JP2573302B2 - 抵抗溶接機の制御装置 - Google Patents

抵抗溶接機の制御装置

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JP2573302B2
JP2573302B2 JP63100272A JP10027288A JP2573302B2 JP 2573302 B2 JP2573302 B2 JP 2573302B2 JP 63100272 A JP63100272 A JP 63100272A JP 10027288 A JP10027288 A JP 10027288A JP 2573302 B2 JP2573302 B2 JP 2573302B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25Monitoring devices

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は抵抗溶接機の制御装置に係り、特にサイリス
タを用いた単相全波形抵抗溶接機の電圧制御の精度を向
上させるようにした抵抗溶接機の制御装置に関するもの
である。
(従来の技術) 抵抗溶接機はスポットウェルダーとも呼称され、自動
車組立て等、一般産業に広く用いられている。その中で
も、単相全波形抵抗溶接機は最も一般的に用いられてい
る方式である。
この単相全波形抵抗溶接機は溶接トランスに印加する
1次電圧をサイリスタ等のスイッチング素子により制御
して溶接トランスの2次電流、すなわち、溶接電流を制
御している。
また、制御方式としては、溶接トランスの1次側また
は2次側の電流をフィードバックする電流制御方式と、
溶接トランスの1次側に印加される電圧をフィードバッ
クする電圧制御方式がある。電流制御方式は高精度の溶
接電流制御を行うことができるがCT、サーチコイル等の
電流検出器を必要とし高価である。また、この場合溶接
トランスのガンが2つ以上あり、溶接電流の流れないガ
ンがあるとその分だけ他のガンに流れる電流が増大する
問題がある。一方、電圧制御方式は高精度の溶接電流制
御は望めないが安価で経済的である。
このような単相全波形抵抗溶接機において、電流電圧
をv、溶接トランスの1次電流をiとし、点弧角θnを9
0°とした場合の波形を第2図(a)に示す。
溶接トランスは力率<1なので第2図(a)のように
電流iはθnで零から単調増加した後単調減少してθm
零に戻り半サイクルの通電を終了する。次の半サイクル
は逆極性で同様の電流が通電される。また、溶接トラン
スにはθnからθmの範囲の斜線で示す電源電圧が半サイ
クル通電期間に印加される。
電圧制御方式では各半サイクル毎に上記斜線部の電圧
を検出してフィードバックする。
(発明が解決しようとする課題) しかし、一定のサンプリング時刻毎に斜線部の電圧を
検出して実効値を求めようとすると、この電圧の初期値
および最終値が零でないためサンプリング開始および終
了タイミングにより検出誤差が生じる。サンプリングの
周期を短くすれば検出誤差を少なくすることができる
が、他の制御やモニター等を一緒に行うとマイクロコン
ピュータの処理能力を越え複数のマイクロコンピュータ
が必要になり高価になるという問題がある。
本発明の目的はマイクロコンピュータの処理負担の少
ない所定のサンプリング周期で溶接トランスに印加され
る実効電圧を高精度でかつ高速に検出し、高精度の電圧
制御方式を安価に実現すると共に、溶接トランスの使用
率をも表示可能な抵抗溶接機の制御装置を提供すること
にある。
(課題を解決するための手段) 本発明の抵抗溶接機の制御装置は、逆並列接続された
サイリスタの点弧位相θnを制御して溶接トランスの一
次巻線に商用電源から所望の実行電圧Vtを印加し、溶
接電流を調節する単相全波形抵抗溶接機の制御装置にお
いて、前記サイリスタの端子電圧の変化から通電終了位
相θmを検出し、前記点弧位相θnと通電終了位相θm
ら前記一次巻線に印加される実効電圧Vtの正規化され
た実行値Vxを求め、前記商用電源の電圧検出値を生じ
て前記一次巻線に印加される実効電圧Vtを求め、この
実効電圧Vtをフィードバック信号として電圧制御を行
う制御部を備える。
(作用) 上記構成において、制御部は、一定の波高値K0を持
つ正弦値Vk(=K0sinθk)の位相θk毎に該位相θ
k(k=1,2,3…)に対する正弦値Vkの平方和Sk=V1 2
+V2 2+V3 2+…Vk 2を予め計算して格納された記憶手
段を備え、制御部がサイリスタを点弧位相θnで導通さ
せ、一次巻線に半サイクルの電流が流れ、通電終了時点
でサイリスタの端子電圧が変化し通電終了位相θmが検
出されると、前記記憶手段から点弧位相θnと通電終了
位相θmに対する平方和SnとSmを読み出し、 (但し、K1、S180は定数)の演算を実行して正規化さ
れた実効値Vxを求め、商用電源の電圧検出値を乗じて
実効電圧Vtを求め、この実効電圧Vtをフィードバック
信号として電圧制御を行う。
(実施例) 本発明の実施例を第1図を用いて説明する。
同図において1は逆並列に接続されたサイリスタ、2
は溶接トランス、3は溶接トランス2の1次電流を検出
する変流器、4,5は電源電圧、サイリスタ端子電圧を検
出する電圧検出器である。6は点弧位相θnを演算出力
する制御回路、7はラッチ回路、8は一定周波数のクロ
ックパルス発生回路、9は位相カウンタ、10はコンパレ
ータ(比較器)、11はパルス増幅器(PA)である。12は
零電圧検出回路で電圧検出器4の検出電圧が零になる度
にパルスが出力される。13は電流検出回路で変流器3の
2次電流に比例した電圧を出力する。14,15はA/D変換
器、16は電源電圧の実効値Vrmsを算出する演算手段、1
7は電流の実効値Irmsを算出する演算手段である。18は
後述する正規化データが記憶されたデータテーブル(記
憶手段)、19は点弧位相角θnと後述する通電終了位相
θmから正規化データを用いて溶接トランスに印加され
る正規化された実効電圧Vxを算出する演算手段、20は
前記VrmsとVxから溶接トランスに印加される実効電圧
tを算出する演算手段、21は前記Vxから溶接トランス
の使用率Pを算出する演算手段、22は上記使用率Pを表
示する表示手段である。
上記構成において、位相カウンタ9の計数値はクロッ
クパルス発生回路8の出力するパルスによってカウント
アップされ零電圧検出回路12の出力によって零リセット
され、電源電圧に同期した位相信号θ(t)となる。
制御回路6は制御目標値Refが与えられ、溶接トラン
スの実効電圧Vtまたは実効電流Irmsをフィードバック
信号として点弧角θnを演算しラッチ回路7に書き込
む。コンパレータ10は位相信号θ(t)が点弧角θn
一致した時点でパルスを出力する。このパルスはパルス
増幅器11を介してサイリスタ1を点弧させる。
なお、制御回路6は電圧制御と電流制御のいずれかを
選択可能なように構成されている。
本発明の主要部は正規化されたデータを用いて溶接ト
ランスの実効電圧Vtを演算する部分にあり以下に詳述
する。
データテーブル18に記憶される正規化データの実施例
を第1表に示す。この例は位相角θKが1〜180°の範囲
で1°毎に正規化された瞬時値VKと、予め計算された
平方和SKを示したものである。(但し、K=1〜180と
し、この場合はKとθKは等しい値となる。)VKは255s
imθKの整数部をとった8ビットの場合の例でデータと
して記憶するものではなく説明のために示したものであ
る。平方和SKは各瞬時値VKの2乗の和であり、 S1=V1 2,S2=S1+V2 2,S3=S2+V3 2,… SK=SK-1+VK 2,……,S180=S179+V2 180 の各値を予め計算して記憶させる。
演算手段19は点弧位相角データθnを読み込むと共
に、サイリスタ端子電圧の検出信号Vthを監視しターン
オフ時に生じるVthの変化時点の位相信号θ(t)から
通電終了の位相角θmを検出する。その後これらの位相
角θn,θmに対応した平方和Sn,Smを記憶手段18から読
み出し(1)式の演算を実行する。
(但しK1,S180は定数) 上記の演算値Vxは溶接トランスに印加された正規化
された実効電圧を意味する。すなわち、第2図(b)に
示すように位相角180°〜θmまでの電圧波形W1はθm
=θm−180°とすると位相角0°〜θm′の波形W2に等
しく、θn〜θm間の実効電圧は0°〜θm′間とθn〜18
0°間の電圧の和の実効電圧と等しい値となる。また、
位相カウンタ9は180°毎に零リセットされるので通電
終了位相角θmの値はθm′として検出される。従って、
通電が終了すると直ちにデータテーブル18を参照し短時
間にVxを算出することができる。以上の処理手順を第
3図(a)のフローチャートに示す。
一方、電源電圧の実効値Vrmsは演算手段16により、
第3図(b)に示す処理手順で半サイクル毎に検出、更
新される。演算手段20は上記VxとVrmsから溶接トラン
スに印加された実効電圧Vtを(2)式によって演算し
フィードバック信号として出力する。
t=Vrms・Vx/V180 ……(2) 制御回路6は電圧制御が選択されたとき、上記Vt
フィードバック信号として電圧制御を行う。
演算手段17は点弧位相角θnから通電終了位相角θm
での電流を所定のサンプリング周期で検出し、実行電流
rmsを演算出力する。制御回路6は電流制御が選択さ
れたとき、上記Irmsをフィードバック信号として電流
制御を行う。
演算手段21は上記Vxから溶接トランスの使用率Pを
(3)式により演算出力し、表示手段22はこれを外部に
表示する。
P=100・Vx/V180 ……(3) これにより、溶接トランスの使用率を常時、監視する
ことができる。
(発明の効果) 本発明によれば、溶接トランスに印加される実効電圧
を高精度で高速に検出することができ、高精度の電圧制
御を行なうことができる。また、電圧検出のサンプリン
グ周期を高速で行う必要がないので高精度の電圧制御を
安価に経済的に実現することができる。また、常に溶接
トランスの使用率が表示できるので制御余裕が監視で
き、使用し易く信頼性の高い運転を行うことが可能とな
る。この溶接トランスの使用率は電流制御の場合にも行
うことができる。また、溶接トランスの適性な容量の選
定を容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例のブロック構成図、第2図
は本発明の作用を説明するための波形図、第3図は本発
明で用いる演算手段の処理手順の一例を示したフローチ
ャートである。 1……サイリスタ、2……溶接トランス 3……変流器、4,5……電圧検出器 6……制御回路、7……ラッチ回路 8……クロックパルス発生回路 9……位相カウンタ 10……コンパレータ(比較器) 11……パルス増幅器、12……零電圧検出器 13……電流検出回路、14,15……D/A変換器 16……Vrms演算手段、17……Irms演算手段 18……データテーブル(記憶手段) 19……第1の演算手段、20……第2の演算手段 21……第3の演算手段、22……表示手段 23……溶接ガン

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】逆並列接続されたサイリスタの点弧位相θ
    nを制御して溶接トランスの一次巻線に商用電源から所
    望の実行電圧Vtを印加し、溶接電流を調節する単相全
    波形抵抗溶接機の制御装置において、前記サイリスタの
    端子電圧の変化から通電終了位相θmを検出し、前記点
    弧位相θnと通電終了位相θmから前記実効電圧Vtの正
    規化された実効値Vxを求め、前記商用電源の電圧検出値
    を乗じて前記実効電圧Vtを求め、この実効電圧Vtをフ
    ィードバック信号として電圧制御を行う制御部を備えた
    ことを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の抵抗溶接機の制御装置に
    おいて、前記制御部は、一定の波高値K0を持つ正弦値
    k(=K0sinθk)の位相θk毎に該位相θk(k=1,2,
    3…)に対する正弦値Vkの平方和Sk=V1 2+V2 2+V3
    2+…Vk 2を予め計算して格納された記憶手段と、前記
    点弧位相θnと通電終了位相θmに対する平方和SnとSm
    を前記記憶手段から読み出して前記正規化された実効値
    xを求める第1の演算手段を備えて構成することを特
    徴とする抵抗溶接機の制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の抵抗溶接機の制御装置に
    おいて、前記制御部は、前記正規化された実効値Vx
    ら溶接トランスの使用率Pを求める第2の演算手段と、
    この使用率Pを表示する表示手段を備えて構成すること
    特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の抵抗溶接機の制御装置に
    おいて、前記制御部は前記一次巻線に流れる電流検出値
    から該一次巻線に流れる実効電流Irmsを求める実効電
    流演算手段と、この実効電流Irmsをフィードバック信
    号として電流制御を行う手段を備え、電圧制御及び電流
    制御のいずれかを選択して制御することを特徴とする抵
    抗溶接機の制御装置。
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