JP2514399B2 - コンデンサ型溶接電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンデンサ型溶接電源装置に係り、特にコ
ンデンサの充電特性を改善する装置に関する。

［従来の技術］ 第８図は、一般的なコンデンサ型溶接電源装置の構成
を示す。

電源装置全体の構成と動作 この図において、充電用トランス104の一次側コイル
には入力端子102a,102より、例えば100Vの商用交流電圧
E0が供給され、その二次側コイルには、例えば400Vに昇
圧された交流電圧E1が得られる。この交流電圧E1は、サ
イリスタ106aまたは106bがオン状態になっている時だけ
整流回路108に供給される。

交流電圧E1の極性が正で、かつサイリスタ106aがオン
になっている時は、トランス104の二次コイル→ダイオ
ード108a→抵抗110→コンデンサ112,114→ダイオード10
8c→サイリスタ106a→トランス二次コイルの閉回路をパ
ルス状の電流ICが流れることによってコンデンサ112,11
4が１ステップ充電される。

次に、交流電圧E1の極性が負に変わって、サイリスタ
106bがオンになると、トランス104の二次コイル→サイ
リスタ106b→ダイオード1080b→抵抗110→コンデンサ11
2,114→ダイオード108d→トランス二次コイルの閉回路
をパルス状の電流ICが流れることによってコンデンサ11
2,114が１ステップ充電される。

このようにして、商用交流周波数の半周期（50Hzであ
れば10ms）毎にサイリスタ106a,106bが交互に点弧させ
られることによりその点弧角に応じたパルス状の充電電
流ICがコンデンサ112,114に供給される。このサイリス
タ点弧制御は、充電制御回路130からの点弧パルスGa,Gb
によって行われる。また、コンデンサ112,114の充電電
圧ECは充電制御回路130によって監視され、それが所定
値ECOに達するとサイリスタの点弧は止められ、充電が
終了するようになっている。

コンデンサ112,114の充電が完了した頃に、溶接スタ
ート回路170がサイリスタ122をターン・オンさせ、これ
によりこのサイリスタと溶接トランス120の一次コイル
とによって放電回路が形成され、この放電回路を両コン
デンサ112,114からの放電電流IDが流れる。その結果、
溶接トランス120の二次側では、大電流IWが電極124a,12
4bを介して被溶接物126,128を流れ、スポット溶接が行
われる。

従来の充電制御回路 第９図は、充電制御回路130の従来の構成を示す。ま
た第10図は、この回路構成の各部の信号と充電電流ICの
波形を示す。

第９図において、PUT146,コンデンサ148および抵抗15
0〜156は発振回路を形成し、第10図（Ｅ）に示すような
一定周期のパルス電流ipを出力する。このパルス電流ip
に応動してトランジスタ160が導通することにより、ト
ランス162の二次側にサイリスタ点弧パルスGa,Gbが発生
し、その結果第10図（Ｆ）に示すようなパルス状の充電
電流ICが得られる。

クロック回路138は電源周波数に応じたクロックパル
スCKを出力する。コンパレータ136の出力電圧COが“L"
になっている間は、このクロックパルスCKがトランジス
タ144を導通させることによりPUT回路のコンデンサ148
を強制的に放電させ、この放電時点からコンデンサ148
のキャパシタンスと抵抗150の抵抗値とによって定まる
時定数θ_０の経過後にパルス電流ipが発生する。この時
定数θ_０はサイリスタ点弧角を規定するもので、充電期
間を通して一定である。

充電電圧設定回路132はコンデンサの充電電圧設定値E
COを表す電圧Ｓ［ECO］をコンパレータ136の一方の入力
端子に与え、充電電圧検出回路134はコンデンサの瞬時
的な充電電圧ECを表す検出電圧Ｓ［EC］をコンパレータ
136の他方の入力端子に与える。充電が行われると、第1
0図（Ｇ）に示すように充電電圧ECはほぼ対数曲線の波
形を描いて上昇し、終には設定値ECOに達する。この
時、コンパレータ136の出力信号COが“H"に変わり（第1
0図Ａ）、これによってPUT回路の発振が止まり（第10図
C,D）、サイリスタ点弧パルスGa,Gbの出力ひいては充電
電流ICの供給も終了する。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述したような従来の充電制御回路を用い
た電源装置においては、次のような種々の問題点があっ
た。

第１に、第11図に示すように、電源電圧E0が変動する
と、充電電流ICがそれに影響され、充電時間が変わって
しまう。溶接スタート回路170は、予め決められた充電
期間の終了後まもなくして溶接開始のトリガ信号（サイ
リスタ122を点弧させる信号）を発生するようになって
いるので、充電期間が所期のものより長くなると、設定
値EC0に達する前に溶接が開始されるおそれがある。こ
のような不具合は、トリガ信号の発生時点を遅らせるこ
とによって回避することが可能であるが、そうすると１
回の溶接サイクルの所要時間が延びて作業性が低下する
という別な問題が生じる。

第２に、電源周波数が変わると、PUT回路の時定数を
変えなければならなかった。例えば、電源周波数を60Hz
から50Hzに変えた場合、そのままだと充電時間が長くな
るので、60Hzのときと同じ充電時間を確保するためには
PUT回路の時定数θ_０を小さくして充電電流ICの各パル
スIC（１）,IC（２），…のパルス幅を大きくしなけれ
ばならず、そのためにはPUT回路の時定数回路の抵抗150
を抵抗値の小さい別の抵抗と取り替えるか、あるいはス
イッチを設けてその別の抵抗に切り替える必要がある。

第３に、溶接電力を変えるためにコンデンサ112,114
の個数を増減したときに、充電時間を一定に維持するに
は充電用の抵抗110を別の抵抗と取り替えるか切り替え
る必要がある。例えば、溶接電力を大きくするためにコ
ンデンサを１つ追加した場合、抵抗110の抵抗値が変わ
らなければ充電回路の時定数が大きくなるために充電電
圧ECが設定値EC0に達するまでの時間が長くなる。した
がって、充電時間を設定通りのものとするには抵抗110
を抵抗値の小さいものに替えねばならない。

第４に、充電電流ICが充電開始直後に最大でそれから
指数関数的に減少するような時間特性をもつために（第
10図Ｆ）、抵抗110における発熱（電力損失）の総量が
多く、充電効率が低いという問題がある。

第５に、充電電圧の設定値EC0がコンデンサの許容電
圧よりもはるかに低いときは、充電開始直後に大きな充
電電流パルスIC（１）,IC（２），…が数個供給された
だけですぐに設定値EC0付近まで上昇するために、充電
電圧ECを精確に設定値ECOに合わせるのが難しく、どう
しても誤差が出てしまい、それによって溶接品質にバラ
ツキが出てしまう不具合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、コ
ンデンサを所望の速度で設定電圧まで精確に充電でき、
電源周波数や充電コンデンサの変更があってもあるいは
電源電圧の変動があっても所要充電時間を一定に維持す
ることができるコンデンサ型溶接電源装置を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明のコンデンサ型
溶接電源装置は、コンデンサを所定の電圧まで充電させ
てから前記コンデンサを瞬間的に放電させて溶接電流を
生成するようにしたコンデンサ型溶接電源装置におい
て、所定の周期毎に点弧パルスに応動して点弧し、その
点弧角に応じた充電電流を前記コンデンサに供給するサ
イリスタ回路と、前記コンデンサの充電電圧を時々刻々
と検出する電圧検出回路と、充電期間の大部分を通じて
所望の傾きでほぼ線形的に変化する基準信号を発生する
基準信号発生回路と、前記基準信号と前記充電電圧の検
出値との差を求め、その差分を表す誤差信号を生成する
誤差信号生成回路と、前記誤差信号の大きさに応じてパ
ルス幅が変化するパルスを生成し、このパルスを前記点
弧パルスとして前記サイリスタ回路に供給する点弧パル
ス生成回路とを備える構成とした。

［作用］ 本発明のコンデンサ型溶接電源装置では、コンデンサ
の充電電圧が基準信号に倣うようなサイリスタ点弧制御
が行われる。基準信号がほぼ線形的な時間特性を有する
から、それに倣って充電電圧もほぼ線形的に上昇するこ
とになり、充電電流は充電時間を通じて一定に維持され
る。しかも、基準信号に倣った速度で充電電圧が線形的
に上昇するため、基準信号の傾き（変化速度）の設定次
第で所望の充電速度（時間）に調整することが可能であ
り、電源周波数やコンデンサの容量または個数が変わっ
てもあるいは電源電圧が変動しても所要充電時間を一定
に維持することも可能である。

［実施例］ 以下、第１図ないし第７図を参照して本発明の一実施
例を説明する。

第１図は、この実施例による充電制御回路の構成を示
す。この回路は、第８図のコンデンサ型溶接電源装置の
充電制御回路130として使用されてよい。

第１図において、基準波形発生回路10は、充電期間中
に負の極性でほぼリニア（線形的）に減少して所定時間
Teで所定の飽和値−EMに達するような基準波形信号GE
（第２図Ａ）を発生する。この飽和値−EMは、電圧設定
回路12の出力信号によって規定される。充電電圧検出回
路14は従来と同じものでよく、充電期間中に時時刻刻と
変化するコンデンサ112,114の瞬時的な充電電圧ECを検
出し、その検出値を表す信号Ｓ［EC］を出力する。この
充電制御回路によれば、コンデンサ充電電圧ECは、第２
図（Ｃ）に示すように、充電期間中に正の極性でほぼリ
ニア（線形的）に上昇して終には時間Tgで飽和値（設定
値）EC0に達する。溶接のスタートは、例えば時間Ts付
近で行われる。

両信号GE,S［EC］は、オペアンプ16,18からなるバッ
ファ回路および抵抗20,22を介して互いに加算される。
両信号の極性が反対のため、この加算によって両信号の
誤差erが得られる。この誤差erはオペアンプ24,抵抗26,
コンデンサ28からなる反転増幅回路によって反転増幅さ
れることにより、第３図（Ｂ）に示すような誤差信号ER
が得られ、この誤差信号ERは抵抗30を介してオペアンプ
32の反転入力端子に与えられる。オペアンプ32の非反転
入力端子には、抵抗36を介して三角波発生回路34からの
第３図（Ａ）に示すような三角波信号TRが与えられる。

オペアンプ32は、比較器として動作し、非反転入力
（TR）のレベルが反転入力（ER）のレベルよりも高いと
きは“H"、その反対（TR＜ER）のときは“L"となるよう
な矩形波の出力信号GO（第４図Ｂ）を発生する。

本実施例では、この出力信号GOの各立ち下がりが交互
にサイリスタ点弧パルスGa,Gbを与える。これにより、
充電電流ICは第４図（Ｃ）に示すようなものとなり、各
パルスIC（ｉ）の点弧角は徐々に小さくなりその分だけ
パルス幅が大きくなる。その結果、パルス電流のピーク
値が段々と低くなっても、パルス電流１個当たりの充電
量は一定に維持される。このようにして、充電期間の大
部分を通じて定電流に制御されたパルス状の充電電流IC
がコンデンサ112,114に供給されることになり、コンデ
ンサの充電電圧ECは第２図（Ｃ）に示すような時間特性
でほぼ直線的に上昇して設定値EC0に達する。

なお、第４図の波形は説明と理解を容易にするために
模式的に描かれており、実際の波形は第２図および第３
図に示すようなものである。

このような本実施例の充電制御回路によれば、従来の
問題点が全て解決される。

第１に、電源電圧E0が変動しても、第７図に示すよう
に、充電電圧ECの時間特性は常に一定に維持される。こ
れは、次のような動作によってそうなる。例えば、電源
電圧E0が定格の100Vから90Vに低下したとすると、充電
電流ICの各パルスIC（１）,IC（２），…のピーク値が
低くなり、充電電圧ECも落ち込もうとする。しかしそう
すると基準信号GEと充電電圧ECとの誤差erが増大しひい
ては誤差信号ECも増大し、点弧角が小さくなることによ
り、充電電流ICの各パルスのパルス幅が広くなって、パ
ルス１個当たりの充電量が増大し、充電電圧ECの上昇率
が高くなり、結果的には電源電圧E0が100Vのときと同じ
ような時間特性で充電電圧ECが上昇することになる。電
源電圧E0が定格の100Vから110Vに変動したときは、動作
が上述と反対になり、結果的には同様な効果が得られ
る。

第２に、電源周波数が変わっても充電制御回路内の部
品を替えたり調整する必要はない。例えば60Hzから50Hz
に変わった場合、充電電流ICのパルス周期が長くなるた
めに充電速度すなわち充電電圧ECの充電上昇速度が遅く
なろうとするが、そうすると誤差信号ERが増大して点弧
角が小さくなることにより、充電電流ICの各パルスのパ
ルス幅が広くなって、パルス１個当たりの充電量が増大
し、充電電圧ECの上昇率が高くなり、結果的には電源周
波数が60Hzのときと同じ充電速度，同じ充電時間とな
る。電源周波数が50Hzから60Hzに変わったときは動作が
上述と反対になり、結果的には同様な効果が得られる。
このように、電源周波数が変わっても、自動的に充電の
時間特性が一定に維持される。

第３に、コンデンサ112,114の個数が変わっても、充
電時間を変えないようにするために抵抗110を別の抵抗
と取り替えたり切り替える必要がなくなる。例えば、コ
ンデンサ114を削除してコンデンサ112だけとした場合、
キャパシタンスが小さくなるので充電速度が早まろうと
するが、そうすると基準信号GEと充電電圧ECとの誤差er
が減少し、ひいては誤差信号ECも減少し、点弧角が大き
くなることにより、充電電流ICの各パルスのパルス幅が
狭くなって、パルス１個当たりの充電量が減少し、充電
電圧ECの上昇率が抑えられ、結果的にはコンデンサ114
があるときと同じ充電速度（時間）が得られる。

第４に、充電電流ICは充電時間の大部分において平均
化された定電流であるから、抵抗110における発熱（電
力損失）が少なく、充電効率が向上する。

第５に、充電電圧ECの設定値EC0がコンデンサの許容
値よりもはるかに低いときでも、精確に設定値EC0に充
電することができる。すなわち、本実施例による充電電
流ICは充電時間の大部分を通じて平均化された値である
から従来よりは充電電流ICのパルス数が多くなり、しか
も基準波形GEに倣って充電終了間際にすみやかに減衰す
るから、充電電圧ECを設定値EC0にほぼ正確に到達させ
ることができる。

なお、本実施例では、第２図（Ａ）に示すように実質
的な充電終了時間Teの少し手前の時間Tfから基準波形GE
の傾きを小さくしており、これによって充電電圧ECはな
だらかな曲線を描いて設定値EC0に達し、充電電流ICは
定常値からなだらかに減衰するようになっている。

上述した実施例では、誤差信号ERと三角波信号TRをオ
ペアンプで比較することによってサイリスタ点弧信号GO
（Ga,Gb）を生成したが、第５図に示すようにPUT回路を
利用したものでも可能である。このPUT回路では、誤差
信号ERを電流Ｉ［ER］に変換し、これをPUT46のアノー
ドとコンデンサ48に供給するようにしており、コンデン
サ48の放電すなわちPUT46のパルス出力は誤差信号ERに
応じて変化するようになっている。また、第６図は、第
５図の点線50内の回路の変形例を示し、図中74はフォト
トライアック、76はトライアックである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のコンデンサ型溶接電源
装置によれば、充電時間の大部分を通じてほぼ線形的に
変化する基準信号に倣わせてコンデンサの充電電圧を設
定値まで上昇させるようにしたので、充電電流を定電流
に制御するだけでなく、基準信号の傾き（変化速度）の
設定次第で任意の充電速度（時間）に調整することが可
能であり、電源周波数やコンデンサの容量または個数が
変わっても電源電圧が変動しても所要充電時間を一定に
維持することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるコンデンサ型溶接電
源装置用の充電制御回路の構成を示すブロック図、 第２図および第３図は、第１図の回路の各部の信号の波
形を示す信号波形図、 第４図は、第１図の充電制御回路の動作を説明するため
に各部の信号を模式的に示す信号波形図、 第５図は、本発明の別の実施例によるコンデンサ型溶接
電源装置用の充電制御回路の構成を示すブロック図、 第６図は、第５図の充電制御回路の一部の回路の変形例
を示す回路図、 第７図は、第１図および第５図の充電制御回路によって
得られる充電特性を示す図、 第８図は、一般のコンデンサ型溶接電源装置の構成を示
すブロック図、 第９図は、従来の充電制御回路の構成を示すブロック
図、 第10図は、第９図の充電制御回路の各部の信号の波形を
示す信号波形図、および 第11図は、第９図の充電制御回路によって得られる充電
特性を示す図である。 図面において、 10…基準波形発生回路、12…電圧設定回路、14…充電電
圧検出回路、16,18…オペアンプ（バッファ）、20,22…
抵抗、24…オペアンプ（増幅器）、32…オペアンプ（比
較器）、34…三角波発生回路、40…電圧／電流変換回
路、46…PUT、48…コンデンサ、62…トランス、76…ト
ライアック、104…充電用トランス、106a,106b…サイリ
スタ、108…整流回路、110…抵抗、112,114…コンデン
サ、120…溶接トランス、122…サイリスタ、126,128…
被溶接物、130…充電制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンデンサを所定の電圧まで充電させてか
   ら前記コンデンサを瞬間的に放電させて溶接電流を生成
   するようにしたコンデンサ型溶接電源装置において、 所定の周期毎に点弧パルスに応動して点弧し、その点弧
   角に応じた充電電流を前記コンデンサに供給するサイリ
   スタ回路と、 前記コンデンサの充電電圧を時々刻々と検出する電圧検
   出回路と、 充電期間の大部分を通じて所望の傾きでほぼ線形的に変
   化する基準信号を発生する基準信号発生回路と、 前記基準信号と前記充電電圧の検出値との差を求め、そ
   の差分を表す誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、 前記誤差信号の大きさに応じてパルス幅が変化するパル
   スを生成し、このパルスを前記点弧パルスとして前記サ
   イリスタ回路に供給する点弧パルス生成回路とを備えた
   ことを特徴とするコンデンサ型溶接電源装置。