(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、
前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から前記変圧器の１次側電圧を演算する電圧波形シミュレータ回路と、
前記電流検出手段からの１次側検出電流及び前記電圧波形シミュレータ回路からの１次側電圧を入力し、前記変圧器の１次側電圧位相又は１次側電流基準位相が、前記変圧器の２次側が無通電状態になった場合に前記１次側検出電流のレベルが最低になることが知られている位相となった時点での当該１次側検出電流を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、
前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、
前記レベル検出回路が検出したレベルが所定値以下となった場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、
を備えたことを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項２】
変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、
前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から前記変圧器の１次側電圧を演算する電圧波形シミュレータ回路と、
前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から変調率を検出する変調率検出回路と、
前記電流検出手段からの１次側検出電流、前記電圧波形シミュレータ回路からの１次側電圧、及び前記変調率検出回路からのＰＷＭ変調率を入力し、前記変圧器の１次側電圧位相又は１次側電流基準位相が、前記変圧器の２次側が無通電状態になった場合に前記ＰＷＭ変調率が１になり且つ前記１次側検出電流のレベルが最低になることが知られている位相となった時点での当該ＰＷＭ変調率及び１次側検出電流を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、
前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、
前記レベル検出回路が検出したレベルを入力し、前記ＰＷＭ変調率が１であり、且つ前記１次側検出電流が所定値以下である場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、
を備えたことを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項３】
変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、
前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段からの１次側検出電流を入力し、ピーク状となっている区間における前記変圧器の１次側検出電流についての実効値と平均値との比又はピーク値と平均値との比を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、
前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、
前記レベル検出回路が検出したレベルを入力し、前記実効値と平均値との比又は前記ピーク値と平均値との比が所定値以上である状態が所定区間以上継続した場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、
を備えたことを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路のＰＷＭ制御により、変圧器を介して溶接電流を供給する、抵抗溶接機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗溶接機の制御装置としてインバータを用いるものがある。この種の従来の装置を図３に示す。
【０００３】
交流電源１の交流電圧は整流器２で直流に変換され、コンデンサ３で平滑された後、ＩＧＢＴ（スイッチ素子）４１〜４４で成るインバータ４により、１ｋＨｚ程度の高周波の交流に変換され、変圧器５により低い交流電圧に変換された後、整流器７で直流に変換されて溶接電極９に直流の溶接電流として供給される。溶接電極９への配線部には浮遊インダクタンス８が存在し、直流の溶接電流の平滑化に有効に作用している。
【０００４】
溶接電流の大きさは電流基準Ｉ＊により制御される。すなわち、溶接電流は変流器６を介して変圧器５の一次電流として検出された後、溶接電流シミュレータ回路１２により直流溶接電流の模擬信号（変圧器５の一次側には溶接電流の内整流器７の環流電流は流れない）として検出される。電流制御器１３は、この検出電流Ｉを電流基準Ｉ＊と比較し、その偏差を減少させるように電流制御信号ａを出力する。この信号ａは比較器１５でキャリア発生器１４から出力される三角波ｂと比較されＰＷＭ信号ｃとなる。キャリア発生器１４は三角波の周期に同期した信号ｄを出力し、分配回路１６は信号ｄに応じて出力信号ｅ，ｆのいずれか一方をアクティブにする。これによりアンド回路１７と１８を介して駆動回路２１と２２に交互にＰＷＭ信号ｃが与えられる。
【０００５】
一方、起動回路１９から駆動信号ｇが入力されるとタイマー２０が動作して設定時間のみ通電信号ｈが出力され、駆動回路２１，２２を動作状態にすることによりスイッチング信号ｊ，ｋが交互に出力される。したがって、ＩＧＢＴ４１，ＩＧＢＴ４４のグループとＩＧＢＴ４３，ＩＧＢＴ４２のグループが交互にオンして高周波の交流電圧が変圧器５の一次側に与えられ、溶接電流と溶接時間の制御が行われる。
【０００６】
ところで、溶接電極９やその配線ケーブル等に傷損が発生し、変圧器５の２次側が無通電状態になった場合は、これを検出して警報を出力することが必要となる。
【０００７】
従来は、平均値検出回路２３が、シミュレータ回路１２から１次側検出電流Ｉを入力してこれを平均化し、レベル検出器２４がそのレベルを検出していた。そして、無通電検出回路２５は、検出レベルが、変圧器５の励磁電流（一般に定格の１〜３％程度）よりやや高いレベル（定格の５〜６％程度）を検出した場合は、変圧器５の２次側が無通電状態になっていると判別し、警報を出力していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、変圧器の周波数が低い（例えば、５０／６０Ｈｚ）用途の場合、コスト上の理由により、この変圧器の鉄心の磁束密度を比較的高く設計する場合が多い。そのため、励磁電流が増加したり変圧器が飽和したりするので、レベル検出器２４の検出レベルを上昇させないと誤動作が発生する。しかし、検出レベルを上昇させることは、電流基準Ｉ* の下限値が制限されることになり、溶接電流の変化範囲を狭くしてしまうという問題を生じさせることになる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接電流の変化範囲を狭めることなく、変圧器２次側の無通電状態を確実に検出することが可能な抵抗溶接機の制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から前記変圧器の１次側電圧を演算する電圧波形シミュレータ回路と、前記電流検出手段からの１次側検出電流及び前記電圧波形シミュレータ回路からの１次側電圧を入力し、前記変圧器の１次側電圧位相又は１次側電流基準位相が、前記変圧器の２次側が無通電状態になった場合に前記１次側検出電流のレベルが最低になることが知られている位相となった時点での当該１次側検出電流を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、前記レベル検出回路が検出したレベルが所定値以下となった場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から前記変圧器の１次側電圧を演算する電圧波形シミュレータ回路と、前記ＰＷＭ制御を行う際に生成するＰＷＭ信号から変調率を検出する変調率検出回路と、前記電流検出手段からの１次側検出電流、前記電圧波形シミュレータ回路からの１次側電圧、及び前記変調率検出回路からのＰＷＭ変調率を入力し、前記変圧器の１次側電圧位相又は１次側電流基準位相が、前記変圧器の２次側が無通電状態になった場合に前記ＰＷＭ変調率が１になり且つ前記１次側検出電流のレベルが最低になることが知られている位相となった時点での当該ＰＷＭ変調率及び１次側検出電流を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、
前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、
前記レベル検出回路が検出したレベルを入力し、前記ＰＷＭ変調率が１であり、且つ前記１次側検出電流が所定値以下である場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、変圧器の１次側にインバータ回路を接続すると共に、この変圧器の２次側に溶接電極を接続し、インバータ回路の交流出力をＰＷＭ制御することにより溶接電流の制御を行う抵抗溶接機の制御装置において、前記変圧器の１次側に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの１次側検出電流を入力し、ピーク状となっている区間における前記変圧器の１次側検出電流についての実効値と平均値との比又はピーク値と平均値との比を、前記変圧器の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素として演算する判定要素演算回路と、前記判定要素演算回路の演算した判定要素のレベルを検出するレベル検出回路と、前記レベル検出回路が検出したレベルを入力し、前記実効値と平均値との比又は前記ピーク値と平均値との比が所定値以上である状態が所定区間以上継続した場合に、前記変圧器の２次側が無通電状態になっていることを判別する無通電検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の構成図であり、図３と同様の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。なお、本実施形態では、電流基準Ｉ* を商用周波数程度の交流とし、これを変圧器５の２次側では整流せずに、そのまま用いることとしている。したがって、変圧器５は大きくなるものの整流回路のダイオードか不要となるので、２次側のロスを少くすることができる。
【００２０】
図１において、電流制御回路１３は電流基準Ｉ＊及び１次側検出電流Ｉを入力し、これらの偏差信号を出力する。ＰＷＭ回路２６は、電流制御回路１３からのＰＷＭ信号ｖ２６を、クロック回路２７からのクロック信号に同期させて出力する。駆動回路２１は、このＰＷＭ信号ｖ２６によりインバータ回路４のＩＧＢＴ４１〜４４を駆動する。
【００２１】
ＰＷＭ回路２６は、また、電圧波形シミュレータ回路２８及び変調率検出回路２９にもＰＷＭ信号を出力する。電圧波形シミュレータ回路２８及び変調率検出回路２９は、ＰＷＭ信号のｖ26の入力に基いて、１次側電圧波形信号ｖ28及び変調率信号ｖ29を判定要素演算回路３０に出力する。
【００２２】
判定要素演算回路３０は、変流器６からの１次側検出電流Ｉ、電圧波形シミュレータ回路２８からの電圧波形信号、変調率検出回路２９からの変調波信号を入力し、変圧器５の２次側が無通電状態になっているか否かを判定するための判定要素を演算する。レベル検出回路２４は、この判定要素のレベルを検出し、無通電検出回路２５は、この検出したレベルから、無通電状態についての判別を行う。
【００２３】
図１のようなインバータ回路４によるＰＷＭ制御では、電流基準Ｉ* と一致するように１次側検出電流Ｉを制御するので、この１次側検出電流Ｉの最大値が電流基準Ｉ* を大幅に超えることはない。そして、負荷オープン時すなわち変圧器５の２次側無通電時には、変圧器５の励磁電流（鉄心が飽和することが多い）を１次側電流として検出することができる。鉄心が飽和すると１次側電流は部分的には流れるがその波形率が悪化するなど種々の特徴が現われる。本発明は、変圧器５の２次側が無通電状態になった場合に、１次側の波形に現われる種々の特徴を利用して、この無通電状態を検出しようとするものである。
【００２４】
図２は、変圧器５の１次側電圧Ｖ1 、１次側検出電流Ｉ、電流基準Ｉ* の各波形を示したものである。図２（ａ）は負荷オープン時すなわち２次側無通電時のものであり、図２（ｂ）は正常時のものである。
【００２５】
いま、２次側ケーブルの断線や溶接電極９の圧接不良等により溶接条件ができていない場合には、これを警報出力により知らせる必要がある。このような状態では、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ0 にて電流基準Ｉ* を入力し、インバータ回路４の出力により変圧器５の１次側に全電圧を加え、電流Ｉを速やかに電流基準Ｉ* と一致させるようにする。
【００２６】
しかし、変圧器５の２次側はオープンとなっていため、検出電流Ｉは励磁電流のみで定格電流Ｉの２〜３％程度である。そして、定常的には電流基準Ｉ* の９０°位相（時刻ｔ1 ）付近で励磁電流は最低となる。したがって、判定要素演算回路３０により、１次側電圧Ｖ1 又は電流基準Ｉ* の９０°位相の位置における１次側検出電流Ｉを求め、レベル検出回路２４及び無通電検出回路２５により、そのレベルが著しく低いことを検出した場合には変圧器５の２次側が無通電状態となっていることを検出できる。
【００２７】
変圧器５の２次側が無通電状態になっていることは、図２（ａ）の波形に現われた次のような特徴を利用することによっても検出することができる。
【００２８】
（イ）９０°位相（時刻ｔ1 ）付近における変調率Ｍは１であり、そのときの検出電流Ｉのレベルは著しく低いものとなっているが、これは負荷側に電流を流すことができなくなっていることを意味しており、無通電状態と判別することができる。
【００２９】
（ロ）時刻ｔ2 〜ｔ3 を見ると、時刻ｔ2 で電流Ｉが電流基準Ｉ* と同レベルに到達し、時刻ｔ3 まで同レベルを維持している。しかし、１次側電圧Ｖ1 及び変調率Ｍは、この間に急速に低下している。これは、時刻ｔ2 で変圧器５が飽和したことを意味しており、これにより変圧器５の２次側の無通電を検出できる。
【００３０】
（ハ）１次側電圧Ｖ1 に対し、１次側検出電流Ｉの位相が約９０°遅れているが、これも変圧器５が飽和して電力が負荷側に供給されていないことを意味している。
【００３１】
（ニ）電力Ｐ及び力率は下記の演算式から求められるが、この電力Ｐや力率が著しく低いことからも２次側の無通電状態を検出できる。
【００３２】
【数１】
0003638700.tif 000002
（ホ）図２（ａ）と図２（ｂ）との比較から明らかなように、図２（ａ）の検出電流Ｉの波形はピーク状となっており、ピーク状となっている区間では、〔実効値／平均値〕の値又は〔ピーク値／平均値〕の値が大きくなっている。これらのことから２次側の無通電状態を検出できる。
【００３３】
（ヘ）図２（ａ）の検出電流Ｉと図２（ｂ）の検出電流Ｉとを比較してみれば明らかなように、レベルが一定となる区間は図２（ａ）の方が著しく短い。これらのことから２次側の無通電状態を検出できる。
【００３４】
（ト）図２（ａ）において、時刻ｔ1 〜ｔ2 では電流Ｉが増加しているにもかかわらず電圧Ｖ1 は一定であり、また、時刻ｔ2 〜ｔ3 では電圧Ｖ1 が低下しているにもかかわらず電流Ｉが一定となっている。したがって、電圧Ｖ1 及び電流Ｉの変化率についての極性を求め、両者の極性が一致しない区間がある場合には、２次側が無通電状態になっていると判別できる。
【００３５】
上述した無通電状態の検出方法は、変圧器１次側の各信号の波形の特徴を利用して行うものであり、電流基準Ｉ* のレベルを引上げる必要はない。したがって、溶接電流の変化範囲を狭くすることなく、２次側の無通電状態を検出することができる。そして、上記の構成は、マイクロコンピュータにより容易に実現できる。
【００３６】
なお、図１では変圧器５の２次側を交流のまま使用する構成について説明したが、図３のように変圧器５の２次側を整流する方式に対しても本発明を適用することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、変圧器５の１次側電圧Ｖ1 をＰＷＭ信号から求めるようにしているが、変圧器に３次巻線を設けたり、電圧検出用の変圧器を別個に設けることにより１次側電圧Ｖ1 を求める構成とすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、溶接電流の変化範囲を狭めることなく、変圧器２次側の無通電状態を確実に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成図。
【図２】図１の変圧器の２次側が異常な場合及び正常な場合の各信号の波形を示す波形図。
【図３】従来装置の構成図。
【符号の説明】
４  インバータ回路
５  変圧器
９  溶接電極
２４  レベル検出回路
２５  無通電検出回路
２６  ＰＷＭ回路
２８  電圧波形シミュレータ回路
２９  変調率検出回路
３０  判定要素演算回路
【図１】
0003638700.tif 000003
【図２】
0003638700.tif 000004
【図３】
0003638700.tif 000005