JPH0371218B2 - - Google Patents

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、100V、200V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100V又は
200Vの単相交流電源に接続される１対の交流入
力端子、３，４は連動して切換えられる２個の入
力切換スイツチであり、100V接点ａ，a′、200V
接点ｂ，b′を有する２接点切換スイツチからな
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り、ダイオード５
のカソード及びダイオード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
オード８のカソード、アーノドそれぞれが接続さ
れるとともに、ダイオード７のアノード、ダイオ
ード８のカソードの接続点がスイツチ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。

９，１０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９，１０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、両コンデンサ９，１０の接続点がスイ
ツチ３の接点ａに接続されている。１１，１２は
コンデンサ９，１０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９，１０
とともに入力側平滑回路を形成している。

１３，１４はNPN型の２個のスイツチングト
ランジスタであり、トランジスタ１３のエミツ
タ、トランジスタ１４のコレクタが接続され、か
つ、トランジスタ１３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１４のエミツタがダイオード
５，８のアノードの接続点ｎに接続されている。

１５は１次巻線１５ａ及び中間タツプ付き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１６を介してトランジスタ１３，１４の接続
点に接続されるとともに、１次巻線１５ａの他端
がコンデンサ９，１０の接続点に接続されてい
る。

１７，１８は出力側整流器を形成する２個のダ
イオードであり、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。１９は一端がダイ
オード１７，１８のカソードに接続された平滑用
のリアクトル、２０はリアクトル１９の他端に接
続された被処理物、２１は被処理物２０とともに
アーク負荷を形成するトーチ電極であ、電流検出
器２２を介して２次巻線１５ｂの中間タツプに接
続されている。

２３はトランジスタ１３，１４のベースに１〜
20KHzの高周波スイツチングの駆動信号を出力す
るインバータ駆動回路であり、起動スイツチ２４
の接点信号及び検出器２２の電流検出信号が入力
され、スイツチ２４の接点信号にもとづき、トラ
ンジスタ１３，１４の駆動制御の開始、終了が制
御され、かつ、検出器２２の検出信号にもとづ
き、トランジスタ１３，１４のスイツチングを制
御してアーク負荷を流れる負荷電流を定電流にフ
イードバツク制御する。

２５は中間タツプ付き１次巻線２５ａ及び２次
巻線２５ｂを備えた駆動回路２３の電源用変圧器
であり、１次巻線２５ａの中間タツプ、一端スイ
ツチ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２３
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100V、200Vにもとづき、予め、手動操作によ
つてスイツチ３，４が接点ａ，a′又は接点ｂ，
b′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、スイツチ３，４が接点ａ，a′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，
１０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（100V
×√２×２≒）290V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１３，１４の直列回路に印加されるととも
に、駆動回路２３の駆動信号によつてトランジス
タ１３，１４が相互に逆に高周波スイツチング
し、コンデンサ１６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
れるととももに、２次巻線１５ｂの高周波交流が
ダイオード１７，１８、リアクトル１９によつて
整流、平滑され、被処理物２０、トーチ電極２１
のアーク負荷に直流出力が供給される。

また、アーク負荷を流れる負荷電流が検出器２
２によつて検出され、検出器２２から駆動回路２
３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２３は２次巻線２５ｂの出
力交流にもとづいて動作し、スイツチ２４の起動
操作の接点信号の入力により、トランジスタ１
３，１４の駆動制御を開始する。

そして、検出器２２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２３がト
ランジスタ１３，１４のスイツチング周波数を制
御し、負荷電流が定電流にフイードバツク制御さ
れる。

一方、入力交流が200Vの電源交流の場合は、
スイツチ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９，１０の平滑によつて直流に変換され、この
場合も、接続点ｐ，ｎ間に（200V×√２≒）
290Vの直流電圧が発生する。

そして、トランジスタ１３，１４、変圧器１
５、ダイオード１７，１８、リアクトル１９及び
検出器２２、駆動回路２３により、100V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、スイツチ４が接点b′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２３に定
格電圧の出力交流が供給され、駆動回路２３が正
常に動作する。

なお、スイツチ２４の起動操作及び停止操作の
接点信号にもとずき、駆動回路２３によるトラン
ジスタ１３，１４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、ほぼ第２図の検
出器２２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ツチ３，４などの操
作スイツ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200Vの入力交流の場
合にスイツチ３，４を接点ａ，a′に誤切換えする
と、高い入力電圧によつ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
ンプツト型の構成で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９，１０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り、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２６と、 前記整流器２６の直流出力端子間に直列に設け
られたリアクトル２７及び半導体スイツチング素
子としてのスイツチングトランジスタ２８と、 前記リアクトル２７と前記トランジスタ２８と
の接続点の電圧が逆流防止用のダイオード２９を
介して注入される平滑コンデンサ部３０と、 前記平滑コンデンサ部３０の平滑出力を高周波
交流に変換する高周波変換部３１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３２と、 前記コンデンサ部３０の平滑電圧を検出する電
圧検出器３３と、 前記検出器３３の検出信号と基準信号とにもと
づき前記トランジスタ２８に高周波スイツチング
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イブフイルタ制御回
路３４と を備えたことを特徴とするアーク電源装置を提供
すものである。

〔作用〕

したがつて、検出器３３の検出信号にもとづ
き、トランジスタ２８のスイツチング周波数が可
変されてコンデンサ部３０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３１、整流平滑部３２の動作によつ
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２８の高周波スイツチン
グにもとづくリアクトル２７の充，放電により、
整流器２６の整流出力にリアクトル２７の蓄積エ
ネルギーが重畳されてコンデンサ部３０にくり返
し注入され、入力交流の全期間にコンデンサ部３
０の充電がくり返されて入力交流の利用交率が向
上する。

しかも、トランジスタ２８の高周波スイツチン
グによつて入力交流が整流器２６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、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のも
のを示し、２６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
（＋），（−）から出力する。２７，２８は出力端
子（＋），（−）間に直列に設けられたリアクト
ル、NPN型のスイツチングトランジスタであり、
半導体スイツチング素子を形成するトランジスタ
２８のコレクタがリアクトル２７を介して出力端
子（＋）に接続されるとともに、トランジスタ２
８のエミツタが電流検出器３５を介して出力端子
（−）に接続されている。３６はリアクトル２７、
トランジスタ２８、検出器３５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。

２９はアノードがリアクトル２７とトランジス
タ２８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、３７，３８は平滑部３０を形
成する平滑用の２個のコンデンサであり、ダイオ
ード２９のカソードとトランジスタ２７のエミツ
タとの間に直列に設けられ、ダイオード２９のカ
ソードとコンデンサ３７との接続点Ｐがトランジ
スタ１３のコレクタに接続され、コンデンサ３８
とトランジスタ２７のエミツタとの接続点Ｎがト
ランジスタ１４のエミツタに接続されている。３
３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。

３９は接続点Ｐ，Ｎ間に生じた平滑部３０の平
滑出力が供給されるDC／DCコンバータ回路であ
り、後述のインバータ駆動回路及びアクテイブフ
イルタ制御回路に駆動直流を供給する。３４はト
ランジスタ２８の駆動制御用のアクテイブフイル
タ型制御回路であり、コンバータ回路３９からの
給電によつて駆動されるデジタル制御回路からな
り、検出器３３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ツチ
ング駆動信号をトランジスタ２８のベースに供給
するとともに、検出器３５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、
スイツチング駆動信号のオン期間又は周波数をト
ランジスタ２８が過負荷状態にならない範囲に制
限する。

４０は第２図の駆動回路２３の代りに設けられ
たインバータ駆動回路であり、トランジスタ１
３，１４，変圧器１５、検出器２２などとともに
フイードバツク制御型の高周波変換部３１を形成
し、コンバータ回路３９からの給電によつて駆動
され、駆動回路２３と同様に動作してトランジス
タ１３，１４に駆動信号を出力する。３２はダイ
オード１７，１８及びリアクトル１９が形成する
出力整流平滑部であり、変換部３１の高周波交流
を整流、平滑し、被処理物２０、トーチ電極２１
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100V又
は200Vの電源交流は整流器２６で整流され、こ
のとき、出力端子（＋），（−）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３４の駆動信号により、トラン
ジスタ２８が電源交流より十分高い周波数で高周
波スイツチングし、トランジスタ２８のオン期間
には、リアクトル２７を介してトランジスタ２８
に整流出力の電流が流れ、リアクトル２７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２９のオフ期間には、蓄積されたエネル
ギーにもとづいてリアクトル２７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２７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つても、コンデンサ３
７，３８が充電される。

そして、コンデンサ３７，３８によつて整流出
力が平滑され、コンデンサ部３０から変換部３１
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３７，３８の両端間の電
圧、すなわち接続点Ｐ，Ｎ間の接続電圧が検出器
３３で検出され、検出器３３から制御回路３４
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つてトラ
ンジスタ２８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１
３，１４などが破損されない電圧内の一定電圧に
フイードバツク制御する。

したがつて、入力交流が100V、200Vのいずれ
の電源交流であつても、リアクトル２７、トラン
ジスタ２８、制御回路３４によ、平滑電圧が一定
電圧になるようにコンデンサ部３０に入力される
整流出力がフイルタ制限され、フイルタ部３０か
ら変換部３１に出力され平滑出力、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２８の破損を
防止するため、制御回路３４には検出器３３の検
出信号とともに検出器３５の検出信号が入力さ
れ、検出器３５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２８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２６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３１、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100V，200V
のいずれであつても、変換部３１、整流平滑部３
２などの破損が生じない。

また、トランジスタ２８の高周波スイツチング
とリアクトル２７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３７，３８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。

しかも、トランジスタ２８の高周波スイツチン
グにもとづき、整流器２６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響が防止される。

なお、前記実施例では、入力交流として100V
と200V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ので勿論である。

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２２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ツチング素子とし
てスイツチングトランジスタ以外の半導体スイツ
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、半導体スイツチング素子の高周波スイツチン
グの制御によ、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
ブロツク結線図、第２図は従来のアーク電源装置
のブロツク結線図である。 ２６…整流器、２７…リアクトル、２８…スイ
ツチングトランジスタ、２９…逆流防止用のダイ
オード、３０…平滑コンデンサ部、３１…高周波
変換部、３２…出力整流平滑部、３３…電圧検出
器、３４…アクテイブフイルタ制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ツチング素子
   と、 前記リアクトルと前記スイツチング素子との接
   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
   前記スイツチング素子に高周波スイツチング用の
   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。