JPH0229837Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、位相制御により出力電流を調整する
方式のアーク加工用直流電源の改良に関するもの
である。

従来技術 スイツチング素子により交流電源の出力を位相
制御整流して直流出力を得るようにしたアーク加
工用直流電源においては、出力電流波形が悪く、
直流リアクトルにより平滑化を計つても出力電流
を小さく設定したときには電流が零となる期間が
発生することはさけられなかつた。このためにこ
れをアーク加工用に用いるときには電流の中断あ
るいは極端な低下からアーク切れを起し安定した
加工が行えなかつた。そこで従来はスイツチング
素子からなる主電源回路に並列に整流素子と電流
制限用の抵抗器との直列回路からなる補助直流電
源を接続して、位相制御整流による脈動電流と抵
抗器によつて制限された連続した小電流とを重畳
して、出力電流が零となる期間をなくしてアーク
を安定に保つようにしたものが提案されていた。
第１図はこの方式の電源の１例を示す接続図であ
る。

同図において１は交流電源２の出力を溶接や溶
断などのアーク加工の目的に適した電圧に変換す
る変圧器であり、３は主電源回路であり、単方向
サイリスタやトランジスタなどのスイツチング素
子を用いる。４はその出力が主電源回路３の出力
と並列に接続された補助直流電源回路であり、整
流素子４１と電流制限用の抵抗器４２との直列回
路からなる。これらの主電源回路３および補助直
流電源回路４は通常変圧器１、とともに三相全波
整流回路や六相半波整流回路として出力電流の脈
動を防止するように工夫されている、５は出力電
流検出回路、６は出力電流を設定するための基準
信号設定回路、７は基準信号設定回路６の出力er
と出力電流検出回路５の出力efとを入力とし、両
信号の差により主電源回路３のスイツチング素子
の導通位相を決定する位相制御回路である。また
８は出力電流を平滑化するとともにアーク加工に
適した出力電流の動特性を得るための直流リアク
トルであり、出力端子ａ−ａ間には電極９および
被加工物１０が接続される。

同図の電源においては、主電源回路３の出力電
流と補助直流電源４の出力とは加算された状態で
電流検出回路５にて検出されて位相制御回路７に
フイードバツクされて基準信号設定回路６の出力
と比較されて主電源回路３のスイツチング素子の
導通位相が決定されて被加工物に対する出力電流
が一定値になるように制御される。このときの出
力電圧・電流特性を第２図に示す。第２図におい
て斜に垂下する直線Ａは補助直流電源回路４の出
力電圧電流特性を示し、Ｂはこれを含めた総合的
な出力電圧電流特性曲線を示す。このように第１
図の装置においては理論的には第２図Ｂに示すよ
うに理想的な定電流特性を得ることが出来るはず
であるが、実際にはこのような特性が得られるの
は総合出力電流値が補助直流電源回路４の出力電
流よりも相当大きい場合のみであり、設定した出
力電流値が小さく主電源回路３の負担電流が小さ
くなれば、スイツチング素子の点弧が極めて不安
定となり、主電源回路に多相制御整流回路を採用
しているときにはスイツチング素子が点弧しない
相が現われ、出力電流の脈動が増加するようにな
る。この現象を第２図によつて詳細に説明する。
いま加工電圧、即ち出力電圧eoで動作している
とき、出力電流I_Oは主電源回路３の出力電流I_Sと
補助直流電源回路４の出力電流Irとの和となる。
このとき補助直流電源４の出力電流は直列抵抗器
４２によつて定まり、かつこの電流値は主電源回
路３のスイツチング素子が非導通の期間において
もアークを安定に維持できる程度の大きさの値で
あることが必要であるので、抵抗器４２の値は通
常の動作電圧時において適当な電流値となるよう
に定められている。したがつて出力電流を小さな
値に設定すると設定出力電流と補助直流電源の出
力電流との差となる主電源回路３の負担する電流
値が非常に小さな値となる。これに対して主電源
回路は位相制御により出力電流を制御するもので
あるためにスイツチング素子の点弧角は大きくな
り、その導通期間が極めて狭くなる。このために
正のフイードバツク信号（即ち出力不足）によつ
てある相のスイツチング素子が点弧すると、その
ために平均電流が上昇し次の相ではフイードバツ
ク信号が負（即ち出力過剰）となつてスイツチン
グ素子を点弧させなくなり、各相が平等に点弧し
なくなり脈動が増加するようなことが発生する。
特にプラズマ加工においては高圧のガス雰囲気中
でアークを維持する必要性から補助直流電源の出
力は10A以上にも達する比較的大きな値が必要で
あり、しかも出力電圧は無負荷時には200V前後
と高いのに対して加工時は100V以下にまで低下
するので、スイツチング素子のわずかの導通期間
でも大きな波高値の電流が流れるので小電流出力
時には非常に不安定となるものであつた。このた
めに第１図に破線で示すように補助直流電源回路
の出力を電流検出回路５を通さずに直接出力側に
接続して安定化を計る方法も提案された。しかし
この場合にはその総合的な出力電圧電流特性は第
２図に破線Ｃで示すように、主電源回路の出力に
補助直流電源回路の出力が加算された形となり補
助直流電源回路の出力特性に依存する垂下特性と
なつてしまう。このためにアーク電圧が変動する
と出力電流がこの曲線に沿つて比較的大幅に変化
し、加工用トーチを手持により作業するようにア
ーク長が変化しやすい場合においては、出力電流
の変化が大きくアークが不安定になるばかりでな
く加工結果が不均一になる欠点があつた。

考案の目的 本考案は、出力電流を小さく設定しても主電源
回路が安定に動作し、かつ出力電圧電流特性を定
電流特性に極力近づけるようにして加工時におけ
るアークの安定性と均一な加工結果を得ることが
できるアーク加工用直流電源を提案したものであ
る。

考案の要旨 本考案は、位相制御により制御整流して出力電
流を調整する主電源回路に並列に抵抗器のような
アナログ式の電流制限素子によつて出力電流を制
限した補助直流電源を接続し、主電源回路のスイ
ツチング素子の点弧位相は出力電流をフイードバ
ツクして調整し定電流特性を得るに際し、補助直
流電源の出力電流の一部分のみを主電源回路の出
力電流とともにフイードバツク信号として用いる
構造として小電流出力時においても主電源回路の
出力の安定性とより定電流特性に近い出力電圧電
流特性を得ることのできるアーク加工用直流電源
である。

実施例 第３図に本考案の実施例を示す。同図において
変圧器１は１次巻線１ａと互いに60度の位相差を
もつ２組の三相２次巻線１ｂおよび１ｃとを備え
ており、それぞれの巻線には補助直流電源３のた
めの中間タツプを設けてある。また主電源回路３
はこの三相２次巻線１ｂおよび１ｃとそれぞれの
２次巻線に直列接続されたサイリスタ３ａないし
３ｆから構成されており、補助直流電源４は三相
２次巻線１ｂおよび１ｃの中間タツプから電力を
得る整流素子４ａないし４ｆと電流制限および分
割用の直列抵抗器４２ａおよび４２ｂとから構成
されており、その他の構成部分５ないし１０は第
１図の従来装置と同様の機能のものを示す。また
１１は２次巻線１ｂ，１ｃの各中性点間に接続さ
れた相間リアクトルである。同図の実施例におい
て、補助直流電源回路４の出力は抵抗器４２ａと
４２ｂとによつて分割されてそれぞれ電流検出回
路５の両側に接続されているので、主電源回路３
に対するフイードバツク信号としては、主電源回
路３の出力電流と補助直流電源３の出力電流のう
ち抵抗器４２ｂを通るものだけが加算されたもの
となる。したがつて第３図の実施例の出力電圧電
流特性は第２図に一点鎖線で示した特性曲線Ｄの
ように、先に説明した従来装置による特性曲線Ｂ
およびＣの中間的な特性を示すようになる。この
結果、出力電圧、電流特性はやや垂下特性的とな
るがその垂下度は相当急峻であり、アーク電圧の
変動に対する出力電流の変化は比較的小さくな
り、アークの安定性および加工結果の均一性を損
うほどにはならない程度となる。一方この電流の
垂下度に相当する分だけ主電源回路の負担電流は
大きくなり、サイリスタの点弧は安定するように
なる。このとき主電源回路の出力電流に加算して
フイードバツクする補助直流電源の出力電流の分
割率は、抵抗器４２ａ，４２ｂの各抵抗値の比率
によつて任意に設定することが可能であるから、
出力電圧電流特性の垂下度を自由に設定できるこ
とになり、この抵抗器の抵抗値のいずれかを可調
整としておくことによつてアーク加工条件に最適
の特性曲線が容易に得られるようになる。なお補
助電源３の２次巻線への接続は、図示のものに限
らず、主回路と同タツプまたは補助巻線を設けた
ものを用いてもよい。

なお出力電流フイードバツク信号として補助直
流電源の出力電流の一部と主電源回路の出力電流
とを加算する方法としては、第３図のようにその
出力電流を直接分割して一方を主電源回路の出力
電流検出回路に供給するものに限るものではな
く、フイードバツク信号に補助直流電源の出力の
一部が含まれるようにしたものであればよい。第
４図はこの部分のみを示した別の実施例を示す接
続図である。同図において１２は補助直流電源４
の出力電流を検出する第２の電流検出回路であ
り、１３は第２の電流検出回路１２の出力信号に
所定の係数Ｋ（１＞Ｋ＞０）を乗ずる係数器であ
り１４は主電源回路の出力電流検出回路５の出力
と係数器１３の出力とを加算する加算器である。
同図の実施例においても位相制御回路７は主電源
回路の出力電流と補助直流電源の出力電流の一部
との和をフイードバツク信号として受けて基準信
号設定回路６の出力信号と比較し差信号が減少す
る方向に修正した位相の点弧信号を主電源回路の
スイツチング素子に供給する。なお第４図におい
て加算器１４を各入力信号に対して所定の係数を
乗じて加算する係数加算器を用いるときには係数
器１３を省略できることはもちろんである。

考案の効果 以上のように、本考案のアーク加工用直流電源
においては、小電流出力時においても安定した出
力が得られ、かつ均一な仕上りが得られるもので
ある。また補助直流電源の出力電流を主電源回路
の出力電流制御のためのフイードバツク信号とし
て加算する割合を調整可能にするときは、加工条
件に最適の出力電圧電流特性を容易に得ることが
できるなど多くの効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のアーク加工用電源の例を示す
接続図、第２図は加工用電源の出力電圧電流特性
を示す線図、第３図は本考案の実施例を示す接続
図、第４図は本考案の別の実施例の一部を示す接
続図である。 ３……主電源回路、４……補助直流電源回路、
５……出力電流検出回路、６……基準信号設定回
路、７……位相制御回路、３ａ〜３ｆ……サイリ
スタ、４１，４１ａ〜４１ｆ……整流素子、４
２，４２ａ，４２ｂ……電流制限素子、１２……
第２の電流検出回路、１３……係数器、１４……
加算器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 交流電源をスイツチング素子を用いて位相制
   御により制御整流し出力電流を制御する主電源
   回路と、前記主電源回路に並列に接続されて電
   流制限素子によつて出力電流を制限した補助直
   流電源回路とを有するアーク加工用直流電源に
   おいて、前記主電源回路の出力電流と前記補助
   直流電源回路の出力電流の一部との和に相当す
   る信号をフイードバツク信号とし、前記フイー
   ドバツク信号と基準信号との差により前記スイ
   ツチング素子の点弧位相を決定する位相制御回
   路を具備したアーク加工用直流電源。 ２ 前記補助直流電源は、所定の比率で分割され
   た２系統の出力を有し、それぞれの出力は前記
   主電源回路の出力電流をフイードバツクするた
   めの電流検出回路の両側に接続されて、一方の
   みがフイードバツク信号に加算される構造とな
   つている実用新案登録請求の範囲第１項に記載
   のアーク加工用直流電源。 ３ 前記主電源回路および補助直流電源回路はそ
   れぞれ独立して自己の出力電流のみを検出する
   電流検出回路を有し、前記位相制御回路は前記
   それぞれの電流検出回路の出力信号に所定の系
   数を乗じたものの和と基準信号との差の信号に
   より前記スイツチング素子の点弧位相を決定す
   る回路である実用新案登録請求の範囲第１項に
   記載のアーク加工用直流電源。 ４ 前記補助直流電源回路の出力電流のフイード
   バツク信号に加算される割合は可変である実用
   新案登録請求の範囲第１項に記載のアーク加工
   用直流電源。