JPH022548Y2

JPH022548Y2 -

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Publication number: JPH022548Y2
Application number: JP9990481U
Authority: JP
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1990-01-22
Also published as: JPS589279U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、アーク起動時の特性改善を計るよ
うにした直流アーク溶接機に関する。

従来の一般的な直流アーク溶接機は第１図に示
すように構成され、交流電源１の交流が変圧器と
サイリスタとを備えたサイリスタ変換装置２に入
力され、該変換装置２の直流出力が直流リアクト
ル３を介して電極４ａと母材４ｂとを備えた溶接
負荷４に供給される。

また、直流リアクトル３を介した変換装置２の
出力電圧が、制御装置５の電圧入力端子５ｉに供
給される。

そして、制御装置５は第２図に示すように構成
され、電圧入力端子５ｉに供給された変換装置２
の正の出力電圧が、第１抵抗Ｒ１を介して高入力
インピーダンスの演算増幅器（Amp）の反転入
力端子（−）に印加されるとともに、この反転入
力端子（−）に、第２抵抗Ｒ２、変換装置２の発
停制御用の開閉器６ａを介して基準電源Esの負
の基準電圧が印加される。

また、演算増幅器（Amp）の非反転入力端子
（＋）が零ボルト電圧の中性点、すなわちアース
に接続されるとともに、演算増幅器（Amp）の
反転入力端子（−）と出力端子との間にフイード
バツク用の第３抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１との並
列回路が接続されている。

そして、演算増幅器（Amp）の出力信号が第
４抵抗Ｒ４を介してNPN型の第１トランジスタ
Ｑ１のベースに入力され、第１トランジスタＱ１
が演算増幅器（Amp）の出力信号に応じた動作
状態になる。

さらに、第１トランジスタＱ１のコレクタ、エ
ミツタを介したバイアス電源端子（Ecc）からの
バイアス電流により、第１トランジスタＱ１のエ
ミツタとアースとの間に設けられた第５抵抗Ｒ５
の両端間に、前記出力信号に応じた制御電圧が生
じる。そして、前記制御電圧にもとづく第１ト
ランジスタＱ１のエミツタの制御信号がトリガ回
路７に入力され、ころトリガ回路７から変換装置
２のサイリスタに制御信号に応じたトリガ信号が
出力され、変換装置２の出力電圧が一定になるよ
うに制御される。

なお、第２図のコンデンサＣ１は、交流電源１
の変動や回路のインダクタンスなどによるいわゆ
る１次遅れ要素の周波数補償を行なう。

一方、電極４ａが消耗式電極としての溶接ワイ
ヤにより形成されている場合、アーク起動と同時
に電極４ａがワイヤ送給装置により送給され始め
る。

そして、電極４ａが母材４ｂに短絡したとき
に、短絡電流によるジユール熱が発生し、このジ
ユール熱により電極４ａの一部が溶断され、電極
４ａと母材４ｂとの間にアークが生じる。

さらに、電極４ａの送給にもとづき、再び電極
４ａと母材４ｂとが短絡する。

そして、前述の動作をくり返すことにより溶接
が行なわれ、この間に溶接負荷４が激しく変動す
るが、溶接負荷４の変動に対してもコンデンサＣ
１が周波数補償を行なう。

ところで、アーク起動は開閉器６ａを閉成して
行なわれる。

そして、第３図ａに示すようにta時に開閉器６
ａを閉路すると、基準電源Esのesボルトの負の
基準電圧が演算増幅器（Amp）の反転入力端子
（−）に印加される。

このとき、変換装置２の出力電圧は零であり、
演算増幅器（Amp）の出力端子には負の基準電
圧に応じた所定の正電圧が生じ、ta時以前に放電
状態になつているコンデンサＣ１が演算増幅器
（Amp）の出力電圧により徐々に充電される。

さらに、コンデンサＣ１の充電により、演算増
幅器（Amp）から第４抵抗Ｒ４を介して第１ト
ランジスタＱ１に出力される電圧が徐々に上昇
し、第１トランジスタＱ１のエミツタからトリガ
回路７に出力される制御信号の電圧が徐々に上昇
する。

そして、トリガ回路７から変換装置２のおサイ
リスタに制御信号にもとづくトリガ信号が出力さ
れ、変換装置２の出力電圧が、所定期間後に電極
４ａと母材４ｂとの間に安定なアークが生じるア
ーク電圧に達する。

しかし、変換装置２の出力電圧が前述のアーク
電圧に達する以前に電極４ａが母材４ｂに短絡す
ると、第３図ｂに示すように、電極４ａが母材４
ｂに短絡する間に変換装置２の出力電圧が急激に
変動し、この間、第３図ｃに示すように、電極４
ａから母材４ｂの方向の十分なアーク電流が供給
されなくなる。

そのため、いわゆるアーク切れが生じてアーク
起動を失敗し、再びアーク起動をやり直す必要が
ある。

しかも、前述の直流アーク溶接機を自動溶接装
置に適用した場合は、溶接欠陥である溶接外観の
不良が生じる欠点がある。

この考案は、前記の点に留意してなされたもの
であり、つぎにこの考案を、その１実施例を示し
た第４図以下の図面とともに詳細に説明する。

第４図において、第２図と同一記号は同一のも
のを示し、演算増幅器（Amp）の反転入力端子
（−）に第１抵抗Ｒ１、電圧入力端子５ｉ、第１
図の直流リアクトル３を介した変換装置２の正の
出力電圧と、第２抵抗Ｒ２を介した基準電源Es
の負の基準電圧とが印加され、演算増幅器
（Amp）により出力電圧と基準電圧との加算電圧
が増幅される。

そして、演算増幅器（Amp）の出力端子の電
圧は、変換装置２の出力電圧が発生する以前、す
なわちアーク起動前に最も高くなる。

また、Ｒ６は一端が演算増幅器（Amp）の出
力端子に接続された第６抵抗であり、出力用の抵
抗を形成する。Ｃ２は演算増幅器（Amp）の反
転入力端子（−）と第６抵抗Ｒ６の他端との間に
設けられたコンデンサ、８は電流検出回路であ
り、アーク起動後のアーク電流、すなわち電極４
ａから母材４ｂの方向に流れる変換装置２の出力
電流の有無を検出し、この出力電流が電流入力端
子５ｉを介して入力される前記出力電流の出力期
間に論理値“０”の検出信号を出力する。

（Inv）は検出回路８の検出信号が入力される
反転器であり、検出信号の論理値を“０”から
“１”に反転する。

Ｑ２は第１半導体スイツチとしてのNPN型の
第２トランジスタであり、ベースが反転器（Inv）
に接続されるとともにエミツタがアースされ、反
転器（Inv）の出力信号によりスイツチング制御
され、前記出力電流の出力期間にコレクタ、エミ
ツタ間が導通してオンする。

Ｒ７は一端がバイアス電源端子（Ecc）に接続
された第７抵抗であり、分圧用の抵抗を形成し、
他端が第１ダイオードＤ１を介して第２トランジ
スタＱ２のコレクタに接続され、このトランジス
タＱ２のオンによりバイアス電源端子（Ecc）の
バイアス電流が第７抵抗Ｒ７、第１ダイオードＤ
１のアノード、カソードを介して第２トランジス
タＱ２のコレクタ、エミツタに流れる。

Ｑ３は第２半導体スイツチとしてのNPN型の
第３トランジスタであり、ベースが検出回路８に
接続されるとともにエミツタがアースされ、検出
信号によりスイツチング制御され、前記出力電流
の非出力期間にオンする。

Ｒ８は第６抵抗Ｒ６の他端と第３トランジスタ
Ｑ３のコレクタとの間に設けられた第８抵抗であ
り、充電制御用の抵抗を形成する。

Ｄ２はアノードが第１ダイオードＤ１のアノー
ドに接続された第２ダイオードであり、カソード
が第４抵抗Ｒ４を介して第１トランジスタＱ１の
ベースに接続されている。Ｄ３はアノードが第６
抵抗Ｒ６の他端に接続された第３ダイオードであ
り、カソードが第４抵抗Ｒ４を介して第１トラン
ジスタＱ１のベースに接続され、第２ダイオード
Ｄ２とともに論理ゲート、すなわちオアゲート９
を構成する。

Ｒ９は第１トランジスタＱ１のベースとエミツ
タとの間に設けられたバイアス用の第９抵抗、６
ｂは第１トランジスタＱ１のエミツタとトリガ回
路７との間に設けられた開閉器であり、開閉器６
ｂの開閉により第１図の変換装置２の発停が制御
される。。

そして、アーク起動前は、開閉器６ｂが開放さ
れているため、第１図の変換装置２が停止し続
け、変換装置２の出力電圧および出力電流が共に
零に保持され、演算増幅器（Amp）の反転入力
端子（−）に第２抵抗Ｒ２を介した基準電源Es
の負の基準電圧のみが印加され、、第６抵抗Ｒ６
の一端の電圧Ｖ１が最も高くなる。

また、変換装置２の出力電流が零であるため、
検出回路８の出力が論理値“１”になり、検出信
号二がオフして反転器（Inv）および第３トラン
ジスタＱ３のベースに“１”の信号が入力され
る。

そして、反転器（Inv）の“０”の出力信号に
より、第２トランジスタＱ２のコレクタ、エミツ
タ間がオフして第７抵抗Ｒ７の他端とアースとの
間が開放保持され、バイアス電源端子（Ecc）の
バイアス電圧が第７抵抗Ｒ７を介して第２ダイオ
ードＤ２のカソードに印加される。

また、検出回路８の“１”の出力により第３ト
ランジスタＱ３のコレクタ、エミツタ間が導通し
てオンし、第６抵抗Ｒ６の他端が第８抵抗Ｒ８を
介してアースされる。そして、アーク起動前の
第６抵抗Ｒ６の他端の電圧Ｖ２は、第６，第８抵
抗Ｒ６，Ｒ８それぞれの抵抗値をRa，Rbとした
場合、V2＝V1×Rb／（Ra＋Rb）の電圧、すな
わち後述のアーク起動電圧より低圧に制御保持さ
れる。

さらに、電圧Ｖ２により、コンデンサＣ２が第
６抵抗Ｒ６に接続された端部が陽極となる方向に
充電される。

そして、電圧Ｖ２が第３ダイオードＤ３のアノ
ードに印加されるが、バイアス電源端子（Ecc）
のバイアス電圧を第７抵抗Ｒ７、第２ダイオード
Ｄ２、第４抵抗Ｒ４の直列回路と、第９抵抗Ｒ９
とにより分圧したアーク起動用電圧が電圧Ｖ２よ
り高圧であるため、第３ダイオードＤ３がオフし
て第１トランジスタＱ１がアーク起動用電圧に応
じた動作状態になる。

なお、第３トランジスタＱ３を設けないと、変
換装置２の出力電流が零の間、電圧Ｖ２がアーク
起動用電圧より高くなつて第３ダイオードＤ３が
オンし、アーク起動時の電圧が非常に高くなり過
ぎ、たとえば薄板の溶接を行なうときなどには穴
があいたりする恐れがある。

そのため、アーク起動前には、第３トランジス
タＱ３をオンして電圧Ｖ２をアーク起動用電圧よ
り低圧に制御保持し、第３ダイオードＤ３を確実
にオフする。

つぎに、アーク起動させるため、第５図ａに示
すようにt1時に開閉器６ｂを閉路すると、前述の
アーク起動用電圧にもとづく第１トランジスタＱ
１のエミツタの制御信号が、開閉器６ｂを介して
第１図のトリガ回路７に出力される。

そして、トリガ回路７から変換装置２にトリガ
信号が出力され、変換装置２から溶接負荷４に第
５図ｂに示すように、正のアーク起動用の高い電
圧が供給され、アーク起動が開始される。

このアーク起動の開始により、演算増幅器
（Amp）の反転入力端子（−）に、第１抵抗Ｒ
１、電圧入力端子５ｉを介した変換装置２の出力
電圧と、基準電源Esの負の基準電圧とが印加さ
れる。

一方、電極４ａが母材４ｂに短絡するまでは、
変換装置２の出力電流が零であるため、第２トラ
ンジスタＱ２がオフし続けるとともに、第３トラ
ンジスタＱ３がオンし続ける。

そして、t2時に電極４ａが母材４ｂに短絡する
と、電極４ａから母材４ｂの方向に変換装置２の
出力電流が流れ始め、検出回路８から“０”の検
出信号が出力される。

この検出信号により第３トランジスタＱ３がオ
フし、第６抵抗Ｒ６の他端とアースとの間が開放
される。

また、反転器（Inv）を介した検出信号により
第２トランジスタＱ２がオンし、このトランジス
タＱ２のコレクタからエミツタにバイアス電流が
流れ、第２ダイオードＤ２のアノードの電圧が低
下してアーク起動用電圧がオフする。

さらに、電極４ａが母材４ｂに短絡することに
より、変換装置２の出力電圧が急激に低下しよう
とするが、アーク起動前にコンデンサＣ２が予備
充電されているため、演算増幅器（Amp）の出
力電圧の変動がコンデンサＣ２の充電量により抑
制され、電圧Ｖ２は急変動が防止される。

そして、第３トランジスタＱ３のオフによつて
電圧Ｖ２の低圧制御保持が解除されるとともに、
前記アーク起動用電圧のオフによつて第３ダイオ
ードＤ３がオンする。この第３ダイオードＤ３
のオンにより、第１トランジスタＱ１のベース電
圧が前記アーク起動用電圧から電圧Ｖ２に移行す
る。

そのため、変換装置２の出力電圧は第５図ｂに
示すように、電極４ａが母材４ｂに短絡したとき
に、確実にアーク持続用のアーク電圧に移行し、
このアーク電圧に安定に保持される。

そして、溶接負荷４の印加電圧がアーク電圧に
安定に保持されるため、第５図ｃに示すように電
極４ａから母材４ｂに十分なアーク電流が流れ
る。

したがつて、アーク起動の電極４ａと母材４ｂ
との短絡時、アーク起動前に予備充電されたコン
デンサによつて電圧Ｖ２の変動が防止され、溶接
負荷４の印加電圧がアーク電圧に安定に保持され
て従来のようなアーク電流の減少変動が防止され
る。

そのため、アーク起動を確実に行うことがで
き、自動溶接装置に適用した場合、溶接外観に不
良が生じることがなく、溶接作業効率を向上する
こともできる。

以上のように、この考案は、溶接負荷に直流電
力を供給するサイリスタ変換装置と、入力された
制御信号にもとづき前記変換装置のサイリスタに
制御用のトリガ信号を出力するトリガ回路とを備
えた直流アーク溶接機において、反転入力端子に前記変換装置の出力電圧と基準
電源の基準電圧とが入力される演算増幅器およ
び、一端が前記増幅器の出力端子に接続された出
力用の抵抗を有する演算回路と、前記反転入力端子と前記出力用の抵抗の他端と
の間に設けられたコンデンサと、前記変換装置の出力電流の有無を検出する電流
検出回路と、該検出回路の出力信号の論理値を反転する反転
器と、分圧用の抵抗の一端が接続されたバイアス電源
端子と、前記反転器の出力信号によりスイツチング制御
され、前記出力電流の非出力期間にオフして前記
分圧用の抵抗の他端とアースとの間を開放すると
ともに前記出力電流の出力期間にオンして前記分
圧用の抵抗の他端をアースする第１半導体スイツ
チと、前記検出回路の出力信号によりスイツチング制
御され、前記出力電流の非出力期間にオンして前
記出力用の抵抗の他端を充電制御用の抵抗を介し
てアースするとともに、前記出力電流の出力期間
にオフして前記出力用の抵抗の他端とアースとの
間を開放する第２半導体スイツチと、前記分圧用
の抵抗および前記出力用の抵抗の他端の電圧のう
ち高い方の電圧にもとづく制御信号を前記トリガ
回路に出力する論理ゲートとを備えた直流アーク
溶接機を提供するものである。

したがつて、この考案の直流アーク溶接機によ
ると、変換装置から出力電流が出力されるまで
は、分圧用の抵抗の他端の電圧にもとづく制御信
号をトリガ回路に出力して変換装置の出力電圧を
アーク起動用の超電圧に制御し、溶接負荷の短絡
によつて出力電流が出力され始めると、出力用の
抵抗の他端の電圧にもとづく制御信号をトリガ回
路に出力し、変換装置の出力電圧をアーク電圧に
制御することができる。

しかも、出力電流が出力されるまでにコンデン
サが予備充電されるため、出力電流の出力後に変
換装置の出力電圧が急変動しても、コンデンサの
充電電圧により出力用の抵抗の他端の電圧の変動
を防止して前記出力電圧の急変動を防止すること
ができ、出力電圧の変動にもとづく出力電流の変
動を防止することができる。

そのため、アーク起動時の特性を改善すること
ができ、アーク起動を確実に行なわせることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な直流アーク溶接機のブロツク
図、第２図は第１図の一部の結線図、第３図ａ〜
ｃは第２図の動作説明用のタイミングチヤート、
第４図以下の図面はこの考案の直流アーク溶接機
の１実施例を示し、第４図は一部の結線図、第５
図ａ〜ｃは第４図の動作説明用タイミングチヤー
トである。２……サイリスタ変換装置、４……溶接負荷、
７……トリガ回路、８……電流検出回路、９……
オアゲート、（Amp）……演算増幅器、（Es）…
…基準電源、（Ecc）……バイアス電源端子、
（Inv）……反転器、Ｑ２，Ｑ３３……第２、第３
トランジスタ、Ｃ２……コンデンサ、Ｒ６，Ｒ
７，Ｒ８……第６、第７、第８抵抗。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】溶接負荷に直流電力を供給するサイリスタ変換
装置と、入力された制御信号にもとづき前記変換
装置のサイリスタに制御用のトリガ信号を出力す
るトリガ回路とを備えた直流アーク溶接機におい
て、反転入力端子に前記変換装置の出力電圧と基準
電源の基準電圧とが入力される演算増幅器およ
び、一端が前記増幅器の出力端子に接続された出
力用の抵抗を有する演算回路と、前記反転入力端子と前記出力用の抵抗の他端と
の間に設けられたコンデンサと、前記変換装置の出力電流の有無を検出する電流
検出回路と、該検出回路の出力信号の論理値を反転する反転
器と、分圧用の抵抗の一端が接続されたバイアス電源
端子と、前記反転器の出力信号によりスイツチング制御
され、前記出力電流の非出力期間にオフして前記
分圧用の抵抗の他端とアースとの間を開放すると
ともに前記出力電流の出力期間にオンして前記分
圧用の抵抗の他端をアースする第１半導体スイツ
チと、前記検出回路の出力信号によりスイツチング制
御され、前記出力電流の非出力期間にオンして前
記出力用の抵抗の他端を充電制御用の抵抗を介し
てアースするとともに、前記出力電流の出力期間
にオフして前記出力用の抵抗の他端とアースとの
間を開放する第２半導体スイツチと、前記分圧用の抵抗および前記出力用の抵抗の他
端の電圧のうち高い方の電圧にもとづく制御信号
を前記トリガ回路に出力する論理ゲートとを備え
た直流アーク溶接機。