JPH02224872A - 溶接機用高周波電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流ｉｉ源を繰返し開閉して得た高周波出力
電流を変圧器を介し溶接電流とする熔接機用高周波電Ｂ
装置の制御方法に関するもので、特に溶接機用変圧器の
偏励磁を抑制するようにした高周波電源装置の制御方法
に関する。

なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相等
部分を示す。

〔従来の技術〕

第３図および第６図は本発明および従来における溶接機
とこの溶接機に電流を供給する高周波電源装置の回路構
成例を示す図である。

第３図において、１は高周波電源装置であり、この装置
ｌ！１は商用周波数電源を整流するなどして得られる直
流ｉｔ源２、この直流電１２を入力としインバータ動作
をするブリッジ接続されたパワートランジスタなどのス
イッチング素子３１ａ、３］、ｂ、３２ａ３２ｂおよび
これらのパワートランジスタに逆並列に接続されたダイ
オード４１ａ、４１ｂ、４２ａ、’４２ｂ　、前記直流
＠６２の出力側１．を検出する電／ＪＬ検出器０５、こ
の電流検出器０５からの出力信号０５Ａを入力とする制
御回路０６などで構成される。

７は溶接機で、前記高周波電ｉｌ！装宜１の出力電流１
１を入力とする変圧器８．この変圧器８のニ次巻線の両
端に接続され全波整流回路を形成するダイオード４３ａ
、４３ｂなどで構成され、前記ダイオード４３ａ、４３
ｂによる直流出力と前記変圧器８の中性点との間に溶接
回路が形成される。

上述のような構成において、高周波１を源装置Ｆｌは直
流電源２からの直流入力をパワートランジスタ３１ａ、
３１ｂ、３２ａ、３２ｂによって高周波出力電流１１に
変換し、これを溶接機７に供給する。高周波出力［流１
．の制御は電流検出器０５からの出力信号０５Ａを人力
とする制御回路０６によって行われる。

また第６図においては、第３図の電流検出器０５に代わ
り、スイッチング素子のブリッジ接続回路の出力として
得られる高周波出力電流ｌ、を検出するｉｔ流横出器５
を設け、この電流検出器５からの出力信号５＾を制御回
路６に与え、高周波出力電？Ｘ　ｉ　＋の制御がこの制
御回路６によって行われるようにした点のみが第３図と
異なる。

第８図は第３図および第６図の高周波電源装置における
制御回路０６および６の従来の構成例を示すブロック図
である。電流検出器０５によって直流１ｔＢ２の出力電
ｎ　ｉ　ｏを検出して得られる出力信号０５Ａまたは電
流検出器５によって高周波電源装置１の出力電流ｌ、を
検出して得られる出力信号５Ａは絶対値回路１０にて整
流される。誤差増幅器１２は電流設定器１１と絶対値回
路１０の出力誤差を増幅する０通電制御回路１３は誤差
増幅器１２からのこの増幅信号を受けてパワートランジ
スタ３１ａ、３１ｂ、３２ａ。

３２ｂの通電期間を制御して高周波電源装置１の出力［
流１１を制御する。つまり、パワートランジスタ３１ａ
、３１ｂと３２ａ、３２ｂとは常に同じ通電期間になる
ように制御される。

第９図（イ）は高周波ｔｓｖｔ置１の出力電圧ｖ１の波
形を示す、一定周期Ｔ中のパワートランジスタ３１ａ、
３１ｂの通電期間ｔ、とパワートランジスタ３２ａ。

３２ｂの通電期間ｔ、とは上述のように同一になるよう
に制御されている。同図−）の実線で示した波形はこの
ときの高周波出力電流１．の波形を示し、溶接機のアー
ム９などのインダクタンスの影響を受けて各半サイクル
ごとに右上がりの電流波形となっている。同図（ハ）は
溶接電流ｌ、の波形で、上記高周波出力電流ｉ、を整流
した脈流となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の高周波Ｔ！１ｓ装置においては、上述の如く溶接
ｉｉｔ流１諺はパワートランジスタ３１ａ、３１ｂ、３
２ａ。

３２ｂの通電を変化させて制御されるが、実際にはパワ
ートランジスタ３１ａ、３１ｂの通電期間１．とパワー
トランジスタ３２ａ、３２ｂの通電期間ｔ８との間には
僅かな誤差が生じる。この誤差は、スイッチング素子の
ターンオフタイム等に比べて小さく、また出力ｉｓ流等
により変化するためこの誤差を零にすることは困難であ
る。

ところが、溶接機電流の通電時間が長くなる、つまり出
力パルス数が増えると、この誤差が積算されて変圧器８
が偏励磁し、第９図（ロ）に点線で示すように高周波を
源装置の出力電流ｉ、が過電流になったり、溶接電流ｌ
、が低下するなどの問題を生じる０図において点線で示
すΔ１．は偏励磁電流を示す。

そこで本発明は、制御の過程に生じる僅かな誤差の積算
などによって溶接機用変圧器に偏励磁が起こっても、こ
れを抑制することのできるようなｉ１１１１ｍ高周波電
Ｓ装置の制御方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕 上述の課題を解決するために、本発明の方法は「直流電
源（２など）を繰返し開閉して高周波出力電流（１＋な
ど）を得るスイッチング素子（パワートランジスタ３１
ａ、３１ｂ、３２ｍ、３２ｂなど）を備え、前記高周波
出力電流を変圧器（８など）を介し溶接電流（ｉｓなど
）とする溶接機用高周波電源装置（１など）において、 前記直流電源の出力電流（ｉｓなど）または前記高周波
出力電流のそれぞれの瞬時値（電流検出器出力０５Ａ、
５Ａなど）の絶対値を（電流設定器１１などを介して設
定された）所定の設定値と　（コンパレータ回路１５ま
たは１５ａ、　ｉｓｂなどを介して）比較し、前記高周
波出力電流の正、ｊＸの各半波がそれぞれ通電を開始し
てから前記の絶対値が前記設定値に達するまでの期間（
ｊ　＋、Ｌ　ｔなど）通電されるように　（ランチ回路
１８ａ、　ｉｓｂ、出力周波数基準信号発生器１６．イ
ンバータ１７などを介し）前記スイッチング素子の通電
期間を制御し、前記変圧器の偏励磁を制御するようにＪ
するものとする。

〔作用〕

電流検出器０５または５で検出された直流ｉｔ源出力電
流ｉ、または高周波出力電流１．の瞬時値に対応する出
力信号０５＾または５Ａのそれぞれの絶対値はコンパレ
ータ回路１５または１５ａ、　１５ｂによって１流設定
器１１の設定値と比較され、この瞬時値の絶対値が前記
設定値に達した時点を示す信号がラッチ回路１８ａ、　
１８ｂに送られる。一方、出力周波数基準信号発生器１
６から出力周波数の基準（Ｓ号が前記ラッチ回路に送ら
れ、ランチ回路はこの基準信号の正１負各半サイクルの
始めの時点から前記直流電源出力電流または高周波出力
を流の各瞬時値の絶対値が前記設定値に達した時点まで
の期間だけ、スイッチング素子３１ａ、　３１ｂ、　３
２ａ、　３２ｂに通電するよう信号を出す。

これによって、偏励磁などが起こっていない正常な状態
のときには、高周波出力電流１２、したかって溶接電流
ｉ２は電流設定器１１によって設定さ１れた設定値にな
るように制御される。

変圧器８に偏励磁が生じると、偏励磁を生じた側の半サ
イクルの高周波出力電流に偏励磁電流が重畳され、また
同時にこの半サイクルに対応した直流を源出力電流にも
偏動ｉｔ流が重量される。

従ってこの半サイクルに対応する直流電源出力電流また
は高周波出力電流の瞬時値は反対側の半サイクルに対応
する直流電源出力電流または高周波出力電流の瞬時値よ
り早く設定値に達し、その分だけこの側のスイッチング
素子の通電期間が短くなる。したがって偏励磁が抑制さ
れるように制御動作が行われる。

〔実施例〕

次に第１図ないし第７図を用いて本発明の詳細な説明す
る。第１図は本発明の第１の実施例としての制御回路０
６の構成を示すブロック回路図で、この制御回路０６は
前述した第３図に適用されるものである。また第２図は
第１図の制御回路の各部分の出力信号の波形図である。

第４図は本発明の第２の実施例としての制御回路６の構
成を示すブロック回路図で、この制御回Ｂ６は前述した
第６図に適用されるものである。

また第５図は第４図の制御回路の各部分の出力信号の波
形図である。そして第７図は変圧器に偏励磁が起こった
ときの高周波出力電流ｌ、の波形説明図である。

第１図において、第３図の電流検出器０５によって積出
された直流を源出力電流１．の瞬時値に相当する信号と
しての電流検出器０５の出力信号０５Ａはコンパレータ
回路１５によって電流設定値１１の設定値と比較され、
コンパレータ回路１５は前記出力信号０５＾の値がこの
設定値に達した時点を示す信号を出力としてランチ回路
１８ａおよび１８ｂに送る。

ランチ回路１８ａには、さらに出力周波数基準信号発生
器１６から高周波出力電流１．の周波数基準信号が送り
込まれ、ランチ回路１８ａはこの基準信号の正の半サイ
クルの始めの時点から電流検出器０５の前記出力信号０
５Ａの値が電流設定値１１の設定値に達する時点までの
期間（第２図Ｌ＋）だけパワートランジスタ３１ａ、３
１ｂに通電するようにした制御信号をパワートランジス
タ３１ａ、３１ｂに送る。

他方、ラッチ回路１８ｈにはさらにインバータ１７の出
力、つまり出力周波数基準信号発生器１６の出力を反転
した基準信号が送り込まれ、ランチ回路１８ｂは出力周
波数基準信号発生器１６の出力である基準信号の負の半
サイクルの始めの時点から電流検出器０５の前記出力信
号０５Ａの値が電流設定器１１の設定値に達する時点ま
での期間（第２図１１）だけパワートランジスタ３２ａ
、３２ｂに通電するようにした制御信号をパワートラン
ジスタ３２ａ、　３２ｂに送る。

したがってパワートランジスタ３１ａ、３１ｂおよび３
２ａ、３２ｂの通電期間は高周波出力電流ｌ、の正。

負各半サイクルの瞬時値の大きさが等しくなるように制
御される。

第２図（イ）は第３図の高周波電源装置１の出力電圧ｖ
１の波形図で第９図０）に対応するものである。

パワートランジスタ３１ａ、３１ｂおよび３２ａ、　３
２ｂの通電期間１　、、１□は上述のようにそれぞれラ
ッチ回路１８ａ、１８ｂによって別々に制御されている
。第２図（ロ）は高周波出力１！流ｌ、の波形で、溶接
機回路のインダクタンスの影響を受けて各半サイクルご
とに右上りの波形となっている。第２図（ハ）は電流検
出器０５の出力０５Ａの波形を示し、この波形は直流ｔ
′ａ、出力を流１゜と同一の波形で、コンパレータ回路
１５によって同図（ハ）中に重ね書きされた電流設定器
１１の出力　（設定値）と比較され、この設定値に達し
た時点を示す同図（へ）のような信号がコンパレータ回
路１５の出力としてラッチ回路１８ａ、　１８ｂに送ら
れる。同図（ニ）は出力周波数基準信号発生器１６の出
力信号波形で同じくラッチ回路ＩＢａに送られ、ラッチ
回路１８ａはこの信号とコンパレータ回路１５の前記出
力とを入力としてパワートランジスタ３１ａ、３１ｂの
通電期間ｔ１を指示する信号を出力する。同図（ト）は
ラッチ回路１８ａの前記信号の波形を示す。

を流検出器０５の出力のうち高周波出力電流ｉ。

の負の半サイクルに対応する出力についても同様な手順
を経て、ランチ回路１８ｂがパワートランジスタ３２ａ
、３２ｂのｉｍｔ期間期間全２示する信号を出力する。

同図（イ）はラッチ回路１８ｂのこの信号波形を示す。

溶接機用変圧器８に偏励磁などが起こっていない正常な
状態のときには、高周波出力電流ｌ、の波形は、正負各
サイクルで対称であり、直流を源出力電流１゜、つまり
電流積出器０５の出力信号０５Ａの波形は各サイクルが
同一波形となり、ランチ回１１８ａ、１８ｂの出力、つ
まりパワートランジスタ３１ａ。

３１ｂおよび３２ａ、　３２ｂの道１を期間ｔｌ＋　Ｃ
Ｂは等しくなり、電流設定器１１の設定値に応じて制御
される。

変圧器８が偏励磁を生じ高周波出力゛電流ｌ、の正の半
サイクル側に偏動ｍ１ｌｔ流が流れるようになると、第
７図（イ）に示すように出力電流ｌ、の正の半サイクル
側に偏励磁電流Δ１が重畳されこの半サイクルに対応し
た直流電源出力電流１゜の瞬時値にも偏励磁電流Ａ１が
重畳されるので、電流検出器０５の出力信号０５Ａ　も
同一の波形となり、正の半サイクルに対応する信号の瞬
時値は負の半サイクルに対応する信号の瞬時値より早く
設定値に達し、その分だけ正の半サイクルのパワートラ
ンジスタ３１ａ、３１ｂのｉ！ｌｉｔ期間１．が短くな
るようにラッチ回路１８ａの出力が制御される。

また第７図（ロ）に示すように出力電流ｉ、の負の生サ
イクル側に偏励磁が生じたときには、同様にしてパワー
Ｆ・ランジスタ３２ａ、３２ｂの通電期間ｔ。

が短くなるようにラッチ回路１８ｂの出力が制御される
ので、正、負いずれの側に偏励磁が生じても、その偏励
磁が抑制される方向にパワートランジスタ３１ａ、　３
１ｂ、　３２ａ、　３２ｂが制御される。

次に第４図において、第６図の電流検出器５によって積
出された、高周波を源装置１の出力電流ｉ、の瞬時値に
相当する信号としての電流検出器５の出力（８号５Ａは
コンパレータ回路１５ａ、　１５ｂに導かれて、Ｎａ設
定器１１の出力および該出力を０ＡＩＮ＝１の反転アン
プ１４を介し反転してなる出力と瞬時比較される。

このうち、出力電流１１の正の半サイクルの瞬時値に相
当する１を流検出器５の出力信号５＾はコンパレータ回
路１５ａによって電流設定器１１の設定値と比較され、
コンパレータ回路１５ａは前記出力信号５Ａｃ）埴がこ
の設定器に達した時点を示す信号を出力としてラッチ回
路１８ａに送る。ランチ回路１８ａには、さらに出力周
波数基準信号発生器１６から高周波出力′＠流１．の周
波数基準信号が送り込まれ、ラッチ回路１８ａはこの基
準信号の正の半サイクルの始めの時点から電流検出器５
の前記出力信号５Ａの値が電流設定器１１の設定値に達
する時点までの期間（第５図１＋）だけパワートランジ
スタ３１ａ、３１ｂに通電するようにした制御ｎ信号を
パワートランジスタ３１ａ、３１ｂに送る。

一方、出力電流ｉ、の負の半サイクルの瞬時値に相当す
るｔ流検出器５の出力信号５Ａはコンパレータ回路１５
ｂによって反転アンプ１４の出力、つまり電流設定器１
１の設定値を逆極性とした値と比較され、コンパレータ
回路１５ｂは前記出力信号５Ａの４１１がこの逆極性と
された設定値に達した時点を示す信号を出力としてラン
チ回路１８ｂに送る。ラッチ回路１８ｂにはさらにイン
バータ１７の出力、つまり出力周波数基準信号発生器１
６の出力を反転した基準信号が送り込まれ、ランチ回路
１８ｂはこの基準信号の負の半サイクルの始めの時点か
らｔ流検出器５の前記出力信号５Ａの値が電流設定器１
１の設定値に達する時点までの期間（第５図ｔｘ）だけ
パワートランジスタ３２δ、３２ｂに通電するようにし
た制御信号をバワート・ランジスタ３２ａ　、　３２ｂ
に送る。

したがっ°Ｃパワートランジスタ３１ａ、　３１ｂおよ
び３２ａ、３２ｂの通電期間は高周波出力電流ｉ、の正
。

真冬半サイクルの瞬時値の大きさに応じて別々に制御さ
れる。

第５図（イ）は第６図の高周波電源装置１の出力電圧Ｖ
、の波形図で第９図（イ）に対応するものである。

パワートランジスタ３１ａ、３１ｂおよび３２ａ、３２
ｂの通［ＸＪＲ＋ＪＩＬ、Ｌｘは上述のようにそれぞれ
ラッチ回路１８ａ、　１８ｂによって別々に制御されて
いる。第５図（ロ）は電流検出器５の出力５Ａの波形を
示し、この波形は高周波出力電流ｌ、と同一の波形で、
溶接機回路のインダクタンスの影響を受けて各半サイク
ルごとに右十りの波形となっている。このうち、正の半
サイクルの（３号の値はコンパレータ回路１５ａによっ
て、図中に重ね書きされた電流設定器１１の出力　（設
定（！［）と比較され、この設定値に達した時点を示す
同図（ホ）のような信号がコンパレータ回路１５δの出
力としてラッチ回路１８ａに送られる。

同図（ハ）は出力周波数基準信号発生器１６の出カイ３
号波形で同じくラッチ回路１８ａに送られ、ランチ回路
１８ａはこの信号とコンパレータ回路１５ａの前記出力
とを入力としてパワートランジスタ３１ａ、３１ｂの通
′ｇＩＭ間り、を指示する信号を出力する。同図（ト）
はランチ回路１８ａの前記信号の波形を示す。

電流検出器５の出力のうち負の半サイクルについても同
様な手順を経て、ランチ回路１８ｂがパワートランジス
タ３２ａ、３２ｂの１ｉｉｌｌｌｔｊＩ間【、を指示す
る信号を出力する。同図（チ）はラッチ回路１８ｂのこ
の（８号波形を示す。

溶接機用変圧器８に偏励磁などが起こっていない正常な
状態のときには、高周波出力１！流ｌ７．すなわち電流
検出器５の出力信号５Ａの波形は正、真冬サイクルで対
称であり、ランチ回路１８ａ、１８ｂの出力、つまりパ
ワートランジスタ３１ａ、３１ｂおよび３２ａ　３２ｂ
の通電期間Ｌ　ｌ＋　ｔｔは等しくなり、電流設定器ｌ
ｌの設定値に応して制御される。

変圧器８が偏励磁を生じ高周波出力ｔｔ流ｉ、の正の半
サイクル側に偏励磁電流が流れるようになると、第７図
（イ）に示すように出力電流１１の正の半サイクル側に
偏励磁ｔｔ流Δ１が重畳されるのて、電流検出器５の出
力（８号５Ａも同一の波形となり、正の半サイクルの４
ｉ号の瞬時値は負の半サイクルの信号の瞬時値より早く
設定値に達し、その分だけ正の半サイクルのパワートラ
ンジスタ３１ａ、３１ｂのｌｉｔ期間ｔ、が短くなるよ
うにラッチ回路１８ａの出力が制御される。

また第７図（ロ）に示すように出力電流１１の負の半サ
イクル側に偏励磁が生じたときには、同様にしてパワー
トランジスタ３２ａ、３２ｂの通電期間ｔ。

が短くなるようにランチ回路１８ｂの出力が制御される
ので、正、負何れの側に偏励磁が生じても、その偏励磁
が抑制される方向にパワートランジスタ３１ａ、３１ｂ
、３２ａ、３２ｂが制御される。

〔発明の効果〕

本発明では、直流を源を繰返し開閉して高周波出力［流
を得るスイッチング素子を備え、前記高周波出力電流を
変圧器を介し溶接ｔｔ流とする溶接機用高周波を源装置
において、前記直流電源の出力電流または前記高周波出
力電流のそれぞれの瞬時値の絶対値を所定の設定値と比
較し、前記高周波出力を流の正１負の各半波が、それぞ
れ通電を開始してから前記の絶対値が前記設定値に達す
るまでの期間通電されるように前記スイッチング素子の
通電期間を制御するようにしたので、制御の過程に生じ
る僅かな誤差の積算などによって溶接機用変圧器に偏励
磁が起こっても、これを抑制するようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例としての制御回路の構成
を示すブロック回路図、第２図は第１図の制御回路の各
部分の出力信号の波形を示す図、第３図は第１図および
従来の制御回路が用いられる溶接機用高周波ｉｉ源装置
の回路構成を示すブロック回路図、第４図は本発明の第
２の実施例としての制御回路の構成を示すブロック回路
図、第５図は第４図の制御回路の各部分の出力信号の波
形を示す図、第６図は第４図および従来の制御回路が用
いられる溶接機用高周波を源装置の回路構成を示すブロ
ック回路図、第７図は変圧器に偏励磁が起こったときの
高周波出力電流の波形説明図、第８図は第３図、第６図
に用いられる従来の制御回路の構成例を示すブロック図
、第９図は第８図の制御回路を用いたときの高周波電源
値！の出力電圧１出力電流および溶接電流の波形図であ
る。 １：高周波ｔ−ａ装置、２：直流電源、３１ａ〜３２ｂ
ニスイツチング素子（パワートランジスタ）、４１ａ　
〜４３ｂ　　：ダイオード、０５，５　：電流検出器、
０５Ａ：電流検出器０５の出力信号、５Ａ：電流検出器
５の出力信号、０６．６：制御回路、７：溶接機、８：
変圧器、９：アーム、１１：電流設定器、１４：反転ア
ンプ、１５．１５ａ、　１５ｂ　：フンパレータ回路、
１６：出力周波数基準信号発生器、１７８インバータ、
１８ａ、１８ｂ　　：ラッチ回路、ｖｌ　：高周波電ｆ
１．装置１の出力電圧、１゜：直流［ｆｉ２の出力電流
、１．：高周波電源装置１の出力電流、１８　：溶接電
流、ｔ　ニスイツチング素工３１ａ、　３１ｂの通ＭＩ
Ｍ間、ｔ２　：スインアンプ素子３２ａ、３２ｂの遣を
期間、Ｔ：出力周波数の半サイクル期間。 代理人＃ｉ：ｔ４　　山　口　　厳 巧畝カ 第 ｊ 口 第 ム 閏 第 圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直流電源を繰返し開閉して高周波出力電流を得るス
   イッチング素子を備え、 前記高周波出力電流を変圧器を介し溶接電流とする溶接
   機用高周波電源装置において、 前記直流電源の出力電流または前記高周波出力電流のそ
   れぞれの瞬時値の絶対値を所定の設定値と比較し、前記
   高周波出力電流の正、負の各半波が、それぞれ通電を開
   始してから前記の絶対値が前記設定値に達するまでの期
   間通電されるように前記スイッチング素子の通電期間を
   制御し、前記変圧器の偏励磁を抑制するようにしたこと
   を特徴とする溶接機用高周波電源装置の制御方法。