JPH01215465A - アーク電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電圧の異なる複数の入力交流で駆動可能なア
ーク機器に設けられるアーク電源装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、１００　Ｖ　、　２００　Ｖのいずれの商用交流
電源でも駆動可能なアーク溶接機、アーク溶断機などの
アーク機器には、たとえば定電流制御型の直流電源装置
として、第２図に示す構成のアーク電源装置が設けられ
ている。

なお、第２図において、　（１）　、　（２）は１００
ｖ又は２００ｖの単相交流電源に接続される１対の交流
入接点（ｂ）　、　（ｂ）を有する２接点切換スイッチ
からなり、切換片が入力端子（１）に接続されている。

（５）　、　（６）　、　（７）　、　（８）は入力端
子（１）　、　（２）の入力交流を整流する４個のダイ
オードであシ、ダイオード（５）のカッ・−ド及びダイ
オード（６）のアノードが入力端子（１）に接続され、
ダイオード（７）のカソードがダイオード（６）のカソ
ードに接続され、かつ、ダイオード（７）のアノード、
ダイオード（５）のアノードにダイソードの接続点がス
イッチ（３）の接点（ｂ）に接続され。

１００ｖの倍電圧整流及び２００ｖの全波整流を行なう
入力側整流器を形成している。

（９）　、　Ｑｔ）は直列接続された平滑用の２個のコ
ンデンサであり、両コンデンサ（９）　、　ＱＯの直列
回路がダイオード（７）、（８）の直列回路に並列に設
けられ、かつ１両コンデンサ（９）　、α０の接続点が
スイッチ（３）の接点（ａ）に接続されている。αＤ、
（６）はコンデンサ（９）。

００それぞれに並列に設けられた均圧用の２個の抵抗で
あり、コンデンサ（９）　、　ＧＯとともに入力側平滑
回路を形成している。

Ｑ３　、α→はＮＰＮ型の２個のスイッチングトランジ
スタであり、トランジスタ（至）のエミッタ、トランジ
スタＱ４１のコレクタが接続され、かつ、トランジスタ
α口のコレクタがダイオード（６）　、　（７）のカソ
ードの接続点ｐに接続されるとともに、トランジスタα
４）のエミッタがダイオード（５）　、　（８）のアノ
ードの接続点ｎに接続されている。

ＱＧは１次巻線（１５ａ）及び中間タップ付き２次巻線
（１５ｂ）を備えた高周波出力用の変圧器であり、１次
巻線（１５ａ）の一端が直流除去用のコンデンサＣＬＱ
を介してトランジスタ（至）、α→の接続点に接続され
るとともに、１次巻線（１５１）の他端がコンデンサ（
９）　、　（１０の接続点に接続されている。

ｑη、ｃｎは出力側整流器を形成する２個のダイオード
であシ、アノードが２次巻線（１５ｂ）の両端それぞれ
に接続されている。α呻は一端がダイオードαη、（ト
）のカソードに接続された平滑用のりアクト〜、（７）
はりアクドルＱｌの他端に接続された被処理物、Ｑ］）
は被処理物（ホ）とともにアーク負荷を形成するトーチ
電極であシ、電流検出器＠を介して２次巻線（１５ｂ）
の中間タップに接続されている。

翰ハトランジスタ（至）、α荀のペースに１〜２０ＫＨ
ｚの高周波スイッチングの駆動信号を出力するインバー
タ駆動回路であシ、起動スイッチ（財）の接点信号及び
検出器（２）の電流検出信号が入力され、スイッチ（財
）の接点信号にもとづき、トランジスタ（至）。

αぐの駆動制御の開始、終了が制御され、かつ、検出器
翰の検出信号にもとづき、トランジスタＱ３　。

α→のスイッチングを制御してアーク負荷を流れる負荷
電流を定電流にフィードバック制御する。

（ホ）は中間タップ付き１次巻線（２５ａ）及び２次巻
線（２５ｂ）を備えた駆動回路−の電源用変圧器であシ
、１次巻線（２５ａ）の中間タップ、一端がスイッチ（
４）の接点（ａ）’、　（ｂ）’それぞれに接続される
とともに１次巻線（２５ａ）の他端が入力端子（２）に
接続され、かつ、２次巻線（２５ｂ）の両端が駆動回路
■に接続されている。

そして、入力端子（１）　、　（２）に供給される入力
交流の１００　Ｖ　、　２００　Ｖにもとづき、予め、
手動操作によってスイッチ（３）　、　（４）が接点（
ａ）、　＜ｄ又は接点（ｂ）。

（ｂどに切換えられる。

すなわち、入力交流が１００ｖの電源交流の場合は、ス
イッチ（３）　、　（４）が接点（ａ）　、　＜ａｆに
切換えられ、入力交流がダイオード（５）　、　（６）
及びコンデンサ（９）。

ａＯの全波型２倍電圧整流により、倍電圧整流されて直
流に変換され、接続点ｐ、ｎ間に（１００ＶＸ、ｌ’ｆ
　Ｘ　２中）　２９０　Ｖの直流電圧が発生する。

そして、接続点ｐ、ｎ間の直流電圧がトランジスタ□□
□、α荀の直列回路に印加されるとともに、駆動回路に
）の駆動信号によってトランジスタ時、０４が相互に逆
に高周波スイッチングし、コンデンサα・を介して１次
巻線（１５ａ）に高周波電圧が印加される。

さらに、１次巻線（１５ａ）の高周波の印加電圧にもと
づいて２次巻線（１５ｂ）に高周波交流が誘起されると
ともに、２次巻線（１５ｂ）の高周波交流がダイオード
ａηｌ　Ｑｌ１９１リアクトμσ呻によって整流、平滑
され、被処理物−，トーチ電極■υのアーク負荷に直流
出力が供給される。

まだ、アーク負荷を流れる負荷電流が検出器（ハ）によ
って検出され、検出器翰から駆動回路（至）に負荷電流
に比例した検出信号が出力される。

ところで、駆動回路−は２次巻線（２５ｂ）の出力交流
にもとづいて動作し、スイッチ（財）の起動操作の接点
信号の入力によシ、トランジスタ（至）、ＱΦの駆動制
御を開始する。

そして、検出器翰の検出信号が内部設定された基準信号
に一致するように、駆動回路−がトランシフタ（至）、
α弔のスイッチング周波数を制御し、負荷電流が定電流
にフィードバック制御される。

一方、入力交流が２００ｖの電源交流の場合は、スイッ
チ（３）　、　（４）が接点（ｂ）　、　（ｂ）’に切
換えられ、入力交流がダイオード（５）〜（８）の全波
整流及びコンデンサ（９）　、　Ｑｌの平滑によって直
流に変換され、この場合も、接続点ｐ、ｎ間に（２００
ＶＸ　ｖ’Ｔ中）２９０Ｖの直流電圧が発生する。

そして、トランジスタα峰、α弔、変圧器α均、ダイオ
ードａη、α枠、リアクト／Ｉ／ａ＊及び検出器磐、駆
動回路翰により、ｔｏｏ　ｖの電源交流の場合と同様に
してアーク負荷に直流出力が供給される。

また、スイッチ（４）が接点ｒｂｆに切換えられること
により、２次巻線（２５ｂ　）に１００ｖの電源交流の
場合と同一電圧の交流が発生し、駆動回路＠に定格電圧
の出力交流が供給され、駆動回路（財）が正常に動作す
る。

なお、スイッチ（財）の起動操作及び停止操作の接点信
号にもとづき、駆動回路（至）によるトランジスタ（至
）、α尋の制御の開始及び停止が制御され、負荷の直流
供給が制御される。

また、定電圧制御型の直流電源装置として設けられる従
来のアーク電源装置は、はぼ第２図の検出器（ホ）を電
圧検出器に置き換えて形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記従来のアーク電源装置の場合。

入力交流の電圧に応じてスイッチ（３）　、　（４）な
どの操作スイッチを切換える必要があり、煩しい操作を
要するとともに、たとえば２００　Ｖの入力交流の場合
にスイッチ（３）　、　（４）を接点（ａ）　、　（ａ
）’に誤切換えすると、高い入力電圧によって装置の各
回路部が破損する問題点がある。

また、１００Ｖの入力交流の場合、コンデンサインプッ
ト型の構成で２倍電圧整流が行われ、このとき、コンデ
ンサの充、放電にもとづき、正弦波形の入力交流のほぼ
正、負のピークレベル部分のみがコンデンサ（９）　、
　ＱＯを流れて用いられ、高周波交流に変換して変換効
率を高めても、たとえば容量の小さな１００ｖの単相交
流電源の入力時には、十分な直流をアーク機器に供給で
きず、電源装置を含めた機器の力率が低くなる問題点が
あシ、しかも、入力交流の波形歪みが生じ、同一の交流
電源で動作する他の機器に悪影響を与える問題点がある
。

本発明は、入力交流の電圧に応じた切換操作などを省い
・て操作性を向上するとともに、入力交流の利用効率の
向上及び入力交流の波形歪みの解消を図るようにしたア
ーク電源装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するための手段を、実施例に対応する第
１図を参照して以下に説明する。

本発明は、入力交流を整流して直流に変換する入力整流
部としての整流器−と、 前記整流器（ホ）の直流出力端子間に直列に設けられた
リアクト／Ｌ／＠及び半導体スイッチング素子としての
スイッチングトランジスタに）と、前記リアクト／Ｌ／
＠と前記トランジスタ（至）との接続点の電圧が逆流防
止用のダイオード翰を介して注入される平滑コンデンサ
部…と、 前記平滑コンデンサ部（至）の平滑出力を高周波交流に
変換する高周波変換部０１）と、 前記高周波交流を整流、平滑してアーク負荷に供給する
出力整流平滑部ＣＩ？Ｊと、 前記コンデンサ部（至）の平滑電圧を検出する電圧検出
器間と、 前記検出器１３３１の検出信号と基準信号とにもとづき
前記トランジスタ（財）に高周波スイッチング用の駆動
信号を供給し、前記平滑電圧を定電圧制御する制御部と
してのアクティブフィルタ制御回路頃と を備えたことを特徴とするアーク電源装置を提供するも
のである。

〔作　用〕

したがって、検出器（３３）の検出信号にもとづき、ト
ランジスタ翰のスイッチング周波数が可変されてコンデ
ンサ部（７）の平滑電圧が定電圧制御され、入力交流の
電圧によらず、平滑電圧が一定電圧に保持され、該一定
電圧の平滑出力にもとづき、変換部ゆ、整流平滑部Ｉ３
２の動作によづてアーク負荷に直流出力が供給される。

そして、トランジスタ（ホ）の高周波スイッチングにも
とづくリアクトル（財）の充、放電によシ、整流器−の
整流出力にリアクト／Ｌ／＠の蓄積エネルギーが重畳さ
れてコンデンサ部（至）にくり返し注入され、入力交流
の全期間にコンデンサ部（７）の充電がくり返されて入
力交流の利用効率が向上する。

しかも、トランジスタ翰の高周波スイッチングによって
入力交流が整流器＠を介して常時装置内を流れ、入力交
流の波形歪みが防止される。

〔実施例〕

つぎに１本発明を、その１実施例を示した第１図ととも
に詳細に説明する。

第１図において、第２図と同一記号は同一〇ものを示し
、弼は入力端子（１）　、　（２）の入力交流を整流す
る整流器であり、全波又は半波のダイオード整流器から
なり、入力→整流部を形成し、入力交流に応じた大きさ
の整流出力を正、負出力端子（ト）。

（→から出力する。勾、＠は出力端子←）、０間に直列
に設けられたりアクドル、ＮＰＮ型のスイッチングトラ
ンジスタであシ、半導体スイッチング素子を形成するト
ランジスタｅ！印のコレクタがリアクトル勾を介して出
力端子（ト）に接続されるとともに、トランジスタ翰の
エミッタが電流検出器＋３５１を介して出力端子←）に
接続されている。（至）はリアクト／Ｌ／■、トランジ
スタ（至）、検出器（３５１の直列回路に並列に設けら
れたサージ吸収用のコンデンサである。

翰は７ノードがリアクトｌｖ＠とトランジスタ翰のコレ
クタとの接続点に接続された逆流防止用のダイオード、
（３η、（３８１は平滑部（至）を形成する平滑用の２
個のコンデンサであシ、ダイオード翰のカソードとトラ
ンジス、り（財）のエミッタとの間に直列に設けられ、
ダイオード翰のカソードとコンデンサａηとの接続点Ｐ
がトランジスタ（至）のコレクタに接続され、コンデン
サ虫とトランジスタ（財）のエミッタとの接続点Ｎがト
ランジスタ（１４）のエミッタに接続されている。（＆
１は接続点Ｐ、Ｎ間に設けられた電圧検出器であり、接
続点Ｐ、Ｎ間の平滑電圧に比例した電圧検出信号を出力
する。

１３９）は接続点Ｐ、Ｎ間に生じた平滑部■の平滑出力
が供給されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路であり、後述ノ
インバータ駆動回路及びアクティブフィルタ制御回路に
駆動直流を供給する。ｅ３４）はトランジスタ■の駆動
制御用のアクティブフィルタ型制御回路であり、コンバ
ータ回路軸からの給電によって駆動されるデジタル制御
回路からなり、検出器間の電圧検出信号と内部設定され
た平滑電圧の定電圧制御基準信号との差分に応じてオン
期間又は周波数が変化する高周波のスイッチング駆動信
号をトランジスタ（ト）のベースに供給するとともに、
検出器＋３１５１の電流検出信号と内部設定された過負
荷基準信号との比較にもとづき、スイッチング駆動信号
のオン期間又は周波数をトランジスタ（ハ）が過負荷状
態にならない範囲に制限する。

顛は第２図の駆ｌＥ／Ｉ＠Ｊ路（至）の代りに設けられ
たインバータ駆動回路であシ、トランジスタ（至）、α
→。

変圧器Ｑｆ９　、検出器（イ）などとともにフィードバ
ック制御型の高周波変換部０１を形成し、コンバータ回
路（イ）からの給電によって駆動され、駆動回路−と同
様に動作してトランジスタ（２）、　（１４１に駆動信
号を出力する。３２はダイオードαη、＃及びリアクト
ルα燵が形成する出力整流平滑部であシ、変換部ｃ３υ
の高周波交流を整流、平滑し、被処理物四、トーチ電極
なりのアーク負荷に定電流制御された直流を供給する。

そして、入力端子（１）　、　（２）に入力された１０
０　Ｖ又は２００ｖの電源交流は整流器（ホ）で整流さ
れ、このとき、出力端子１）　、　（−）間には、電源
交流すなわち入力交流に比例した大きさの整流出力が生
じる。

また、制御回路（財）の駆動信号により、トランジスタ
（至）が電源交流より十分高い周波数で高周波スイッチ
ングし、トランジスタ四のオン期間には、リアクトｉｖ
＠を介してトランジスタ翰に整流圧力の電流が流れ、リ
アクトｉｖ＠に図示の矢印方向の極性のエネルギーが蓄
積され、トランジスタ翰のオフ期−間には、蓄積された
エネルギーにもとづいでリアクＩ−／しく口）に逆極性
の電圧が発生し、このとき、整流出力の電圧にリアクト
ル（５）の電圧を重畳した高い電圧により、入力交流の
正、負のピーク値以外の期間、たとえばゼロクロス電圧
付近の期間であっても、コンデンサ１３７１　、　ｆ３
８１が充電される。

ソシて、コンデンサ＋３７１　、　＋３８！によって整
流出力が平滑され、コンデンサ部（７）から変換部３η
及びコンバータ回路（３９）に、平滑出力が供給される
。

ところで、コンデンサ＋３７１　、１３８１の両端間の
電圧。

すなわち接続点Ｐ、Ｎ間の平滑電圧が検出器（３３）で
検出され、検出器鄭）から制御回路（２）に、平滑電圧
に比例した電圧検出信号が出力される。

そして、制御回路（３４は検出器（３３）の検出信号と
平滑電圧の定電圧制御基準信号とをデジタル的に誤差増
幅し、検出信号が基準信号に一致するように、パルス幅
変調又は周波数変調によってトランジスタ（至）への駆
動信号のオン期間又は周波数を可変制御し、平滑出力の
電圧をトランジスタα３　、　Ｑ４）などが破損されな
い電圧内の一定電圧にフィードバック制御する。

したがって、入力交流が１００　Ｖ　、　２００　Ｖの
いずれの電源交流であっても、リアクトｌｖ＠、トラン
ジスタ弼、制御回路１３４１により、平滑電圧が一定電
圧になるようにコンデンサ部（７）に入力される整流出
力がフィルタ制限され、フィルタ部（７）から変換部６
υに出力される平滑出力、すなわち直流出力の電圧が一
定電圧に保持される。

なお、過電流によるトランジスタ（至）の破損を防止す
るため、制御回路□□□には検出器＋３（１の検出信号
とともに検出器（３５１の検出信号が入力され、検出器
μｓの検出信号、すなわち整流出力の電流に比例した検
出信号と過負荷基準信号とのデジタル比較にもとづき、
トランジスタ（至）を通流する電流が基準信号の電流値
を超えないように、トランジスタ（至）の駆動信号のオ
ン期間又は周波数の可変が制限される。

そして、変換部０η、整流平滑部＋３２の動作により、
アーク負荷に定電流制御された直流が供給され、このと
き、入力交流の電圧が１００　Ｖ、　２００　Ｖのいず
れであっても、変換部０υ、整流平滑部Ｌ（Ｚなどの破
損が生じない。

また、トランジスタ（ハ）の高周波スイッチングとりア
ク）Ａ／＠の蓄積エネルギーの放出とにもとづき、入力
交流の正、負ピーク値付近以外の部分でも、コンデンサ
＋３７１　、　＋ａａｉがくり返し充電されて入力交流
が利用され、入力交流の利用効率が向上してアーク機器
の力率が向上する。

１、カモ、トランジスタ（至）の高周波スイッチングに
もとづき、整流器翰を介した入力交流が常時装置内を流
れ、入力交流の波形歪みが防止されて他の機器への悪影
豐が防止される。

なお、前記実施例では、入力交流として１００ｖと２０
０　Ｖのいずれかの電源交流が入力される場合について
説明したが、入力交流として、実施例と異なる２種類の
交流、たとえば２００ｖと４００ｖの交流のいずれか又
は、３種類以上の交流のいずれかが入力される場合に適
用できるのは勿論である。

また、前記実施例ではアーク負荷に供給する直流を定電
流制御したが、たとえば検出器（イ）の代わりに電圧検
出器を設け、定電圧制御してもよい。

さらに、各部の構成は実施例に限定されるものではなく
、たとえば半導体スイッチング素子としてスイッチング
トランジスタ以外の半導体スイッチング素子を用いても
よい。

そして、アーク溶接機、アーク切断機及びアーク灯装置
などの種々のアーク機器の直流電源装置に適用できるの
は勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のアーク電源装置によると、半導
体スイッチング素子の高周波スイッチングの制御により
、入力交流の電圧によらず、平滑コンデンサ部の平滑電
圧が定電圧制御され、入力交流の電圧に応じた切換操作
を省き、操作性を向上することができるとともに、リア
クトルの蓄積エネルギーを利用して入力交流の全期間に
平滑コンデンサ部を充電し、入力交流の利用効率を向上
して装置を含むアーク機器の力率を向上することができ
、しかも、入力交流の波形歪みを防止して他の機器への
悪影響を防止することができるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のアーク電源装置の１実施例のブロック
結線図、第２図は従来のアーク電源装置のブロック結線
図である。 翰・・・整流器、（財）・・・リアクト／Ｌ／、■・・
・スイッチングトランジスタ、翰・・・逆流防止用のダ
イオード、■・・・平滑コンデンサ部、＠υ・・・高周
波変換部１国・・・出力整流平滑部、ｌ３３）・・・電
圧検出器、　１３４１・・・アクティブフィルり制御回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力交流を整流して直流に変換する入力整流部と
   、 前記入力整流部の直流出力端子間に直列に設けられたリ
   アクトル及び半導体スイッチング素子と、前記リアクト
   ルと前記スイッチング素子との接続点の電圧が逆流防止
   用のダイオードを介して注入される平滑コンデンサ部と
   、 前記平滑コンデンサ部の平滑出力を高周波交流に変換す
   る高周波変換部と、 前記高周波交流を整流、平滑してアーク負荷に供給する
   出力整流平滑部と、 前記コンデンサ部の平滑電圧を検出する電圧検出器と、 前記検出器の検出信号と基準信号とにもとづき前記スイ
   ッチング素子に高周波スイッチング用の駆動信号を供給
   し、前記平滑電圧を定電圧制御する制御部と を備えたことを特徴とするアーク電源装置。