JPS63154274A

JPS63154274A - インバ−タ式抵抗溶接機

Info

Publication number: JPS63154274A
Application number: JP29934386A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Namiki; 三夫並木
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1988-06-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、インバータ式の抵抗溶接機に関し、特に溶接
トランスの小型化とインバータ部品の安全性という２つ
の要件を同時に満たすように工夫したものである。

（従来の技術）最近、電源回路にインバータを用いる抵抗溶接機が市場
に現れ、普及の兆しを見せている。このようなインバー
タ式抵抗溶接機は、これまで最も多用されている単相交
流式抵抗溶接機に比較して次のような特長がある。

（り、溶接トランスに高周波交流を通すため、溶接トラ
ンスを小型にできる。したがって、例えばロボット溶接
に適用した場合、ロボットアーム先端部に溶接トランス
を搭載して二次ケーブルを不要にすることが可能であり
、そうするとケーブルコストが浮くたけでなく、ケーブ
ルによる電力損失がなくなり省電力化が図れる。

（２）、直流の溶接電流なので、発熱効率が高い。した
がって、溶接電流を比較的小さくしたり、あるいは通電
時間を比較的短くすることが可能であり／１８１費電力
の節約と溶接電極の長寿命化が図れる。

（３）三相の商用交流電源が使用可能で、その場合三相
平衡負荷になり、力率がよい。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、上記（１）に関し、溶接トランスの小型化を
推し進めていくと、被溶接材への供給電力を大きくする
ためにインバータのパルス状高周波交流出力のパルス幅
を大きく設定した場合に、インバータの出力ドライブ回
路を構成するＧＴＯ（ゲート拳ターン昏オフ・サイリス
タ）またはＧＴＲ（ジャイアント・トランジスタ）など
の半導体素子が破壊するという不具合が生じる。

この問題を現象的に調べてみると、溶接トランスの一次
側で通電開始直後にＧＴＯまたはＧＴＲの最大定格電流
を大幅に越える一種のサージ電流が流れることが認めら
れる。他方、溶接トランスの二次側、つまり負荷側の回
路では何ら異常な現象は認められない。したがって、原
因は溶接トランスにあると考えられる。

いずれにせよ、従来のインバータ式抵抗溶接機では、溶
接トランスが単相交流式抵抗溶接機のそれに比較してず
っと小型になるとはいうものの、上記のような不具合に
よって小型化が制限されているのが実情であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、溶接
トランスの小型化とインバータ部品の安全性という従来
相反していた２つの要件を同時に満たすようにしたイン
バータ式抵抗溶接機を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）」二足目的を達成する本発明の構成は、商用交流を整流
して直流にし、この直流をインバータにより所定周波数
のパルス状高周波交流に変換し、この高周波交流を溶接
トランスに通したのち整流器に通して再び直流にし、こ
の直流を溶接電極を介して被溶接材に供給するようにし
た抵抗溶接機において、通電開始直後の複数のサイクル
にわたりパルス状高周波交流のパルス幅が小さな幅から
段々と増大して定常の幅に達するようにインバータを制
御する手段を備えることを特徴とする。

（作用）第３図につき本発明の詳細な説明する。

第３図（Ａ）はパルス状高周波交流のパルス幅が通電開
始直後から比較的狭い一定の幅ＴＮに設定された場合に
得られるインバータ出力電流の波形図、第３図（Ｂ）はパルス状高周波交流のパルス幅が通電開
始直後から比較的広い一定の幅ＴＶに設定された場合に
得られるインバータ出力電流の波形図、および第３図（Ｃ）は本発明にしたがってパルス状高周波交流
のパルス幅が通電開始直後の複数のサイクル（図示の例
では５サイクル）にわたり小さな幅Ｔｏから段々と増大
して定常の幅ＴＶに達するように変化した場合に得られ
るインバータ出力電流の波形図である。

溶接トランスが小型の場合、被溶接材への供給電力を太
き（するためにインバータのパルス状高周波交流出力の
パルス幅を大きく設定すると、第３図（Ｂ）に示すよう
に溶接トランスの一次側でＧＴｏまたはＧＴＲの最大定
格電流を大幅に越える一種のサージ電流ＳＩが流れる。

第３図（Ａ）では同じ溶接トランスなのにサー′）電流
ＳＩは流れず正常である。

この現象を検Δ１してみると、小型の溶接トランスはコ
アが少ないため、パルス電圧に対して磁気飽和に至りや
すく、通電開始直後にいきなり直流に相当するような大
きな幅のパルスが溶接トランスに入力すると電圧に追随
して磁束か増大しなくなり、この結果その磁束不足分を
補うように励磁電流がサージ電流ＳＩとして急激に流れ
るものと考えられる。また、第３図（Ｂ）に示すように
、サージ電流ＳＩは片側の極性にのみ発生するが、これ
は最初のパルスの極性方向に片励磁現象か起きることを
意味する。

一方、第３図（Ａ）のようにパルス幅を抑えた場合に片
励磁が起きずサージ電流が生じないのは、通電開始直後
の衝撃、特に最初のパルスのパルス幅が比較的小さいの
で、溶接トランスの磁束が一次側電圧に追従できるため
と考えられる。

しかして、本発明によれば、第３図（Ｃ）に示すように
、定常的には（第５サイクル以後は）第３図（Ｂ）の場
合と同じパルス幅ＴＶになるのにサージ電流ＳＩが発生
しない。これは、通電開始直後のパルス状高周波交流の
パルス幅が小さな幅Ｔｎであるから、溶接トランスに与
える衝撃度が小さく、パルス幅が段々と増大しても（し
たがって電圧実効値が段々と増大しても）それに磁束が
追随して増大するためと考えられる。

いずれにせよ、本発明によれば、溶接トランスの小型化
を推進してもインバータ部品を破壊することなく比較的
大きな溶接電力を被溶接材に供給することが可能となる
。

（実施例）以下、第１図および第２図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶
接機の主要な構成を示す。

三相の商用交流電源端子１０に整流回路１２の入力端子
が接続され、整流回路１２の出力端子には直流が得られ
る。この直流はコイル１４とコンデンサ１６からなる平
滑回路で平滑されてからインバータ回路１８に入力され
る。このインバータ回路１８は、ＧＴＯまたはＧＴＲを
出力ドライブ回路のスイッチング素子とする周知のもの
で、入力した直流を高周波のスイッチングで切り刻むよ
うにしてパルス状（矩形）の高周波交流を出力する。イ
ンバータ回路１８のスイッチングひいてはその高周波交
流出力のパルス幅は、後述するようにインバータドライ
ブ回路３０を介してパルス幅制御回路３２により制御さ
れる。

インバータ回路１８より出力される高周波交流は従来よ
りも小型の溶接トランス２０の一次側に供給され、その
二次側には降圧された高周波交流が得られ、これはダイ
オード２２ａ、２２ｂからなる整流回路２４により直流
に整流される。そして、この直流の電流Ｉが溶接電極２
６ａ、２８ｂを介して被溶接材２８ａ、２８ｂに供給さ
れる。

さて、この実施例のパルス幅制御回路３２は、パルス幅
変調（ＰＷＭ）方式によりインバータ回路１８の出力高
周波交流のパルス幅を制御するもので、シーケンス回路
３６からスタート信号ＳＴを受けると周波数発生器３４
から例えば一定周波数の三角波信号ＳＦを変調波として
入力し、これを内部の電圧発生器より出力される電圧信
号ＥＬと比較（第２図Ａ）することによってＰＷＭ信号
ＳＰＷＭ（第２図Ｂ）を生成し、これに基づいてインバ
ータ回路１８の各ＧＴＯまたはＧＴＲをオン書オフ制御
する。第２図（Ａ）に示すように、電圧信号ＥＬが通電
開始時刻ｔｏより次第に上昇して時刻ｔｅ付近で定常レ
ベルに達することにより、通電開始直後の５サイクルに
わたってＰＷＭ信号Ｓ　ＰＩ！Ｈのパルス幅が通電開始
直後の小さい幅Ｔｎから段々と増大して第５サイクル付
近で定常の幅ＴＷに達する。このような通電開始直後の
パルス幅変化期間ｔＯ〜ｔｅは、例えば数ｍ５ｅｃに選
ばれる。

しかして、インバータ回路１８では、ＰＷＭ信号Ｓ　Ｐ
ＷＭにしたがって入力の直流がＧＴＯまたはＧＴＲでス
イッチングされることにより、第３図（Ｃ）と同様なイ
ンバータ出力電流ＩＯが得られ、これが小型の溶接トラ
ンス２０に入力されても片励磁ないしサージ電流が発生
することはなく、シたがってＧＴＯまたはＧＴＲなどの
インバータ部品が破壊されることもない。

なお、通電開始直後にインバータ出力のパルス幅が段々
と増大する時間範囲またはサイクル数は上記のように数
ｍ５ｅＣまたはＳサイクルに限定されるものではなく、
適宜変更可能である。

また、上記実施例のパルス幅制御回路３２９周波数発生
器３４の機能をマイクロコンピュータで実施することも
可能である。また、上記実施例ではインバータ回路１８
の高周波交流出力をオープンループで制御したが、クロ
ーズトループ制御を行う場合にも本発明は適用可能であ
る。したがって、本発明における定常なパルス幅（ＴＶ
　）は厳密に一定であることに限定されず、必要に応じ
て可変制御される場合も含まれる。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、通電開始直後の複数の
サイクルにわたりインバータ回路より溶接トランスに供
給されるパルス状高周波交流のパルス幅が小さい幅から
段々と増大して定常の幅に達するようにしたことにより
、定常のパルス幅を比較的太き（設定してもサージ電流
ＳＩが発生しなくなるので、インバータ部品の破壊を招
くこともなく、溶接トランスの一層の小型化を図ること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶
接機の主要な構成を示すプロ、り図、第２図は、第１図
のパルス幅制御回路の動作を説明するための信号波形図
、および第３図は、本発明の詳細な説明するための信号波形図で
ある。１２・・・整流回路、１８・・・・インバータ回路、２
０・・・・溶接トラ７ス、２４・・・・整流回路、２６
　ａ　＋　２６　ｂ・・・・溶接電極Ｎ　２８ａ、２８
ｂ・・・・被溶接材、３２・・・・パルス幅制御回路、
３４・・・・周波数発生器。

Claims

【特許請求の範囲】商用交流を整流して直流にし、前記直流をインバータに
より所定周波数のパルス状高周波交流に変換し、前記高
周波交流を溶接トランスに通したのち整流器に通して再
び直流にし、この直流を溶接電極を介して被溶接材に供
給するようにした抵抗溶接機において、通電開始直後の複数のサイクルにわたり前記パルス状高
周波交流のパルス幅が小さい幅から段々と増大して定常
の幅に達するように前記インバータを制御する手段を備
えることを特徴とするインバータ式抵抗溶接装置。