JPH0318059Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野 この考案は、プラズマアーク溶接機用電源装置
の小型化、低価格化及び制御応答性等の改善に関
する。

(b) 従来技術とその欠点 従来のプラズマアーク溶接機用電源装置の回路
図を第５図に示す。３相交流を変圧する変圧器Ｔ
１は３相交流の電源に接続される１次巻線Taと、
パイロツトアーク用巻線Tb、プラズマアーク用
巻線Tcとを有している。パイロツトアーク用巻
線TbはスイツチＡ１を介してパイロツトアーク
電流整流回路REと接続されている。パイロツト
アーク電流整流回路REはダイオードＤ１〜Ｄ６
で３相全波整流回路に構成されている。このパイ
ロツトアーク電流整流回路REの出力の負極は端
子Ｏ１を通じてプラズマトーチの電極ELに接続
されている。また、正極は限流器Ｒ２と高周波発
生器HFとのカツプリングコイルCCとを介して端
子Ｏ３に接続され、端子Ｏ３にはプラズマトーチ
の拘束ノズルＮが接続されている。前記高周波発
生器HFはパイロツトアークの発生時に高周波電
圧をパイロツトアーク電流整流回路REが出力す
る直流電圧に重畳して拘束ノズルＮに印加し、ア
ーク発生を容易にするためのものである。プラズ
マアーク用巻線Tcにはプラズマアーク電流整流
回路RCが接続されている。プラズマアーク電流
整流回路RCはサイリスタTH１〜TH３とダイオ
ードＤ７〜Ｄ９で構成される３相交流全波整流回
路であり、サイリスタTH１〜TH３の開閉によ
つてこの整流回路は開閉される。このサイリスタ
TH１〜TH３の開閉は後述する位相制御回路PS
によつて制御される。このプラズマアーク電流整
流回路RCの出力の負極は前記パイロツトアーク
電流整流回路REの負極と同様に端子Ｏ１を通じ
て電極ELに接続され、正極は平滑用リアクトル
Ｌ、電流検知器CTを介して端子Ｏ２に接続され
ている。端子Ｏ２には溶接の母材Ｍが接続されて
いる。電流検知器CTはその検出値を誤差増幅器
CAに出力している。誤差増幅器CAには予め基準
電池Ｅが接続されており、電流検知器CTの検出
値と基準電圧との誤差を増幅して位相制御回路
PSに出力する。位相制御回路PSは誤差増幅器
CAの出力に基づき電流検知器CTに流れる電流が
一定になるようにサイリスタTH１〜TH３の開
閉のタイミングを位相制御する。前記パイロツト
アーク電流整流回路REの正極はダイオードＤ１
０、抵抗Ｒ１、スイツチＡ２を介してプラズマア
ーク電流整流回路RCの正極へ接続されており、
スイツチＡ２を閉じると、パイロツトアーク電流
整流回路REの電圧が端子Ｏ２を介して母材Ｍへ
印加される。

以上の構成のプラズマアーク溶接機用電源装置
を使用するときには、まずスイツチＡ１を閉じて
溶接電極ELと拘束ノズルＮとの間にパイロツト
アークを点弧してプラズマを生成し、次に位相制
御回路PSを動作させると同時にプラズマアーク
点弧の瞬間だけスイツチＡ２を閉じてパイロツト
アーク電流整流回路REの電圧を母材Ｍに印加し、
電極EL、母材Ｍ間のアーク点孤を補助にする。

ところで、このようなプラズマアーク溶接機用
電源装置では、商用周波数の交流を半導体整流素
子（サイリスタTH１〜TH３）を開閉して位相
制御を行つているが、プラズマアークの起動時に
制御系の電流制御の遅れによつて一時的に過大な
プラズマアーク電流が流れる。この電流によつ
て、溶接電極ELや変圧器Ｔ１が損傷を受けるこ
とがよくあつた。また、溶接や切断の作業中には
プラズマアークの点弧、停止を繰り返すが、作業
中には点弧を容易にするためにパイロツトアーク
を点孤させたままにしておくことが望ましい。し
かし、プラズマアークの点弧中にも停止時と同様
の電流でパイロツトアークを点弧し続けると、電
力の消費が大きくなり、そのために２次巻線Tb
とパイロツト電流整流部REの電流容量を大きく
しなければならず大型化するうえ、高価になる欠
点があつた。さらに、溶接電極ELや拘束ノズル
Ｎに印加される電圧が十分に平滑されていないた
めに起こる溶接電極ELや拘束ノズルＮの消耗を
防止するためには、平滑リアクトルＬに大誘導係
数のものを用いなければならないため、これによ
つても装置が大型化し高価なものになる欠点があ
つた。

(c) 考案の目的 この考案は上記欠点に鑑み、小型でパイロツト
アークの常時点弧や印加電圧の十分な平滑化を可
能にしたプラズマアーク溶接機用電源装置を提供
することを目的とする。

(d) 考案の構成と効果 この考案は、交流入力を整流して直流電圧を得
る電源整流回路と、この直流電圧を高周波に変換
する高周波スイツチング回路と、この高周波スイ
ツチング回路に接続され２次側にパイロツトアー
ク用巻線とプラズマアーク用巻線とを有する変圧
器と、パイロツトアーク用巻線の出力を整流しそ
の整流出力を溶接電極と拘束ノズルとの間に供給
するパイロツトアーク電流整流回路と、前記プラ
ズマアーク用巻線の出力をスイツチ開閉し且つ整
流しその整流出力を前記溶接電極と母材との間に
供給するプラズマアーク電流整流回路と、溶接電
極と母材との間に流れるプラズマアーク電流を検
出する電流検知器と、電流検知器の検出値と予め
設定されている基準電位との誤差を求める誤差増
幅器と、誤差増幅器の出力に基づいて前記高周波
スイツチング回路を制御する高周波スイツチング
回路制御部と、を有することを特徴とする。

以上の構成によつて、この考案によれば、以下
の効果を奏することが出来る。

交流電源を一旦直流にしたのち、高周波に変換
して変圧し、アーク用の直流に整流、平滑を行つ
ている。高周波を用いることによつて、変圧器、
平滑用のリアクトル、コンデンサを小型のものに
できるうえ、整流された直流は平滑度が高い。そ
のため、装置を小型、低価格にでき、制動の高い
溶接作業を行え、またリプルの少ない直流電流が
流れるため、電極、拘束ノズルの消耗も少ない。
また、プラズマアーク電流のフイードバツク制御
も高周波の波形をスイツチング制御して行われる
ため、タイムラグが少なく素早い、精度の高い制
御を行うことが出来る。加えて、プラズマアーク
の電流制御を変圧前の高周波に就いて行つている
ため、その制御はパイロツトアーク電流にも行わ
れ、プラズマアーク点弧中のパイロツトアークの
電流を少なくすることが出来、電力の節減と、パ
イロツトアーク用巻線、パイロツトアーク電流整
流回路等の電流容量を小さくすることができる。

(e) 実施例 第１図はこの考案の実施例であるプラズマアー
ク溶接機用電源装置の回路図である。電源整流回
路RFは６個のダイオードＤ１１〜Ｄ１６で構成
される３相交流全波整流回路である。電源整流回
路RFで整流された電圧は高周波スイツチング用
のトランジスタＱ１，Ｑ２に供給されている。整
流部RFの直流出力端子間には直列につながれた
コンデンサＣ１，Ｃ２が接続されるとともに、前
記の高周波スイツチング用のトランジスタＱ１，
Ｑ２が接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２間
及びトランジスタＱ１，Ｑ２間には変圧器Ｔ３の
一次巻線Tdが接続されている。トランジスタＱ
１，Ｑ２が交互にオンされることによつてこの一
次巻線Tdには交番電流が流れることになる。ト
ランジスタＱ１，Ｑ２のオン・オフは高周波スイ
ツチング回路制御部SC１によつて制御されてい
る。変圧器Ｔ３にはパイロツトアーク用巻線Te
とプラズマアーク用巻線Tfとの２個の二次巻線
が巻かれている。パイロツトアーク用巻線Teの
変圧出力はダイオードＤ１７，１８で構成される
パイロツトアーク電流整流回路RHで全波整流さ
れ、その正極出力は平滑リアクトルＬ２で平滑さ
れたのち限流器Ｒ３高周波発生器HFのカツプリ
ングコイルCCを経て端子Ｏ３に供給される。端
子Ｏ３には溶接機の拘束ノズルＮが接続されてい
る。パイロツトアーク電流整流回路RHの負極は
端子Ｏ１を介して溶接機の電極ELに接続されて
いる。高周波発生器HFはプラズマアークの点弧
時に、拘束ノズルＮに供給される直流電圧に高周
波電圧を重畳して印加し、パイロツトアークの発
生を容易にするためのものである。プラズマアー
ク用巻線Tfの変圧出力はサイリスタTH４，TH
５で構成されるプラズマアーク電流整流回路RG
で全波整流される。その正極はプラズマアーク電
流検知器CTを介して端子Ｏ２に接続され、端子
Ｏ２には溶接の母材Ｍが接続されている。負極は
平滑リアクトルＬ１を介して端子Ｏ１に接続され
ている。サイリスタTH４，TH５はプラズマス
イツチ回路SC２によつて開閉される。前記パイ
ロツトアーク電流整流回路RHの正極はダイオー
ドＤ１９、限流器Ｒ４、スイツチＡ３を介してプ
ラズマアーク電流整流回路RGの正極に接続され
ている。これによつて、スイツチＡ３が閉じられ
たときパイロツトアークの電圧が母材に印加され
ることになる。プラズマアーク電流検知器CTの
検出値は誤差増幅回路CAに出力されている。誤
差増幅回路CAには電池Ｅによつて予め基準電位
が設定されており、誤差増幅回路CAは前記検出
値と基準電位との誤差を増幅して高周波スイツチ
ング回路制御部SC１に出力する。高周波スイツ
チング回路制御部SC１は誤差増幅回路CAからの
入力に基づいてプラズマアーク電流が基準電位で
設定されている一定値になるようトランジスタＱ
１，Ｑ２のオン・オフを制御する。

この回路を用いてプラズマアーク溶接を行う場
合、電源をオンすればパイロツトアーク電流が流
れて電極EL、拘束ノズルＮ間にパイロツトアー
クが生成される。アーク点弧の瞬間高周波発生器
HFが高周波電圧を印加して点弧を補助する。溶
接機を母材Ｍに接近させて溶接作業を開始するす
るときには、トーチ点火のフツトスイツチ（図示
せず）をオンすると、プラズマスイツチ回路SC
２がサイリスタTH４，TH５をオンし母材Ｍ、
電極EL間に電圧を印加する。このとき、一定時
間スイツチＡ３が閉じられ、パイロツトアーク用
の電圧も母材Ｍに印加されるため、既に生成され
ているパイロツトアーク、重畳されて印加される
電圧で容易にプラズマアークを点弧することが出
来る。溶接作業を中断するときはフツトスイツチ
をオフすれば、プラズマアークは停止し、パイロ
ツトアークのみに戻る。

第２図は上記実施例の動作中の各部の電流、信
号電圧を示すグラフ、第３図はパイロツトアーク
の電圧、電流特性を示すグラフである。第２図Ａ
は装置の電源のスイツチ信号、同図Ｂはパイロツ
トアーク電流を示す。電源スイツチがオンされる
とパイロツトアーク電流は流れ続け、パイロツト
アークは常時点弧されている。同図Ｃはプラズマ
アークスイツチ回路CS２のサイリスタTH４，
TH５のオン信号、同図Ｄはプラズマアーク電流
を示す。サイリスタTH４，TH５がオンされれ
ば速やかにプラズマアークが点弧されプラズマア
ーク電流が流れるが、そのときパイロツトアーク
電流は、同図Ｂに示すように減少する。これは、
第３図のグラフｃに示すパイロツトアーク回路負
荷特性に対して、誤差増幅器CA及び高周波スイ
ツチング回路制御部SC１はプラズマアーク停止
時には電流検知器CTがゼロを検出するためスイ
ツチング回路Ｓが最大出力を出す様に動作し、こ
れによつて巻線Teの無負荷電圧が最大となるの
に対し、プラズマアーク電流が流れている間は、
電流検知器CTの出力が一定値になる様にスイツ
チング回路Ｓの制御が行われ、これによつて巻線
Teの無負荷電圧が下がり、その分パイロツトア
ーク電流が小さくなるためである。第３図のａで
示す無負荷特性はプラズマアーク電流が流れてい
ない場合を示し、ｂで示す無負荷特性はプラズマ
アーク電流が流れている場合を示している。これ
によつて、プラズマアーク点弧時のパイロツトア
ーク電流値をプラズマアーク停止時の電流値より
も少なくすることが出来、電力の節減ができるほ
か、拘束ノズルＮ、パイロツトアーク用巻線Te
の電流容量を小さくすることができ、装置の小型
化、低価格化を促進することができる。

第４図はこの考案の他の実施例の回路図であ
る。この実施例で第１図に示した実施例と異なる
点はパイロツトアーク用巻線に中間タツプなしの
巻線を用い、整流器にダイオードブリツジを用い
ている点である。Ｌ３はサージ電流防止用のリア
クトルである。これによつて、変圧器のより軽量
化を行うことができる。動作、機能は第１図に示
した実施例と全く同様である。

このように、このプラズマアーク溶接機用電源
装置を用いれば、商用電源を一旦直流にしたの
ち、高周波に変換して変圧し、アーク用の直流に
整流、平滑を行つているため、変圧器、平滑用の
リアクトル、コンデンサを小型のものにできるう
え、整流された直流は平滑度が高い。そのため、
装置を小型、低価格にでき、制動の高い溶接作業
を行え、またリプルの少ない直流電流が流れるた
め、電極、拘束ノズルの消耗も少ない。また、プ
ラズマアーク電流のフイードバツク制御も高周波
の波形をスイツチング制御して行われるため、タ
イムラグが少なく素早い精度の高い制御を行うこ
とが出来る。加えて、プラズマアークの電流制御
を変圧前の高周波に就いて行つているため、その
制御はパイロツトアーク電流にも行われ、プラズ
マアーク点弧中のパイロツトアーク電流を少なく
することが出来、電力の節減と、パイロツトアー
クTe、パイロツトアーク電流整流部等の電流容
量を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例であるプラズマアー
ク溶接機用電源装置の回路図、第２図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは上記実施例の電源オン信号、パイロツト
アーク電流、プラズマアークオン信号、プラズマ
アーク電流のグラフを示す図、第３図は上記実施
例のプラズマアーク電流の流れているときと流れ
ていないときのパイロツトアーク用巻線側の無負
荷特性図、第４図はこの考案の他の実施例の回路
図であり、第５図は従来のプラズマアーク溶接機
用電源装置の回路図を示す。 RF……電源整流部、Ｓ……高周波スイツチン
グ回路、Ｔ３……変圧器、RH……パイロツトア
ーク電流整流部、RG……プラズマアーク電流整
流部、SC１……高周波スイツチング回路制御部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 交流入力を整流して直流電圧を得る電源整流回
   路と、この直流電圧を高周波に変換する高周波ス
   イツチング回路と、この高周波スイツチング回路
   に接続され２次側にパイロツトアーク用巻線とプ
   ラズマアーク用巻線とを有する変圧器と、パイロ
   ツトアーク用巻線の出力を整流しその整流出力を
   溶接電極と拘束ノズルとの間に供給するパイロツ
   トアーク電流整流回路と、前記プラズマアーク用
   巻線の出力をスイツチ開閉し且つ整流しその整流
   出力を前記溶接電極と母材との間に供給するプラ
   ズマアーク電流整流回路と、溶接電極と母材との
   間に流れるプラズマアーク電流を検出する電流検
   知器と、電流検知器の検出値と予め設定されてい
   る基準電位との誤差を求める誤差増幅器と、誤差
   増幅器の出力に基づいて前記高周波スイツチング
   回路を制御する高周波スイツチング回路制御部
   と、を有してなるプラズマアーク溶接機用電源装
   置。