JPH0363462B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 この発明は、スイツチングトランジスタを用い
て、アルミニウム等に対する交流アーク溶接を行
うアーク溶接機用電源装置に関する。

(b) 従来の技術 従来の交流アーク溶接機用電源装置として、商
用電源を一旦高周波に変換したのち、変圧と矩形
波への整形を行うアーク溶接機用電源装置が実用
化されている。

このアーク溶接機用電源装置では第４図に示す
ように、三相交流を整流回路４１および平滑コン
デンサ４２で整流、平滑したのちスイツチングト
ランジスタ４３，４４及び出力制御回路４５で高
周波スイツチングを行つて高周波に変換する。さ
らに高周波出力をトランス５０で数十〜百数十Ｖ
に変圧し、整流器４６，４７、平滑リアクトル４
８、平滑コンデンサ４９で再び直流に変換してい
る。この後、スイツチングトランジスタ５１，５
２，５３，５４及び低周波制御回路５５によつて
反転スイツチング動作を行い、精度の良い矩形波
の溶接電流を得るようにしている。なお、スイツ
チングトランジスタ５１，５４又は５２，５３の
どちらか一方のオン状態を保持すれば溶接電極５
６、母材５７に直流の溶接電流が供給できる。図
において、５８はTIG溶接等を行うときの動作開
始時のアーク点弧を容易にするための高周波発振
器である。また５９は電流検知器であり、その検
出値を出力制御回路４５にフイードバツクして電
流制御を行うようにしている。

上記アーク溶接機用電源装置では、変圧、整流
が高周波電流で行えるため、変圧器やリアクトル
を高周波用に構成でき、小型化、低価格を実現で
きるとともに、電流検知器５９の検出値に基づく
出力制御回路４５の電流制御が速い応答速度で精
度よく行うことができる。また、低周波制御回路
５５とスイツチングトランジスタとで反転スイツ
チング動作を行えば交流アーク溶接が行え、スイ
ツチングトランジスタ５１，５４又は５２，５３
のどちらか一方のオン状態を保持すると直流アー
ク溶接が行える。

(c) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のアーク溶接機用電源装置
では、交流アーク溶接機用電源装置として使用す
る場合スイツチング動作を行うトランジスタ５１
〜５４が反転するとともに、平滑リアクトルに高
電圧が発生する。その大きさはアーク再点弧電圧
よりも数倍〜10数倍程度とかなり高く、しかもそ
の電圧はそのときの溶接電流が大きいほど大き
く、且つその電圧は平滑コンデンサに対して極め
て短時間に印加される。そのため、平滑コンデン
サは高耐圧且つ大容量の特性を備える必要があつ
た。

この発明の目的は、上記欠点に鑑み、スイツチ
ングトランジスタが反転して出力の極性が反転す
るときに平滑リアクトル発生する電圧の一部を第
１の整流回路に帰還させることによつて平滑コン
デンサに印加される電圧値を低しく、且つ溶接電
流の入力として有効利用するとともに、平滑コン
デンサが従来のような高耐圧、大容量の特性を必
要としない安価な構成のアーク溶接機用電源装置
を提供することにある。

(d) 問題点を解決するための手段 第１図はこの発明に係るアーク溶接機用電源装
置の構成を示すブロツク図である。

同図に示すように、このアーク溶接機用電源装
置は、交流電源１を整流する第１の整流回路１０
１と、整流出力を高周波に変換する高周波変換回
路１０２と、高周波出力を変圧する変圧器２と変
圧された高周波出力を整流する整流回路１０３
と、高周波整流出力を平滑する平滑回路１０４
と、平滑出力を低周波で極性を交互に切り換える
開閉回路１０５とを備え、さらに前記平滑回路１
０４の平滑リアクトルに二次巻線を設け、その二
次巻線に誘起する電圧を前記第１の整流回路に帰
還する帰還回路１０６を設けたものである。

(e) 作用 この発明に係るアーク溶接機用電源装置では、
第１の整流回路１０１で交流電源１が整流され、
高周波変換回路１０２で高周波電圧に変換され
る。さらに、高周波電圧が変圧器２で変圧され、
整流回路１０３、平滑回路１０４で整流平滑され
る。この平滑出力が開閉回路１０５で、正極性、
逆極性で交互に溶接電極７及び母材８に印加され
て交流アーク溶接が行われる。

上記の動作中において、開閉回路１０５の出力
反転時には、平滑リアクトルに電圧が発生（誘
起）し、同時に二次巻線に電圧を誘起させる。

この誘起電圧が帰還回路１０６を介して、第１
の整流回路１０１に帰還する。このため、結果と
して平滑リアクトルに発生する誘起電圧が下が
り、且つ第１の整流回路１０１に対する帰還電流
が第１の整流回路出力として利用される。

(f) 実施例 第２図はこの発明の実施例であるアーク溶接機
用電源装置の回路図である。

同図において、第１の整流回路は全波整流回路
９で構成され、この整流出力に直列接続された平
滑コンデンサ１０ａ，１０ｂが接続されている。
平滑された直流電圧は高周波変換回路に供給され
る。高周波変換回路は変圧器２の一次巻線に接続
された直列接続のトランジスタ１１，１２と、こ
れらのトランジスタ１１，１２をオンオフさせる
高周波変換回路制御部１３とで構成されている。
変圧器２の一次巻線は、トランジスタ１１，１２
の接続点とコンデンサ１０ａ，１０ｂの接続点間
に配置され、トランジスタ１１，１２、コンデン
サ１０ａ，１０ｂおよび変圧器２でハーフブリツ
ジ回路を構成している。

変圧器２の二次出力は整流、平滑された後後述
する開閉回路を構成するトランジスタ１８〜２１
によつてそれぞれのトランジスタのオン時に溶接
電極７又は母材８に選択的に導かれる。前記二次
巻線の両端子にはダイオード１４，１５で構成さ
れる整流回路が接続されており、二次巻線に誘起
する高周波電圧を全波整流する。この整流出力が
平滑回路に送られる。

平滑回路は、整流出力端子に直列に平滑リアク
トル１６ａが接続され、その平滑リアクトル出力
端子と中間タツプに接続された電流検知器２３の
もう一方の端子との間に、ダイオード３１と平滑
コンデンサ１７が直列接続され、さらにダイオー
ド３１に並列に抵抗３４、平滑コンデンサ１７に
並列に、抵抗３３とバツテリ３２の直列回路が接
続されて構成されている。

この平滑回路では平滑リアクトル１６ａ出力端
子側が正極となり、コンデンサ１７の中間タツプ
側が負極になる。この平滑回路出力が開閉回路に
接続されている。

開閉回路は、スイツチングトランジスタ１８，
１９，２０，２１とこれらのトランジスタのオン
オフ制御を行うスイツチングトランジスタ制御２
２とで構成される。

スイツチングトランジスタ制御部２２はトラン
ジスタ１８，２１またはトランジスタ１９，２０
のいずれか一方をオン状態に維持することにより
平滑回路の正極・負極出力を高周波発振器２４を
介した溶接電極７と、母材８とに選択的に導く。
これによつて、溶接電極７と母材８とに直流アー
ク電圧を印加し、直流アーク溶接を行う。また、
トランジスタ１８，２１のオン状態とトランジス
タ１９，２０のオン状態を交互に切り換えて、平
滑回路の正極・負極出力をそれぞれ溶接電極７と
母材８とに交互に導く。これにより溶接電極７と
母材８に低週波の交流アーク電圧を印加し、交流
アーク溶接を行う、このときの周波数は、スイツ
チングトランジスタ制御部のボリユーム２２ａで
設定される。

帰還回路は、平滑リアクトル１６ａにその巻線
方向と同方向に巻かれた二次巻線１６ｂと、この
二次巻線１６ｂの出力を整流する整流ダイオード
３０とで構成され、その出力が第１の整流回路の
出力端子に導かれるように構成されている。二次
巻線１６ｂの巻数は、その誘導電圧が第１の整流
回路の出力電圧よりも高くなるように設定されて
いる。

本実施例のアーク溶接機用電源装置の構成にお
いて、第４図に示した従来のアーク溶接機用電源
装置と異なる点は、上記帰還回路を設けるととも
に、平滑リアクトル１６ａに発生する電圧を平滑
コンデンサ１７に充電するダイオード３１、その
平滑コンデンサ１７と並列に補助電源であるバツ
テリ３２とを設けている点である。上記バツテリ
３２は平滑出力電圧より高い電圧を出力し、交流
アーク溶接において溶接電流の極性が反転する時
（例えばトランジスタ１８，２１がオンからオフ
し、トランジスタ１９，２０がオフからオンに切
り換わる時）にアークの再点弧を容易にするため
の電圧をコンデンサ１７に常時供給する。また第
１図に示す３３は高電圧３２による充電時の限流
用抵抗であり、３４はコンデンサ１７の充電電圧
をアーク再点弧時に負荷に供給するための限流用
抵抗である。

第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，は第１図に示した実施例の
それぞれ溶接負荷電流、平滑リアクトル１６ａに
発生する電圧、帰還回路に流れる電流を示す図で
ある。同図を参照して交流アーク溶接時の帰還回
路の動作を説明する。

第２図に示すトランジスタ１８，２１がオンか
らオフし、トランジスタ１９，２０がオフからオ
ンするとき（第３図に示すt₁時）には全てのトラ
ンジスタがオフする瞬間において、溶接電流が
“０”になる。このとき平滑リアクトル１６ａに
は、第３図Ｂに示すような誘導電圧が発生する。
この電圧ａは帰還回路１０６が無い場合に発生す
る電圧ｂに比較してかなり低い。この電圧ａによ
つてダイオード３１、コンデンサ１７、変圧器２
およびダイオード１４，１５を介して電流が流
れ、コンデンサ１７が充電される。またリアクト
ル１６ａの二次巻線１６ｂに誘起した電圧は第１
の整流回路の出力電圧よりも高いためにダイオー
ド３０を介して整流回路のコンデンサ１０ａ，１
０ｂに印加される。リアクトル１６ａに誘導され
る電圧に基づいてコンデンサ１７に充電される電
圧は、上記の電圧帰還のために低くなるが、コン
デンサ１７にはバツテリ３２によつて常に比較的
高い電圧に充電されているため、コンデンサ１７
の充電電圧は次のアーク再点弧を行うのに十分な
電圧を保持する。

以上の動作が第３図に示すt₂，t₃時のように、
溶接電流の転極時に行われる。この動作によつ
て、第３図Ａに示す交流アーク溶接電流の交番時
に平滑リアクトル１６ａに発生する電圧が第１の
整流回路に帰還され、次のサイクルの入力電圧の
一部となる。さらに、平滑リアクトル１６ａに発
生する電圧が平滑コンデンサ１７に充電され、こ
の充電電圧にバツテリによる充電電圧を加えた電
圧が抵抗３４を介して放電する。この電圧がトラ
ンジスタ１８〜２１を介して負荷に印加されるこ
とによつてアークを持続させる。

このようにこの実施例によれば、平滑回路の平
滑リアクトル１６ａに二次巻線１６ｂを設け、交
流アーク溶接電流の交番時の平滑リアクトルに発
生する電圧を二次巻線１６ｂによつて第１の整流
回路に帰還する帰還回路を設けることにより、平
滑リアクトル１６ａに発生する誘起電圧を低くす
ることが出来るため、従来のように高耐圧の特性
の平滑コンデンサを必要としなくなり装置全体
を、安価な構成にでき、且つ帰還した電流が第１
の整流回路出力として再利用できる利点がある。
しかも、平滑コンデンサ１７に並列にバツテリ３
２を設けることにより交流アーク溶接電流の再点
弧用電圧を十分に確保したため、正極、負極の転
極が確実になる利点がある。

なお、本実施例ではバツテリ３２によつて平滑
コンデンサ１７の充電量を確保したが、帰還回路
１０６の設計を適切なものにすることにより、バ
ツテリを使用しなくても、平滑コンデンサの充電
電位を十分なものにするとともに耐圧を低くする
ことが可能である。

(g) 発明の効果 以上の様にこの発明のアーク溶接機用電源装置
では、平滑回路の平滑リアクトルに二次巻線を設
けるとともに、その二次巻線に誘起する電圧を第
１の整流回路の出力端子に帰還する帰還回路を設
けたため、交流アーク溶接を行つているときの溶
接電圧転極時に平滑リアクトルに発生する電圧の
一部（エネルギーの一部）が二次巻線から第１の
整流回路の出力端子に帰還し、平滑コンデンサに
印加される電圧が低くなる。この帰還作用によつ
て平滑コンデンサの耐圧特性を従来のように高耐
圧にする必要がなくなるため、電源装置を安価に
構成できる効果がある。

しかも上記帰還電流が第１の整流回路の出力と
して次の溶接サイクル時に利用されるため、交流
アーク溶接時の溶接電圧転極時の平滑リアクトル
に発生するエネルギを有効に利用できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるアーク溶接機
用電源装置の構成を示すブロツク図である。第２
図は同アーク溶接機用電源装置の回路図である。
第３図Ａ，Ｂ，Ｃは同アーク溶接機用電源装置の
溶接負荷電流、平滑リアクトル１６ａに発生する
電圧、帰還電流を示す図である。第４図は従来の
アーク溶接機用電源装置の回路図である。 １……三相交流電源（交流電源）、２……変圧
器、７……溶接電極、８……母材、１６ａ……平
滑リアクトル、１６ｂ……二次巻線、１７……平
滑コンデンサ、１０１……第１の整流回路、１０
２……高周波変換回路、１０４……平滑回路、１
０５……開閉回路、１０６……帰還回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流の電源を一旦直流にする第１の整流回路
   と、直流にされた電圧を高周波に変換する高周波
   変換回路と、高周波の電圧を変圧する変圧器と、
   変圧器の二次巻線の両端のそれぞれの端子に接続
   されたダイオードを含む整流回路の整流出力を平
   滑する平滑リアクトルおよび平滑コンデンサとで
   構成される平滑回路と、平滑出力をそれぞれ正極
   性、逆極性で交互にまたは選択的に正極性、逆極
   性のいずれかの極性で母材および溶接電極に印加
   する開閉回路とを有するアーク溶接機用電源装置
   において、 前記平滑リアクトルに二次巻線を設けるととも
   に、その二次巻線に誘起する電圧を前記第１の整
   流回路の出力端子に帰還する帰還回路を設けたこ
   とを特徴とするアーク溶接機用電源装置。