(57)【要約】【課題】サイリスタ位相制御型溶接電源において、演算によって点弧角αを算出する位相制御方法の入力電圧変動特性を改善する。【解決手段】本発明では、三相交流電圧Ｖａｃの任意の一相から入力電圧値Ｖｉを検出し、この入力電圧値Ｖｉ及び予め定めた出力電圧設定値Ｖｒに基づいて位相制御のための点弧角αを算出し、この点弧角αによって複数のサイリスタを予め定めた順番で順次点弧して位相制御を行う溶接電源の位相制御方法において、三相交流電圧Ｖａｃの３つの相の入力電圧値Ｖｉｒ、Ｖｉｓ、Ｖｉｔをそれぞれ検出し，点弧順番のサイリスタに印加する相電圧に対応する三相交流電圧Ｖａｃの一相の上記入力電圧値を使用して点弧角αを算出する。【選択図】図１
2006223031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相変圧器によって三相交流電圧を溶接に適した電圧値に降圧し、この降圧された三相交流電圧を複数のサイリスタから形成される位相制御整流回路によって出力電圧制御及び整流して直流電圧を出力する溶接電源にあって、
前記三相交流電圧の任意の一相から入力電圧値を検出し、この入力電圧値及び予め定めた出力電圧設定値に基づいて位相制御のための点弧角を算出し、この点弧角によって前記複数のサイリスタを予め定めた順番で順次点弧して位相制御を行う溶接電源の位相制御方法において、
前記三相交流電圧の３つの相の前記入力電圧値をそれぞれ検出し，点弧順番のサイリスタに印加する相電圧に対応する前記三相交流電圧の一相の前記入力電圧値を使用して前記点弧角を算出する、ことを特徴とする溶接電源の位相制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の入力電圧値が、前記三相交流電圧の一相のピーク電圧値又は平均電圧値又は実効電圧値である、ことを特徴とする溶接電源の位相制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイリスタによる位相制御において安定した出力を得るための溶接電源の位相制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、サイリスタ位相制御型溶接電源のブロック図である。同図において、主回路が三相半波型の場合を例示しており、三相二重星型の場合もよく使用される。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００３】
三相交流電圧Ｖacは、三相２００Ｖ等の商用電源であり、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相からなる。三相変圧器ＴＲは、Δ型配線又は星型配線の３つの１次巻線Ｐｍ及び星型配線の３つの２次巻線Ｓｍからなり、溶接に適した電圧値に降圧する。サイリスタＳＣＲｒは、Ｒ相の２次巻線Ｓｍに接続される。サイリスタＳＣＲｓは、Ｓ相の２次巻線Ｓｍに接続される。サイリスタＳＣＲｔは、Ｔ相の２次巻線Ｓｍに接続される。これらのサイリスタから位相制御整流回路が形成されて、サイリスタは後述する点弧駆動信号群Ｇｄによって点弧されて位相制御を行う。リアクトルＷＬは、位相制御された出力を平滑する。溶接電源からは出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏが出力される。溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【０００４】
同期パルス生成回路ＳＰは、任意の一相ここではＲ相（Ｒ−Ｓ相間）の交流電圧Ｖarを入力して、電圧が上昇しながら０Ｖを通貨する時点（零クロス時点）を位相０°として検出し短時間Ｈｉｇｈレベルになる同期パルス信号Ｓｐを出力する。入力電圧検出回路ＶＩは、任の一相ここではＲ相の交流電圧Ｖarを入力として、ピーク電圧値、平均電圧値又は実効電圧値を算出し、入力電圧信号Ｖｉとして出力する。出力電圧設定回路ＶＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｖｒを出力する。点弧角算出回路ＡＣは、上記の出力電圧設定信号Ｖｒ及び入力電圧信号Ｖｉを入力として、図４で後述する点弧角α°の演算を行い、点弧角信号Ａｃ＝αを出力する。位相制御信号生成回路ＰＣは、上記の同期パルス信号Ｓｐ及び点弧角信号Ａｃを入力として、図５で後述する３つのサイリスタを点弧するための３つの位相制御信号Ｐcr、Ｐcs及びＰctを出力する。点弧駆動回路ＧＤは、これら位相制御信号群を入力として、各サイリスタを点弧する点弧駆動信号群Ｇｄを出力する。
【０００５】
図４は、出力電圧設定信号Ｖｒと点弧角αとの関係図である。同図は、サイリスタが点弧角α＝０°でフル点弧したときの出力電圧Ｖｏの最大値が４０Ｖになるように三相変圧器ＴＲを設計した場合である。これは、一般的な炭酸ガスアーク溶接電源の場合に相当する。上述したように、主回路が三相半波型（三相二重星型の場合も同様）であるので、点弧角αは０〜１２０°の範囲となる。同図は入力電圧値Ｖｉ＝２００Ｖ（実効値）の場合である。例えば、出力電圧設定信号Ｖｒ＝２０Ｖのときは、点弧角α＝６０°となる。したがって、同図の曲線を点弧角算出回路ＡＣに記憶しておき、出力電圧設定信号Ｖｒが入力されるとその値に対応する点弧角αが算出される。
【０００６】
他方、入力電圧信号Ｖｉの値が２００Ｖから２４０Ｖへと２０％高く変動したときは、出力電圧設定信号Ｖｒを２０％小さくして２０Ｖ→１６Ｖとし、点弧角α＝７０°となる。このように、入力電圧信号Ｖｉが２００Ｖ→２４０Ｖに変動したときは、点弧角αを６０°→７０°に変化させることによって出力電圧Ｖｏ＝２０Ｖを維持することができる。すなわち、出力電圧設定信号Ｖｒ及び入力電圧信号Ｖｉを入力として点弧角αが算出される。
【０００７】
図５は、上述した位相制御信号群の生成方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）はＲ相交流電圧Ｖarの、同図（Ｂ）は同期パルス信号Ｓｐの、同図（Ｃ）はＲ相のサイリスタを点弧するＲ相位相制御信号Ｐcrの、同図（Ｄ）はＳ相のサイリスタを点弧するＳ相位相制御信号Ｐcsの、同図（Ｅ）はＴ相のサイリスタを点弧するＴ相位相制御信号Ｐctの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
同図（Ｂ）に示すように、同期パルス信号Ｓｐは、同図（Ａ）に示すように、Ｒ相交流電圧Ｖarが上昇しながら０Ｖを通過する零クロス時点を位相０°として検出し短時間Ｈｉｇｈレベルになる。同図（Ｃ）に示すように、Ｒ相位相制御信号Ｐcrは、同図（Ｂ）の同期パルス信号Ｓｐを起点として位相３０°の時点で図４で上述した点弧角αを算出し、３０＋α°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。同図（Ｄ）に示すように、Ｓ相位相制御信号Ｐcsは、同図（Ｂ）の同期パルス信号Ｓｐを起点として位相１５０°の時点で図４で上述した点弧角αを算出し、１５０＋α°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。同図（Ｅ）に示すように、Ｔ相位相制御信号Ｐctは、同図（Ｂ）の同期パルス信号Ｓｐを起点として位相２７０°の時点で図４で上述した点弧角αを算出し、２７０＋α°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。同図（Ａ）に示すＲ相交流電圧Ｖarに対応する入力電圧信号Ｖｉの値及び出力電圧設定信号Ｖｒの値が一定であれば、上記の各点弧角αも一定値となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−７１１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６は、課題を説明するために、三相交流電圧Ｖacが各相によって不均一になったときの出力電圧Ｖｏの波形図である。同図（Ａ）に示すように、Ｒ相交流電圧Ｖar、Ｓ相交流電圧Ｖas及びＴ相交流電圧Ｖatのピーク値が不均一になっている。このような状態は各相の負荷状態によってときどき発生する。この結果、上述した従来技術では、同図（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖｏのリップル幅が不均一になり、溶接状態の安定性が低下する。
【００１１】
このようになる原因は以下のとおりである。すなわち、上述したように、点弧角αの算出には特定の一相ここではＲ相の交流電圧Ｖarに対応した入力電圧信号Ｖｉの値が使用される。このために、他のＳ相及びＴ相の交流電圧Ｖas、ＶatがＲ相の交流電圧Ｖarと異なった値に変動しても、算出される点弧角はαで一定となる。この結果、出力電圧設定信号Ｖｒが一定値であっても、各相によって出力電圧が異なることになる。
【００１２】
そこで、本発明では、三相交流電圧が不均一の場合でも出力電圧値を一定値に位相制御することができ安定した溶接を行うことができる溶接電源の位相制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、三相変圧器によって三相交流電圧を溶接に適した電圧値に降圧し、この降圧された三相交流電圧を複数のサイリスタから形成される位相制御整流回路によって出力電圧制御及び整流して直流電圧を出力する溶接電源にあって、
前記三相交流電圧の任意の一相から入力電圧値を検出し、この入力電圧値及び予め定めた出力電圧設定値に基づいて位相制御のための点弧角を算出し、この点弧角によって前記複数のサイリスタを予め定めた順番で順次点弧して位相制御を行う溶接電源の位相制御方法において、
前記三相交流電圧の３つの相の前記入力電圧値をそれぞれ検出し，点弧順番のサイリスタに印加する相電圧に対応する前記三相交流電圧の一相の前記入力電圧値を使用して前記点弧角を算出する、ことを特徴とする溶接電源の位相制御方法である。
【００１４】
また、第２の発明は、第１の発明記載の入力電圧値が、前記三相交流電圧の一相のピーク電圧値又は平均電圧値又は実効電圧値である、ことを特徴とする溶接電源の位相制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、三相交流電圧が不均一になった場合には、各相の交流電圧の入力電圧値に応じて対応する相のサイリスタの点弧角を演算によって修正する。このために、三相交流電圧が不均一であっても出力電圧のリップルの不均一は抑制されるので、安定した溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る位相制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図３と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図３とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００１７】
Ｒ相入力電圧検出回路ＶＩＲは、Ｒ相（Ｒ−Ｓ相間）交流電圧Ｖarを入力として、ピーク電圧値、平均電圧値又は実効電圧値を算出し、Ｒ相入力電圧信号Ｖirとして出力する。Ｓ相入力電圧検出回路ＶＩＳは、Ｓ相（Ｓ−Ｔ相間）交流電圧Ｖasを入力として、ピーク電圧値、平均電圧値又は実効電圧値を算出し、Ｓ相入力電圧信号Ｖisとして出力する。Ｔ相入力電圧検出回路ＶＩＴは、Ｔ相（Ｔ−Ｒ相間）交流電圧Ｖatを入力として、ピーク電圧値、平均電圧値又は実効電圧値を算出し、Ｔ相入力電圧信号Ｖitとして出力する。切換回路ＳＷは、同期パルス信号Ｓｐを起点として位相３０°の時点では上記のＲ相入力電圧信号Ｖirを入力電圧信号Ｖｉとして出力し、位相１５０°の時点では上記のＳ相入力電圧信号Ｖisを入力電圧信号Ｖｉとして出力し、位相２７０°の時点では上記のＴ相入力電圧信号Ｖitを入力電圧信号Ｖｉとして出力する。したがって、Ｒ相に対応するサイリスタＳＣＲｒの点弧角αｒは、Ｒ相入力電圧信号Ｖirに基づいて算出される。同様に、Ｓ相に対応するサイリスタＳＣＲｓの点弧角αｓは、Ｓ相入力電圧信号Ｖisに基づいて算出される。同様に、Ｔ相に対応するサイリスタＳＣＲｔの点弧角αｔは、Ｔ相入力電圧信号Ｖitに基づいて算出される。
【００１８】
図２は、上述した各相の交流電圧の入力電圧信号に対応した点弧角の算出方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）はＲ相交流電圧Ｖarの、同図（Ｂ）は同期パルス信号Ｓｐの、同図（Ｃ）はＲ相位相制御信号Ｐcrの、同図（Ｄ）はＳ相交流電圧Ｖasの、同図（Ｅ）はＳ相位相制御信号Ｐcsの、同図（Ｆ）はＴ相交流電圧Ｖatの、同図（Ｇ）はＴ相位相制御信号Ｐctの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１９】
図５で上述したように、同図（Ｃ）に示すＲ相位相制御信号Ｐcrは、位相３０°時点での同図（Ａ）に示すＲ相交流電圧ＶarのＲ相入力電圧信号Ｖirに基づいて点弧角αｒが算出されて、位相３０＋αｒ°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。また、同図（Ｅ）に示すＳ相位相制御信号Ｐcsは、位相１５０°時点での同図（Ｄ）に示すＳ相交流電圧ＶasのＳ相入力電圧信号Ｖisに基づいて点弧角αｓが算出されて、位相１５０＋αｓ°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。また、同図（Ｇ）に示すＴ相位相制御信号Ｐctは、位相２７０°時点での同図（Ｆ）に示すＴ相交流電圧ＶatのＴ相入力電圧信号Ｖitに基づいて点弧角αｔが算出されて、位相２７０＋αｔ°で短時間Ｈｉｇｈレベルになる。
【００２０】
同図において、図６で上述したように、各相の交流電圧はＶat＜Ｖar＜Ｖasであるので各相の入力電圧信号はＶit＜Ｖir＜Ｖisとなり、この結果、各相の点弧角はαｔ＜αｒ＜αｓとなる。このように、各相の入力電圧信号の値が不均一であっても、点弧角が修正されるので、出力電圧Ｖｏのリップルの不均一は抑制される。このために、安定した溶接を行うことができる。
【００２１】
上述した実施の形態では、主回路が三相半波型回路の場合を例示したが、三相二重星型回路の場合も同様である。また、上記の入力電圧検出回路としては、補助変圧器で交流電圧を降圧して全波整流してピーク電圧値又は平均電圧値を検出する回路でも良い。また、この全波整流波形を入力として、実効値を演算する汎用ＩＣ（集積回路）を利用しても良い。さらに、この全波整流波形をマイクロプロセッサＣＰＵによるソフトウェアによってピーク電圧値、平均電圧値又は実効電圧値を算出しても良い。上記の切換回路ＳＷには、マルチプレクサが使用できる。また、本発明による溶接電源は、消耗電極／非消耗電極アーク溶接、プラズマ切断電源等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る位相制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図２】図１の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。
【図３】従来技術の位相制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図４】従来技術における出力電圧設定信号Ｖｒと点弧角αとの関係図である。
【図５】図３の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。
【図６】課題を説明するために、三相交流電圧Ｖacが不均一のときの出力電圧Ｖｏのリップルの不均一を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２３】
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
ＡＣ            点弧角算出回路
Ａｃ            点弧角信号
ＣＰＵ            マイクロプロセッサ
ＧＤ            点弧駆動回路
Ｇｄ            点弧駆動信号
Ｉｏ            出力電流
ＰＣ            位相制御信号生成回路
Ｐcr            Ｒ相位相制御信号
Ｐcs            Ｓ相位相制御信号
Ｐct            Ｔ相位相制御信号
Ｐｍ            １次巻線
ＳＣＲｒ          サイリスタ
ＳＣＲｓ          サイリスタ
ＳＣＲｔ          サイリスタ
Ｓｍ            ２次巻線
ＳＰ            同期パルス生成回路
Ｓｐ            同期パルス信号
ＳＷ            切換回路
ＴＲ            三相変圧器
Ｖac            三相交流電圧
Ｖar            Ｒ相交流電圧
Ｖas            Ｓ相交流電圧
Ｖat            Ｔ相交流電圧
ＶＩ            入力電圧検出回路
Ｖｉ            入力電圧（値／信号）
ＶＩＲ            Ｒ相入力電圧検出回路
Ｖir            Ｒ相入力電圧信号
ＶＩＳ            Ｓ相入力電圧検出回路
Ｖis            Ｓ相入力電圧信号
ＶＩＴ            Ｔ相入力電圧検出回路
Ｖit            Ｔ相入力電圧信号
Ｖｏ            出力電圧
ＶＲ            出力電圧設定回路
Ｖｒ            出力電圧設定信号
ＷＬ            リアクトル
α            点弧角
αｒ            点弧角
αｓ            点弧角
αｔ            点弧角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006223031.tif 000007
【図６】
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