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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- Arc Welding Control (AREA)
Description
〔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に
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と
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。
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に
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と
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。
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）
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。
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。
Claims (1)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3267785A JPS61193778A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | Ｔｉｇ溶接用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3267785A JPS61193778A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | Ｔｉｇ溶接用電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61193778A JPS61193778A (ja) | 1986-08-28 |
| JPH0346228B2 true JPH0346228B2 (ja) | 1991-07-15 |
Family
ID=12365504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3267785A Granted JPS61193778A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | Ｔｉｇ溶接用電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61193778A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5410121B2 (ja) * | 2009-03-10 | 2014-02-05 | 株式会社ダイヘン | ２電極アーク溶接のアークスタート制御方法 |
| KR102217077B1 (ko) * | 2016-05-11 | 2021-02-17 | 한국조선해양 주식회사 | 포터블 용접기 |
-
1985
- 1985-02-22 JP JP3267785A patent/JPS61193778A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61193778A (ja) | 1986-08-28 |
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