(57)【要約】【課題】  配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーによって極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる交流出力インバータ溶接機を提供する。【解決手段】  直流電流を交流電流に変換するインバータ回路１３と、インバータ回路１３の出力が１次コイル２１に供給される変圧器２と、変圧器２の２次コイル２２から供給される交流電流を整流する整流回路３１と、整流回路３１による整流後の直流電流に対し、出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷４へ供給する極性切替回路３４と、溶接負荷４にかかる出力電圧を検出する検出回路７と、出力電圧に基づいて、出力極性を制御する出力制御部６とにより構成される。出力制御部６は、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈ以下である場合に、極性を維持する。【選択図】  図１
2017024061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を交流電流に変換するインバータ回路と、
上記インバータ回路の出力が１次コイルに供給される変圧器と、
上記変圧器の２次コイルから供給される交流電流を整流する整流回路と、
上記整流回路による整流後の直流電流に対し、出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷へ供給する極性切替回路と、
上記溶接負荷にかかる出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
上記出力電圧に基づいて、上記出力極性を制御する出力制御手段とを備え、
上記出力制御手段は、上記出力電圧の絶対値が判定閾値以下である場合に、極性を維持することを特徴とする交流出力インバータ溶接機。
【請求項２】
上記出力制御手段は、上記出力電圧の絶対値が上記判定閾値を超えた場合に、極性切替を再開することを特徴とする請求項１に記載の交流出力インバータ溶接機。
【請求項３】
上記溶接負荷を流れる出力電流を検出する出力電流検出手段と、
上記出力電流に基づいて、上記インバータ回路をフィードバック制御するインバータ制御手段とを備え、
上記インバータ制御手段は、上記出力極性の切替までの一定期間、上記出力電流の大きさを制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の交流出力インバータ溶接機。
【請求項４】
上記出力極性の切替時に、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収するコンデンサと、上記出力極性が正極性から逆極性へ切り替えられる際にオンし、上記コンデンサに蓄積されたエネルギーを利用して逆極性の電流を上記溶接負荷へ供給するトランジスタとを有するアーク切れ防止回路を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交流出力インバータ溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流出力インバータ溶接機に係り、さらに詳しくは、変圧器の１次側にインバータ回路が設けられ、２次側の整流回路による整流後の直流電流に対して出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷へ供給する交流出力インバータ溶接機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接機は、溶接材からなる溶接電極と加工対象の溶接母材との間にアークを発生させることによって溶接を行う加工装置である。アーク溶接は、気体中における放電現象を利用する溶接方法であり、アークによってもたらされる高熱により、溶接母材と溶接材とを溶融させて一体化する。また、溶接負荷を流れる出力電流の極性が周期的に反転する交流出力のアーク溶接機では、溶接電極の電位が溶接母材よりも高い逆極性の期間に、母材表面の酸化膜をクリーニング作用によって除去することができる。このため、アルミニウム等の酸化し易い金属を溶接母材として溶接を行う場合は、交流出力のアーク溶接機が用いられる。
【０００３】
この種の交流出力のアーク溶接機は、降圧のための変圧器と、変圧器の１次コイルに交流電流を供給するインバータ回路と、変圧器の２次コイルから供給される交流電流を整流する整流回路と、整流回路による整流後の直流電流に対し、出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷へ供給する極性切替回路とを備える。溶接負荷を流れる出力電流は、インバータ回路をフィードバック制御することによって調整される。
【０００４】
また、極性切替回路は、オン状態が出力極性の正極性に対応する正極性スイッチング素子と、オン状態が出力極性の逆極性に対応する逆極性スイッチング素子とを有し、これらのスイッチング素子を交互にオンさせることにより、出力極性が切り替えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配線インダクタンスは、極性切替回路と溶接負荷との間の配線に寄生するインダクタンスである。上述した様な交流出力インバータ溶接機では、出力極性が反転する際に、出力電流がゼロクロスすることから、配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーによって過大なサージ電圧が発生することがある。このため、極性切替回路のスイッチング素子は、その様なサージ電圧によって破損する恐れがある。
【０００６】
そこで、従来の交流出力インバータ溶接機では、極性切替回路のスイッチング素子に付加されるサージ電圧を低減させるために、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収するスナバ回路が設けられる。また、出力極性の切替までの一定期間、出力電流の大きさを制限することにより、配線インダクタンスに蓄積されるエネルギーを低減させるサージ抑制処理が行われる。
【０００７】
しかしながら、上述した従来の交流出力インバータ溶接機では、溶接負荷にかかる電圧が低ければ、出力極性の切替までの間に、出力電流の大きさが十分に低下せず、スナバ回路が配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収しきれないという問題があった。例えば、溶接電極が溶接母材と接触することによって負荷短絡が生じた場合は、出力電流が十分に低下しないまま出力極性が切り替えられてしまう。
【０００８】
なお、スナバ回路を大型化すれば、出力極性の切替までに出力電流が十分に低下しなかった場合であっても、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを十分に吸収させることができるが、製造コストが増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上させた交流出力インバータ溶接機を提供することを目的とする。特に、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーによって極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる交流出力インバータ溶接機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】
【００１０】
第１の本発明による交流出力インバータ溶接機は、直流電流を交流電流に変換するインバータ回路と、上記インバータ回路の出力が１次コイルに供給される変圧器と、上記変圧器の２次コイルから供給される交流電流を整流する整流回路と、上記整流回路による整流後の直流電流に対し、出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷へ供給する極性切替回路と、上記溶接負荷にかかる出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧に基づいて、上記出力極性を制御する出力制御手段とを備える。上記出力制御手段は、上記出力電圧の絶対値が判定閾値以下である場合に、極性を維持する。
【００１１】
この交流出力インバータ溶接機では、溶接負荷にかかる出力電圧が判定閾値以下であれば、出力極性の切替を行わずに極性を維持するため、溶接負荷を流れる電流がゼロクロスすることに起因して、極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる。従って、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーによって極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる。
【００１２】
第２の本発明による交流出力インバータ溶接機は、上記構成に加え、上記出力制御手段が、上記出力電圧の絶対値が上記判定閾値を超えた場合に、極性切替を再開するように構成される。この様な構成によれば、出力電圧が低い状態で極性切替を再開することに起因して、出力極性の切替までの間に溶接負荷を流れる電流が十分に低下しないという事態が生じるのを防止することができる。
【００１３】
第３の本発明による交流出力インバータ溶接機は、上記構成に加え、上記溶接負荷を流れる出力電流を検出する出力電流検出手段と、上記出力電流に基づいて、上記インバータ回路をフィードバック制御するインバータ制御手段とを備え、上記インバータ制御手段が、上記出力極性の切替までの一定期間、上記出力電流の大きさを制限するように構成される。
【００１４】
この様な構成によれば、配線インダクタンスに蓄積されるエネルギーが低減するため、出力極性の反転時に、配線インダクタンスの蓄積エネルギーによって極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる。
【００１５】
第４の本発明による交流出力インバータ溶接機は、上記構成に加え、上記出力極性の切替時に、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収するコンデンサと、上記出力極性が正極性から逆極性へ切り替えられる際にオンし、上記コンデンサに蓄積されたエネルギーを利用して逆極性の電流を上記溶接負荷へ供給するトランジスタとを有するアーク切れ防止回路を備えて構成される。
【００１６】
この様な構成によれば、アーク切れ防止回路のコンデンサが配線インダクタンスの蓄積エネルギーを吸収するため、出力極性の切替時に、極性切替回路のスイッチング素子に付加されるサージ電圧を低減させることができる。また、トランジスタを介してコンデンサから逆極性の電流が溶接負荷に供給されるため、出力極性が正極性から逆極性に切り替えられる際に、電流不足等によってアーク切れが生じるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーによって極性切替回路のスイッチング素子に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができ、耐久性を向上させた交流出力インバータ溶接機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による交流出力インバータ溶接機１の一構成例を示した図である。
【図２】図１のアーク切れ防止回路３６の構成例を示した図である。
【図３】サージ抑制期間Ｔｓにおける出力電流の時間変化を示した図である。
【図４】図１の交流出力インバータ溶接機１の動作の一例を示した図であり、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐ及び出力電流の時間変化が示されている。
【図５】図１の交流出力インバータ溶接機１の動作の一例を示した図であり、負荷短絡によって出力電圧が低下した場合が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜交流出力インバータ溶接機１＞
図１は、本発明の実施の形態による交流出力インバータ溶接機１の一構成例を示した図である。図中には、交流電源、例えば、三相で定格電圧４００Ｖ、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源から供給される電力を利用して、アークを発生させるアーク溶接機が示されている。
【００２０】
この交流出力インバータ溶接機１は、整流回路１１，３１、平滑コンデンサ１２、インバータ回路１３、変圧器２、直流リアクトル３２、検出回路３３，８、極性切替回路３４、アーク切れ防止回路３６、インバータ制御部５、出力制御部６及びイグナイター回路７により構成される。この交流出力インバータ溶接機１では、変圧器２の１次側に設けられるインバータ回路１３をフィードバック制御することにより、溶接負荷４を流れる出力電流の大きさが調整される。
【００２１】
溶接負荷４は、トーチと呼ばれる溶接電極４１と、加工対象の溶接母材４２とにより構成される。例えば、溶接電極４１がタングステンにより形成されるのに対し、溶接母材４２は、タングステンよりも酸化し易いアルミニウムにより形成される。溶接電極４１は、変圧器２の２次コイル２２に接続される。一方、溶接母材４２は、極性切替回路３４の出力端子に接続される。以後、溶接電極４１がマイナス電位であり、溶接母材４２がプラス電位である状態を正極性と呼び、その反対の状態を逆極性と呼ぶことにする。
【００２２】
整流回路１１は、交流電源から電源端子１０を介して入力される交流電流を整流するための入力回路であり、複数のダイオードを用いたブリッジ回路により構成される。平滑コンデンサ１２は、整流回路１１により整流された直流電流を平滑化するための容量素子である。
【００２３】
＜インバータ回路１３＞
インバータ回路１３は、４つのスイッチング素子１３１〜１３４と４つの還流ダイオード１４とを有し、平滑コンデンサ１２による平滑化後の直流電流を交流電流に変換する変換装置である。このインバータ回路１３は、スイッチング素子１３１〜１３４を用いたブリッジ回路により構成される。
【００２４】
スイッチング素子１３１〜１３４は、いずれもインバータ制御部５からの駆動信号によりオン又はオフする半導体素子である。これらのスイッチング素子１３１〜１３４には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）等の電圧制御型のトランジスタが用いられる。
【００２５】
還流ダイオード１４は、スイッチング素子１３１〜１３４にサージ電流が流れるのを防止するための回路素子である。この還流ダイオード１４は、スイッチング素子１３１〜１３４ごとに設けられ、スイッチング素子１３１〜１３４のコレクタ端子及びエミッタ端子間に接続される。
【００２６】
変圧器２は、溶接に必要な電圧に昇圧又は降圧するためのトランスであり、１次コイル２１及び２次コイル２２を有し、インバータ回路１３の出力が１次コイル２１に供給される。整流回路３１は、変圧器２の２次コイル２２から供給される交流電流を整流するためのコンバータであり、４つのダイオードを用いたブリッジ回路により構成される。
【００２７】
直流リアクトル３２は、整流回路３１により整流された直流電流を平滑化するための誘導素子である。検出回路３３は、溶接負荷４を流れる出力電流を検出するための回路素子であり、出力電流の検出値Ｉをインバータ制御部５へ出力する。この検出回路３３は、直流リアクトル３２及び極性切替回路３４間に配置され、出力電流の絶対値を計測結果として出力する。すなわち、変圧器２の２次コイル２２から流出する直流電流をＩ１とし、２次コイル２２へ流入する直流電流をＩ２とすれば、検出値Ｉは、Ｉ＝（Ｉ１＋Ｉ２）である。
【００２８】
＜極性切替回路３４＞
極性切替回路３４は、整流回路３１による整流後の直流電流に対し、出力極性を定期的に切り替えて溶接負荷４の溶接電極４１へ供給するインバータであり、２つのスイッチング素子３４１及び３４２と２つの還流ダイオード３５とにより構成される。出力極性は、溶接負荷４を流れる出力電流の極性であり、スイッチング素子３４１及び３４２を交互にオンさせることによって極性切替が行われる。
【００２９】
この極性切替回路３４は、スイッチング素子３４１及び３４２を用いたブリッジ回路により構成され、直流リアクトル３２による平滑化後の直流電流をインバータ回路１３よりも低い周波数の交流電流に変換する。例えば、インバータ回路１３が数十ｋＨｚ程度の高周波交流を生成するのに対し、極性切替回路３４は、１００Ｈｚ程度の低周波交流を生成する。
【００３０】
スイッチング素子３４１及び３４２は、いずれも出力制御部６からの駆動信号によりオン又はオフする半導体素子である。これらのスイッチング素子３４１及び３４２には、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧制御型のトランジスタが用いられる。スイッチング素子３４１は、オン状態が出力極性の正極性に対応する正極性のスイッチング素子である。一方、スイッチング素子３４２は、オン状態が出力極性の逆極性に対応する逆極性のスイッチング素子である。
【００３１】
還流ダイオード３５は、スイッチング素子３４１及び３４２にサージ電流が流れるのを防止するための回路素子である。この還流ダイオード３５は、スイッチング素子３４１及び３４２ごとに設けられ、スイッチング素子３４１及び３４２のコレクタ端子及びエミッタ端子間に接続される。
【００３２】
アーク切れ防止回路３６は、配線インダクタンス等に蓄えられたエネルギーを吸収し、また、出力極性の切替時に、極性切替回路３４の出力にパルス状の電流を付加することによってアーク切れが生じるのを防止するための回路である。アーク切れは、アークが不安定化してプラズマ状態を維持できなくなることである。
【００３３】
＜インバータ制御部５＞
インバータ制御部５は、検出回路３３による出力電流の検出値Ｉに基づいて、インバータ回路１３をフィードバック制御する制御部である。例えば、インバータ制御部５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号を生成し、インバータ回路１３のスイッチング素子１３１〜１３４へ出力する。ＰＷＭ信号は、パルス幅がスイッチング素子１３１〜１３４のオン時間を規定する駆動信号であり、スイッチング素子１３１〜１３４のゲート端子に入力される。
【００３４】
このインバータ制御部５は、出力極性の切替までの一定期間、出力電流の大きさを制限することにより、配線インダクタンス等に蓄えられるエネルギーを低減させるサージ抑制処理を行う。
【００３５】
イグナイター回路７は、アークを発生させるために使用する起動装置であり、カップリングコイル７１及び高周波回路７２により構成される。高周波回路７２は、電圧が５ｋＶ程度であり、周波数が数ＭＨｚ程度の高周波を発生する回路である。カップリングコイル７１は、高周波回路７２と電磁結合し、高周波を１０ｋＶ程度に昇圧して溶接負荷４の溶接母材４２へ供給する。このイグナイター回路７は、アークスタート時にのみ動作する。
【００３６】
検出回路８は、溶接負荷４にかかる出力電圧を検出する回路素子であり、出力電圧の検出値Ｖを出力制御部６へ出力する。この検出回路８は、極性切替回路３４及び溶接電極４１間の配線と、イグナイター回路７のカップリングコイル７１及び変圧器２の２次コイル２２間の配線とに接続され、これらの配線間の電位差を計測結果として出力する。例えば、検出回路８は、負荷短絡を検知するために設けられている。
【００３７】
＜出力制御部６＞
出力制御部６は、所望の交流出力を得るために極性切替回路３４を制御する制御部であり、極性切替回路３４のスイッチング素子３４１及び３４２を駆動するための駆動信号を生成する。駆動信号は、スイッチング素子３４１及び３４２のゲート端子に入力される。
【００３８】
この出力制御部６は、検出回路８による出力電圧の検出値Ｖに基づいて、出力極性を制御する。具体的には、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈ以下である場合に、出力極性の切替を行わず、一定期間、極性を維持する制御が行われる。例えば、出力制御部６は、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えるまでの間、極性を維持し、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えた場合に、極性切替を再開する。
【００３９】
一方、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えていれば、出力極性の切替が行われる。判定閾値Ｖｔｈは、出力極性の切替時に、十分に小さい出力電流が得られるアーク電圧に基づいて、予め定められる。例えば、判定閾値Ｖｔｈは、アーク長が１ｍｍの時のアーク電圧を基準として定められる。
【００４０】
＜アーク切れ防止回路３６＞
図２は、図１のアーク切れ防止回路３６の構成例を示した図である。このアーク切れ防止回路３６は、ダイオード３６１、コンデンサ３６２、トランジスタ３６３及び抵抗素子３６４により構成される。
【００４１】
ダイオード３６１は、スイッチング素子３４１及び３４２のうち、オフ状態であるスイッチング素子に一定レベル以上の順バイアスが付加されるのを防止するための逆流防止用の整流素子である。このダイオード３６１は、アノード端子がスイッチング素子３４１のコレクタ端子に接続され、カソード端子がトランジスタ３６３のコレクタ端子に接続されている。
【００４２】
コンデンサ３６２は、出力極性の切替時に、直流リアクトル３２、カップリングコイル７１及び配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収するための容量素子である。このコンデンサ３６２は、ダイオード３６１のカソード端子とスイッチング素子３４２のコレクタ端子との間に配置されている。例えば、コンデンサ３６２には、電解コンデンサが用いられる。コンデンサ３６２には、ダイオード３６１を介して、後述する極性反転時に発生するサージ電圧が蓄積される。
【００４３】
トランジスタ３６３は、出力極性が正極性から逆極性へ切り替えられる際に、出力制御部６からの駆動信号によってオンし、コンデンサ３６２に蓄積されたエネルギーを、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐとして、溶接負荷４に付加するための半導体スイッチング素子である。
【００４４】
このトランジスタ３６３は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧制御型のトランジスタであり、エミッタ端子が抵抗素子３６４を介してカップリングコイル７１及び変圧器２間の配線に接続されている。スーパーインポーズ電流Ｉｓｐは、パルス状の電流であり、トランジスタ３６３のオン時間を調整することにより、出力極性の切替から一定期間だけ出力される。
【００４５】
＜サージ抑制期間Ｔｓ＞
図３は、サージ抑制期間Ｔｓにおける出力電流の時間変化を示した図である。図中には、通常時の出力電流を示す曲線Ａ１と、負荷短絡が生じた場合の出力電流を示す曲線Ａ２とが描画されている。
【００４６】
出力極性が反転するとき、直流リアクトル３２や配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーにより、極性切替回路３４のスイッチング素子のうち、オン状態からオフ状態に切り替わった側のスイッチング素子にサージ電圧が発生する。サージ抑制期間Ｔｓは、この様なサージ電圧を抑えるため、出力電流の大きさが制限される期間である。交流出力インバータ溶接機１では、出力極性の切替までの一定期間をサージ抑制期間Ｔｓとして出力電流の大きさを制限するサージ抑制処理が行われる。
【００４７】
例えば、時刻ｔ１から出力極性の切替を示す時刻ｔ２までの期間がサージ抑制期間Ｔｓであり、フィードバック制御の指令値を一定値Ｉｂに固定することにより、出力電流の大きさが制限されている。フィードバック制御の指令値は、時刻ｔ２から次のサージ抑制期間Ｔｓまでの間、一定値Ｉａに固定される。ここで、Ｉｂには、負荷に印加される出力電圧が後述する判定閾値Ｖｔｈ以上となる出力電流値が選択されている。
【００４８】
出力電流は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、下に凸の曲線に沿って単調に減少している。曲線Ａ１は、通常時における出力電流の時間変化であり、時刻ｔ２において出力電流が電流値Ｉｂに到達している。一方、曲線Ａ２は、溶接電極４１と溶接母材４２とが接触することによって負荷短絡が生じた場合における出力電流の時間変化である。負荷短絡時には、アーク電圧である負荷電圧が０Ｖ付近になることから、出力電流が十分に下がらずに曲線Ａ１に比べて電流値の減少量が少なく、時刻ｔ２における電流値はＩｂ１（Ｉｂ１＞Ｉｂ）となっている。
【００４９】
この様に溶接負荷４にかかる出力電圧が低い場合は、出力極性の切替までの間に、出力電流の大きさが十分に低下しない。このため、出力極性の反転時に、アーク切れ防止回路３６のコンデンサ３６２、或いは、アーク切れ防止回路３６とは別個に設けられるスナバ回路が、直流リアクトル３２や配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーを吸収しきれないという問題があった。
【００５０】
これに対し、本実施の形態による交流出力インバータ溶接機１では、少なくともサージ抑制期間Ｔｓ中に、出力電圧Ｖｂの絶対値が判定閾値Ｖｔｈ以下であれば、出力電流がＩｂまで低下しておらず、負荷側の回路に蓄積されたエネルギーが大きく、極性反転時のサージ電圧が吸収しきれないと判断し、出力極性の切替を行わずに極性を維持する制御が行われる。このため、溶接負荷４を流れる出力電流がゼロクロスすることに起因して、極性切替回路３４のスイッチング素子３４１及び３４２に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる。
【００５１】
サージ抑制期間Ｔｓで十分に出力電流が低下し、負荷の出力電圧Ｖｂが判定閾値Ｖｔｈを超えていると、出力電流がＩｂまで低下したと判断し、時刻ｔ２で極性反転を行う。このとき、スイッチング素子３４１がオフ状態になったときに、直流リアクトルや配線に蓄積されたエネルギーによりサージ電圧が発生する。このサージ電圧によってスイッチング素子３４１の両端電圧が上昇すると、ダイオード３６１がオン状態へ移行して、サージ電圧がコンデンサ３６２に吸収される。このように、サージ抑制期間Ｔｓに負荷への出力電流を十分に減少させ、回路に蓄積されたエネルギーを減少させた状態で極性反転を行うので、ゼロクロスに起因するサージ電圧を低く抑えられるので、スイッチング素子が破損するのを防止することができる。
【００５２】
＜スーパーインポーズ電流Ｉｓｐ＞
図４は、図１の交流出力インバータ溶接機１の動作の一例を示した図であり、ゲート駆動信号Ｇ１及びＧ２と、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐ及び出力電流の時間変化とが示されている。
【００５３】
ゲート駆動信号Ｇ１は、スイッチング素子３４１を駆動するための矩形波状の駆動信号であり、電圧レベルを切り替えることにより、スイッチング素子３４１のオン状態とオフ状態とを切り替える。スイッチング素子３４１は、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち上がりによってオン状態へ移行し、ゲート駆動信号Ｇ１の立ち下がりによってオフ状態へ移行する。
【００５４】
ゲート駆動信号Ｇ２は、スイッチング素子３４２を駆動するための矩形波状の駆動信号であり、電圧レベルを切り替えることにより、スイッチング素子３４２のオン状態とオフ状態とを切り替える。スイッチング素子３４２は、ゲート駆動信号Ｇ２の立ち上がりによってオン状態へ移行し、ゲート駆動信号Ｇ２の立ち下がりによってオフ状態へ移行する。
【００５５】
出力電流は、溶接負荷４を流れる溶接電流であり、ゲート駆動信号Ｇ１及びＧ２に基づくスイッチング素子３４１及び３４２のスイッチングにより、極性が周期的に反転する矩形状の波形を有する。
【００５６】
スイッチング素子３４１がオン状態である期間Ｔａは、出力電流が正極性であり、出力電流の値は概ね一定（電流値＝Ｉａ）である。一方、スイッチング素子３４２がオン状態である期間Ｔｂは、出力電流が逆極性であり、出力電流の値は概ね一定（電流値＝−Ｉａ）である。この例では、逆極性の期間Ｔｂが期間Ｔａよりも短い。Ｔ＝（Ｔａ＋Ｔｂ）が交流出力の周期である。
【００５７】
サージ抑制期間Ｔｓは、出力極性の切替までの一定期間であり、出力電流の大きさを制限するサージ抑制処理が行われる。このサージ抑制処理では、フィードバック制御の指令値をＩａからＩｂ（Ｉｂ＜Ｉａ）まで下げる動作が行われる。例えば、Ｉａ＝３００Ａ程度である。
【００５８】
スーパーインポーズ電流Ｉｓｐは、アーク切れを防止するために、極性切替回路３４の出力に付加されるパルス状の電流であり、出力極性が正極性から逆極性へ切り替えられる際にだけ出力され、出力極性が逆極性から正極性へ切り替えられる際には出力されない。
【００５９】
出力極性が正極性から逆極性に切り替わるとき、ゲート信号Ｇ２の立ち上がりタイミングで、トランジスタ３６３がオンし、出力電流に加えて、サージ抑制期間Ｔｓでコンデンサ３６２に蓄積されたエネルギーが、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐとして溶接負荷４に出力される。従って、出力電流が極性切替時にゼロになるタイミングでスーパーインポーズ電流Ｉｓｐを補うことで、アーク切れを防止することができる。スーパーインポーズ期間Ｔｓｐは、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐの出力期間であり、出力極性の切替から一定時間が経過するまでの間、スーパーインポーズ電流Ｉｓｐが出力される。
【００６０】
図５は、図１の交流出力インバータ溶接機１の動作の一例を示した図であり、負荷短絡によって出力電圧が低下した場合が示されている。図中には、出力電圧の絶対値の時間変化と出力電流の時間変化とが互いに対応づけて示されている。
【００６１】
出力電流は、時刻ｔ１３までの間、極性が周期的に反転している。出力電流の極性反転は、時刻ｔ１１，ｔ１２及びｔ１３に行われている。出力電圧の絶対値は、出力電流の極性反転に同期して、電圧値ＶａとＶｂとの間を変動している。すなわち、出力電圧の絶対値は、概ね一定（電圧値Ｖａ）であり、サージ抑制期間Ｔｓにおいて、電圧値Ｖｂ（０＜Ｖｂ＜Ｖａ）まで低下するということを周期的に繰り返している。
【００６２】
負荷短絡は、時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ１３）に発生し、時刻ｔ４までの間、出力電圧の絶対値が概ねゼロレベルになっている。この様に出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを下回ったときから判定閾値Ｖｔｈを上回るまでの間は、出力電流の極性切替が見送られ、極性が維持される。例えば、出力電圧の絶対値が少なくともサージ抑制期間Ｔｓ中に、一度でも判定閾値Ｖｔｈ以下となった場合は、当該サージ抑制期間Ｔｓの終了時に極性反転をせず、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えるまでの間、同じ出力極性が継続する。
【００６３】
この例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間においても、負荷短絡が生じなかった場合と同じタイミングで、サージ抑制処理が周期的に行われている。具体的には、時刻ｔ１４，ｔ１５及びｔ１６をそれぞれサージ抑制期間Ｔｓの終了時刻として、サージ抑制処理が繰り返し行われている。
【００６４】
出力電圧の絶対値は、時刻ｔ４（ｔ４＞ｔ１６）において、判定閾値Ｖｔｈを上回り、電圧値Ｖａに達している。この様に出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えた場合に、出力電流の極性切替が再開される。すなわち、出力電流は、時刻ｔ４以降における最初のサージ抑制期間Ｔｓの終了時（時刻ｔ１７）に、出力極性が正極性から逆極性に切り替えられ、時刻ｔ１７以降、極性が周期的に反転している。
【００６５】
本実施の形態によれば、溶接負荷４にかかる出力電圧が判定閾値Ｖｔｈ以下であれば、出力極性の切替を行わずに極性を維持するため、溶接負荷４を流れる出力電流がゼロクロスすることに起因して、極性切替回路３４のスイッチング素子３４１及び３４２に過大なサージ電圧が付加されるのを抑制することができる。
【００６６】
また、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えた場合に、極性切替を再開するため、出力電圧が低い状態で極性切替を再開することに起因して、出力極性の切替までの間に溶接負荷４を流れる出力電流が十分に低下しないという事態が生じるのを防止することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、インバータ制御部５が出力極性の切替までの一定期間、出力電流の大きさを制限する場合の例について説明したが、本発明は、その様なサージ抑制機能を有しない溶接機にも適用することができる。
【００６８】
また、本実施の形態では、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えた時から最初のサージ抑制期間Ｔｓが終了するのを待って極性切替を再開する場合の例について説明したが、本発明は、極性切替を再開させるタイミングをこれに限定するものではない。例えば、出力電圧の絶対値が判定閾値Ｖｔｈを超えたことを検知した時点で、極性切替を再開させるような構成であっても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１  交流出力インバータ溶接機
１０  電源端子
１１，３１  整流回路
１２  平滑コンデンサ
１３  インバータ回路
１３１〜１３４  スイッチング素子
１４，３５  還流ダイオード
２  変圧器
２１  １次コイル
２２  ２次コイル
３２  直流リアクトル
３３  検出回路
３４  極性切替回路
３４１  正極性スイッチング素子
３４２  逆極性スイッチング素子
３６  アーク切れ防止回路
３６１  ダイオード
３６２  コンデンサ
３６３  トランジスタ
４  溶接負荷
４１  溶接電極
４２  溶接母材
５  インバータ制御部
６  出力制御部
７  イグナイター回路
７１  カップリングコイル
７２  高周波回路
８  検出回路
Ｔｓ  サージ抑制期間
【図１】
2017024061.tif 000003
【図２】
2017024061.tif 000004
【図３】
2017024061.tif 000005
【図４】
2017024061.tif 000006
【図５】
2017024061.tif 000007