TWI416858B - 熔接用電源裝置 - Google Patents

Description

熔接用電源裝置

本發明係有關一種熔接用電源裝置，尤其是將電極與工件接觸後，使其分離得以在電極與工件之間發生電弧之接觸點弧式(觸發式)之熔接電源裝置。

此種熔接用電源裝置，在以往有如日本專利公開公報2000－61636號所發表者。於此等熔接用電源裝置在輸入端之交流．直流變換器將交流電壓變換為直流電壓。由此變換器之直流電壓經變頻器(Inverter)變換為高頻電壓。再將此經變頻器之高頻電壓經過由變壓器變壓。在輸出端交流－直流變換器將自變壓器之高頻電壓變換為直流電壓，供應至電極與工件。在電極與工件短絡之狀態下分離電極與工件時，使電極與工件間發生電弧。

供應至電極與工件之輸出電壓Vo，及流入電極與工件之輸出電流Io之推移由圖示則如圖1a與圖1b。即設在某一時點t10之電極與工件互相分離、在雙方間設為無發生電弧之無負載狀態。於時點t10之輸出電壓Vo將如圖1a所示，維持在發生電弧所需之某一定值之電壓Va，例如維持在Va＝數十〔V〕。另一方，輸出電流Io為如圖1b所示為零(Io＝0〔A〕)。

於時點t10之較後之時點t11，使電極與工件接觸時，輸出電流Io將急速增大。另一方輸出電壓Vo則急速降低，大致成為零(Vo≒0〔V〕)。再在時點t11之更後之時點t12，電極與工件分開某些距離時，在兩者之間發生電弧。此電弧在電極與工件保持適當距離而能繼續維持。此時為穏定電弧而變頻器受定電流控制使輸出電流Io為一定之定電流值Ia。隨此定電流控制，輸出電壓Vo亦穏定在一定之電壓值Vb。電壓值Vb因輸出電流Io之電流值Ia而變動，但大致較電壓值Va為低。

在時點t12更後之時點t13，電極與工件之分離再大時，電弧熄滅。如是成為如同在時點t10時之無負載狀態。

過去之如此技術之在無負載狀態時，輸出電壓Vo要維持在發生電弧所需要之一定電壓值Va方能確實發生電弧。但是另一方為維持輸出電壓Vo為一定之電壓值Va，在無負載狀態亦需驅動變頻器以致有電力耗損。而且，變壓器要有一定之激勵電流，也有此激勵電流之電力耗損。此即如圖5a之符號100，100…所示會發生一定之無負載耗損。由此無負載電力耗損之發生，以致熔接用電源裝置整體之消耗電力加大。

本發明之目的為提供一種能較過去消耗電力低之熔接用電力裝置。

本發明之接觸點式熔接用電源裝置，係將電極與工件接觸之後使其分離，而能在此等電極與工件間發生電弧者。此熔接用電源裝置具備變頻器，將經由輸入端子輸入之直流電壓變換為高頻電壓。變頻器所變換之高頻電壓由變壓器變壓為變壓高頻電壓。將此變壓高頻電壓由輸出裝置變換為規定形態，例如變換為直流電壓或低頻交流電壓，自連接有電極與工件之輸出端子輸出。隨之，由判定裝置判定是否有發生電弧之要求。依據此判定裝置之判定結果，由變頻器控制裝置控制變頻器。變頻器控制裝置獲得要求發生電弧之判定結果時，控制變頻器使輸出端子所輸出之輸出電壓成為能實現發生電弧所需之第1值。另一方如獲得未要求發生電弧之判定結果時，控制變頻器使輸出電壓成為較第1值為小之第2值。

再者，變頻器控制裝置，可為例如在連續驅動變頻器時能發生第1值輸出電壓，在間歇驅動變頻器時則發生第2值輸出電壓。

於是，變換器在間歇驅動時，使變頻器驅動時間較非驅動時間為短為佳。

再者，判定裝置亦可依據經過輸出端子所流之輸出電流，判定是否有發生電弧之要求。例如為發生電弧而電極與工件互相接觸時，輸出電流會急速增大。判定裝置依據此輸出電流是否急速增大，例如是否超過規定閾值，而可判定電極與工件是否接觸。

但是，如上述變頻器在間歇驅動時，變頻器在非驅動期間中如電極與工件接觸，輸出電流並不立即增大，待下次變頻器被驅動時才增大。因此在如此情形下，判定裝置將判定是否有依據該輸出電流要求發生電弧，如是會產生自電極與工件接觸至判定裝置認清此接觸為止之間之時間延遲。

為解除此時間延遲，變頻器在非驅動期間中為使判定裝置能判定，亦可再設判定用電壓供應裝置自輸出端子輸出判定用電壓。

參照圖2~圖6，說明本發明之一實施方式。

如圖2所示，本實施方式有關之熔接用電源裝置10，具備輸入3相商用交流電壓之輸入端子12。輸入於輸入端子12之商用交流電壓經過變換裝置，輸入於例如輸入端整流平滑電路14而變換為直流電壓。輸入端整流平滑電路14，係由整流商用交流電壓之輸入端整流裝置，例如3相電橋整流電路16，與將此3相電橋整流電路16之整流電壓加以平滑之輸入側平滑裝置，例如平滑用電容器18所構成。

自輸入端整流平滑電路14之直流電壓，輸入於變頻器20，變換為例如頻率為10〔kHz〕~100〔kHz〕之任一高頻電壓。圖上雖未詳述之變頻器20，係具備多數半導體開關元件，例如IGBT、雙極電晶體或FET。由後述之驅動電路22所供應之驅動訊號，此等半導體開關元件作開關動作。

自變頻器20之高頻電壓，輸入於變壓器24之初級端線圈24a。由變壓器24所變壓之高頻電壓之變壓高頻電壓，係由次級端線圈24b輸出，輸入於輸出裝置，例如輸出端整流平滑電路26。

輸出端整流平滑電路26，將來自變壓器24之變壓高頻電壓整形為直流電壓，例如進行變換。平滑電路26包含整流變壓高頻電壓之輸出端整流裝置，例如全波整流電路28，而此全波整流電路28係由2個二極管28a及28b所構成。此因全波整流電路28之整流電壓加以平滑之輸出端平滑裝置，例如平滑用電抗30亦包含輸出端整流平滑電路26。自此輸出端整流平滑電路26之直流電壓，作為輸出電壓Vo由輸出端子32輸出，供應至連接於輸出端子32之電極34與工件36。於此實施方式，在輸出端子32之負端子32a連接電極34，輸出端子32之正端子32b連接工件36。

再者，在全波整流電路28之輸出端與正端子32b之間，裝設檢測流經此間之輸出電流Io之電流檢測裝置，例如電流檢測電路38。此電流檢測電路38，產生所檢測之輸出電流Io大小之電流檢測訊號。此電流檢測訊號，係輸入於構成變頻器控制裝置之一部之PWM控制電路40及判定裝置，例如判定電路42。電流檢測電路38亦可設於平滑用電抗30之輸出端與負端子32a間。

PWM控制電路40係依據自電流檢測電路38之電流檢測訊號，連續產生以PWM方式控制變頻器20之PWM控制訊號。PWM控制訊號。PWM控制訊號係按能成為電流檢測訊號預設值而變化。PWM控制訊號輸入於構成為變頻器控制裝置之一部分之切換電路44。

判定電路42，依據自電流檢測電路38之電流檢測訊號，判定輸出電流Io是否流過，具體的是判定輸出電流Io是否超過較零為大之規定閾值Ib，並產生顯示其結果之判定訊號。此判定訊號亦輸入於切換電路44。

切換電路44係依據自判定電路42之判定訊號，即依據輸出電流Io是否超過閾值Ib而切換為第1狀態或第2狀態之一。當輸出電流Io超過閾值Ib時，切換電路44成為將PWM控制電路40之PWM控制訊號直接輸出之第1狀態。當輸出電流Io為閾值Ib以下時，切換電路44成為將PWM控制電路40之PWM控制訊號間歇輸出之第2狀態。

自切換電路44連續或間歇輸出之PWM控制訊號，輸入於構成變頻器控制裝置之驅動電路22。驅動電路22依據所輸入之PWM控制訊號而產生之驅動訊號傳至變頻器20。

如此構成之熔接用電源裝置10，輸出電壓Vo及輸出電流Io之推移有如圖3a與圖3b。

即，於圖3a與圖3b之某一時點t10，電極34與工件36為分離狀而為無負載狀態。如此無負載狀態將維持至t1。在此無負載狀態下，如圖3b所示輸出電流Io不流，其值為閾值Ib以下。由此，切換電路44成為第2狀態。此時PWM控制訊號欲變化為電流檢測訊號所預先設定之值。此時切換電路44間歇輸出PWM控制訊號。隨着依據此間歇的PWM控制訊號之驅動訊號，變頻器20受間歇驅動。此結果，輸出電壓Vo將如圖3a所示，成為交互反覆某一定電壓值Va之高電壓期間Ta、與成為零之低電壓期間Tb之脈衝狀態。

再者，高電壓期間Ta相當於變頻器20之驅動期間，低電壓期間Tb相當於變頻器20之非驅動期間。高電壓期間Ta較低電壓期間Tb為短，例如為1〔ms〕。另一方，低電壓期間Tb例如為9〔ms〕。將高電壓期間Ta與低電壓期間Tb相加之周期Tc為10〔ms〕，對周期Tc之高電壓期間Ta之功能比(Ta/Tc)為0.1。

再者，於高電壓期間Ta之輸出電壓Vo之電壓值Va，將為實現發生電弧所需之充分電壓值，例如Va＝約60〔V〕。電壓值Va視電極34與工件36之狀況(規模與種類等)而異。於時點t1，設使電極34與工件36接觸。於時點t0至時點t1之間之輸出電壓Vo之平均值為較發生電弧所需電壓值Va為小。

設時點t1為輸出電壓Vo之高電壓Ta期間中。因電極34與工件36為接觸中，將如圖3b所示，輸出電流急速增大而超過閾值Ib。由此切換電路44成為連續輸出PWM控制訊號之第1狀態。隨着依據此連續之PWM控制訊號之驅動訊號，變頻器20連續被驅動，驅動成電流檢測訊號為預設值。此時之輸出電壓Vo因電極34與工件36為接觸，因此如圖3a所示大致為零。

於時點t2，電極34與工件36被分離，在此等之間發生電弧。此時之電弧因適當保持電極34與工件36之距離得以維持。此時控制變頻器20使電流檢測訊號能為預設值，如圖3b所示，輸出電流Io成為一定電流值Ia而電弧穏定。隨此如圖3a所示輸出電壓Vo亦穏定在一定之電壓值Vb。再者，電弧穏定時之輸出電流Io之電流值Ia、因電極34與工件36之情形而改變，大致為Ia＝200〔A〕~600〔A〕。另一方輸出電壓Vo之電壓值Vb、因輸出電流Io之電流值Ia而變化、大致為Vb＝20〔V〕~30〔V〕。

再者，於時點t3，電極34與工件36分離加大時，電弧消滅而再成為無負載狀態。由此，如圖3b所示，輸出電流Io不流。如此輸出電流成為閾值Ib以下時、切換電路22變換為如上述之第2狀態，變頻器成為間歇驅動。此結果，輸出電壓Vo將如圖3a所示再成為脈衝狀。

於時點t4，設電極34與工件36互相接觸。同時設於此時點t4為輸出電壓Vo在低電壓期間Tb之中。此時輸出電流Io不立刻增大、待至到達輸出電壓Vo之高電壓期間Ta之時點t4'時才增大。因輸電流Io之增大，變頻器20切換為連續驅動，電弧才可能發生。在輸出電壓Vo之低電壓期間Tb中為發生電弧而電極34與工件36互相接觸時，在其時點t4至可發生電弧之時點t'4之間，發生時間滯後Td。此時間滯後Td至少較定電壓期間Tb為短，即Td<9〔ms〕，因此尤其是在手動熔接，在實用上無任何問題。

之後，例如在某時點t5，將電極34與工件36分離時，如同時點t2，在此等電極34與工件36之間發生電弧。於是此電弧在電極34與工件36間之距離因保留適當得以維持着，且因變頻器受定電流控制而穏定。再者，於時點t6電極34與工件36再拉大，則如同時點t3電弧消滅，成為無負載狀態。

如上，依據此實施方式，在無負載狀態時，輸出電壓Vo形成交替反覆顯示發生電弧所需電壓值Va之高電壓期間Ta、與成為零之低電壓期間Tb之脈衝狀。而僅在輸出電壓Vo之高電壓期間Ta驅動變頻器20，變壓器24通過激勵電流。換言之，在輸出電壓Vo之低電壓期間Tb，變頻器20不受驅動，變壓器24不通過激勵電流。因此，和在無負載狀態時輸出電壓Vo需維持發生電弧所需之電壓值Va之上述過去之技術比較，本發明在無負載狀態時變頻器20受驅動時之電力耗損，及因變壓器24流過激勵電流之電力耗損較小。即在過去之技術為如圖1a之符號100，100，…所示會發生一定之無負載電力耗損，與此比較，在本實施方式，如圖3a之符號50，50，…所示，可抑制無負載電力耗損之發生僅在高電壓期間Ta之一部分期間。因此可較以往之熔接用電源裝置10可求得整體之低消耗電力化。

再者，在本實施方式，假設輸出電壓Vo之高電壓期間Ta為Ta＝1〔ms〕，但是並不限制於此。即，此高電壓期間為任意者，例如可在Ta＝1〔ms〕~10〔ms〕之範圍適當設定。

又，低電壓期間Tb亦為任意者，例如可在Tb＝數〔ms〕~數十〔ms〕之範圍適當設定。但是考慮上述時間滯後，則該定位電壓期間Tb，在本實施方式所說明之Tb＝10〔ms〕較為適當。

再者，在本實施方式，對變頻器20作定電流控制，但並不限於此。例如作定電壓控制使發生電弧時之輸出電壓Vo為一定亦可，或作定電壓控制使輸出電力為一定亦可。

又，為控制變頻器20之方式，採用PWM方式，但是採用PAM(Pulse A mplitude Modulation脈幅調制)方式等等其他方式亦可。

再者，依據輸出電流Io是否超過閾值Ib，用以判定電極34與工件36是否互相接觸，但是並不限定於此。例如設有要發生電弧時可由手動操作之按鈕等操作裝置，可依據此操作裝置之操作狀態判定是否要求該發生電弧。

又於本實施方式，在輸出端子32之正端子32b連接工件36，負端子32a連接電極34，但是亦可在正端子32b連接電極34，負端子32a連接工件36.

於此實施方式，係在輸出直流輸出電壓Vo及輸出電流Io之直流型熔接用電源裝置10實施本發明，但是並不限定於此，。例如在頻率為約數十〔Hz〕之交流輸出電壓及輸出電流之交流型熔接用電源裝置亦可實施本發明。

再者，為解除上述時滯Td，例如如圖3所示，在輸出電壓Vo之低電壓期間Tb中，亦可在正端子32b與負端子32a間加上電壓Vc作為判定用電壓。此電壓Vc係在Tb之低電壓期間中電極34與工件36互相接觸時選擇使輸出電流Io能超過閾值Ib，例如Vc＝15〔V〕。由於加上電壓Vc，將如圖4a、圖4b之點t4，設使輸出電壓Vo之低電壓期間Tb中電極34與工件36互相接觸、亦可立即增大輸出電流而解除時滯Td。

再者，如此輸出電壓Vo之低電壓期間Tb中加上電壓Vc時，例如構成如圖5即可。輸出電壓Vc之直流電源46與開關48之串聯電路連接於正端子32b與負端子32a之間。開關44隨判定電路42之判定訊號而開閉。當判定電路42之判定訊號顯示輸出電流Io為閾值Ib以下時，開關48依判定訊號而關閉。判定電路42之判定訊號顯示輸出電流Io為閾值Ib以上時，開關48依判定訊號而打開。

在輸出電壓Vo之低電壓期間Tb中也驅動變頻器20時，使該輸出電壓Vo成為電壓Vc亦可。若在如此低電壓期間Tb中亦要驅動變頻器20時，亦不必設高電壓期間Ta。即、如圖6a、圖6b所示，驅動變頻器，使輸出電流Io為閾值Ib以下時之輸出電壓Vo成為電壓Vc。如是將如圖5a符號52、52、…所示，將較圖1a符號100、100、…所示之以往技術者可抑制無負載電力耗損。

如上，說明本實施方式之內容，係為實施本發明之例，而非限定本發明者。

10．．．電源裝置

12．．．輸入端子

14．．．輸入端整流平滑電路

18．．．平滑用電容器

22．．．驅動電路

24．．．變壓器

26．．．平滑電路

28．．．全波整流電路

34．．．電極

36．．．工件

38．．．電流偵測

40．．．PWM控制

42．．．判定裝置

44．．．開關

圖1(a)及圖1(b)為習知之熔接用電源裝置之輸出電壓與輸出電流之變化之圖。

圖2為本發明一實施例之熔接用電源裝置之概略構成圖。

圖3(a)及圖3(b)為圖2所示熔接用電源裝置之輸出電壓與輸出電流之變化圖。

圖4(a)及圖4(b)為圖2所示熔接用電源裝置之變化例之輸出電壓與輸出電流之變化圖。

圖5為圖4所示熔接用電源裝置之概略構成圖。

圖6(a)及圖6(b)為於圖5之電源裝置之輸出電壓與輸出電流之變化之圖。

10．．．電源裝置

12．．．輸入端子

14．．．輸入端整流平滑電路

18．．．平滑用電容器

20．．．變頻器

22．．．驅動電路

24．．．變壓器

26．．．平滑電路

28．．．全波整流電路

34．．．電極

36．．．工件

38．．．電流偵測

40．．．PWM控制

42．．．判定裝置

44．．．開關

Claims (4)

1. 一種熔接用電源裝置，為使電極與工件接觸後分離而在上述電極與工件之間發生電弧之接觸點弧式者，係具備：變頻器，經由輸入端子所輸入之直流電壓變換為高頻電壓；變壓器，將上述高頻電壓變壓為變壓高頻電壓；輸出裝置，將上述變壓高頻電壓變換為一定形態之輸出電壓，自連接有上述電極與上述工件之輸出端子輸出；判定裝置，判定是否有上述發生電弧之要求；及變頻器控制裝置，依據上述判定裝置之判定結果控制上述變頻器，其中，在上述判定結果指出有發生電弧之要求時，上述變頻器控制裝置使上述變頻器連續驅動，而在上述判定結果指出還未發生電弧之要求時，上述變頻器控制裝置使上述變頻器間歇驅動。
2. 根據請求項1之熔接用電源裝置，其中，在上述變頻器間歇驅動時，上述變頻器之驅動期間較非驅動期間為短。
3. 根據請求項1之熔接用電源裝置，其中，上述判定裝置係依據流經上述輸出端子之輸出電流而判定。
4. 根據請求項3之熔接用電源裝置，其中，再具備判定用電壓供應裝置，在上述變頻器之非驅動期間中，為使上述判定裝置能進行判定而自上述輸出端子輸出判定用電壓。