JPH0681672B2 - コンデンサ形スポット溶接機 - Google Patents

コンデンサ形スポット溶接機

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JPH0681672B2
JPH0681672B2 JP1261846A JP26184689A JPH0681672B2 JP H0681672 B2 JPH0681672 B2 JP H0681672B2 JP 1261846 A JP1261846 A JP 1261846A JP 26184689 A JP26184689 A JP 26184689A JP H0681672 B2 JPH0681672 B2 JP H0681672B2
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capacitor
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transformer
inductance
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滋 根尾
純吉 島田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は,コンデンサ形スポット溶接機,特にコンデ
ンサの充電回路の効率を改善したコンデンサ形スポット
溶接機に関する。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕
従来のコンデンサ形スポット溶接機としては,例えば第
3図に示す構成のものがある。同図において,商用周波
数の変圧器7の一次巻線71に商用周波数の交流電源1が
接続され,二次巻線72に昇圧された交流電圧を発生させ
る。この交流電圧はサイリスタThy1,Thy2とダイオードD
7,D8とによる位相制御整流回路75により制御整流され,
抵抗器76を介してコンデンサ8を充電する。コンデンサ
8の充電電圧が所定の値になった後に,サイリスタ9の
オン動作によってコンデンサ8の充電エネルギーは溶接
変圧器10の一次巻線101に励磁電流を流し,二次巻線102
から大電流を溶接電極103に流し,被溶接物104,105に大
きな電力損失熱を与えて自己溶接させる。
ここでコンデンサ8の両端の電圧Vcと充電電流icの経時
変化を第4図によって考える。第4図(a)は時間軸を
短く描いてあり,同(b)は時間軸を一部分,拡大して
交流周期との関係が分かるよう描いてある。まず起動初
期t0からすぐに充電電流icは最大値が流れ,この最大電
流は抵抗器76の値で制限された電流値である。充電電圧
Vcが徐々に上昇して,時間tfにおいて所定電圧Vcmに達
すると充電電流icは小さくなるが,わずかな放電電流を
補うための電流が流れる。この時は(b)にその波形を
示すようにパルス状の電流が流れている。
このように従来のコンデンサ形スポット溶接機にあって
は,コンデンサ8の充電電流の制限用抵抗器76の熱損失
が大きく,ほぼ有効充電エネルギーと同程度のエネルギ
ーが損失するという問題があった。
本発明においては,コンデンサ型溶接機の充電回路の効
率を向上させることが課題である。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は,このような課題を解決するため,互いに直
列接続されたインダクタンスと第1のコンデンサに交番
電流を与えるスイッチング手段を設ける。その第1のコ
ンデンサと並列に,または変圧器を介して並列に接続さ
れた整流回路を経て第2のコンデンサ(溶接エネルギー
蓄積用コンデンサ)を充電する。前記のスイッチング手
段を駆動する制御駆動回路は,このインダクタンスと第
1のコンデンサとの直列共振周波数にほぼ等しい値の繰
り返し周波数でオンオフ駆動すると共に,第2のコンデ
ンサの両端電圧を検出して所定電圧を維持するようスイ
ッチング手段を制御駆動するものである。
〔作用〕
交番電流を与えられたインダクタンスとコンデンサの直
列回路はインバータを形成し,溶接エネルギー蓄積用コ
ンデンサを充電する。溶接エネルギー蓄積用コンデンサ
への充電初期は,コンデンサは等価的に短絡状態で,こ
の期間はスイッチング手段の駆動信号はほぼ全出力に対
応するが,インダクタンスが充電電流の最大値を適正な
値に制限して定電流充電モードとなる。
次に溶接エネルギー蓄積用コンデンサの充電電圧が所定
値に近づくと,その両端電圧の検出信号に基づいてスイ
ッチング手段の駆動信号はほぼ最小出力になり,直列共
振モードになり,振幅制御されて必要最小振幅の電流で
溶接エネルギー蓄積用コンデンサを補充電する。
〔実施例〕
以下,本発明の一実施例を示す第1図に基づいて説明す
る。同図において,交流電源1は入力端子11,12を介し
てブリッジ接続された4個のダイオードD1〜D4からなる
整流回路2に接続される。この整流回路2の直流出力電
圧は互いに直列接続されたコンデンサ31,32に供給され
る。そしてコンデンサ31,32の両端には互いに直列接続
された電界効果トランジスタ41,42が接続される。これ
らの電界効果トランジスタ41,42は制御駆動回路45によ
って交互にオン,オフを繰り返すよう駆動される。この
オンオフの周期は50μsまたはそれ以下(周波数にして
20kHzまたはそれ以上)に選定すると,振動音が聞こえ
ず,かつ変圧器やコンデンサの寸法が小さくなって好都
合である。
電界効果トランジスタ41,42の相互接続点とコンデンサ3
1,32の相互接続点との間には,互いに直列接続されたイ
ンダクタンス5とコンデンサ6とが接続される。すなわ
ち,ハーフブリッジ型インバータ回路が形成される。そ
してこのコンデンサ6には並列に変圧器7の一次巻線71
が接続される。その二次巻線72は整流回路73に接続され
て,溶接エネルギー蓄積用のコンデサ8を充電する。こ
のコンデンサ8の両端電圧は制御駆動回路45の端子
(a),(b)に接続されて検出されて,内部の基準電
圧(図示せず)と比較してコンデンサ8の両端の電圧が
所定の端子電圧になるような,駆動信号を作り,端子
(c),(d)から電界効果トランジスタ41,42の各ゲ
ートに駆動信号を供給する。つまり制御駆動回路45はイ
ンダクタンス5とコンデンサ6との直列共振周波数にほ
ぼ等しい値の繰り返し周波数でオンオフ駆動しつつ,コ
ンデンサ8の両端電圧を所定電圧維持するよう制御する
駆動信号を発生するものである。
このようにして所定電圧に充電されたコンデンサ8のエ
ネルギーはサイリスタ9にオン信号が印加されるとき,
放電導通して溶接変圧器10の一次巻線101に放電電流を
流す。この変圧器10の一次巻線101は二次巻線102とは約
60:1の巻数比なので,その逆比で電流増倍された大電流
が溶接電極103とその間に挟持された被溶接物104,105を
通して流れる。このとき,被溶接物104,105の間の接触
抵抗による電力損失熱で自己溶接される。
ここでコンデンサ8の両端の電圧Vcと充電電流icの経時
変化を第2図によって考える。第2図(a)は時間軸を
短く描いてあり,同(b)は時間軸を一部分,拡大して
インバータの周期との関係が分かるよう描いてある。ま
ず起動初期t0にはコンデンサ8にはエネルギーが蓄えら
れていなく,等価的に短絡状態である。このとき,第2
図(b)に示すように時刻t0から時刻t1までは,電界効
果トランジスタ42がオンし,41がオフしているとすると,
A点→巻線71→インダクタンス5→電界効果トランジス
タ42→C点の経路で電流が流れる。次に時刻t1で電界効
果トランジスタ42がオフするとインダクタンス5の慣性
電流が作用してダイオード43が導通して,コンデンサ31
を充電して時刻t2で電流0となる。次に電界効果トラン
ジスタ41が導通すると,D点→電界効果トランジスタ41→
インダクタンス5→巻線71→→A点の経路で逆方向の電
流が流れる。次に時刻t3で電界効果トランジスタ41がオ
フするとインダクタンス5の慣性電流が作用してダイオ
ード44が導通して,コンデンサ32を充電して時刻t4で電
流0となる。以下同様の動作を繰り返す。変圧器7の一
次巻線71には第2図(b)に示すように+ipmと−ipmを
頂点とするほぼ三角形の波形の電流が流れ,変圧器の二
次巻線72と整流回路73を経て,コンデンサ8には第2図
(a)に示すようにほぼ一定値icsの充電電流が流れ
る。そして充電電圧Vcが徐々に上昇して,時間tfにおい
て所定電圧Vcmに達すると充電電流icは小さくなる。上
記の最大電流値ipmはインダクタンス5の値と電源電圧
値と導通期間によって決定されるものである。
時間tf以後は,インダクタンス5とコンデンサ6とは直
列共振モードとなって,わずかな放電電流を補うための
電流が流れる。この時は(b)にその波形を示すように
微小振幅の正弦波状の電流が流れる。
電界効果トランジスタ41,42のオンオフ駆動は以上述べ
たように充電期間はインダクタンス5が所定充電電流値
を与えるに必要なオン期間とする。そして充電完了後,
すなわち第2図のtf後の補充電期間ではインダクタンス
5とコンデンサ6が直列共振して,その周波数が設定
上,好ましい値になるような各定数とする。
この実施例において,変圧器7を省いて直接スイッチン
グ波形を整流回路73に接続することもできる。ただし,
商用交流電源1と溶接電極103との絶縁は溶接変圧器10
のみで行うことになるので,制御・駆動回路45の端子
(a),(b)と,端子(c),(d)との相互間の直
流的絶縁が必要となる。
尚,スイッチング回路としては,ハーフブリッジ回路に
限らず,フルブリッジ回路,あるいはシングルエンデッ
ド回路も使用できる。
〔発明の効果〕
本発明は以上述べたような特徴を有するので,下記のよ
うな効果を奏する。
(1) 溶接エネルギー蓄積用コンデンサの初期充電時
には定電流充電モードで作動し,充電電圧が所定値に達
した後は自動的に補充電モードになる作用が得られ,安
定で高効率である。
(2) 電流制限要素たるインダクタンスにより,ほぼ
定電流充電特性であるので,充電期間中に放電用スイッ
チング素子が同時導通となっても,相変わらず定電流充
電特性が維持される。従って部品損傷が起こり得ず,安
全である。
(3) 充電電流の実効値が小さくなるので,溶接エネ
ルギー蓄積用コンデンサの発熱が減少して,その寿命を
長くする。また,充電用配線の導体断面積をより小さく
できる。
(4) 溶接エネルギー蓄積用コンデンサに直接整流器
が接続されているので,溶接変圧器からの放電時の送電
圧サージを,この整流器が導通して制御することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるコンデンサ形スポット
溶接機を示し,第2図はその動作を説明するための特性
図を示す。第3図は従来のコンデンサ形スポット溶接機
の一例を示し,第4図はその動作を説明するための特性
図を示す。 1……交流電源,11,12……入力端子,2……整流回路 31,32……コンデンサ 41,42……電界効果トランジスタ 43,44……ダイオード,45……制御・駆動回路, 5……インダクタンス,6……コンデンサ 7……変圧器,71……一次巻線,72……二次巻線 73……整流回路,77……制御・駆動回路, 8……コンデンサ 9……サイリスタ,10……変圧器 101……一次巻線,102……二次巻線 103……溶接電極,104,105……被溶接物

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに直列接続されたインダクタンスと第
    1のコンデンサに交番電流を与える第1のスイッチング
    手段と,該第1のコンデンサと並列に接続された一次巻
    線を有する第1の変圧器と,該第1の変圧器の二次巻線
    に整流手段を介して充電される第2のコンデンサと,該
    第2のコンデンサより第2のスイッチング手段を介して
    付勢される第2の変圧器の一次巻線と,該第2の変圧器
    の二次巻線に接続されて,被溶接物を挟持する一対の電
    極と,前記第1のスイッチング手段を駆動する制御駆動
    回路であって,前記第1のインダクタンスと第1のコン
    デンサとの直列共振周波数にほぼ等しい値の繰り返し周
    波数でオンオフ駆動すると共に,前記第2のコンデンサ
    の両端電圧を検出して所定電圧を維持するよう前記第1
    のスイッチング手段を駆動する制御駆動回路とを備えて
    なるコンデンサ形スポット溶接機。
  2. 【請求項2】互いに直列接続されたインダクタンスと第
    1のコンデンサに交番電流を与える第1のスイッチング
    手段と,該第1のコンデンサと並列に接続された整流手
    段を介して充電される第2のコンデンサと,該第2のコ
    ンデンサより第2のスイッチング手段を介して付勢され
    る変圧器の一次巻線と,該変圧器の二次巻線に接続され
    て,被溶接物を挟持する一対の電極と,前記第1のスイ
    ッチング手段を駆動する制御駆動回路であって,前記第
    1のインダクタンスと第1のコンデンサとの直列共振周
    波数にほぼ等しい値の繰り返し周波数でオンオフ駆動す
    ると共に,前記第2のコンデンサの両端電圧を検出して
    所定電圧を維持するよう前記第1のスイッチング手段を
    駆動する制御駆動回路とを備えてなるコンデンサ形スポ
    ット溶接機。
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