(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の出力を整流して平滑した出力を第１インバータ回路によって高周波交流電力に変換し、前記第１インバータ回路の出力をアーク加工に適した電力に変換して整流した後リアクトルに供給し、前記リアクトルの出力を第２インバータ回路によって交流電力に変換して溶接ケーブルを介して溶接負荷に供給し、前記第２インバータ回路の出力の各極性切り換え前に前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止して溶接電流が極性切り換え電流値に達したときに前記第２インバータ回路の出力の極性を切り換える交流アーク溶接電源制御方法において、
前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止した期間で前記第２インバータ回路の出力の極性切り換え前の期間における溶接電流検出器の出力信号から溶接電流の変化率を演算する極性切り換え時溶接電流変化率演算ステップと、
前記極性切り換え前の期間の経過後のアーク電圧検出器の出力信号と前記溶接電流の変化率とから前記リアクトルと前記溶接ケーブルとの極性切り換え時インダクタンスを演算する極性切り換え時インダクタンス演算ステップと、
前記極性切り換え時インダクタンスに対応させた極性切り換え電流値を定める極性切り換え電流値演算ステップとから成る交流アーク溶接電源制御方法。
【請求項２】
交流電源の出力を整流して平滑した出力を高周波交流電力に変換する第１インバータ回路と、前記第１インバータ回路の出力をアーク加工に適した電力に変換して整流したリアクトルを介して交流電力に変換された電力を溶接ケーブルを介して溶接負荷に供給する第２インバータ回路とを備えて、前記第２インバータ回路の出力の各極性切り換え前に前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止して溶接電流が極性切り換え電流値に達したときに前記第２インバータ回路の出力の極性を切り換える交流アーク溶接電源装置において、
前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止した期間で前記第２インバータ回路の出力の極性切り換え前の期間における溶接電流検出器の出力信号から演算した溶接電流の変化率と前記極性切り換え前の期間の経過後のアーク電圧検出器の出力信号とから前記リアクトルと前記溶接ケーブルとの極性切り換え時インダクタンスを演算するインダクタンス値演算回路と、
前記極性切り換え時インダクタンスに対応させた極性切り換え電流値を定める極性切り換え電流値演算回路とからなる極性切り換え電流値演算手段を備えた交流アーク溶接電源装置。
【請求項３】
前記極性切り換え電流値演算手段が、前記溶接電流検出器の出力信号を入力して前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止した期間で前記第２インバータ回路の出力の前記極性切り換え前の期間（dt1）における溶接電流の変化値（di1）から溶接電流の変化率（di1/dt1）を演算する第１微分器と、
前記極性切り換え前の期間（dt1）の経過後の前記アーク電圧検出器の出力信号(Ｖa1）と前記第１微分器の出力信号（di1/dt1）とを入力して前記リアクトルと前記溶接ケーブルとの第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を
｛（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＝０｝
の関係式から演算する第１インダクタンス値演算回路と、
前記第１インダクタンス値演算回路の出力信号を入力して前記第１インダクタンス値に対応させた極性切り換え電流値を演算する極性切り換え電流値演算回路とを備えた手段である請求項２に記載の交流アーク溶接電源装置。
【請求項４】
前記極性切り換え電流値演算手段が、前記溶接電流検出器の出力信号を入力して前記第１インバータ回路の出力を一時的に停止した期間で前記第２インバータ回路の前記極性切り換え前の期間（dt1）における溶接電流の変化値(di1）から溶接電流の変化率（di1/dt1）を演算する第１微分器と、
前記第２インバータ回路の出力電圧検出信号と前記溶接電流検出器の出力信号と前記アーク電圧検出器の出力信号とを入力して前記溶接ケーブルの抵抗値（Ｒo）を演算する溶接ケーブル抵抗値演算手段と、
前記第２整流回路と前記第２インバータ回路の一対のスイッチング素子との電圧降下値（Ｖf）を設定する半導体電圧降下値設定器と、
前記交流アーク溶接電源装置の内部抵抗値(Ｒi）を設定する内部抵抗値設定器と、
前記半導体電圧降下値設定器の出力信号（Ｖf）と
前記第１微分器の出力信号（di1/dt1）と
前記極性切り換え前の期間（dt1）の経過後の前記アーク電圧検出器の出力信号(Ｖa1）及び前記溶接電流検出器の出力信号（Ｉf1）と
前記溶接ケーブル抵抗値演算手段の出力信号（Ｒo）と
前記内部抵抗値設定器の出力信号（Ｒi）と
を入力して、
｛（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＋（Ｒo＋Ｒi）×Ｉf1＋Ｖf＝０｝
の関係式からリアクトルと溶接ケーブルとの第２インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する第２インダクタンス値演算回路と、
前記第２インダクタンス値演算回路の出力信号を入力して前記第２インダクタンス値に対応させた極性切り換え電流値を演算する極性切り換え電流値演算回路とを備えた手段である請求項２に記載の交流アーク溶接電源装置。
【請求項５】
前記溶接ケーブル抵抗値演算手段が、前記第２インバータ回路の出力電圧を検出する出力端子電圧検出器と、前記第１インバータ回路の動作中の期間（ｄｔ２）における溶接電流の変化値（ｄｉ２）から溶接電流の変化率（ｄｉ２／ｄｔ２）を演算する第２微分器と、前記第２微分器の変化率（ｄｉ２／ｄｔ２）が電流変化判別値より小さいときに前記溶接電流検出器の出力信号（Ｉｆ２）及び前記出力端子電圧検出器の出力信号（Ｖｏ）及び前記アーク電圧検出器の出力信号（Ｖａ２）を入力して前記溶接ケーブルの抵抗値｛Ｒo＝（Ｖｏ−Ｖａ２）／Ｉｆ２｝を演算する溶接ケーブル抵抗値演算回路とを備えた手段である請求項４に記載の交流アーク溶接電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子を用いて出力の極性を切換える交流アーク溶接電源装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用交流電源を整流した直流電力を、第１インバータ回路によって高周波交流電力に変換し、この高周波交流電力を、アーク加工に適した電力に変換して再び整流した電力を、スイッチング素子からなる第２インバータ回路によって正極及び負極に切り換えて、交流電力をアーク負荷へ供給する交流アーク溶接電源装置において、出力の極性を切り換えるときに、アークが一旦消滅した後、反対の極性の電圧が上昇することによってアークが再点弧する。そして、交流アーク溶接電源装置と溶接を行う場所とが離れていることが多く、両者の間を溶接ケーブルで接続して溶接用電力を供給している。このため、スイッチング素子を用いて出力の極性を切換えるときに、溶接ケーブルのインダクタンスによって誘導起電力が発生するが、この誘導起電力は、アークの再点弧電圧として利用される。しかし、溶接ケーブルが長い場合、誘導起電力が高くなるが、誘導起電力が高すぎる場合、第２インバータ回路のスイッチング素子を破壊することがある。
【０００３】
このために、従来、商用交流電源を整流した直流電力を高周波交流電力に変換する第１インバータ回路の出力を、一次的に停止して、溶接ケーブルの長さが一定であると仮定して、その溶接ケーブルのインダクタンスによって発生する誘導起電力が、アークの再点弧電圧よりも高く、かつ、スイッチング素子を破壊する電圧よりも低い適正電圧になるときに、交流アーク溶接電源装置の出力の極性を切り換えて、アークの再点弧を容易にするとともに、第２インバータ回路のスイッチング素子を破壊することを防止しようとする技術がある。しかし、［発明が解決しようとする課題］の欄において後述するように、実際の溶接作業現場では、溶接ケーブルの長さ又は溶接位置の移動に伴って、溶接ケーブルのインダクタンスが変化するために、アークの再点弧とスイッチング素子の破壊防止との要求を同時に満足できない場合が頻繁に発生した。
【０００４】
図１は、上述した溶接ケーブルの長さが一定の場合にのみ、アークの再点弧とスイッチング素子の破壊防止との要求を同時に満足することができるようにした従来の交流アーク溶接電源装置の制御ブロック図である。同図において、１は交流電源であり、単相商用交流又は３相商用交流の電源が用いられる。２は交流電源１の出力を整流して直流電力に変換する第１整流回路、３は第１整流回路２の出力を平滑する平滑回路、４は平滑回路３の出力を高周波交流電力に変換する第１インバータ回路、５は第１インバータ回路４の出力をアーク加工に適した電力に変換する出力変圧器、６は出力変圧器５の出力を整流する第２整流回路、７は第２整流回路６の一方の端子に接続したリアクトルである。８ａ乃至８ｄは、ブリッジ接続されたスイッチング素子である。９ａ乃至９ｄ及び１０ａ乃至１０ｄは、スイッチング素子８ａ乃至８ｄに並列に接続されたスナバ抵抗器及びスナバコンデンサであり、スイッチング素子８ａ乃至８ｄに印加される過電圧を低減するために設けられている。第２インバータ回路４６は、これらの第１スイッチング素子８ａと８ｄ、第２スイッチング素子８ｂと８ｃ、スナバ抵抗器９ａ乃至９ｄ及びスナバコンデンサ１０ａ乃至１０ｄから成り、リアクトル７を介して出力される第２整流回路６の出力を交流電力に変換する。
【０００５】
１１は溶接電流を検出する溶接電流検出器、１２及び１３は出力端子、４７は出力端子１２と溶接トーチ１４との間を接続する溶接ケーブル、４８は出力端子１３と被溶接物１５との間を接続する溶接ケーブルである。４０は消耗電極であり、溶接時に電動機４１によって駆動される送給ロール４２によってワイヤリール４３から被溶接物１５に向って送給される。４４はトーチスイッチＴＳの出力信号に応じて電動機４１を回転駆動するための電動機制御回路であり、溶接開始時には比較的低速で消耗電極４０を送給し、アーク起動後は正常速度で送給する公知の速度制御機能を有するものである。
【０００６】
１７は後述する溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrと溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfとを比較して、差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力する比較器、１６は比較器１７の出力信号△Ｉに対応したパルス幅及び周波数のパルス信号を、第１インバータ回路４に出力する第１インバータ制御回路である。１８は溶接電流判別回路であり、溶接電流検出器１１の出力信号と溶接電流判別値設定器４５の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号の方が大のときに、ハイレベル信号を出力する。２１はアークスタート電流を通電する期間を設定するアークスタート電流期間設定回路であり、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号が入力されたときに、ハイレベル信号を出力し、溶接電流判別回路１８のハイレベル信号を入力して、時限を開始し、この時限が終了するまで、ハイレベル信号を出力する。２２は溶接トーチ１４が正の極性になる正極性電流を通電する期間を設定する正極性電流期間設定回路、２３は溶接トーチ１４が負の極性になる負極性電流を通電する期間を設定する負極性電流期間設定回路である。
【０００７】
２０は溶接電流設定回路であり、アークスタート電流期間、正極性電流期間及び負極性電流期間のそれぞれの電流値が設定され、それぞれの電流値の出力信号Ｉrを、それぞれの期間出力する。３４は極性切り換え電流値設定器であり、アークスタート電流期間と正極性電流期間と負極性電流期間とのそれぞれの間においてインバータ制御回路１６の出力を停止して、その停止期間に溶接電流値が低下して極性を切り換えるときの電流値を予め設定する。１９は極性切り換え判別回路であり、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号の方が大のときに、ハイレベル信号を出力する。この極性切り換え電流値設定器３４及び極性切り換え判別回路１９によって、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄと第２スイッチング素子８ｂ及び８ｃとを切り換えるときの溶接電流値を下げることにより、溶接ケーブルのインダクタンスにより発生するサージ電圧が第１スイッチング素子８ａと８ｄ及び第２スイッチング素子８ｂと８ｃを破壊することを保護している。
【０００８】
２６はＲＳフリップフロップ回路であり、負極性電流期間設定回路２３の出力信号をセット信号として入力したときにハイレベル信号を出力し、極性切り換え判別回路１９の出力信号が反転された信号をリセット信号として入力したときに、ローレベル信号を出力する。２５はオア回路であり、アークスタート電流期間設定回路２１と正極性電流期間設定回路２２との出力信号を入力して、これらの信号のいずれかがハイレベルのときに、ハイレベル信号を出力する。３３は切り換えスイッチであり、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力しているときは、ａ側に接続されていて、トーチスイッチＴＳのローレベル信号を入力しているときは、ｂ側に接続されている。２７はＲＳフリップフロップ回路であり、オア回路２５のハイレベル信号をセット信号として入力して、ハイレベル信号を出力し、スイッチ３３の出力信号が反転された信号を入力して、この信号がハイレベル信号のときリセット信号として入力して、ローレベル信号を出力する。
【０００９】
２９は第１スイッチング素子駆動回路であり、ＲＳフリップフロップ回路２７のハイレベル信号を入力したときに、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号を出力する。２８は第２スイッチング素子駆動回路であり、ＲＳフリップフロップ回路２６のハイレベル信号を入力したときに、第２スイッチング素子８ｂ及び８ｃを導通する駆動信号を出力する。正極性電流期間設定回路２２は、ＲＳフリップフロップ回路２６の出力信号が反転された信号を入力し、負極性電流期間設定回路２３は、ＲＳフリップフロップ回路２７の出力信号が後述するスイッチ３２を介して反転された信号を入力する。ＲＳフリップフロップ回路２６がハイレベル信号を出力している間は、正極性電流期間設定回路２２は、ハイレベル信号を出力せず、ＲＳフリップフロップ回路２７が、ハイレベル信号を出力している間は、負極性電流期間設定回路２３は、ハイレベル信号を出力しない。
【００１０】
図１に示す回路では、正極性電流期間で溶接を終了する場合を示しており、スイッチ３２は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号が反転された信号を入力しているときは導通し、トーチスイッチＴＳのローレベル信号が反転された信号を入力しているときは非導通になる。負極性電流期間設定回路２３は、ＲＳフリップフロップ回路２７のローレベル信号が反転されたハイレベル信号を入力していないので、ハイレベル信号を出力せず、ＲＳフリップフロップ回路２６は、このハイレベル信号を入力していないので、ハイレベル信号を出力せず、正極性電流期間設定回路２２は、ＲＳフリップフロップ回路２６のローレベル信号が反転されたハイレベル信号を入力して、トーチスイッチＴＳをオフにした後は、正極性電流期間で終了する。３０はナンド回路であり、トーチスイッチＴＳの出力信号を反転した信号と正極性電流期間設定回路２２の出力信号を反転した信号とを入力して、両信号がハイレベルのときにハイレベル信号を出力する。３１はＲＳフリップフロップ回路であり、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号をセット信号として入力したときに、ハイレベル信号を出力し、ナンド回路３０のハイレベル信号をリセット信号として入力したときに、ローレベル信号を出力する。第１インバータ制御回路１６はＲＳフリップフロップ回路３１のハイレベル信号を入力して、第１インバータ制御回路４を駆動する信号を出力する。
【００１１】
図１において、トーチスイッチＴＳが押されると、ＲＳフリップフロップ回路３１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号をセット信号として入力して、ハイレベル信号を出力し、インバータ制御回路１６は、ＲＳフリップフロップ回路３１のハイレベル信号を入力して起動して、第１インバータ回路４に駆動信号を出力する。これによって、交流電源１からの電力は第１整流回路２によって整流された後に平滑回路３によって平滑され、第１インバータ回路４によって高周波交流電力に変換される。この出力は出力変圧器５によってアーク加工に適した電圧に変換され、第２整流回路６によって再び直流に変換されて、リアクトル７を介して第２インバータ回路４６に供給されて、高周波交流に変換される。この高周波交流電力は、出力端子１２及び１３から消耗電極４０と被加工物１５との間に供給される。
【００１２】
また、トーチスイッチＴＳが押されると、アークスタート電流期間設定回路２１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して、ハイレベル信号を溶接電流設定回路２０に出力する。比較器１７は、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfと溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrとの差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉに対応したパルス幅又は周波数のパルス信号を、第１インバータ回路４に出力することによって、定電流特性の出力が得られるように第１インバータ回路４を駆動する。アークスタート電流期間設定回路２１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力してから、溶接電流判別回路１８のハイレベル信号を入力してから時限を開始する予め設定された期間の終了まで、ハイレベル信号を出力する。
【００１３】
また、アークスタート電流期間設定回路２１は、ハイレベル信号をオア回路２５を介してＲＳフリップフロップ回路２７にセット信号として出力して、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このセット信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このハイレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号を出力する。また、トーチスイッチＴＳが押されると、電動機制御回路４４は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して起動し、電動機４１は低速で回転し始め、消耗電極４０をゆっくりと被溶接物１５に向って送給し始める。消耗電極４０と被溶接物１５との間が短絡すると、このとき、消耗電極４０と被溶接物１５との間には、アークスタートを行うための電圧が印加されているために、アークが発生し溶接電流が流れる。
【００１４】
その後、アークスタート電流期間設定回路２１の時限終了後、アークスタート電流期間設定回路２１の出力がローレベルになり、溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７から出力される差信号△Ｉ＝ＩrーＩfが第１インバータ制御回路１６に出力され、第１インバータ制御回路１６から第１インバータ回路４に出力される駆動信号の出力が停止され、第１インバータ回路４は停止する。その後、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号が、極性切り換え電流値設定器３４の出力信号まで下がったときに、ローレベル信号を出力し、このローレベル信号がスイッチ３３を介して反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２７にリセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、ローレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このローレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄが非導通になる。
【００１５】
また、ＲＳフリップフロップ回路２７が出力するローレベル信号は、スイッチ３２を介して反転されて、負極性電流期間設定回路２３に出力され、負極性電流期間設定回路２３は、この反転された信号を入力して、ハイレベル信号を出力して、溶接電流設定回路２０は、このハイレベル信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、比較器１７はこのハイレベル信号を入力して、差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、第１インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉを入力して、第１インバータ回路４に駆動信号を出力し、第１インバータ回路４は、電力を負極性電流期間設定回路２３に予め設定された期間出力する。また、負極性電流期間設定回路２３は、ハイレベル信号をＲＳフリップフロップ回路２６にセット信号として出力し、ＲＳフリップフロップ回路２６は、このセット信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、第２スイッチング素子駆動回路２８は、このハイレベル信号を入力して、第２スイッチング素子８ｂ及び８ｃを導通する駆動信号を出力する。その後、負極性電流期間設定回路２３の時限終了後、負極性電流期間設定回路２３の出力がローレベルになり溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７は差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、第１インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉを入力して、第１インバータ回路４に出力する駆動信号を停止し、第１インバータ回路４は停止する。
【００１６】
その後、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号が、極性切り換え電流値設定器３４の出力信号まで下がったときに、ローレベル信号を出力し、このローレベル信号が反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２６にリセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２６は、このセット信号を入力してローレベル信号を出力し、第２イッチング素子駆動回路２８は、このローレベル信号を入力して、第２イッチング素子８ｂ及び８ｃを導通する駆動信号の出力を停止し、第２イッチング素子８ｂ及び８ｃは非導通になる。
【００１７】
また、ＲＳフリップフロップ回路２６が出力するローレベル信号が、反転されて正極性電流期間設定回路２２に出力されることにより、正極性電流期間設定回路２２は、ハイレベル信号を出力して、溶接電流設定回路２０は、このハイレベル信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、比較器１７はこのハイレベル信号を入力して、差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、第１インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉを入力して、第１インバータ回路４を駆動する駆動信号を出力し、第１インバータ回路４は、この駆動信号を入力して、電力を正極性電流期間設定回路２２に予め設定された期間出力する。
【００１８】
また、正極性電流期間設定回路２２が出力するハイレベル信号は、オア回路２５を介してＲＳフリップフロップ回路２７にセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このセット信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このハイレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号を出力する。その後、正極性電流期間設定回路２２の時限終了後、正極性電流期間設定回路２２の出力がローレベルになり、溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７が差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを第１インバータ制御回路１６に出力し、第１インバータ制御回路１６は、第１インバータ回路４に出力する駆動信号の出力を停止し、第１インバータ回路４は停止する。
【００１９】
その後、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号が、極性切り換え電流値設定器３４の出力信号まで下がったときに、ローレベル信号を出力し、このローレベル信号がスイッチ３３を介して反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２７にリセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このリセット信号を入力して、ローレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このローレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄは非導通になる。
【００２０】
その後、溶接が終了してトーチスイッチＴＳの押しボタンが離されると、トーチスイッチＴＳのローレベル信号が反転された信号が、ナンド回路３０に出力され、その後、正極性電流期間設定回路２２の時限が終了して、正極性電流期間設定回路２２のローレベル信号が反転された信号がナンド回路３０に入力されると、ナンド回路３０は、両入力信号がハイレベルになるために、ハイレベル信号を出力し、ＲＳフリップフッロプ回路３１は、この信号をリセット信号として入力して、ローレベル信号をインバータ制御回路１６に出力して、インバータ制御回路１６は、第１インバータ回路４を駆動する信号を停止し、第１インバータ回路４は停止する。
【００２１】
また、トーチスイッチＴＳの押しボタンが離されると、スイッチ３３はｂ側に接続され、溶接電流判別回路１８が出力するハイレベル信号がスイッチ３３を介して反転された信号が、ＲＳフリップフッロプ回路２７にリセット信号として出力され、その後、溶接電流が低下してアークが消滅し、溶接電流判別回路１８のハイレベル信号がローレベル信号になり、ＲＳフリップフッロプ回路２７は、このローレベル信号が反転されたハイレベル信号を、リセット信号として入力して、ローレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このローレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄは非導通になる。
【００２２】
図２は、図１に示した従来装置の各部の波形を示す図である。同図において、（Ａ）はトーチスイッチＴＳの出力信号、（Ｂ）は第１インバータ回路４の出力、（Ｃ）はアークスタート電流期間設定回路２１の出力信号、（Ｄ）は負極性電流期間設定回路２３の出力信号、（Ｅ）は正極性電流期間設定回路２２の出力信号、（Ｆ）は溶接電流設定回路２０の出力信号、（Ｇ）は第１スイッチング素子駆動回路２９の出力信号、（Ｈ）は第２スイッチング素子駆動回路２８の出力信号、（Ｉ）は溶接電流及び極性切り換え電流値、（Ｊ）は消耗電極４０と被溶接物１５との間に発生するアーク電圧、（Ｋ）は溶接電流判別回路１８の出力信号、（Ｌ）は極性切り換え判別回路１９の出力信号を、それぞれ時間の経過とともに示している。
【００２３】
図２に示す時刻ｔ1において、トーチスイッチＴＳが押されると、トーチスイッチＴＳは、（Ａ）に示すようにハイレベル信号を出力し、ＲＳフリップフロップ回路３１は、このハイレベル信号をセット信号として入力して、ハイレベル信号を出力し、インバータ制御回路１６は、このハイレベル信号を入力して、第１インバータ回路４を駆動する信号を出力し、第１インバータ回路４は駆動する。これによって、交流電源１の出力は第１整流回路２によって整流された後に平滑回路３によって平滑され、第１インバータ回路４は、（Ｂ）に示すように高周波交流電力を出力する。
【００２４】
また、トーチスイッチＴＳが押されると、アークスタート電流期間設定回路２１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して、（Ｃ）に示すようにハイレベル信号を出力する。溶接電流設定回路２０は、このハイレベル信号を入力して、（Ｆ）に示すようにハイレベル信号を出力する。比較器１７は、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfと溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrとの差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉに対応したパルス幅又は周波数のパルス信号を、第１インバータ回路４に出力することによって、定電流特性の出力が得られるように、第１インバータ回路４を駆動して、第１インバータ回路４の出力は、出力変圧器５によって所定の電圧に変換され、第２整流回路６によって再び直流に変換されて、リアクトル７を介して第２インバータ回路４６に供給される。
【００２５】
また、アークスタート電流期間設定回路２１のハイレベル信号は、オア回路２５を介して、ＲＳフリップフロップ回路２７にセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このセット信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このハイレベル信号を入力して、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号を（Ｇ）に示すように出力する。この結果、第２インバータ回路４６の出力は、出力端子１２及び１３から消耗電極４０と被加工物１５との間に供給される。また、トーチスイッチＴＳが押されると、電動機制御回路４４は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して起動し、電動機４１は低速で回転し始め、消耗電極４０をゆっくりと被溶接物１５に向って送給し始める。
【００２６】
時刻ｔ２において、消耗電極４０と被溶接物１５との間が短絡すると、このとき、消耗電極４０と被溶接物１５との間には、（Ｊ）に示すようにアークスタートを行うための電圧が印加されているためにアークが発生し、（Ｉ）に示すように溶接電流が流れる。そして、溶接電流判別回路１８が、溶接電流が流れたと判別して（Ｋ）に示すようにハイレベル信号を出力し、アークスタート電流期間設定回路２１は、溶接電流判別回路１８が溶接電流が流れたと判別した時刻から時限を開始し、この時限の終了する時刻ｔ３に、アークスタート電流期間設定回路２１の出力がローレベルになり、溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７から出力される差信号△Ｉ＝ＩrーＩfが、第１インバータ制御回路１６に出力され、第１インバータ制御回路１６から第１インバータ回路４に出力される駆動信号の出力が停止し、第１インバータ回路４は停止する。
【００２７】
その後、溶接電流は（Ｉ）に示すように低下して、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流が極性切り換え電流値まで下がる時刻ｔ４に、（Ｌ）に示すようにローレベル信号を出力する。このとき、スイッチ３３はトーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して、ａ側に接続されているので、極性切り換え判別回路１９のローレベル信号がスイッチ３３を介して反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２７にリセット信号として出力される。ＲＳフリップフロップ回路２７は、このリセット信号を入力して、ローレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このローレベル信号を入力して、（Ｇ）に示すように第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを非導通にする。
【００２８】
また、このとき、スイッチ３２はトーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して導通しているので、ＲＳフリップフロップ回路２７が出力するローレベル信号は、スイッチ３２を介して反転されて負極性電流期間設定回路２３に出力され、負極性電流期間設定回路２３は、（Ｄ）に示すようにハイレベル信号を出力し、溶接電流設定回路２０は、このハイレベル信号を入力して、（Ｆ）に示すようにハイレベル信号を出力し、比較器１７はこのハイレベル信号を入力して、差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、第１インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉを入力して駆動信号を出力し、第１インバータ回路４は、この駆動信号を入力して、（Ｂ）に示すように電力を負極性電流期間設定回路２３に予め設定された期間出力する。また、負極性電流期間設定回路２３は、上述したＲＳフリップフロップ回路２７のローレベル信号がスイッチ３２を介して反転された信号を入力したとき、ハイレベル信号をＲＳフリップフロップ回路２６にセット信号として出力して、ＲＳフリップフロップ回路２６は、このセット信号を入力してハイレベル信号を出力し、第２スイッチング素子駆動回路２８は、このハイレベル信号を入力して、（Ｈ）に示すように第２スイッチング素子８ｂ及び８ｃを導通する駆動信号を出力し、第２スイッチング素子８ｂ及び８ｃは導通する。
【００２９】
その後、負極性電流期間設定回路２３の時限が終了する時刻ｔ５において、負極性電流期間設定回路２３の出力が、（Ｄ）に示すようにローレベルになり、溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７は差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを第１インバータ制御回路１６に出力し、第１インバータ制御回路１６は、第１インバータ回路４に出力する駆動信号の出力を停止し、第１インバータ回路４は、（Ｂ）に示すように停止する。
【００３０】
その後、溶接電流は（Ｉ）に示すように低下して、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流が極性切り換え電流値まで下がる時刻ｔ６に、（Ｌ）に示すようにローレベル信号を出力し、このローレベル信号が反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２６にリセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２６は、このリセット信号を入力して、ローレベル信号を出力し、第２イッチング素子駆動回路２８は、このローレベル信号を入力して、（Ｈ）に示すように第２イッチング素子８ｂび８ｃを導通する駆動信号の出力を停止し、第２イッチング素子８ｂ及び８ｃを非導通にする。
【００３１】
また、ＲＳフリップフロップ回路２６が出力するローレベル信号が反転されたハイレベル信号が正極性電流期間設定回路２２に出力され、正極性電流期間設定回路２２は、このハイレベル信号を入力して、（Ｅ）に示すようにハイレベル信号を出力して、溶接電流設定回路２０は、このハイレベル信号を入力して、（Ｆ）に示すようにハイレベル信号を出力し、比較器１７はこのハイレベル信号を入力して、差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを出力し、第１インバータ制御回路１６は、この差信号△Ｉを入力して、第１インバータ回路４に駆動信号を出力し、第１インバータ回路４は、（Ｂ）に示すように電力を正極性電流期間設定回路２２に予め設定された期間出力する。
【００３２】
また、正極性電流期間設定回路２２が出力するハイレベル信号は、オア回路２５を介してＲＳフリップフロップ回路２７にセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このセット信号を入力して、ハイレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９はこのハイレベル信号を入力して、（Ｇ）に示すように第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号を出力し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄは導通する。
【００３３】
その後、正極性電流期間設定回路２２の時限が終了する時刻ｔ７に、正極性電流期間設定回路２２の出力が、（Ｅ）に示すようにローレベルになり溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが、（Ｆ）に示すように零になり、比較器１７は差信号△Ｉ＝ＩrーＩfを第１インバータ制御回路１６に出力し、第１インバータ制御回路１６が第１インバータ回路４に出力する駆動信号の出力を停止し、第１インバータ回路４は、（Ｂ）に示すように駆動を停止する。
【００３４】
その後、溶接電流は（Ｉ）に示すように低下し、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値設定器３４の出力信号とを比較して、溶接電流が極性切り換え電流値まで下がる時刻ｔ８に、ローレベル信号を出力する。このローレベル信号が反転された信号が、ＲＳフリップフロップ回路２７にリセット信号として出力されて、ＲＳフリップフロップ回路２７は、このリセット信号を入力して、ローレベル信号を出力し、第１スイッチング素子駆動回路２９は、このローレベル信号を入力して、（Ｇ）に示すように第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを非導通にする。
【００３５】
その後、前述した時刻ｔ４から時刻ｔ８までの動作を繰り返して、時刻ｔ９  において、溶接を終了するためにトーチスイッチＴＳの押しボタンが離されると、トーチスイッチＴＳのローレベル信号が反転された信号が、ナンド回路３０に出力され、その後、正極性電流期間設定回路２２が、（Ｅ）に示すようにハイレベル信号を出力して、その時限が終了する時刻ｔ１０において、正極性電流期間設定回路２２のローレベル信号が反転された信号が、ナンド回路３０に入力されると、ナンド回路３０は両入力信号がハイレベルになるために、ハイレベル信号を出力し、この信号がＲＳフリップフッロプ回路３０にリセット信号として出力され、ＲＳフリップフッロプ回路３０は、このリセット信号を入力して、ローレベル信号を出力して、インバータ制御回路１６は、このローレベル信号を入力して、第１インバータ回路４を駆動する信号を停止し、第１インバータ回路４は、（Ｂ）に示すように停止する。その後、溶接電流が（Ｉ）に示すように低下して、アークが消滅する時刻ｔ１１に、第１スイッチング素子駆動回路２９は、（Ｇ）に示すように第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを導通する駆動信号の出力を停止し、第１スイッチング素子８ａ及び８ｄを非導通にする。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置においては、第１インバータ回路４の出力を、一時的に停止している間で、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスにより発生する誘導起電力が、アークの再点弧電圧よりも高く、かつ、第２インバータ回路４６のスイッチング素子を破壊する電圧よりも低い適正電圧になる極性切り換え電流値に、溶接電流が達するときに、交流アーク溶接電源装置の出力の極性を切り換えて、第２インバータ回路４６のスイッチング素子を破壊することを防止している。
【００３７】
しかし、極性切り換え電流値設定器３４の設定値が、溶接ケーブル４７及び４８との長さに関係なく、予め一定に設定されるために、溶接ケーブル４７及び４８が長いとき、即ち、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスの値が大きいと想定した場合、このインダクタンスにより発生する誘導起電力が、第２インバータ回路４６のスイッチング素子を破壊することを防止するために、極性切り換え電流値設定器３４の設定値を小さく設定しておく必要がある。しかし、このように極性切り換え電流値設定器３４の設定値を小さく設定した場合、溶接ケーブル４７及び４８が短い状態で溶接作業を行うと、溶接ケーブル４８及び４８のインダクタンスにより発生する誘導起電力が低くなるために、アークの再点弧電圧よりも低くなり、アークの再点弧を十分に行えず、アークが消滅してしまい、溶接作業に支障をきたす場合がある。
【００３８】
また、逆に、溶接ケーブル４７及び４８が短いとき、即ち、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスの値が小さいと想定した場合、このインダクタンスにより発生する誘導起電力が小さいために、アークの再点弧を十分に行うために、極性切り換え電流値設定器３４の設定値を、大きく設定する。この場合に、溶接ケーブル４７及び４８が長い状態で溶接作業を行うと、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスにより発生する誘導起電力が高くなるために、第１スイッチング素子８ａと８ｄ及び第２スイッチング素子８ｂと８ｃを破壊する場合がある。
【００３９】
また、溶接作業位置の移動に伴って、溶接ケーブル４７及び４８も移動すると、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスも変化するが、溶接作業中は、極性切り換え電流値設定器３４に予め設定された一定の極性切り換え電流値で溶接作業を行うために、極性切り換え電流値を小さく設定した場合に、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスの値が大きくなったときは、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスにより発生する誘導起電力が高くなりすぎて、第２インバータ回路４６のスイッチング素子を破壊する場合がある。逆に、極性切り換え電流値を大きく設定した場合に、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスの値が小さくなったときは、溶接ケーブル４７及び４８のインダクタンスにより発生する誘導起電力が低くなりすぎて、アークの再点弧が十分に行なわれず、アークが消滅してしまうという場合がある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
出願時請求項１に記載の発明は、交流電源１の出力を整流して平滑した出力を第１インバータ回路４によって高周波交流電力に変換し、第１インバータ回路４の出力をアーク加工に適した電力に変換して整流した後リアクトル７に供給し、このリアクトル７の出力を第２インバータ回路４６によって交流電力に変換して溶接ケーブル４７及び４８を介して溶接負荷に供給し、第２インバータ回路４６の出力の各極性切り換え前に第１インバータ回路４の出力を一時的に停止して溶接電流が極性切り換え電流値に達したときに第２インバータ回路４６の出力の極性を切り換える交流アーク溶接電源制御方法において、
第１インバータ回路４の出力を一時的に停止した期間で第２インバータ回路４６の出力の極性切り換え前の期間(dt1）における溶接電流検出器１１の出力信号から溶接電流の変化率（di1/dt1）を演算する極性切り換え時溶接電流変化率演算ステップと、
上記の極性切り換え前の期間(dt1）の経過後のアーク電圧検出器３９の出力信号（Ｖa1）と上記溶接電流の変化率（di1/dt1）とからリアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との極性切り換え時インダクタンスを演算する極性切り換え時インダクタンス演算ステップと、
上記極性切り換え時インダクタンスに対応させた極性切り換え電流値を定める極性切り換え電流値演算ステップとから成る交流アーク溶接電源制御方法である。
【００４１】
出願時請求項２に記載の発明は、後述する図３に記載の第１の実施例に示すように、交流電源１の出力を整流して平滑した出力を高周波交流電力に変換する第１インバータ回路４と、第１インバータ回路４の出力をアーク加工に適した電力に変換して整流したリアクトル７を介して交流電力に変換された電力を溶接ケーブル４７及び４８を介して溶接負荷に供給する第２インバータ回路４６とを備えて、第２インバータ回路４６の出力の各極性切り換え前に第１インバータ回路４の出力を一時的に停止して溶接電流が極性切り換え電流値に達したときに第２インバータ回路４６の出力の極性を切り換える交流アーク溶接電源装置において、第１インバータ回路４の出力を一時的に停止した期間で第２インバータ回路４６の出力の極性切り換え前の期間(dt1）における溶接電流検出器１１の出力信号から演算した溶接電流の変化率（di1/dt1）と上記の極性切り換え前の期間(dt1）の経過後のアーク電圧検出器３９の出力信号（Ｖa1）とからリアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との極性切り換え時インダクタンスを演算するインダクタンス値演算回路と、
上記極性切り換え時インダクタンスに対応させた極性切り換え電流値を定める極性切り換え電流値演算回路３８とからなる極性切り換え電流値演算手段を備えた交流アーク溶接電源装置である。
【００４２】
出願時請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の極性切り換え電流値演算手段が、溶接電流検出器１１の出力信号を入力して第１インバータ回路４の出力を一時的に停止した期間で第２インバータ回路４６の出力の極性切り換え前の期間（dt1）における溶接電流の変化値（di1）から溶接電流の変化率（di1/dt1）を演算する第１微分器３６と、
極性切り換え前の期間（dt1）の経過後のアーク電圧検出器３９の出力信号(Ｖa1）と第１微分器３６の出力信号（di1/dt1）とを入力してリアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を
｛（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＝０｝
の関係式から演算する第１インダクタンス値演算回路３７と、
第１インダクタンス値演算回路３７の出力信号を入力して第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応させた極性切り換え電流値を演算する極性切り換え電流値演算回路３８とを備えた手段である交流アーク溶接電源装置である。
【００４３】
出願時請求項４に記載の発明は、後述する図５に記載の第２の実施例に示すように、請求項２に記載の極性切り換え電流値演算手段が、溶接電流検出器１１の出力信号を入力して第１インバータ回路４の出力を一時的に停止した期間で第２インバータ回路４６の極性切り換え前の期間（dt1）における溶接電流の変化値(di1）から溶接電流の変化率（di1/dt1）を演算する第１微分器３６と、
第２インバータ回路４６の出力電圧検出信号と溶接電流検出器１１の出力信号とアーク電圧検出器３９の出力信号とを入力して溶接ケーブル４７及び４８の抵抗値（Ｒo）を演算する溶接ケーブル抵抗値演算手段と、
第２整流回路６と第２インバータ回路４６の一対のスイッチング素子との電圧降下値（Ｖf）を設定する半導体電圧降下値設定器５３と、
交流アーク溶接電源装置の内部抵抗値(Ｒi）を設定する内部抵抗値設定器５４と、
半導体電圧降下値設定器５３の出力信号（Ｖf）と
第１微分器３６の出力信号（di1/dt1）と
極性切り換え前の期間（dt1）の経過後のアーク電圧検出器３９の出力信号(Ｖa1）及び溶接電流検出器１１の出力信号（Ｉf1）と
溶接ケーブル抵抗値演算手段の出力信号（Ｒo）と
内部抵抗値設定器５４の出力信号（Ｒi）と
を入力して、
｛（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＋（Ｒo＋Ｒi）×Ｉf1＋Ｖf＝０｝
の関係式からリアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第２インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する第２インダクタンス値演算回路５０と、
第２インダクタンス値演算回路５０の出力信号を入力して第２インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応させた極性切り換え電流値を演算する極性切り換え電流値演算回路３８とを備えた手段である交流アーク溶接電源装置である。
【００４４】
出願時請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の前記溶接ケーブル抵抗値演算手段が、第２インバータ回路４６の出力電圧を検出する出力端子電圧検出器５１と、第１インバータ回路４の動作中の期間（ｄｔ２）における溶接電流の変化値（ｄｉ２）から溶接電流の変化率（ｄｉ２／ｄｔ２）を演算する第２微分器５６と、第２微分器５６の変化率（ｄｉ２／ｄｔ２）が電流変化判別値より小さいときに溶接電流検出器１１の出力信号（Ｉｆ２）及び出力端子電圧検出器５１の出力信号（Ｖｏ）及びアーク電圧検出器３９の出力信号（Ｖａ２）を入力して溶接ケーブル４７及び４８の抵抗値｛Ｒo＝（Ｖｏ−Ｖａ２）／Ｉｆ２｝を演算する溶接ケーブル抵抗値演算回路５２とを備えた手段である交流アーク溶接電源装置である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
以下、本発明を図３に示す第１の実施例の制御ブロック図に基づいて説明する。同図に示す第１の実施例の制御ブロック図は、図１に示す従来装置の制御ブロック図と比較して、図３で太線で示す制御ブロックが異なり、以下、この異なる制御ブロックについて説明する。同図において、３５は、モノマルチバイブレータであり、アークスタート電流期間設定回路２１の出力信号が反転された信号を入力して、この入力信号がハイレベルのときから予め設定された期間（dt1）ハイレベル信号を出力する。３９は、アーク電圧検出器であり、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号を入力して、このハイレベル信号の終了時刻におけるアーク電圧Ｖa1を検出する。３６は、第１微分器であり、溶接電流検出器１１の出力信号とモノマルチバイブレータ３５の出力信号とを入力して、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号が入力されている期間dt1の溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1から、変化率（di1/dt1）を演算して出力する。３７は、第１インダクタンス値演算回路であり、第１微分器３６が演算した変化率（di/dt）とアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖa1とを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第１インダクタンス値を、（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）として、
（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＝０
の関係式から第１インダクタンス値（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。
【００４６】
３８は、極性切り換え電流値演算回路であり、予め溶接ケーブルの長さが通常の使用状態のときのリアクトル７と溶接ケーブルとのインダクタンス値Ｌaと、極性切り換え電流値ｉaとを実験的に求めておき、溶接ケーブルの長さが変化したときのリアクトル７と溶接ケーブルとのインダクタンス値Ｌは第１インダクタンス値演算回路３７で演算され、溶接ケーブルの長さが変化したときの極性切り換え電流値ｉは、上述した実験的に求められたリアクトル７と溶接ケーブルとのインダクタンス値Ｌaと極性切り換え電流値ｉaとの電磁エネルギと、溶接ケーブルの長さが変化したときのリアクトル７と溶接ケーブルとのインダクタンス値Ｌと極性切り換え電流値ｉとの電磁エネルギとが等しいことから、（Ｌ×i×i）/２＝（Ｌa×ｉa×ｉa）/２とおいて演算される。出願時請求項３に記載の極性切り換え電流値演算手段は、第１微分器３６、第１インダクタンス値演算回路３７及び極性切り換え電流値演算回路３８から成る。
【００４７】
トーチスイッチＴＳが押されると、アークスタート電流期間設定回路２１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して、ハイレベル信号を溶接電流設定回路２０に出力する。また、アークスタート電流期間設定回路２１は、出力信号を反転した信号を、モノマルチバイブレータ３５に入力して、アークスタート電流期間設定回路２１の出力信号がハイレベルからローレベルに成ったときに、モノマルチバイブレータ３５は、予め設定された期間ハイレベル信号を出力する。アーク電圧検出器３９は、このハイレベル信号を入力して、このハイレベル信号の終了時刻におけるアーク電圧Ｖａを検出する。第１微分器３６は、溶接電流検出器１１の出力信号とモノマルチバイブレータ３５の出力信号とを入力して、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号が入力されている期間dt1の溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1から、変化率（di1/dt1）を演算する。第１インダクタンス値演算回路３７は、第１微分器３６が演算した変化率（di1/dt1）とアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖａとを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。
【００４８】
極性切り換え電流値演算回路３８は、第１インダクタンス値演算回路３７の演算結果を入力して、第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応した極性切り換え電流値を演算する。以下、アークスタート電流期間、負極性電流期間及び正極性電流期間において、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値演算回路３８の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号が極性切り換え電流値演算回路３８の出力信号まで下がったときに、ローレベル信号を出力する。
【００４９】
図４は、図３に示した制御ブロック図の各部の波形を示す図である。同図において、（Ａ）乃至（Ｌ）は、図２の（Ａ）乃至（Ｌ）に対応しているので説明を省略する。（Ｍ）はモノマルチバイブレータ３５の出力信号を、時間の経過とともに示したものである。
【００５０】
図４において、図２と異なる部分のみ説明する。アークスタート電流期間の終了する時刻ｔ３に、アークスタート電流期間設定回路２１の出力が、ローレベルになり、モノマルチバイブレータ３５は、このローレベル信号が反転されたハイレベル信号を、入力したときから予め設定された期間、ハイレベル信号をアーク電圧検出器３９に出力する。アーク電圧検出器３９は、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号を入力して、このハイレベル信号の終了時刻におけるアーク電圧Ｖａを検出する。第１微分器３６は、溶接電流検出器１１の出力信号とモノマルチバイブレータ３５の出力信号とを入力して、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号が入力されている期間dt1の溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1から、変化率（di1/dt1）を演算して出力する。
【００５１】
第１インダクタンス値演算回路３７は、第１微分器３６が演算した変化率（di1/dt1）とアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖａとを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。極性切り換え電流値演算回路３８は、第１インダクタンス値演算回路３７の演算結果を入力して、第１インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応した極性切り換え電流値を演算する。
【００５２】
図３に示した本発明の第１の実施例の制御ブロック図では、極性切り換え電流値を演算することにおいて、溶接ケーブル４７及び４８の抵抗分やスイッチング素子の電圧降下値等を無視していたが、これらを考慮して、極性切り換え電流値を演算する場合を次に示す。
【００５３】
［第２の実施例］
図５は、本発明の第２の実施例の制御ブロック図である。同図に示す第２の実施例の制御ブロック図は、図３に示す第１の実施例の制御ブロック図と比較して、図５で太線で示す制御ブロックが異なり、以下、この異なる制御ブロックについて説明する。同図において、５６は、第２微分器であって、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfを入力して、変化率(di2/dt2)を演算する。５７は、アンド回路であって、アークスタート電流期間設定回路２１の出力信号と溶接電流判別回路１８の出力信号とを入力して、両信号がハイレベルのときハイレベル信号を出力する。５５は、電流変化検出器であり、アンド回路５７の出力信号と第２微分器５６の出力信号とを入力して、アンド回路５７のハイレベル信号を入力しているとき、即ち、アークスタート電流期間で溶接電流が流れているとき、第２微分器５６の出力信号である(di2/dt2)と電流変化判別値設定器４９の出力信号とを比較し、第２微分器５６の出力信号(di/dt)が電流変化判別値設定器４９の出力信号よりも小さいときに、溶接電流の変化が略零と判別し、ハイレベル信号を出力する。
【００５４】
５１は、電流変化検出器５５がハイレベル信号を出力している期間に、第２インバータ回路４６の出力電圧Ｖｏを検出する出力端子電圧検出器である。５２は、溶接ケーブル４７及び４８の抵抗値を演算する溶接ケーブル抵抗値演算回路であって、電流変化検出器５５がハイレベル信号を出力している期間に、溶接電流検出器１１が出力する信号Ｉf2及びアーク電圧検出器３９が出力する信号Ｖa2と、出力端子電圧検出器５１の出力信号Ｖoとを入力して、溶接ケーブル４７の抵抗値Ｒ47及び溶接ケーブル４８の抵抗値Ｒ48の合計をＲoとすると、
Ｒo＝Ｒ47＋Ｒ48、
Ｒo＝（ＶoーＶa2）/Ｉf2
の関係式により、溶接ケーブル４７及び４８の合成抵抗値Ｒoを演算することができる。
【００５５】
５３は、半導体電圧降下値設定器であり、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfを入力して、第２整流回路６の電圧降下値Ｖf1、スイッチング素子８ａの電圧降下値Ｖ8a及びスイッチング素子８ｄの電圧降下値Ｖ8dの合計電圧降下値（Ｖｆ＝Ｖf1＋Ｖ8a＋Ｖ8d）を設定する。ここで、第２整流回路６の電圧降下値Ｖf1、スイッチング素子８ａの電圧降下値Ｖ8a及びスイッチング素子８ｄの電圧降下値Ｖ8dは、設計値から、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfの関数として決定される。５４は、交流アーク溶接電源装置の内部抵抗を設定する内部抵抗値設定器であって、この内部抵抗値は、主に出力変圧器５の２次巻線の抵抗分とリアクトル７の抵抗分とであり、設計値から求められる。
【００５６】
５０は、第２インダクタンス値演算回路であり、第１微分器３６の出力信号(di1/dt1)と、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号の終了時刻における溶接電流検出器１１の出力信号Ｉf1及びアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖa1と、溶接ケーブル抵抗値演算回路５２の出力信号Ｒoと、半導体電圧降下値設定器５３の出力信号Ｖfと、内部抵抗値設定器５４の出力信号Ｒｉとを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第２インダクタンス値を、（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）として、
（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）×（di1/dt1）＋Ｖa1＋（Ｒo＋Ｒi）×Ｉf1＋Ｖf＝０
の関係式から第２インダクタンス値（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。
【００５７】
出願時請求項５に記載の溶接ケーブル抵抗値演算手段は、出力端子電圧検出器５１、第２微分器及び溶接ケーブル抵抗値演算回路５２とから成る。また、出願時請求項５に記載の極性切り換え電流値演算手段は、第１微分器３６、溶接ケーブル抵抗値演算手段、半導体電圧降下値設定器５３、内部抵抗値設定器５４、第２インダクタンス値演算回路５０及び極性切り換え電流値演算回路３８から成る。
【００５８】
トーチスイッチＴＳが押されると、アークスタート電流期間設定回路２１は、トーチスイッチＴＳのハイレベル信号を入力して、ハイレベル信号を溶接電流設定回路２０に出力する。また、アークスタート電流期間設定回路２１は、この出力信号を反転した信号を、モノマルチバイブレータ３５に入力して、アークスタート電流期間設定回路２１の出力信号がハイレベルからローレベルに変わったときに、モノマルチバイブレータ３５は、予め設定された期間、ハイレベル信号を出力する。アーク電圧検出器３９は、このハイレベル信号を入力して、このハイレベル信号の終了時刻におけるアーク電圧Ｖa1を検出する。第１微分器３６は、溶接電流検出器１１の出力信号とモノマルチバイブレータ３５の出力信号とを入力して、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号が入力されている期間dt1の溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1から、変化率（di1/dt1）を演算する。
【００５９】
第２微分器５６は、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉfを入力して、変化率(di1/dt1)を演算する。アンド回路５７は、アークスタート電流期間設定回路２１の出力信号と溶接電流判別回路１８の出力信号とを入力して、両信号がハイレベルのときハイレベル信号を出力する。電流変化検出器５５は、アンド回路５７と第２微分器５６との出力信号を入力して、アンド回路５７のハイレベル信号を入力しているときで、かつ、第２微分器５６の出力信号である(di2/dt2)が略零と判別したとき、ハイレベル信号を出力する。出力端子電圧検出器５１は、電流変化検出器５５の出力信号を入力しているときの第２インバータ回路４６の出力電圧Ｖｏを検出し、溶接ケーブル抵抗値演算回路５２は、出力端子電圧検出器５１の出力信号Ｖｏと溶接電流検出器１１の出力信号Ｉｆとアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖａとを入力して、溶接ケーブル４７及び４８の抵抗値Ｒｏを演算する。
【００６０】
半導体電圧降下値設定器５３は、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉｆを入力して、第２整流回路６の電圧降下値Ｖf1、スイッチング素子８ａの電圧降下値Ｖ8a及びスイッチング素子８ｄの電圧降下値Ｖ8dの合計電圧降下値（Ｖｆ＝Ｖf1＋Ｖ8a＋Ｖ8d）を設定する。第２インダクタンス値演算回路５０は、第１微分器３６の出力信号(di1/dt1)と、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号の終了時刻における溶接電流検出器１１の出力信号Ｉｆ及びアーク電圧検出器３９の出力信号Ｖa1と、溶接ケーブル抵抗値演算回路５２の出力信号Ｒｏと、半導体電圧降下値設定器５３の出力信号Ｖｆと、内部抵抗値設定器５４の出力信号Ｒｉとを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８との第２インダクタンス値（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。
【００６１】
極性切り換え電流値演算回路３８は、第２インダクタンス値演算回路５０の演算結果を入力して、第２インダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応した極性切り換え電流値を演算する。以下、アークスタート電流期間、負極性電流期間及び正極性電流期間において、極性切り換え判別回路１９は、溶接電流検出器１１の出力信号と極性切り換え電流値演算回路３８の出力信号とを比較して、溶接電流検出器１１の出力信号が極性切り換え電流値演算回路３８の出力信号まで下がったときに、ローレベル信号を出力する。
【００６２】
図６は、図５に示した制御ブロック図の各部の波形を示す図である。同図において、（Ａ）乃至（Ｍ）は、図４に示す（Ａ）乃至（Ｍ）に対応しているので、説明を省略する。（Ｎ）は電流変化検出器５５の出力信号を、時間の経過とともに示している。
【００６３】
図６において、図４と異なる部分のみ説明する。時刻ｔ２において、消耗電極４０と被溶接物１５との間が短絡すると、このとき、消耗電極４０と被溶接物１５との間には、アークスタートを行うための電圧が印加されているために、アークが発生し、（Ｉ）に示すように溶接電流が流れる。その後、溶接電流判別回路１８が、溶接電流が流れたと判別して、（Ｋ）に示すようにハイレベル信号を出力する。このとき、アンド回路５７は、入力信号であるアークスタート電流期間設定回路２１の出力信号と溶接電流判別回路１８の出力信号との両信号がハイレベルであるので、ハイレベル信号を出力し、電流変化検出器５５は、アンド回路５７のハイレベル信号と第２微分器５６の出力信号(di2/dt2)を入力して、第２微分器５６の出力信号(di2/dt2)が略零と判別する時刻ｔ21から第２微分器５６の出力信号(di2/dt2)が略零である期間、（Ｎ）に示すようにハイレベル信号を出力する。また、出力端子電圧検出器５１は、電流変化検出器５５の出力信号を入力しているときの第２インバータ回路４６の出力電圧Ｖｏを検出する。
【００６４】
アークスタート電流期間設定回路２１は、溶接電流判別回路１８が、溶接電流が流れたと判別してから時限を開始し、この時限の終了する時刻ｔ３に、アークスタート電流期間設定回路２１の出力がローレベルになり、溶接電流設定回路２０の出力信号Ｉrが零になり、比較器１７から出力される差信号△Ｉ＝ＩrーＩfが、第１インバータ制御回路１６に出力され、第１インバータ制御回路１６から第１インバータ回路４に出力される駆動信号の出力が、停止され、第１インバータ回路４は停止する。
【００６５】
また、アークスタート電流期間の終了する時刻ｔ３に、溶接電流が、（Ｉ）に示すように変化し始め、第２微分器５６の出力(di/dt)が電流変化判別値設定器４９の設定値よりも大きくなると、電流変化検出器５５のハイレベル信号は、（Ｎ）に示すように停止する。
【００６６】
また、アークスタート電流期間の終了する時刻ｔ３に、アークスタート電流期間設定回路２１の出力が、ローレベルになり、モノマルチバイブレータ３５は、このローレベル信号が反転されたハイレベル信号を、入力したときから予め設定された期間、ハイレベル信号をアーク電圧検出器３９に出力する。アーク電圧検出器３９は、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号を入力して、このハイレベル信号の終了時刻におけるアーク電圧Ｖａを検出する。
【００６７】
第１微分器３６は、溶接電流検出器１１の出力信号とモノマルチバイブレータ３５の出力信号とを入力して、モノマルチバイブレータ３５のハイレベル信号が入力されている期間dt1の溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1から、変化率（di1/dt1）を演算して出力する。第２インダクタンス値演算回路５０は、第１微分器３６の出力信号(di1/dt1)と、溶接電流検出器１１の出力信号Ｉｆと、アーク電圧検出器３９の出力信号Ｖａと、溶接ケーブル抵抗値演算回路５２の出力信号Ｒｏと、半導体電圧降下値設定器５３の出力信号Ｖｆと、内部抵抗値設定器５４の出力信号Ｒｉとを入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８とのインダクタンス値（Ｌ７＋Ｌ47＋Ｌ48）を演算する。極性切り換え電流値演算回路３８は、第２インダクタンス値演算回路５０の演算結果を入力して、リアクトル７と溶接ケーブル４７及び４８とのインダクタンス値（Ｌ7＋Ｌ47＋Ｌ48）に対応した極性切り換え電流値を演算する。
【００６８】
尚、上述した第１の実施例及び第２の実施例においては、アークスタート電流期間の終了後に、溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1を検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、アーク電圧Ｖa1を検出して、極性切り換え電流値を演算しているが、正極性電流期間又は負極性電流期間の終了後に、溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1を検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、アーク電圧Ｖa1を検出して、極性切り換え電流値を演算しても良い。
【００６９】
また、第１の実施例及び第２の実施例においては、溶接電源装置の電源を投入後、トーチスイッチＴＳを押す毎に、溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1を検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、アーク電圧Ｖa1を検出して、極性切り換え電流値を演算しているが、溶接電源装置の電源を投入後、最初にトーチスイッチＴＳを押したときのみ、極性切り換え電流値を演算して、その後、溶接電源装置の電源を切るまでは、同じ極性切り換え電流値を使用するようにしても良い。
【００７０】
また、第１の実施例及び第２の実施例においては、溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1を検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、アーク電圧Ｖa1を検出して、極性切り換え電流値を演算しているが、スタート条件が安定していて、アーク長の変化が少ない場合、アーク電圧が一定として、簡易的に、アーク電圧Ｖa1を検出しないで、溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1のみを検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、極性切り換え電流値を演算しても良い。
【００７１】
また、第１の実施例及び第２の実施例においては、正極性電流期間と負極性電流期間との極性切り換え電流値を同じにしているが、正極性電流期間と負極性電流期間とでは、アークの再点弧性に差があるので、正極性電流期間と負極性電流期間とにおいて、それぞれの溶接電流検出器１１の出力信号の変化値di1を検出して、変化率（di1/dt1）を演算し、アーク電圧Ｖa1を検出して、極性切り換え電流値を演算しても良い。
【００７２】
また、上記において、本発明を消耗電極を用いる交流アーク溶接電源装置に適用した実施の形態を説明したが、本発明は、非消耗電極を用いる交流ＴＩＧアーク溶接電源装置にも、同様に適用できる。
【００７３】
【発明の効果】
以上の如く、図３に示す第１の実施例は、第２インバータ回路の各極性切り換え前に第１インバータ回路の出力を一時的に停止して、溶接電流が極性切り換え電流値に達したときに第２インバータ回路の極性を切り換える交流アーク溶接電源装置において、アーク電圧及び溶接電流を検出し、溶接電流値から溶接電流の変化率を演算し、これらの値からリアクトルと溶接ケーブルとのインダクタンス値を演算し、このインダクタンス値から極性切り換え電流値を演算することによって、従来技術のように、第２インバータ回路のスイッチング素子を切り換えるときの極性切り換え電流値が、予め設定された一定値ではなく、溶接ケーブルが短いとき又は長いときにおいて、それぞれの溶接ケーブルの長さに対応した極性切り換え電流値を演算して、第２インバータ回路のスイッチング素子を切り換えるときの極性切り換え電流値を設定することができる。従って、溶接ケーブルの長さが長い場合には、溶接ケーブルのインダクタンスにより発生する誘導起電力が、スイッチング素子を破壊する電圧まで高くなることがないように、極性切り換え電流値を低く設定できるので、スイッチング素子を破壊することがない。逆に、溶接ケーブルの長さが短い場合には、溶接ケーブルのインダクタンスにより発生する誘導起電力が、アークの再点弧電圧よりも十分に高くなるように、極性切り換え電流値を高く設定できるので、アークの再点弧を十分に行うことができる。
【００７４】
さらに、溶接作業中に溶接ケーブルが移動して、溶接ケーブルのインダクタンスが変化しても、極性切り換え電流値を、溶接ケーブルのインダクタンスに対応した値に変更することができるために、溶接ケーブルのインダクタンスが大きくなった場合には、極性切り換え電流値を小さく設定するために、溶接ケーブルのインダクタンスにより発生する誘導起電力が、スイッチング素子を破壊する電圧まで高くなることがなく、スイッチング素子を破壊することがない。逆に、溶接ケーブルのインダクタンスが小さくなった場合には、極性切り換え電流値を大きく設定するために、溶接ケーブルのインダクタンスにより発生する誘導起電力が、アークの再点弧を行う電圧よりも高くなり、アークの再点弧を十分に行うことができ、溶接作業に支障をきたすことがないという効果を有する。
【００７５】
また、図５に示す第２の実施例は、極性切り換え電流値を演算することにおいて、溶接ケーブルの抵抗値、スイッチング素子等の電圧降下値及び交流アーク溶接電源装置の内部抵抗値を考慮して演算しているために、図３に示す第１の実施例と比較して、より精度の高い極性切り換え電流値を演算することができるので、第１の実施例が有するスイッチング素子を破壊する危険性がさらに少なく、アークの再点弧を十分に行うことができる効果よりも大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の交流アーク溶接電源装置の制御ブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した制御ブロック図の各部の波形を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例の制御ブロック図である。
【図４】図４は、図３に示した制御ブロック図の各部の波形を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施例の制御ブロック図である。
【図６】図６は、図５に示した制御ブロック図の各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
１  交流電源
２  第１整流回路
３  平滑回路
４  第１インバータ回路
５  出力変圧器
６  第２整流回路
７  リアクトル
８ａ、８ｄ  第１スイッチング素子
８ｂ、８ｃ  第２スイッチング素子
９ａ〜９ｄ  スナバ抵抗器
１０ａ〜１０ｄ  スナバコンデンサ
１１  溶接電流検出器
１２、１３  出力端子
１４  溶接トーチ
１５  被溶接物
１６  インバータ制御回路
１７  比較器
１８  溶接電流判別回路
１９  極性切り換え判別回路
２０  溶接電流設定回路
２１  アークスタート電流期間設定回路
２２  正極性電流期間設定回路
２３  負極性電流期間設定回路
２５  オア回路
２６、２７  ＲＳフリップフロップ回路
２８  第２スイッチング素子駆動回路
２９  第１スイッチング素子駆動回路
３０  ナンド回路
３１  ＲＳフリップフロップ回路
３２、３３  スイッチ
３４  極性切り換え電流値設定器
３５  モノマルチバイブレータ
３６  第１微分器
３７  第１インダクタンス値演算回路
３８  極性切り換え電流値演算回路
３９  アーク電圧検出器
４０  消耗電極
４１  電動機
４２  送給ロール
４３  ワイヤリール
４４  電動機制御回路
４５  溶接電流判別値設定器
４６  第２インバータ回路
４７、４８  溶接ケーブル
４９  電流変化判別値設定器
５０  第２インダクタンス値演算回路
５１  出力端子電圧検出器
５２  溶接ケーブル抵抗値演算回路
５３  半導体電圧降下値設定器
５４  内部抵抗値設定器
５５  電流変化検出器
５６  第２微分器
５７  アンド回路
ＴＳ  トーチスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004233690.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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