JPH0413479A - アーク加工用電源 - 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〉 本発明は、アーク溶接やアーク切断等のアーク加工に用
いる電源の改良に関し、特に短絡時とアーク時（または
開放時）とで出力電流−電圧特性を切替えるとともに出
力設定値と出力検出値とを遅れ要素を有する誤差増幅器
を用いて比較し、得られた誤差信号によって出力調整部
を駆動する方式の電源の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 第６図に従来の装置の例を示す。同図において１は入力
端子であり、商用の３相交流電源から電力の供給を受け
る。２は整流回路であり、３相交流電源を直流に変換す
る。３は整流回路２の出力を平滑する平滑回路、４はス
イッチング素子によってチョッパ回路が構成された出力
調整回路であり、５は出力調整回路４の出力を平滑する
平滑回路である。６は電極であり、図示を省略した送給
機構によって所定の速度で被加工物７に向って送給され
る消耗性電極である。８は出力電流検出器、９は出力電
圧検出器である。また１０はアーク状態検出器であり、
同図の場合は出力電圧検出器９の出力Ｖｆを入力とし入
力電圧が設定値より低くなったときに短絡の発生と判断
して出力信号Ｓａがハイレベルからローレベルに反転す
るものを用いる。１１は出力電流設定器、１２は出力電
圧設定器、１３および１４は誤差増幅器でありそれぞれ
抵抗器ｒ１ないしｒ６、コンデンサＣ１，Ｃ２、演算増
幅器Ａｉ、Ａ２からなり、コンデンサＣ１゜Ｃ２と抵抗
器ｒ３．ｒｅおよび演算増幅器Ａｌ。

Ａ２によって遅れ要素を備えている。１５はアナログス
イッチを用いた切替回路であり、誤差増幅器１３．１４
の各出力信号ｓｌ、ｓ２を入力とし、アーク状態検出器
１０の出力に応じて信号Ｓ１またはｓ２を出力信号ｓｏ
として出力する。１６は入力信号ｓｏに応じて出力調整
回路４のスイッチング素子駆動信号を発生する出力調整
制御回路であり、出力調整回路４がトランジスタチョッ
パ回路であるときには公知のパルス幅変調回路（ＰＷＭ
回路）が用いられる。

同図の装置において、アーク状態検出器１０がアーク発
生または開放を検出して出力信号Ｓａがハイレベルにに
ある間は切替回路１５は（２）側となって誤差増幅器１
４の出力信号Ｓ２を出力信号ｓｏとして出力調整制御回
路１６に伝達し、出力調整回路４はこれによって定まる
値の出力を平滑部５を経て電極６と被加工物７とに供給
される。

このとき、出力電圧と出力電流とはそれぞれの検出器９
，８にて検出されて信号Ｖｆ、Ｉｒが誤差増幅器１４．
１３に帰還信号として供給されて出力電圧設定器１２お
よび出力電流設定器１１の各出力信号Ｖｒ、Ｉｒと比較
される。この場合、切替回路１５は前述のように（２）
側にあるので誤差増幅器１４の出力Ｓ２が出力調整制御
回路１６に伝達されて出力電圧を設定値に保つよう動作
して、定電圧特性の出力となる。

一方、アーク状態検出器１０か短絡を検出しているとき
は信号Ｓａかローレベルとなり、切替回路１５は図示の
通りの（１）側となり誤差増幅器１３の信号Ｓ１が出力
を決定する信号ｓｏとして出力調整制御回路１６に供給
され、出力電流設定器１１の出力信号Ｉｒと出力電流検
出器８の出力信号Ｉｆとの差信号である信号ｓｌ　＝Ｉ
ｒ−Ｉｆによって定まる値に出力調整回路４が制御され
る結果、出力電流が設定値に保たれる定電流特性となる
。この結果、短絡が発生すると定電流特性となって、短
絡時に出力電流が設定値に制限されてスパッタの発生を
防止するとともにアーク期間においては定電圧特性とな
ってアークを安定に維持するものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来装置においては、誤差増幅器１３，１４をコン
デンサＣ１，Ｃ２、抵抗器ｒ３．ｒ６および演算増幅器
Ａ１．Ａ２によって構成した遅れ要素を設けているので
出力検出信号の急激な変化に対しても安定な出力制御が
実現できるものである。

しかし、この遅れ要素のために切替回路の信号切替の直
後において、逆に出力電流や出力電圧か大きくオーバー
シュートする現象か発生し、この遅れ要素を設けたため
に過渡現象が助長される欠点がある。この理由を第７図
の線図とともに説明する。第７図において（ａ）は出力
電圧であり、出力電圧検出器９の出力Ｖｆに相等する。

（ｂ）はアーク状態検出器１０の出力ｓａであり、（ｃ
）は誤差増幅器１３の出力信号Ｓ１、（ｄ）は誤差増幅
器１４の出力信号Ｓ２、（ｅ）は電極６および被加工物
７に供給される出力電源の各変化をそれぞれ時間の経過
とともに示しである。

第７図において、時刻ｔ−ｔｉに電極６か被加工物７に
短絡して信号Ｖｆが低下したとすると、アーク状態検出
器１０の出力信号ｓａがノ１イレベルからローレベルに
反転し、切替回路（Ｉ５）か（１）側に切替わって信号
Ｓ１か信号ＳＯとして出力調整制御回路１６に伝達され
る。しかるに時刻ｔ−ｔｌ以前には出力の調整が誤差増
幅回路１４の出力Ｓ２によって定電圧制御か行なわれて
いたために、出力電流か第７図（ｅ）に示すように設定
値Ｉｒより相当低い状態にあり、このために誤差増幅回
路１３のコンデンサＣ１は過大に充電されており、その
出力ｓｌはほぼ飽和に近い高出力の状態となっている。

このために時刻ｔ−ｔ１において切替回路が（２）から
（１）に切りかわると異常に大きな信号ｓ１が出力調整
制御回路１６に供給されることになり、これによって駆
動される出力調整回路４はほぼ最大出力に相当する大き
な出力を発生することになる。このために出力電流は第
７図（ｅ）に示すように大きなオーバーシュートを生じ
、この大きな出力電流がフィードバックされて誤差増幅
器１３の遅れ要素の時定数に従って次第に設定値Ｉｒに
応じた値に落ちつくことになる。また短絡状態からアー
クに変化したときも同様に誤差増幅器１４の出力Ｓ２が
第７図のｔ−ｔ２に示すように大きな出力となっている
ために切替回路１５が（２）側に切替えられると大きな
出力電圧となって、これが誤差増幅器１４の遅れ要素に
よって定まる時定数に従って次第に設定値Ｖｒに対応し
た値に落ちつくことになる。

それ故、これらの切替の直後の過大出力によってスパッ
タの発生が過大となったり、過大電圧が供給されるため
に電極が過剰に燃え上ってアーク切れを発生することが
あった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記従来装置の問題点を解決するために、遅
れ要素を有する誤差増幅器の出力をアーク状態検出器の
検出信号によって切りかえるに際してあらかじめ定めた
値に初期化する初期化回路を設けて、誤差信号が過大と
ならないようにして、出力電流、出力電圧のオーバーシ
ュートを防止したものである。

〈実施例ン 第１図に本発明の実施例を示す。同図において工ないし
１６は第６図の従来装置と同様のものを示し、１７およ
び１８はそれぞれ誤差増幅器１３および１４の出力をあ
らかじめ定めた値に設定するための初期化回路であり、
それぞれ出力設定のための直流電源Ｅ１．Ｅ２およびア
ナログスイッチＳＷＩ　、ＳＷ２から構成されている。

このアナログスイッチＳＷＩはアーク状態検出器１０が
アーク期間を検出して出力信号Ｓａがハイレベルとなっ
ている間中閉じているスイッチであり、アナログスイッ
チＳＷ２は信号ＳａをＮＯＴ回路１９にて反転した信号
ｓｂによって駆動されて電極６と被加工物７とが短絡期
間中門じるスイッチである。

第２図は、第１図の実施例の動作を説明するための線図
であり、（ａ）は出力電圧であり出力電圧検出器９の出
力信号Ｖｆに相当する。（ｂ）はアーク状態検出器１０
の出力信号Ｓａであり（Ｃ）は誤差増幅器１３の出力信
号ｓｌ　　　（ｄ）は誤差増幅器１４の出力信号ｓ２、
−（ｅ）は出力電流検出器の出力信号Ｉｆをそれぞれ時
間の経過とともに示している。

第１図および第２図において、時刻１−１１より前のア
ーク発生期間においてはアーク状態検出器１０の出力信
号Ｓａはハイレベルであり、切替回路１５は（２）側と
なっており信号ｓ２が出力調整制御回路１６に対する信
号ｓｏとして供給されて、電極６と被加工物７とには定
電圧特性の出力が供給される。またこのとき初期化回路
コアのアナログスイッチＳＷ１は閉じており、このため
に誤差増幅器１３の出力は直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１
に規制されている。時刻ｔ−ｔｌにおいて電極６が被加
工物７と短絡するとアーク状態検出信号Ｓａがローレベ
ルとなり、これによって切替回路１５が（２）から（１
）に切替えられると同時に初期化回路１７のアナログス
イッチＳＷ１か開き、初期化回路１８のアナログスイッ
チＳＷ２が閉しる。これによって誤差増幅器１３の出力
は先の初期化回路１７の直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１か
ら出力電流設定器１１の出力信号１ｒと出力電流検出器
８の出力信号Ｉｆとの差信号によって定まる値に向って
誤差増幅器１３の遅れ要素によって定まる時定数に従っ
て変化する。一方、誤差増幅器１４は初期化回路１８の
アナログスイッチＳＷ２が閉しるのでその出力は直流電
源Ｅ２の出力電圧ｅ２に規制されることになる。次に時
刻ｔ−ｔ２において電極６と被加工物７との短絡が解消
すると出力電圧Ｖｏが上昇するのでアーク状態検出器１
０の出力Ｓａはハイレベルとなり、切替回路１５は（１
）から（２）に戻る。これと同時に初期化回路１７のア
ナログスイッチＳＷＩは開き、初期化回路１８のアナロ
グスイッチＳＷ２は閉じる。これによって誤差増幅器１
４の出力は初期化回路１８によって定まる出力ｅ２から
出力電圧設定器１２の出力Ｖｒと出力電圧検出器９の出
力Ｖｆとの差によって定まる値に向って誤差増幅器１４
の遅れ要素によって定まる時定数に従ってゆるやかに変
化してゆくことになる。

したがって各初期化回路の直流電源Ｅｌ、Ｅ２の出力電
圧をそれぞれ設定電流、設定電圧が安定して得られると
きの各誤差信号に略等しい値に決定しておけば、アーク
発生から短絡または短絡からアーク発生の各切替時に誤
差信号が異常に高い値となることはなく、出力電圧、電
流に大きなオーバーシュートが発生することがなくなる
。また、短絡発生時に出力電流を比較的低い値から上昇
するようにしてスパッタの発生をさらに少なくするため
には直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１を第２図の（ｃ）に示
すように安定した定電流制御が行なわれているときの誤
差増幅器１３の出力ｓｌＯよりも低目に設定しておけば
よい。またアーク発生時に出力電圧の上昇速度を若干速
くしてアークの確立までの時間を短縮するためには直流
電源Ｅ２の出力電圧ｅ２を安定な定電圧制御が行なわれ
ているときの誤差増幅器１４の出力ｓ２０よりもアーク
切れが発生しない程度の高目に設定しておけばよい。

第１図の実施例においては、誤差増幅回路をアーク発生
時と短絡時との２系統設けてこの出力をアーク状態検出
器の出力によって切替えるようにしたが、本発明は上記
に限らず、単一の誤差増幅器の入力信号をアーク発生時
と短絡時とによって切りかえて定電流特性および定電圧
特性に切りかえるようにしてもよい。この場合は誤差増
幅器の初期化回路としては、アーク状態検出器の出力信
号が反転するたびに短時間遅れ要素を構成するコンデン
サを充電または放電する直流電源を切りかえるようにす
ればよい。

第３図はこのようにした本発明の別の実施例を示す接続
図である。同図において２０は誤差増幅器２２の入力信
号をアーク状態検出器の出力によって切替える切替回路
であり、２１ａ、２１ｂ誤差増幅器２２の遅れ要素をア
ーク期間および短絡期間の各初期において初期化するた
めの初期化回路であり、直流電源Ｅｌ、Ｅ２およびアナ
ログスイッチＳＷ１．ＳＷ２によって構成されている。

２３．２４は初期化回路２１ａ２１ｂのアナログスイッ
チＳＷＩ　、ＳＷ２を各期間の初期において短時間閉路
させるための駆動回路であり、２３はアーク状態検出器
１０の出力の立下りによってトリガーされて短時間アナ
ログスイッチＳＷ１を閉じるための信号を出力するモノ
マルチバイブレークが用いられ、２４としてはアーク状
態検出器１０の出力の立上りによってトリガーされて短
時間アナログスイッチＳＷ２を閉じるための信号を出力
するモノマルチバイブレークが用いられる。またｒ７な
いしｒｌｌは抵抗器、Ｃ３はコンデンサであり、それぞ
れ遅れ要素を有する誤差増幅器２２の構成部品である。

同図において工ないし１６は第１図と同機能のものに同
符号を付しである。

第４図は、第３図の実施例の動作を説明するための線図
であり、（ａ）は出力電圧検出器９の出力ｖｒ、（ｂ）
はアーク状態検出器１０の出力ｓａ、（ｃ）は誤差増幅
器２２の出力５Ｏ１（ｄ）は出力電流１ｏの変化をそれ
ぞれ時間の経過とともに示している。

第３図および第４図において、時刻ｔ−ｔｌの直前にお
いては出力電圧検出器９の出力ｖｒが大であり、アーク
状態検出器１０の出力はノ＼イレベルになっている。こ
のため切替回路２０は（２）側にあり出力電圧設定器１
２の出力Ｖｒと出力電圧検出器９の出力ｖｆとが誤差増
幅器２２に入力されて差信号Ｖｒ−Ｖｆが出力信号ＳＯ
となり、出力調整制御回路１６はこの信号によって出力
調整回路４を駆動し、定電圧特性の出力が得られる。

時刻ｔ−ｔ１において電極６と被加工物７とが短絡する
と出力電圧検出器９の出力電圧ｖｆが低下し、これによ
ってアーク状態検出器１０の出力信号ｓａがローレベル
となる。これによって切替回路２０が（１）側に切りか
わると同時に信号ｓＢの立下りによってモノマルチバイ
ブレータ２３が設定されたΔｔの短時間ノ＼イレベル信
号を出力し、これによってアナログスイッチＳＷＩが短
時間開じる。この結果、誤差増幅器２２の出力ＳＯは時
刻ｔ−ｔｌの直前の値から直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１
に変化し、出力調整部４はこの信号ｓｏ　−ｅｌによっ
て駆動される。モノマルチバイブレータ２３の時限終了
によりアナログスイッチＳＷｌが開くと誤差増幅器２２
はこの時点から出力電流設定器１１の出力１ｒと出力電
流検出器の出力Ｉｆ’との差（Ｉ　ｒ　−Ｉ　ｆ’　）
よって定まる出力に向って遅れ要素によって定まる時定
数に従って変化してゆくことになる。次に時刻ｔ−ｔ２
において短絡が解消し電極６と被加工物７との間にアー
クが発生すると電圧ｖＯが上昇するのでアーク状態検出
器１０の出力信号ｓａがハイレベルに反転する。これに
よって切替回路２０が反転して（２）側になると同時に
モノマルチバイブレータ２４が信号Ｓａの立上りによっ
てトリガーされてアナログスイッチＳＷ２をΔｔの時間
だけ閉じる。これによって誤差増幅器２２の出力は入力
信号にかかわらず直流電源Ｅ２の出力電圧ｅ２にこのΔ
ｔの時間だけ保たれることになる。Δｔの時間経過後、
アナログスイッチＳＷ２が開くと誤差増幅器２２は出力
電圧設定器１２の出力信号Ｖｒと出力電圧検出器の出力
信号Ｖｆとの差（Ｖｒ−Ｖｆ’　）が信号ＳＯとして出
力されて出力調整回路駆動用の信号となる。

同図において、直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１を、安定し
た定電流制御が行われているときの誤差増幅器の出力よ
りも低目に設定しておけば、短絡発生時に出力電流が比
較的低い値から上昇しスパッタの発生をさらに少なくで
きる。また、直流電源Ｅ２の出力電圧ｅ２を安定な定電
圧制御が行われているときの誤差増幅器の出力よりも高
目に設定しておけば、アーク発生時に出力電圧の上昇速
度を若干速くできアーク確立が確実となり、アークの安
定性を増すことができる。

また第３図の実施例においては、切替の際にモノマルチ
バイブレータ２３または２４によって定まる時間Δｔの
間だけ信号ＳＯがｅｌまたはｅ２に保たれることになる
が、この時間Δｔは第４図においては誇張して示したが
、実際には数マイクロ秒程度で十分であり、アーク加工
においてはほとんど問題にはならない。

また、第３図の実施例において誤差増幅器２２の遅れ要
素を構成するコンデンサをアーク発生時と短絡時とに別
々に設けるときは、このコンデンサに各々初期化回路を
並列に接続することによって第１図と同様の機能を有す
る装置が得られる。

第５図はこのようにしたときの本発明の別の実施例を示
すものであり、誤差増幅器２２の遅れ要素を構成するコ
ンデンサを０４と０５と２個用意し、アーク状態検出器
１０の出力信号ｓａで切替わる切替スイッチＳＷ４とＳ
Ｗ５とによってそれぞれ不用時に各コンデンサを直流電
源Ｅｌ、Ｅ２て充電して端子電圧を規制するようにした
ものである。同図のその他の部分は第３図の実施例と同
機能のものに同符号を付しである。

同図の装置において、アーク状態検出器１０の出力Ｓａ
がハイレベル（アーク期間中）であるときは、切替回路
２０は（２）側であり、また初期化回路のスイッチＳＷ
４．ＳＷ５も（２）側であるので出力電圧設定器１２の
出力ｖｒと出力電圧検出器の出力Ｖｆとが誤差増幅器２
２に供給されるとともに遅れ要素はコンデンサＣ５によ
って構成されることになる。またこの間はスイッチＳＷ
４によってコンデンサＣ４は直流電源Ｅ１に接続される
ことになり、その電圧は直流電源Ｅ１の出力電圧ｅ１に
規制される。次に電極６が被加工物７に短絡するとアー
ク状態検出器１０の出力Ｓａはローレベルに反転し、こ
れによって切替回路２０が（１）側に切りかわるととも
にスイッチＳＷ４、ＳＷ５も（１）側に切りかえられる
。この結果、誤差増幅器２２の出力は先に充電されてい
たコンデンサＣ４の電圧ｅ１になり、その後に出力電流
設定器１１の出力■「と出力電流検出器８の出力Ｉｆと
の差（Ｉｒ−Ｉｆ’　）に向って遅れ要素の時定数に従
って変化し、設定電流が流れる値にまで達して安定する
。この間スイッチＳＷ４は（１）側にあるためにコンデ
ンサＣ５は直流電源Ｅ２に接続されてその電圧はｅ２に
規制される。

次に電極６と被加工物７との短絡が解消しアークが発生
するとアーク状態検出器１０の出力Ｓａは再びハイレベ
ルとなり、切替回路２０は（２）側にかわり、スイッチ
ＳＷ４．ＳＷ５も（２）側に戻る。これによってコンデ
ンサＣ５が誤差増幅器２２に接続されて、その出力はコ
ンデンサＣ５の端子電圧ｅ２か−らスタートして出力電
圧設定器１２の出力Ｖｒと出力電圧検出器の出力Ｖｆと
の差電圧（Ｖｒ　−Ｖｌ　）に向って変化してゆくこと
になる。この間の様子は第２図にて説明した第１図の実
施例の動作と同様である。

なお、上記の各実施例においては出力電流設定器１１ま
たは出力電圧設定器１−２としては一定の出力信号を出
力するものの如く説明したが、これらは切替の後にスロ
ープ状または段階状に変化するものを用いてもよく、こ
の場合にはそれぞれの設定器に対してアーク状態検出器
の出力信号Ｓａを導いて出力信号を変化させるためのト
リガー信号とすればよい。

また、アーク状態検出器の出力側に時限回路を設けて、
実際のアーク状態の変化時点から所定時間遅れて切替回
路を動作させるようにしてもよい。

さらに主電源の出力調整部としては、インバータ方式、
チョッパ方式あるいはサイリスタによる位相制御方式な
どいずれの方式のものに対しても本発明は適用でき、そ
の出力形式も直流出力のものに限らず、交流出力のもの
にも適用できるのはもちろんである。

〈発明の効果〉 本発明は、アーク状態の変化に応じて定電圧特性と定電
流特性とを切りかえるようにした装置において、切替の
各初期に誤差増幅器の遅れ要素を予め定めた値、例えば
通常設定出力に平衡したときの誤差増幅器の出力に近い
値に初期化する構造としたので、遅れ要素を誤差増幅器
に設置すてフィードバック制御系を安定化したときの欠
点であった特性切替時の過大なオーバーシュートの発生
が完全に防止でき、スパッタの発生を減少させることが
でき、またアークを安定にすることができるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す接続図、第２図は第１の
実施例の動作を説明するための線図、第３図は、本発明
の別の実施例を示す接続図、第４図は第３図の実施例の
動作を説明するための線図、第５図は本発明のさらに別
の実施例を示す接続図、第６図は従来の装置の例を示す
接続図、第７図は第６図の従来の装置の動作を説明する
ための線図である。 １・・・入力端子、　　２・・・整流回路、３．５・・
・平滑回路、　４・・・出力調整回路、６・・・電極、
７・・・被加工物、８・・・出カ夷流検出器、９・・・
出力電圧検出器、１ｏ・・・アーク状態検出器、１１・
・・出力電流設定器、１２・・・出力電圧設定器、１３
．１４．２２・・・誤差増幅器、 １５．２０・・・切替回路、 １６・・・出力調整制御回路、 １７．１８，２１ａ、２１ｂ−・初期化回路、１９・・
・ＮＯＴ回路、 ２３．２４・・・モノマルチバイブレータ、ＳＷＩ〜Ｓ
Ｗ５・・・アナログスイッチ、０１〜Ｃ５・・・コンデ
ンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アーク負荷の状態に応じて定電圧特性と定電流特性
   とを切りかえるアーク加工用電源において、出力電流設
   定信号と出力電流検出信号とを遅れ要素を含む誤差増幅
   器によって比較増幅する第１の手段と、出力電圧設定信
   号と出力電圧検出信号とを遅れ要素を含む誤差増幅器に
   よって比較増幅する第２の手段と、アーク負荷の短絡と
   開放またはアーク発生とを判別するアーク状態検出器と
   、前記アーク状態検出器の出力に応じて短絡時は前記第
   １の手段を選択し開放時またはアーク発生時は前記第２
   の手段を選択する選択切替手段と、前記選択切替手段に
   よって選択された前記第１または第２の手段の出力に応
   じて出力を調整する出力調整手段と、前記第１または第
   ２の手段を構成する遅れ要素を含む誤差増幅器の出力を
   前記選択切替手段の切替の各初期において予め定めた値
   にリセットする初期化手段とを具備したアーク加工用電
   源。