JPS6229183Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は消耗電極式アーク溶接機の改良に関す
るものであり、特に溶接電源の出力調整を略定電
圧特性の溶接変圧器のタツプ切換により行うとと
もに、この調整された溶接変圧器の出力をサイリ
スタなどのスイツチング素子により溶接変圧器の
出力の正負の各半波毎に位相制御して溶接ワイヤ
送給電動機に供給してこれを駆動するようにした
ものである。さらに本考案は前述のスイツチング
素子の位相制御を溶接変圧器の出力電圧値に対応
して決定する位相制御回路を具備することにより
溶接条件の一元調整をも行うものである。

一般に炭酸ガスアーク溶接、ミグ溶接など消耗
電極を使用するアーク溶接機においては溶接電圧
と電流との関係は、使用するワイヤ径およびアー
ク長を一定とした場合、第１図の斜線にて示され
るような適正範囲が存在する。溶接電源として略
定電圧特性の電源を用いる上記各溶接法において
はこの溶接電圧と電流との関係は、そのまま溶接
機出力電圧と溶接ワイヤ送給速度との関係に置換
えられることは周知のところである。溶接電圧と
電流との関係を第１図の適正条件範囲に一致させ
る方法として、従来は一般に溶接機出力電圧と溶
接ワイヤ送給速度とを連動して調整することによ
り行うことが提案されている。そして一般には、
溶接ワイヤ送給速度の調整は別に設けた交流電源
をスイツチング素子により位相制御して供給電圧
を調整することにより行なわれている。ところが
一定の波高値の交流電源から電力を得て位相制御
によりワイヤ送給電動機を制御するときは、この
交流電源としては要求される電動機の最高速度に
よつて定まる比較的高い波高値の電圧の電源を用
意することが必要であるが、そのために溶接ワイ
ヤ送給速度の遅い溶接条件のときには位相制御に
より大きく制限した波形の電圧を電動機に供給し
なければならないことになる。したがつて、電動
機には必要な駆動トルクを発生するために位相制
御により導通するせまい導通角において波高値の
異常に高い電流が流れることになり、電動機の回
転に脈動が生ずることになるばかりでなく、電動
機のブラシ、整流子の摩耗を早め、時にはこの瞬
間的に印加される電磁力のために、電機子巻線が
損傷を受けることもあつた。さらにこのような波
高値の高い電流を供給するためにスイツチング素
子の電流容量も大きなものが必要となり、また電
源もこの高電流に対処し得る大きな容量が必要と
なる。

ところで第１図のグラフを検討するとき、溶接
電圧の低いところでは適正溶接条件範囲となる溶
接電流も低く、ワイヤ送給速度も遅くてよいこと
がわかる。また逆に高い溶接電圧が必要とされる
ときには必要な溶接電流も高く、ワイヤ送給速度
も速いことが要求される。これに対して溶接変圧
器の出力電圧を整流して直流とし、得られた直流
電圧をそのまま、あるいは直列に接続した可変抵
抗器により調整して電動機に供給する方式のもの
が提案されているが、このような方式のものにお
いては、供給電圧と回転速度との関係が、溶接電
圧と溶接電流との関係に全く一致していることが
必要となる。この溶接電圧と電流との関係は使用
する溶接ワイヤの直径や、シールドガスによつて
異なるから、これらに適合し得る電動機は極端に
限定され、事実上完全なものは入手することが困
難である。また可変抵抗器により回転速度の修正
を行うものにおいてはその修正巾があまり広くと
れないのみならず抵抗器中における電力損失が大
きく、発熱のために他の機器への悪影響も発生す
る。

本考案は上記を考慮し、溶接変圧器としてタツ
プ切換により出力を調整する略定電圧特性の溶接
変圧器を用い、溶接変圧器の出力電圧の増減に対
応して変化する電圧をさらに位相制御してワイヤ
送給電動機に供給して用いることにより、第１図
に示したような適正条件範囲において溶接電圧の
低い場合は、電動機電源の電圧も低くし、溶接電
圧の高い場合には電動機電源の電圧も高くして、
さらにこの供給電圧を位相制御により調整して電
動機回転速度を制御することにより電動機の定格
選定の裕度を広くし、また電動機速度の大小にか
かわらずスイツチング素子の導通角をできるだけ
大きくして電動機に供給される電流波形を改善
し、前述の従来技術の欠点を改良したものであ
る。さらに本考案はワイヤ送給電動機の速度を溶
接変圧器の出力電圧に対応して制御することによ
り溶接条件の一元調整をさらに正確かつ容易にし
たものである。

第２図は本考案の実施例を示す接続図である。
同図において、Ｔ１は２次巻線に出力調整用のタ
ツプを設けた溶接変圧器であり、端子１，２に交
流電源が供給される。溶接変圧器Ｔ１の２次出力
は出力調整器SW１により所要の電圧が選択され
て溶接ワイヤ３および被溶接物４に供給される。
SCR１，SCR２はサイリスタなどのスイツチン
グ素子であり、混合プリツジを構成するダイオー
ドDR３，DR４とともに直列接続されたワイヤ送
給用電動機Ｍに溶接機出力電圧を位相制御して供
給する。５はサイリスタSCR１，SCR２に点弧
信号を供給する公知の位相制御回路であり補助変
圧器Ｔ２、ブリツジ接続されたダイオードDR
１、抵抗器Ｒ１ないしＲ４、ツエナーダイオード
ZD１、トランジスタTR１、ユニジヤンクシヨン
トランジスタTR２、コンデンサＣ１およびパル
ストランスPT１から構成されている。Ｅ１は定
電圧電源であり、可変抵抗器VR１と逆流阻止用
ダイオードDR２とによりワイヤ送給速度設定用
基準電圧erを発生する。この基準電圧erとフイー
ドバツク信号として作用する電動機Ｍの電機子電
圧emは図のように逆極性にて直列接続されてお
り、両電圧の差が抵抗器Ｒ４の端子に現われる。
抵抗器Ｒ４の端子電圧（er−em）はトランジス
タTR１のベース回路に供給されこれを導通させ
る。トランジスタTR１の導通によりコンデンサ
Ｃ１がトランジスタTR１の導通度合および抵抗
器Ｒ３の抵抗値によつて定まる速度で充電され
る。コンデンサＣ１の端子電圧はユニジヤンクシ
ヨントランジスタTR２のエミツタ回路に供給さ
れ、この電圧がユニジヤンクシヨントランジスタ
TR２のピーク点電圧を超えると導通しパルスト
ランスPT１にパルスを発生する。このパルスト
ランスPT１の出力によりサイリスタSCR１，
SCR２が導通し、電動機Ｍを駆動する。この結
果、電動機Ｍは電機子電圧emが基準電圧erと一
致する速度となるまで加速されてその速度で安定
運転となり、送給ロール６を駆動して溶接ワイヤ
３を所定の速度で送給することになる。ここで出
力調整器SW１を切換えて、出力電圧が低くなる
方向に設定したときは第１図の適正条件範囲から
も判るように、ワイヤ送給速度も低下させること
が必要となり、可変抵抗器VR１の設定を変えて
基準電圧を低くすることになるが、このときサイ
リスタSCR１，SCR２および電動機Ｍの直列回
路に供給される電圧も出力調整器SW１の切換え
にしたがつて低い値になつているので、サイリス
タSCR１およびSCR２の点弧位相がそれ程遅れ
ることがなく、電動機Ｍに供給される電流波形が
悪くなることが防止できる。第３図はこのときの
電動機Ｍに供給される電圧および電流の波形を説
明する波形図である。同図ａは従来の装置によ
り、低い溶接電流とするために電動機速度を低く
設定した場合の波形を示すものであり、同図ｂは
本考案による場合の波形を示す。同図において、
ｅは電圧波形、ｉは電流波形であり、電圧波形ｅ
の斜線部は位相制御により電動機Ｍに供給される
電圧である。同図ａは必要な最高速度を得るのに
十分な高い波高値の電圧を位相制御にて低い電圧
とするため導通角は狭くなつている。このとき電
流ｉは回路の誘導分により若干位相が遅れるが電
圧波形と同様に、波高値の高い導通角の狭い波形
となる。一方、同図ｂは電源電圧を溶接機出力に
対応して低くしてあるから同図ａのときと同じ回
転速度を得るためには供給する電力量が等しけれ
ばよいから電圧波形の図に斜線で示すように同図
ａにおける斜線部分の面積と等しくなるまで広い
導通角となる。これにともなつて、電流波形の導
通角も広い波高値の低い波形となり電源電圧値を
適当に選択するときはほとんど100％導通角とす
ることができる。このように波形率が大巾に改善
される結果、電動機Ｍの発生トルクの脈動が大巾
に少なくなり、また電流のピーク値が低くなるか
ら、電動機のブラシ、整流子、巻線などの損傷も
少なくてすむことになり、さらに電動機のために
準備すべき電源の電流容量も少なくてすむ。

第２図においては出力電圧調整を溶接変圧器の
２次側にて実施したが、これを溶接変圧器の１次
巻線にタツプを設けて切替えるようにしても全く
同様の効果が得られる。この場合には電動機Ｍと
スイツチング素子SCR１およびSCR２との直列
回路の電源として出力電圧を直接使用する以外
に、溶接変圧器の２次巻線に中間タツプを設ける
かまたは溶接変圧器に補助巻線を設けるかして、
溶接変圧器の出力電圧に対応して変化する電圧を
得てこれを電源として用いれば、電動機の定格電
圧を溶接機の出力電圧に一致させる必要がなく両
者の選定が容易になる。また第２図においては、
サイリスタSCR１，SCR２とダイオードDR３，
DR４との混合ブリツジにより両波整流出力を得
るようにしたが、サイリスタSCR１を１個のみ
使用して半波にて電動機を駆動してもよい。

第４図は別の実施例を示す接続図であり、溶接
変圧器Ｔ１の１次巻線にタツプを設けて出力を調
整するとともに溶接出力用２次巻線Ｓ１の他に補
助巻線Ｓ２を設け、２個のサイリスタSCR１，
SCR２によりセンタータツプ式両波整流により
電動機を駆動するものである。その他の部分およ
び動作については第２図と同様であるので説明は
省略する。

第５図はさらに別の実施例を示す接続図であ
る。同図において、１ないし５は第２図と同様の
機能を有するものである。溶接変圧器Ｔ１は１次
巻線に出力調整用タツプを有し、出力巻線Ｓ１の
他に電動機電源用として補助巻線Ｓ２と位相制御
回路の基準信号用として別の補助巻線Ｓ３とを有
する。出力巻線Ｓ１はセンタータツプを有し、整
流器REC１，REC２およびコンデンサＣ２によ
り直流出力をワイヤ３および被溶接物に供給す
る。また補助巻線Ｓ２の出力はダイオードDR
３，DR４により両波整流された後、サイリスタ
SCR１により位相制御されて電動機Ｍを駆動す
る。さらに補助巻線Ｓ３はブリツジ接続されたダ
イオードDR５、抵抗器Ｒ５およびコンデンサＣ
３により溶接変圧器の出力に対応した直流電圧と
なる。この直流電圧は可変抵抗器VR１の両端に
印加されてレベル調整されて基準電圧er′とな
る。この基準電圧er′は電動機Ｍの電機子電圧em
と比較され差電圧er′−emに応じて、第２図に示
した実施例と同様に、ユニジヤンクシヨントラン
ジスタTR２が導通しパルストランスPT１からパ
ルスを発生し、サイリスタSCR１を導通させて
電動機Ｍを駆動する。同図の実施例においては、
電動機Ｍの回転速度を制御するスイツチング素子
であるサイリスタSCR１は溶接変圧器Ｔ１の出
力に対応した波高値の電圧を有する電源（溶接変
圧器Ｔ１の補助巻線Ｓ２）から電力を供給され、
かつ電動機の回転速度は溶接変圧器Ｔ１の出力に
対応した基準電圧er′（溶接変圧器Ｔ１の補助巻
線Ｓ３の出力を直流に変換してレベル調整した電
圧）によつて制御されることになる。この結果、
溶接変圧器の出力調整器SW１を選定するだけで
常に適正範囲の溶接電流が流れるようにワイヤ送
給速度が決定され、かつそのとき位相制御により
ワイヤ送給電動機に供給される電流は必要な電動
機回転速度を得るのに十分な電圧波高値の電圧を
供給しているから波形率が良好であり、電動機回
転の脈動、寿命の短縮を防止することができる。

以上のように本考案においては、溶接ワイヤ送
給電動機に供給する電力をサイリスタなどのスイ
ツチング素子により位相制御にて調整するに際し
タツプ切換により出力調整を行う溶接変圧器の出
力電圧またはこれに対応する電圧を電源としたの
でつぎのような効果がある。

(1) 溶接条件の適正範囲が第１図のようになつて
いるので、溶接ワイヤを高速で送給する必要の
ある大電流条件においては、溶接変圧器の出力
電圧も高く、逆にワイヤを低速で送給すること
になる小電流溶接条件においては、溶接変圧器
の出力電圧も低くなる。したがつてこのような
溶接変圧器の出力を電源としこれを位相制御に
より調整してワイヤ送給電動機に供給するとき
の供給電圧波形は導通角が電動機の速度の大小
にかかわらず常に広くすることができる。

(2) 電動機に導通角の広い波形の電圧を供給する
ことにより、電動機に流れる電流の波形も導通
角の広いものとなり、電動機の回転に脈動が生
じることがない。

(3) 電流波形の波高値が低くなるので電動機ブラ
シ、整流子、巻線などを損傷することがない。

(4) 電動機用電源を調整するスイツチング素子も
大きなピーク電流に耐えるものが不要となるの
で経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は消耗電極式アーク溶接法における適正
条件範囲の例を示す図、第２図は本考案の実施例
を示す接続図、第３図はワイヤ送給電動機に供給
される電圧および電流の波形図、第４図および第
５図は本考案の別の実施例を示す接続図である。 Ｔ１……溶接変圧器、SW１……出力調整器、
SCR１，SCR２……スイツチング素子（サイリ
スタ）、５……位相制御回路、Ｍ……ワイヤ送給
電動機。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 略定電圧特性の溶接用電源を用いて消耗電極を
   一定速度で送給する消耗電極式アーク溶接機にお
   いて、出力電圧調整用のタツプを設けた溶接変圧
   器と、前記溶接変圧器の出力電圧または出力電圧
   に対応した電圧を電源とするスイツチング素子お
   よび溶接ワイヤ送給電動機の直列回路と、前記ス
   イツチング素子の導通位相を決定する位相制御回
   路とからなり、前記溶接変圧器の出力電圧または
   出力電圧に対応した電圧の設定と、前記スイツチ
   ング素子の位相制御の設定とより、予め定めた一
   定速度で消耗電極を送給して所定値の溶接電流を
   通電する消耗電極式アーク溶接機。