JPH0353796Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、直流電源をインバータ回路により高
周波交流に変換するとともに変圧器により溶接に
適した電圧を得るようにした溶接用電源の改良に
関するものである。

〈従来の技術および問題点〉 商用交流電源を整流して得た直流電源あるいは
電池等の直流電源をインバータ回路により一旦高
周波交流に変換した後に再度整流して所望の直流
出力を得るようにしたインバータ方式の溶接用電
源においては、出力電圧を溶接に適した値にする
ために変圧器が用いられることが多い。また溶接
用電源にインバータ回路を利用するときは、電力
の変換とともに溶接電力の供給、停止、調整をも
インバータ回路の発振状態を変えることによつて
行うこともあり、このためにインバータ回路の起
動、停止が頻繁となる。このような場合にインバ
ータ回路に変圧器が用いられていると、起動時
に、起動位相によつては変圧器の鉄心が一時的に
飽和し過大な電流が流れる、いわゆる突入電流が
発生る危険性がある。これを防止する対策とし
て、従来はインバータ回路の起動時に出力を漸増
させる方式、あるいはインバータ回路の起動と停
止とをそれぞれ相互に逆の位相となるようにイン
バータ回路を同期制御する方式が提案されてい
る。

しかるに、これら従来方式のうち前者において
は、再起動時にもし変圧器鉄心の残留磁束と同じ
方向に磁束が発生する位相で起動されると、起動
時の電圧がたとえ低い値であつても鉄心の飽和を
完全に防止することは難しく、また後者の方式に
おいては鉄心の飽和に起因する突入電流は防止で
きるものの起動、停止ともに特定の位相とするた
めに制御回路が複雑高価となる。特にインバータ
回路の主スイツチング素子に半導体素子を用いる
ときは一回の通電流によつても永久破壊に至るこ
とがある。そこで従来は起動時の電圧を漸増させ
る前者の方式を採用するとともにスイツチング素
子の電流容量および変圧器の鉄心断面積に十分な
余裕を持たせるようにして安全を期していた。こ
のためにインバータ回路を用いて高周波交流に変
換する方式の特長である変圧器の小形軽量化およ
びこれに伴う装置全体の小形軽量化の目的に逆行
する結果となるものであつた。

さらにまた、出力設定用基準信号とは別に出力
電流の上限を定める設定器を設け、通常の出力制
御は出力設定用基準信号と出力値との差が零とな
るようにインバータ回路の周波数または導通時間
率を変化させることによつて行ない、起動時や出
力短絡時のような過渡期において出力電流が過大
となつて上限値を超えたときにインバータ回路を
強制的に停止させることによつてスイツチング素
子を破壊から保護する方式のものも提案されてい
る。（例えば特開昭58−35061号公報） しかし、この方式のものは、通常のフイードバ
ツク制御のための出力電流設定器、誤差増幅器、
出力電流検出器の他に過大電流検出のための上限
電流設定器、過大電流検出器、誤差増幅器からな
る過大電流検出回路およびインバータ回路停止手
段が必要となり、フイードバツク制御系が完全に
２通り必要であつた。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案は上記従来方式の欠点を解決するために
なされたものであつて、出力値に応じてインバー
タ回路そのものを起動、停止することによつて出
力電流を設定値に保つよう動作するとともに、簡
単な回路を付加するだけで起動時の突入電流を防
止して起動時の過大電流の発生をなくしてスイツ
チング素子が破壊されないようにすることを目的
としたものである。

本考案の溶接用電源は、半導体スイツチング素
子と変圧器とを有するインバータ回路によつて直
流電源を高周波交流に変換する方式の溶接用電源
において、出力電流を設定する基準信号Irと出力
電流検出値Ioとを比較し、Ir＞Ioの間はインバー
タ回路を予め定めた一定の導通時間率と周波数と
で動作させ、Io≧Irとなつたときにインバータ回
路を停止するための論理信号を出力する比較回路
を設け、比較回路の出力によりインバータ回路を
起動、停止させることによつて平均出力電流を設
定値に保つとともにインバータ回路の停止信号を
受ける度毎にスイツチング素子の導通時間率を所
定の勾配で減少させる出力漸減回路を備えること
によつて、再起動時の位相にかかわらず過大な電
流が流れないようにして、起動、停止および負荷
の変動が頻繁に行なわれる溶接用に特に有効な電
源を提案したものである。

〈実施例〉 第１図は本考案の実施例を示す構成図である。
同図において１は直流電源であり、商用交流電源
を整流したもの、電池、直流発電機などが用いら
れる。２はインバータ回路、３はインバータ回路
２の出力を溶接に適した電圧に変換する変圧器、
４は整流回路、５は直流リアクトルおよびフライ
ホイールダイオードなどを含む平滑回路、６は電
極６１、被溶接物６２、溶接アーク６３からなる
溶接負荷である。７は出力電流検出回路、８は基
準信号設定器、９は基準信号設定器８の出力Irと
出力電流検出回路７の出力Ioとを比較し両者の差
信号の極性に応じて論理信号を出力しインバータ
回路２に対してIr＞Ioのときにはインバータ回路
２を起動させ、Ir≦Ioのときにはインバータ回路
２を停止させる比較回路である。１０は出力指令
回路であり例えば溶解中閉じているスイツチであ
る。

第２図は第１図の実施例の動作を説明するため
に各部の波形を模式的に示した波形図であり、ａ
は出力指令回路１０のスイツチの閉路期間を示
し、ｂは出力電流Io、ｃは比較回路９の出力信
号、ｄはインバータ回路２の出力をそれぞれ時間
の経過とともに示してある。出力指令回路１０か
らの信号がインバータ回路２に供給されると、こ
の瞬間には出力電流は零であるから当然Io＜Irと
なり比較回路９はハイレベル信号（以後Ｈ信号と
いう）を出力してインバータ回路２は起動し、所
定の周波数と導通時間率の交流電圧を出力する。
出力電流Ioは出力回路によつて定まる時定数にし
たがつて増加する。この出力電流Ioが基準信号設
定器８の出力信号Irを超えると比較回路９の出力
は反転してローレベル（以後Ｌ信号という）とな
る。このためインバータ回路２は停止し、電力の
供給が停止されるために出力電流Ioは、変圧器３
や直流リアクトルなどに蓄積されたエネルギーの
放出によつて継続されることになり出力回路の構
成によつて定まる時定数にしたがつて減少してゆ
く。出力電流Ioが減少してIo＜Irとなつても比較
回路９には入力信号の上昇時と下降時とに応答レ
ベルに若干の差、いわゆるヒステリシスが有する
ためにすぐには出力が反転せず、出力電流Ioがこ
のヒステリシスを超えて低下したときに比較回路
の出力が反転してＨ信号となり再びインバータ回
路２が起動する。この動作をくりかえして第２図
ｃおよびｄに示すように比較回路９の出力が反転
するたびにインバータ回路２は起動、停止をくり
かえし、この結果、出力電流Ioの平均値は一定値
に保たれる。ここでインバータ回路２としてはそ
の出力停止に際して出力回路に設けられた変圧器
の鉄心の残留磁束を十分に低い値とするために、
比較回路９の論理出力を受けて起動および停止
し、かつ少なくともその停止時に出力パネル幅が
漸減する制御回路を有するものを使用する。

第３図は本考案に用いるインバータ回路の実施
例を示す接続図であり、図中２１はアンドゲー
ト、２２は必要に応じて設ける増幅器、２３は出
力停止時に出力パルス幅を漸減させるための出力
漸減回路であり、抵抗器Ｒ１，Ｒ２、コンデンサ
Ｃ１およびダイオードＤ１からなる。２４は一定
周波数の三角波を発振する三角波発振器でありイ
ンバータ回路２の出力周波数を定めるものであ
る。２５は比較増幅器であり三角波発振器２４の
出力ｅ１と出力漸減回路２３の出力ｅ２とを比較
し、ｅ１＜ｅ２のときにインバータ回路を構成す
るスイツチング素子導通させるための駆動信号を
出力する。２６はトランジスタやサイリスタなど
の主スイツチング素子とこれを入力信号に応じて
所定の順序で導通させるスイツチング回路であり
第１図の直流電源１の出力を交流に変換して変圧
器３に供給するスイツチング動作を行う。

第４図は第３図のインバータ回路を用いたとき
の第１図の実施例の動作の一部を示す波形図であ
り、インバータ回路の起動から停止に至る間の拡
大図に相当する。同図においてａは比較回路９の
出力を示し、ｂは三角波発振器２４の出力ｅ１と
出力漸減２３の出力ｅ２とを示し、ｃは比較増幅
器２５の出力を示す。またｄはインバータ回路２
の出力を示す。インバータ回路２に第３図に示し
たような回路を用いるときは、出力指令回路１０
からの信号受信後に時刻ｔ＝ｔ１において比較回
路９の出力がＨ信号となると、その出力はアンド
ゲート２１および増幅器２２を経て出力漸減回路
２３に供給されるがダイオードＤ１によつて抵抗
器Ｒ２が短絡されているためにコンデンサＣ１は
直ちに充電されて出力ｅ２を生じる。この出力ｅ
２は三角発振器２４の出力ｅ１と比較増幅器２５
において比較され第４図ｃに示すようにｅ１＜ｅ
２のときにはＨ信号を出力し、またｅ１＞ｅ２の
ときにはＬ信号を出力し、この出力信号によつて
スイツチング回路２６のスイツチング素子が所定
の順序で導通することになる。この結果、インバ
ータ回路２は三角波発振器２４によつて定まる一
定の周期で動作することになる。次に時刻ｔ２に
おいて比較回路９の出力がＨ信号からＬ信号にか
わるとコンデンサＣ１の充電は停止し放電が始ま
り時刻ｔ３において零に至るまで漸減する出力ｅ
２を比較増幅器２５に供給する。この結果、スイ
ツチング回路２６の導通時間率が次第に減少し時
刻ｔ３において零となる。したがつて第３図にお
いてアンドゲート２１ないし比較増幅器２５はイ
ンバータ回路停止時に出力パルス幅が漸減するよ
うに動作する出力漸減回路を含むインバータ制御
回路を構成していることになる。このような停止
時の動作は比較回路９の出力がＨ信号からＬ信号
にかわる毎に行なわれる。この結果、変圧器３は
インバータ回路２が停止する毎に入力電圧が漸減
した後に零となるのでその鉄心の残留磁束は略零
となつて次のインバータ回路２の起動時には導通
位相にかかわらず突入電流が流れることがなくな
る。

なお第３図においては、インバータ回路の停止
時にのみ出力が漸減する例について説明したが、
起動時にも出力が漸増するようにすれば変圧器３
の磁気飽和をさらに有効に防止することができ
る。このためには第３図のインバータ回路におい
てダイオードＤ１を除去すればよい。ただしこの
ときにはコンデンサＣ１の充電速度と放電速度と
は略一定の関係となり、インバータ回路２の起動
時および停止時の出力漸増および漸減の勾配を任
意に変更することはできない。この勾配をそれぞ
れ任意に調整可能とするためには抵抗器Ｒ２に直
列にダイオードＤ１と逆の極性のダイオードを追
加し、かつダイオードＤ１に別の抵抗器を直列に
接続すればコンデンサＣ１の充電速度と放電速度
とを別々に調整することが可能になり、起動時お
よび停止時にそれぞれ最適の勾配に設定すること
ができる。

また第１図において比較回路９としてごく普通
の回路を用い、比較回路に本来備つている応答レ
ベルのヒステリシスを利用して出力電流を一定に
保持するものについて説明したが、このヒステリ
シス幅は本来ごく狭いものであり、これを利用す
る第１図の例においてはインバータ回路２の起
動、停止が非常に頻繁となりインバータ回路やこ
の出力を受ける変圧器にとつて過酷な条件とな
る。これに対して通常のアーク溶接においては、
溶接電流に含まれるリツプル分をそれほど厳密に
除去しなくてもよく、この出力電流の平坦度とし
てはアークが安定に維持できる程度であればよ
い。したがつて前述の比較回路９のヒステリシス
を若干大きくしてもよい。この場合は、インバー
タ回路２の起動、停止の頻度は比較回路９のヒス
テリシス幅を大きくするほど少なくなるが、この
ヒステリシス幅に相当するリツプルが出力電流に
含まれることになるので、溶接が不安定にならな
い範囲に制限しておくのはもちろんである。

〈考案の効果〉 以上のように本考案においては、出力電流を検
出し基準値と比較して差信号の極性に応じてイン
バータ回路を起動および停止する構造としたの
で、誤差信号に応じて周波数を変化させたり、ま
たはスイツチング素子のON−デユーテイを変化
させたりする従来の方式にくらべて制御回路が簡
単となり、温度変化や構成部品の経年変化の影響
を受けにくい。また差信号の極性が反転してイン
バータ回路を停止する際には出力を漸減するよう
にしたので、出力変換用の変圧器鉄心の残留磁束
が常に零となつた後に停止することになつて次の
起動に際して磁気飽和の発生がなくなる。この結
果、インバータ回路の起動時における電流はほと
んど定常時の電流と等しく、インバータ回路を構
成するサイリスタやトランジスタのようなスイツ
チング素子の過負荷を完全に防止することができ
る。したがつて電流容量に余裕を設ける必要がな
くなるのでそれだけ小容量のスイツチング素子を
用いることができ、また変圧器の鉄心も小形とす
ることができるので装置全体が小形、軽量となり
安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す構成図、第２図
ａないしｄは第１図の実施例の動作を説明するた
めの波形図、第３図はインバータ回路の実施例を
示す接続図、第４図ａないしｄは第３図のインバ
ータ回路を用いたときの第１図の実施例の動作の
一部を示す波形図である。 １……直流電源、２……インバータ回路、３…
…変圧器、７……出力電流検出回路、８……基準
信号設定器、９……比較回路、２３……出力漸減
回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 直流電源の出力を半導体スイツチング素子を
   用いたインバータ回路によつて高周波交流を得
   た後に変圧器によつて溶接に適した電圧に変換
   する方式の溶接用電源において、出力電流検出
   回路と、出力電流を設定するための基準信号設
   定器と、前記出力電流検出回路の出力と前記基
   準信号設定器の出力とを比較し両者の差の信号
   の符号に応じて前記インバータ回路を起動およ
   び停止させる論理信号を発生する比較回路と、
   起動中は一定の周波数と一定の導通時間率で動
   作し前記比較回路のインバータ回路停止信号を
   受けて前記スイツチング素子の導通時間率をあ
   らかじめ定められた一定の導通時間率から所定
   の勾配で減衰させる出力漸減回路を含むインバ
   ータ制御回路とを具備した溶接用電源。 ２ 前記インバータ制御回路は、前記出力漸減回
   路に加えて前記比較回路のインバータ回路起動
   信号を受けて前記スイツチング素子の導通時間
   率を所定の勾配で定常動作時の時間率に至るま
   で増加させる出力漸増回路を含む回路である実
   用新案登録請求の範囲第１項に記載の溶接用電
   源。