けられた溶接波形制御部５１２０は、図示しない電圧センサから、溶接電圧ＶｏＷを測定して得た溶接電圧値ＶｆＷを取り込む（ステップ３０２）。また、溶接波形制御部５１２０は、上位の制御装置（図示せず）から、溶接波形指令値を取り込む（ステップ３０３）。

そして、溶接波形制御部５１２０は、ステップ３０２で取り込んだ溶接電圧値ＶｆＷと、ステップ３０３で取り込んだ溶接波形指令値とに基づき、第１電源部５１１および第２電源部５２１に対する電流指令値を算出する（ステップ３０４）。本実施の形態において、溶接波形制御部５１２０は、電流指令値として、第１電源部５１１に対する第１電流指令値と、第２電源部５２１に対する第２電流指令値とを算出する。なお、本実施の形態において、第１電流指令値および第２電流指令値は、電流指令値の大きさ（電流値）をそのまま維持したものとなっており、同じ内容となっている。例えば電流指令値の大きさが７００（Ａ）である場合、第１電流指令値は７００（Ａ）となり、第２電流指令値も７００（Ａ）となる。ただし、この第２電流指令値は指令ハイパスフィルタ５２２５により高周波成分のみが抽出されて、第２電流制御部５２２２に入力される。したがって、第２電流制御部５２２２に入力される実際の第２電流指令値は、第１電流指令値よりも小さな値となる。

また、溶接波形制御部５１２０は、ステップ３０２で取り込んだ溶接電圧値ＶｆＷと、ステップ３０３で取り込んだ溶接波形指令値とに基づき、第１電源部５１１および第２電源部５２１に対する昇圧電圧指令値を算出する（ステップ３０５）。本実施の形態において、溶接波形制御部５１２０は、昇圧電圧指令値として、第１電源部５１１に対する第１昇圧電圧指令値と、第２電源部５２１に対する第２昇圧電圧指令値とを算出する。なお、本実施の形態において、第１昇圧電圧指令値および第２昇圧電圧指令値は、異なる大きさとなっている。例えば、第１昇圧電圧指令値を８００（Ｖ）とする場合、第２昇圧電圧指令値は第１昇圧電圧指令値よりも低い電圧をとり、その最小値は、三相交流２００Ｖ電源の場合には２８２Ｖとなる。

次に、第１制御部５１２に設けられた第１昇圧制御部５１２１は、Ｎ＝０であるか否かを判断する（ステップ３０６）。ステップ３０６で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、後述するステップ３０８へと進む。一方、ステップ３０６で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第１昇圧制御部５１２１は、ステップ３０５で算出された第１昇圧電圧指令値に基づき、第１電源部５１１に設けられた第１昇圧回路５１１２の昇圧を制御する（ステップ３０７）。

続いて、第１制御部５１２に設けられた第１電流制御部５１２２は、図示しない電流センサから第１電源部５１１の第１出力電流ＩｏＡを測定して得た第１出力電流値ＩｆＡを取り込む（ステップ３０８）。そして、第１電流制御部５１２２は、ステップ３０８で取り込んだ第１出力電流値ＩｆＡと、ステップ３０４で算出された第１電流指令値とに基づき、第１電源部５１１での出力電流の目標値となる、第１出力電流目標値を算出する（ステップ３０９）。また、第１電流制御部５１２２は、第１出力電流値ＩｆＡがステップ３０９で算出した第１出力電流目標値と一致するように、第１電源部５１１（より具体的には第１インバータ回路５１１３）でのＰＷＭ制御に用いる第１変調波を生成する（ステップ３１０）。

そして、第１制御部５１２に設けられた第１ゲート信号生成部５１２４は、搬送波生成部５１２３から入力されてくる第１搬送波と、ステップ３１０で生成された第１変調波とを比較する（ステップ３１１）。そして、第１ゲート信号生成部５１２４は、第１搬送波と第１変調波との比較に基づいて、第１電源部５１１の第１インバータ回路５１１３で用いる第１ゲート信号を生成する（ステップ３１２）。

ステップ３１２が終了すると、第１昇圧制御部５１２１は、Ｎを１だけインクリメントすることでＮ＝Ｎ＋１に設定し（ステップ３１３）、さらにＮ＝１０となったか否かを判断する（ステップ３１４）。ステップ３１４で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、上述したステップ３０１へと戻って処理を続行する。一方、ステップ３１４で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第１昇圧制御部５１２１は、ＮをリセットしてＮ＝０に設定し（ステップ３１５）、上述したステップ３０１へと戻って処理を続行する。

他方、第２制御部５２２では、第１制御部５１２が作成した指令値（第２電流指令値および第２昇圧電圧指令値）を読み込む（ステップ４０２）。

次に、第２制御部５２２に設けられた第２昇圧制御部５２２１は、Ｎ＝０であるか否かを判断する（ステップ４０３）。ステップ４０３で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、後述するステップ４０５へと進む。一方、ステップ４０３で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第２昇圧制御部５２２１は、ステップ３０５で算出され、ステップ４０２で読み込んだ第２昇圧電圧指令値に基づき、第２電源部５２１に設けられた第２昇圧回路５２１２の昇圧を制御する（ステップ４０４）。

また、第２制御部５２２に設けられた指令ハイパスフィルタ５２２５は、ステップ４０２で読み込んだ第２電流指令値のハイパスフィルタ処理を行う（ステップ４０５）。

また、第２制御部５２２に設けられた第２電流制御部５２２２は、図示しない電流センサから第２電源部５２１の第２出力電流ＩｏＢを測定して得た第２出力電流値ＩｆＢを取り込む（ステップ４０６）。

続いて、第２制御部５２２に設けられた第２電流制御部５２２２は、ステップ４０６で取り込んだ第２出力電流値ＩｆＢと、ステップ４０５で第２電流指令値をハイパスフィルタ処理して得た第２電流指令値の高周波成分（微分値）とに基づき、第２電源部５２１での出力電流の目標値となる、第２出力電流目標値を算出する（ステップ４０８）。また、第２電流制御部５２２２は、第２出力電流値ＩｆＢの高周波成分がステップ４０８で算出した第２出力電流目標値と一致するように、第２電源部５２１（より具体的には第２インバータ回路５２１３）でのＰＷＭ制御に用いる第２変調波を生成する（ステップ４０９）。

そして、第２制御部５２２に設けられた第２ゲート信号生成部５２２４は、第１制御部５１２の搬送波生成部５１２３から入力されてくる第１搬送波と、ステップ４０９で生成された第２変調波とを比較する（ステップ４１０）。そして、第２ゲート信号生成部５２２４は、第２搬送波と第２変調波との比較に基づいて、第２電源部５２１の第２インバータ回路５２１３で用いる第２ゲート信号を生成する（ステップ４１１）。

ステップ４１１が終了すると、第２昇圧制御部５２２１は、Ｎを１だけインクリメントすることでＮ＝Ｎ＋１に設定し（ステップ４１２）、さらにＮ＝１０となったか否かを判断する（ステップ４１３）。ステップ４１３で否定の判断（ＮＯ）を行った場合は、上述したステップ４０１へと戻って処理を続行する。一方、ステップ４１３で肯定の判断（ＹＥＳ）を行った場合、第２昇圧制御部５２２１は、ＮをリセットしてＮ＝０に設定し（ステップ４１４）、上述したステップ４０１へと戻って処理を続行する。

［搬送波と変調波とゲート信号との関係］
本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、第１電源部５１１および第２電源部５２１のＰＷＭ制御において、同じ搬送波（第１搬送波）を用いている。このため、第１電源部５１１の第１インバータ回路５１１３で用いる第１ゲート信号、および、第２電源部５２１の第２インバータ回路５２１３で用いる第２ゲート信号は、同位相となっている。その結果、第１電源部５１１が出力する第１出力電圧ＶｏＡ、および、第２電源部５２１が出力する第２出力電圧ＶｏＢも、同位相となり、第１出力電流ＩｏＡおよび第２出力電流ＩｏＢも、同位相となる。

［電流指令値と第１出力電流と第２出力電流と溶接電流との関係］
図９は、電流指令値と第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢと溶接電流ＩｏＷとの関係を示す図である。ここで、図９（ａ）は、電流指令値（第１電流指令値および第２電流指令値）を示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す電流指令値に基づいて出力される第１出力電流ＩｏＡおよび第２出力電流ＩｏＢを示している。さらに、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す第１出力電流ＩｏＡおよび第２出力電流ＩｏＢを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷを示している。なお、図９（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は電流（Ａ）である。

〔電流指令値〕
図９（ａ）に示す例において、電流指令値は、時間０．０１８（ｓｅｃ）〜０．０２（ｓｅｃ）の間は、電流値が１００（Ａ）に設定され、これに続く時間０．０２（ｓｅｃ）〜０．０２２（ｓｅｃ）の間は、電流値が７００（Ａ）に設定される。したがって、時間０．０２（ｓｅｃ）は、電流値が１００（Ａ）から７００（Ａ）へと急増する移行タイミングとなる。なお、本実施の形態では、図９（ａ）に示す電流指令値が、第１電流制御部５１２２には第１電流指令値として、また、第２電流制御部５２２２には第２電流指令値として、それぞれ出力されることになる。

〔第１出力電流および第２出力電流〕
図９（ｂ）に示す例において、実線は第１出力電流ＩｏＡを、破線は第２出力電流ＩｏＢを、それぞれ示している。

本実施の形態では、図９（ａ）に示す電流指令値（第１電流指令値）に基づいて、第１電源部５１１の第１インバータ回路５１１３がＰＷＭ制御される。このため、第１電源部５１１から出力される第１出力電流ＩｏＡは、基本的に、第１電流指令値にしたがって変化する。ただし、第１出力電流ＩｏＡは、実際には、第１電流指令値に完全に追従することはできず、例えば上記移行タイミングにおいて、追従遅れが生じる。

一方、本実施の形態では、図９（ａ）に示す電流指令値（第２電流指令値）を、指令ハイパスフィルタ５２２５でハイパスフィルタ処理した第２電流指令値の高周波成分（微分値）に基づいて、第２電源部５２１の第２インバータ回路５２１３がＰＷＭ制御される。このため、第２電源部５２１から出力される第２出力電流ＩｏＢは、基本的に、第２電流指令値の微分値にしたがって変化する。それゆえ、第２出力電流ＩｏＢは、例えば上記移行タイミングにおいて、パルス状に突出する。

ここで、本実施の形態では、第１電源部５１１に設けられた第１昇圧回路５１１２による昇圧後の電圧（直流８００Ｖ）よりも、第２電源部５２１に設けられた第２昇圧回路５２１２による昇圧後の電圧（直流３００Ｖ）を、小さく設定している。このため、第２出力電流ＩｏＢの大きさは、第２昇圧回路５２１２による昇圧後の電圧を第１昇圧回路５１１２と同じ（８００Ｖ）にした場合と比べて、より小さくなる。

また、本実施の形態では、第１電源部５１１には第１リアクトル５１１６を設ける一方、第２電源部５２１にはリアクトル（第２リアクトル５２１６）を設けていない。このため、第１出力電流ＩｏＡには、第１リアクトル５１１６のリアクタンス成分（数μＨ程度）が作用する。これに対し、第２出力電流ＩｏＢには、第２ケーブルのリアクタンス成分（１μＨ程度）が作用する。したがって、第２出力電流ＩｏＢには、第１出力電流ＩｏＡよりも小さいリアクタンス成分が作用することになり、第２出力電流ＩｏＢの変化を、第１出力電流ＩｏＡよりも急峻に変化させることが可能になる。

〔溶接電流〕
その結果、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷは、図９（ｃ）に示すように、第１出力電流ＩｏＡ単体の場合と比べて、上記移行タイミングにおける電流値の変化が、より急峻となる。すなわち、電流指令値に対する溶接電流ＩｏＷの追従性が高まる。

［実施の形態２のまとめ］
以上説明したように、本実施の形態では、溶接用電源装置５０に２つの電源部（第１電源部５１１および第２電源部５２１）を設けた。そして、第１電源部５１１には第１リアクトル５１１６を設ける一方、第２電源部５２１にはリアクトル（第２リアクトル５２１６）を設けないようにした。また、第１電源部５１１では電流指令値（第１電流指令値）に基づいてＰＷＭ制御を行うとともに、第２電源部５２１では電流指令値（第２電流指令値）の微分値に基づいてＰＷＭ制御を行うようにした。さらに、本実施の形態では、第２電源部５２１における第２インバータ回路５２１３の入力電圧を、第１電源部５１１における第１インバータ回路５１１３の入力電圧よりも低くするようにした。

これにより、第１電源部５１１からは電流指令値（第１電流指令値）に追従する第１出力電流ＩｏＡを出力できるとともに、第２電源部５２１からは電流指令値（第２電流指令値）の微分値に追従する第２出力電流ＩｏＢを出力することができる。その結果、第１出力電流ＩｏＡと第２出力電流ＩｏＢとを重畳して得られる溶接電流ＩｏＷにおいて、電流値が急増する移行タイミングでの追従性を高めることができる。このため、本実施の形態の手法を採用することにより、溶接電流ＩｏＷの波形を電流指令値に近づけることができるとともに、溶接中のアーク切れを抑制することが可能になる。
また、本実施の形態では、溶接電流ＩｏＷの立ち上がりを急峻にできることから、溶接電流ＩｏＷとしてパルス電流を周期的に供給するパルスアーク溶接において特に有用となる。

＜その他＞
なお、実施の形態１では、第１電源部５１１に対する第１搬送波の位相と、第２電源部５２１に対する第２搬送波の位相とを、１／２周期（１８０°）ずらしていたが、これに限られない。すなわち、第１搬送波の位相と第２搬送波の位相とを、０°超３６０°未満の範囲でずらすようにすれば、第１搬送波および第２搬送波の位相を揃えた場合（位相差が０°の場合）と比較して、溶接電流ＩｏＷのリプルを低減する効果は生じる。

また、実施の形態１では、溶接用電源装置５０に２つの電源部（第１電源部５１１および第２電源部５２１）を設けていたが、電源部の数は２つに限られない。例えば溶接用電源装置５０にｘ個(ｘ≧３)の電源部を設けてもよい。この場合には、各電源部の位相を３６０°／ｘずつずらすとよい。

さらに、実施の形態２では、第２電源部５２１に第２リアクトル５２１６を設けていなかったが、設けてもかまわない。ただし、この場合には、第２リアクトル５２１６として、第１リアクトル５１１６よりもリアクトル成分が小さいものを用いることが必要となる。

また、実施の形態１、２では、溶接用電源装置５０を２つのユニット（第１溶接用電源装置５１および第２溶接用電源装置５２）で構成していたが、これに限られるものではなく、１つのユニットで構成してもかまわない。

さらに、実施の形態１、２では、溶接用電源装置５０を２つのユニット（第１溶接用電源装置５１および第２溶接用電源装置５２）で構成するとともに、各ユニットに制御部（第１制御部５１２、第２制御部５２２）および電源部（第１電源部５１１、第２電源部５２１）を設けていたが、これに限られるものではない。例えば、２つの電源ユニット（第１電源部５１１、第２電源部５２１）と１つの制御ユニット（第１制御部５１２および第２制御部５２２）とを含む３つのユニットで構成してもかまわない。

さらにまた、実施の形態１、２では、ＰＷＭ制御に用いる第１搬送波および第２搬送波を、のこぎり波としていたが、これに限られるものではなく、三角波等であってもよい。

１…溶接システム、１０…溶接トーチ、２０…ロボットアーム、３０…ワイヤ送給装置、４０…シールドガス供給装置、５０…溶接用電源装置、５１…第１溶接用電源装置、５１１…第１電源部、５１２…第１制御部、５２…第２溶接用電源装置、５２１…第２電源部、５２２…第２制御部、１００…溶接ワイヤ、２００…被溶接物

Claims (14)

1. 交流を直流に整流し、整流された直流を第１ゲート信号によるパルス幅変調方式で変調し、変調された交流を降圧し、降圧された交流を整流して第１電流を出力する第１電流出力工程と、
   交流を直流に整流し、整流された直流を第２ゲート信号によるパルス幅変調方式で変調し、変調された交流を降圧し、降圧された交流を整流して第２電流を出力する第２電流出力工程と、
   前記第１電流と前記第２電流とを重畳して溶接電流を出力する溶接電流出力工程と、
   前記第１ゲート信号と、当該第１ゲート信号とは波形が異なる前記第２ゲート信号とを生成するゲート信号生成工程と
   を含む溶接電流の制御方法。
2. 前記ゲート信号生成工程では、前記第１ゲート信号の位相と前記第２ゲート信号の位相とをずらすことを特徴とする請求項１記載の溶接電流の制御方法。
3. 前記ゲート信号生成工程では、前記第２ゲート信号の位相を、前記第１ゲート信号の位相よりも１／２周期遅らせることを特徴とする請求項２記載の溶接電流の制御方法。
4. 前記ゲート信号生成工程では、前記溶接電流の電流指令値に基づいて前記第１ゲート信号を生成し、当該電流指令値の微分値に基づいて前記第２ゲート信号を生成することを特徴とする請求項１記載の溶接電流の制御方法。
5. 前記第２電流に作用するインダクタンスは、前記第１電流に作用するインダクタンスよりも小さいことを特徴とする請求項４記載の溶接電流の制御方法。
6. 前記第２電流出力工程における整流後且つパルス幅変調前の直流電圧の大きさは、前記第１電流出力工程における整流後且つパルス幅変調前の直流電圧の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項４または５記載の溶接電流の制御方法。
7. 交流を整流する一次整流回路と、整流された直流をパルス幅変調方式で変調するインバータ回路と、変調された交流を降圧する変圧器と、降圧された交流を整流する二次整流回路とをそれぞれが有する、複数の電源部と、
   複数の前記電源部が出力する出力電流を重畳して溶接電流を出力する出力手段と、
   複数の前記電源部のそれぞれに設けられた前記インバータ回路に対し、波形が異なるゲート信号を供給する供給手段と
   を含む溶接用電源装置。
8. 前記供給手段は、前記ゲート信号の位相を異ならせて供給することを特徴とする請求項７記載の溶接用電源装置。
9. 前記供給手段は、複数の前記電源部のうちの第１電源部に供給する前記ゲート信号として第１ゲート信号を生成する第１ゲート信号生成部と、複数の当該電源部のうちの第２電源部に供給する当該ゲート信号として第２ゲート信号を生成する第２ゲート信号生成部とを備え、
   前記第２ゲート信号の位相が、前記第１ゲート信号の位相に対し１／２周期遅れていることを特徴とする請求項８記載の溶接用電源装置。
10. 複数の前記電源部は、前記二次整流回路の出力側に接続されたリアクトルをさらにそれぞれが有し、
    複数の前記電源部のそれぞれに設けられた前記リアクトルのインダクタンスが同じ大きさであることを特徴とする請求項８または９記載の溶接用電源装置。
11. 前記供給手段は、複数の前記電源部のうちの第１電源部に供給する前記ゲート信号として第１ゲート信号を生成する第１ゲート信号生成部と、複数の当該電源部のうちの第２電源部に供給する当該ゲート信号として第２ゲート信号を生成する第２ゲート信号生成部とを備え、
    前記第１ゲート信号生成部は、前記溶接電流の電流指令値に基づいて前記第１ゲート信号を生成し、
    前記第２ゲート信号生成部は、前記電流指令値の微分値に基づいて前記第２ゲート信号を生成すること
    を特徴とする請求項７記載の溶接用電源装置。
12. 前記第１電源部は、前記二次整流回路の出力側にリアクトルを備えており、
    前記第２電源部は、前記二次整流回路の出力側にリアクトルを備えていないこと
    を特徴とする請求項１１記載の溶接用電源装置。
13. 前記第２電源部に設けられた前記インバータ回路の入力電圧は、前記第１電源部に設けられた前記インバータ回路の入力電圧よりも低いことを特徴とする請求項１１または１２記載の溶接用電源装置。
14. 前記供給手段は、前記電流指令値を通過させて前記第２ゲート信号生成部に出力するハイパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項記載の溶接用電源装置。

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