JPH06328247A - 過負荷制限装置付きｔｉｇ・手溶接兼用エンジン駆動形アーク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接機の定格出力をオーバーした容量を検出
し、定格値の数パーセントの範囲内に抑制するようにし
て、エンジン、発電機、過負荷制限装置を小型化し、コ
ストの削減を図る。 【構成】平滑コンデンサ４とスイッチング素子５との配
線途中に設けられ、溶接出力が過大となり過負荷状態と
なって、直流電圧が所定ピーク電圧より低いことを検知
する過負荷状態検知手段１４と、過負荷状態検知手段１
４からの検知信号により、スイッチング素子５の出力増
加を抑制するよう制御する定電流制御手段１６と、定電
流制御手段１６からの制御信号によりスイッチング素子
５を駆動するスイッチング素子駆動手段１７と、を備え
てなる過負荷制限装置付きＴＩＧ・手溶接兼用エンジン
駆動形アーク溶接機とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング制御によ
って定電流特性を得るエンジン駆動形アーク溶接機に係
り、詳しくは、溶接条件により、溶接出力特性を制限す
る過負荷制限装置付きＴＩＧ・手溶接兼用エンジン駆動
形アーク溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、野外での建設工事に使用している
エンジン駆動形アーク溶接機は手溶接が主流である。し
かし、近年、ビル建設において、アルミ、ステンレス等
の建築材料が多く使用され、アルミ、ステンレス等を野
外で溶接することが多くなってきている。そこで、野外
用のエンジン駆動形アーク溶接機であっても、従来の手
溶接に加えて、アルミ、ステンレス等の溶接が可能なＴ
ＩＧ溶接の電源をもった溶接機の要望がふえてきてい
る。

【０００３】ＴＩＧ溶接を行うための溶接用発電機とし
ては、垂下特性をもった発電機の出力を制御装置により
定電流特性としても使用可能であるが、制御装置が高価
となるため、一般的にはＴＩＧ溶接を行う場合は、定電
圧特性をもった発電機を設計し、図６に示すごとく、Ｔ
ＩＧ溶接を可能とする定電流特性を得る為のチョッパ回
路３３を構成する。エンジン２１に連結した発電機２２
よりの出力は整流器２３にて整流され、平滑コンデンサ
２４にてトランジスタの高速動作でもインピーダンスの
少ない電源とされ、スイッチングトランジスタ２５でオ
ン、オフ動作を高周波で、しかも大電流で行ない、リア
クタ２７が電流の急激な増減を押さえ、スイッチングト
ランジスタ２５によりスイッチングされた出力を平滑化
し、溶接条件を安定化する。２８，２９は溶接端子、３
０は電流検出器、３１は定電流制御部、３２はスイッチ
ングトランジスタ２５を駆動させるトランジスタ駆動部
である。

【０００４】しかし、一般的にエンジンを駆動源とする
アーク溶接機を設計する場合は、 エンジン出力のバラツキの経年変化等を考慮して溶接
の定格出力に対し約２５％以上の馬力の余裕をもったエ
ンジンを選定する。 発電機に於いても同様に定格出力に対して約１０％以
上の出力が得られるように設計する。例えばトータルと
しては定格２５０Ａのエンジン発電機を設けるにあたっ
ては、250(20＋0.04×250)＝7.5KW 、7.5KW ×135 ％＝
10KWの出力が出せるエンジンを発電機に組み付けること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、図７は、横軸に
アーク電流Ｉ、縦軸にアーク電圧Ｖをとった電源特性曲
線を示している。同図にはさらにJIS 規格で定められた
手溶接の負荷線Ｖａが一点鎖線で、ＴＩＧ溶接の負荷線
Ｖｂが二点鎖線で各々示されている。手溶接及びＴＩＧ
溶接の負荷線Ｖａ，Ｖｂは、各々アーク電流−電圧の関
係を示すもので、Ｖａ＝20＋0.04Ｉ、Ｖｂ＝14＋0.02Ｉ
で表される。ところで、上述のようなエンジン駆動形ア
ーク溶接機では、図７に示すように、手溶接電源に対す
る定格値(a) 点250(20＋0.04×250)＝ 7.5KW、ＴＩＧ溶
接電源に対する定格値(b) 点 300(14 ＋0.02×300)＝６
kwの溶接電源を満足するためにはハッチングの部分の余
分の出力をエンジンがまかなっており、エンジン等機械
全体は大形となり重量も大となり不経済な機械となって
しまった。更に、定電流特性を得るためにスイッチング
素子及び主整流器も余裕をもった容量を選定しなければ
ならなかった。

【０００６】そこで、スイッチング素子及び主整流器の
容量を制御する技術として実公平３−４９８０２号の技
術がある。実公平３−４９８０２号の技術は、商用電源
に接続して使用するトランスタイプ溶接機であるため、
最大出力も定格出力以上に設計する必要はなく、溶接出
力が増減しても入力電圧はほぼ一定であり、整流器にお
いても、エンジンの如く使用状態によって変化すること
もなく、ほぼ一定の条件の基で設計されたものである。

【０００７】そして、例えば、手溶接をＩ＝２５０Ａ、
Ｖ＝３０Ｖ又はＴＩＧ溶接をＩ＝３００Ａ、Ｖ＝２０Ｖ
で溶接を行っている時にアーク長が増加し、アーク電圧
が上昇した場合、スイッチング素子に定格以上の電流が
流れるため、変圧器の一次側又は二次側の出力を検出し
て、手溶接及びＴＩＧ溶接の定格出力を越えた場合、ス
イッチング素子の出力増加を禁止するスイッチング出力
抑制回路を設けている。

【０００８】しかしながら、上記の如く商用電源の設置
されていない野外工事用のエンジン駆動形アーク溶接機
にあっては、溶接負荷の条件によってたえずエンジンの
速度は変動するため、実公平３−４９８０２の如く、溶
接出力を検出手段に使用することは不可能であり、個々
の溶接条件によってエンジン及び発電機に対して過負荷
とならないような過負荷制限回路を考え出した。

【０００９】そこで、本発明は、溶接用発電機の出力が
定格出力をオーバーした変化量を検出して、定格値の数
パーセントの範囲内に抑制する過負荷制御回路を構成
し、もって上述した課題を解決した過負荷制限装置付き
ＴＩＧ・手溶接兼用のエンジン駆動形アーク溶接機を提
供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、エンジンによって駆動される
溶接用発電機と、その交流出力電源を直流に整流し平滑
する整流器及び平滑コンデンサと、その直流出力をスイ
ッチングして電流を出力制御するスイッチング素子と、
その出力電流を出力電流検知器にて検知してスイッチン
グ素子のオン、オフ周期を制御して、出力電流を定電流
制御するＴＩＧ・手溶接兼用エンジン駆動形アーク溶接
機において、前記平滑コンデンサと前記スイッチング素
子との配線途中に設けられると共に、溶接出力が過大と
なり過負荷状態となって、直流電圧が所定ピーク電圧よ
り低いことを検知する過負荷状態検知手段と、前記出力
電流検知器にて検知した出力電流により前記スイッチン
グ素子のオン、オフ周期を制御して定電流特性にすると
共に、前記過負荷状態検知手段からの検知信号により、
前記スイッチング素子の出力増加を抑制するよう制御す
る定電流特性制御手段と、該定電流特性制御手段からの
制御信号により、前記スイッチング素子を駆動するスイ
ッチング素子駆動手段と、を備えてなることを特徴とす
るものである。

【００１１】

【作用】上述構成に基づき、出力電流検知器が検知した
出力電流に基づいて、定電流特性制御手段がスイッチン
グ素子のオン、オフ周期を制御し、その制御信号により
スイッチング素子駆動手段を制御して、スイッチング素
子を駆動させ、出力電流を定電流制御する。また、溶接
出力が過大となり過負荷状態となると、エンジンの回転
数が低下し、直流電圧が所定ピーク電圧より低くなり、
過負荷状態検知手段により検知される。そして、過負荷
状態検知手段からの検知信号により、定電流特性制御手
段が、スイッチング素子の出力増加を抑制するよう制御
し、その制御信号によりスイッチング素子駆動手段を制
御して、スイッチング素子を駆動させ、溶接出力を減少
させる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に沿って、本発明による一実施例
について説明する。図１は、過負荷制限装置付きエンジ
ン駆動形アーク溶接機の電気回路図である。エンジン１
には溶接用発電機２が連結されており、溶接用発電機２
よりの出力は整流器３にて整流され、平滑コンデンサ４
にてトランジスタの高速動作でもインピーダンスの少な
い電源とされる。５はオン、オフ動作を高周波で、しか
も大電流で行うスイッチングトランジスタ、６は電流の
急激な増減を押さえ、スイッチングトランジスタ５によ
りスイッチングされた出力を平滑化し、溶接条件を安定
化するリアクタ、１０はスイッチングトランジスタ５が
オフの時のアーク電流を維持するためのリアクタ、アー
ク、還流ダイオードの閉回路を作る還流ダイオードであ
る。７，８は出力端子、９は電流検出器である。平滑コ
ンデンサ４とスイッチングトランジスタ５との間の配線
途中に設けられたＸ点には可変抵抗１１、コンデンサ１
２、及びツエナダイオード１３からなる過負荷状態検知
手段１４が接続され、更に該過負荷状態検知手段１４に
は定電流特性制御部１６が接続されている。過負荷状態
検知手段１４は過負荷状態を検知し検知信号を定電流特
性制御部１６に伝達すると共に、定電流特性制御部１６
に電源を供給する回路でもある。そして、前記電流検出
器９は定電流特性制御部１６に接続されている。

【００１３】また、前記溶接用発電機２の固定子にはト
ランジスタ駆動部１７に駆動電源を供給する巻線が巻回
されている。前記定電流特性制御部１６からの制御信号
によりトランジスタ駆動部１７を駆動制御してスイッチ
ングトランジスタ５をオン、オフするようになってい
る。

【００１４】本発明は以上のような構成よりなるので、
出力端子７，８を使用して溶接作業を始めると、その溶
接電流を電流検出器９で検出し、設定した電流に常に一
定にしようと定電流特性制御部１６が作動し、トランジ
スタ駆動部１７に信号を送り、トランジスタ駆動部１７
からの信号によりスイッチング・トランジスタ５のオ
ン、オフ周期を制御して、一定電流とする。

【００１５】また、エンジン駆動形アーク溶接機は、商
用電源と異なり、整流、平滑回路をもった負荷を接続す
ると、溶接出力が小さい場合には、発電機出力電圧波形
は、図３（ａ）に示すように正弦波となり、図４（ａ）
に示すように整流、平滑されて直流となる。一方、溶接
出力が大きい場合には、商用電源と異なり、出力に限り
があるため、発電機出力電圧波形は、図３（ｂ）に示す
ように、整流器の導通角により正弦波のピーク電圧付近
が平坦になり、図４（ｂ）に示すように、整流、平滑さ
れた直流側の電圧は低下していく。図３（ｂ）に示す正
弦波の平坦な部分は出力の増加に比例して拡大し、ピー
ク電圧は低下していく。

【００１６】更に、溶接出力が過大になると、エンジン
１が過負荷状態となり、エンジン回転数が低下して、発
電電圧も下がっていき、同時に直流電圧も下がってい
く。可変抵抗１１で設定した電圧以下の電圧が定電流特
性制御部１６に供給されると、図２（ａ）に示すような
通常のＯＮ、ＯＦＦ信号が、図２（ｂ）に示すように不
連続にさせるように制御させ、結果としてスイッチング
トランジスタ５のＯＮ時間が短くなることにより溶接出
力が減少し、図５に示すような特性曲線上を溶接出力点
が移動する。図中、Ｖａは手溶接の負荷線を示し、Ｖｂ
はＴＩＧ溶接の負荷線を示している。

【００１７】従って、溶接出力が過大になると、正弦波
のピーク電圧付近が低下していくと、及び可変抵抗１１
で設定した電圧以下の電圧が定電流特性制御部１６に供
給されると、スイッチングトランジスタ５が不連続動作
してスイッチングトランジスタ５のＯＮ時間が短くなる
ことにより、溶接出力を制限することができる。これに
より、エンジン１、発電機２、整流器３、平滑コンデン
サ４等を過大な能力のものではなく、小型化することが
できる。また、ＯＮ、ＯＦＦ信号を不連続動作させるこ
とにより溶接出力を制限するができるので、エンジンの
回転数を過度に低下させることもなく、エンジンを適正
状態で回転させ、エンジンの能力を十分発揮させ、エン
ジンの耐久性の向上を図ることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジン、発電機、及び過負荷制限装置を小型化するこ
とができ、過大な能力のものを使用する必要がなく、コ
ストを削減することができる。また、過負荷時にエンジ
ンの回転を低下させることなく、エンジンの馬力を有効
に活用することができ、エンジンの耐久性を向上させる
ことができる。また、定電流特性制御部により、手溶接
及びＴＩＧ溶接とも、あらゆる溶接条件において過負荷
が制限され、最上のアーク品質を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過負荷制限装置付きＴＩＧ・手溶
接兼用エンジン駆動形アーク溶接機を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明によるトランジスタのＯＮ，ＯＦＦ動作
を示す図であり、（ａ）はトランジスタの正常動作を示
す図であり、（ｂ）はトランジスタの不連続動作を示す
図である。

【図３】本発明による発電機からの交流波形を示す図で
あり、（ａ）は溶接出力が小の場合の交流波形を示し、
（ｂ）は溶接出力が大の場合の交流波形を示している。

【図４】本発明による平滑コンデンサからの直流電圧を
示す図であり、（ａ）は溶接出力が小の場合の直流電圧
を示し、（ｂ）は溶接出力が大の場合の直流電圧を示し
ている。

【図５】本発明によるエンジン駆動形アーク溶接機の特
性曲線を示す図である。

【図６】従来のエンジン駆動形アーク溶接機の過負荷制
限装置を示すブロック図である。

【図７】従来のエンジン駆動形アーク溶接機の特性曲線
を示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ エンジン ２ 発電機 ３ 整流器 ４ 平滑コンデンサ ５ スイッチングトランジスタ ６ リアクター ７，８ 出力端子 ９ 電流検出器 １０ 還流ダイオード １１ 可変抵抗 １２ コンデンサ １３ ツエナダイオード １４ 過負荷状態検知手段 １６ 定電流特性制御部 １７ トランジスタ駆動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンによって駆動される溶接用発電
   機と、その交流出力電源を直流に整流し平滑する整流器
   及び平滑コンデンサと、その直流出力をスイッチングし
   て電流を出力制御するスイッチング素子と、その出力電
   流を出力電流検知器にて検知してスイッチング素子のオ
   ン、オフ周期を制御して、出力電流を定電流制御するＴ
   ＩＧ・手溶接兼用エンジン駆動形アーク溶接機におい
   て、 前記平滑コンデンサと前記スイッチング素子との配線途
   中に設けられると共に、溶接出力が過大となり過負荷状
   態となって、直流電圧が所定ピーク電圧より低いことを
   検知する過負荷状態検知手段と、 前記出力電流検知器にて検知した出力電流により前記ス
   イッチング素子のオン、オフ周期を制御して定電流特性
   にすると共に、前記過負荷状態検知手段からの検知信号
   により、前記スイッチング素子の出力増加を抑制するよ
   う制御する定電流特性制御手段と、 該定電流特性制御手段からの制御信号により、前記スイ
   ッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動手段と、 を備えてなることを特徴とする過負荷制限装置付きＴＩ
   Ｇ・手溶接兼用エンジン駆動形アーク溶接機。