JPH02284776A

JPH02284776A - インバータ式抵抗溶接制御装置

Info

Publication number: JPH02284776A
Application number: JP10664289A
Authority: JP
Inventors: Minoru Saito; 実斉藤
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1990-11-22
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH084943B2

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］本発明は、インバータ式抵抗溶接機用の制御装置に関し
、特に電流の制御に関する。

［従来の技術］インバータ式の抵抗溶接機において、溶接電流を一定に
制御するには、フィードバック方式の定電流制御回路が
使われ、パルス幅変調（ＰＷＭ）による制御が行われて
いる。これによれば、溶接トランスの一次電流（インバ
ータ出力電流）または二次電流（溶接電流）を検出して
その検出値を基準値と比較し、その比較誤差に応じてイ
ンバータ出力のパルス幅を変える。すなわち、電流が基
ｒ＄値を越えた時はパルス幅を狭め、電流が基準値より
小さい時はパルス幅を広げる。

また、インバータ式の抵抗溶接機では、使用周波数が高
いため、コア断面積の小さい小型の溶接トランスが使わ
れる。しかし、小型の溶接トランスの場合、磁束の流れ
る向きに関して正・負極のいずれか（片側）で磁気飽和
になりやすく、いわゆる偏磁現象が生じやすい。この偏
磁現象が発生すると、磁気飽和により過大な電流が流れ
てインバータ内の大容量トランジスタ（ＧＴＲ）等が破
壊するおそれがある。そこで、制御回路にリミッタ回路
を設け、溶接トランスの一次電流がＧＴＲの最大許容電
流値に達した時に電流を切るような制御が行われている
。

［発明が解決しようとする課題］上述のように、従来は、フィードバック方式のＰＷＭ制
御で電流を一定にするような制御を行う一方テ、インバ
ータ回路（特にＧＴＲ等のスイッチング素子）を保護す
る目的から電流リミッタ回路を設け、そのリミッタレベ
ルを素子の最大許容電流値ＩＮの付近に固定設定してい
た。したがって、溶接トランスの一次側についてみると
、第４図（イ）に示すように、通常の電流パルス１１の
レベルとリミッタレベルＩＬとの間にかなりの開き（差
）のある場合が多かった。しかし、かかる従来技術によ
れば、次のような問題があった。

第１に、フィードバック方式のＰＷＭ制御といえども、
常に定電流に制御できるものではなく、被溶接材ないし
溶接電極の接触具合が変動したりすると、インバータ出
力のパルス幅を目一杯に広げすぎて（フィードバックが
効きすぎて）その直後に過大な電流を流し、被溶接材よ
りスプラッシュ（爆飛）を出すことがある。その時、−
次層流パルス１１は第４図（旬の点線ＩＩ’で示すよう
に大きくなるが、一般にリミッタレベルＩＬに達するに
は至らないので、リミッタ回路が作動することはない。

第５図は、スプラッシュが発生した時の一次電流の変動
を示す実際の波形観測図である。溶接部の抵抗の変動に
よって電流が減少すると、フィードバック式でＰＷＭ制
御が働くことにより電流のパルス幅が太き（なる（イ）
。この状憶で溶接部が落ち着いてその抵抗が下がると、
電流は急激にｊ−、Ｒ−しく口）、スプラッシュが発生
する。そうすると、再び溶接部が変動して抵抗が上桿し
、以後上記と同様な現象を繰り返す。このようなスプラ
、ンユが発生したときは溶接不良となる。なお、’Ｊ　
ミノタレベル（図示せず）は、最大電流波高値よりもず
っと高い値に設定されている。

第２に、従来の電流’Ｊ　ミｙタ機能はあまり有効なも
のとはいえず、ＧＴＲ等のインバータ素子を保護できな
いことが多かった。第４図（０）につきその理由を説明
する。−次層流パルスＩＰの波形は立上がり部、中間部
、立下がり部の３つの部分からなる。磁気飽和が生じて
いない時は実線で示すように中間部はある一定の傾きを
もつ直線となる。しかし、磁気飽和が生ずると、点線１
１”で事すように、中間部は角状または突起状に持ちＬ
がり、その傾きは時間的に指数関数的に増大する。

このような角ないし突起が一方の極性の電流パルスに出
るのが偏磁現象である。しかして、偏磁現象が発生する
と、−次層流パルスＩＰはその中間部で急激に増大して
リミッタレベルＩＬに達し、そこでリミッタ回路が作動
するのであるが、その時点では一次層流パルスＩＰが指
数関数的な勢いで高い上「率（傾き）をもっているため
に、とても抑えきれず、その結果オーバシュート電流と
なってＧＴＲ等を破壊する。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、フィードバック方式によるＰ　Ｗ　Ｍ制御の下で
の二次電流（溶接電流）の変動を抑止するとともに、−
次層流パルスのオーバシュートを防止してインバータ素
子の安全性を保証するインバータ式抵抗溶接制御装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段コ１記の目的を達成するため、本発明の制御装置は、フィ
ードバック方式のパルス幅変調でインバータのスイッチ
ング動作を制御するインバータ式の抵抗溶接制御２Ｉｌ
装置であって、溶接トランスの二次電流の設定値に対応
する一次電流の値を演算しその１次電流の演算値に応（
７たリミッタレベルを設定するリミ’７タレベル設定手
段と；溶接トランスの一次電流をリミッタレベルと比較
し、前者が後者に達した時、インバータに対する駆動パ
ルスの持続を強制的に止めるリミッタ手段とを具備する
構成とした。

リミッタレベルは、好ましくは、正常時の一次電流パル
スのピーク値よりも数％高い値に選ばれる。

［作用］本発明では、リミッタレベルをインバータ素子の最大許
容電流値付近ではなく、二次電流（溶接電流）の設定値
に対応させ（好ましくは、正常時の一次電流パルスのピ
ーク値よりも数％高い値に選ぶ）、通常の電流制御はフ
ィードバック方式のパルス幅変調（ＰＷＭ）で行う。

しかして、被溶接材ないし溶接電極の接触具合が変動し
て溶接電！（二次電流）が急激に減少すると、それを補
償するように一次電流パルスのパルス幅が広がり、かつ
そのピーク値（波高値）も−に昇する。そして、そのピ
ーク値が本発明によるリミッタレベルに達すると、そこ
でリミッタ手段が作動して一次電流のパルス幅が制限さ
れる。これにより、その直後に接触具合がよ（なって二
次電流が反動で急激に増大しようとしても、−次側での
リミッタ機能が作用し、二次電流は設定値に保たれる。

また、溶接トランスが偏磁現象等によって磁気飽和を起
こした時、−次層流パルスの中間部は角状または突起状
に持ち上がろうとするが、その傾きが指数関数的に七分
増大しないうちにリミッタレベルに達し、そこでリミッ
タ手段が作動するので、オーバシュート電流に発展する
ことはなく、インバータ素子が破壊するおそれはない。

［実施例コ以下、第１図ないし第３図につき本発明の一実施例を説
明する。

第１図は、インバータ式抵抗溶接機およびこれに適用し
た本発明の一実施例による制ａ装置のそれぞれの回路構
成を示す。

この図において、ブリッジ接続された４つの大容量トラ
ンジスタ（ＧＴＲ）１２〜１８によってインバータ回路
１０が構成される。インバータ回路１０の入力端子２０
ａ、２Ｏｂ間には、直流電源回路（図示せず）より一定
の直流電圧Ｖが印加される。インバータ回路１０では、
ＧＴＲ１２゜１６とＧＴＲ１４，１８とが高周波数で交
互にオン・オフすることにより、直ｔｆＥＮＸ圧Ｖを切
り刻んだようなパルス杖の高周波交流が得られる。イン
バータ回路１０からの高周波交流出力は溶接トランス２
４の一次コイルに供給され、その二次コイルには低電圧
・大電流の高周波交流が得られる。

この二次側の高周波交流はダイオード２８　ａ　＋　　
２６ｂからなる整流回路により直流に整流され、この直
流が溶接電極２８ａ、２８ｂを介して被溶接材３０．３
２に供給される。

このようなインバータ式抵抗溶接機において、電流は次
のような制御装置によって制御される。

インバータ出力端子２２ｂとトランス２４の次フィルと
の間に電流センサ、例えばトロイダルコイル３４が設け
られる。このトロイダルコイル３４は、−次層流バルス
１１の微分波形を表す交流の電圧パルスＳビを出力する
。この電圧パルス８１′は積分回路３６で積分されたの
ち絶対値回路３８で全波整流され、これによって−次層
流バルス１１の全波整流波形を表す電圧パルスＳｌが得
られる。この電圧パルスＳｌは、アナログスイ。

チ４４の一方の入力端子４４ａに与えられるとともに、
コンパレータ７２の負極入力端子（−）に与えられる。

アナログスイッチ４４がマイコン（マイクロコンピュー
タ）５０の制御の下で入力端子４４ａに切り替わってい
る時、絶対値回路３８からの電流パルスＳＩはＡ／Ｄ変
換器４４に通され、そこでディジタル信号ＤＳＩに変換
されてからマイコン５０に入力される。

マイコン５０は、溶接電流設定回路４８より実効値また
は平均値として与えられる二次電流（溶接電流）１２の
設定値（Ｉ２）にトランス巻線比（Ｎ２／Ｎｌ）を乗算
することにより、二次電流設定値（Ｉ２）に対応する一
次電流基準値（ＩＩ＞を求める。そして、定電流制御を
１テうために、インバータ周波数に対応する周期毎に、
−次層流基準値（１１）とＡ／Ｄ変換器４６からの一次
電流基準値ＤＳＩとを比較し、その比較誤差に応じたパ
ルス幅を指定するカウント・プリセット値ＰＲをカウン
タ５２にセットする。

カウンタ５２は、タイミング回路５６からの位相（タイ
ミング）の異なる第１および第２のスタート信号Ｔａ、
Ｔｂにそれぞれ応動してクロック回路５４からのクロ、
り会パルスＣＫをプリセット値ＰＲまでカウントし、そ
れぞれのカウント期間中“Ｈ″レベルパルスＧａ、Ｇｂ
をＡＮＤゲート５８．６０に出力する。

正常時、Ｄ型Ｆ−Ｆ　（フリップ−フロップ）７４の出
力端子Ｑは“Ｈ″レベルなっており、これによりＡＮＤ
ゲー）５８．８０はイネーブル状態になっている。した
がって、カウンタ５２からの出力パルスＧａはＡＮＤゲ
ート５８を通って入出力絶縁型ドライブ回路６２．８４
に供給され、それらドライブ回路８２．６４からの駆動
ｌずルスＤＲＩ、ＤＲ４によってＧＴＲ１２，１８が同
時にオンになる。その結果、入力端子２０ａ→ＧＴＲ１
２→出力端子２２ａ→溶接トランス２４の一次コイル→
出力端子２２ｂ−ＧＴＲ１８→入力端子２０ｂの回路で
電流パルス■！が正極性方向に流れる。次に、カウンタ
５２よりパルスＧｂが出力されると、それに応動して入
出力絶縁型ドライブ回路８６．６８より駆動パルスＤＲ
２，ＤＲ３がＧＴＲ１４，１６に与えられ、その結果入
力端子２０ａ−＋ＧＴＲ１４→出力端子２２ｂ−溶接ト
ランス２４の一次フイル→出力端子２２ａ→ＧＴＲ１６
→入力端子２０ｂの回路で電流パルス■１が負極性方向
に流れる。

上述のようにして、溶接トランス２４の一次回路では、
インバータ周波数で交流の一次層流パルス１１が流れる
。この電流パルスＩＩのパルス幅は、二次電流設定値（
Ｉ２）に対応する一次電流基準値（１１）に−次層流パ
ルスエ１が一致するよう、フィードバック方式のＰＷＭ
により可変制御される。そして、溶接トランス２４の二
次回路では、−次層流パルスＩＩに対応した直流の二次
電流Ｉ２が流れ、これによって被溶接材３ｏ、３２でジ
ュール熱が発生し、抵抗溶接が行われる。

さて、本実施例による電流リミッタ手段は、マイコン５
０．Ｄ／Ａ変換器７０．コンパレータ７２、Ｆ−Ｆ７４
およびＡＮＤゲ−１−５８，６０８，：よって構成され
る。マイコン５ｏは、初期化でＦ−Ｆ７４にパルスを与
え、Ｆ−Ｆ７４の出力端子Ｑを“Ｈ″杖態し、ＡＮＤゲ
−４５８，６０をイネーブル状態としておく。さらに、
二次電流（溶接電流）の設定毎に求めた一次電流基準値
（Ｉ１）を基に正常な一次層流パルスＩＩのピーク値（
波高値）よりも数％だけ高いリミッタレベル（ＩＬ）を
求め、そのデイジタル値をＤ／Ａ変換器７０の入力端子
に与える。これにより、Ｄ／Ａ変換器７０の出力端子よ
りアナログのリミッタレベルＡＬがコンパレータ７２の
正極入力端子（１）に与えられる。しかして、コンパレ
ータ７２は、絶対値回路３８からの一次電流基準値Ｓｌ
が基準値ＡＬに達した時に“Ｌ”レベルの出力信号を発
生し、Ｆ−Ｆ７４をリセットする。そうすると、Ｆ−Ｆ
７４の出力信号Ｑは“Ｌ”に変わり、それによってＡＮ
Ｄゲート５８．６０はディスイネーブル状態となり、カ
ウンタ５２からのパルスＧａ。

Ｇｂの持続ひいてはドライブ回路６２〜６８がらの駆動
パルスＤＲＩ−ＤＲ４の持続が強制的に断タレル。この
強制的なリセット直後に、マイコン５０がＦ・Ｆ７４に
トリガ・パルスを与えることにより、リセットを解除し
てもよい。

このようなリミッタ手段によって駆動パルスＤＲ１−Ｄ
Ｒ４の持続が強制的に断たれる場合は２つある。

１つは、二次回路で負荷変動（特に溶接電極２８ａ、２
８ｂと被溶接材３０．３２間の接触具合の変動等）が生
じた場合である。この場合、二次電流Ｉ２の変動に伴っ
て一次層流パルス■１も変動する。そして、第２図（イ
）の点線Ｓ１“（Ｉ　ｌ”）で小すように、それが基準
［ＡＭに達すると、リミッタ手段が作動して駆動パルス
を強制的に止める。しかして、第３図（イ）、（（１）
に示すように、二次電流工２がフィードバック方式のＰ
ＷＭ制御から逸脱して設定値（■２）を越えようとして
も（点線ｉ２’、ｉ２″）、リミッタ手段によって制止
され、通電時間を通じて一定に維持される。

他の１つは、溶接トランス２４が偏磁現象等によって磁
気飽和を起こした場合である。この場合第２図（０）に
示すように、点線Ｓｌ”（Ｉｔ”）で示すように、−次
電流パルス■１の中間部は角状または突起吠に持ち」―
がろうとするが、その傾きが指数関数的に十分増大しな
いうちに直ぐにリミッタレベルＩＬに達し、そこでリミ
ッタ手段が作動する。これにより、かかる角ないし突起
は速やかに衰退してオーバシュート電流が発生すること
はなく、シたがってインバータ回路ＩＯのＧＴＲ１２〜
】８は保護される。

なお１フイードバツク定電流制御のために二次電流Ｉ２
の検出値を用いることも可能であり、この実施例ではそ
のために二次回路に電流センサ、例えばトロイダルコイ
ル４０と積分回路４２を設けている。これらを使うとき
は、スイッチ４４を入力端子４４ａに切り換えればよい
。

上述した実施例は、インバータ式に係るものであったが
、その他の抵抗溶接制御装置にも本発明は適用可能であ
る。

［発明の効果コ本発明は、上述したような構成を存することにより、次
のような効果を奏する。

リミッタレベルをインバータ素子の最大許容電流値付近
ではなく、二次電流（溶接電流）の設定値に対応させる
（好ましくは、正常時の一次電流パルスのピーク値より
も数％大きな値に選ぶ）リミッタ手段により、フィード
バック方式のパルス幅変調制御の下で設定値を越えるよ
うな電流変動を制止するとともに、溶接トランスで磁気
飽和が発生した時に生起する一次電流パルスの異常な持
ち一トがりを早期に抑制してオーバシュートを防止し、
インバータ素子の安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、インバータ式抵抗溶接機およびこれに適用し
た本発明の一実施例による制御装置のそれぞれの回路構
成を示すブロック図、第２図は、−次電流パルスについて実施例の作用を示す
図、第３図は、二次層ｆｔ（溶接電流）について実施例の作
用を示す図、第４図は、−次電流パルスについて従来技術の作用を示
す図、および第５図は、スプラッシュが発生した時の一次電流の変動
を示す実際の波形観測図である。１０・・・・インバータ回路、１２〜１８・・・・ＧＴＲ（大容量トランジスタ）、２
４・・・・溶接トランス、３４・・・・トロイダルコイル、３６・・・・積分回路、３８・・・・絶対値回路、４８・・・・溶接電流設定回路、５０・・・・マイコン（マイクロコンピュータ）、５２
・・・・カウンタ、７０・・・・Ｄ／Ａ変換器、７２・・・・コンパレータ、７４・・・・Ｄ型フリ・７ブ・フロップ、５８．８０・
・・・ＡＮＤゲート、６２〜６８・・・・ドライブ回路。特許出願人　　宮　　地　　電　　子　　株　　式　　
会　　社代理人　弁理士　佐々木　型　孝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フィードバック方式のパルス幅変調でインバータ
のスイッチング動作を制御するインバータ式抵抗溶接制
御装置において、溶接トランスの二次電流の設定値に対応する一次電流の
値を演算し、その１次電流の演算値に応じたリミッタレ
ベルを設定するリミッタレベル設定手段と、前記溶接トランスの一次電流を前記リミッタレベルと比
較し、前者が後者に達した時、前記インバータに対する
駆動パルスの持続を強制的に止める電流リミッタ手段と
、を具備することを特徴とするインバータ式抵抗溶接制御
装置。
（２）前記リミッタレベル設定手段は、前記一次電流の
演算値を基に正常時の一次電流パルスのピーク値よりも
数％高いリミッタレベルを設定することを特徴とする請
求項１記載のインバータ式抵抗溶接制御装置。