JPH0544681B2 - - Google Patents

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TIG溶接、プラズマアーク
溶接やプラズマアーク切断などに使用されるアー
ク電源装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、アーク溶接やアーク切断などに使用さ
れるアーク電源装置は、たとえば第３図に示すよ
うに構成されている。同図において、１は商用電
源に接続される接続端子、２は１次側が端子１に
接続されたトランス、３はトランス２の２次側に
接続されたダイオードブリツジ整流回路等からな
る整流回路、４は整流回路３に並列に接続された
平滑コンデンサ、５はコレクタが整流回路３の正
出力端子に接続されたNPN型トランジスタ、６
はトランジスタ５のエミツタに接続された母材、
７は整流回路３の負出力端子に接続されたトーチ
などの電極であり、母材６および電極７により負
荷８が構成されている。

９は電極７と整流回路３の負出力端子との間の
通電路に設けられアークスタート時に負荷８に高
周波高電圧を印加するスタータ回路、１０は負荷
８への通電路に設けられ負荷８を流れる負荷電流
を検出して検出電流に比例した電圧の検出信号を
出力する電流検出器、１１はアノードが整流回路
３の負出力端子に接続され電極７の接続ケーブル
のインダクタンス分によるエネルギを負荷８に還
流するフライホイルダイオード、１２は両端がダ
イオード１１のカソードおよび母材６に接続され
た限流用抵抗、１３は制御回路であり、電源端子
が端子１に接続され、両入力端子が電流検出器１
０の検出信号出力端子および基準電源１４に接続
され、出力端子がトランジスタ５のベースに接続
され、トランジスタ５にスイツチングパルスを出
力し、前記検出信号の電圧が基準電源１４の電圧
に等しくなるように、トランジスタ５へのスイツ
チングパルスのパルス幅を制御する。

そして、前記商用電源を投入すると、制御回路
１３が作動してトランジスタ５に、第４図ａに示
すようなハイレベルスイツチングパルスが出力さ
れ、トランジスタ５がスイツチングし、トランス
２の交流出力が整流回路３、コンデンサ４により
整流、平滑されて得られる直流が、トランジスタ
５により交流に変換され、負荷８に交流電力が供
給される。

このとき、電極７の接続ケーブルのインダクタ
ンス分により負荷８を流れる負荷電流の立上が
り、立下がりに遅れが生じ、トランジスタ５のオ
ン期間、すなわち第４図ａに示す前記スイツチン
グパルスのハイレベル期間、負荷電流は同図ｂに
示すように徐々に増加し、トランジスタ５のオフ
期間、すなわち前記スイツチングパルスのローレ
ベル期間、負荷電流は徐々に低下し、負荷電流の
波形は同図ｂに示すような鋸歯状となる。

つぎに、商用電源の投入後、スタータ回路９が
作動して前記したようなトランジスタ５のスイツ
チングによる交流電圧にスタータ回路９による高
周波高電圧が重畳されて負荷８に印加され、電極
７、母材６間の絶縁が破れてアークスタートし、
アークスタート後スタータ回路９は作動停止し、
トランジスタ５のスイツチングによる交流電圧の
みが負荷８に印加されてアークが保持され、制御
回路１３により、負荷８を流れる負荷電流が一定
になるように制御される。

なお、トランジスタ５のオフ期間に、電極７の
接続ケーブルのインダクタンス分による蓄積エネ
ルギが、ダイオード１１、抵抗１２を介して負荷
８に還流される。

一方、アークの拘束力は負荷８を流れる負荷電
流が大きいほど大きく、さらに、第５図に示すよ
うに負荷電流の周波数が高いほど大きくなり、ア
ークの拘束力が大きいと、アークの集中性が良く
なつて良好な溶接、切断が可能となり、通常負荷
電流の周波数としては数10KHzに設定される。

ところで、電極７の接続ケーブルは比較的長尺
に設定されるため、接続ケーブルのインダクタン
ス分が大きくなり、その結果負荷電流の電流リツ
プルが低下してアークの集中性の劣化を招くた
め、従来第１の対策として電源装置と負荷８とを
できる限り近接させ、電極７の接続ケーブルのイ
ンダクタンス分を小さくし、第２の対策としてト
ランス２の２次電圧を高く設定し、第３の対策と
して抵抗１２の抵抗値を大きくして負荷電流のリ
ツプルを大きくすることなどが行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第１の対策の場合、電極７の接続ケー
ブルは実用上ある程度以上短くすることができ
ず、限界があり、第２の対策の場合、トランス２
の２次電圧を高くするためには、トランス２が大
型になつて装置全体の大型化を招くことになり、
第３の対策の場合、電流リツプルは大きくなつて
アークの集中性は良くなる反面、トランジスタ５
に加わるサージ電圧が大きくなり、トランジスタ
５の破損を招き、トランジスタ５に高耐圧のもの
を使用しなければならず、高価になるという問題
点がある。

そこで、この発明では、負荷電流の電流リツプ
ルを大きな状態に保持してアークの集中性の低下
を防止し、補助スイツチング素子を保護すること
を技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の諸点に留意してなされたも
のであり、交流電源に接続された入力側整流回路
と、主スイツチング素子および出力トランスから
なり前記入力側整流回路の両出力端子に接続され
た高周波インバータと、前記主スイツチング素子
の制御端子にスイツチングパルスを出力して前記
インバータの出力制御を行なう制御回路と、前記
出力トランスの２次側に接続された出力側整流回
路と、前記出力側整流回路の両出力端子に接続さ
れた負荷と、前記出力側整流回路と前記負荷との
通電路に設けられた補助スイツチング素子と、前
記制御回路のスイツチングパルスに同期して前記
補助スイツチング素子の制御端子にスイツチング
パルスを出力する駆動回路と、前記補助スイツチ
ング素子に並列に設けられたサージ吸収用コンデ
ンサとを備えたことを特徴とするアーク電源装置
である。

〔作用〕

したがつて、この発明によると、制御回路から
のスイツチングパルスにより主スイツチング素子
がスイツチングして高周波インバータが駆動さ
れ、入力側整流回路の出力直流が高周波インバー
タにより高周波に変換され、制御回路からのスイ
ツチングパルスに同期して駆動回路から出力され
るスイツチングパルスにより、補助スイツチング
素子がスイツチングし、インバータによる高周波
が出力側整流回路により整流されて得られる直流
が、補助スイツチング素子により再び交流に変換
されて負荷に交流電力が供給される。

このとき、補助スイツチング素子のオフ時に、
負荷の接続ケーブルのインダクタンス分による蓄
積エネルギの電圧がサージ電圧として補助スイツ
チング素子に加わるが、サージ吸収用コンデンサ
により前記サージ電圧が吸収されて補助スイツチ
ング素子の破損が防止される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
１図および第２図とともに詳細に説明する。

第１図において、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは３
相交流電源（図示せず）に接続された第１〜第３
端子、１６は各入力端子が第１〜第３端子１５ａ
〜１５ｃに接続された３相ダイオードブリツジ整
流回路からなる入力側整流回路、１７，１８は整
流回路１６の正、負出力端子間に直列に設けられ
た２個の平滑コンデンサ、１９はコレクタが整流
回路１６の正出力端子に接続された主スイツチン
グ素子としてのNPN型第１トランジスタ、２０
はコレクタ、エミツタが第１トランジスタ１９の
エミツタ、整流回路１６の負出力端子に接続され
た主スイツチング素子としてのNPN型第２トラ
ンジスタ、２１は出力トランスであり、１次巻線
２１ａの両端が第１トランジスタ１９のエミツタ
および両コンデンサ１７，１８の接続点に接続さ
れており、両トランジスタ１９，２０、出力トラ
ンス２１により高周波インバータ２２が構成され
ている。

２３，２４はアノードがトランス２１の２次巻
線２１ｂの両端に接続されカソードが互いに接続
され出力側整流回路２５を構成する第１、第２ダ
イオード、２６はエミツタが２次巻線２１ｂの中
間タツプｔに接続された補助スイツチング素子と
してのNPN型第３トランジスタ、２７は第１ダ
イオード２３のカソードに接続された母材、２８
は第３トランジスタ２６のコレクタに接続された
電極であり、母材２７および電極２８により負荷
２９が構成されている。

３０は電極２８と第３トランジスタ２６のコレ
クタとの間の通電路に設けられアークスタート時
に負荷２９に高周波高電圧を印加するスタータ回
路、３１は負荷２９への通電路に設けられ負荷２
９を流れる負荷電流を検出して検出電流に比例し
た電圧の検出信号を出力する電流検出器、３２は
アノードが第３トランジスタ２６のコレクタに接
続され電極２８の接続ケーブルのインダクタンス
分によるエネルギを負荷２９に還流するフライホ
イル用第３ダイオード、３３は両端が第３ダイオ
ード３２のカソードおよび母材２７に接続された
高抵抗の限流用抵抗、３４は制御回路であり、電
源端子が第２、第３端子１５ｂ，１５ｃに接続さ
れ、両入力端子が電流検出器３１の検出信号出力
端子および基準電源３５に接続され、出力端子が
第１、第２トランジスタ１９，２０のベースに接
続され、両トランジスタ１９，２０に交互に数Ｋ
Hzないし数10KHzのスイツチングパルスを出力
し、前記検出信号の電圧が基準電源３５の電圧に
等しくなるように、両トランジスタ１９，２０へ
のスイツチングパルスのパルス幅を制御する。な
お、制御回路３４の同期パルス出力端子から、両
トランジスタ１９，２０へのスイツチングパルス
を合成した同期パルスが出力される。

３６は同期パルス入力端子が制御回路３４の同
期パルス出力端子に接続され、前記同期パルスに
同期して第３トランジスタ２６の制御端子である
ベースにスイツチングパルスを出力する駆動回
路、３７は１次巻線３７ａの両端が第３、第２端
子１５ｃ，１５ｂに接続された補助トランス、３
８はアノード、カソードがトランス３７の２次巻
線３７ｂの一端および第３ダイオード３２のカソ
ードに接続された整流用第４ダイオード、３９は
サージ吸収用コンデンサであり、一端が第３ダイ
オード３２のカソードに接続され、他端が２次巻
線３７ｂの他端および第３トランジスタ２６のエ
ミツタに接続され、第３ダイオード３２とコンデ
ンサ３９との直列回路が第３トランジスタ２６に
並列に設けられている。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

いま、前記３相交流電源を投入すると、制御回
路３４が作動してトランジスタ１９，２０に第２
図ａ，ｂに示すようなハイレベルのスイツチング
パルスがそれぞれ出力され、トランジスタ１９，
２０が交互にオンし、前記電源の３相交流が整流
回路１６および両コンデンサ１７，１８により整
流、平滑されて得られる直流が、高周波インバー
タ２２により数ＫHzないし数10KHzの交流に変換
され、トランス２１の２次側に高周波の交流電圧
が誘起する。

一方、制御回路３４から駆動回路３６に、第２
図ｃに示すように、同図ａ，ｂの両スイツチング
パルスを合成したハイレベルの同期パルスが入力
され、駆動回路３６から前記同期パルスと同様の
スイツチングパルスがトランジスタ２６のベース
に出力され、トランジスタ２６がトランジスタ１
９，２０に同期してスイツチングし、整流回路２
５によりトランス２１の高周波の２次電圧が整流
されて得られる直流が、トランジスタ２６により
再び交流に変換され、負荷２９に交流電力が供給
される。

このとき、前記した第３図の場合と同様に、電
極２８の接続ケーブルのインダクタンス分により
負荷２９を流れる負荷電流の立上がり、立下がり
に遅れが生じ、同図ｂに示すように、トランジス
タ２６のオン期間、負荷電流は徐々に増加し、ト
ランジスタ２６のオフ期間、負荷電流は徐々に低
下し、負荷電流の波形は同図ｄに示すような鋸歯
状となる。

なお、アークスタート時にスタータ回路３０が
作動して高周波高電圧が負荷２９に重畳印加さ
れ、アークスタートが行なわれ、アークスタート
後、制御回路３４により、負荷２９を流れる負荷
電流が一定になるように制御されるのは、前記し
た第３図の場合と同様である。

そして、トランジスタ２６のオフ期間に、電極
２８の接続ケーブルのインダクタンス分による蓄
積エネルギが、ダイオード３２、抵抗３３を介し
て負荷２９に還流され、オフ状態のトランジスタ
２６に加わるサージ電圧がダイオード３２を介し
てコンデンサ３９により吸収され、トランジスタ
２６のサージ電圧による破損が防止される。

このとき、コンデンサ３９はトランス３７、ダ
イオード３８を介して所定の電圧に充電されてい
るが、トランジスタ２６に加わるサージ電圧が前
記所定の電圧を越えるときに、ダイオード３２を
介してコンデンサ３９に充電電流が流れてサージ
電圧が吸収されることになる。

従つて、トランス３７、ダイオード３８による
コンデンサ３９の充電電圧をトランジスタ２６の
耐圧と同等程度に設定しておくことにより、トラ
ンジスタ２６として耐圧の大きいものを選定しな
くても、トランジスタ２６の耐圧を越えるサージ
電圧をコンデンサ３９により吸収してトランジス
タ２６を保護することができる。

また、高周波インバータ２２を導入したため、
従来のように大型のトランスを用いなくても、小
型の出力トランス２１の２次電圧を高く設定する
ことが可能となり、負荷電流の電流リツプルを大
きな状態に保持してアークの集中性の低下を防止
することができる。

なお、第３トランジスタ２６をダイオード２３
のカソードと母材２７との間の通電路に設けても
よく、この場合、ダイオード３２と抵抗３３を入
れ換えて接続し、コンデンサ３９の両端をダイオ
ード２３のカソードおよび入れ換えたダイオード
３２のアノードに接続すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のアーク電源装置によ
ると、出力側整流回路と負荷との通電路に設けた
補助スイツチング素子に加わるサージ電圧を、サ
ージ吸収用コンデンサにより吸収することがで
き、負荷を流れる負荷電流の電流リツプルを大き
な状態に保持してアークの集中性の低下を防止で
き、補助スイツチング素子のサージ電圧による破
損から保護することが可能となる。

また、高周波インバータの導入により出力トラ
ンスを小型にでき、装置全体の小型化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明のアーク電源装
置の１実施例を示し、第１図は結線図、第２図ａ
〜ｄは各種信号波形図、第３図以下の図面は従来
例を示し、第３図は結線図、第４図ａ，ｂは各種
信号波形図、第５図は負荷電流の周波数とアーク
の拘束力との関係図である。 １６……入力側整流回路、１９，２０……第
１、第２トランジスタ、２１……出力トランス、
２２……高周波インバータ、２５……出力側整流
回路、２６……第３トランジスタ、２９……負
荷、３４……制御回路、３６……駆動回路、３９
……サージ吸収用コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源に接続された入力側整流回路と、主
   スイツチング素子および出力トランスからなり前
   記入力側整流回路の両出力端子に接続された高周
   波インバータと、 前記主スイツチング素子の制御端子にスイツチ
   ングパルスを出力して前記インバータの出力制御
   を行なう制御回路と、 前記出力トランスの２次側に接続された出力側
   整流回路と、 前記出力側整流回路の両出力端子に接続された
   負荷と、 前記出力側整流回路と前記負荷との通電路に設
   けられた補助スイツチング素子と、 前記制御回路のスイツチングパルスに同期して
   前記補助スイツチング素子の制御端子にスイツチ
   ングパルスを出力する駆動回路と、 前記補助スイツチング素子に並列に設けられた
   サージ吸収用コンデンサと を備えたことを特徴とするアーク電源装置。