JPH084213Y2 - 交流アーク溶接機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、直流電源の出力をスイッチング素子によっ
て切換えて交流出力を得るようにした交流アーク溶接機
の改良に関し、特にそのスイッチング素子のサージ吸収
回路を改良し、スイッチング素子を完全に保護するとと
もに極性の切換時に適当な電圧を溶接部に供給してアー
クの再点弧を確保したものである。

〈従来の技術〉 第６図に従来の交流アーク溶接機の例を示す。同図に
おいて１は直流電源であり、通常商用交流を整流して得
られる。２はインバータ回路であり直流電源１の出力を
高周波の交流に変換する。３は変圧器であり、インバー
タ回路２の出力をアーク溶接に適した電圧に変換する。
４は変圧器３の出力を整流して再び直流する整流回路、
５は平滑用リアクトル、6aないし6dはブリッジ接続され
たスイッチング素子であり、6aと6bまたは6cと6dがそれ
ぞれ同時に導通、遮断をくりかえして整流回路４の出力
を正・逆両極性の交流出力に変換する。7aないし7dはス
イッチング素子6aないし6dにそれぞれ逆並列接続された
ダイオードであり、各スイッチング素子が遮断したとき
にスイッチング素子に逆電圧が印加されるのを防止する
ために設けられる。８は溶接用のトーチに取付けられた
電極、９は被溶接物である。10a,10bは出力を電極８お
よび被溶接物９に導くためのケーブルであり、11は出力
電流検出器、12は出力電流検出器の出力を受けて、これ
を所定値に保つようにインバータ回路２を調整するイン
バータ回路制御部、13はスイッチング素子制御部であ
り、所定の時間幅と順序でスイッチング素子6aと6b、ま
たは6cと6dをそれぞれ１組として同時にON-OFF制御す
る。14はコンデンサでありスイッチング素子6aないし6d
に高いサージ電圧が印加されることを防止するサージ吸
収用コンデンサである。またLcはケーブル10a,10bに含
まれる分布インダクタンスであり、説明の都合上集合定
数で示してある。

第６図の従来装置において、スイッチング素子6a,6b
が導通している状態から、これらが遮断し、次にスイッ
チング素子6c,6dが導通するときを考える。スイッチン
グ素子6a,6bが導通しているとき、電流はこれによって
被溶接物９から電極８に向う方向に流れている。この状
態でスイッチング素子6a,6bが遮断すると整流回路４か
らの電流は供給されなくなるが、ケーブル10a,10bのイ
ンダクタンスLcのために被溶接物９から電極８に向う電
流は急に零になり得ず、インダクタンスLcに蓄えられて
いた電極エネルギーによって電流は、被溶接物9,電極8,
ケーブル10a,ダイオード7d,サージ吸収用コンデンサ14,
ダイオード7c,ケーブル10b,被溶接物９を巡る回路を流
れる。この電流によって、サージ吸収用コンデンサ14は
リアクトル５側が正極性となる極性に充電される。同様
に、スイッチング素子6c,6dが導通していて遮断すると
きも電流の通路がケーブル10a、10bにおいて逆方向にな
るだけで、サージ吸収用コンデンサ14は同じ極性に充電
される。このように電流が継続することによってスイッ
チング素子4aないし4dにはインダクタンスLcに流れてい
た電流を遮断するときの高いサージ電圧が印加されるこ
とがなく、過電圧による破壊が防止できるものである。
またこのときサージ吸収用コンデンサ14の充電電圧は、
整流回路４の出力より高い電圧に達するが、この電圧は
次に先と逆の方向のスイッチング素子が導通したときに
電極８と被溶接物９との間に印加されて、極性の切替時
に一旦消滅したアークの再点弧に役立つものである。

〈考案が解決しようとする問題点〉 上記の従来装置において、サージ吸収用コンデンサ14
は極性切替時にケーブルのインダクタンスによって発生
するサージ電圧を抑制するとともに、このサージ電圧を
ある程度蓄積し、アークの再点弧に必要な電圧を確保す
る役目を有するものである。しかるに、極性を切替える
べく導通状態にあるスイッチング素子を遮断したときに
ケーブル10a,10bのインダクタンスLcに保有する電磁エ
ネルギーは直前の電流をIaとすれば［1/2・Lc・Ia²］で
あるから、インダクタンスLcおよび電流Iaによって大き
く変化することになる。それ故、サージ吸収用コンデン
サ14の容量を一定にしておくと、ケーブル長やその設定
状態（巻いてあるか延ばしてあるか、または鉄板の上を
引きまわしているか等）によってインダクタンスが変化
し、またこれらが同一条件であっても使用する電流によ
って変化することになる。したがって、このような外部
条件の変化に応じてサージ吸収用コンデンサ14の充電電
圧、即ちスイッチング素子4aないし4dに印加される電圧
は変化することになる。それ故、ある状態のところで極
性切替時に発生する電圧がスイッチング素子4aないし4d
の耐圧より低く、かつアークの再点弧に必要な電圧より
も高くなるようにサージ吸収用コンデンサ14の容量が選
定されていても、もし電流が大きくなったり、ケーブル
が延長されたりすると、サージ吸収用コンデンサ14の端
子電圧は予定より高くなってスイッチング素子を破壊し
てしまうことが発生し、逆に電流が低くなるとサージ吸
収用コンデンサ14に充電される電圧が低くなりすぎてア
ークの再点弧に不足してアーク切れを招くことになる。
このため、従来装置においては確実なアークの再点弧が
確保できる程度の容量のサージ吸収用コンデンサを接続
するに留め、これによって発生する高いサージ電圧に対
してはスイッチング素子に耐圧の高い素子を使用するこ
とによって対応していたために高価な装置となってい
た。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案においては、サージ吸収用のコンデンサを極性
切替用スイッチング素子の端子間に並列に接続するとと
もに、これと並列に開閉回路と補助コンデンサとからな
る直列回路を接続し、極性切替用のスイッチング素子の
端子電圧が一定値以上になったときに、この開閉回路を
閉じて補助コンデンサをサージ吸収用コンデンサに並列
に接続して極性切替用のスイッチング素子の端子に並列
に接続されるコンデンサの全容量を増大させて、より以
上の電圧の上昇を抑制することによって上記従来装置の
問題点を解決したものである。

〈実施例〉 第１図に本考案の実施例を示す。同図において１ない
し14は第６図の従来装置と同機能のものに同符号を付し
てある。15はスイッチング素子6aないし6dの端子電圧検
出器であり、入力電圧が設定値以上となったときにハイ
レベル信号を出力する。16は補助コンデンサであり、17
は補助コンデンサ16と直列に接続されたスイッチであ
り、電圧検出器15の出力がハイレベルとなったときに導
通するサイリスタやトランジスタ等である。その極性は
図示の場合、補助コンデンサ16からスイッチ17に向う方
向の電流に対して順方向となるものであり、インダクタ
ンスLcの蓄積エネルギーがダイオード7aないし7dを通っ
て充電されるときに順方向となる極性に接続しておく。
18はスイッチ17と逆の極性で並列に接続されたダイオー
ドであり、スイッチ17とダイオード18とは補助コンデン
サ16に直列接続された開閉回路を構成している。またサ
ージ吸収用コンデンサ14は、本考案においては従来装置
に比較して小容量のものを用いることができる。

このサージ吸収用コンデンサ14の容量としては、出力
電流の最小値に対して略標準のケーブル長さを用いたと
きにスイッチング素子6aないし6dがON-OFFしたときに発
生するサージ電圧をアークの再生に必要な適値に抑制す
る程度の容量を目途とすればよい。

同図の実施例においては、スイッチング素子6aないし
6dの端子電圧Vdが電圧検出器15の設定電圧Vsよりも低い
間は、スイッチ17は解放のままであり、このためにスイ
ッチング素子6aないし6dの両端に並列に接続されている
コンデンサはサージ吸収用コンデンサ14のみである。ケ
ーブル10a,10bのインダクタンスが大きくなるかまたは
溶接電流が大きくなるかして極性の切替時やアークの中
断時にスイッチング素子6aないし６の両端に発生する電
圧Vdが大きくなって設定電圧Vsよりも高くなると、スイ
ッチ17が閉じてサージ吸収用コンデンサ14と補助コンデ
ンサ16とが並列に接続されて、より以上の電圧上昇を抑
制するように働く。この状態でアークが再点弧すると、
補助コンデンサ16に充電された電荷はダイオード18を通
って放出されて補助コンデンサ16の端子電圧は整流回路
４の出力電圧まで低下する。

第２図は本考案の別の実施例を示す接続図である。同
図の例においては、サージ吸収用コンデンサ14がダイオ
ード19と抵抗器20とからなる並列回路と直列にしてスイ
ッチング素子4aないし4dの端子間に接続されており、サ
ージ吸収用コンデンサ14の充電速度と放電速度とに差を
もたせた回路となっている。また補助コンデンサ16とス
イッチ17およびダイオード18の回路は、サージ吸収用コ
ンデンサ14に並列に接続されており、スイッチ17は電圧
検出器15の出力がハイレベルとなったときに導通するサ
イリスタを用いる例が示してある。このサイリスタは電
圧検出器15の出力がハイレベルになったときに導通し、
この後にアークが再点弧して補助コンデンサ16の充電電
荷がダイオード18を通して放電し始めたときにダイオー
ド18の順方向電圧降下によってバイパスされて遮断す
る。上記の他は第１図に示した実施例と同様であるので
詳細な説明は省略する。

なお、第２図においてサージ吸収用コンデンサ14また
は補助コンデンサ16への充放電の時定数を変化させる必
要がないときにはダイオード19を取除いてもよい。

また、第１図および第２図に示した実施例において
は、サージ吸収用コンデンサ14に並列に接続する補助コ
ンデンサと開閉回路との直列回路は１組であるが、この
場合は十分なサージ電圧の吸収効果を得ようとすると補
助コンデンサ16の容量を比較的大容量のものにしなけれ
ばならない。このために、開閉回路のスイッチ17が導通
した瞬間に総合コンデンサ容量が大きく変化して誘起電
圧の抑制効果も飛躍的に増加することになり、アークの
再点弧に必要な電圧が不足するようになる。このような
大きな変化をなくすためには、電圧検出器と補助コンデ
ンサと開閉回路とを２組以上設けておき、開閉回路を適
当な電圧差によって順次導通させるように電圧検出器も
ことなる電圧によって開閉回路を動作させるように設定
しておけばよい。

第３図は２組の補助コンデンサと開閉回路および電圧
検出器を設けた本考案の別の実施例である。同図におい
ては、サージ吸収用コンデンサ14には補助コンデンサ16
a,スイッチ17aおよびダイオード18aからなる第１の回路
と、補助コンデンサ16b,スイッチ17bおよびダイオード1
8bからなる第２の回路とが並列に接続されており、各ス
イッチにはそれぞれ異なる検出電圧にて出力を発生する
ように設定された電圧検出器15aと15bとから導通指令信
号が供給される。

第３図の実施例において、電圧検出器15a,15bの各設
定電圧Vsa,Vsbを、例えば となるように設定しておけば、出力電流の極性切替時に
発生する電圧の変化が大きい範囲のときにも十分に安定
な保護とアークの再点弧電圧の確保とが行い得るもので
ある。

第４図は本考案の別の実施例を示す接続図である。同
図においてはインバータ回路２の出力を変換する変圧器
としてセンタータップを有する２次巻線を有するものを
使用し、整流回路４はこの変圧器の出力電圧を正・負及
び零の両極性の２系統の直流出力を得るように両波整流
する回路を用いている。また、リアクトルは各極性毎に
別々に設けられたリアクトル5a,5bを使用している。こ
のリアクトル5aと5bとはその巻線が共通の鉄心に巻かれ
ており、図中に・印にて極性を示したように直列に接続
されたスイッチング素子6a,6bが導通したときに流れる
電流によって共有する鉄心に同一方向の磁束が発生する
極性となるように巻方向が定められている。またサージ
吸収用コンデンサは直流電源の各極性毎に14aと14bとが
設けられており、これと並列に接続される補助コンデン
サと開閉回路との直列回路も補助コンデンサ16aとスイ
ッチ17a、ダイオード18aおよび補助コンデンサ16bとス
イッチ17、ダイオード18bの２組が設けられている。同
様に、電圧検出器も15aと15bとの２個が設けられ、それ
ぞれスイッチ17a,17bに導通信号を供給する。

同図の実施例においては、直流電源がセンタータップ
を有する変圧器の２次巻線の出力を正・負および零の両
極性に両波整流する方式のものを採用したので、スイッ
チング素子がそれぞれの出力に直列接続された２個で構
成できることになる。また、リアクトルを前述のように
共通鉄心に巻いた２個の巻線のそれぞれ一方を整流回路
の正・負各出力に直列とし、その極性を上述のようにし
たのでスイッチング素子6aの導通から6bの導通に切替わ
るとき（あるいはこの逆のとき）にリアクリル5a（また
は5b）に蓄えられていた電磁エネルギーが鉄心を共有す
ることから磁気結合によりリアクトリル5bに直ちに移行
し、逆方向の電流の立上りを急峻にして略矩形波状の出
力電流変化が得られることになる。それ故、第１図ない
し第３図の実施例のように極性の切替時に出力電流が急
減するためにリアクトル５からサージ吸収用コンデンサ
14に流れ込む電流がなくなる。このためサージ吸収用コ
ンデンサ14はケーブル10a,10bのインダクタンスによる
誘起電圧のみを吸収すればよいことになるので、小容量
のものでよいことになる。

なお、第４図の実施例において、正・負および零の両
極性の直流電源を得るためには変圧器の２次巻線をセン
タータップ付とする図示の方法以外に、通常の単一２次
巻線を用いて、これを両波整流し、この整流出力を直列
接続した２個の平滑コンデンサに供給し、このコンデン
サの両端を正・負出力とし、コンデンサの共通接続点を
零電位出力端子としてもよい。

第５図にこの方式を採用した実施例を示す。同図にお
いてはリアクトル５は直流出力の共通端子に１個だけ設
けてあるが、このリアクトルとしては第４図のように正
・負各出力部に直列に１個ずつ設けて両者を相互に磁気
的に密結合としてもよい。

第１図ないし第５図に示した実施例においては、直流
電源を得るために交流電源の出力を整流した後にインバ
ータ回路によって交流に変換し、変圧器にて所要の電圧
に変換した後に再度整流する方式のものについて示した
が、直流電源としてはこの方式以外にあらゆる方式の直
流電源回路が用い得ることはもちろんである。

また、その出力制御方式も各実施例に示したように出
力電流をフィードバックして一定電流を得る方式のもの
以外に、出力電圧をフィードバックして一定電圧を得る
方式のものでもよい。

〈考案の効果〉 上記のように、本考案の交流アーク溶接機は、使用す
る溶接電流やケーブルインダクタンスの変化に応じてサ
ージ吸収用として作用するコンデンサの容量が変化する
ので、スイッチング素子によって出力極性を切替えると
きに発生するサージ電圧を常に安全な電圧範囲に抑制す
るとともに、極性の切替時に一旦消滅するアークの再点
弧に必要な電圧を確保することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す接続図、第２図ないし第
５図は別の実施例を示す接続図、第６図は従来の溶接機
の例を示す接続図である。 １……直列電源、２……インバータ回路、３……変圧
器、４……整流回路、5,5a,5b……リアクトル、6a,6b,6
c,6d……スイッチング素子、10a,10b……ケーブル、11
……電流検出器、12……インバータ回路制御部、13……
スイッチング素子制御部、14……サージ吸収用コンデン
サ、15……電圧検出器、16,16a,16b……補助コンデン
サ、17,17a,17b……スイッチ、18,18a,18b……ダイオー
ド、Lc……ケーブルの分布インダクタンスを集中定数で
示したもの

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−249673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−141854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−105868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−171269（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源の出力をスイッチング素子によっ
   て正・負両極性に切換えて負荷に供給する交流アーク溶
   接機において、前記スイッチング素子の入力端子間にサ
   ージ吸収用のコンデンサを接続し、前記スイッチング素
   子の端子電圧を検出する電圧検出器と、前記サージ吸収
   用コンデンサに並列に接続された補助コンデンサと前記
   補助コンデンサに直列接続されて前記電圧検出器の出力
   が設定値を超えたときに導通する開閉回路とからなる少
   なくとも１組以上の直列回路とを具備した交流アーク溶
   接機。
2. 【請求項２】前記開閉回路は、前記直流電源の出力に対
   して順方向となる単方向スイッチと前記単方向スイッチ
   と逆並列に接続されたダイオードとからなる請求項１に
   記載の交流アーク溶接機。
3. 【請求項３】前記電圧検出器と開閉回路と補助コンデン
   サとは、２組以上並列に接続されており、前記各組の電
   圧検出器は異なる検出電圧において前記開閉回路を導通
   させる信号を出力する回路である請求項１に記載の交流
   アーク溶接機。