JP2017087280A - インバータ式抵抗溶接機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接電流を供給する大容量コンデンサ7と降圧昇圧充電回路6を内蔵しインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値に大容量コンデンサ7を充電し、かつ、インバータ用溶接トランス21の印加電圧の平均値が定格電圧を超えないようパルス幅を制限して制御し、また、コンデンサの充電電圧を調整する機能を有する。
【選択図】 図1
Description
スポット溶接は、一般的には上下の電極で鋼板などの被溶接物を挟持し電流が印加され溶接される。(特許文献1、特許文献2、特許文献3、参照)
また、受電設備が大容量化せず、瞬時の大電流で溶接するコンデンサ式抵抗溶接機は上記の一般的な抵抗溶接機と比べ、熱歪や焼け跡が比較的少ないといわれている。(特許文献4、特許文献5、参照)
〈構成1〉
溶接電流を供給する大容量コンデンサ7と降圧昇圧充電回路6を内蔵しインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値に大容量コンデンサ7を充電し、また、インバータ用溶接トランス21の印加電圧の平均値がインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えないようにパルス幅を制限して制御することを特徴とする、コンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機。
構成1に記載のコンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機において、溶接電流が小さくインバータのPWM(Pulse Width Modulation)制御範囲を下回る時には、コンデンサの充電電圧をPWM制御範囲となるように調整する機能を有するコンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機。
大容量コンデンサ7の容量を小さくでき、コンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機が安価で構成でき、小型化も可能となる。
〈構成2の効果〉
大容量コンデンサ7を適正な電圧に充電することで、PWM制御を安定に行うことができ、使用できる溶接電流適応範囲を広げることが可能となる。
例えば電源電圧AC200Vの場合、整流した約283Vまでは降圧制御で大容量コンデンサ7を充電し283V以上は昇圧制御で充電する。大容量コンデンサ7の電圧が283Vに近づくと充電電流が低下するため、早めに昇圧制御に切り替える。従来は溶接制御回路3の指令に従い、インバータ用溶接トランス21の定格電圧まで充電するが、本発明ではインバータ用トランスの定格電圧を超えた値に充電する。図6は充電電圧による通電可能時間を比較したものであるが、従来は大容量コンデンサ7をインバータ用トランスの定格電圧、例えば600Vに充電していたが、本発明では定格電圧を超えた値の700Vに充電する。
例えば最大電流:50KA、最大通電時間:30msec、インバータ用溶接トランス21の巻数比:50、コンデンサの充電電圧:DC600V(インバータ用溶接トランス21の定格電圧とする)、溶接電流供給によるコンデンサ放電の電圧降下:200V、その時のPWM制御のデューティを100%とする場合。コンデンサ容量の単位はF。
実際の概算を示すと、溶接機本体22の概算抵抗は、
(600V−200V)/50/50KA=160μΩ
コンデンサ容量は、(160μΩ×50KA×50KA)×30msec×2/(600V×600V−400V×400V)=0.12F
実際にはこの値に余裕を持たせた値となる。
極性の切り替わり時間は、インバータ用溶接トランス21及び1次ケーブルのインダクタンスによる電圧降下が関係し、インバータ用溶接トランス21に印加する電圧に逆比例し、電圧を高くすれば短くできる。図5に一例を示す。図5は図3(a)のデューティ100%のPWM制御のスイッチング波形で、インバータ用溶接トランス21の1次側の電流波形で、W1(A1、B1)の波形はW2(A2、B2)の波形に対して印加電圧は高く、切り替わり時間のB1、B2はB1(印加電圧が高い側)の方が短く、効率が良い。大容量コンデンサ7の電圧は溶接経過とともに降下するので、PWM制御の効率は徐々に悪くなる。大容量コンデンサ7の容量に余裕があり電圧降下が少ない方が効率は良くなる。
例えば定格電圧600V、周波数1KHzのインバータ用溶接トランス21の場合、600V、0.5msecのパルス電圧を印加でき、スイッチング波形図3(a)の場合、印加電圧×印加時間=600V×0.5msecで制限される。750Vの場合、0.5msec×(600/750)=0.4msecの時間は印加できる。平均電圧は750V×(0.4msec/0.5msec)=600Vでとなり、印加時間は平均電圧で管理できる。従来はインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値の電圧を印加することは考えなかったが、平均電圧がインバータ用溶接トランス21の定格電圧を越えなければ磁気飽和することもなく正常に使用できる。前記の例の場合は許容されるパルス幅は0.5msec×平均電圧/現在のコンデンサ電圧となる。
前記と同様に計算すると、コンデンサ容量は、(160μΩ×50KA×50KA)×30msec×2/(700V×700V−400V×400V)=0.073F、0.073F/0.12F=約60% となり、本発明のインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値にコンデンサを充電することで、大幅にコンデンサ容量を低減できる。
一般的に最大電流の5%から15%を最低制御電流の目安にしている。例えば最大電流が50KAの場合、2.5KA〜7.5KAが最低制御電流の目安となる。大容量コンデンサ7の充電電圧を高くすれば最大電流も高くなり、最低制御電流も高くなる。そのため、本発明のように大容量コンデンサ7をインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値に充電して使用する場合、特に使用する溶接電流に応じて大容量コンデンサ7の充電電圧の制限が必要となる。例えば大容量コンデンサ7の電圧が600Vで最大電流50KAの場合、750Vにすると最低制御電流は2.5KA〜7.5KAが、3.1KA〜9.4KAとなり、大容量コンデンサ7の充電電圧を高くすると溶接電流の適応範囲が狭くなる。
2 インバータ制御回路
3 溶接制御回路
4 整流器
6 降圧昇圧充電回路
7 大容量コンデンサ
13 電流センサ
14 大容量コンデンサの電圧
15 1次電圧
16 2次電圧
21 インバータ用溶接トランス
22 溶接機本体
31 リアクトル
32 電流センサ
33 降圧制御用スイッチ
34 整流器
35 昇圧制御用スイッチ
36 整流器
37 電圧センサ
38 降圧昇圧制御回路
Claims (2)
- 溶接電流を供給する大容量コンデンサ7と降圧昇圧充電回路6を内蔵しインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えた値に大容量コンデンサ7を充電し、また、インバータ用溶接トランス21の印加電圧の平均値がインバータ用溶接トランス21の定格電圧を超えないようにパルス幅を制限して制御することを特徴とする、コンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機。
- 請求項1に記載のコンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機において、溶接電流が小さくインバータのPWM(Pulse Width Modulation)制御範囲を下回る時には、コンデンサの充電電圧をPWM制御範囲となるように調整する機能を有するコンデンサ内蔵式インバータ抵抗溶接機。
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