JPH07102457B2 - 交流ア−ク溶接装置 - Google Patents

交流ア−ク溶接装置

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JPH07102457B2
JPH07102457B2 JP62172411A JP17241187A JPH07102457B2 JP H07102457 B2 JPH07102457 B2 JP H07102457B2 JP 62172411 A JP62172411 A JP 62172411A JP 17241187 A JP17241187 A JP 17241187A JP H07102457 B2 JPH07102457 B2 JP H07102457B2
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transformer
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voltage
reactor
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政人 小島
芳道 安原
明彦 北島
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、1次側に高周波変換回路を設け、2次側の低
周波変換回路により交流出力を得るアルミ溶接などに用
いられる交流アーク溶接装置に関するものである。
従来の技術 交流アーク溶接は、その極性によつて溶接特性が異な
り、たとえば電極が陰極、母材が陽極となる正極性では
母材に深い溶け込みが得られ、また、電極が陽極、母材
が陰極となる逆極性では、溶け込みは浅いが母材の酸化
被膜を除去する作用(クリーニング作用)がある。従
来、アルミニウムを溶接する場合には、このクリーニン
グ作用を利用して、アルミニウム表面に生じる酸化被膜
(酸化アルミニウムAl2O2)を除去するために交流アー
ク溶接装置を使用している。従来この種の交流アークを
得るための交流アーク溶接装置は、たとえば第4図に示
すように、交流入力1から変圧器2の2次側に正弦波ま
たは矩形波を得て電極3と母材4との間にアークを発生
させていた。しかし、交流アークの場合は、母材4と電
極3との電子放出機能の違いにより、正極性時は逆極性
時よりも負荷インピーダンスが低く、正極性時と逆極性
時とでは負荷電流に差が生じ、そのため変圧器2に偏磁
が生じていた。
発明が解決しようとする問題点 上記従来技術において、交流アークの極性による溶接特
性の効果を最大限に発揮するためには、前記変圧器の偏
磁を低減し、装置の損傷を防止しなければならなかつ
た。そのため、従来では最大負荷電流に比較して変圧器
の容量を十分に大きくしなければならず、変圧器の体
積、重量も大きくなり、価格も高価になるという問題点
を有していた。さらに、正極性と逆極性との極性切換時
に、負荷に接続された誘導素子(たとえば負荷電流平滑
用リアクトルあるいは母材や電極に接続されるケーブル
類のインダクタンスなど)による逆起電圧が発生し、変
圧器の2次側にダイオードおよびトランジスタなどの電
流制御素子を用いている場合は、この逆起電圧によるキ
ツク電圧により、電流制御素子を破損する恐れがあつ
た。そのため従来では、電流制御素子の耐圧を必要以上
に大きくしたり、第5図に示すような電流制御素子であ
るトランジスタ5の両端に、抵抗6とコンデンサ7から
なるトランジスタ保護用のサージ吸収回路を設けてい
た。しかし、この保護方法では非常にパワーの小さいサ
ージ電圧は吸収することはできるが、リアクトルによる
大きな逆起電圧を吸収することには適さないという問題
点を有していた。
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、交流アー
クの極性の違いから発生する変圧器の偏磁を防止し、さ
らに、交流アークの極性による溶接特性の効果を最大限
に発揮することができ、しかも、変圧器の容量を大きく
することなく、かつ安価に得られる交流アーク溶接装置
を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の交流アーク溶接装
置は、交流入力を直流にする第1の整流回路と、前記第
1の整流回路により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、中間タツプを有する2次巻線を備
え、前記高周波の電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器
の2次巻線の両端にそれぞれ2個のダイオードのアノー
ドとカソードの一端を接続し、各ダイオードの他端側の
カソードどうしおよび他端側のアノードどうしをそれぞ
れ接続した第2の整流回路と前記他端側のカソードどう
しおよび他端側のアノードどうしと前記中間タップとの
間に介装されて前記第2の整流回路の整流出力をそれぞ
れ正極性または逆極性で交互に母材および電極に印加す
る低周波回路とを備え、前記変圧器の2次巻線の前記中
間タップと各ダイオードの他端側のカソードどうしおよ
び他端側のアノードどうしとの間にそれぞれコンデンサ
を接続し、このコンデンサと前記中間タップとの接続点
と溶接負荷との間に平滑用リアクトルなどの逆起電圧を
生じさせる誘導素子が接続されている交流アーク溶接装
置の構成とする。
さらに、本発明の交流アーク溶接装置は、変圧器の2次
巻線の中間タツプにリアクトルの一端を接続し、前記リ
アクトルの他端と各ダイオードの他端側のカソードどう
しおよび他端側のアノードどうしとの間にそれぞれコン
デンサを接続し、このコンデンサと前記リアクトルとの
接続点と溶接負荷との間に平滑用リアクトルなどの逆起
電圧を生じさせる誘導素子が接続されたものである。
作用 上記構成により、変圧器2次巻線の中間タツプに対し
て、2次巻線両端にそれぞれ接続された第2の整流回路
によつて、常に一方の電位は正(正極性側)、他方の電
位は負(逆極性側)になるように作用し、正、負いづれ
の電位を供給する場合も、変圧された高周波電流の流れ
る方向により変圧器2次巻線の一方の巻線と他方の巻線
とを交互に使用して、常に等しい電流が流れるので、変
圧器の偏磁の発生をなくし、低周波変換回路により任意
に正極性および逆極性の大きさを選択して、極性効果を
最大限に発揮できる。
また、平滑用リアクトルなどのように、逆起電力を発生
させる誘導素子により極性切換時に発生する逆起電圧
は、変圧器2次巻線の両端と中間タツプ間に第2の整流
回路のダイオードおよびリアクトルを介して接続された
コンデンサと極性切換を行なう低周波変換回路と母材と
アーク負荷と電極からなる閉ループにより、次の極性切
換前に逆起電圧を吸収除去するように作用し、ダイオー
ドやスイツチング素子などの電流制御素子の破損を防止
する。
なお、変圧器2次巻線の中間タツプに接続されたリアク
トルは、前記逆起電圧バイパス用コンデンサの突入電流
制限用として作用する。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
第1図は本発明の交流アーク溶接装置の一実施例を示す
回路図である。第1図において、11は三相交流電源で、
6個のダイオードからなる第1の整流回路12に接続され
ている。第1の整流回路12には、平滑用として並列にコ
ンデンサ13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14に供給され、高周波の電圧に変換されて
変圧器15の1次巻線15aに印加される。高周波変換回路1
4はトランジスタ14aおよび14bとコンデンサ14cおよび14
dにより構成され、直流電圧の正側にトランジスタ14aの
コレクタおよびコンデンサ14cが、負側にトランジスタ1
4bのエミツタおよびコンデンサ14dが接続されている。
変圧器15の1次巻線15aの一方の端子にトランジスタ14a
のエミツタとトランジスタ14bのコレクタが、また1次
巻線15aの他方の端子には前記コンデンサ14cおよび14d
の他方の端子が接続されている。高周波変換制御回路16
によつてトランジスタ14aおよび14bを交互にON−OFFす
ることにより、トランジスタ14aがONの場合は、トラン
ジスタ14aのエミツタは1次巻線15a、コンデンサ14dに
接続され、また、トランジスタ14bがONの場合は、コン
デンサ14cは1次巻線15a、トランジスタ14bに接続さ
れ、1次巻線15aに高周波電圧が印加される。高周波電
圧の周波数は高周波変換制御回路16によつて数KHzから
数10KHzに任意に設定できる。また、コンデンサ14cおよ
び14dは変圧器15の1次巻線15aに交互に流れる負荷電流
のバランスがくずれた場合、たとえば急激な負荷変動、
あるいはトランジスタ14aおよび14bのON期間のバラツキ
などによる変圧器の偏磁防止用に作用する。変圧器15は
2次巻線は中間タツプを有し、中間タツプに対する両側
の2次巻線15bおよび15cにより構成される。2次巻線15
bおよび15cの両端には、中間タツプに対して正、負の電
位が印加され、1次巻線15aの高周波電圧に同期して交
互に反転する。2次巻線15bおよび15cの両端にはダイオ
ード17aと17bおよび18aと18bよりなる第2の整流回路17
および18が接続されている。2次巻線の中間タツプに対
して、ダイオード17aおよび18aのカソード側は常に正の
電位になり、ダイオード17bおよび18bのアノード側は常
に負の電位になるように作用する。2次巻線の中間タツ
プにはリアクトル19の一方の端子が接続され、リアクト
ル19の他方の端子は、ダイオード17aと18aのカソード側
およびダイオード17bと18bのアノード側にそれぞれ接続
されたコンデンサ20および21の他端に接続されている。
また、誘導素子として高周波電圧リツプル平滑用リアク
トル22の一方の端子は前記リアクトル19、コンデンサ20
および21の接続点に接続され、リアクトル22の他方の端
子は電極23に接続される。第2の整流回路17および18の
出力は、1対のトランジスタ24aおよび24bと各トランジ
スタ両端に接続されたフリーホイルダイオード24cおよ
び24dより構成される低周波変換回路24に接続され、正
極性側の開閉を行なうトランジスタ24aのエミツタと逆
極性側の開閉を行なうトランジスタ24bのコレクタは母
材25に接続される。トランジスタ24aおよび24bは低周波
変換制御回路26により任意の時間交互にON−OFFされ、
トランジスタ24aがONの場合、母材25が陽極(正の電
位)、電極23が陰極(負の電位)の正極性で、またトラ
ンジスタ24bがONの場合、電極23が陽極(正の電位)、
母材25が陽極(負の電位)の逆極性で交流出力が得られ
る。また、交流出力の周波数は低周波変換制御回路26に
より数Hzから数100Hzに任意に設定できる。
以上の構成により、第2図(a)に示すようにトランジ
スタ24aのON期間を長くし、かつトランジスタ24bのON期
間を短かくして、正極性の極性効果を得ようとした場合
でも、前記ダイオード17aおよび18aが交互に正極性の電
位を、またダイオード17bおよび18bが交互に逆極性の電
位を供給して、変圧器の2次巻線15bおよび15cには高周
波の方向にかかわらず常に等しい電流が流れる。また、
第2図(b)に示すように逆極性の極性効果を得ようと
した場合も同様のようになり、変圧器負荷電流の差によ
る偏磁の発生がなくなり、正極性および逆極性の極性効
果を最大限に発揮できる。
また、極性切換にともなう誘導素子、たとえばリアクト
ル22などにより発生する逆起電圧は次のように吸収され
る。まず、トランジスタ24aがONの場合、母材25と電極2
3間に発生するアーク負荷に流れる電流は、変圧器の2
次巻線15bおよび15cの両端よりダイオード17aおよび18
a、トランジスタ24a、母材25、電極23、リアクトル22お
よび19を介して変圧器2次巻線の中間タツプに流れる。
トランジスタ24aがOFFすると、リアクトル22に第1図に
示すような逆起電圧e′が発生する。この逆起電圧e′
は、コンデンサ21、フリーホイルダイオード24d、母材2
5、アーク負荷、電極23の閉ループにより、トランジス
タ24bがONして極性が切り換わる前にコンデンサ21によ
り吸収され、トランジスタ24aをリアクトル22による逆
起電圧の破損から保護する。
第3図(a)は低周波変換回路24のトランジスタ24aお
よび24bの切換タイミングを示した波形図であり、第3
図(b)はトランジスタ24aのエミツタ−コレクタ間電
圧を示す。図において、トランジスタ24aからトランジ
スタ24bへ切り換わるタイミングT1(デツドタイム)は
数〜数10μsec有り、この間にリアクトル22で発生する
逆起電圧をコンデンサ21で吸収する。なお、第3図
(b)中のE0はトランジスタ24aのOFF時の定常電圧、E1
は保護回路により極性切換時に逆起電圧を吸収した後の
電圧、E2は保護回路がない場合の逆起電圧であり、E2
トランジスタのエミツタ−コレクタ間の許容電圧E3を越
えるとトランジスタは破損する。また、トランジスタ24
bがONからOFFに切り換わる場合も同様にコンデンサ20お
よびフリーホイルダイオード24cにより閉回路をつく
り、リアクトル22の逆起電圧をコンデンサ20で吸収しト
ランジスタ24bを保護する。なお、リアクトル19は、コ
ンデンサ20および21の突入電流制限用として作用するた
め、第2の整流回路17および18の各ダイオードや高周波
変換回路14のトランジスタを必要以上に容量を大きくす
る必要がない。
なお、本発明は、交流入力が三相の場合について示した
が単相にしても同等の効果が得られ、また、実施例から
わかるように偏磁を発生することがないため、正極性の
み、あるいは逆極性のみを使用する直流アーク溶接装置
としても使用できる。
発明の効果 以上のように本発明の交流アーク溶接装置によれば、電
極と母材間に極性をかえて交互に電圧を印加して、正極
性および逆極性の各溶接特性を得ようとした場合、極性
の違いにより発生する変圧器負荷電流の差に起因する変
圧器の偏磁の発生をなくすることができ、これにより装
置の損傷を防止でき、さらに、交流アークの極性による
溶接特性の効果を最大限に発揮できるものであり、しか
もこれを小型でかつ安価に提供できるものである。
また、極性切換時、誘導素子により発生する逆起電圧
は、次の極性の開始前にコンデンサにより吸収除去する
ことにより、変圧器2次側に使用される電流制御素子の
ダイオード、トランジスタなどの破損を防止し、さらに
安全で信頼性の高い、安価な交流アーク溶接装置を実現
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す交流アーク溶接装置
の回路図、第2図(a)(b)は同交流アーク溶接装置
の出力波形図、第3図(a)は同交流アーク溶接装置に
おけるトランジスタ24a,24bの切換タイミングを示す波
形図であり、第3図(b)は同切換え時におけるトラン
ジスタ24aのエミツタ−コレクタ間電圧のサージ吸収波
形図、第4図は従来の交流アーク溶接装置を示す回路
図、第5図はトランジスタのエミツタ−コレクタ間に取
付けられた従来のアーク溶接装置のサージ吸収回路であ
る。 11……三相交流電源、12……第1の整流回路、14……高
周波変換回路、15……変圧器、17,18……第2の整流回
路、19……リアクトル、20,21……コンデンサ、22……
リアクトル(誘導素子)、23……電極、24……低周波変
換回路、25……母材。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流入力を直流にする第1の整流回路と、
    前記第1の整流回路により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、中間タップを有する2次巻
    線を備え、前記高周波の電圧を変圧する変圧器と、前記
    変圧器の2次巻線の両端にそれぞれ2個のダイオードの
    アノードとカソードの一端を接続し、各ダイオードの他
    端側のカソードどうしおよび他端側のアノードどうしを
    それぞれ接続した第2の整流回路と前記他端側のカソー
    ドどうしおよび他端側のアノードどうしと前記中間タッ
    プとの間に介装されて前記第2の整流回路の整流出力を
    それぞれ正極性または逆極性で交互に母材および電極に
    印加する低周波変換回路とを備え、前記変圧器の2次巻
    線の前記中間タップと各ダイオードの他端側のカソード
    どうしおよび他端側のアノードどうしとの間にそれぞれ
    コンデンサを接続し、このコンデンサと前記中間タップ
    との接続点と溶接負荷との間に平滑用リアクトルなどの
    逆起電圧を生じさせる誘導素子が接続されている交流ア
    ーク溶接装置。
  2. 【請求項2】交流入力を直流にする第1の整流回路と、
    前記第1の整流回路により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、中間タップを有する2次巻
    線を備え、前記高周波の電圧を変圧する変圧器と、前記
    変圧器の2次巻線の両端にそれぞれ2個のダイオードの
    アノードとカソードの一端を接続し、各ダイオードの他
    端側のカソードどうしおよび他端側のアノードどうしを
    それぞれ接続した第2の整流回路と前記他端側のカソー
    ドどうしおよび他端側のアノードどうしと前記中間タッ
    プとの間に介装されて前記第2の整流回路の整流出力を
    それぞれ正極性または逆極性で交互に母材および電極に
    印加する低周波変換回路とを備え、前記変圧器の2次巻
    線の前記中間タップにリアクトルの一端を接続し、前記
    リアクトルの他端と各ダイオードの他端側のカソードど
    うしおよび他端側のアノードどうしとの間にそれぞれコ
    ンデンサを接続し、このコンデンサと前記リアクトルと
    の接続点と溶接負荷との間に平滑用リアクトルなどの逆
    起電圧を生じさせる誘導素子が接続されている交流アー
    ク溶接装置。
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