特開 2022-182227 サイリスタ制御溶接電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182227

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】サイリスタ制御溶接電源

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/095 20060101AFI20221201BHJP

   B23K 9/073 20060101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B23K9/095 501Z

B23K9/073 525

B23K9/073 540

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089679

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】西野 晋太朗

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA01

4E082BB02

4E082CA01

4E082DA03

4E082EA01

4E082EC03

4E082EC13

4E082ED01

4E082EE03

4E082EF07

4E082FA04

(57)【要約】

【課題】外部特性制御回路を備えたサイリスタ制御溶接電源において、３相交流商用電源の周波数が変化しても溶接状態を安定に維持すること。
【解決手段】 ３相交流商用電源Ｉvを入力としてサイリスタ位相制御によって溶接電圧ｖ及び溶接電流ｉを出力して消耗電極式アーク溶接を行うサイリスタ制御溶接電源において、外部特性の傾きＲｒを制御する外部特性制御部ＩＲＣと、交流商用電源ＩＶの周波数Ｆｄを検出する周波数検出部ＦＤと、を備え、外部特性制御部ＩＲＣは周波数の検出値Ｆｄに基づいて外部特性の傾きＲｒを変化させる。さらに、溶接電流ｉの変化率を可変するインダクタンス値Ｌｒを形成する電子リアクトル制御部ＩＲＣを備え、電子リアクトル制御部ＩＲＣは周波数の検出値Ｆｄに基づいてインダクタンス値Ｌｒを変化させる。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相交流商用電源を入力としてサイリスタ位相制御によって溶接電圧及び溶接電流を出力して消耗電極式アーク溶接を行うサイリスタ制御溶接電源において、
前記サイリスタ制御溶接電源の外部特性の傾きを制御する外部特性制御部と、
前記交流商用電源の周波数を検出する周波数検出部と、を備え、
前記外部特性制御部は、前記周波数の検出値に基づいて前記外部特性の傾きを変化させる、
ことを特徴とするサイリスタ制御溶接電源。

【請求項2】

前記溶接電流の変化率を可変するインダクタンス値を形成する電子リアクトル制御部を備え、
前記電子リアクトル制御部は、前記周波数の検出値に基づいて前記インダクタンス値を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のサイリスタ制御溶接電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部特性の傾きを制御する外部特性制御部を備えて消耗電極式アーク溶接を行うサイリスタ制御溶接電源に関するものである。

【背景技術】

【0002】

３相交流商用電源を入力としてサイリスタ位相制御によって溶接電圧及び溶接電流を出力して消耗電極アーク溶接を行うサイリスタ制御溶接電源が広く使用されている(例えば、特許文献１参照)。

【0003】

また、消耗電極式アーク溶接において、電子リアクトル制御回路及び外部特性制御回路を備えた溶接電源が広く使用されている。電子リアクトル制御回路は、溶接電流の変化率を可変するインダクタンス値を形成する。外部特性制御回路は、溶接電源の外部特性の傾きを制御する。溶接電流の変化率及び外部特性の傾きを適正値に制御することによって、溶接状態を安定化することができる（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－７１１３８号公報

【特許文献2】特開２００９－１７８７６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術では、平均溶接電流、溶接ワイヤの材質、溶接速度等の溶接条件に応じて外部特性制御回路によって外部特性の傾きが適正化されるので安定した溶接状態を得ることができる。しかし、この外部特性制御回路をサイリスタ制御溶接電源に採用した場合、交流商用電源の周波数によって出力制御の応答速度及び溶接電流のリップルが変化する。この結果、交流商用電源の周波数が変化すると、外部特性の傾きが適正値でない状態となり、溶接状態が不安定になるという問題がある。

【0006】

そこで、本発明では、外部特性制御回路を備えたサイリスタ制御溶接電源において、３相交流商用電源の周波数が変化しても、溶接状態を安定に維持することができるサイリスタ制御溶接電源を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
３相交流商用電源を入力としてサイリスタ位相制御によって溶接電圧及び溶接電流を出力して消耗電極式アーク溶接を行うサイリスタ制御溶接電源において、
前記サイリスタ制御溶接電源の外部特性の傾きを制御する外部特性制御部と、
前記交流商用電源の周波数を検出する周波数検出部と、を備え、
前記外部特性制御部は、前記周波数の検出値に基づいて前記外部特性の傾きを変化させる、
ことを特徴とするサイリスタ制御溶接電源である。

【0008】

請求項２の発明は、
前記溶接電流の変化率を可変するインダクタンス値を形成する電子リアクトル制御部を備え、
前記電子リアクトル制御部は、前記周波数の検出値に基づいて前記インダクタンス値を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のサイリスタ制御溶接電源である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、外部特性制御回路を備えたサイリスタ制御溶接電源において、３相交流商用電源の周波数が変化しても溶接状態を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】溶接電源の外部特性の一例を示す図である。

【図2】、溶接電源の等価回路図である。

【図3】本発明の実施の形態に係るサイリスタ制御溶接電源のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0012】

図１は、溶接電源の外部特性の一例を示す図である。同図の横軸は溶接電流ｉ［Ａ］を示し、縦軸は溶接電圧ｖ［Ｖ］を示す。同図は、一般的な消耗電極式アーク溶接に使用される定電圧特性の場合である。同図において、ｉ＝０のときにｖ＝Ｅであり、外部特性の傾きをＲｍ［V/A］とすると、外部特性は下式となる。
ｖ＝Ｅ－Ｒｍ・ｉ

【0013】

外部特性の傾きＲｍは、正の値であり、この値が大きいほど傾きは大きくなる。外部特性の傾きＲｍの範囲は、１～１０（V/100A）程度である。

【0014】

図２（Ａ）は、溶接電源の等価回路図である。Ｅは定電圧源を示し、Ｌｍは適正インダクタンス値を示し、Ｒｍは適正抵抗値を示す。抵抗値は溶接電源内部の配線抵抗値及び溶接用ケーブルの抵抗値の合算値となり、この値が外部特性の傾きを決めることになる。

【0015】

同図の等価回路は下式で表すことができる。
Ｅ＝Ｒｍ・ｉ＋Ｌｍ・ｄｉ／ｄｔ＋ｖ ……（１）式
この式において、電流変化ｄｉ／ｄｔ＝０のときの溶接電圧ｖと溶接電流ｉとの関係が外部特性となる。ｄｉ／ｄｔ＝０を上式に代入すると、下式となる。
ｖ＝Ｅ－Ｒｍ・ｉ
上式は図１で上述した外部特性を表すことになる。
上記（１）式を整理すると、下式となる。
ｄｉ／ｄｔ＝（Ｅ－ｖ－Ｒｍ・ｉ）／Ｌｍ
両辺を積分すると、下式となる。
ｉ＝∫（（Ｅ－ｖ－Ｒｍ・ｉ）／Ｌｍ）・ｄｔ
ここで、左辺の溶接電流ｉを溶接電流制御設定値Ｉrcに、出力電圧Ｅを出力電圧設定値Ｅｒに、適正外部特性傾きＲｍを外部特性傾き設定値Ｒｒに、適正インダクタンス値Ｌｍをインダクタンス設定値Ｌｒにそれぞれ置換すると、下式となる。
Ｉrc＝∫（（Ｅｒ－ｖ－Ｒｒ・ｉ）／Ｌｒ）・ｄｔ ……（２）式
この式に対応する等価回路を図２（Ｂ）に示す。同図において、溶接電圧ｖ及び溶接電流ｉを検出し、定電流源ＣＣの溶接電流ｉに相当する溶接電流制御設定値Ｉrcが、上記（２）式の演算値となるように制御する。

【0016】

上述した制御を行うことによって、所望のインダクタンス値Ｌｒ及び所望の外部特性の傾きＲｒを電子的に形成することができる。

【0017】

図３は、本発明の実施の形態に係るサイリスタ制御溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0018】

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の交流商用電源ＩＶを入力として、後述する点弧信号Ｐｃによって複数のサイリスタを位相制御し、出力電圧Ｅを出力して溶接電圧ｖ及び溶接電流ｉを溶接ワイヤ１と母材２との間に供給する。電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、例えば、２組の三相半波整流回路及び相間リアクトルから形成されており、２組の三相半波整流回路は、６個のサイリスタを備えている(特許文献１参照)。

【0019】

溶接電源の出力端子と溶接トーチ４との間は溶接ケーブル６ａで接続されており、もう一方の出力端子と母材２との間は溶接ケーブル６ｂで接続されている。

【0020】

溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ（図示は省略）に結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給モータの制御回路については省略している。溶接トーチ４の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧ｖが印加され、溶接電流ｉが通電する。

【0021】

周波数検出回路ＦＤは、上記の交流商用電源ＩＶの周波数を検出して、周波数検出信号Ｆｄを出力する。周波数検出信号Ｆｄの値は、基本的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるが、これらの値からの変動値となる場合もある。

【0022】

電流検出回路ＩＤは、溶接電流ｉを検出して、電流検出信号ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧ｖを検出して、電圧検出信号ｖｄを出力する。

【0023】

外部特性傾き設定回路ＲＲは、上記の周波数検出信号Ｆｄを入力として、予め定めた傾き算出関数に基づいて外部特性傾き設定信号Ｒｒを出力する。上記の傾き算出関数は、実験によって予め設定されており、周波数検出信号Ｆｄの値が小さいほど外部特性傾き設定信号Ｒｒの値が大きくなる関数である。例えば、Ｆｄ＝５０ＨｚのときはＲｒ＝４（V/100A）であり、Ｆｄ＝６０ＨｚのときはＲｒ＝２（V/100A）である。

【0024】

インダクタンス設定回路ＬＲは、上記の周波数検出信号Ｆｄを入力として、予め定めたインダクタンス算出関数に基づいてインダクタンス設定信号Ｌｒを出力する。上記のインダクタンス算出関数は、実験によって予め設定されており、周波数検出信号Ｆｄの値が小さいほどインダクタンス設定信号Ｌｒの値が大きくなる関数である。例えば、Ｆｄ＝５０ＨｚのときはＬｒ＝２００（μＨ）であり、Ｆｄ＝６０ＨｚのときはＬｒ＝１５０（μＨ）である。

【0025】

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。

【0026】

制御回路ＩＲＣは、上記のインダクタンス設定信号Ｌｒ、上記の外部特性傾き設定信号Ｒｒ、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ、上記の電流検出信号ｉｄ及び上記の電圧検出信号ｖｄを入力として、上述した（２）式に基づいて、Ｉrc＝∫（（Ｅｒ－ｖｄ－Ｒｒ・ｉｄ）／Ｌｒ）・ｄｔの演算を行い、電流制御設定信号Ｉrcを出力する。この制御回路ＩＲＣが、外部特性制御回路及び電子リアクトル制御回路を兼ねている。

【0027】

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流制御設定信号Ｉrcと電流検出信号ｉｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

【0028】

位相制御回路ＰＣは、上記の誤差増幅信号Ｅｉを入力として、上記の電源主回路ＰＭ内の複数のサイリスタを位相制御するための複数の点弧信号Ｐｃを出力する。

【0029】

上述した実施の形態によれば、サイリスタ制御溶接電源の外部特性の傾きを制御する外部特性制御部と、交流商用電源の周波数を検出する周波数検出部と、を備え、外部特性制御部は、周波数の検出値に基づいて外部特性の傾きを変化させる。このために、本実施の形態では、３相交流商用電源の周波数が変化しても、周波数の変化に対応して外部特性の傾きが適正化されるので、溶接状態を安定に維持することができる

【0030】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、溶接電流の変化率を可変するインダクタンス値を形成する電子リアクトル制御部を備え、電子リアクトル制御部は、周波数の検出値に基づいてインダクタンス値を変化させる。このために、本実施の形態では、３相交流商用電源の周波数が変化しても、周波数の変化に対応してインダクタンス値が適正化されるので、溶接状態を安定に維持することができる

【符号の説明】

【0031】

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
６ａ、６ｂ 溶接ケーブル
ＣＣ 定電流源
ＤＣＬ リアクトル
Ｅ 出力電圧
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＦＤ 周波数検出回路
Ｆｄ 周波数検出信号
ｉ 溶接電流
ＩＤ 電流検出回路
ｉｄ 電流検出信号
ＩＲＣ 制御回路
Ｉrc 溶接電流制御設定信号
ＩＶ 交流商用電源
Ｌio インダクタンス値
Ｌｍ 適正インダクタンス値
ＬＲ インダクタンス設定回路
Ｌｒ インダクタンス設定信号
ＰＣ 位相制御回路
Ｐｃ 点弧信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒio 抵抗値
ＲＲ 外部特性傾き設定回路
Ｒｒ 外部特性傾き設定信号
ｖ 溶接電圧
ＶＤ 電圧検出回路
ｖｄ 電圧検出信号

【図1】

【図2】

【図3】