JPS635876A - ア−ク溶接機 - 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〕 本発明はアーク溶接機に係り、特に高周波インバータに
より出力を制御するインバータ制御溶接電源を用いたア
ーク溶接機におけるアーク／短絡検出装置に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接機では、タッチスタート時の電流制御や、短
絡アーク溶接におけるアーク期間と短絡期間の電流制御
などを行うために、溶接時のアーク状態と短絡状態の判
別が可能なアーク／短絡検出装置を必要とする場合があ
る。

従来の商用周波数でのサイリスタ位相制御による溶接電
源（以下、サイリスタ制御溶接電源という）を用いたア
ーク溶接機におけるアーク／短絡検出装置の概要を第３
図に示し、その動作シーケンスを第４図に示す。

第３図において、サイリスタ制御溶接電源１は、変圧器
２、サイリスタ整流回路３で構成される直流整流電源４
と、出力電流平滑用リアクタ５、交流入力端子６、直流
出力端子７を有し、その出力は配線ケーブル８を介して
溶接トーチ９に供給され、母材１０との間に溶接アーク
１１を発生させる。

１２は溶接電源１の出力制御のためサイリスタ位相制御
を行う制御回路である。アーク／短終検出装置１３は、
アーク／短絡検出用のスレッシュホールドレベルを設定
する基準電圧発生器１４と、直流整流電源４から出力電
流平滑用リアクタ５を通して出力される溶接電源１の出
力電圧Ｅｏｕｔを基準電圧と比較する比較器１５とで構
成されており、出力電圧Ｅ。ｕｔが基準電圧以上のとき
はアーク状態の検出信号ｕ　Ｈｎを、基準電圧未満のと
きは短絡状態の検出信号ＩＩ　Ｌ　ＩＦを出力する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−般にサイリスタ制御溶接電源を用いたアーク溶接機で
は、商用周波数のリップルを除くため、出力電流平滑用
リアクタ５のインダクタンスＬ０を２５０〜３５０μＨ
と大きくとってあり、−方、溶接電源１と溶接トーチ９
とを接続する配線ケーブル８のインダクタンスＬＱは、
５μＨ／ｍ（ケーブル長を１０ｍとすれば５０μＨ）程
度と出力電源平滑用リアクタ５のインダクタンスＬ０に
比べて小さいため、アーク／短絡検出に当り、配線ケー
ブル８のインダクタンスＬ、による誘起電圧は無視する
ことができた。すなわち、溶接電源１の出力電圧Ｅ。ｕ
ｔと溶接アーク電圧ｖａｙｃの差が小さいことから、上
記のように出力電圧Ｅｏｕｔを基準電圧と比較すること
で問題なくアーク／短絡検出ができた。

しかし、最近のインバータ制御溶接電源を用いたアーク
溶接機では、インバータを高周波域（たとえば２０ｋＨ
ｚ）で作動させることにより変圧器や出力電流平滑用リ
アクタの小形軽量化が図られており、これに使用される
出力電流平滑用リアクタのインダクタンスＬ０は、前記
サイリスタ制御溶接電源のそれに比べて１７１０以下（
１０μＨ程度）と小さくなっている。これに伴い、溶接
電源に内蔵された出力電流平滑用リアクタのインダクタ
ンスＬ０による誘起電圧に比べて配線ケーブルのインダ
クタンスＬ、による誘起電圧が無視できないほど大きく
なり、その結果、溶接電源の出力電圧Ｅｏｕｔと溶接ア
ーク電圧Ｖ　ａ　ｒ　ｃとの差が大きくなり。

かつケーブル長やケーブルの置かれた状態によってその
インダクタンスＬ魚が変化すると、出力電圧Ｅ。ｕｔも
大きく変化することになる。このため、前記従来技術に
よるアーク／短絡検出装置では、インバータ制御溶接電
源を有するアーク溶接機に用いた場合、誤動作が多く、
安定したアーク／短絡検出ができないという問題点があ
った。

よって本発明の目的は、溶接電源・トーチ間の配線ケー
ブルのインダクタンスとは無関係に、溶接時のアーク状
態と短絡状態の判別が可能な信頼性の高いアーク／短絡
検出装置を備えたアーク溶接機を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、インバータ制御溶接
電源に設けた出力電流平滑用リアクタのエネルギー蓄積
時に誘起する正電圧のピーク値を保持する第１の手段と
、該リアクタの蓄積エネルギー放出時に誘起する負電圧
のピーク値を保持する第２の手段と、上記第１の手段と
第２の手段の出力の絶対値の比率が所定値以上か否かを
判別する第３の手段とを含み、上記第３の手段の出力を
溶接−時のアーク状態と短絡状態の検出信号とするアー
ク／短絡検出装置を備えたことを特徴とするものである
。

〔作用〕

次に、本発明によるアーク／短絡検出装置の動作原理を
述べる。

第２図はその動作説明図で、インバータ制御による直流
整流電源（第１図２１）の出力電圧波形と、該直流整流
電源の出力電流を平滑する出力電流平滑用リアクタのア
ーク状態および短絡状態における誘起電圧の波形を示し
ている。

パルス幅制御された高周波インバータの交流出力を全波
整流して得られる上記直流整流電源の出力電圧波形は第
２図のｖｏで示すような断続波形となる。その出力電圧
ｖ０が生じている期間には、出力電流平滑用リアクタに
エネルギーが蓄積され、このとき、該リアクタには出力
電圧ｖ０に対して逆向きの誘起電圧ｖ艷が生じる。この
誘起電圧の向きを正とすれば、出力電流平滑用リアクタ
の蓄積エネルギーが放出される出力電圧ｖ０の零の期間
には、該リアクタに負の誘起電圧Ｖｉが生じることにな
る。

同様に、溶接電源と溶接トーチを接続する配線ケーブル
のインダクタンスＬ、にも、出力電圧Ｖ。

が生じている期間と出力電圧ｖ０が零の期間にそれぞれ
出力電流平滑用リアクタのインダクタンスＬ０による誘
起電圧と同じ向きの誘起電圧が発生し、出力電圧ｖｏが
生じている期間には、前記直流整流電源の出力電圧ｖ０
からインダクタンスＬ０およびり、による誘起電圧を差
引いたものが溶接アーク電圧Ｖ　ａ　ｒ　ｃとほぼ等し
く、出方電圧ｖ０が零の期間には、インダクタンスＬ。

およびり、による誘起電圧の和が溶接アーク電圧Ｖ　ａ
ｒｃとほぼ等しくなる。

したがって、出力電流平滑用リアクタのエネルギー蓄積
時に誘起する正電圧のピーク値Ｖｐと蓄積エネルギー放
出時に誘起する負電圧のピーク値ＶＮは、以下の式（１
）、　（２）で表すことができる。

Ｖｐ−ｒ（Ｖｏ　　Ｖａｙｃ）　Ｘ　Ｌｏ／（Ｌｏ＋　
Ｌｉ）　　（１）ＶＮ＃Ｖａｒｃ　Ｘ　Ｌ　ｏ／　（Ｌ
　ｏ＋　Ｌ　ｉ）　　　　　　　　（２）ここに、Ｖｏ
は前記直流整流電源の無負荷出力電圧とする。

上式（１）、　（２）より、ＶＰ／ＶＮの比率は、Ｖｐ
／　Ｖｓ”＝　（Ｖｏ−Ｖａｙｃ）　／　Ｖａｒｃ　　
　　（３）で表わされる。

このＶＰ／ＶＮの比率は、電極・母材間がアーク状態か
短絡状態かによって異なり、たとえばｖｏの値を６０Ｖ
、アーク状態でのＶａｒＣの値を２０Ｖ、短絡状態での
Ｖ　ａ　ｒ　ｅの値を８ｖとすると、アーク状態では、 Ｖｐ／ＶＮ”＝２．０　　− 短絡状態では、 Ｖｐ／ＶＮ：６．５ ということになる、したがって、この場合、アーク／短
絡の判定基準となるＶＰ／ＶＮの所定の値を４とし、前
記第１の手段の出力Ｖｐと前記第２の手段の出力ＶＮの
それぞれの絶対値の比率がＶｐ／ＶＮ≧４のときは、前
記第３の手段から短絡状態の検出信号が出力され、ＶＰ
／ＶＮ＜４のときは、前記第３の手段からアーク状態の
検出信号が出力されるようにすれば、アーク／短絡の検
出ができる。

式（３）より、ＶＰ／ＶＮの比率は、溶接アーク電圧と
前記直流整流電源の無負荷出力電圧のみに関係し、出力
電流平滑用リアクタおよび配線ケーブルのインダクタン
スＬＯ＋　Ｌｍには無関係であるから、この方式による
アーク／短絡検出装置は、配線ケーブルのインダクタン
スの誘起電圧によって誤動作することがない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す回路ブロック図である
。

インバータ制御溶接電源２０は、インバータ制御による
直流整流電源２１と、その出力電流を平滑する出力電流
平滑用リアクタ２７とを有している。周知のようにイン
バータ制御による直流整流電源２１は、交流入力端子２
２に供給される商用周波数の交流入力を直流に変換する
ダイオード整流回路２３と。

その直流出力を高周波交流に変換する高周波インバータ
２４と、インバータ出力を降圧する変圧器２５と、変圧
器二次出力を余波整流するダイオード整流回路２６から
なり、この直流整流電源２１の出力は出力電流平滑用リ
アクタ２７を通り、直流出力端子２８に接続された配線
ケーブル８を介して溶接トーチ９に供給され、母材１０
との間に溶接アーク１１を発生させる。直流整流電源２
１の出力制御は、制御回路２９による高周波インバータ
２４のパルス幅制御によって行なわれる。直流整流電源
２１の出力電圧ｖ０は第２図に示すような断続波形であ
るため、出力電流平滑用リアクタ２７はエネルギーの蓄
積と蓄積エネルギーの放出を繰り返し、そのエネルギー
蓄積時には第１図の右から左へ向かう正の誘起電圧Ｖｉ
を発生し、蓄積エネルギー放出時には第１図の左から右
へ向かう負の誘起電圧Ｖｕを発生する。第１図に示すよ
うに、出力電流平滑用リアクタ２７の右端を接地して左
端からこの正電圧と負電圧を取り出し、本発明によるア
ーク／短絡検出装置３０に入力する。本実゛施例では、
アーク／短絡検出装＠３０が、第１の手段であるダイオ
ード３１とピークホールド回路３２、第２の手段である
ダイオード３３とピークホールド回路３４、第３の手段
である反転増幅器３５と比較器３６から構成されている
。

本装置は次のように動作する。

前記出力電流平滑用リアクタ２７のエネルギー蓄積時に
誘起する正電圧はダイオード３１を通ってピークホール
ド回路３２に入力され、ピークホールド回路３２から出
力される正電圧のピーク値Ｖｐはそのまま比較器３６の
非反転入力端子に加えられる。

−方、前記出力電流平滑用リアクタ２７の蓄積エネルギ
ー放出時に誘起する負電圧はダイオード３３を通ってピ
ークホールド回路３４に入力され、ピークホールド回路
３４から出力される負電圧のピーク値ＶＮは反転増幅器
３５で極性反転され、かつ増幅されて比較器３６の反転
入力端子に加えられる。ここに１反転増幅器３５の増幅
率は、アーク／短絡の判定基準となるＶＰ／ＶＮの所定
の値と同じ値に設定される。

こうすることにより、ＶＰ／ＶＮの比率が所定値以上の
ときは、比較器３６に短絡状態の検出信号である゛Ｈ″
レベルの出力が生じ、ＶＰ／ＶＮの比率が所定値未満の
ときは、比較器３６にアーク状態の検出信号であるＬＬ
　Ｌ　Ｉ＋レベルの出力が生じる。前述したように、Ｖ
Ｐ／ＶＮの比率は出力電流平滑用リアクタ２７および配
線ケーブル８のインダクタンスＬＯ＋Ｌ１１には無関係
であり、したがって、このアーク／短絡検出装置３０を
使用すれば、配線ケーブル８のインダクタンスに関係な
くアーク／短絡の検出が可能である。前記比較器３６の
出力信号は制御回路２９に入力され、明細書の冒頭に記
載したように、タッチスタート時の電流制御や、短絡ア
ーク溶接におけるアーク期間と短絡期間の電流制御など
に用いられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接電源・トーチ間の配線ケーブルの
インダクタンスとは無関係に溶接時のアーク／短絡検出
ができるので、出力電流平滑用リアクタのインダクタン
スが比較的小さいインバータ制御溶接電源を用いたアー
ク溶接機においても、ケーブル長の変化などの外乱の影
響によってアーク／短絡検出装置が該動作することがな
く、したがって、このアーク／短絡検出装置の出力信号
に基づいて溶接電源の出力制御を行なうことにより、安
定した溶接ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路ブロック図、第２
図はインバータ制御による直流整流電源の出力電圧波形
と出力電流平滑用リアクタの誘起電圧の波形を示す説明
図、第３図は従来技術によるアーク／短絡検出装置の回
路ブロック図、第４図はその動作シーケンス図である。 ２０：インバータ制御溶接電源 ２４：高周波インバータ ２７：出力電流平滑用リアクタ ３０：アーク／短絡検出装置 ３１．３２　：第１の手段（３１：ダイオード、３２：
ピークホールド回路） ３３．３４：第２の手段（３３：ダイオード、３４：ピ
ークホールド回路） ３５．３６：第３の手段（３５：反転増幅器、３６：比
較器） 代理人弁理士　　中　村　純之助 ８：ａ；ｅ稗Ｙ−フ５Ｌ　　　　　　　２３：ダ’４ｔ
−）”’ＬＬ四Ｒ３ｏニア−７／ｍ各１ｅｉＪ２１−１
流゛！さ１吃電り源　　　　　２８：直；Ｌ弘刀矢←１
２２号壇、八１よ！＃Ｉ）　　　　　　２９ｊ請ｆ缶ｆ
回蓼を矛２閲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高周波インバータにより出力を制御するインバータ
   制御溶接電源を備えたアーク溶接機において、インバー
   タ制御溶接電源に設けた出力電流平滑用リアクタのエネ
   ルギー蓄積時に誘起する正電圧のピーク値を保持する第
   １の手段と、該リアクタの蓄積エネルギー放出時に誘起
   する負電圧のピーク値を保持する第２の手段と、上記第
   １の手段と第２の手段の出力の絶対値の比率が所定値以
   上か否かを判別する第３の手段とを含み、上記第３の手
   段の出力を溶接時のアーク状態と短絡状態の検出信号と
   するアーク／短絡検出装置を備えたことを特徴とするア
   ーク溶接機。