JP2006341286A - コンタクト式電縫管溶接電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電縫管負荷の安定な制御を可能とし、予熱電源を不要とする。
【解決手段】電力変換器１に複合共振回路２，３を介してコンタクト式電縫管負荷８を接続した電源装置において、電縫管負荷８と並列に誘導性インピーダンス４を接続する。これにより、電縫管負荷８の開放時においても、電力変換器１の運転周波数の低下を抑えて安定な制御を可能にするとともに、追加した誘導性インピーダンス４を予熱コイルとして用いることで、予熱電源を省略できるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、コンタクト（接触）式電縫管溶接電源装置に関する。

電縫管は金属板を管状に形成し、その端部を高周波電流で溶接して製造されるもので、土木，建築，鉄塔，支柱その他の構造物に広く一般的に使用されている。
図４にコンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図を、図５にその装置の外観図を示す。
まず、図５により、電縫管の製造方法を説明する。図５において、４は誘導性インピーダンス、５は電縫管溶接電源、８はコンタクト式電縫管負荷、１０はコンタクトチップ、１１はスクイズロールを示す。

図５に示すように、帯状の金属をオープンパイプ状に曲げ成形しながら示矢方向に移動させる。その端部同士の接触部の溶接は、電縫管溶接電源５から数１０〜数１００ｋＷ，数１０〜数１００ｋＨｚの電力を供給し、コンタクト式電縫管負荷８にコンタクトチップ１０を接触させることで行なわれる。スクイズロール１１は、溶接部を圧接する役目を果たしている。ここで、コンタクト式電縫管負荷８は、数ｍ／分〜数１０ｍ／分で常に移動しているため、コンタトチップ１０から見てコンタクト式電縫管負荷８は上下左右に変動し、お互いに頻繁に接触，開放を繰り返している。

次に、図４により主回路構成を説明する。
電力変換器１は、真空管や最近はＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜電界効果トランジスタ）などの半導体素子を用いて構成され、電圧源として動作する電圧型インバータであり、数１０〜数１００ｋＷ，数１０〜数１００ｋＨｚの電力を供給する。その出力には、誘導性インピーダンス２を介して、コンデンサ３が並列に接続され、全体として電縫管溶接電源５を形成している。

電縫管溶接電源５の出力には、誘導性インピーダンス６と抵抗成分７からなるコンタクト式電縫管負荷８が接続されている。スイッチ９は実際には無いもので、電縫管負荷８の位置変化により発生する電縫管溶接電源５とコンタクト式電縫管負荷８との接触，開放動作を分かり易く示すものである。一般的に、加熱負荷の抵抗は数１０〜数１００ｍΩであり、大電流を必要とするため様々な共振回路が用いられる。
その１つとして複合共振回路があるが、これには例えば非特許文献１に示すものがあり、また、電圧源に電流型インバータを用いるもの（例えば、特許文献１参照）もある。

図４の共振回路では、誘導性インピーダンス２（Ｌ２）と、誘導性インピーダンス６（Ｌ６）とコンデンサ３（Ｃ３）との並列回路となる。ここで、誘導性インピーダンス２と６には、図示しない電縫管溶接電源５とコンタクト式電縫管負荷８の配線などによる誘導性インピーダンスも含まれる。

図４で、電力変換器１の出力電圧，電流をＶｏ，Ｉｏ、負荷電流をＩＬとした場合の、これらの関係を図６に示す。ここでは具体的に、Ｌ２＝１μＨ、Ｌ６＝０．０８μＨ、Ｃ３＝２μＦのとき、共振周波数ｆｒ＝１／[２×π×√[（Ｌ２×Ｌ６）／（Ｌ２＋Ｌ６）×Ｃ３]]＝４１３ｋＨｚとなり、その近傍の周波数で電力変換器１を運転するとき、ＩｏとＩＬの関係はＩＬ≒Ｉｏ×（Ｌ２／Ｌ６）で、Ｉｏの１０倍程度のＩＬを流すことができることを示している。

図４において、コンタクト式電縫管負荷８が開放されると、共振周波数ｆｒ＝１／[ ２×π×√（Ｌ２×Ｃ３）]＝１１３ｋＨｚとなり、電力変換器１の運転周波数も大幅に低くなる。
さらに、図５のように、溶接部の手前にコンタクト式電縫管負荷８を予熱する機能を持たせる場合は、予熱電源１２から予熱コイル１３に高周波電力を供給し、誘導加熱することにより行なう。その例としては、例えば特許文献２に示すものがある。

Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅｓｓ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｅ．Ｊ．ＤＥＤＥ，ＰＣＩＭ ＩＮＴＥＲ ‘９８ ＪＡＰＡＮ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ，ｐ２２７〜２３１ 特開２０００−２１８３８０号公報 特開平１１−２８５８５６号公報

上述のように、コンタクト式電縫管負荷の開放時において、電力変換器の運転周波数が大幅に低くなるため、制御が不安定となり、さらに電力変換器の出力側に変圧器が接続されている場合に、変圧器鉄心の飽和を引き起こすと云う問題がある。また、予熱する場合は、別の予熱電源を必要とすると云う問題もある。
したがって、この発明の課題は、電縫管負荷の安定な制御を可能とし予熱電源を不要にすることにある。

このような課題を解決するため、この発明では、電力変換器に直列に接続された誘導性インピーダンスを介して、コンデンサとコンタクト式電縫管負荷とを並列に接続してなるコンタクト式電縫管溶接電源装置において、
前記コンタクト式電縫管負荷と並列に別の誘導性インピーダンスを接続したことを特徴とする。

この発明によれば、コンタクト式電縫管負荷と並列に誘導性インピーダンスを接続することにより、コンタクト式電縫管負荷の開放時においても、電力変換器の運転周波数の低下をコンタクト式電縫管負荷の接触時のほぼ１／２程度に抑えられため、安定な制御が可能となる。さらに、新たに追加する誘導性インピーダンスが予熱コイルを兼ねるため、予熱電源を省略でき、大幅な設備省略，小型化が可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示すコンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図、図２はその装置の外観図を示す。
図１と図４との相違は、誘導性インピーダンス４をコンタクト式電縫管負荷に並列に接続した点にあり、図２と図５との相違は、予熱コイルとしての誘導性インピーダンス４を電縫管溶接電源５に接続し、図２からは新たな予熱電源および予熱コイルを省略した点にある。

図１の場合の共振回路は、誘導性インピーダンス２（Ｌ２）と、誘導性インピーダンス６（Ｌ６）と４（Ｌ４）とコンデンサ３（Ｃ３）との並列回路となる。ここで、誘導性インピーダンス２，４および６には、図示しない電縫管溶接電源５とコンタクト式電縫管負荷８の配線などによる誘導性インピーダンスも含まれる。

図３に、電力変換器１の出力電圧，電流と負荷電流との関係を示す。ここでは具体的に、Ｌ２＝１μＨ、Ｌ４＝０．４μＨ、Ｌ６＝０．０８μＨ、Ｃ３＝２μＦのとき、共振周波数ｆｒ＝１／[２×π×√[（Ｌ２×Ｌ４×Ｌ６）／（Ｌ２×Ｌ４＋Ｌ２×Ｌ６＋Ｌ４×Ｌ６）×Ｃ３]]＝４５０ｋＨｚとなり、その近傍の周波数で電力変換器１を運転するとき、ＩｏとＩＬの関係はＩＬ≒Ｉｏ×（Ｌ２／Ｌ６）で、Ｉｏの１０倍程度のＩＬを流すことができることを示している。

図１において、コンタクト式電縫管負荷８が開放されると、共振周波数ｆｒ＝１／[２×π×√[（Ｌ２×Ｌ４）／（Ｌ２＋Ｌ４）×Ｃ３]]＝２１０ｋＨｚであり、電力変換器１の運転周波数が大幅に低くなることはない。つまり、図３と図６とを比較すれば明らかなように、電縫管負荷８の開放時における電力変換器１の運転周波数は、図６では大幅に低くなっているのに対し、図３ではそれほど低下していないことが分かる。

この発明の実施の形態を示すコンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図 図１の装置外観図 図１の動作説明図 従来のコンタクト式電縫管溶接電源装置の主回路構成図 図４の装置外観図 図４の動作説明図

符号の説明

１…電力変換器、２，４，６…誘導性インピーダンス、３…コンデンサ、５…電縫管溶接電源、７…抵抗成分、８…コンタクト式電縫管負荷、９…スイッチ、１０…コンタクトチップ、１１…スクイズロール、１２…予熱電源、１３…予熱コイル。

Claims (1)

1. 電力変換器に直列に接続された誘導性インピーダンスを介して、コンデンサとコンタクト式電縫管負荷とを並列に接続してなるコンタクト式電縫管溶接電源装置において、
   前記コンタクト式電縫管負荷と並列に別の誘導性インピーダンスを接続したことを特徴とするコンタクト式電縫管溶接電源装置。
   
   

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