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JP3619700B2 - トランジスタ式交流溶接電源 - Google Patents

トランジスタ式交流溶接電源 Download PDF

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JP3619700B2 JP07906499A JP7906499A JP3619700B2 JP 3619700 B2 JP3619700 B2 JP 3619700B2 JP 07906499 A JP07906499 A JP 07906499A JP 7906499 A JP7906499 A JP 7906499A JP 3619700 B2 JP3619700 B2 JP 3619700B2
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  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、抵抗溶接電源に係り、特にトランジスタ式交流溶接電源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
金属同志を加圧しながら熱を加え接合する圧接方法として、抵抗溶接が知られている。この抵抗溶接には金属同志を重ねて電流を流した時の電気抵抗による発熱を利用する重ね抵抗溶接と、金属同志を突き合わせてこの突き合せ部分に電流を流し発熱させる突き合せ抵抗溶接とがある。
【0003】
重ね抵抗溶接には、スポット溶接と、パラレルギャプ溶接と、シーム溶接とがある。スポット溶接は、重ねた金属を2つの電極間に挟み、金属の厚さ方向に電流を流すものである。パラレルギャップ溶接は平行な一対の電極を重ねた金属の一側面に平行に押圧し、金属の平面方向に電流を流すものである。またシーム溶接は、2つの回転電極の間に2枚の金属板を挟み両電極間に断続電流を流し、点溶接を連続した形で溶接するものである。
【0004】
これらの重ね抵抗溶接に用いられる溶接電源として図4、5に示すものが公知である。図3はこれら公知の各方式による溶接電流の波形を比較して示す図である。
【0005】
図4はトランジスタ式溶接電源の回路構成を示す図である。この方式では商用交流電源の電圧をトランス20で減圧し、ブリッジ回路32で全波整流してコンデンサ34を充電する。ここにコンデンサ34の充電電圧は、ブリッジ回路32の整流素子の一部となるスイッチング素子(サイリスタ)32a、32aの点弧位相を充電制御回路36で制御することにより制御する。
【0006】
コンデンサ34から溶接電極38に導かれる電流はトランジスタ40により増幅制御される。すなわち溶接電流および溶接電圧が増幅乗算回路42に入力され、ここで電流・電圧・電力が求められて増幅制御回路44にフィードバックされる。増幅制御回路44は、溶接条件設定部46で設定された条件に従ってトランジスタ40の増幅度を決め、トランジスタ40を制御する。
【0007】
ここに溶接条件は、例えば定電流、定電圧、定電力などの制御モードの設定と、溶接電流・電圧・電力などの設定と、溶接終了条件とを含む。このトランジスタ式の溶接電源により、定電流モードで溶接した場合の電流波形を図3(A)に示す。
【0008】
このようなトランジスタ式の溶接電源は、トランジスタ40によって溶接電流が直接制御されるため、図3(A)に示すようにきめ細かく滑らかな波形が得られる。また、応答速度が速いという長所がある。一方、直流出力であるため極性効果の大きい材料では溶接性が悪く、電極の片側減りが起こるという欠点がある。
【0009】
これは、異種金属間の溶接においては、その接触部分には電流の方向に従いペルチエ効果により吸熱または発熱が生じ、トランジスタ式の溶接電源のように直流出力であると、電極には一定方向の電流しか流れないので、+極側では吸熱があるから溶接温度が低くなり溶接強度が弱くなると共に電極の消耗が大きくなり、−極側では発熱があるから溶接が良好で電極の消耗も少ないからである。
また、一旦コンデンサ34に充電したエネルギを放電させる構成のため通電時間が短く、したがって溶接エネルギが少ないという欠点もある。
【0010】
図5はインバータ式の溶接電源の回路構成を示す図である。この回路では3相商用交流をダイオードブリッジなどからなる整流回路50で整流し、コンデンサ52を所定電圧に充電する。このコンデンサ52はインバータ回路54および溶接トランス56の一次側を介して放電される。このトランス56の二次側は整流回路58を介して電極60に接続されている。
【0011】
溶接電流および溶接電圧はフィードバック回路62を介してPWM(Pulse
Width Modulation)回路64に帰還される。PWM回路64は制御回路66により設定された溶接条件になるようにインバータ回路54をPWM制御する。図3(B)に示す曲線は、この方式による電流波形を示し、商用電源よりも十分に高い周波数でオン・オフ変化する溶接電流となる。
【0012】
このようなインバータ式の溶接電源は一次電源を整流回路50とコンデンサ52とからなる整流平滑回路で平滑しながらインバータ回路54でそのまま制御し、溶接電流を流す構成としているから通電時間を長くできるという長所をもつ。一方、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチングによるPWM制御であるため溶接電流にスイッチング痕跡が残るという欠点がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の溶接電源にはそれぞれ次のような問題点があった。
(1)トランジスタ式の溶接電源の場合は、直流出力であるため、極性効果の大きい材料では、溶接性が悪く、電極の片側減りが起きる。また、一旦コンデンサに充電したエネルギを放電させるので通電時間が短く、従って溶接エネルギが小さい。
(2)インバータ式の溶接電源の場合はPWM制御によりインバータ回路をスイッチングしたギザギザのスイッチング痕跡が残る。
本発明は、上記課題を解決するために、インバータ回路の一方の組みのトランジスタをスイッチング動作から増幅動作に変更することで溶接性がよく、電極の片側減りがなく、スイッチングの痕跡の残らないトランジスタ式交流溶接電源を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明になるトランジスタ式交流溶接電源は、パワートランジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ式抵抗溶接電源において、最適な溶接条件としての電圧と電流とをそれぞれフィードバック制御用の設定値として、また最適な溶接条件としてのスイッチング周波数をスイッチング制御用設定値として設定する溶接条件設定部と、前記パワートランジスタの出力側に接続されて、このパワートランジスタからの電流を検出する電流検出器と、この電流検出器を介して前記パワートランジスタの出力側に接続されている溶接電極と、この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電流をそれぞれ増幅するフィードバック増幅部と、このフィードバック増幅部からのフィードバック用電圧と電流とを、前記溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とそれぞれ比較し、前記パワートランジスタの増幅度を決定制御する増幅制御部と、前記溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御するスイッチング制御部とを備え、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作することを特徴とするものである。
【0015】
本発明によれば、溶接電極に流れる電流と溶接電極に印加される電圧を検出し、増幅し、その結果と溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とをそれぞれ比較し、パワートランジスタの増幅度を決定制御するとともに、この溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御することとし、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作させることとしたので、溶接電極には交流電流が流れるので、極性効果の影響を受けなくなるから溶接性がよく、電極の片側減りがなく、スイッチングの痕跡は残らなくなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明について詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態を示すトランジスタ式交流溶接電源の回路構成図、図2はその溶接電流を示す図である。
【0017】
図1において、100は入力される商用電源電圧を所要の電圧に降圧するトランス、102はブリッジ回路からなる交流を全波整流する整流部、104は整流後の電圧を平滑するコンデンサである。これらの回路を介して、コンデンサ104には所要の直流電圧が図1に示す極性に充電される。
【0018】
106は、パワートランジスタ108(108a、108b、108c、108d)で構成し、増幅動作とスイッチング動作を行なう増幅スイッチング回路であり、パワートランジスタ108a、108cが増幅動作、パワートランジスタ108b、108dがスイッチング動作を行なう。パワートランジスタ108a、108bとパワートランジスタ108c、108dがそれぞれ対となり増幅スイッチング動作を行なう。
この増幅動作とスイッチング動作の制御部として増幅制御部110とスイッチング制御部112を持つ。
スイッチング制御部112は溶接条件設定部114により設定される条件によってスイッチング周波数が変化するスイッチング信号をスイッチング動作するパワートランジスタ108b、108dに送る。このスイッチング周波数は商用周波数より十分高い周波数とする。
【0019】
増幅スイッチング回路106からの高圧交流電圧は溶接電極120a、120bに導かれる。その結果図2に示すように変化する溶接電流が流れる。これらの電極120a、120bにより図示しないワークを溶接する。
【0020】
これらの電極120a、120bに流れる電流はホール素子電流検出器などの電流検出器118で検出される。また電圧は電圧検出部122で検出される。これらの電流および電圧を示す信号はフィードバック回路となるフィードバック増幅部116に入力され、ここで増幅され、これらの結果が増幅制御部110にフィードバックされる。
【0021】
今溶接条件設定部114で、定電圧モードの溶接が設定され、溶接電圧、スイッチング信号の周波数や溶接終了条件などの設定値が入力され、それらが増幅制御部110、スイッチング制御部112に送られ、図示しないスタートスイッチが押されると、スイッチング制御部112は設定された周波数でスイッチング信号をパワートランジスタ108b、108dに送る。
このスイッチング信号によりパワートランジスタ108b、108dは交互にオン/オフされる。このためパワートランジスタ108bがオンすると図1に実線で示す矢印方向に電流が流れる。逆にパワートランジスタ108dがオンすると破線で示す矢印方向に電流が流れる。
【0022】
この溶接電流は溶接電極120a、120bに流れ、溶接が行なわれる。この時、溶接電極120a、120b間の電圧が電圧検出部122で検出され、前述のようにフィードバック増幅部116で増幅され、増幅制御部110にフィードバックされ、ここで設定された溶接電圧と比較され、所定の溶接電圧が得られるように増幅用パワートランジスタ108a、108cが制御される。こうして、定電圧モードでの溶接が行なわれる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように、商用入力電源を平滑しながら、そのまま増幅スイッチング回路で制御することとしたので通電時間を長くできるから溶接エネルギを大きくできる。
また、4個のパワートランジスタを増幅動作とスイッチング動作を行なう対として2対に分けて増幅スイッチング回路を構成することとしたので、溶接電流が交流となり極性効果の影響を受けなくなるから極性効果の大きな材料でも均一な溶接が可能となり、加えて電極の片側減りも起こることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様のトランジスタ式交流溶接電源の回路構成図である。
【図2】図1の溶接電源の溶接電流の波形を示す図である。
【図3】従来装置の溶接電流の波形を示す図である。
【図4】従来装置(トランジスタ式溶接電源)のブロック図である。
【図5】従来装置(インバータ式溶接電源)のブロック図である。
【符号の説明】
100 トランス
102 整流部
104 コンデンサ
106 増幅スイッチング回路
108 パワートランジスタ
110 増幅制御部
112 スイッチング制御部
114 溶接条件設定部
116 フィードバック増幅部
118 電流検出器
120a、120b 溶接電極
122 電圧検出部

Claims (1)

  1. パワートランジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ式抵抗溶接電源において、
    最適な溶接条件としての電圧と電流とをそれぞれフィードバック制御用の設定値として、また最適な溶接条件としてのスイッチング周波数をスイッチング制御用設定値として設定する溶接条件設定部と、
    前記パワートランジスタの出力側に接続されて、このパワートランジスタからの電流を検出する電流検出器と、
    この電流検出器を介して前記パワートランジスタの出力側に接続されている溶接電極と、
    この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
    この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電流をそれぞれ増幅するフィードバック増幅部と、
    このフィードバック増幅部からのフィードバック用電圧と電流とを、前記溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とそれぞれ比較し、前記パワートランジスタの増幅度を決定制御する増幅制御部と、
    前記溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御するスイッチング制御部とを備え、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作することを特徴とするトランジスタ式交流溶接電源。
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