JPH04502732A - 抵抗スポット溶接機のための電力制御装置および線路電圧の監視装置／補償装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 抵抗スポット溶接機のための電力制御装置および線路電圧の監視装置／補償装置 光里ｑｉ量 〔技術分野〕 本発明は一般的に信号処理、特に抵抗スポット溶接機のような負荷にサイリスク 型式のスイッチ装置を通して供給される単相または三相の交流線路電力の精密な 制御を与える改良型システムに関する。

〔背景技術〕

抵抗スポット溶接は、鋼鉄、アルミニウム、チタンおよび金属母材の複合材料の ような金属を接合するのに使用される処理であり、そこでは複数の電極で一緒に なって離れないようにされた抵抗性のある複数の加工物を通して電流が流れる時 に生成される熱によって、合着が引き起こされる。この処理は、航空宇宙、自動 車、器具および電子工学の構成要素の製造に広く使用されている。

抵抗溶接処理は、エリヒユー・トンプソン（Ｅｌｉｈｕ　Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）が それを１８７７年に発明して以来存在してきているが、溶接の品質保証は重大な 関心事のままである。良い溶接を産むのに決定的となるのは、所望の溶接予定に 従って実際の百分率熱を確実に加える溶接機の能力である。「百分率熱」という 語は、特定の型式の溶接機と加工物の構成が生成可能な最大の熱のなかの百分率 のことを示している。散りを追い出す、すなわち、溶接処理中の溶融物質を吐き 出すために、特定の型式の加工物に対する加熱の速度は制御されねばならない。

溶接処理の様々なサイクルにわたる一つあるいは複数の熱設定値は、溶接予定に 属する。特定の応用に関する適切な溶接予定は典型的には試行錯誤を通して決定 され、単一の熱設定値あるいは、１サイクルずつまたはｌ電力パルスずつ変動す る複数の熱設定値を含むことができる。ひとたび溶接予定が決定されてしまえば 、重要なことは、溶接処理中生成される実際の百分率熱が、一定不変の高品質な 溶接を保証するために、厳密にその予定に従うということである。

抵抗スポット溶接線では、溶接変圧器の一次側に連結されたシリコン制御整流素 子（ＳＣＲ）または他のサイリスタ型式のスイッチ装置は、溶接変圧器の二次側 にある溶接電極に送られる線路電力を制御する。一対の背中合わせになったサイ リスタ型式の装置は、各人力相信号のために一次側に設けられ、電力パルスを溶 接電極に送るためにトリガーパルスによって選択的にスイッチオンされる。トリ ガー時刻は、所望の百分率熱を加工物に与えることを目標として選択される。

従来技術のデジタル型のサイリスタ型式電力制御装置では、次のサイリスクが導 通ずるトリガー時刻は、対応する電力線路入力の前の零交差に先立って指定され ねばならない。サイリスク点弧時刻をデジタル的に制御するというこの従来技術 の方法は、三相直流電力制御の場合には、各位相におけるＳＣＲトリガー時刻を 制御するために各位相別個のプログラム可能遅延を利用することを含んでいる。

図９はこの構成を説明している。各位相におけるトリガー時刻は、その位相の前 の零交差より計られる。所望のプログラム式遅延時間は、この時刻に先だって計 算機によりプログラム可能遅延要素（典型的にはダウンカウンタ）にロードされ ねばならない。

三相全波動作のためには、５ＣＲ）リガ一時刻は、零交差を過ぎて６０°から１ ８０”の間に出現する必要がある。従って６０ヘルツの線路周波数に関して、こ れは、計算機が実際のトリガーに先だって２７７８マイクロ秒から８３３３マイ クロ秒の間に所望のプログラム式遅延時間をプログラム可能遅延要素にロードし ていなければならないことを意味している。所望のプログラム値がこの時刻より も後に、つまり理論上可能な限り遅くにロードされることを許容する電力制御シ ステムは、非常に望ましくあろう。なぜらなば何千もの追加の計算機操作がこの 追加時間に実行されることが可能と思われるからである。

三相電力制御は単相電力制御よりも複雑であり、単に三つの冗長な単相制御装置 を設けるだけでは事実上遂行不可能である。単相ではサイリスクはその電流が零 になる時ターンオフし、零交差では常に当然ターンオフしている。しかしながら 三相では、電力パルスは、瞬時電圧が前の電力パルスのそれよりも高い値となる 、次の電力パルスの点弧により早急に終結されることが可能である。ここで「転 流」と言うこの現象は三相溶接機が出力可能な電力パルス当たりの最大の熱に帰 着し、それは三相機入力の一相の一次側に電気的に匹敵する一次側を持つ単相機 の熱より少ない。この現象を認識し調整することのできない従来の三相電力制御 装置は、機械加工物構成により引き出し可能な実際の最大の熱に関する「百分率 熱」という線形スケーリングを提供しない。

溶接機に対する入力線路電力における変動は、生成された実際の百分率熱が所望 の百分率熱と異なるということを引き起こしうる。従来技術によろい（つかの型 式の一次線路監視システムが存在する。一つの解決法は、米国特許４４９９３６ ３で開示されたものであるが、−次側の電流を監視する。この電流の監視および 調節という解決法は、アーク溶接には適しているが、抵抗スポット溶接には適用 できない。なぜならば、この解決法が与えるフィードバックは、二次側における 加工物の変動と独立せず、実のところ入力ｔ１回路の変動を補償するために取る 必要のある工程と逆の指示を与える。

第二の基本的な従来技術によるアプローチは、−次側線路電圧を監視することで ある。そのような従来技術の線路電圧監視システムは一般的に二つの種類、即ち （１）単相の平均線路入力値を監視するものと、（２）線路入力における三相全 波整流器の平均値を監視するものとに分かれる。これらの場合は共に線路入力電 圧が測定され、サイリスタ型式装置によって溶接機に与えられる実際の電圧入力 は測定されない。

従って、溶接電極に送られないため溶接工程に何の影響も及ぼさない可能性があ る入力線路電力の変動が、不必要に検出および補償される可能性がある。更に、 １の場合には、他の相における変動は考慮されない。２の場合には、監視される 信号は、１００パーセントの熱が加えられる時のみの溶接機入力を表示している 。より低い百分率熱の設定に関して、２の場合の監視システムは溶接機入力を正 確に示していない。

これら従来技術のシステムは、測定される線路変動の百分率に、期待される熱設 定値を掛けて、信号誤差の近似値を得る。

それらは個々の電力パルスによって作成される実際の百分率熱を監視することが できない、そのような実際の１パルスｌパルスごとの測定なしでは、溶接機に送 られる入力電力におけるそれらの変動を「リアルタイム」で正確に補償すること は不可能である。

このようにして、プログラム可能な電力制御装置および線路電圧の監視および補 償システムの必要性が存在する。このシステムは、あらゆる構成の抵抗スポット 溶接機により与えられる実際の百分率熱を支配する精密な制御を与え、ＳＣＲの トリガー時刻を決定するのに役立つ時間を最大にし、三相溶接機構成における転 流効果を考慮し、また、「リアルタイム」でかつあらゆる百分率熱の設定値に対 して溶接機に送られるｍ路入力変動のみを監視し補償する。

ｌユ夏旦！ 本発明による、改良型電力制御装置および線路電圧監視／補償システムと方法と 、によってこの要求は満足され、そして従来技術の制限は克服される。本発明の 電力制御装置では、サイリスタ型式装置のトリガー時刻は、前の零交差よりむし ろ、制御計算機が最適のトリガー時刻を計算するのにより有効な時間を作成する という効果をもつ、トリガー時刻によって指定されることのみ必要である。本発 明の利点は、プログラム式遅延時間が、遅延が時間切れ（タイムアウト）になる 間に設定される、トリガーパルスを生成するプログラム可能遅延手段を使用する ことによって実現される。好ましい実施例では、電力制御装置は、入力線路信号 の周波数に同期した位相の基準信号を生成する線路同期装置と、カウントが基準 信号によって開始されるアップカウンタと、瞬時増加するアップカウンタのカウ ントとトリガー時刻を示すカウント値とを比較しカウンタのカウントがそのカウ ント値に達した時トリガーパルスを生成する比較器と、トリガーパルスをトリガ ーされるべき適当なサイリスタ型式装置に指間させるパルス指向器とで実行され る０本電力制御装置は、単相および各種・三相の抵抗スポット溶接機に適用でき る。サイリスタ型式装置のトリガー時刻は、所望の百分率熱に基づいて計算機手 段により決定される。計算機手段は、三相機におけるサイリスク型式装置の転流 効果を考慮しながら、溶接機構成から実際に利用可能な最大熱の線形関数として トリガー時刻を決定する。

本発明特有の線路監視システムは、サイリスタ型式装置に対する全交流入力線路 信号の電圧を監視し、それから、サイリスク型式素子によって溶接機を通過する 実際の合成電圧を複製する第一の複製信号を合成する。降圧変圧器と、サイリス クにて発生するスイッチングと同期状態にある逓減された信号群間でスイッチン グをするマルチプレクサとは、この目的のために使用可能である。複製信号はそ れから、個々の電力パルスに関して回路パラメータの独立した測定値を生成する ために処理される。そのパラメータとしては、例えば、実際の百分率熱、および ／または、平均電圧が可能である。また、−次電流と、サイリスク型式装置によ って溶接機を実際に導通する合成電流を複製する第二の複製信号の合成と、を監 視するための設備が含まれることが可能である。この第二の複製信号は、単独で 入力電流の測定値を供給するために、または、第一の複製信号と共に例えば二次 側の電圧のような溶接機の二次側の状態を予測する付加信号に加えて、電力、コ ンダクタンス、および／または抵抗の測定値を供給するために、処理可能であり 、そして、これは力率の補償用にも処理可能である。線路監視システムの測定パ ラメータは、溶接処理に影響を及ぼす入力線路電力の変動を補償するような方法 で、サイリスタ型式装置のトリガーを調整するためのフィードバックとして効果 的に使用可能である。この線路監視及び補償システムは、本発明の電力制御装置 と統合される時、そのような線路変動に対する補償が理論上可能な限り早急に実 施されることを可能にし、それはたとえ非常に薄い材料に対しても一定不変の高 品質な溶接を保証するのを助ける。

従って、本発明の第一の目的は、抵抗スポット溶接処理の品質、信軌性、繰返し 精度、適合性および正確性を改良することである。

他の目的は、外部的な百分率熱の指令と入力線路電力の変動に対し、サイリスタ 型式スイッチング装置にとって理論的に可能な限り早急に反応する精密で個々に 制御される電力制御装置を供給することである。

他の目的は、平均電圧、実際の百分率熱、入力電流、電力、コンダクタンス、抵 抗、および／または、溶接変圧器の二次側における電圧の、１パルス１パルスご との測定値を提供することのできる入力線路監視装置を提供することである。

さらに他の目的は、入力線路電力における変動を、溶接変圧器二次側における変 動から分離し、サイリスタ型式装置により溶接機に送られる電力線路変動のみを 補償する、線路監視および補償システムを提供することである。

さらなる目的は、電力線路変動を、リアルタイムに、−次側で直接に、自動的に 補償する、抵抗スポット溶接機用の精密な熱制御システムを提供することである 。

さらに他の目的は、存在するあらゆる抵抗スポット溶接機に対して容易に改造さ れ、三相周波数変換器、全波直流、半波直流、あるいは単相の溶接機に容易にイ ンタフェースし、かつ、三相構成における転流効果を考慮した百分率熱の正確な 線形スケーリングを自動的に与える、電力制御装置と線路電圧監視および補償シ ステムとを提供することである。

また更なる目的は、従来技術のシステム以上に、柔軟性があり、普遍的で、適応 性があり、精密で、完全で、かつ信頼性のある、電力制御装置と線路監視および 補償システムとを提供することである。

さらに他の目的は、抵抗スポット溶接機の様々な溶接予定が精密にそして一定不 変に遂行されるのを保証することである。

図面の簡単な説明 本発明の、これらおよび他の目的、特徴、および利点は、次に述べる実施例の詳 細な説明を添付図面といっしょに読む時、いっそう容易に理解できるであろう。

図面において、図１は、単相溶接回路の概略図である。

図２は、単相溶接機の動作を理解するのに役立つ波形を表現している。

図３は、三相半波溶接回路の概略図である。

図４は、一定の百分率熱設定のためのトリガーパルスと交流入力線路信号の図式 表現である。

図５は、三相全波溶接回路の概略図である。

図６は、三相半波溶接機に間する波形を表現している。

図７は、三相全波溶接機に関する波形を表現している。

図８は、プログラム可能電力制御装置を加えた抵抗スポット溶接機のブロック図 である。

図９は、従来技術の電力制御装置の簡易化したブロック図である。

図１０は、本発明の電力制御装置の好適な実施例のブロック図である。

図１１は、三相溶接機構成における転流効果を説明するのに役立つ概略図である 。

図１２は、いろいろな構成の溶接機の伝導期間を理解するのに役立つ図である。

図１３は、本発明の線路監視および処理システムの一実施例のブロック図である 。

図１４は、図１３の線路監視および処理システムの変形を表現している。

図１５は、図１３の線路監視および処理システムの他の変形を表現するブロック 図である。

図１６は、力率補償を容易にする、線路監視および処理システムの更なる変形を 表現している。

そして図１７は、本発明の統合されプログラム可能な、電力制御装置と線路電圧 監視および補償システムとを示す、ブロック図である。

鼓廠星豆尻 次に図面を参照しながら、抵抗スポット溶接機に関して、知られている様々な構 成の溶接回路および典型的従来技術の電力制御装置を最初に記述する。それから 、本発明の、改良型電力制御装置、線路監視および処理システム、および統合さ れた電力制御装置と線路電圧監視／補償システム、の実施例を記述する。

本発明は、抵抗スポット溶接機の電力制御装置の必要性を説く。そのような溶接 機は、様々な電力構成、すなわち、単相、三相周波数変換器、三相全波直流、お よび三相半波直流にて設計されている。本発明の利点の一つは、何もハードウェ アの変更をしないで、これら全ての構成に対し通用できるということである。

図１は、概略図形式で、単相溶接回路１０を説明している。

その回路は、−次コイル１４と二次コイル１６とを持つ溶接変圧器１２を含む。

−次側１４は、一対の背中合わせの５ＣＲ２０，２２または他のサイリスタ型式 装置を通して、交流単相電源１８と連結される。（この表現の目的には、ＳＣＲ 、サイリスタおよびサイリスタ型式装置を等価のスイッチング要素と考え、これ らの語が相互に置き換え可能である、ということがある。）以下に示されまた十 分に説明されているように、トリガーパルスＴＡとＴＡ”は、５ＣＲ２０，２２ のゲートに与えられ、電力制御装置によって決定された点弧時刻に個々のＳＣＲ をスイッチオンする。

溶接変圧器１２の二次側１６は、溶接電極２４に接続され、電極間には加工物２ ６がはさまれる。典型的には、加工物は一緒に結合されるべき、金属または他の 材料でできている二枚のシートを含む。抵抗スポット溶接処理では、抵抗性の加 工物を通る電流がその材料群を合体するために熱を産み出す。

加工物における熱生成の速度を制御することにより、要求仕様の溶融した範囲す なわちナゲツトが、材料群を一緒にしてスポット溶接するために、形成される。

もしも熱生成の速度が低すぎると、熱は伝導を通して失われ、ナゲツトは形成さ れない。他方、もしも熱生成の速度が高すぎると、金属シートが非常に早く拡大 し、溶融材料を吐き出して全くばらばらに飛び散る可能性がある。さらに望まし いことは、溶融範囲が電極の外部境界で作られる圧力閉込め範囲を越える前に、 熱生成を終結させるのが可能なことである。厳しい条件の材料では、１％程度の 低い加熱変動が成功と不成功の相違を作ることがある。

特定の応用のため、溶接操作の連続する各サイクルに対し熱設定値を定義する溶 接予定が、典型的には試行錯誤して開発される。各熱設定値は、特定の型式の溶 接機が機械サイクル内で発生可能な最大熱に対する百分率に相当し、それをここ では「百分率熱」と呼ぶ。

また図１に関して、背中合わせの５ＣＲ２０，２２は実際には、入力線路信号を 溶接変圧器に選択的に送るためのスイッチとして動作する。図の背中合わせの配 列では、５ＣＲ２０は交流入力の正の半サイクルをスイッチするために働き、一 方５ＣＲ２２は負の半サイクルをスイッチする。ＳＣＲはそのゲートにトリガー パルスを受ける時はいつでもターンオンし、ＳＣＲを通る電流が零になるまで入 力信号を送る。電流の零交差にて、ＳＣＲは自動的にターンオフする。もしもＳ ＣＲが交流入力信号サイクルの中間でターンオンすれば、次の零交差までオンの ままである。それ故、ＳＣＲがターンオンするのが時間的に零交差の前より早い ほど、その後の零交差でしゃ断する前にＳＣＲを通る入力電力信号の部分は大き くなり、そして電極に加えられる電力も大きくなる。これは図２の波形で示され る。

図２およびその後の類似した図において、ｃ、ｅ、ｇおよびｋと付された線は、 線ｄ、ｆ、ｈおよび１で示される各トリガーパルスに応答してＳＣＲより送られ る入力線路信号の波形の大きさを表わしている。図２の線ａは、５ＣＲ２０と２ ２が各半サイクルの始めで連続してトリガーされる場合に送られる波形を示して いる。線ｃ、ｅおよびｇは、漸進的に早くなるトリガー時刻に関する送信波形を 示す。上記の例の各々において、トリガー速度は一定として示されている。図２ ０には、トリガー時刻が初期には減少しその後増大する場合の送信波形を示す。

百分率熱は、ＳＣＲ伝導期間にわたるＳＣＲ送信電圧の二乗の積分のため、トリ ガー時刻は百分率熱に関連する。従って熱１００％という最大の熱設定値は、単 相の場合、半サイクル全体にわたる電圧の二乗の積分に一致する。以下に詳細に 説明されるように、三相機の最大ＳＣＲ伝導時間は、単相のそれよりも小さくな り、それは三相構成における転流効果のためである。全ての構成において、あら ゆる所望の百分率熱に対して対応するトリガー時刻がどうなるべきか計算するこ とが好ましく、それによりトリガー時刻は、特定の溶接機から利用できる最大熱 の線形関数となる。ＳＣＲにトリガー信号を与える電力制御装置の第一の機能は 、ＳＣＲによって実際に送られる関数である電圧の二乗の積分が所望の百分率熱 に等しくなるようなトリガー時刻はどうなるかということを決定することである 。

三相半波溶接機の概略図は図３に示される。この構成には、三つの同一の変圧器 部分３０．３２．３４がある。各位相はφＡ、φＢ５およびφＣであり、それぞ れ一対の背中合わせのＳＣＲ（３６，３８）、（４０，４２）、および（４４゜ ４６）を持っている。位相群は三角構成で接続され、変圧器３０の一次側は５Ｃ Ｒ３６と３８を通してＡ相およびＢ相に接続され、変圧器３２の一次側は５ＣＲ ４０と４２を通してＢ相およびＣ相に接続され、そして変圧器３４の一次側は５ ＣＲ４４と４６を通してＣ相およびＡ相に接続される。各変圧器の二次側は各ダ イオード４Ｂ、５０、および５２を通して共通の接続点５４に接続され、そのた め電極２４の出力電圧は三相の最高誘導電圧に一致する。他の二つの位相のダイ オードは逆バイアスとなり、それゆえそれらからの信号の寄与はない。

図３の三相半波溶接回路で所望の溶接予定を実現するために、トリガーパルスＴ Ａ　、ＴＡ”　、ＴＢ、ＴＢ”　、ＴＣ，およびＴＣ”は、電力制御装置によっ て、各５ＣＲ３６，３Ｂ。

４０．４２．４４、および４６のゲートに対し、適当な時刻に与えられる。図４ の下半部に、三相電力線路入力を示す波形が示される。図４の上部は、三相溶接 回路の分離した線路上のＳＣＨに与えられる典型的なトリガーパルスを表わす。

図４に示される実際のトリガーパルスのタイミングシーケンスは、図５に示され るような三相全波溶接回路に適用可能であろう。この構成では、溶接回路の一次 側上の接続は、図３の半波回路のそれと同一である。しかしながらその二次側に は、図に示されるように６個のダイオード５６，５８．６０゜６２．６４、およ び６６と、各変圧器二次側上の中間タップとがあり、そのため全波整流が達成さ れる。５ＣＲ）リガーパルスＴＡ、ＴＡ”　、ＴＢ、ＴＢ”　、ＴＣ，およびＴ Ｃ”は、電力制御装置によって対応するＳＣＲに何度も与えられ、所望の溶接予 定を実現するのを目標としてそれらを通して送られる電力を調整する。

図６と７は、三相半波および三相全波の構成それぞれに関して、ＳＣＲによって 送られる電力パルスと、関連するトリガーパルスとを示す波形図である。図示を 容易にするため、合成電力パルスを構成する入力信号群の大きさは、線ａに重ね られて示され、合成のトリガーパルスは線ｄ、ｆ、ｈ、ｊ。

およびｌに示され、そして対応する合成の電力パルスはｇｃ。

ｅ、ｇ、ｉ、およびｋに示される。図６の線ａでは、入力位相信号の正の半サイ クルのみが、重ね合わされて示されており、なぜならば負の半サイクルは半波回 路により本質的に捨てられるからである。図７の線ａでは、整流された負の半サ イクルが、入力位相信号の正の半サイクルと重ね合わされて示されている。ピー クのシーケンスは線ａ内に見きわめられる。図６と７の両者において、線ｃ、ｅ 、ｇ、およびｉは、漸次増大する強度の定常状態電力パルスを表わす。これら二 つの図の線にの波形は初期に増大しそれから減少する電力設定を示す。

図８は、一般的ブロック図形式で、プログラム可能電力制御装置を持つスポット 溶接機を示す。単相および三相の機械構成に関し既に述べた通り、入力電力は、 調整された電力パルスを機械負荷に与えるために、一対または複数対の背中合わ せのＳＣＲからなる、−ないし複数のサイリスクバンクを通して供給される。プ ログラム可能電力制御装置６８は入力位相信号と典型的に同期しており、デジタ ル通信インタフェース７０を通して受信された、外部生成の百分重態指令を、Ｓ ＣＨに与える時間調整されたトリガーパルスに、変換する。

従来技術のデジタルベースのサイリスタ型式電力制御装置では、次のＳＣＲを伝 導するトリガー時刻は、対応する電力線路入力の前の零交差に先だって指定され ねばならない。図９は、三相溶接機のためのそのようなプログラム可能電力制御 装置を示す。この従来技術の電力制御装置は、各相のＳＣＲトリガー時刻を制御 するために別個のプログラム可能遅延を利用する。各相におけるトリガー時刻は 、その相の前の零交差から計られ、所望のプログラム可能遅延時間は、この時刻 に先だって、計算機によりプログラム可能遅延要素にロードされねばならない。

より特殊な場合、線路同期装置７２は、Ａ相入力信号の各零交差を検出し、その 結果、Ａ相プログラム可能遅延要素７４のダウンカウントを開始する。遅延要素 ７４は典型的にはダウンカウンタなので、所望のトリガー時刻を表わすカウント は、プログラム可能遅延要素が零に向けてカウントダウンを始める前に、すなわ ち、Ａ相線路入力信号の零交差の前に、指定されなければならない。標準のパル ス幅拡張器７６とトリガー増幅器７８は、プログラム可能遅延要素７４の出力を 、トリガーパルスＴＡとＴＡ“に変換する。Ｂ相およびＣ相入力信号の既知の移 相を与える要素８０と８２による適当な時間遅延の後に、全く同様の回路要素が 、トリガーパルスＴＢ、ＴＢ”　、ＴＣ，およびＴＣ”を生成するために与えら れる。各入力和の各半サイクルの間に、所望の百分率熱と、対応するトリガー時 刻とが、その半サイクルの初めの零交差に先だって、決定されそしてその相のプ ログラム可能遅延要素に指定されなければならない。

本発明の電力制ｍ装置によれば、計算機が最適のトリガー時刻を決定するのに十 分な以上の時間をトリガー時刻自身が許容するまで、５ＣＲ）リガ一時刻は完全 に指定可能である。

何千もの増加計算機動作がこの増加時間で実行可能であり、それによってこの特 徴は大変望ましいものとなる。本発明の電力制御装置はまた単一のプログラム可 能遅延とパルス幅拡張器のみ必要とするので、それによって従来技術に比べ回路 要素の数を十分に減少させる。

本発明による電力制御装置の現在における好ましい実施例は、図１０に示される 。この改良型電力制御装置は、線路同期装置８４、アップカウンタ８６、比較器 ８８、パルス幅拡張器９０、出力選択器９２、レジスタ９４、および計算機１０ ０で実現でき、図４０に示されるように接続される。

線路同期装置８４はＡ相線路入力周波数（典型的には６０ｈｚ）と同期し、出力 線路８５上に基準パルスを生成し、それはＡ相線路入力の正方向零交差時に発生 する。線路同期装置は、入力上のノイズに対する高免疫性を達成するために、位 相ロックループで典型的に実現される。特定の実現方法は一般の技術であり、そ れゆえにここではさらに議論されない。

出力線路８５上の各基準パルスはアンプカウンタ８６を零にリセットする。カウ ンタ８６は次の基準パルスが受信されるまでカウントアツプし、それからこの過 程をくり返す。本発明の原型では、そのカウンタはＩ　Ｍｈｚの速度で約１６６ ６６の数に増加するまでカウントアツプし、この後に次の基準パルスはそのカウ ンタをリセットし０に戻す。この実現においては、サイクル全体にわたる時間の マイクロ秒毎に唯一のカウンタ値が割り当てられる。もちろん、他のカウント時 間および時間基準値が、本発明の精神から離れることなしに使用可能である。

計算機１００は対応する所望のカウント値を出力ポート９６内に置くことによっ てトリガーパルスが発生する時刻を制御する。アップカウンタの増加するカウン トが計算機出力ボート９６内のカウント値に達する時、出力ボート線路９７とカ ウンタ出力線路８７はともに比較器８日に向けられ、比較器はトリガーパルスを 出力線路８９上に生成する。従って、所望のトリガー時刻を表わすカウント値は 、アップカウンタがそのカウント値に達する時刻に先だって、計算機１００によ り指定されることのみ必要である。他の方法で述べれば、もしもアップカウンタ ８６がプログラム可能遅延要素であると考えた時、遅延が時間切れ（タイムアウ ト）となる間に、その遅延時間が前記のトリガー時刻に等しく設定される。

比較器８８からの出力パルスはパルス幅拡張器９０に与えられ、そこでその幅は 、ＳＣＲをトリガーする目的にとって適当な幅のパルスを生成するために拡張さ れる。パルス幅拡張器は標準的な技術であり、ワンショットと呼ばれるデジタル 回路で実現可能であろう。パルス幅拡張器９０からのパルス９１は、出力選択器 ９２（パルスディレクタとも呼ばれる）を経由して、適当な一対のＳＣＲのゲー トに向けられる。

その間に、アップカウンタ８６は増加方向にカウントアツプを続け、ｌサイクル にわたって全てのトリガーパルスのタイミングを制御するために、同じカウント シーケンスが使用される。単相の場合には、一つのサイクルに二つのトリガーパ ルス時刻があり、一つはＡ相正に関し、一つはＡ相貫に関するものである。三相 半波の場合には、一つのサイクルに三つのトリガーパルスが存在し、一つはＡ相 正に関し、一つはＢ相正に関し、そして一つはＣ相正に関する。三相全波の場合 には、サイクル当たり六つのパルスが存在し、それぞれ、Ａ相正用、Ｃ相貫用、 Ｂ相正用、Ａ和食用、Ｃ相正用、およびＢ相貫用のものがこの順序で存在する。

各サイクルの間、計算機１００は、所望のトリガー時刻に対応するカウント値を 出力ポート９６に連続して指定する。変わって比較器８８は、アップカウンタ８ ６の増加するカウントが出力ポート９６内の連続するカウント値に等しくなる時 、連続するトリガーパルスを生成する。これらの出力パルスは、幅が拡張され、 それから出力選択器９２によって適当なＳＣＲに向けられる。

計算機１００は、レジスタ９４からの選択制御線路９５を経由して出力選択器の 選択を制御する。出力ポート９８からの計算機出力ボート線路９９は、レジスタ ９４に送り込まれる。動作中、計算機１００がカウント値を出力ポート９６内に ロードする時、計算機はまたＳＣＲ指示を出力ポート９８内にロードする。比較 器８日が一つのパルスを線路８９上に出力するたびごとに、それは、同時にボー ト９８からの対応するＳＣＲ指示でもってレジスタ９４を更新する。この指示は 選択制御線路９５に沿って出力選択器９２に与えられ、変わって出力選択器はト リガーパルスを適当なＳＣＨに向ける。

ｔＡ、ｔＢ、およびｔＣと符号の付された三つの出力線路のみが、出力選択器９ ２から出る。多くの場合、サイリスクパンクの回路は、どの相も２個のＳＣＲが 共に同時にターンオンできないようなものである。それ故１．トリガーパルスは 両ＳＣＲに与えることができ、その瞬間に正しくバイアスされた一つのみがター ンオンする。

好適な実施例の上記記述から明らかになるように、本発明の改良型電力制御装置 は、トリガーパルス発生の所望の時刻に先だって計算機がパルス情報を指定する ことを必要とするのみなので、その結果従来技術のデジタル電力制御装置による よりも十分に多くの計算機時間が決定作成に利用できる。

従来技術の溶接熱制御装置は、本質的に、単相溶接に利用されるのと同じ制御機 能を増加した相にくり返すことで、三相の熱制御を実行する。それらは、三相溶 接実行時の転流による、ＳＣＲＣ−ターンオフ時間上る付加された条件の存在を 認識できない。この見落としは、高百分率熱において、制御変数とシステム応答 との間の非線形性に帰着する。

三相電力制御理論は、単相電力制御理論よりも複雑である。

単相では、電流が零になるとターンオフするサイリスタは、当然零交差で常にタ ーンオフする。しかしながら三相では、電力パルスは、その電力パルスの電圧値 より高い瞬時電圧をもつ次の電力パルスの点弧により、早めに終結可能である。

二つの電力パルスが同時に電流を伝導する時は存在しない。

転流と呼ばれるこの現象は、図１１を参照して大変容易に説明される。

もしも図１１の６個の入力電圧（Ｖｌ−Ｖ６）全てが異なっていれば、電流は最 大の正の大きさをもつ電圧源からのみ流れる（スイッチ５ｌ−３６は閉じられて いると仮定して）。

例えば、もしもｖｌが最大であれば、電流はｖｌのソースからダイオードＤ１、 出力抵抗Ｒを通して流れｖｌの負入力にもどってくる。他の５個のダイオードは 逆バイアスとなるであろう、なぜならば、ダイオードＤＩを通してそれらのカソ ードに加わる電圧は、それらの各電圧源から指定されるアノード電圧のどれより も大きいからである。

他の電圧源の各ダイオードが逆バイアスとなるため、それらのソースからは電流 は流れない、もしも電圧ｖ２がＶｌの値を越えて増大するならば、その時にはダ イオードＤ２が正方向バイアスとなり、それによってカソードの電圧はｖ１ボル トを越えるまで上昇し、ダイオードＤ１は逆バイアスとなる。

変圧器二次側に全波整流をもつ三相溶接機の場合には、出力ダイオード群のうち の一つのみが電流を伝導しく入力に対する最大誘導電圧に対応する）、他のダイ オードは逆バイアスになる。溶接機の動作はそれ故に、図１１に示される回路の 動作に似ている。実際の溶接変圧器の場合には、二次側上のダイオードの逆バイ アスはその一次側に反映し、電流を与果となる。ひとたびサイリスタを通る電流 が止まると、サイリスタはターンオフする。そのサイリスタは正方向バイアスの 条件下にある時に再びトリガーされるまで、またターンオンできない。

本発明の電力制御装置は、従来技術のそれと似ておらず、三相機構成における百 分重態指令に対応するトリガー時刻を決定する中で、この転流効果を考慮する。

結果としてのトリガー時刻はそれ故に、特定の機械構成から利用可能な最大熱に 対する線形スケールの百分率を正確に表わす。

トリガー時刻を決定する上で、本発明の電力制御装置の計算機は、５ＣＲ）リガ ーパルス時刻選択と、ＳＣＨの伝導からの結果としての溶接機−次側に加わる平 均電圧と、の間の関係を定義する次の方程式を利用可能である。

また重要なのは、平均電圧の二乗を５ＣＲ）リガーパルス時刻選択に関係づける 下記の方程式２である。これは溶接において百分率熱と一般に言われるが、それ は不変の抵抗性負荷に関し、平均電圧の二乗における線形的変化がその負荷にお ける線形的電力（熱）変化に帰着するからである。熱は溶接部を作るものなので 、制御変数を熱の線形関数にすることは有益である。

図１２に示されるように、θ８は計算機制御のトリガーパルス時刻（すなわちＳ ＣＲターンオン時刻）に対応し、そしてθ２はＳＣＲがターンオフする時刻に対 応する。ＳＣＲターンオフ時刻は、θ、をπに等しくする零交差にて必然的に発 生するか、あるいは、その時刻に先だって転流効果に従って次のＳＣＲがターン オンすることにより強制的にオフされるか、のいずれかである。下記の表１は、 単相交流、三相直流半波、および三相直流全波の各構成に関して、θ１およびθ ２に置かれる制限を示す。Ｔは波の周期を示すことに注意すべきである。

表　１ 単相の場合には、θ２は常にπであり、θ、は、熱を最小から最大にまで変化さ せるために、計算機によりπからＯまで変化可能である。一定の熱設定を三相半 波に適用する時には、次の条件が適用される。

一定の熱設定を三相全波に適用する時には、次の条件が適用される。

この転流効果は、図６と７の線ｇとｉにて図解的に示される。これらの図の各々 における線ｉは、特定の三相構成に関する１００％の熱設定を示す。動的な熱調 整の間、ＳＣＲトリガーパルス群は熱の値を増加するために時間的に互いに近接 したり、熱の値を減少するためにより広げられたりする。

これは図６と７の線ｌに示される。

従来技術の熱制御は、三相半波および三相全波に対しても、単相に対してと同一 の積分の上限θ２を使用する。これらの制御は、積分の上限がπより小さくなり えるという事実を確認せず、それ故に、これらの制御が産み出すトリガー時刻は それらの場合に関する百分率熱の正確な表示になっていない。

本発明では、上記の方程式１と２により定義される関係と、上記で議論された転 流効果とが、電力制御装置の計算機内にある参照層表によって実現可能である。

その結果、所望の百分重態指令が受信された時、計算機は、三相機における転流 効果を考慮しながら、その特定の機械構成に対応するトリガー時刻θ、を直ちに 決定できる。

これまでに記述した電力制御装置の基礎的な目的は、百分率熱入力を５ＣＲＩ− リガ一時刻に正しく変換することである。

しかしながら、線路電圧変動のため請求められた百分率熱が実際には異なった値 に変換されてしまうことがありえる。本発明は、さらに、１パルスずつをベース にして実際に変換される百分率熱を決定するためと、ＳＣＲによって実際に送ら れる入力線路変動をリアルタイムで補償するために、線路電圧監視／補償システ ムを考察する。

本発明の監視システムのおもな目的は、あらゆる百分率熱膜定値に関し溶接機入 力を表示する信号を直接に監視することである。これは、ＳＣＲによって溶接変 圧器−次側に与えられる実際の電圧を表示する！ａ路電電圧ら、第一の複製信号 を合成するために、溶接機入力に発生するＳＣＲのスイッチング過程をシミュレ ートすることによって、達成される。この第一の複製信号は、それからさらに、 いくつかの方法で、１パルスずつをベースにして処理されることができる。これ らの方法のいくつかが備えるものは、 （１）平均溶接機入力電圧を制御するために電力制御装置が構成される時に役立 つ、各ＳＣＲ電力パルスの平均電圧を測定することと、 （２）溶接機への百分率熱入力を制御するために電力制御装置が構成される時に 役立つ、各ＳＣＲ電力パルスの平均電圧の二乗を測定することと、 （３）溶接機特性をシミュレートするためにさらに複製信号を処理することと、 それから、溶接機二次側を実際に監視することなしに、溶接機二次側での応答を シミュレートするのに役立つ、５ＣＲｔカパルスの持続時間にわたる平均値を測 定することと、および、 （４）溶接機に与えられる各ＳＣＲ電力パルスの実際の電力寄与度を計算するた めに、第一の複製信号とＳＣＲ電流を表示する第二の複製信号との積の、パルス 持続時間にわたる平均値を測定すること、 である。

本発明の監視戦略の第一段階は、ＳＣＲによって伝えられる電圧を表わす図２． ６、および７に示されるように、本質的には、合成波形と同一に見える電圧信号 の合成である。監視回路が比較的に低レベル電圧回路であるためと、ＳＣＲから 出力される実際の信号において巨大で急速に発生する不連続性が存在するために 、実際のＳＣＲ出力信号を監視することは実行不可能である。従って、本発明の 解決法は、正弦線路入力を、それがＳＣＲによってスイッチされてしまう前に、 監視することであり、線路監視回路は本質的にＳＣＲにて発生するスイッチング を複製し、それによって実際にＳＣＨによって伝えられる電圧関数と同一波形を もつ第一の複製信号を合成する。上記にて簡単に以下に詳細に記述されるように 、それからいろいろな処理方法が第一の複製信号に適用可能であり、リアルタイ ムベースでの回路パラメータの測定値を提供し、それは、実際に溶接動作に影響 を及ぼす入力線路変動を補償するためのフィードバックとして使用可能である。

図１３の線路監視および信号調整システムは、所望の線路電圧監視機能を実行す る。それはまた、ＳＣＲによって送られる電流を監視するためのサブシステムを 含んでいる。

図１３に示されるように、溶接機に送られる王権線路電圧入力φＡ、φＢ、φＣ はまた、線路電圧降圧変圧器１０２゜１０４、および１０６によってそれぞれ監 視される。これらの変圧器は、更なる信号処理が便利に実行されるのに十分な程 度に、線路１０３，１０５、および１０７０レベルを低くするため、Ａ相、Ｂ相 、およびＣ相の電圧を減少させる。入力信号が完全な正弦波のため、降圧変圧器 はこれらの信号を降圧中に正確に再生することができる。

三つの逓減された信号はアナログマルチプレクサ１０日に送られ、マルチプレク サは、ＳＣＲスイッチングと同一の方法で、逓減された入力信号の部分を選択的 に送信することによって、ＳＣＲにて発生するスイッチング過程を実質的に繰り 返す。レジスタ１１０からの選択制御線路１０９は、三つのマルチプレクサ入力 信号のうちどの一つがマルチプレクサ出力線路１１１にスイッチされるかを制御 する。レジスタ１１０は、選択制御線路１０９の値と、またプログラム可能利得 増幅器１１２の利得を決定する線路１１３の価とを指示する。線路１１５に沿っ たレジスタ入力は、計算機１００の計算機出力ボート１１４から指定される。レ ジスタ１１０内の値は、各５ＣＲ）リガーパルスの前縁にて更新される。

増幅器１１２は、＋１または−１の利得を仮定するように制御可能である。精密 半波整流器１１６は、増幅器１１２からの信号出力の負の部分を除去して、その 結果１１７上の複製信号になる。この第一の複製信号は、６個のＳＣＲのスイッ チされる入力電圧群の逓減された合成品であり、溶接変圧器二次側での電力消費 に帰着する、−次側へ与えられる実際の電圧を正確に表わしている。

計算機１００は、各トリガーパルスに先だって、次に点弧されるべきＳＣＨのア ドレスをその出力ポート１１０内にロードすることによって、ＳＣＲスイッチン グ過程シミュレーションの実行に助力する。下記の表は、マルチプレクサアドレ ス選択位置と各ＳＣＨの伝導に対応するプログラム可能増幅器利得選択とを示す 。

５ＣＲＮα　アドレス選択　利得選択 計算機ソフトウェアは、適当な値をレジスタ１１０内に適当な順序でロードする ことにより、５ＣＲ）リガーパルスの進行についてのシーケンス順序を制御する 。単相に関しては、シーケンス順序は、Ａ＋、Ａ−である。三相半波直流に関し ては、シーケンス順序は、正の二次電圧に対しＡ＋　、Ｂ＋。

Ｃ＋であり、負の二次電圧を生成するためにＡ−、Ｂ−、Ｃ−となる。三相全波 直流に関しては、シーケンス順序は、Ａ十、Ｃ−、Ｂ＋、Ａ−、Ｃ＋、Ｂ−であ る。

１１７上の第一の複製信号は、各種方法で処理可能である。

一つの解決法は、積分Ａ／Ｄ変換器１１８の利用を含んで、ＳＣＲ伝導区間にわ たって信号を積分し、計算機へのインタフェースのための線路１１９上にデジタ ル値を生成する。この値は、最後のＳＣＲが伝導している区間に溶接変圧器に与 えられる平均電圧■に等しい。

他の解決法は、二乗要素１２０で第一の複製信号を二乗することを含んでアナロ グ信号を生成する。アナログ信号はそれからＳＣＲ伝導区間にわたって平均化さ れそして積分Ａ／Ｄ変換器１２２によってデジタル変換される。この測定された デジタル値は、最後のＳＣＲ電力パルスから溶接機に送られる、実際の百分率熱 入力■２に等しく、線路電圧変動を考慮している。測定された百分率熱と最後の 電力パルスに関しプログラムされた百分率熱との相違は、最後の電力パルスにお ける実際の百分率熱の誤差である。本発明の原型では、この誤差値の関数である フィードバックは、計算機にて使用され、電力制御の設定値を生成する。それは 、線路電圧変動に対する最適化された電力制御の応答と動的な百分重態指令の変 化とに結果としてなる。このようなフィードバック技術は、この分野にてよく理 解され、それ故、ここではさらに議論されない。計算機はまた全溶接工程にわた る全ての電力パルスごとの百分率熱の誤差を表示するために使用可能であり、そ れは品質制御監視目的にとって重要である。溶接時間にわたって許容可能変動上 と全累積誤差上とに上限および下限が設定可能である。また、計算機内でこれら の工程を実行する技術は、この技術の当業者に知られている。

線路入力の電圧監視に加えて、溶接変圧器−次回路への電流入力はまた、図１２ の左下に示されるように溶接機の三角構成−次回路の各相斜辺に組み込まれた、 ホール効果電流センサ１２４，１２６、および１２８の助けをかりて測定可能で ある。これらのセンサは線路１２５，１２７、および１２９上に電圧を生成し、 それらは溶接機各斜辺を通る電流に比例している。これらの信号はアナログマル チプレクサ１３０への入力となる。アナログマルチプレクサ１３０の出力は、線 路１３２に沿ってプログラム可能利得増幅器１３４に与えられる。アナログマル チプレクサ１３０への選択制御線路１０９と増幅器１３４への利得制御ｉａ路１ １３ばともに、同し源（すなわちレジスタ１１０）から来るので、それ故、これ らの要素の動作は、先に記述した電圧処理網内のカウンタ部品と同期している。

増幅器１３４の出力は、溶接機−次電流の合成表示を作り出すもので、ここでは 第二の複製信号と呼ばれる電圧である。

１３５上の第二の複製信号は、ＳＣＲ伝導区間にわたって積分可能であり、そし て、積分Ａ／Ｄ変換器１３６によって計算機が読み込み可能な値に変換できる。

線路１３７上のそのデジタル出力は、各ＳＣＲ電力パルスにおける平均電流■に 比例する。溶接全体にわたる電流値のシーケンスは、品質制御目的にとって監視 すべき重要なものである。これらの電流値は、溶接作業中の工程の変動を測定す るために使用可能である。−次電流の監視はまた失弧検出を適用する能力を提供 する。ＳＣＲ失弧検出は、機械誤動作を検出するのと自動診断を実行するのとに 役に立つ。

電流または電力はまた、いくつかの応用では電力制御のフィードバック変数とし て使用できる。各ＳＣＲ伝導パルスによって生成される電力は、乗算器１３８で 第一の複製信号と第二の複製信号とを乗算することと、積分Ａ／Ｄ変換器１４０ でＳＣＲ伝導区間にわたってその結果を積分することとによって、計算される。

デジタル表現の電力Ｐは線路１４２を経由して計算機に送られる。

第一の複製信号（−次電圧を表わす）は、溶接機シミュレータ１４４でさらに処 理され、溶接機の二次電圧を表示する、シミュレートされた電圧を、線路１４６ 上に生成する。積分Ａ／Ｄ変換器１４８は、この信号を各ＳＣＲ伝導区間にわた って積分し、その結果をデジタル形式で出力線路１５０上に送る。シミュレータ １４４は、溶接機特性をシミュレートするために、単極低域通過フィルタを用い て電子的に実現可能である。フィルタの低域通過カットオフ周波数を計算機制御 の外部調整可能パラメータとすることにより、変化する加工物の抵抗の効果はま たシミュレート可能である。計算機により電圧■を電流Ｉで割ったものは、溶接 機インピーダンスで変動する値を生成する。各電力パルスについてこの測定され た変化は、シミュレータ１４４の低域通過フィルタカットオフ周波数を動的に修 正するのに使用可能である。この方法で加工物の抵抗を間接的に監視することに より、電極電圧変動の補償が直接物理的に電極を探針する必要なくして実行可能 となる。

図１３に示される線路監視および信号処理システムでは、各５ＣＲ）リガーパル スは、全ての積分Ａ／Ｄ変換器をリセットするためと、積分Ａ／Ｄ変換器群の出 力を読むように計算機に教える計算機割込みを生成するために、働く。第一およ び第二の複製信号は他の回路パラメータの測定値を与えるために処理可能であり 、線路監視および信号処理回路における変形が、本発明の範囲から離れることな しになされうる。

図１４は、第一の複製信号を生成するための一つの変形を示す。この実施例では 、中間タップ付降圧変圧器１５２，１５４、および１５６は、各相に対して正と 負の基準信号を生成する。アナログマルチプレクサ１５８は、６本の入力信号か ら選択することができるので、常にその信号の正側を選択可能である。それによ って、マルチプレクサの出力上のプログラム可能利得増幅器の必要性を取り除く 。他の変形では、ＳＣＲ電力パルスの伝導区間に一致して、積分Ａ／Ｄ変換器に 関し積分の範囲を設定することにより、精密半波整流器１１６が削除可能である 。

図１５は、コイルが電流監視センサとして使われる時に使用可能な電流監視サブ システムのブロック図を示す。コイルにかかる瞬時電圧が電流の微分に比例する ため、その電流を表わす電圧関数を得るために、コイル出力の積分が要求される 。コイル１６０と積分器１６１はＡ相電流を監視するために利用され、コイル１ ６２と積分器１６３はＢ相電流を監視するために利用され、そしてコイル１６４ と積分器１６５はＣＮｔ流を監視するために利用される。特定の相がら流れる電 流は、その相に対応するＳＣＲがターンオンする前に零になることが知られてい るため、積分の定数は、ＳＣＲターンオンに先だって、積分器をリセットモード に強制的にすることによって、適当に制御可能である。積分器は、リセットモー ドにない時には積分モードにある。いかなる時でも一つの積分器のみが積分モー ドにあり、他の二つの積分器はリセットモードにある。これはデコーダ１６６の 出力によって制御される。

例えば、波の正のピークでスイッチングする周波数変換器の型式では、選択制御 線路１０９は、相シーケンスＡ、Ｂ。

Ｃ，Ａ、・・・で転流し、プログラム可能増幅器１３４の利得は＋１に設定され る。波の負のピークでスイッチングする周波数変換器の型式では、増幅器１３４ は−１の利得に設定される。選択制御がＡ相に対して設定される時には、アナロ グマルチプレクサ１３０は、入力線路１２５を監視しており、デコーダ１６６か らの出力１６７．１６８、および１６９は、積分器１６１が積分モードにあって 積分器１６３および１６５がリセットモードにあるようなものになっている。選 択制御がＢ相設定に切り換わる時には、アナログマルチプレクサ１３０は入力線 路１２７を監視し、デコーダ出力１６７．１６８、および１６９は、積分器１６ ３が積分モードにあって積分器１６１および１６５がリセットモードにあるよう なものになっている。同様に、選択制御がＣ相設定に切り換わる時には、アナロ グマルチプレクサ１３０は入力線路１２９を監視し、デコーダ１６６は積分器１ ８５を積分モードに、積分器１６１および１６３をリセットモードに置く。前に 図１３に関して述べられたように、アナログマルチプレクサ１３０は、三つの入 力権から生成された電流入力の合成表示を出力する。マルチプレクサ１３０から の信号は、線路１３２に沿ってプログラム可能利得増幅器１３４に送られ、増幅 器１３４の極性は、増幅器の出力が常に正符号であるように計算機によって設定 される。

図１６は本発明の線路監視および信号処理システムの他の変形を示し、そこでは 、コンダクタンスが監視可能であり、力率補償が提供される。溶接器入力コンダ クタンスは、合成電流を表わす線路１３５上の第二の複製信号と、合成電圧を表 わす線路１１７上の第一の複製信号とから、各電流ピークにてその二つの信号を 除算することにより計算可能である。

この除算は除算器２０４で実行され、アナログ出力を線路２０６上に生成する。

ピーク検出器２０３は、ピークが検出されるたびに、電流ピークを第二の複製信 号上に乗せ、出力ストローブを線路２０２上に生成する。このストローブは、Ａ ／Ｄ要素２０５を始動し、線路２０６上の信号のアナログ振幅を、溶接機入力コ ンダクタンスを表わすデジタル出力値に変換する。アナログ除算器を使用する時 には、分母は一般的に、分子以上に制限された範囲内の値に限定される。工場の 溶接条件下では、線路電圧は、±２０％の変動に限定されて、電流は広い範囲に わたって変化するようにプログラム可能なため、抵抗よりもむしろコンダクタン スが計算され、この結果、よりよい信号対雑音比になる。もしも抵抗が要求され るならば、逆数がデジタル領域で計算可能である。

ＳＣＲ電圧出力関数をシミュレートするために、図１３の実施例で精密半波整流 器１６０を使用することは、ＳＣＨの電圧および電流が相内にまさに存在すると ころでは、１００％力率すなわち純粋な抵抗性負荷があり、そのためＳＣＲ電流 が零になるとその電圧も零になるという仮定に基づいている。１００％力率より 小さい力率で低百分重態設定をする場合には、図１６に示されるシステムはいっ そう適切にＳＣＲ電圧出力関数を作成する。ＳＣＲの電流が零になるとＳＣＲは ターンオフし、低力率に関しては、対応する電圧が負になりえるため、精密半波 整流器はもはや使用されない。出力を線路２０１上に与える比較器２００を使用 して、信号線路１３５上の電流が零になる時に積分Ａ／Ｄ変換器１２２の積分過 程を抑制することにより、力率補償が達成可能となる。その結果、広く変化する 力率が存在する場合さえも、ＳＣＲスイッチング関数を正確にシミュレートする 。この実施例は、しかしながら、電圧監視と同様に電流監視も実行されることを 必要とする。

図１７は、本発明に従う、統合プログラム可能電力制御装置および線路電圧監視 ／補償システムの現在好ましい実際の物理的実現を、ブロック図形式で示してい る。線路監視器および信号プロセッサ１０１は、入力相信号と、計算機ｌＯＯか らのシミュレータパラメータおよびトリガーパルスとを処理して、回路パラメー タのパルスごとの測定値を生成し、前記と同一のものを計算機１００に供給する 。出力パルス選択器およびトリガー駆動回路は、現実には電力制御装置のパルス 指向器であり、それはトリガーパルスが進む方向を導く。

プログラム可能電力制御装置の残りは計算機１００によって実現される。図１７ の右下部分に示される線路同期装置はＡ相線路信号を監視し、そして、線路同期 エラー信号を計算機に与えることによって、計算機１００がＡ相入力と同期した 基準パルス列を作成するのを助ける。計算機１００は好適には、標準構成を持ち 、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェース、出力ボート、入力ポート、お よびプログラム可能デジタルタイマを含む、マイクロプロセッサを具備する。通 信インタフェースは溶接機の残りとともにデジタル通信を促進する。割込みコン トローラ２１０は、各トリガーパルス発生時に計算機に割込むために与えられ、 それによって計算機は、各種の監視回路パラメータを読み、また次の熱制御の値 を指定できる。また、Ａ値信号と同期した基準パルス列を同期させるために、計 算機によって使用される６０ｈｚの割込み入力が存在する。最後には、指令が外 部から来た時に計算機が応答できるように、送信および受信割込みが与えられる 。

本発明の線路監視システムおよび電力制御装置は、フィードバックループを閉じ るために一般の計算機と結合されると、線路変動の補償が理論的に可能な限り早 急に実行可能となる。

薄い材料、特にアルミニウム、を溶接する時、溶接は非常に短い時間のものとな る。それ故、できる限り早急に補償を実行できるようにすることが重要となる。

溶接時間が１または２サイクルのみになる溶接は、サイクル当たり１回を越える 頻度で補償を提供する電力制御装置を必要とする。三相全波への適用では、本発 明により、電力調整がサイクル当たり６回まで実行可能となる。三相半波または 周波数変換器への通用では、調整はサイクル当たり３回実行可能となり、単相に 関してはサイクル当たり２回となる。（周波数変換器構成に対する制御戦略は、 線路入力の極性が溶接ごとに交替することを除いて三相半波と本質的に同一であ る。）これらの構成の各々に対して、本発明は従来技術の制御よりかなり多くの 決定作成計算時間を制御計算機に提供する。さらに本発明は、あらゆる構成の溶 接機に対し、最大利用可能熱の百分率として、百分率熱の線形スケーリングを提 供し、その際三相構成に関しては転流効果を考慮する。またさらに、本発明は、 実際に溶接過程に影響を及ぼす入力線路変動をリアルタイムで検出し補償するこ とが可能である。

実施例の前述の説明から、本発明はそれに帰因する先の目的と利益の全てを達成 し、この技術における重要な進歩を表わすということが、この技術の当業者にと って明らかとなるであろう。本発明は、次の請求の範囲内に収まるあらゆる修正 、変形、代用、その地回様のものを包含するように意図される。

ＯＪ）　ＩＪ　Ｔ５　Ｑｌ　’＝　０１　；　−Ｃｅｗ＋＋＋＋　＋７＋＋＋　 ご＋７　＋＋＋−Ｑ−木　寧　宸　く　の　〇 く　Ｑ　の　（ＣＪ　Ｑ）　ｘ　ｍ　ｇヒ　ト　１−１−　ヒ　ト ！ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、／２ 国際調査報告

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. １．各種型式の単相および多相抵抗スポット溶接機のための電力制御装置であっ て、該電力制御装置は、特定型式のスポット溶接機から利用可能な最大熱の内所 望の百分率の熱を生成するために、サイリスタ型式装置をトリガーして、入力線 路信号を前記サイリスタ型式装置を通して該特定型式の溶接機へ選択的に供給す るためのものであり、該電力制御装置は、 所望の百分率熱指令を受信し前記指令を対応するトリガー時刻に変換するためで あって、多相構成における該サイリスタ型式装置の転流効果を考慮しながら、前 記トリガー時刻を特定型式の溶接機により実際に伝達可能な最大熱の線形関数と して計算する手段を含む、計算機手段と、該サイリスタ型式装置への入力線路信 号の周波数と位相が同期する基準信号を生成するための同期手段と、全ての該サ イリスタ型式装置に対するトリガーパルスを生成するために、前記基準信号と、 前記トリガー時刻を表現する前記計算機手段からの信号と、を受信して使用する 単一プログラム可能遅延手段と、 前記計算機手段の制御下で、該特定型式の溶接機に従って、トリガーされるべき 適当なサイリスタ型式装置へ、前記トリガーパルスを指向させるためのパルス指 向手段と、を具備する電力制御装置。
2. ２．前記プログラム可能遅延手段の動作が前記基準信号によって開始され、該遅 延手段が、該計算機手段からの各信号が前記遅延手段へ前記信号によって表示さ れる該トリガー時刻まで供給される必要がないように、動作する請求の範囲第１ 項記載の電力制御装置。
3. ３．該計算機手段からの各信号が該表示されるトリガー時刻に対応するカウント 値を具備し、かつ、前記遅延手段が、前記基準信号を受信し、前記基準信号によ ってカウントが零にリセットされてカウントの上方増加が開始されるアップカウ ンタと、 前記アップカウンタと計算機手段に接続され、前記カウンタのカウントと各カウ ント値とを比較し、前記カウンタのカウントが該計算機手段からのカウント値に 等しくなった時トリガーパルスを生成する比較器手段と、を具備する請求の範囲 第２項記載の電力制御装置。
4. ４．前記同期手段とアップカウンタがデジタル位相ロックループを具備する請求 の範囲第３項記載の電力制御装置。
5. ５．該アップカウンタの同一カウントシーケンスが１サイクルにわたる全てのト リガーパルスの生成を制御するために使用される請求の範囲第３項記載の電力制 御装置。
6. ６．前記プログラム可能遅延手段と前記パルス指向手段の間に接続され、全ての 該トリガーパルスの幅を拡張するパルス幅拡張器手段と、 各トリガーパルスに対してトリガーされるべき適当なサイリスタ型式装置の指定 を前記計算機手段から受信して前記パルス指向手段に供給するレジスタ手段と、 を更に具備する請求の範囲第１項記載の電力制御装置。
7. ７．単相および多様な多相構成の抵抗スポット溶接機に、ハードウェアの改造な くして、適用可能なプログラム可能電力制御装置において、所望の百分率熱を提 供するために、特定の溶接機構成に従って決定された点弧時間におけるトリガー パルスが、生成されてサイリスタ型式装置に供給され、該プログラム可能電力制 御装置は、 あらゆる特定の機械構成のサイリスタ型式装置への全トリガーパルスを連続して 生成する単一プログラム可能遅延手段と、 前記遅延手段からの該トリガーパルスの全てを受信し、連続するパルスを該サイ リスタ型式装置へ特定の溶接機構成に相関するシーケンスで指向させるパルス指 向手段と、を具備するプログラム可能電力制御装置。
8. ８．各サイリスタ型式装置に対する個々のトリガー時刻を計算し、該個々のトリ ガー時刻を、前記遅延手段へ、該遅延が計時を開始してから個々のトリガー時刻 までの間に、伝達し、かつまた、該パルス指向手段を制御する計算機手段を、さ らに具備する請求の範囲第７項記載の改良型電力制御装置。
9. ９．前記計算機手段が該トリガー時刻を、該溶接機より実際に伝達可能な最大熱 の線形関数として、多相構成における該サイリスタ型式装置の転流効果を考慮し ながら、計算する請求の範囲第８項記載の改良型電力制御装置。
10. １０．選択的にトリガーされる電力制御用サイリスタ型式装置を通して負荷へ、 順次電力パルスとして供給される多相交流入力線路電力における変動を、パルス ごとに監視する方法であって、該方法は、 該サイリスタ型式装置への該多相交流入力線路信号の各々の関数であって、電流 および電圧のうちの一つを含む関数、を監視する工程と、 該監視関数から、該サイリスタ型式装置の動作の間、該サイリスタ型式装置によ り負荷へ伝達される合成関数を複製する第一の複製信号を合成する工程であって 、該サイリスタ型式装置の転流効果が該第一の複製信号を合成する中で複製され る、合成する工程と、 各個別電力パルスに関する回路パラメータの独立した測定値を生成するために、 該第一の複製信号を処理する工程と、の各工程を具備する電力制御方法。
11. １１．該合成工程が、 該入力線路信号の電圧を表示する逓減された信号を、スイッチングの電子的複製 に、該サイリスタ型式素子にて実際に発生するように、従属させる工程、 を具備する請求の範囲第１０項記載の方法。
12. １２．該負荷が抵抗スポット溶接機を具備し、さらに、前記第一の複製信号が該 溶接機の溶接変圧器一次側に供給される実際の電圧を複製する、請求の範囲第１ １項記載の方法。
13. １３．該パラメータが、平均電圧と実際の百分率熱の内の少なくとも一つを具備 する請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．該サイリスタ型式装置のトリガーを該パラメータの測定値に応答して調整 することにより、該交流入力線路電力における変動を補償する工程をさらに具備 する請求の範囲第１３項記載の方法。
15. １５．該交流入力線路信号の電流を監視する工程と、該サイリスタ型式装置の動 作中、該監視電流から、該サイリスタ型式装置によって該負荷に伝達される合成 電流を複製する第二の複製信号を合成する工程と、 の各工程をさらに具備する請求の範囲第１２項記載の方法。
16. １６．各電力パルスによって生成される電力の測定値を生成するために、該第一 および第二の複製信号を処理する工程をさらに具備する請求の範囲第１５項記載 の方法。
17. １７．該溶接機の二次側における電圧の間接的測定値を生成するために、該第一 および第二の複製信号を処理する工程をさらに具備する請求の範囲第１５項記載 の方法。
18. １８．電力パルス当たりの実際の百分率熱の測定値を力率補償とともに生成する ために、該第一および第二の複製信号を処理する工程をさらに具備する請求の範 囲第１５項記載の方法。
19. １９．順次電力パルスとして抵抗スポット溶接機に、選択的にトリガーされる電 力制御用サイリスタ型式装置を通して供給される、交流入力線路電力の変動をパ ルスごとに監視するための装置であって、該装置は、 該サイリスタ型式装置への全ての交流入力線路上の電圧を監視するための監視手 段と、 該サイリスタ型式装置の動作中、該監視電圧から、該サイリスタ型式装置によっ て該溶接機に伝達される合成電圧を複製する第一の複製信号を合成するための合 成手段と、各個別の電力パルスに関する独立した測定値であって、平均電圧の二 乗および平均電圧の内の少なくとも一つを含む測定値、を生成するために、該第 一の複製信号を処理するための処理手段と、 を具備する電力制御装置。
20. ２０．前記測定値に応答して、該入力線路電力における変動を補償するように、 該サイリスタ型式装置のトリガーを調整するための補償手段を、さらに具備する 請求の範囲第１９項記載の装置。
21. ２１．該監視手段が該入力線路上の電圧を表示する逓減された信号を提供するた めの降圧変圧器手段を具備し、さらに、前記合成手段が前記逓減された信号を、 スイッチングの電子的複製に、該サイリスタ型式素子にて実際に発生するように 、従属させるための手段を具備する、請求の範囲第１９項記載の装置。
22. ２２．該合成手段が、該サイリスタ型式素子にて発生するスイッチングに同期し て前記逓減された信号間のスイッチングをするためのマルチプレクサ手段を具備 する請求の範囲第２１項記載の装置。
23. ２３．該合成手段がさらに整流器を具備し、また、該処理手段が、サイリスタ型 式装置がトリガーされるたびにリセットされる、積分アナログデジタル変換器を 具備する、請求の範囲第２２項記載の装置。
24. ２４．該処理手段がさらに、前記第一の複製信号を受信して処理し該溶接機の二 次側の実際の電圧を表示する出力信号を提供する、溶接機シミュレータ手段を具 備する請求の範囲第２３項記載の装置。
25. ２５．前記溶接機シミュレータ手段が単極低域通過フィルタを具備する請求の範 囲第２４項記載の装置。
26. ２６．該交流入力線路上の電流を監視するための第二の監視手段ど、 該サイリスタ型式装置の動作中、該監視電流から、該サイリスタ型式装置によっ て該溶接機に伝達される合成電流を複製する第二の複製信号を合成するための第 二の合成手段と、該第二の複製信号を処理して、各個別の電力パルスに関する独 立した測定値であって電流および実際の電力の内の少なくとも一つである測定値 を生成する第二の処理手段と、をさらに具備する請求の範囲第１９項記載の装置 。
27. ２７．前記第二の監視手段が、各入力線路に関して、ホール効果センサ、および 積分器と直列にある電流コイル、の内の一つを具備する請求の範囲第２６項記載 の装置。
28. ２８．該第二の複製信号の零およびより低い値に応じて、前記第一の複製信号の 該処理において力率補償を提供する手段をさらに具備する請求の範囲第２６項記 載の装置。
29. ２９．前記第二の複製信号の各ピークにて、該第二の複製信号と該第一の複製信 号間で、互いに除算し、入力コンダクタンスおよび抵抗の内の一つの測定値を提 供する手段をさらに具備する請求の範囲第２６項記載の装置。
30. ３０．該交流入力線路上の電流を監視するための第二の監視手段と、 該サイリスタ型式装置の動作中、該監視電流から、該サイリスタ型式装置により 該溶接機に伝達される合成電流を複製する第二の複製信号を合成するための第二 の合成手段と、該第二の複製信号を処理して、各個別の電力パルスに関する独立 した測定値であって電流および実際の電力の内の少なくとも一つの測定値を生成 する第二の処理手段と、をさらに具備する請求の範囲第２４項記載の装置。
31. ３１．該第二の処理手段が、前記第一および第二の複製信号を一緒に乗算して実 際の電力の測定値を生成する乗算器手段を具備し、また、該溶接器シミュレータ が、該第二の複製信号で除算された該第一の複製信号の関数である、動的に変化 するカットオフ（臨界）周波数を持つ、単極低域通過フィルタを具備する、請求 の範囲第３０項記載の装置。
32. ３２．抵抗スポット溶接機のサイリスタ型式装置へのトリガーパルスを生成およ び供給し、所望の百分率熱を作成し、一方では前記機械への交流入力線路電力に おける伝送変動を補償する、プログラム可能電力制御装置および線路電圧補償シ ステムであって、該プログラム可能電力制御装置および線路電圧補償システムは 、 前記サイリスタ型式装置への交流入力線路信号の周波数と位相が同期した基準信 号を生成する線路同期手段と、前記基準信号と前記サイリスタ型式装置に対する トリガー時刻を表示するタイミング信号とを受信してトリガーパルスを作成し、 また遅延計時中、前記トリガー時刻に順次等しく設定されるプログラム可能遅延 時間を持つ、プログラム可能遅延手段と、 前記トリガーパルスをトリガーされるべき適当なサイリスタ型式装置へ指向させ るパルス指向手段と、該サイリスタ型式装置への交流入力線路信号の電圧を監視 する監視手段と、 該監視電圧から該サイリスタ型式装置の動作と同期した第一の複製信号を合成し 、該サイリスタ型式装置により該溶接機へ伝送される合成電圧を複製する、合成 手段と、該第一の複製信号を処理して該サイリスタ型式装置により伝送される各 個別の電力パルスに関するフィードバックパラメータの独立した測定値を生成す る処理手段と、所望の百分率熱指令を受信し、前記フィードバックパラメータの 測定値に応じて前記トリガー時間を決定し、該プログラム可能遅延手段への前記 タイミング信号を生成および提供し、また該パルス指向手段を制御する、計算機 手段であって、該計算機手段においてシステムはプログラム可能となって単相構 成および多相構成の溶接機とともに作動し、前記計算機手段は多相構成における 該サイリスタ型式装置の転流効果を考慮しながら該溶接機により実際に伝達可能 な最大熱の線形関数として該トリガー時刻を決定し、また該計算機手段によって システムは前記トリガー時刻の決定のための最大時間をもたらし、前記トリガー 時刻を調整して該溶接機に影響を及ぼす線路変動のみを補償する、計算機手段と 、を具備するプログラム可能電力制御装置および線路電圧補償システム。
33. ３３．サイリスタ型式装置により多相抵抗スポット溶接機へ伝送される正弦波に 近い入力多相信号によって供給される電力を単一サイクルの間選択的に制御する 方法であって、該方法は、 該サイリスタ型式装置の転流効果を考慮しながら各サイリスタ型式装置のための 適当な点弧時刻を決定する工程と、前記点弧時刻を連続する指定の対応カウント 値に変換する工程と、 入力相信号の零交差の発生に応じてアップカウンタによる増加計数を開始する工 程と、 前記カウンタの増加カウントを連続する指定のカウント値と比較し、該アップカ ウンタのカウントが対応するカウント値に達した時該個々のサイリスタ型式装置 ヘトリガーパルスを提供する工程と、 を具備する電力制御方法。