JPH058053A - 抵抗溶接装置に対する電源を制御し監視する電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、過熱問題が生ぜず高い溶接速度で
動作するカン等の重ねられたエッジを接合する溶接装置
の制御用電子装置を提供すること目的とする。 【構成】 整流装置１と、インバータ装置２と、１次巻
線５がインバータ装置２から入力電圧を受け、２次巻線
６が溶接電流を供給する溶接変成器３と、インバータ装
置２に結合された調整装置４とで構成され、溶接変成器
３に供給された入力電圧が、選択された最大値と有限期
間を有し、正と負に変化する相対基本周波数の各半周期
に発生するステップ状の複数の対のパルスであり、それ
により発生された溶接電流Ｉｓの波形が入力電圧に一致
する各対のステップパルスに対して三角パルスであり、
その波形はゼロから予め定められた期間にピーク値に上
昇する第１のランプと、予め定められた期間にピーク値
からゼロに降下する第２のランプとから構成することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抵抗溶接器に対する電
源を制御し監視する電子装置、特にブリキカン等の重複
した縦エッジを接合するために使用されるようなローラ
を備えた抵抗溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、この特定の型式の装置において、
電力を溶接ローラに供給してスポットおよび寸法のない
連続状態が維持されて時間的にできるだけ一定に維持す
る品質を示し、与えられた明細に応じて、例えば各単一
溶接において縦および横の寸法と深さが反復して同一で
ある溶接を行うシステムを設けることは重要である。上
述の目的を達成する種々の従来の電源装置が開発されて
おり、そのための適切な電気および電子技術が開発され
ている。高い溶接速度を生じさせ、製造中に出力増加が
達成できる適切な解決法の１つは、必要な溶接速度と比
例して増加する周波数で供給された正弦波形状の交流電
流を使用することによって得られる。回転型または静止
型周波数変換器はそのようなシステムに使用される。し
かしながら、この型式の装置は幾つかの欠点を有し、特
に電源変成器および隣接する部分において過大な熱を発
生する傾向があり、幾分高いレベルのエネルギを消費
し、冷却を増加させる必要がある。上述の欠点を除去す
る第２の解決法は正弦波形ではなく正弦波電流に比較し
て確実な利点を与える実質上方形波形状の交流電流を使
用する。溶接された材料への電力の伝送はより一定であ
り、電流振幅および周波数の値が低くされるので、装置
の過熱傾向を顕著に減少し、溶接および装置の冷却に消
費されるエネルギを節約することができる。比較する
と、実際、方形波電流は正弦波の場合のような周期の約
１／４周期後ではなく、その波高値に迅速に上昇する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】それにもかかわらず、
相対的に装置は複雑であり、方形波溶接電流の勾配が最
も有効になるように最大にされるならば、装置は大きく
されなければならないので、この解決法の利点は妥協し
なければならない。

【０００４】実際、勾配が十分に急峻にされるならば、
溶接電流の反転は無視できるような短い時間に発生し、
それは低い動作周波数を生じさせることができる。

【０００５】実際、これは抵抗溶接を続行することを助
ける最も重要な技術的目的の１つである。すなわち、例
えば渦電流のような電気損失に特に関連するこれらの全
ての問題の解決法を提供し、そのような損失は高い溶接
周波数と共に徐々に高くなる誘導リアクタンスの下に位
置する誘導現象に直接比例して生じるので、出力の低下
しないレベルでの低電流および低い周波数で動作するこ
とを容易にする。

【０００６】さらに、注目に値する利点は単一整流装置
および安定装置モジュールを含む単一の静的変換器を特
徴付けるシステムから得られた。それによって、連続的
電圧はパワー入力を溶接変成器に供給する完全にトラン
ジスタ化されたインバータ装置に供給される。

【０００７】したがって、略述された開発によると、変
成器は本来適切に迅速な電流の反転を保証し、電気損失
を最小にすることが可能な構造の特徴を備える。

【０００８】インバータ装置は溶接電流の振幅および周
波数と固定基準値を比較し、それにおいて出力電圧の値
が必要な電流を生成するのに必要な値であるようにイン
バータ装置の動作を制御するように設計された電子整流
装置によって調節される。このシステムにおいて、溶接
電流の波形は電圧調整によって得られ、変成器の比例特
性および選択された変成器の寸法と比例する最小間隔で
到着した選択された振幅値に依存する。一度要求された
振幅が到達されると、与えられた時間定数にしたがって
第１のパルスは消滅して電流は減衰し、正または負の状
態が反転されるまで、第２のパルスが発生され回路を再
充電する。したがって、電流の半周期で生成された波形
は少なくともほぼ波高値を発生するとき、溶接地点に対
応する一連の相互接続されたピークを示す。

【０００９】しかしながら、この例に最も頻繁に生じる
欠点は、電流ピークが直接制御されないことであり、し
たがって互いに類似でないようになる。これは溶接の品
質を低下させ、溶接スポットは寸法および密度が均一で
なく、また重ねたまたは接合されたエッジに沿って均等
に分布されない。

【００１０】さらに、この最後のシステムでさえも、溶
接電流は常にスポットに上昇を与える連続成分を供給す
る。

【００１１】したがって、本発明の目的は、カンまたは
類似の金属構造の重ねられた縦エッジが上述の欠点を示
さずに接合され、過熱問題が生じることなく高い溶接速
度で動作できることを保証するような波形の溶接電流を
出力する電子装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
る抵抗溶接装置への電力の供給を制御および監視する電
子装置によって実現される。そのような装置はカンおよ
び類似の金属類の溶接に用いられるような装置によって
特に使用され、基本的な型式の装置は整流装置と、それ
により駆動されたインバータ装置と、１次巻線がインバ
ータ装置により供給された出力電圧Ｖｔを受け、出力溶
接電流Ｉｓが入力電圧Ｖｔの関数である溶接変成器と、
インバータ装置と結合される調整装置とを含む。

【００１３】開示された装置において、調整装置は溶接
変成器に供給された電圧Ｖｔ信号が正と負の間で交互に
変化する基本周波数の各半周期Ｔ／２において実質上ス
テップ状プロファイルを有する前に選択された最大値ま
たは波高値Ｙｖで有限期間τの複数の対のパルスである
ようにインバータ装置の動作を制御することが可能であ
り、したがって、予め定められた絶対ピーク値Ｙｉの周
期的溶接電流Ｉｓを発生し、電圧Ｖｔに一致する各対の
ステップ状パルスが選択されたピーク値Ｙｉに対応する
１つの三角パルスである波形を有し、２つのランプ（予
め定められた期間τの有限時間に生じるときゼロからピ
ーク値Ｙｉに上昇する第１のランプと、上昇の終点から
出発し、同様に予め定められた期間τの有限時間に生じ
るときにピーク値Ｙｉからゼロに降下する第２のラン
プ）の合計から構成されることができる。

【００１４】

【実施例】図１を参照すると、整流装置１と、整流装置
１からの出力によって入力を駆動する完全にトランジス
タ化されたインバータ装置２と、１次巻線５がインバー
タ装置２からの入力電圧Ｖｔを受ける溶接変成器３と、
変成器によって入力電圧Ｖｔの関数である溶接電流Ｉｓ
を供給される１対の溶接ローラ10を含む本発明の装置が
示されている。

【００１５】インバータ装置２は典型的に変成器３の１
次巻線５または２次巻線６からのフィードバック信号を
受信している電子調整装置４に結合および制御され、フ
ィードバック信号はブロックで概略的に示された電源８
からの振幅および周波数基準値と少なくとも比較され
る。

【００１６】開示された装置の本質的特徴はインバータ
装置２を制御する第１のスイッチングまたは選択装置７
および機能が説明の進むにしたがって明らかにされる変
成器３の１次巻線５を制御する第２の選択装置９をさら
に含むことである。

【００１７】調整装置４は反転論理回路を動作すること
によってインバータ装置２を制御することが可能であ
る。変成器３に供給された電圧Ｖｔ信号が基本周波数の
各半周期Ｔ／２内に生じる。図２に符号ｓで示された実
質上ステップ状プロファイルの複数の２個で対となって
いるパルスで構成されるようにして、導電を許容するよ
うにトランジスタを励起するか或いは適当に遮断する。
信号パルスｓは選択された最大値または波高値Ｙｖを有
し、正と負と交互に発生され、その期間は有限時間τで
ある。対のパルスｓは半周期Ｔ／２内の値および分布か
らなり、溶接電流Ｉｓが選択された絶対ピーク値Ｙｉに
対して周期的波形であり、基本周波数の各半周期Ｔ／２
の波形は入力電圧Ｖｔの各対のステップ状パルスｓに対
して三角プロファイルｇの１つのパルスを含む。三角パ
ルスｇは実質上２つのランプ（すなわち、有限時間τに
生じるときゼロからピーク値に上昇する第１のランプ
と、有限時間τ´中に上昇の終点から降下する、すなわ
ちピーク値Ｙｉからゼロに戻る第２のランプ）の合計と
考えられる。十分に明らかに、降下時間τ´および上昇
時間τは同一である必要がない。

【００１８】第１の選択装置７は多数の対のパルスｓお
よび調整装置４（前述のように反転論理装置を制御す
る）によって決定されたインバータ装置２による相対基
本周波数の半周期Ｔ／２当りの電圧Ｖｔ中に発生される
とき一定して反復する期間τを制御し監視することが可
能である。期間τは溶接電流Ｉｓおよび相対基本周波数
の各半周期Ｔ／２を得ることを望んでいる三角パルスｇ
の数にしたがって選択される。

【００１９】図示のように、溶接電流Ｉｓの波形を構成
する三角パルスｇは基本周波数の各半周期Ｔ／２におい
て全て正または負である。

【００２０】例えば、図３および図５において、溶接電
流Ｉｓの各三角パルスｇはベースレベルから出発してそ
れはピーク値Ｙｉに上昇する第１のランプを示し、第２
のランプの期間τ´に等しい期間τからなるか、或いは
ピーク値Ｙｉの第１のランプの終点から出発してベース
レベルに降下する。この特定の例において、基準をゼロ
と仮定し、第１の三角パルスｇを評価するならば、パル
スはピーク値Ｙｉからなり、実質上２つのランプ（ｔ＝
０の瞬時に供給され絶対値Ｙｉ／τの勾配で上昇する第
１のランプと、ｔ＝τの瞬時に供給され−２Ｙｉ／τの
勾配で降下する第２のランプ）の合計と考えられる。

【００２１】図示されていない別の例において、波形は
降下ランプが類似していない勾配の少なくとも第１およ
び第２の部分からなるようなものであり、そのような解
決法は同じｒ．ｍ．ｓ．値を得るためにより低いピーク
値を選択することによって形状係数を調節することがで
きる。

【００２２】繰返して述べるが、第１の選択装置７はイ
ンバータ装置２によって供給された電圧Ｖｔの半周期Ｔ
／２当りの有限期間τの異なる数のパルスｓをプログラ
ムするために使用されることが可能である。例えば図４
および図５の例では、パルスｓの数は図２および図３の
パルス数の２倍であるので、溶接電流Ｉｓの波形は基本
周波数の各半周期Ｔ／２において多数の三角パルスｇを
示し、基本周波数Ｔ自体は半分にされる。

【００２３】本発明の利点および重要性は基本周波数を
半分にすると磁束を反転させる周波数が半分になり、損
失を減少し、装置の過熱傾向を減衰する効果があるの
で、十分に明らかである。さらに、装置の溶接速度に関
して、基本周波数Ｔを所定の動作速度に従来採用された
周波数の半分に減少することによって強調され、図４お
よび図５の場合のように、溶接速度は前者の基本周波数
を超過せずに増加され２倍にされることができる。

【００２４】もちろん、溶接電流τ´´の反転が生じる
特定の瞬間において、電圧Ｖｔの相対パルスを含む有限
時間τ´´は対の関係内において個々のパルスｓの有限
時間τよりも大きい期間、さらに正確に、溶接電流Ｉｓ
の対応する三角パルスｇの反転およびその後のピーク値
Ｙｉへの上昇を許容するような期間からなる。

【００２５】開示された装置の第２の選択装置９（溶接
変成器３の１次巻線５に接続された）に関して、これは
巻線比ｎ＝ｎ１／ｎ２を選択するように作用する。した
がって、所定の基本周波数に対して溶接電流Ｉｓの各対
応する半周期Ｔ／２に発生された三角パルスｇの数を変
化するまでの入力電圧Ｖｔのパルスｓの波高値Ｙｖおよ
び有限期間τを変化することは可能である。

【００２６】したがって、変成器３の１次巻線５の巻線
の増加または減少は溶接電流Ｉｓの半周期Ｔ／２に発生
するパルスｇの数の増加または減少に対応するように構
成されることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子装置のブロック図。

【図２】図１のような装置のインバータ装置からの出力
電圧信号のグラフ。

【図３】本発明の装置の変成器の２次巻線によって発生
された電流のグラフ。

【図４】図２の装置と異なる基本周波数による図１の装
置のインバータ装置からの出力電圧信号のグラフ。

【図５】１次巻線に供給された図４の電圧による変成器
の２次巻線によって発生された電流のグラフ。

【図６】図３のような基本周波数を有するがパルス数が
多い変成器の２次巻線により発生された電流のグラフ。

【符号の説明】

１…整流装置、２…インバータ装置、３…変成器、４…
調整装置、５，６…巻線、７，８…選択装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流装置と、整流装置の出力によって入
   力を駆動するインバータ装置と、１次巻線がインバータ
   装置からの入力電圧を受け、２次巻線が入力電圧の関数
   である溶接電流を供給する溶接変成器と、インバータ装
   置に結合された調整装置であって、溶接変成器に供給さ
   れた入力電圧が、選択された最大値または波高値および
   有限期間を有し、正と負の間で交互に変化する相対基本
   周波数の各半周期において発生する実質上ステップ状プ
   ロファイルの複数の対のパルスであり、それによって選
   択された絶対ピーク値の周期的溶接電流を発生し、その
   溶接電流の波形が相対基本周波数の各半周期において入
   力電圧に一致する各対のステップ状パルスに対して絶対
   ピーク値の１つの三角パルスであり、その波形はゼロか
   ら予め定められた期間にピーク値に上昇する第１のラン
   プと、上昇の終点から出発し同様に予め定められた期間
   にピーク値からゼロに降下する第２のランプとから実質
   上構成するように反転を制御することが可能である調整
   装置とを具備することを特徴とする抵抗溶接装置に対す
   る電源を制御し監視する電子装置。
2. 【請求項２】 溶接電流の三角パルスは基本周波数の各
   半周期において全て正または全て負のいずれかである請
   求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 ゼロからピーク値への第１のランプの上
   昇は、第１のランプの終点から出発してピーク値からゼ
   ロに降下する第２のランプの期間に等しい期間である請
   求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 パルスの少なくとも第２のランプは初期
   の降下および類似しない勾配の別の降下を含む請求項１
   記載の装置。
5. 【請求項５】 調整装置は第１の選択装置に結合され、
   それによって入力電圧の基本周波数の半周期において、
   溶接電流の基本周波数の半周期当りの三角パルスの予め
   定められた数を得るために、インバータ装置によって発
   生され、調整装置によって制御されなければならない有
   限期間の対のステップ状パルスの数を設定する請求項１
   記載の装置。
6. 【請求項６】 溶接変成器に供給された電圧に発生され
   た少なくとも１対のパルスの有限期間の値は残りのパル
   スの期間の値よりも大きく、溶接電流の対応するパルス
   の絶対ピーク値に対する反転およびその後の進行を含む
   請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 溶接変成器の１次巻線は第２の選択装置
   に結合され、それによって巻線比が変化され、その結果
   溶接変成器の１次巻線の巻回数の増加または減少の選択
   が溶接電流の半周期当りのパルス数の増加または減少に
   対応するように入力電圧に発生された対のパルスのピー
   ク値および期間ならびに所定の共通基本周波数の半周期
   当りの溶接電流中に発生する対応するパルス数を選択す
   る請求項１記載の装置。