JPH01234063A - コンデンサ型溶接電源装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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、−船釣なコンデンサ型溶接電源装置の構成を
示す。

−１、’ｔｌｊｌ　　−の　　　　　。

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、１０２ｂより、例えばｔｏｏｖ
の商用交流電圧ＥＯ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Ｅｌは、サイリスタ１０８ａまたは１０
６ｂ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→ダイオ一ド１０８Ｃ→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１１２．１１４が１ステツプ
充電される。

次に、交流電圧Ｅｌ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１０８ｂ−抵抗１１
０−ｂコアテア”Ｊ−１１２，１１４→ダイオ一ド１０
８ｄ→トランス二次コイルの閉回路をパルス状の電ａＩ
ｃが流れることによってコンデンサ１１２．１１４が１
ステツプ充電される。

このようにして、商用交流周波数の半周期（５０Ｈｚで
あれば１０ｍ５）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がコアテア＋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１
３０がらの点弧パルス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ニ、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■！が電極１２４ａ、１２４ｂを介して被溶接
物１２６，１２８を流れ、スポット溶接か行われる。

′　　　の　　Ｉ　　１　　口 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Ｉ
Ｃの波形を示す。

第９図において、ＰＵＴ１４８．　コンデンサ１４８お
よび抵抗１５０〜１５６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ｊｐに応！してトランジスタ１８０
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’；Ｉ！［流Ｉ　ｃ
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
トランジスター４４を導通させることによりＰＵＴ回路
のコンデンサー４８を強制的に放電させ、この放電時点
からコアテアす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００の経過後にパルス電
流ｉｐが発生する。この時定数６０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
ＥＣＯ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　［Ｅ
Ｃコをコンパレータ１３６の他方の入力端子に与える。

充電が行われると、第１０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１０図Ａ）、これによ
ってＰＵＴ回路の発振が止まり（第１０図Ｃ１Ｄ）、サ
イリスタ点弧パルスＧ　ａ、Ｇ　ｂ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ＥＯが変動す
ると、充電型ａＩＣ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ｄものより長くなる
と、設定値ＥＣＯ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しる。

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６０
Ｈｚ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１８０　Ｈｚ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００を小さくして充
電電流ＩＣの各パルスＩ　（：（１）、　　Ｉ　Ｃ（２
）、・・・・のパルス幅ヲ大キくシなければならず、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１１２．１
１４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ＥＣＯ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ＥＣＯ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Ｉ　Ｃ（１）、　　Ｉ　Ｃ（２）、・・・
・が数個供給されただけですぐに設定値ＥＣＯ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、電源
電圧の変動があっても充電時間を一定に維持し、電源周
波数や充電コンデンサの変更があっても部品の交換や切
替を不要とし、常に設定通りの精確な充電を行い、さら
には充電に伴う発熱の損失を少なくするコンデンサ型溶
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］ 上記目的を達成するために、本発明の第１のコンデンサ
型溶接電源装置は、充電時間の大部分を通じてほぼ一定
の電流を供給してコンデンサを充電する充電制御回路を
具備する構成とした。

また、上記目的を達成するために、本発明の第２のコン
デンサ型溶接電源装置は、所定の周期毎にサイリスタを
点弧させて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点弧回路と；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を発生する基準
信号発生回路と；コンデンサの充電電圧を時時刻刻と検
出する電圧検出回路と：基準信号と充電電圧検出値との
誤差を生成する誤差生成回路と；この誤差に基づいてコ
ンデンサの充電電圧を充電時間の大部分を通じてほぼ線
形的に上昇させるようなサイリスタ点弧パルスを生成す
る点弧パルス生成回路とを具備する構成とした。

［作用コ 本発明の第１のコンデンサ型溶接電源装置においては、
定電流でコンデンサが充電されることにより、充電回路
の抵抗で消費する電力損失が時間的に平均化されるため
最小化され、最大の充電効率が得られる。また、充電電
流が一定に制御されることにより、電源電圧が変動して
も充電電圧の時間特性は一定に維持され、一定の時間に
設定値に達する。さらにまた、充電時間を通じて平均化
された充電電流であるから、設定電圧がコンデンサの許
容容量よりはるかに低い値であっても充電開始から平均
的に電流が供給されることにより充電電圧は徐々に増大
してほぼ精確に設定値に達する。

本発明の第２のコンデンサ型溶接電源装置においては、
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。基準信号が線形的な時間特性を
もつから、それに倣って充電電圧も線形的に上昇するこ
とになり、充電電流は充電時間を通して一定に維持され
る。これにより、上記第１のコンデンサ型溶接電源装置
と同じ作用効果が得られるとともに、基準信号の設定次
第で所望の充電速度（時間）に調整することが可能であ
り、例えば電源周波数やコンデンサの容量または個数が
変わっても充電時間を一定に維持することができる。

［実施例コ 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−ＥＨ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は従来と同しものでよく、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）ＥＣＯ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コは、オペアンプ１６゜１８か
らなるパンフ１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Ｇ　ａ、Ｇ　ｂ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Ｉ　Ｃ（１）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
側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ＥＣＯ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ＥＯ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ＥＯ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Ｉ　Ｃ（１）、　　Ｉ　
Ｃ（２）、・・・・のピーク値が低くなり、充電電圧Ｅ
Ｃ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（
なり、結果的には電源電圧ＥＯか１ｏｏｖのときと同し
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ＥＯ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６０Ｈ２から５
０Ｈｚ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（なり、
結果的には電源周波数が６０Ｈｚのときと同し充電速度
、同じ充電時間となる。電源周波数が５０Ｈｚから６０
Ｈｚに変わったときは動作か上述と反対になり、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
の抵抗き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１１またけ
とした場合、キャパ７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があるときと同し充電速度
（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ＥＣＯ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ＥＣＯ
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ゃ
かに減衰するから、充電電圧ＥＣを設定値ＥＣＯ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
な充電路Ｔ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Ｅ
Ｃはなだらかな曲線を描いて設定値ＥＣＯ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ＰＵ
Ｔ回路では、誤差信号ＥＲを電１ｆｊＩ　［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に応して変化
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。

′　　［発明の効果コ 本発明は、上述のように構成されていることにより、以
■のような効果を奏する。

本発明の第１のコンデンサ型溶接電ｔ′ｇ装置において
は、定電流でコンデンサを充電することにより、充電回
路の抵抗発熱（電力損失）を最小化して最大の充電効率
を得るとともに、電源電圧の変動に対して充電電圧の時
間特性を一定に維持し、設定電圧が非常に低い値であっ
ても設定通り精確に充電することができる。

本発明の第２のコンデンサ型溶接電源装置にお。

いては、コンデンサの充電電圧を基準信号に倣わせて直
線的に上昇させるようにサイリスタ点弧制御を行うよう
にしたので、充電電流を定電流に制御することが可能で
あり、これによって上記第１のコンデンサ型溶装電源ｇ
置と同し作用効果かｊＩＩられるとともに、基準信号の
設定によって所望の充電速度（時間）に調整することが
可能であり、例えば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充電時間を一定に維持することがで
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）、２０．２
２・・・・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、 １０６　ａ　、　　１０６　ｂ−＝−・サイリスタ、１
０８・・・・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。 特許出願人　　宮　　地　　電　　子　　株　　式　　
会　　社代理人　弁理士　佐々木　を　孝 打開＋１−’２３＝１０ｔ；３　（３）第４図 第７図 穆間 第１１図 ↑ 吋閏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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
   コンデンサ型溶接電源装置において、充電期間の大部分
   を通じてほぼ一定の電流を供給して前記コンデンサを充
   電する充電制御回路を具備することを特徴とするコンデ
   ンサ型溶接電源装置。
2. （２）、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
   コンデンサ型溶接電源装置において、所定の周期毎にサ
   イリスタを点弧させて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点弧回路と、 充電期間の大部分を通じて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、前記コンデンサの充
   電電圧を時時刻刻と検出する電圧検出回路と、 前記基準信号と前記充電電圧の検出値との誤差を生成す
   る誤差生成回路と、 前記誤差に基づいて前記コンデンサの充電電圧を充電期
   間の大部分を通じてほぼ線形的に変化させるようなサイ
   リスタ点弧パルスを生成する点弧パルス生成回路と、 を具備することを特徴とするコンデンサ型溶接電源装置
   。