JPH1133827A - 電弧制御方法および装置 - Google Patents
電弧制御方法および装置Info
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- JPH1133827A JPH1133827A JP9196803A JP19680397A JPH1133827A JP H1133827 A JPH1133827 A JP H1133827A JP 9196803 A JP9196803 A JP 9196803A JP 19680397 A JP19680397 A JP 19680397A JP H1133827 A JPH1133827 A JP H1133827A
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
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- Discharge Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 精度および応答共に協調性をもち、バランス
のとれた電弧の制御をし、かつ電弧特性を加味した電弧
電圧−電弧電流の制御方法および装置を提供する。 【解決手段】 電弧電圧および電弧電流のそれぞれの検
出値から電弧抵抗を求めて電弧間隙を調整するのではな
くて、電弧間隙に対する電弧電圧特性より計算した電弧
電圧基準値および電弧間隙に対する電弧電流特性より計
算した電弧電流基準値を用いて、電弧電圧制御ループと
電弧電流制御ループが、電極駆動電動機速度制御系を共
用し動作して、放電する電弧間隙を調整すると共に、両
ループの伝達関数が等しくなるように制御系を構成して
いる。すなわち、電弧電圧および電弧電流のそれぞれの
基準値に対し、それぞれの検出器による検出値との差に
制御操作を加えて得られるそれぞれの制御量の混合補償
量を用いて電極駆動機構を制御するため、一定の形状の
安定した電弧が得られる。
のとれた電弧の制御をし、かつ電弧特性を加味した電弧
電圧−電弧電流の制御方法および装置を提供する。 【解決手段】 電弧電圧および電弧電流のそれぞれの検
出値から電弧抵抗を求めて電弧間隙を調整するのではな
くて、電弧間隙に対する電弧電圧特性より計算した電弧
電圧基準値および電弧間隙に対する電弧電流特性より計
算した電弧電流基準値を用いて、電弧電圧制御ループと
電弧電流制御ループが、電極駆動電動機速度制御系を共
用し動作して、放電する電弧間隙を調整すると共に、両
ループの伝達関数が等しくなるように制御系を構成して
いる。すなわち、電弧電圧および電弧電流のそれぞれの
基準値に対し、それぞれの検出器による検出値との差に
制御操作を加えて得られるそれぞれの制御量の混合補償
量を用いて電極駆動機構を制御するため、一定の形状の
安定した電弧が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電弧の制御方法に
関し、特に電弧炉，放電加工機，溶接機，アーク光線発
生器等の電弧制御方法および装置に関するものである。
関し、特に電弧炉，放電加工機，溶接機，アーク光線発
生器等の電弧制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電弧炉の電極昇降装置において、
電弧電圧および電弧電流を検出し、これら検出電圧およ
び検出電流から電弧抵抗を求めた後、電弧電流が一定と
なるように電極棒の昇降制御をすると共に、電弧抵抗の
わずかな変化に対しても電弧電流を制御できる電弧炉の
電極昇降装置が知られている。例えば、公開された特開
平２−２６３０９４号公報に記載されたものがそれであ
る。
電弧電圧および電弧電流を検出し、これら検出電圧およ
び検出電流から電弧抵抗を求めた後、電弧電流が一定と
なるように電極棒の昇降制御をすると共に、電弧抵抗の
わずかな変化に対しても電弧電流を制御できる電弧炉の
電極昇降装置が知られている。例えば、公開された特開
平２−２６３０９４号公報に記載されたものがそれであ
る。
【０００３】この公報によれば、電弧電圧と電弧電流の
比率である電弧抵抗すなわち電極棒先端とスクラップ間
を所定の距離に保持することにより、電弧電流の変化を
デッドバンド領域内の極微小値に抑制できると述べられ
ている。
比率である電弧抵抗すなわち電極棒先端とスクラップ間
を所定の距離に保持することにより、電弧電流の変化を
デッドバンド領域内の極微小値に抑制できると述べられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来装置
は、一定の電弧抵抗となるように電弧炉の電極昇降調整
装置が動作する。ところが、電弧抵抗は、電弧長に比例
し、電弧断面積に反比例する傾向をもつので、もし電弧
断面積が大となれば電弧長が長くなるように、また電弧
断面積が小となれば電弧長が短くなるように電極棒が再
調整される。同様に、電弧長が変化すると、同一抵抗値
となるような電弧断面積に電極棒が再調整される。した
がって、スクラップ溶解時のように、溶解状態が変化す
ると、電弧形状も変化し、それを再調整することが繰り
返されるので、電弧形状が一定とならない、すなわち不
安定となるという問題がある。これにより、溶解速度が
変化し定常化せず、回路の過渡状態が永続するという問
題がある。
は、一定の電弧抵抗となるように電弧炉の電極昇降調整
装置が動作する。ところが、電弧抵抗は、電弧長に比例
し、電弧断面積に反比例する傾向をもつので、もし電弧
断面積が大となれば電弧長が長くなるように、また電弧
断面積が小となれば電弧長が短くなるように電極棒が再
調整される。同様に、電弧長が変化すると、同一抵抗値
となるような電弧断面積に電極棒が再調整される。した
がって、スクラップ溶解時のように、溶解状態が変化す
ると、電弧形状も変化し、それを再調整することが繰り
返されるので、電弧形状が一定とならない、すなわち不
安定となるという問題がある。これにより、溶解速度が
変化し定常化せず、回路の過渡状態が永続するという問
題がある。
【０００５】さらに、電弧電流を検出し、その値が所定
値となるように電極昇降する方法、電弧電圧を検出し、
その値が所定値となるように電極昇降する方法、あるい
はそれらを組み合わせた方法等がある。これらの方法
は、単独で用いる場合に問題があるので、それぞれ改良
する工夫がなされている。
値となるように電極昇降する方法、電弧電圧を検出し、
その値が所定値となるように電極昇降する方法、あるい
はそれらを組み合わせた方法等がある。これらの方法
は、単独で用いる場合に問題があるので、それぞれ改良
する工夫がなされている。
【０００６】これら、電流電弧が所定の値になる方法、
電弧電圧が所定の値になる方法、あるいはこれらを組み
合わせた方法では、電極昇降装置の動作遅れあるいは電
弧電流調整と電弧電圧調整の整合化が図れないため、安
定な電弧を得るまでの調整時間が長くなったり、再調整
のため電弧が不安定状態となる期間が存在するという問
題がある。
電弧電圧が所定の値になる方法、あるいはこれらを組み
合わせた方法では、電極昇降装置の動作遅れあるいは電
弧電流調整と電弧電圧調整の整合化が図れないため、安
定な電弧を得るまでの調整時間が長くなったり、再調整
のため電弧が不安定状態となる期間が存在するという問
題がある。
【０００７】上記のような従来の制御方法の場合には、
定常状態では原理通り制御されるので、所定の電弧間隙
で制御される。しかしながら、電弧により金属材料が溶
解することにより、電極と金属との間隙が変化したり、
電弧長の変化に基づき電圧，電流が変化したり、電弧の
発生熱の非定常状態に基づく電弧形状の不安定等のため
に、原理通り制御できないという問題がある。
定常状態では原理通り制御されるので、所定の電弧間隙
で制御される。しかしながら、電弧により金属材料が溶
解することにより、電極と金属との間隙が変化したり、
電弧長の変化に基づき電圧，電流が変化したり、電弧の
発生熱の非定常状態に基づく電弧形状の不安定等のため
に、原理通り制御できないという問題がある。
【０００８】また、電極の移動速度を高めるために電動
機速度を高く設定すると、制御系が不安定になり、始終
電動機が正逆運転し、一定形状の電弧が得られなくなる
と共に電動機の温度上昇をきたすという問題がある。
機速度を高く設定すると、制御系が不安定になり、始終
電動機が正逆運転し、一定形状の電弧が得られなくなる
と共に電動機の温度上昇をきたすという問題がある。
【０００９】また、電弧電圧検出値により電極を駆動す
る制御信号の伝達経路と、電弧電流検出値により電極を
駆動する制御信号の伝達経路との伝達関数の違いによ
り、頻繁に電極の位置調整をする必要のある場合には、
両伝達経路の制御信号の協調ができないため、相手の系
の動作の影響を受けたり、最終電極位置に落ち着くまで
に時間がかかるという問題がある。
る制御信号の伝達経路と、電弧電流検出値により電極を
駆動する制御信号の伝達経路との伝達関数の違いによ
り、頻繁に電極の位置調整をする必要のある場合には、
両伝達経路の制御信号の協調ができないため、相手の系
の動作の影響を受けたり、最終電極位置に落ち着くまで
に時間がかかるという問題がある。
【００１０】本発明の目的は、上記の欠点を除去し、新
たな機能を加えるために研究，開発されたもので、精度
および応答共に協調性をもち、バランスのとれた電弧の
制御をし、かつ電弧特性を加味した電弧電圧−電流の制
御方法および装置を提供することにある。
たな機能を加えるために研究，開発されたもので、精度
および応答共に協調性をもち、バランスのとれた電弧の
制御をし、かつ電弧特性を加味した電弧電圧−電流の制
御方法および装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る電弧制御方法および装置は、電弧抵
抗、電弧電流、あるいは電弧電圧が所定の値になるよう
に制御するのではなくて、電弧間隙に対する電弧電圧特
性および電弧電流特性に準じて、電弧間隙を調整するよ
うに制御すると同時に、電弧電圧制御ループと電弧電流
制御ループが電極駆動用電動機の速度制御系を共用し
て、放電電弧の間隙を調整すると共に、両制御ループの
伝達関数が等しくなるように制御系を構成している。す
なわち、電弧特性を満足する電弧電圧および電弧電流の
それぞれの基準値に対し、それぞれの検出器との差に制
御操作を加えて、得られるそれぞれの制御量を混合して
共通補償し電極駆動機構を制御するため、一定の形状の
安定した電弧が得られることを特徴としている。
めに、本発明に係る電弧制御方法および装置は、電弧抵
抗、電弧電流、あるいは電弧電圧が所定の値になるよう
に制御するのではなくて、電弧間隙に対する電弧電圧特
性および電弧電流特性に準じて、電弧間隙を調整するよ
うに制御すると同時に、電弧電圧制御ループと電弧電流
制御ループが電極駆動用電動機の速度制御系を共用し
て、放電電弧の間隙を調整すると共に、両制御ループの
伝達関数が等しくなるように制御系を構成している。す
なわち、電弧特性を満足する電弧電圧および電弧電流の
それぞれの基準値に対し、それぞれの検出器との差に制
御操作を加えて、得られるそれぞれの制御量を混合して
共通補償し電極駆動機構を制御するため、一定の形状の
安定した電弧が得られることを特徴としている。
【００１２】そのため、電極あるいは金属材料の溶解に
よる電弧間隙の変化、それに基づく電弧電圧および電流
の変化、電弧熱に基づく電弧形状の変化等の不安定現象
に、速応性よく正確に対応できることを特徴としてい
る。
よる電弧間隙の変化、それに基づく電弧電圧および電流
の変化、電弧熱に基づく電弧形状の変化等の不安定現象
に、速応性よく正確に対応できることを特徴としてい
る。
【００１３】さらに、前述したように、電圧制御ループ
と電流制御ループの伝達関数が等しくなるように制御系
を構成することにより、協調性の高い制御の応答および
精度が実現できることを特徴としている。
と電流制御ループの伝達関数が等しくなるように制御系
を構成することにより、協調性の高い制御の応答および
精度が実現できることを特徴としている。
【００１４】また、電弧電圧と電弧電流との間に関係を
もたせて制御できるので、電弧特性に忠実な制御ができ
ることを特徴としている。
もたせて制御できるので、電弧特性に忠実な制御ができ
ることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１に、電極駆動機構を有する電弧発生装置
の制御系の基本的な構成例を示す。
説明する。図１に、電極駆動機構を有する電弧発生装置
の制御系の基本的な構成例を示す。
【００１６】電弧発生装置は、電極１を駆動する電極駆
動機構２と、この電極駆動機構に連結された電動機３
と、電極１と金属材料４との間に電弧５を発生するため
の電源回路とを備えている。電源回路には、電源６と、
電流制限器７と、変成器８とが設けられている。
動機構２と、この電極駆動機構に連結された電動機３
と、電極１と金属材料４との間に電弧５を発生するため
の電源回路とを備えている。電源回路には、電源６と、
電流制限器７と、変成器８とが設けられている。
【００１７】電弧制御系は、電極１の電弧電圧を検出す
る電圧検出器９、電極１に流れる電弧電流を検出する電
流検出器１０、電圧検出器９の出力する電弧電圧帰還値
と電弧電圧基準値ＶR とを入力とし、基準値ＶR と電弧
電圧帰還値との偏差をとり、この偏差に制御操作を加え
て電圧制御量を発生する電圧制御器１１、電流検出器１
０の出力する電弧電流帰還値と電弧電流基準値ＩR とを
入力とし、基準値ＩRと電弧電流帰還値の偏差をとり、
この偏差に制御操作を加えて電流制御量を発生する電流
制御器１２、電圧制御器１１と電流制御器１２との出力
である電圧および電流制御量を混合して共通補償要素と
して用いる信号混合制御器１３、信号混合制御器１３の
出力により速度を制御する速度制御器１４、速度制御器
の出力に基づいて電動機３への出力を変換する電力変換
器１５、電動機３の速度を検出して速度制御器１４に帰
還する速度検出器１６、電弧間隙指令を用いて電弧電圧
特性を計算し、電弧電圧基準値ＶR を計算する電弧電圧
演算器１７、電弧間隙指令を用いて電弧電流特性を計算
し、電弧電流基準値ＩR を計算する電弧電流演算器１８
を備えている。
る電圧検出器９、電極１に流れる電弧電流を検出する電
流検出器１０、電圧検出器９の出力する電弧電圧帰還値
と電弧電圧基準値ＶR とを入力とし、基準値ＶR と電弧
電圧帰還値との偏差をとり、この偏差に制御操作を加え
て電圧制御量を発生する電圧制御器１１、電流検出器１
０の出力する電弧電流帰還値と電弧電流基準値ＩR とを
入力とし、基準値ＩRと電弧電流帰還値の偏差をとり、
この偏差に制御操作を加えて電流制御量を発生する電流
制御器１２、電圧制御器１１と電流制御器１２との出力
である電圧および電流制御量を混合して共通補償要素と
して用いる信号混合制御器１３、信号混合制御器１３の
出力により速度を制御する速度制御器１４、速度制御器
の出力に基づいて電動機３への出力を変換する電力変換
器１５、電動機３の速度を検出して速度制御器１４に帰
還する速度検出器１６、電弧間隙指令を用いて電弧電圧
特性を計算し、電弧電圧基準値ＶR を計算する電弧電圧
演算器１７、電弧間隙指令を用いて電弧電流特性を計算
し、電弧電流基準値ＩR を計算する電弧電流演算器１８
を備えている。
【００１８】以上の構成の電弧制御装置において、速度
制御器１４に電動機速度基準値ｎRが与えられると、そ
の信号が電力変換器１５に与えられ、その出力により電
動機３が駆動される。その結果、電極駆動機構２により
電極１が駆動され、電極位置が調整される。電源６の回
路により、電極１と金属材料４との間に電圧が印加され
電弧５が発生する。電弧電圧を電弧電圧検出器９により
検出し帰還して、電弧電圧基準値ＶR に対する偏差を用
いて、電圧制御器１１により電弧電圧が所定の値になる
ように動作する。一方、電弧電流を電弧電流検出器１０
により検出し帰還して、電弧電流基準値ＩR に対する偏
差を用いて、電流制御器１２により電弧電流が所定の値
になるように動作する。このとき、電弧電圧制御と電弧
電流制御の極性は、次に説明する理由により、一定の関
係をもたせる必要がある。
制御器１４に電動機速度基準値ｎRが与えられると、そ
の信号が電力変換器１５に与えられ、その出力により電
動機３が駆動される。その結果、電極駆動機構２により
電極１が駆動され、電極位置が調整される。電源６の回
路により、電極１と金属材料４との間に電圧が印加され
電弧５が発生する。電弧電圧を電弧電圧検出器９により
検出し帰還して、電弧電圧基準値ＶR に対する偏差を用
いて、電圧制御器１１により電弧電圧が所定の値になる
ように動作する。一方、電弧電流を電弧電流検出器１０
により検出し帰還して、電弧電流基準値ＩR に対する偏
差を用いて、電流制御器１２により電弧電流が所定の値
になるように動作する。このとき、電弧電圧制御と電弧
電流制御の極性は、次に説明する理由により、一定の関
係をもたせる必要がある。
【００１９】電弧間隙と電弧電圧および電弧電流との間
の特性を図２に示す。図２は、電弧間隙ｇが増加する
と、電弧電圧ＶA は増大するが、電弧電流ＩA は減少す
ることを示している。そのため、電弧電圧制御は負帰還
ループとし、電弧電流制御は負帰還とした上、電弧間隙
の増加に対して、電流が減少するように、すなわち電弧
電圧制御と逆極性となるように制御系を構築する必要が
ある。したがって、図１の制御系では、この作用を信号
混合制御器１３が実現している。
の特性を図２に示す。図２は、電弧間隙ｇが増加する
と、電弧電圧ＶA は増大するが、電弧電流ＩA は減少す
ることを示している。そのため、電弧電圧制御は負帰還
ループとし、電弧電流制御は負帰還とした上、電弧間隙
の増加に対して、電流が減少するように、すなわち電弧
電圧制御と逆極性となるように制御系を構築する必要が
ある。したがって、図１の制御系では、この作用を信号
混合制御器１３が実現している。
【００２０】また、図２の特性は、電弧間隙ｇを変化さ
せると、それに対応した電弧電圧および電弧電流でない
と安定した電弧が得られないことを示している。そこ
で、所望の電弧間隙指令に対して、図２の関係を満たす
電弧電圧を電弧電圧演算器１７により計算し、電弧電圧
基準値ＶR として用いると共に、電弧電流を電弧電流演
算器１８により計算し、電弧電基準値ＩR として用い
る。これらの基準値により、所望の電弧間隙を満足する
電弧電圧および電弧電流に制御され、安定した電弧が得
られる。
せると、それに対応した電弧電圧および電弧電流でない
と安定した電弧が得られないことを示している。そこ
で、所望の電弧間隙指令に対して、図２の関係を満たす
電弧電圧を電弧電圧演算器１７により計算し、電弧電圧
基準値ＶR として用いると共に、電弧電流を電弧電流演
算器１８により計算し、電弧電基準値ＩR として用い
る。これらの基準値により、所望の電弧間隙を満足する
電弧電圧および電弧電流に制御され、安定した電弧が得
られる。
【００２１】図１の電弧制御系の動作を、図３の動作波
形を用いて説明する。図３において、横軸の時間ｔに対
し、図３（Ａ）は電弧電圧ＶA を、図３（Ｂ）は電弧電
流Ｉ A を、図３（Ｃ）は電動機速度ｎを、図３（Ｄ）は
電弧間隙ｇをそれぞれ示す。また、ｔ1 は無電弧期間、
ｔ2 は短絡期間、ｔ3 は電弧調整期間、ｔ4 は定電弧期
間である。
形を用いて説明する。図３において、横軸の時間ｔに対
し、図３（Ａ）は電弧電圧ＶA を、図３（Ｂ）は電弧電
流Ｉ A を、図３（Ｃ）は電動機速度ｎを、図３（Ｄ）は
電弧間隙ｇをそれぞれ示す。また、ｔ1 は無電弧期間、
ｔ2 は短絡期間、ｔ3 は電弧調整期間、ｔ4 は定電弧期
間である。
【００２２】図１の電弧制御系において、初期状態ｔ＝
０として、電極１の間隙が図３（Ｄ）に示すようにｇ0
で無電弧とする。電源６が投入されると、無電弧期間ｔ
1 では電極１と金属材料４との間に図３（Ａ）の電源電
圧Ｖ0 が印加されるが、無電弧のため図３（Ｂ）に示す
ように電弧電流ＩA は零である。ゆえに、電圧帰還信号
のみとなるので、電動機は逆転し図３（Ｄ）に示すよう
に電弧間隙ｇが減少する。やがて電弧間隙が零となる短
絡期間ｔ2 では、図３（Ａ）に示すように電弧電圧ＶA
は零となり、図３（Ｂ）に示すように電弧電流が最大値
ＩS となるので、図３（Ｃ）に示すように電動機は減速
し停止した後、正転し始める。電弧調整期間ｔ3 では、
図３（Ｄ）に示すように電弧間隙ｇが増大するが、電極
１と金属材料４とが離れる瞬間に電弧が発生する。電弧
間隙の増大に伴って、図３（Ａ）に示すように電弧電圧
は上昇し、電弧電流は図３（Ｂ）に示すように最大値Ｉ
Sより減少する。
０として、電極１の間隙が図３（Ｄ）に示すようにｇ0
で無電弧とする。電源６が投入されると、無電弧期間ｔ
1 では電極１と金属材料４との間に図３（Ａ）の電源電
圧Ｖ0 が印加されるが、無電弧のため図３（Ｂ）に示す
ように電弧電流ＩA は零である。ゆえに、電圧帰還信号
のみとなるので、電動機は逆転し図３（Ｄ）に示すよう
に電弧間隙ｇが減少する。やがて電弧間隙が零となる短
絡期間ｔ2 では、図３（Ａ）に示すように電弧電圧ＶA
は零となり、図３（Ｂ）に示すように電弧電流が最大値
ＩS となるので、図３（Ｃ）に示すように電動機は減速
し停止した後、正転し始める。電弧調整期間ｔ3 では、
図３（Ｄ）に示すように電弧間隙ｇが増大するが、電極
１と金属材料４とが離れる瞬間に電弧が発生する。電弧
間隙の増大に伴って、図３（Ａ）に示すように電弧電圧
は上昇し、電弧電流は図３（Ｂ）に示すように最大値Ｉ
Sより減少する。
【００２３】定電弧期間ｔ4 では、図３（Ａ）および図
３（Ｂ）に示すように電弧電圧および電流はそれぞれの
基準値ＶR ，ＩR に応じて閉ループ制御されるので、電
弧の長さおよび太さが一定し、図３（Ｄ）に示すように
電弧間隙ｇA が一定の安定した電弧状態となる。この状
態は、たとえ材料や電弧の溶解による電弧間隙の変化が
発生しても、閉ループ系のため、電弧間隙指令に基づい
て算出された電弧電圧および電弧電流に制御されるの
で、応答性がよく精度の高い復元動作をする。
３（Ｂ）に示すように電弧電圧および電流はそれぞれの
基準値ＶR ，ＩR に応じて閉ループ制御されるので、電
弧の長さおよび太さが一定し、図３（Ｄ）に示すように
電弧間隙ｇA が一定の安定した電弧状態となる。この状
態は、たとえ材料や電弧の溶解による電弧間隙の変化が
発生しても、閉ループ系のため、電弧間隙指令に基づい
て算出された電弧電圧および電弧電流に制御されるの
で、応答性がよく精度の高い復元動作をする。
【００２４】次に、電弧電圧および電弧電流を、協調
し、調和のとれた制御とするため、制御系の設計に新規
の方式を取り入れることを説明する。
し、調和のとれた制御とするため、制御系の設計に新規
の方式を取り入れることを説明する。
【００２５】図１の電弧制御系の伝達関数を示すブロッ
ク線図を図４に示す。図４において、１９は速度制御器
１４の総合伝達関数ＷS （ｓ）、２０は電力変換器１５
の伝達関数ＧP （ｓ）、２１は電動機３の伝達関数ＧM
（ｓ）、２２は速度検出器１６の伝達関数ＨS （ｓ）、
２３は電極駆動機構２の伝達関数ＫG （ｓ）、２４は電
弧間隙ｇ、２５は電弧電圧検出器９の伝達関数ＨV
（ｓ）、２６は加減算点、２７は電弧電圧制御補償伝達
関数ＧV （ｓ）、２８は電弧電流検出器１０の伝達関数
ＨI （ｓ）、２９は加減算点、３０は電弧電流制御補償
伝達関数ＧI （ｓ）、３１は加減算点、３２は信号混合
制御器１３の伝達関数ＧX （ｓ）、３３は電弧電圧演算
式ｆ（Ｖ）、３４は電弧電流演算式ｆ（Ｉ）、３５は電
弧間隙指令ｇ R である。
ク線図を図４に示す。図４において、１９は速度制御器
１４の総合伝達関数ＷS （ｓ）、２０は電力変換器１５
の伝達関数ＧP （ｓ）、２１は電動機３の伝達関数ＧM
（ｓ）、２２は速度検出器１６の伝達関数ＨS （ｓ）、
２３は電極駆動機構２の伝達関数ＫG （ｓ）、２４は電
弧間隙ｇ、２５は電弧電圧検出器９の伝達関数ＨV
（ｓ）、２６は加減算点、２７は電弧電圧制御補償伝達
関数ＧV （ｓ）、２８は電弧電流検出器１０の伝達関数
ＨI （ｓ）、２９は加減算点、３０は電弧電流制御補償
伝達関数ＧI （ｓ）、３１は加減算点、３２は信号混合
制御器１３の伝達関数ＧX （ｓ）、３３は電弧電圧演算
式ｆ（Ｖ）、３４は電弧電流演算式ｆ（Ｉ）、３５は電
弧間隙指令ｇ R である。
【００２６】図４の制御系において、電弧間隙ｇと電弧
電圧制御補償伝達関数２７の出力ω v との間の伝達関数
ＷV （ｓ）と、電弧間隙ｇと電弧電流制御補償伝達関数
３０の出力ωI との間の伝達関数ＷI （ｓ）とが異なる
と、電圧制御系と電流制御系の制御特性すなわち応答お
よび精度が異なるため、両系の間に干渉が発生し、良好
な制御状態を得ることが困難となる。これを式で表すと
次のようになる。
電圧制御補償伝達関数２７の出力ω v との間の伝達関数
ＷV （ｓ）と、電弧間隙ｇと電弧電流制御補償伝達関数
３０の出力ωI との間の伝達関数ＷI （ｓ）とが異なる
と、電圧制御系と電流制御系の制御特性すなわち応答お
よび精度が異なるため、両系の間に干渉が発生し、良好
な制御状態を得ることが困難となる。これを式で表すと
次のようになる。
【００２７】電弧間隙ｇと電弧電圧制御補償伝達関数２
７の出力ωv との間の伝達関数ＷV（ｓ）は、次式のよ
うになる。
７の出力ωv との間の伝達関数ＷV（ｓ）は、次式のよ
うになる。
【００２８】
【数１】
【００２９】電弧間隙ｇと電弧電流制御補償伝達関数の
出力ωI との間の伝達関数ＷI （ｓ）は、次式のように
なる。
出力ωI との間の伝達関数ＷI （ｓ）は、次式のように
なる。
【００３０】
【数２】
【００３１】ここに、ωv ：電弧電圧制御器１１の出力 ωI ：電弧電流制御器１２の出力 ωv ＝ωI となるためには、次の関係を満足する必要が
ある。
ある。
【００３２】
【数３】
【００３３】電圧制御器１１の伝達関数ＧV （ｓ）およ
び電流制御器１２の伝達関数ＧI （ｓ）は、式（４）の
関係を満足するように選定する。
び電流制御器１２の伝達関数ＧI （ｓ）は、式（４）の
関係を満足するように選定する。
【００３４】いま、図２の電弧間隙−電弧電圧・電流特
性において、比較的短距離の電極移動に対し電弧特性が
直線近似できるものとすると、電弧電圧ＶA および電弧
電流ＩA は次式のように表すことができる。
性において、比較的短距離の電極移動に対し電弧特性が
直線近似できるものとすると、電弧電圧ＶA および電弧
電流ＩA は次式のように表すことができる。
【００３５】
【数４】
【００３６】ここに、ｋv ，ｋI ：比例定数，ｇ：電弧
間隙 Ｖ0 ，Ｉ0 ：ｇ＝ｇmin （短絡直前電弧間隙）のときの
ＶA ，ＩA の値 いま、上式において、ｇ＝ｇR （電弧間隙指令）と置い
て、式（５）の演算機能を有するのが電弧電圧演算器１
７であり、式（６）の演算機能を有するのが電弧電流演
算器１８である。電弧間隙指令ｇR が与えられると、そ
れに必要な電弧電圧基準値ＶR （＝ＶA ）を式（５）を
用いて計算し、その結果が電弧電圧演算器１７より出力
され、同時に電弧電流基準値ＩR （＝ＩA ）を式（６）
を用いて計算し、その結果が電弧電流演算器１８より出
力される。そして、電弧電圧ＶAおよび電弧電流ＩA を
満足する電弧間隙ｇに、図４の制御系が動作する。
間隙 Ｖ0 ，Ｉ0 ：ｇ＝ｇmin （短絡直前電弧間隙）のときの
ＶA ，ＩA の値 いま、上式において、ｇ＝ｇR （電弧間隙指令）と置い
て、式（５）の演算機能を有するのが電弧電圧演算器１
７であり、式（６）の演算機能を有するのが電弧電流演
算器１８である。電弧間隙指令ｇR が与えられると、そ
れに必要な電弧電圧基準値ＶR （＝ＶA ）を式（５）を
用いて計算し、その結果が電弧電圧演算器１７より出力
され、同時に電弧電流基準値ＩR （＝ＩA ）を式（６）
を用いて計算し、その結果が電弧電流演算器１８より出
力される。そして、電弧電圧ＶAおよび電弧電流ＩA を
満足する電弧間隙ｇに、図４の制御系が動作する。
【００３７】電弧電力Ｐ＝ＶA ＩA は、式（５）および
式（６）から明らかなように、ｇの２次関数となるの
で、図２に示す電弧遮断されるまでの領域で電弧間隙指
令を任意の値に選定できる。一方、上式において、電流
弧間隙ｇを消去し電弧電流ＩAについて解くと、次式が
得られる。
式（６）から明らかなように、ｇの２次関数となるの
で、図２に示す電弧遮断されるまでの領域で電弧間隙指
令を任意の値に選定できる。一方、上式において、電流
弧間隙ｇを消去し電弧電流ＩAについて解くと、次式が
得られる。
【００３８】
【数５】
【００３９】また、上式において、ＶA ＝ＶR ，ＩA ＝
ＩR と置くと、次式が得られる。
ＩR と置くと、次式が得られる。
【００４０】
【数６】
【００４１】上式より、電弧電圧基準値ＶR が与えられ
ると、電弧制御に必要な電弧電流基準値ＩR が一義的に
定まる。その計算ブロック線図を、図６（Ａ）に示す。
ると、電弧制御に必要な電弧電流基準値ＩR が一義的に
定まる。その計算ブロック線図を、図６（Ａ）に示す。
【００４２】同様な手順により、電弧電圧基準値ＶR に
ついて解くと、次式が得られる。
ついて解くと、次式が得られる。
【００４３】
【数７】
【００４４】上式より、電弧電流基準値ＩR が与えられ
ると、電弧制御に必要な電弧電圧基準値ＶR が一義的に
定まる。その計算ブロック線図を、図６（Ｂ）に示す。
ると、電弧制御に必要な電弧電圧基準値ＶR が一義的に
定まる。その計算ブロック線図を、図６（Ｂ）に示す。
【００４５】換言すれば、式（８）あるいは式（９）
は、図５の電弧電圧−電流特性を表している。したがっ
て、式（８）あるいは式（９）を用いて制御すれば、す
なわち図１の電弧電流演算器の代わりに図６（Ａ）を、
また図１の電弧電圧演算器の代わりに図６（Ｂ）を用い
て、図５の電弧電圧−電流通りに制御することができ
る。
は、図５の電弧電圧−電流特性を表している。したがっ
て、式（８）あるいは式（９）を用いて制御すれば、す
なわち図１の電弧電流演算器の代わりに図６（Ａ）を、
また図１の電弧電圧演算器の代わりに図６（Ｂ）を用い
て、図５の電弧電圧−電流通りに制御することができ
る。
【００４６】すなわち、図１の電弧制御系あるいは図４
の電弧制御系において、式（５）および式（６）を用い
て電弧電圧あるいは電弧電流の基準値ＶR あるいはＩR
をそれぞれ計算して与えるのではなくて、図６の指令計
算ブロック線図を用い、電弧電圧基準値ＶR のみあるい
は電弧電流基準値ＩR のみを与えて式（８）あるいは式
（９）を用いて計算するだけで、適正な電弧特性の制御
をすることもできる。
の電弧制御系において、式（５）および式（６）を用い
て電弧電圧あるいは電弧電流の基準値ＶR あるいはＩR
をそれぞれ計算して与えるのではなくて、図６の指令計
算ブロック線図を用い、電弧電圧基準値ＶR のみあるい
は電弧電流基準値ＩR のみを与えて式（８）あるいは式
（９）を用いて計算するだけで、適正な電弧特性の制御
をすることもできる。
【００４７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電弧間隙指令に対し、電弧のもつ電弧電圧特性および電
弧電流特性に基づいて、電弧電圧基準値ＶR および電弧
電流基準値ＩR を計算し、電圧制御ループおよび電流制
御ループが動作するので、所望の形状の安定した電弧が
得られる効果がある。また、電弧電圧の正特性および電
弧電流の負特性に応じた電弧間隙に、負帰還および正帰
還することにより、速応性よく高精度に電弧を制御でき
るので、材料の溶解や電極の消耗が生じても、一定の形
状の電弧を発生させる効果がある。したがって、たとえ
ば溶接機による溶接部分、あるいは放電加工機による加
工部分が均一となり、品質，強度等が向上すると共に、
加工後の整形作業が不要となる効果を持つ。
電弧間隙指令に対し、電弧のもつ電弧電圧特性および電
弧電流特性に基づいて、電弧電圧基準値ＶR および電弧
電流基準値ＩR を計算し、電圧制御ループおよび電流制
御ループが動作するので、所望の形状の安定した電弧が
得られる効果がある。また、電弧電圧の正特性および電
弧電流の負特性に応じた電弧間隙に、負帰還および正帰
還することにより、速応性よく高精度に電弧を制御でき
るので、材料の溶解や電極の消耗が生じても、一定の形
状の電弧を発生させる効果がある。したがって、たとえ
ば溶接機による溶接部分、あるいは放電加工機による加
工部分が均一となり、品質，強度等が向上すると共に、
加工後の整形作業が不要となる効果を持つ。
【００４８】また、電弧炉，電弧溶接機等では、たとえ
放電中に電弧が切れ通電できなくなっても、自動的に電
極を再接触させ電弧を発生し、継続して動作できるの
で、作業中は一切人手が不要となる効果がある。
放電中に電弧が切れ通電できなくなっても、自動的に電
極を再接触させ電弧を発生し、継続して動作できるの
で、作業中は一切人手が不要となる効果がある。
【００４９】電弧が種々の要因たとえば電弧間隙変化，
電源電圧変動，温度上昇等により電弧形状が変化して、
電弧電圧および電弧電流が変化しても、両制御系の伝達
関数が等しいので相互干渉することなく、短時間に高精
度に制御されるので、一定の電弧形状に復元し易い効果
を持つ。
電源電圧変動，温度上昇等により電弧形状が変化して、
電弧電圧および電弧電流が変化しても、両制御系の伝達
関数が等しいので相互干渉することなく、短時間に高精
度に制御されるので、一定の電弧形状に復元し易い効果
を持つ。
【００５０】電弧電圧と電弧電流の間に一定の関係を持
たせて制御できるように、電弧電圧（あるいは電弧電
流）の基準値を与えるだけで、それに必要な電弧電流
（あるいは電弧電圧）の基準値を計算し指令できるの
で、電弧特性通りの一定形状の電弧を安定かつ継続して
発生させることのできる効果がある。
たせて制御できるように、電弧電圧（あるいは電弧電
流）の基準値を与えるだけで、それに必要な電弧電流
（あるいは電弧電圧）の基準値を計算し指令できるの
で、電弧特性通りの一定形状の電弧を安定かつ継続して
発生させることのできる効果がある。
【００５１】電弧電力は、設定する電弧間隙の増加に対
し２次関数で増加するが、電弧切断までの間の値に自由
に選定できる効果がある。
し２次関数で増加するが、電弧切断までの間の値に自由
に選定できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例の電弧制御系の構成図であ
る。
る。
【図２】電弧間隙と電弧電圧および電弧電流間の特性概
形図である。
形図である。
【図３】図１の電弧制御の動作を説明するための動作波
形である。
形である。
【図４】図１の電弧制御系の伝達関数を示すブロック線
図である。
図である。
【図５】電弧電圧と電弧電流の特性を示す図である。
【図６】電弧電圧指令および電弧電流指令の計算ブロッ
ク線図である。
ク線図である。
１ 電極 ２ 電極駆動機構 ３ 電動機 ４ 金属材料 ５ 電弧 ６ 電源 ７ 電流制限器 ８ 電流変成器 ９ 電圧検出器 １０ 電流検出器 １１ 電圧制御器 １２ 電流制御器 １３ 信号混合制御器 １４ 速度制御器 １５ 電力変換器 １６ 速度検出器 １７ 電弧電圧演算器 １８ 電弧電流演算器 １９ 速度制御器の総合伝達関数 ２０ 電力変換器の伝達関数 ２１ 電動機の伝達関数 ２２ 速度検出器の伝達関数 ２３ 電極駆動機構の伝達関数 ２４ 電極間隙 ２５ 電弧電圧検出系の伝達関数 ２６ 加減算点 ２７ 電弧電圧補償伝達関数 ２８ 電弧電流検出器の伝達関数 ２９ 加減算点 ３０ 電弧電流補償伝達関数 ３１ 加減算点 ３２ 信号混合器の補償伝達関数 ３３ 電圧演算器の計算式 ３４ 電流演算器の計算式 ３５ 電弧間隙指令
Claims (8)
- 【請求項１】電動機に接続された電極駆動機構を有する
電弧発生装置において、電弧特性に基づき、電弧間隙指
令を用いて電弧電圧を計算し電弧電圧基準値として用
い、または電弧間隙指令を用いて電弧電流を計算し電弧
電流基準値として用い、あるいはこれらの電弧電圧基準
値および電弧電流基準値を同時に用いることにより、前
記電極駆動機構を制御する電弧制御方法。 - 【請求項２】請求項１記載の電弧制御方法において、前
記電弧電圧基準値を指令とする電弧電圧制御ループと、
前記電弧電流基準値を指令とする電弧電流制御ループと
が、電極駆動用電動機の速度制御系を共用する電弧制御
方法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の電弧制御方法にお
いて、前記電弧電圧基準値と電弧電圧帰還値の差に制御
操作して得られる電圧制御量と、前記電弧電流基準値と
電弧電流帰還値の差に制御操作して得られる電流制御量
とを混合して共通補償要素として用いて、前記電極駆動
機構を制御する電弧制御方法。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の電弧制御
方法において、電弧間隙と前記電圧制御量との間の伝達
関数と、電弧間隙と前記電流制御量との間の伝達関数が
等しくなるようにした電弧制御方法。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の電弧制御
方法において、前記電弧電圧基準値と前記電弧電流基準
値との間に、電弧の電圧−電流特性の関係をもたせる電
弧制御方法。 - 【請求項６】電極駆動機構を有する電弧発生装置の電弧
を制御する電弧制御装置において、電弧電圧基準値と電
弧電圧帰還値の差に制御操作して電圧制御量を得る手段
と、 電弧電流基準値と電弧電流帰還値の差に制御操作
して電流制御量を得る手段と、 前記電圧制御量と前記電流制御量とを混合して共通補償
要素として用いて、前記電極駆動機構を制御する手段
と、を備える電弧制御装置。 - 【請求項７】請求項６記載の電弧制御装置において、電
弧間隙と前記電圧制御量との間の伝達関数と、電弧間隙
と前記電流制御量との間の伝達関数が等しくなるように
した電弧制御装置。 - 【請求項８】請求項６または請求項７記載の電弧制御装
置において、前記電弧電圧基準値と前記電弧電流基準値
との間に、電弧の電圧−電流特性の関係をもたせる電弧
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19680397A JP3499723B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 電弧制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19680397A JP3499723B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 電弧制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1133827A true JPH1133827A (ja) | 1999-02-09 |
| JP3499723B2 JP3499723B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=16363916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19680397A Expired - Fee Related JP3499723B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 電弧制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499723B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1192020A1 (en) * | 1999-04-12 | 2002-04-03 | Tri Tool Inc. | Control for an arc welding system |
| CN106041236A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-10-26 | 清华大学 | 气膜冷却孔出口处热障涂层放电辅助化学加工扫描方法 |
| CN108062900A (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-22 | 林肯环球股份有限公司 | 利用平视显示器显示模拟和真实世界物体的焊接训练机 |
| CN111687504A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-22 | 南京航空航天大学 | 异形群缝式阴极弧面外槽电解加工装置及其方法 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP19680397A patent/JP3499723B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1192020A1 (en) * | 1999-04-12 | 2002-04-03 | Tri Tool Inc. | Control for an arc welding system |
| EP1192020A4 (en) * | 1999-04-12 | 2005-08-31 | Tri Tool Inc | INSPECTION FOR AN ARC WELDING SYSTEM |
| CN106041236A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-10-26 | 清华大学 | 气膜冷却孔出口处热障涂层放电辅助化学加工扫描方法 |
| CN108062900A (zh) * | 2016-11-07 | 2018-05-22 | 林肯环球股份有限公司 | 利用平视显示器显示模拟和真实世界物体的焊接训练机 |
| CN111687504A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-22 | 南京航空航天大学 | 异形群缝式阴极弧面外槽电解加工装置及其方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3499723B2 (ja) | 2004-02-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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