JPH026068A - 直流溶接電源 - 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〕 この発明は、高周波インバータ溶接機の直流溶接電源、
特にトランスの巻線数を低減できる直流溶接電源に関す
るものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来の直流溶接電源の主回路を示すもので、図
中、（１）は３相交流を入力とする直流電源、　（２）
はこの直流電源（１）の出力側に並列に接続されて直流
電源（１）の出力を平滑するコンデンサ、　（３）はト
ランスで、Ｌ１％Ｌ２、Ｌ３の３つの巻線を有し、各巻
線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の巻極性は無印で示しである。また
巻線り、とＬ２の巻数は同一で、その接続点には、上記
直流電源（１）の正極側出力が接続されている。（４）
は例えばトランジスタで構成される半導体スイッチング
素子（以下トランジスタと称す）で、そのコレクタは７
、上記トランス　（３）の巻線Ｌｌの残った側に接続さ
れ、エミッタは、上記直流電源（１）の負極側出力に接
続されている。　（５）はダイオードＩで、そのカソー
ド側は、上記トランス　（３）の巻線Ｌ２の残った側に
接続され、アノード側は、上記直流電源（１）の負極側
出力に接続されている。　（６）は溶接機制御回路で、
その出力は、上記トランジスタ（４）のベースに入力さ
れるようになっている。

（７）はダイオード１１で、上記トランス　（３）の巻
線Ｌ３の無印側の端部にアノードが接続されている。　
（８）は直流リアクトルで、上記ダイオード■！（７）
のカソード側に直列に接続されている。　（９）はダイ
オードＩＩＩで、そのカソードは、上記ダイオードＩＩ
　　（７）のカソード側に接続され、アノードは、上記
トランス　（３）の巻線Ｌ３の残った側に接続されてい
る。（１０）は電流検出器で、上記直流リアクトル　（
８）に直列に接続され、その検出出力は、上記溶接機制
御回路　（６）に入力されるようになっている。

従来の直流溶接電源は上記のように構成され、３相交流
を入力とした直流電源（１）の出力は、コンデンサ　（
２）で平滑される。この平滑された直流電源（１）の出
力は、溶接機制御回路　（６）の指令信号により動作す
るトランジスタ（４）のスイッチ・オンにより、トラン
ス　（３）の巻線り、に電流を流すことになる。この時
の電流は、トランス　（３）の巻線り、からダイオード
ｎ　　（７）と直流リアクトル（８）および電流検出器
（１０）を通電て溶接部へ流れる、いわゆる溶接電流に
比例した電流と、トランス　（３）を励磁するための励
磁電流との合成値となる。同時にこの時、トランス　（
３）の各巻線り３、Ｌ２、Ｌ３に誘起されている電圧の
方向は、巻線Ｌ＋　、Ｌ２　、Ｌ３とも図中具申側が正
となるよう誘起されている。そのため、巻線Ｌ２の誘起
電圧はダイオードＩ（５）を阻止状態とし、電流が流れ
ることはない。次に、溶接機制御回路（６）の指令信号
によりトランジスタ（４）がスイッチ・オフすると、ト
ランス　（３）の巻線り、の両端には、その励磁インダ
クタンス、漏れインダクタンスにより生ずる電圧が、ト
ランジスタ（４）のスイッチ・オン時の誘起方向とは逆
の方向に発生する。この時、トランス　（３）の巻線Ｌ
２、Ｌ３にも、同様に逆方向の電圧が誘起されることと
なる。巻線Ｌ３に印加された逆方向の電圧は、ダイオー
ドＩＩ　　（７）壷 を阻止状態とする。その結果、巻線Ｌ３には電流が流れ
なくなる。この場合、溶接電流はこれまでの通電により
直流リアクトル　（８）に蓄えられた電磁エネルギーを
外部負荷（溶接部）を通し且つ、ダイオード■（９）を
導通させて還流させることで、途切れることなく流れ徐
々に低下していくことになるが、溶接電流は電流検出器
（１０）により常に検知され、溶接機制御回路　（６）
へ入力されており、溶接機制御回路　（６）内では、設
定目標値と比較され目標とした値になるべくトランジス
タ（４）へスイッチ・オン指令、オフ指令を出力し、ト
ランジスタ（４）を動作させることで、任意の目標溶接
電流を得ることができるわけである。

一方、上記のようにトランジスタ（４）が、スイッチ・
オフとなり巻線Ｌ２へ逆方向の電圧が誘起された場合、
この電圧が平滑された直流電源（１）の出力電圧を越え
ている間は、ダイオードＩ（５）の順方向の電圧が印加
されることとなり、ダイオードＩ（５）が導通状態とな
って、コンデンサ（２）へ充電電流を流すこととなる。

この結果、巻線Ｌ２に発生する上記逆電圧は、上記平滑
された直流電源（１）の出力電圧値を越えることはない
。

すなわち巻線Ｌ１に発生する逆電圧も同様である。その
ために、トランジスタ（４）のコレクタに印加される電
圧は、上記平滑された直流電源（１）の出力電圧値の２
倍を越えることはなく、トランジスタ（４）の耐圧は、
この値より少し高くしておけばよい。また、このように
して、トランス　（３）の巻線Ｌ１には常に正、負の方
向を持ったピークの同じ電圧が印加されることとなり、
各々の電圧値と各々の印加時間の積が一定になるよう、
この主回路を使用する限り、トランス　（３）の鉄心は
偏６ｉ１することはなく、鉄心の偏磁に伴ない磁気飽和
が発生しないため、トランジスタ（４）の過電流破損を
防ぐことができる。ここで上記のような、正負の電圧値
と各々の印加電圧の積が一定化できるのは、トランス　
（３）の巻線Ｌ１への導通率〔（導通期間／（導通期間
＋非導通期間））Ｘ１００）＝５０％までであり、これ
以下で使用すればよいこととなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の直流溶接電源では、トランス　（３
）として３巻線Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３が必要となるため、重
量、容積、価格とも大きくなるとともに、トランス　（
３）の導通率が５０％以下でしか使用できないため、ト
ランス　（３）の使用効率が低下するという課題があっ
た。

この発明は、係る課題を解決するためになされたもので
、トランスの巻線数を減らして重量、容積、価格を低下
させることができるとともに、トランスの導通率を向上
させることができる直流溶接電源を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る直流溶接電源は、交流電力を入力とする
直流電源の出力側に、トランスの１次巻線と半導体スイ
ッチング回路との直列体を接続してトランスに一方向の
電流のみを流すように構成し、トランスの２次出力を、
整流した後に溶接出力として用いる直流溶接電源におい
て、上記半導体スイッチング素子のスイッチ・オフ時に
上記１次巻線に発生する逆電圧を検出する定電圧ダイオ
ードを有する電圧検出回路と、上記１次巻線に並列に接
続され上記電圧検出回路からの検知信号により導通して
上記逆電圧を設定値以下に抑えるスイッチング回路とを
設けるようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、半導体スイッチング素子のスイッ
チ・オフ時にトランスの１次巻線に発生する逆電圧が、
定電圧ダイオードを有する電圧検出回路で検出され、こ
の検知信号によりトランスの１次巻線に並列に接続され
たスイッチング回路が導通する。このため、上記逆電圧
が定電圧ダイオードで決まる定電圧値を越えることを防
止でき、トランスとして２次巻線でも偏磁防止が可能と
なる。また、上記定電圧値を、直流電源の出力値より上
げておくことにより、導通率を５０％以上にしてトラン
スの使用効率を向上させることか可能となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、図中、第３
図と同一符号は同−又は相当部分を示す。（３′）はト
ランスで、１次側に巻線Ｌ１を有し２次側に巻線Ｌ３を
有する２巻線構造になっている。これらの巻線り、、Ｌ
３の巻棒性は図中に黒印で示しである。また巻線り、の
具申側は、直流電源（１）の正極側出力に接続され、他
方はトランジスタ（４）のコレクタに接続されている。

（２１）はＦＥＴで、そのドレンは、上記トランス（３
′）の巻線Ｌ１にトランジスタ（４）のコレクタとの接
続側で接続され、ソースは、上記巻線Ｌ１の具申側に接
続されている。（２２）は定電圧ダイオードで、そのカ
ソードは、上記Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）のドレインに接続
され、アノードは、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）のゲートに接
続されている。（２３）はダイオード■で、そのカソー
ドは、上記Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）のソースに接続されて
いる。（２４）は抵抗Ｉで、その一端は、上記ダイオー
ドＩＶ（２３）のアノードに接続され、他端は、上記Ｆ
　Ｅ　Ｔ　（２１）のゲートおよび上記定電圧ダイオー
ド（２２）のアノードに接続されている。

上記のように構成された直流溶接電源において、３相交
流を入力とした直流電源（１）の出力は、コンデンサ　
（２）で平滑される。この平滑された直流電源（１）の
出力は、溶接機制御回路　（６）の指令信号により動作
するトランジスタ（４）のスイッチ・オンにより、トラ
ンス（３′）の巻線り。

に電流を流すことになる。この時の電流は、トランス（
３′）の巻線Ｌ３からダイオードｎ　　（７）と直流リ
アクトル　（８）および電流検出器（ｌＯ）を通って溶
接部へ流れる、いわゆる溶接電流に比例した電流と、ト
ランス（３′）を励磁するための励磁電流との合成値と
なる。この時、トランス（３′）の各巻線Ｌｌ　、Ｌ３
に誘起されている電圧の方向は、巻線り、、Ｌ、とも図
中黒印側が正となるよう誘起されていることはいうまで
もない。次に、溶接機制御回路　（６）の指令信号によ
り、トランジスタ（４）がスイッチ・オフすると、トラ
ンス（３′）の巻線Ｌ１の両端には、その励磁インダク
タンス、漏れインダクタンスにより生ずる電圧が、トラ
ンジスタ（４）のスイッチ・オン時の誘起方向とは逆の
方向に発生する。この時、トランス（３′）の巻線Ｌ３
にも同様に逆方向の電圧が誘起されることとなる。巻線
Ｌ３に印加された逆方向の電圧は、ダイオードＴＩ　　
（７）を阻止状態とする。その結果、巻線Ｌ３には電流
が流れなくなる。この場合、溶接電流は、これまでの通
電により直流リアクトル（８）に蓄えられた電磁エネル
ギーを外部負荷（溶接部）を通し且つ、ダイオード＋＋
ｒ　　（９）を導通させて通流させることで、途切れる
ことなく流れ徐々に低下していくことになるが、溶接電
流は電流検出器（１０）により常に検知され、溶接機制
御回路（６）へ入力されており、溶接機制御回路　（６
）内では、設定目標値と比較され目標とした値になるよ
う、トランジスタ（４）へスイッチ・オン指令、オフ指
令を出力し、トランジスタ（４）を動作させることで任
意の目標溶接電流を得ることができるわけである。一方
、上記のようにトランジスタ（４）がスイッチ・オフと
なり、巻線り、へ逆方向の電圧が銹起された場合、この
電圧がダイオードＩＶ（２３）の順方向および抵抗Ｉ　
（２４）を通して定電圧ダイオード（２２）に印加され
ることとなり、この定電圧特性を上回ろうとする電圧が
印加されている間は、定電圧ダイオード（２２）はＯＮ
特性を示す。その結果、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）のゲート
に電圧が供給されることとなり、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）
はスイッチ・オンする。

この結果として、トランス（３′）の巻線り、の両端に
発生する逆電圧は、上記定電圧ダイオード（２２）にて
決定される一定の値を越えることが防止される。この時
、上記定電圧ダイオード（２２）の定電圧値を、平滑さ
れた直流電源（１）の出力電圧値とほぼ等しくしておけ
ば、１〜ランス（３′）の巻線り、に誂起きれる電圧は
、常に正、負の方向を持フたピークのほぼ同じ値の電圧
となり、各々の電圧値と各々の印加時間の積が一定にな
るようこの主回路を使用する限り、トランス（４）の鉄
心は偏磁することはなく、鉄心の偏磁に伴なう磁気飽和
が発生しないため、トランジスタ（４）の過電流破損を
防ぐことができる。またこの時、トランジスタ（４）の
コレクタに印加される電圧は、上記平滑された直流電源
（１）の出力電圧値のほぼ２倍を越えることもなく、ト
ランジスタ（４）の耐圧をこの値より少し高くしておけ
ばよい。ここで、上記のような正負の電圧値と各々の印
加電圧の積が一定化できるのは、トランス（３′）の巻
線Ｌ１への導通率は５０％までであり、これ以下で使用
すればよいこととなる。他方、この導通率を５０％以上
に上げてトランス（３′）の使用効率を向上させようと
する場合には、上記定電圧ダイオード（２２）で決まる
定電圧値を、上記平滑された直流電源（１）の出力値よ
り上げておけばよい。ただし、この定電圧値は、トラン
ジスタ（４）の耐電圧値から、上記直流電源（１）の出
力電圧値を差引いた電圧値よりも小さい値である必要が
ある。

しかして、トランス（３′）の巻線Ｌ１の逆電圧を一定
値以下に抑えることにより、２巻線のトランス（３′）
とすることが可能となる。

なお、上記実施例では、１つの定電圧ダイオード（２２
）により巻線Ｌ１の逆電圧を検出する場合を示したが、
複数の定電圧ダイオードを直列に接続して任意の定電圧
特性を得るようにすることもできる。

また、第２図に示すように、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）のド
レインＩ！（２５）を直列に接続してスイッチング回路
を構成し、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）でのロス軽減を図るよ
うにしてもよい。

また、スイッチング回路を、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（２１）を用
いずに、いわゆるバイポーラ・トランジスタを用いて構
成するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、トランスの１次巻線に
並列にスイッチング回路を接続し、定電圧ダイオードを
有する電圧検出回路で上記１次巻線の逆電圧を検出し、
この逆電圧が一定値を越えないように上記スイッチング
回路を動作させるようにしているので、トランスとして
２次巻線でも偏磁防止が可能となり、重量、容積、価格
を低下させることができるとともに、導通率を上げてト
ランスの使用効率を向上させることができる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す直流溶接電源の主回
路の構成図、第２図はこの発明の他の実施例を示す部分
回路図、第３図は従来の直流溶接電源の主回路を示す構
成図である。 １）・・・直流電源、 ３′）・・・トランス、 ４）・・・トランジスタ、 ２１・・・ＦＥＴ。 ２２・・・定電圧ダイオード、 ２３・・・ダイオード［Ｖ　。 ２４）・・・抵抗Ｉ、 ２５・・・抵抗ＴＩ　。 なお、各図中、 示す。 同一符号は同−又は相当部分を

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流電力を入力とする直流電源の出力側に、トランス
   の１次巻線と半導体スイッチング素子との直列体を接続
   してトランスに一方向の電流のみを流すように構成し、
   このトランスの２次出力を、整流した後に溶接出力とし
   て用いる直流溶接電源において、上記半導体スイッチン
   グ素子のスイッチ・オフ時に上記１次巻線に発生する逆
   電圧を検出する定電圧ダイオードを有する電圧検出回路
   と、上記１次巻線に並列に接続され上記電圧検出回路か
   らの検知信号により導通して上記逆電圧を設定値以下に
   抑えるスイッチング回路とを備えていることを特徴とす
   る直流溶接電源。