JPS6344228Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は三相交流を入力とするアーク溶接機に
おいて消耗性電極や溶加材などの溶接材の送給を
より正確にかつ効率よく行えるようにしたもので
ある。[Detailed Description of the Invention] The present invention enables more accurate and efficient feeding of welding materials such as consumable electrodes and filler metal in an arc welding machine that receives three-phase alternating current as input.

従来、アーク溶接機において消耗性電極や溶加
材などの溶接材の送給には一般に単相交流をサイ
リスタにより位相制御して送給機構の電動機に供
給して速度制御を行う方式が採用されている。 Conventionally, in arc welding machines, a method was generally used to feed welding materials such as consumable electrodes and filler metals by controlling the phase of single-phase alternating current using a thyristor and supplying it to the electric motor of the feeding mechanism to control the speed. ing.

このような位相制御による方式においては、電
動機には単相交流の各半波における導通位相を制
御するものであるため供給電流のリツプル含有率
が非常に大であり、電流の実効値が大きくなる。
これに対して直流電動機の出力は供給電流の平均
値で決定されるから、このようにリツプル分が大
きく実効値のみ高い値となる電流にて駆動すると
きは温度上昇の制限から電動機の出力は定格の50
％程度しか利用することができなかつた。このた
め必要な機械的出力の２倍以上の定格容量のもの
を選択することが必要となりきわめて不経済であ
つた。またこの場合の制御対象は商用交流の半サ
イクルが単位となるので速度調整を微細に設定す
ることができなかつた。さらに電動機の回転速度
も供給電流に対応した脈動分が現われる。このた
め回転数をフイードバツクして所定の速度に保つ
場合において電機子電圧をフイードバツク信号と
して用いる場合はもちろん、回転数を検出用発電
機（タコジエネレータ）により検出する場合にも
この速度の脈動分に対応した低い周波数のリツプ
ル分が現われる。したがつてこれを制御に支障の
ない程度に除去するためには遮断周波数の十分低
いローパスフイルタ回路が必要となり、このため
制御回路が大形となるのみでなく、このローパス
フイルタを回路内に有するために制御系の応答速
度が遅くなり動特性の悪い装置となる。またこの
ような欠点を解決するものとして単相交流を整流
して直流出力を得て、この直流出力をトランジス
タでその実効抵抗を制御して電動機速度を制御す
る方法も考えられている。しかしこの場合にも整
流回路に含まれるリツプル分は大きく、またトラ
ンジスタの実効抵抗を制御するというアナログ増
幅回路を含むから温ドリフトなどアナログ増幅回
路特有の不安定性を避けることはできない。 In such a phase control method, since the conduction phase of each half wave of single-phase alternating current is controlled in the motor, the ripple content of the supplied current is extremely large, and the effective value of the current becomes large. .
On the other hand, the output of a DC motor is determined by the average value of the supplied current, so when driving with a current that has a large ripple component and only a high effective value, the output of the motor will decrease due to temperature rise limitations. Rated 50
Only about % could be used. For this reason, it is necessary to select a rated capacity that is more than twice the required mechanical output, which is extremely uneconomical. In addition, since the unit of control in this case is a half cycle of commercial AC, it is not possible to finely set the speed adjustment. Furthermore, the rotational speed of the motor also exhibits pulsations corresponding to the supplied current. For this reason, this speed pulsation can be handled not only when using the armature voltage as a feedback signal when feeding back the rotation speed to maintain it at a predetermined speed, but also when detecting the rotation speed with a detection generator (tachogenerator). A low frequency ripple appears. Therefore, in order to eliminate this to an extent that does not interfere with control, a low-pass filter circuit with a sufficiently low cutoff frequency is required, which not only requires a large control circuit, but also requires the use of a low-pass filter within the circuit. Therefore, the response speed of the control system becomes slow, resulting in a device with poor dynamic characteristics. In order to solve these drawbacks, a method has also been considered in which single-phase alternating current is rectified to obtain a direct current output, and the effective resistance of this direct current output is controlled using a transistor to control the motor speed. However, even in this case, the ripple component included in the rectifier circuit is large, and since it includes an analog amplifier circuit that controls the effective resistance of the transistor, it is impossible to avoid the instability inherent to analog amplifier circuits such as temperature drift.

本考案は商用周波の三相交流を所定の電圧に降
圧して溶接に適した電力を得る三相変圧器の各相
に補助巻線を設け、この補助巻線の出力を整流し
て簡単な平滑回路を通した後に、チヨツパ回路に
より所定の値に調整して溶接材送給用の電動機に
供給する構造として上記従来装置の欠点を完全に
解決したものである。 The present invention involves installing an auxiliary winding on each phase of a three-phase transformer that steps down the commercial frequency three-phase AC to a predetermined voltage to obtain power suitable for welding, and rectifying the output of this auxiliary winding. After passing through a smoothing circuit, the welding material is adjusted to a predetermined value by a chopper circuit and then supplied to a motor for feeding the welding material, completely solving the drawbacks of the conventional device.

第１図は本考案のアーク溶接機の実施例を示す
接続図である。同図において２は入力端子１，
１，１に商用三相交流を受ける変圧器であり、Ｐ
はその一次巻線、Ｓ１は入力電子をアーク溶接に
適した低電圧・大電流に変換するための出力巻線
であり、Ｓ２は各相に設けられた補助巻線であ
る。３は出力巻線Ｓ１の出力から所要の直流出力
を得るサイリスタなどを用いた整流回路であり、
４は整流回路３の出力を平滑するための直流リア
クトルである。 FIG. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the arc welding machine of the present invention. In the same figure, 2 is the input terminal 1,
1,1 is a transformer that receives commercial three-phase alternating current, and P
is its primary winding, S1 is an output winding for converting input electrons into low voltage and high current suitable for arc welding, and S2 is an auxiliary winding provided for each phase. 3 is a rectifier circuit using a thyristor or the like to obtain the required DC output from the output of the output winding S1;
4 is a DC reactor for smoothing the output of the rectifier circuit 3.

変圧器２、整流回路３およびリアクトル４は三
相交流を溶接に適した出力に変換する電力変換器
を構成している。５は溶接トーチ、６は送給ロー
ル７により溶接トーチ５を経て被溶接物８の溶接
部に送給される溶接材であり、同図に示すような
消耗電極式アーク溶接においては通常ワイヤ状あ
るいは帯状の材料が用いられる。電力変換器の出
力は溶接トーチ５および被溶接物８に供給されて
溶接材６と被溶接物８との間に溶接アーク９を生
じる。１０は補助巻線Ｓ２の三相出力を整流して
直流出力を得る整流回路であり、この整流回路に
三相全波整流回路を用いると簡単な平滑回路でほ
とんどリツプルのない直流出力が容易に得られ
る。１１はトランジスタ、サイリスタなどを用い
たチヨツパ用スイツチング素子であり、１２はこ
のスイツチング素子１１をON−OFFしてチヨツ
パ制御するためのパルス幅変調器であり、発振器
Ｓの発振パルスを比較器１４からの入力信号の大
きさに対応した幅のパルスに変調する。このパル
ス幅変調器１２はスイツチング素子１１および発
振器Ｓとともにチヨツパ制御回路を構成する。１
３は電動機の速度を設定するための基準信号発生
器であり、１４は比較器である。１５は溶接材６
を送給するための電動機であり送給用ロール７に
図示を省略した減速機を介して結合されている。
１６はスイツチング素子１１が遮断したときに電
動機１５による誘起電圧からスイツチング素子１
１を保護するフライホイールダイオードである。
１７は電動機１５の回転速度を検出するための速
度検出器である。同図の実施例においては基準信
号発生器１３の出力信号は回転速度検出器１７の
出力信号と比較器１４にて比較され両信号の差は
パルス幅変調器１２に入力される。パルス幅変調
器１２は入力信号に対応したパルス幅でかつ一定
周波数のパルスを発生しスイツチング素子１１を
導通させる。この結果、電動機１５には一定周波
数でかつパルス幅変調器１２によつてチヨツパ制
御された略矩形波状の電流が供給される。ここで
パルス幅変調器１２の発振周波数を定める発振器
Ｓの発振周波数を例えば数ｋHzないし10kHz程度
の高い値に設定しておけば電動機１５の回転速度
にはほとんど脈動は現われない。したがつて回転
速度検出器１７の出力電圧は回転速度に正確に比
例しかつほとんどリツプル分を含まない直流電圧
となるから何らこの検出回路にフイルターを用い
ずとも基準信号発生器１３にて設定された速度で
正確に回転させることができる。この結果、検出
回路の時定数に起因する制御系の遅れは全く発生
せず応答性の極めて優れた送給速度の制御ができ
る。 The transformer 2, rectifier circuit 3, and reactor 4 constitute a power converter that converts three-phase alternating current into an output suitable for welding. 5 is a welding torch, and 6 is a welding material that is fed by a feed roll 7 through the welding torch 5 to the welding part of the workpiece 8. In consumable electrode type arc welding as shown in the figure, it is usually wire-shaped Alternatively, a strip of material is used. The output of the power converter is supplied to the welding torch 5 and the workpiece 8 to generate a welding arc 9 between the welding material 6 and the workpiece 8 . 10 is a rectifier circuit that rectifies the three-phase output of the auxiliary winding S2 to obtain a DC output. If a three-phase full-wave rectifier circuit is used for this rectifier circuit, a DC output with almost no ripples can be easily generated with a simple smoothing circuit. can get. 11 is a chopper switching element using a transistor, thyristor, etc.; 12 is a pulse width modulator for controlling the chopper by turning on and off the switching element 11; The signal is modulated into a pulse with a width corresponding to the magnitude of the input signal. This pulse width modulator 12 constitutes a chopper control circuit together with the switching element 11 and the oscillator S. 1
3 is a reference signal generator for setting the speed of the motor, and 14 is a comparator. 15 is welding material 6
This is an electric motor for feeding, and is connected to the feeding roll 7 via a reduction gear (not shown).
Reference numeral 16 indicates that the switching element 1 is removed from the induced voltage by the motor 15 when the switching element 11 is cut off.
This is a flywheel diode that protects 1.
17 is a speed detector for detecting the rotational speed of the electric motor 15. In the embodiment shown in the figure, the output signal of the reference signal generator 13 is compared with the output signal of the rotational speed detector 17 by a comparator 14, and the difference between the two signals is input to the pulse width modulator 12. The pulse width modulator 12 generates a pulse having a pulse width corresponding to the input signal and a constant frequency to make the switching element 11 conductive. As a result, the electric motor 15 is supplied with a substantially rectangular wave current having a constant frequency and chopper controlled by the pulse width modulator 12. If the oscillation frequency of the oscillator S, which determines the oscillation frequency of the pulse width modulator 12, is set to a high value of, for example, several kHz to 10 kHz, almost no pulsation will appear in the rotational speed of the electric motor 15. Therefore, the output voltage of the rotational speed detector 17 is a DC voltage that is exactly proportional to the rotational speed and contains almost no ripple, so it can be set by the reference signal generator 13 without using any filter in this detection circuit. It can be rotated accurately at a certain speed. As a result, there is no delay in the control system due to the time constant of the detection circuit, and the feeding speed can be controlled with extremely excellent responsiveness.

また送給速度の検出を電動機の回転速度が電機
子電圧に比例することを利用して電機子電圧を検
出することにより行う場合においても、電機子電
圧は高い周波数の略矩形波状のパルス電圧となる
のでその検出電圧の平滑のために使用すべきフイ
ルターはパルス幅変調器１２の発振周波数による
リツプル分のみを除去すればよいから、その遮断
周波数は比較的高いものでよく、この結果、制御
系の電気的な時定数は電動機の機械的応答速度に
比較して問題にならない程度に十分小さな値とな
り、すぐれた応答性が得られる。また電動機１５
に供給される電流が略矩形波状になることから実
効値と平均値との差が少なくなり電動機１５の出
力は定格の100％近くまで利用することが可能と
なり、その分だけ小容量の電動機が使用できるこ
とになる。さらに電動機への供給電力の制御はチ
ヨツパ制御回路の周波数を十分に高くしておけば
微細な速度設定も極めて精度よく再現することが
可能となる。そして電動機のための電源は溶接用
電力を得る変圧器に補助巻線を巻き足すことによ
つて得るので他に電動機のための独立した電源を
用意する必要がなく経済的である。 Furthermore, even when the feeding speed is detected by detecting the armature voltage by utilizing the fact that the rotational speed of the motor is proportional to the armature voltage, the armature voltage is a high frequency pulse voltage with a substantially rectangular waveform. Therefore, the filter that should be used to smooth the detected voltage only needs to remove ripples due to the oscillation frequency of the pulse width modulator 12, so its cutoff frequency can be relatively high, and as a result, the control system The electrical time constant of is a sufficiently small value to the extent that it does not pose a problem compared to the mechanical response speed of the electric motor, and excellent responsiveness can be obtained. Also electric motor 15
Since the current supplied to the motor 15 has a substantially rectangular waveform, the difference between the effective value and the average value becomes smaller, and the output of the motor 15 can be used up to nearly 100% of its rated value, making it possible to use a small-capacity motor to that extent. It will be possible to use it. Furthermore, when controlling the power supplied to the electric motor, if the frequency of the chopper control circuit is made high enough, it becomes possible to reproduce minute speed settings with extremely high accuracy. Since the power source for the electric motor is obtained by adding an auxiliary winding to the transformer that obtains welding power, there is no need to prepare an independent power source for the electric motor, which is economical.

なお図示の実施例において消耗性電極の送給開
始および停止は溶接開始信号をパルス幅変調器１
２の発信開始信号として入力することにより行う
ことができる。また電力変換器には単一の三相出
力巻線と図示のサイリスタを用いた三相全波整流
回路の他に変圧器にタツプを設けて出力調整をし
た後整流器で整流するだけのものや変圧器の出力
巻線を変更して六相半波式などの他の多相方式も
利用できる。同様に補助巻線Ｓ２および整流回路
も三相全波方式以外に六相半波などの多相整流回
路とする方がよりリツプル含有率を少なくするこ
とができる。またチヨツパ制御回路は第１図に示
した実施例においては、パルス幅変調器を利用す
るものについて説明したが、チヨツパ制御回路は
これに限るものではなく、パルス幅は一定で入力
信号に対応した周波数のパルスを発生する電圧制
御発振器を利用してもよい。さらに本考案の適用
される溶接方法は図示の消耗性電極式アーク溶接
方法に限るものではなく、電力変換回路の出力を
非消耗電極に導いてアークを発生するTIG溶接あ
るいはプラズマ溶接において、溶接部に外部から
溶加材を送給する場合、あるいは消耗性電極を用
いるアーク溶接においても外部からさらに溶加材
を送給する場合において、この溶加材送給速度を
制御する場合にも適用できるものである。 In the illustrated embodiment, the start and stop of the feeding of the consumable electrode is controlled by a welding start signal supplied to a pulse width modulator 1.
2 as the start signal for starting the transmission. In addition to the power converter having a single three-phase output winding and a three-phase full-wave rectifier circuit using the thyristor shown in the figure, a converter having a tap in the transformer for output adjustment and then rectified by a rectifier, or a multi-phase converter having a six-phase half-wave type and a different output winding of the transformer may be used. Similarly, the auxiliary winding S2 and the rectifier circuit may be a multi-phase rectifier circuit such as a six-phase half-wave type other than a three-phase full-wave type, in order to reduce the ripple content. In the embodiment shown in FIG. 1, the chopper control circuit is described as using a pulse width modulator, but the chopper control circuit is not limited to this, and a voltage controlled oscillator may be used which generates a pulse with a constant pulse width and a frequency corresponding to the input signal. Furthermore, the welding method to which the present invention is applicable is not limited to the consumable electrode type arc welding method shown in the drawings, but can also be applied to cases where filler metal is fed from outside to the weld in TIG welding or plasma welding in which an arc is generated by introducing the output of a power conversion circuit to a non-consumable electrode, or where a filler metal is further fed from outside in arc welding using a consumable electrode and the filler metal feed speed is controlled.

以上のように本考案の装置においては電動機の
定格出力を十分に生かすことができるので経済的
であり、また速度制御も極めて高精度でかつ応答
性のよい溶接材の送給速度の制御が可能となる。 As described above, the device of the present invention is economical because it can fully utilize the rated output of the motor, and it is also possible to control the feeding speed of welding material with extremely high precision and responsiveness. becomes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案の実施例を示す接続図である。 ２……変圧器、３，１０……整流回路、６……
溶接材、８……被溶接物、１１……スイツチング
素子、１２……パルス幅変調器、１５……電動
機、Ｐ……一次巻線、Ｓ１……出力巻線、Ｓ２…
…補助巻線。 FIG. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the present invention. 2... Transformer, 3, 10... Rectifier circuit, 6...
Welding material, 8... Work to be welded, 11... Switching element, 12... Pulse width modulator, 15... Electric motor, P... Primary winding, S1... Output winding, S2...
...Auxiliary winding.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 三相交流を入力としアーク溶接に適した特性の
出力を得る三相変圧器を含む電力変換器と、前記
三相変圧器の各相に設けられた補助巻線と、前記
補助巻線の出力から直流出力を得る整流回路と、
前記整流回路の出力を調整するチヨツパ制御回路
と、前記チヨツパ制御回路の出力により駆動され
る溶接材送給機構とからなるアーク溶接機。 A power converter including a three-phase transformer that receives three-phase alternating current as input and obtains an output with characteristics suitable for arc welding, an auxiliary winding provided for each phase of the three-phase transformer, and an output of the auxiliary winding. a rectifier circuit that obtains DC output from the
An arc welding machine comprising a chopper control circuit that adjusts the output of the rectifier circuit, and a welding material feeding mechanism driven by the output of the chopper control circuit.