JPS608142B2 - 高速断続通電溶接機の定電流制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シーム溶接，パルセーション溶接，ステッチ
溶接などのような高速断続通電に対する定電流制御方法
及びその装置に関するものである。

抵抗溶接機の溶接結果は主として溶接中に与えられる、
ｍ…電流の大きさ，‘２｝・・・通電時間，（３’・・
・電極加圧力の３つの因子により大きな影響を受けるが
、わけても電流は、電源電圧変動，負荷変動などによっ
て常に多くの変動要素にさらされており、更に溶接時の
発生熱量において、１２Ｒｔのうち電流は２乗で効き、
かつｔの時間は最近のデジタル制御によって通電時間の
バラツキは全くなくなっているので、電流を一定にする
ことが溶接品質の向上の決め手となっている。このため
、シーム溶接機の定電流装置の開発が試みられているが
、安価で応答が早く、しかもシーム溶接のような高速断
続通電において安定でかつ制御精度の高い定電流装置は
実現していない。

その原因を列挙すれば下記の通りである。１ 変動要因
に対し、高精度で補償するためにはフィードバック制御
が必要である。

２ シーム溶接では、１サイクル通電一１サイクル休止
、という短かし、通電時間の溶接に対しても補償する必
要があるため応答遅れは許されない、したがってフィー
ドバック制御は無理であり、上記１項と相反する要求が
ある。

３ 位相制御による電流制御の負荷が溶接トランスであ
ることから正負電流が僅かでも非対称であると熔接トラ
ンスのコアーが偏磁し、主サィリスタの破損など正常運
転ができなくなるという事故が発生する。

そこで、本発明においては、叙上の問題を解決するため
に開発されたもので、この特長はａ： 負荷変動は溶接
機の負荷の性質上ステップ状の変動はない。

従って負荷変動に対す応答遅れは３サイクル程度でも十
分すぎる応答速度であることに着目して、負荷変動に対
しては、電流フィドバツク制御を用いる。ｂ： 電圧変
動はステップ状に変動するのでこの変動に対し速時応答
する必要がある，このためオープンループの高精度の電
圧補償回路によって対応する。

電圧補償制御はフィードフオワード制御であるため通電
中に電源変動があった場合でも１／２サイクルで補正す
ることが可能である。

通電前に変動がある場合は補正遅れ時間「ゼロ」も可能
となる。ｃ： 断続通電のうち通電時間のみを実効値に
変換してフィードバック信号とし休止時間中は前記通電
信号を保持して、次の通電開始のフィードバック信号に
使うことにより休止時間のない連続通電としてフィード
バック信号を扱かえるので通電の第１サイクル目からフ
ィードバック制御ができる。

ｄ： 主サィリスタの制御による溶嬢トランスへの一次
電流が正負非対称になることを防ぐため、１サイクル単
位で位相制御を行なう。

という点にあり、上記４項の回路要素を結合することに
よって安価でかつ高速断続通電にに対する１／２サイク
ル応答が可能な高性能の定電流制御方法及び装置を実現
する。

次に、本発明の方法を実施するための装置の実施例を図
面に基いて詳細に説明する。

第１図は、本発明装置のブロック図である。

制御系に与えられる外乱として急激な変動は電源変動で
あり、負荷変動はゆるやかに行なわれる。そこで、電源
変動に対しては電圧補償で補正する。動作は第１図で示
すように溶接電源電圧を溶接電源電圧検出回路６で検出
し、その出力をこの電源電圧の変化に応じて位相制御角
を修正して溶接電流が一定になるよう働きかける電圧補
償回路７の入力段である積分器２１に入れる。この電圧
補償回路の積分器２１の出力は「電源電圧の位相に同期
して電源交流波形の１サイクル毎にパルスを発生するサ
ンプリングパルス８によって電源電圧サンプルホールド
回路９にとり込まれ、この出力を加算回路１１を介して
位相制御回路１２に加えて電圧補償制御を行う。

また、負荷変動に対しては電流フィードバック制御を用
いてクローズドループの定電流制御によって行なう。以
下、ブロック図の流れに従って説明する。先ず定電流制
御は、溶接機１に流れる溶接電流を溶接電流検出回路２
によって検出し、加熱（通電）期間のみを電流の実効値
に変換し、通電休止時間中は通電最後又は平均値の実効
値を保持する実効値変換回路３に導き、この実効値変換
回路３の出力電圧と溶接電流設定器４の出力電圧との差
を演算する演算器５の出力を溶接電流サンプルホールド
回路１０‘こ取り込み、保持する。そして、この溶接電
流サンプルホールド回路１０の出力と前記電源電圧サン
プルホールド回路９の出力とを加算回路１１に加えてそ
の出力を、位相制御回路１２に与え、この結果、例えば
電源電圧が降下した場合、この電圧降下による電流の減
少を補償するように電圧補償制御の働きにより瞬時に位
相制御角を進め、また負荷インピーダンスが増加して溶
接電流が減少しようとすると、クローズドループの定電
流制御によって負荷変動による電流減少を補償する。

また、オープンループでの電圧補償での電流補償が完全
でなくとも３サイクルの応答遅れをもつ定電流制御系の
働きによってクローズドループで補償の完全を期すこと
ができる。

実効値変換回路３は加熱休止時間期間中は加熱時間の第
１発目の電流の制御の前の加熱時間の制御の経綾として
行なうのであって、電流を流してみて始めて溶接電流の
大きさを知りこれをフィードバック制御で修正するもの
ではないため、例えば、加熱時間が１サイクルという短
かし、場合であっても、定電流制御を行なうことができ
るのである。

前記した加熱時間の電流実効値を休止時間中保持して次
の加熱時間のフィードバック制御信号として使用する前
記実効値変換回路３は、市販の実効値変換器２０を用い
通電の最終の実効値又は通電時間中の実効値の平均値を
溶接用タイマー１５からの信号によって通電休止時間中
保持する第２図３Ａの如きホールド回路による構成とか
、第２図３Ｂ如き構成によって実効値変換器の入力にア
ナログスイッチ（Ａ，ＳＷ）を設け溶接用タイマー１５
からの信号によって前記変換器の入力を休止時間中はサ
ンプルホールド回路（ＳＨ）を介して、パルス発生器（
ＰＧ）でとり込んだ加熱時最終の値をＳＨから出力し、
これを前記スイッチによって入力に入れることで保持さ
れることもできる。

また他の方法として第２図３Ｃの如く、Ｃ２，Ｒ，で構
成する実効値変換フィル夕のＲ，の回路をトランジスタ
Ｔ，によって、タイマーからの信号で休止時間中ＯＦＦ
させることで加熱時の実効値信号を保持させることでも
よい。

次に、電源電圧サンプルホールド回路９及び溶接電流サ
ンプルホールド回路１０であるがこれは溶接トランスに
与える一次電流の正負の大きさが常に等しくなるように
して溶接トランスのコアーの偏磁を防止するためであっ
て、１サイクル単位でトランスの一次電流を制御するた
めである。１サイクル単位でなく従来通り連続な電圧信
号であると高速くり返しで正負非対称の一次電流が流れ
トランスの焼損，主サィリスタの破かし、事故となる危
険がある。

尚、１／２サイクル単位でもトランスのコアーのマージ
ンがあれば可能であり、多く行なわれている。サンプル
ホールド回路９，１０は第１図のような電源電圧と溶接
電流用の２個を用いず、加算回路１１の出力と位相制御
回路１２の入力との中間に置くことで、１個にすること
もできる。

又、バルセーション溶接、ステッチ溶接或いはシーム溶
接でも休止時間が数サイクルと比較的長い場合は前記９
，１０を省略することもできる。位相制御回路１２に制
御入力が与えられて点弧回路１３を経て主サィリスタ１
４が点弧し、溶接機１に電流が流れその電流を溶接電流
検出回路２で検出してフィードバック制御を行なうこと
は、従来一般に行なわれている方法なので詳細説明は省
く。

第１図では電圧補償信号出力と定電流制御信号出力を加
算回路１１を用いて加算しているが、この加算の方法は
、この図のように位相制御回路と独立するよりもむしろ
位相回路１２の一部としてその機能を行なわせることの
方が一般である。

例えば、第４図で加算回路１１を位相制御回路１２に含
める場合、あるいは第５図のように位相制御発振パルス
を作る発振器、例えばオベアンプ、（タイマＩＣ，ＵＪ
Ｔ）などのスレツシユホールドを決める電位点に前記電
圧補償信号を与えることにより結果的に定電流制御信号
と電圧補償信号を加えることもできる。ここで、実施例
を詳細回路図によって説明する。

第４図は、電圧補償回路の構成図の一実施例である。

２１‘ま１サイクル毎に電源電圧を積分する積分器、９
は積分器の積分値を１サイクル毎に、取り込み信号によ
ってＡＳ２をＯＮさせてアナログデータ一を保持するサ
ンプルホールド回路、１１は電圧補償信号の出力である
前記サンプルホールド回路の出力Ｖと定電流制御信号１
とを加算、又は定電流制御を行なわない場合は溶接電流
設定信号とを加算する加算回路、１２は公知のべデスタ
ル・ランプ方式の位相制御回路である。

位相制御回路１２のＴ，は１／２サイクル毎の電源同期
パルスによって電源のセロクロス点毎にＣ５の電荷を放
電、リセットする。Ｃ５の電位、すなわちコンパレータ
ＣＭ円の３番端子がスレツシュホールド値が入力されて
いる２番端子より上昇した時点でＣＭＰは出力し、パル
ストランスＰＴにパルスを発信、それによりサィリスタ
は点弧する。次に電圧補償制御の動作を説明する。電圧
、補償制御回路７は、積分器２１、サンプルホールド回
路９、加算回路１１、位相制御回路１２、で構成される
が、加算回路１１及び位相制御回路１２は定電流制御と
共用している。

今、電源電圧が下がったとする。

定電流制御は電源変動があっても応答遅れのため一定で
あるとすれば加算器１１の出力は１一Ｖなので電圧変動
前より大となる。べデスタル・ランプ方式の位相制御回
路ではＤ，に入力される電圧（入力制御電圧）が大のと
きは点弧信号は進み溶懐電流は大となるように働くので
電源電圧が下がると溶接電流を増すように作用し、電源
韮奪下による電流の減少を補償することができるのであ
る。次に、マイクロコンピュータを使用した場合の本発
明の他の実施例として第３図について説明する。

なお、図中において前述の同一又は相当部分には同一符
号を付けその説明は省略する。

マイクロコンピューター９（以下マイコンという）を使
用すると、溶接電流の実効値変換回路３、電圧補償回路
７、電源電圧サンプルホールド回路９、熔接電流サンプ
ルホールド回路１０、演算器５、加算回路１１の動作（
制御）はプログラムによって行なうことができるのでこ
れら回路を省略し、マイコンの入力と出力にはＡ／Ｄ変
換器１７、Ｄ／Ａ変換器１８などのィンタフェィスが追
加することによりマイコンによっても、クローズドルー
プの電流フィードバックとオープンループ（フィードフ
オワード）の電圧補償との二つの制御を加えることによ
って高速断続通電の溶接電流の高速応答を可能にした定
電流装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１のブロック図〜第２図は、第
１図に示す実効値変換回路の詳細図、第３図は、本発明
の実施例２のブロック図で、マイクロコンピュータを用
いた場合の一例である。 第４図は、電圧補償回路の構成例を示す回路図「第５図
は、電圧補償信号を加算器を用いず位相制御回路１２の
オベアンプによる比較器、ＣＭ円のスレッシュホールド
電圧を決める端子２番に入れた場合の構成例を示す回路
図である。１・・・溶接機、２…溶接電流検出器、３・
・・実効値変換回路、４・・・溶接電流設定器、５・・
。 演算器、６…溶接電源電圧検出回路、７・・・電圧補償
回路、８・・・サンプリングパルス発生器、９…電源電
圧サンプルホールド回路、ＩＱ…溶接電流サンプルホー
ルド回路、１亀…加算回路、１２・・・位相制御回路、
１３…点狐回路〜 １４…整流素子、１５・・力ロ熱（
通電）時間制御手段（溶接用タイママイクロコンピュー
タなど）、軍６…溶接電源。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接一次電流または二次電流を検出し、この出力を
   溶接用タイマあるいはマイクロコンピユータなどによる
   信号によって加熱（通電）の期間のみを電流実効値に変
   換し、その変換電圧を通電休止時間中、保持しつづけ、
   その保持された信号とあらかじめ設定された溶接電流設
   定信号との差を演算し、上記演算された出力信号と、他
   方、溶接電圧の変動を検出して、上記電源電圧の変動に
   応じて補正制御する出力信号とを加算して、電圧補償制
   御と電流フイードバツク制御とを結合することにより、
   高応答の定電流制御を行なうようにしたことを特徴とす
   る高速断続通電溶接機の定電流制御方法。 ２ 抵抗溶接機であって、溶接一次電流の制御を行う整
   流素子と、溶接通電時間を制御するための手段と、上記
   手段の通電信号を受けて位相制御の動作を開始し、上記
   整流素子を点弧させる位相制御装置とによって高速断続
   通電を行なう電流制御装置において、溶接一次電流また
   は溶接二次電流を検出する電流検出器と、この出力を溶
   接通電時間制御手段による信号で加熱（通電）期間のみ
   を電流実効値に変換し、この電圧値を通電休止時間中保
   持しつづける実効値変換回路と、上記変換回路の出力電
   圧とあらかじめ任意に設定された溶接電流設定信号との
   差を演算する演算器と、溶接電源電圧の変動を検出する
   電源電圧検出器と、この検出器の出力を受けて溶接電源
   電圧の変動に応じてオープンループによって補償制御を
   行なう電圧補償回路と、上記演算器の出力信号と上記電
   圧補償回路の電圧補償信号とを加算する加算回路とから
   成る高速断続通電溶接機の定電流制御装置。