JPH0320316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はインバータ式直流抵抗溶接機の改良に
係わるものである。

（従来の技術） 従来のインバータ式直流抵抗溶接機において、
溶接電流は、被溶接物およびガンの形状などによ
り一定の値が設定され、この電流値を基にして溶
接トランスの重量を最小にすることを優先条件と
して決められた一定の周波数のインバータにより
PWM（PULSE WIDTH MODULATION）方
式で制御されている。

従つて、被溶接物が変わり、またガンの形状も
変わり溶接電流値が変わつた場合は、一般に上記
インバータの周波数を基にして溶接トランスを新
しく作らねばならなくなり、その場合には当初の
溶接トランスの重量を最小にするという優先条件
が保てなくなり、溶接トランスを小形にすること
ができないという欠点があつた。

（発明が解決しようとする問題点） そこで本発明は、溶接トランスの重量を最小限
に維持したまま、インバータの周波数を変化でき
るように前記溶接トランスが磁気飽和しない範囲
で溶接電流を制御可能とすることを解決すべき技
術的課題とするものである。

ここで、まず本発明の構成・作用・効果につい
てその要点を具体的に説明する。

即ち、第２図に示す本発明の電気回路は下図の
等価回路で表すことができ（ここでＥ：電圧、
ｆ：周波数、ｒ：抵抗、Ｌ：インダクタンス）、 その場合の溶接電流iaの計算式は になり、この状態で本発明は、溶接電流iaが設定
溶接電流値の＋Ia・−Iaの一方に達したときに溶
接電流iaの通電方向を＋から−又は−から＋に変
換させていることから、第４図に示すように設定
溶接電流値Iaが高いときには溶接電流iaの通電方
向変換時間が、第５図に示す設定溶接電流Iaの低
いときより長くなつて、上記(1)式の溶接電流周波
数ｆが自動的に低くなつて、負荷回路のリアクタ
ンス（2πfL）が小さくなり、その結果十分な溶
接電流が得られるようになる。

又、トランスの磁気特性式（ここでＮ：トラン
スの巻線数、φ：瞬時磁束数、ｅ：瞬時電圧） ｅ＝Ｎ：dφ／dt から得られる（ここでΦ：磁束数、Ｆ：周波数） φ＝Ｉ／Ｎ・Ｅ・Ｉ／2F …(2) この(2)式のΦはトランスによつて定まる飽和寸
前の値で一定に保持することが好ましく、その場
合において、前記大溶接電流通電状態でおいて、
工場の電源電圧が下がつても、大溶接電流通電に
よる前記溶接電流周波数ｆの低下によつて(2)式の
Φを飽和寸前の値に保持して、電源電圧低下状態
においても、大溶接電流を十分に得ることができ
る。

又、本発明の場合、溶接電流周波数ｆの低い大
溶接電流通電状態と溶接電流周波数ｆの高い小溶
接電流通電状態とにおける整流器の入出力波形を
しめすと下図 のようになり、大溶接電流通電状態と小溶接電流
通電状態とも直流出力のリツプルが小さく、小溶
接電流通電状態においても良好な溶接を行うこと
ができる。

又、既存の各溶接トランスとも、MAX溶接電
流通電時に飽和寸前のΦが確保できるように、溶
接トランスの周波数を一定にしているため、溶接
制御回路もトランスによつて異なる特定周波数を
保持するように特定周波数用にできており、その
結果、溶接制御回路に異なる周波数のトランスを
取り付けることはできないが、本発明の場合、可
変周波数制御方式のため同一溶接制御回路に異な
る周波数特性のトランスをも効率よく使用するこ
とができる。

（問題点を解決するための手段） 上記課題を解決するための技術的手段は、交流
電源からの交流波形を交流電源整流回路で直流に
した後、インバータで任意の周波数の交流波形に
変換して、溶接トランスに供給し、該溶接トラン
スからの出力を溶接トランス出力整流回路で整流
して被溶接物に溶接電流を供給するパルス巾変調
方式のインバータ式直流抵抗溶接機において、被
溶接物の種類等に対応して溶接電流値を設定する
ための溶接電流設定手段と、前記溶接トランスの
磁気飽和を検出するために実際の溶接電流値を検
出する溶接電流検出手段と、前記溶接電流設定手
段によつて設定された設定溶接電流値と前記溶接
電流検出手段によつて検出された実際の溶接電流
値とを比較して実際の溶接電流値が設定溶接電流
値に達したときに前記インバータの出力を反転さ
せることにより前記インバータの出力周波数を変
化させる周波数制御手段とのそれぞれを具備した
インバータ式直流抵抗溶接機にある。

（作 用） 次に上記構成の作用を説明する。交流電源は交
流電源整流回路により全波整流された直流となる
が、インバータで逆変換されて再び交流となり溶
接トランスの１次コイルに入力され２次コイルに
２次電流を発生させる。この２次電流は再度整流
されて直流の溶接電流となつてガンの両極間に流
れ、被溶接物を溶接する。

以上が溶接主回路の作用であるが、前記インバ
ータは可変周波数の制御装置を備えていることか
ら、溶接トランスの１次コイルへ入力されるイン
バータの出力電流の周波数を任意の溶接電流設定
値になるように制御する。

即ち、被溶接物の種類等に対応して溶接電流設
定手段で設定される設定溶接電流値が高い場合、
負荷回路のインピーダンスにより、実際の溶接電
流値が設定溶接電流に達するまでの時間が長くな
り、その長くなつた分だけインバータ出力反転の
周期が長くなることから、大電流通電時には溶接
周波数が低くなつて、溶接トランスを磁気飽和さ
せることなく被溶接物に大電流を通電することが
でき、又、設定溶接電流値が低い場合、実際の溶
接電流値が設定溶接電流値に達するまでの時間が
短くなり、その短くなつた分だけインバータ出力
反転の周期が短くなることから、小電流通電時に
は溶接周波数が高くなつて、溶接トランスを磁気
飽和近くで効率良く用いて被溶接物に小電流を通
電することができる。

（発明の効果） その結果、本発明は、溶接トランスが磁気飽和
することにより急激に増加する励磁電流を検出す
ることによつて溶接トランスが磁気飽和したこと
を検知し、それ以上にインバータ周波数を変化さ
せることを停止させインバータ出力電流を安定さ
せた状態で、被溶接物に大小の溶接電流を通電す
ることができる効果がある。

（実施例） 以下に本発明の一実施例の構成を述べる。

第１図は当該インバータ式抵抗溶接機のブロツ
クダイヤグラムで、本体は整流回路１、インバー
タ２、溶接トランス３、主制御装置４、磁気飽和
検出回路５、電流センサ６本実施例では電流変成
器CTの電流センサ６およびガン７で構成され、
交流商用電源８から給電されて被溶接物９を溶接
加工する。

第２図は溶接主回路の電気回路図で整流回路１
は商用交流電源８を整流する３組の全波整流機、
インバータ２はブリツジ接続されたトランジスタ
スイツチング素子Tr１〜Tr４からなる逆変換
器、溶接トランス３は、例えば50対１の巻線比で
ワンターンコイルの２次巻線を有しその巻線端に
整流素子を接続内蔵し直流溶接電流を出力する変
圧器であつて、以上により溶接主回路が構成され
ている。

上記溶接主回路に対し制御回路は第３図ブロツ
クダイヤグラムに示す如く、溶接電流設定器１
０、コンパレータ１１、Ｔ型フリツプフロツプ回
路１２、ターンオンターンオフ時間設定回路１
３、AND論理素子１４，１５とから成る主制御
装置４と、磁気飽和検出回路５とインバータ２の
出力端子と溶接トランス３の１次コイル入力端子
とを接続する１次溶接電流導体１６を１次コイル
とした電流変成器CTの電流センサ６とから構成
されている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

商用交流電源８は整流回路１によつて全波整流
され次のインバータ２により逆変換され再び交番
電流となり溶接トランス３の１次コイルに流れ２
次コイルに２次電流を誘起する。該２次電流は前
記２次コイル端に接続内蔵されている整流器によ
り直流溶接電流として出力されガン７により被溶
接物９を点溶接する。

以上が溶接主回路の作用である。

いま溶接電流設定器１０に溶接電流Iaが設定さ
れたとすると上述の溶接主回路に溶接電流として
iaが流れる。すると電流センサ６は前記溶接電流
iaに対応する信号電圧Ewを出力し磁気飽和検出
回路５を経由してコンパレータ１１の非反転端子
に入力する。コンパレータ１１は反転端子に入力
されている溶接電流設定器１０によつて設定され
た設定溶接電流値Iaに対応する信号電圧Esと前
記非反転端子に入力された実際に流れている溶接
電流iaに対応する信号電圧Ewとを比較し、実際
の溶接電流iaが設定溶接電流値Iaに達した時点に
おいて第４図、第５図に示す如く一定電圧の信号
Edを出力する。該信号EdはＴ型フリツプフロツ
プ回路１２の入力端子Ｔに入力されＱ，Ｑ端子か
ら交互にフリツプフロツプ信号を出力させるとと
もにターンオン・ターンオフ時間設定回路１３に
も同時に入力され、インバータ２の相対するスイ
ツチング素子Tr１，Tr４若しくはTr２，Tr３
のオフ時期とオン時期の間に一定の待ち時間tdを
設定する。

AND論理素子１４は２個の入力端子Ａ，Ｂを
有し、Ａには前段のフリツプフロツプ回路１２の
出力端子Ｑからフリツプフロツプ信号を入力され
るが一方の入力端子Ｂにはターンオン・ターンオ
フ時間設定回路１３から待ち時間信号が入力さ
れ、同様に、AND論理素子１５は２個の入力端
子A′，B′を有し、A′には前段のフリツプフロツ
プ回路１２の出力端子Ｑからフリツプフロツプ信
号を入力されるが一方の入力端子B′にはターン
オン・ターンオフ時間設定回路１３から待ち時間
信号が入力される。

従つて、待ち時間tdを経過するとAND論理信
号１４若しくは15の入力端子はＡ，Ｂ共に若しく
はA′，B′共にオンとなり、AND論理信号１４若
しくは１５の出力端子Ｘ若しくはＹにはオン信号
が出力され、該オン信号はインバータ２のスイツ
チング素子Tr１，Tr４若しくはTr２，Tr３の
ベースへ入力されて該スイツチング素子Tr１，
Tr４若しくはTr２，Tr３を導通状態とする。

従つてインバータ２からの出力電流は溶接トラ
ンス３の入力端子Ｕから１次コイルを経由し他方
の入力端子Ｖへ流れる。そして前記１次コイルを
流れる溶接電流iaが増加し溶接トランス３が磁気
飽和状態近くなると第６図に示す如く励磁電流成
分が急激に増加し始める。電流センサ６は前記溶
接電流iaに対応する検出信号を磁気飽和検出回路
５に出力し該磁気飽和検出回路５はこの急激に増
加し始めた溶接電流iaの情報データとしての信号
電圧Ewをコンパレータ１１の非反転端子に出力
する。コンパレータ１１はこの信号電圧Ewと反
転端子に入力されている設定溶接電流値Iaに対応
する信号電圧Esとを比較する。

ここで、インバータ２のスイツチング素子Tr
１，Tr４若しくはTr２，Tr３が導通状態となる
と、インバータ２の出力電流は溶接トランス３の
入力端子Ｖ若しくはＵから１次コイルを経由して
入力端子Ｕ若しくはＶへ流れる。以上が１サイク
ルの作用を述べたものであるがフローチヤートに
表わせば第７図の如くなる。

即ち、被溶接物の種類等に対応して溶接電流設
定器１０で設定される設定溶接電流値Iaが高い場
合、負荷回路のインピーダンスにより、実際の溶
接電流値iaが設定溶接電流値Iaに達するまでの時
間が長くなり、その長くなつた分だけインバータ
２出力反転の周期が長くなることから、大電流通
電時には溶接周波数が低くなつて、溶接トランス
３を磁気飽和させることなく被溶接物に大電流を
通電することができ、又、設定溶接電流値が低い
場合、実際の溶接電流値iaが設定溶接電流値Iaに
達するまでの時間が短くなり、その短くなつた分
だけインバータ２出力反転の周期が短くなること
から、小電流通電時には溶接周波数が高くなつ
て、溶接トランス３を磁気飽和近くで効率良く用
いて被溶接物に小電流を通電することができる。

上述の作用の如く溶接電流の設定値Iaが小さけ
れば、溶接トランス３は高い周波数で、逆に溶接
電流の設定値Iaが大きく設定されれば低い周波数
でその鉄心が飽和しない範囲で連続的にドライブ
される。

なお、溶接電流の周波数制御は第３図に示す電
気回路による他、第７図に示すフローチヤートに
りコンピユータ制御することもできる。

次に、本実施例の効果について説明する。

（発明の効果） 従来のインバータ式直流抵抗溶接機においては
インバータの周波数が固定されているため固定さ
れた値の溶接電流で溶接が行われる場合は溶接ト
ランスの軽量化も困難ではないが専用の溶接機を
除いては一般に溶接対象物は多種多様で使用され
るガンもそれにともなつて種々形状のものがあ
り、従つて一定の溶接電流で満足な品質の溶接仕
上げ結果を得ることは技術的に限界があつた。

それに対して本発明によるインバータ式直流抵
抗溶接機においては、設定溶接電流値Iaによりイ
ンバータの周波数を自動的に可変することによ
り、鉄心が磁気的に飽和する直前まで溶接電流を
溶接トランスの設計最大値まで流すことが可能に
なると言う効果がある他、溶接電流が設定溶接電
流値に達したときに溶接電流の通電方向が反転す
るようにして周波数を変動させているため、同一
設定溶接電流値で負荷が大きくなつた場合には電
流の立ち上がりが緩やかになつて、その分だけ周
波数が低くなり、溶接電流が流れ易くなつて、負
荷変動に伴う通電不足による溶接むらのを未然に
防止することができる効果がある。

また溶接トランスの設計に際しては周波数の制
約を除外できるので被溶接物が要求する最大溶接
電流値、重量を優先設計条件とすることができる
ため当該溶接トランスを溶接ロボツトなどに装架
する場合などにはロボツトの可般重量に適応させ
た設計が容易になるなど設計の自由度が広がると
いう効果もある。

更にPWM（パルス巾変調）制御と異なり、周
波数を連続的に変えるためリツプルの少ない溶接
電流が得られ、被溶接物の品質の向上も期待でき
る効果がある。

一方、従来の固定周波数のPWM制御方式では
溶接トランスを小形化するためには、インバータ
の周波数を比較的高く設定するため、溶接トラン
スの周波数特性ばかりでなく溶接トランスまでの
パワーケーブルおよび溶接トランス自身のインピ
ーダンスなどからの回路条件に制限されて設計上
の最大許容値まで溶接電流を流すことができなか
つたのに対して、本発明はこの欠点も間接的に解
決するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は当該インバータ式直流抵抗溶接機全体
の制御システムを示すブロツクダイヤグラム、第
２図は主溶接制御回路の電気回路図、第３図は制
御回路のブロツクダイヤグラム、第４図は設定溶
接電流値Iaを大きくしたときの制御回路の動作線
図、第５図は設定溶接電流値Iaを小さくしたとき
の制御回路の動作線図、第６図は磁気飽和と励磁
電流との関係を示す動作線図、第７図は溶接電流
制御のフローチヤートである。 ２……インバータ、３……溶接トランス、４…
…主制御装置、５……磁気飽和検出回路、６……
電流センサ、７……ガン、１０……溶接電流設定
器、１１……コンパレータ、１２……Ｔ型フリツ
プフロツプ回路、１３……ターンオン・ターンオ
フ時間設定回路、１４，１５……AND論理素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源からの交流波形を交流電源整流回路
   で直流にした後、インバータで任意の周波数の交
   流波形に変換して、溶接トランスに供給し、該溶
   接トランスからの出力を溶接トランス出力整流回
   路で整流して被溶接物に溶接電流を供給するパル
   ス巾変調方式のインバータ式直流抵抗溶接機にお
   いて、被溶接物の種類等に対応して溶接電流値を
   設定するための溶接電流設定手段と、前記溶接ト
   ランスの磁気飽和を検出するために実際の溶接電
   流値を検出する溶接電流検出手段と、前記溶接電
   流設定手段によつて設定された設定溶接電流値と
   前記溶接電流検出手段によつて検出された実際の
   溶接電流とを比較して実際の溶接電流が設定溶接
   電流値に達したときに前記インバータの出力を反
   転させることにより前記インバータの出力周波数
   を変化させる周波数制御手段とのそれぞれをを具
   備したことを特徴とするインバータ式直流抵抗溶
   接機。 ２ 周波数制御手段が、溶接電流設定手段によつ
   て設定された設定溶接電流値と溶接電流検出手段
   によつて検出された実際の溶接電流値とをコンパ
   レータで比較し、実際の溶接電流値が設定溶接電
   流値に達したときの前記コンパレータ出力発生の
   度に前記インバータの出力を反転させる周波数制
   御手段であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のインバータ式直流抵抗溶接機。