JPS5948700B2 - ア−ク溶接電源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアーク溶接の電源についての技術、特に電源
の出力を制御するためにサイリスタを使用した三相変圧
器・整流器型の電源に関する。

アーク溶接用電源は、極めて微妙な出力特性を有してい
る。これらの電源のうち出力電圧が１５〜７０ボルト、
出力電流が５０〜１５００アンペアに可変できるものが
あるが、短絡時の電流の立上がりが高レートのダイナミ
ツクな特性を有すると共に出力中のリツプル分を少なく
しなければならない。リツプル分は、整流後直流出力中
に残る交流変動分によつて表われるが、このようなリツ
プル分は溶接ビード面を波面状とする原因となる。そし
てリツプル分の大きさが過度のものになると、溶接ビー
ドは受入れ難いものになる。一方、ダイナミツク特性は
、アークの起動時にもまた溶滴移行型溶接（低電圧溶接
）時にも極めて重要なことである。

そしてこのダイナミツク特性は、直流回路中のインダタ
タンスの影響を受けるものであり、インダクタンスが過
度の値になると、短絡時の電流立上がりトトが低くなく
なつてしまう。アーク起動中に短絡したり溶接電極の端
の上にある溶滴がプールに接触した場合には、金属が溶
けて短絡路を切るよう電流が増加しなければならない。
このように電流が増加しない場合、アークは起動しない
か溶滴移行が続かなくなる。また電流立上がりレートが
低い時には、溶融していない溶接棒端部が溶接材又は溶
融溜りに直接物理的に接触すること （スタツピング）
もあるがこれは溶接の欠陥となる。整流器の出力中のリ
ツプルを平滑化するために従来は常に直流回路中に所定
量のインダクタンスを入れていたが、これは出力電圧の
可変幅が狭い場合には満足できたがζ可変幅が広い場合
は満足できなかつた。

また、直流出力回路中のインダクタンスを増してリツプ
ル分を平滑すると、電源のダイナミツタ特性が低下し、
上記のような溶接に対する悪影響が生じる。

更に重要なことは、溶滴移行型溶接では出力電圧を低く
するためサイリスタの移相角を増加した場合にも同じこ
とが起きることである。更に重要なことはサイリ．スタ
の移相をどんどん増していくと、通常の量のインダクタ
ンスではリツプル分を除けないような状況になることで
ある。こうしたインダクタンスの量を制限するためには
、三相電力の使用が従来は好ましいものであつた。すな
わち三相電力ではリツプル周波数が増大し、その振幅が
減少し、それによりこのリツプルをフイルタ一し若しく
は平滑にするためのインダタタンス必要量を小さくする
ことができる。さらに、リツプル周波数が３６０Ｈｚの
オーダーであるような６相の星形に接続された６個の二
次巻線を有する変圧器を使用する技術もあつた。星形に
接続された二次巻線は、容量の大きいサイリスタと、精
巧な熱保護回路が必要であるのでコスト高となる。精巧
な熱保護回路が必要なのは、各サイリスタが、最大で６
０電気角において導通し、そして常に全溶接電流が一つ
のサイリスタにのみ流れるからである。サイリスタ出力
制御電源において、サイリスタは出力を下げるために位
相を戻すので、リツプルの量は上昇する。

従来の３相および６相星形電源では、そのリツプルが出
力部のチヨークによつて平滑にされている。出力曲線の
ノツチングが生じた場合、すなわちリツプルが非常に過
剰となつた場合、ある点に達し満足できる溶接が得られ
なくなる。すなわち溶接に６相星形システムを用いた場
合、ある移相角になると６つのサイリスタのいずれにも
電流が流れないようになることがある。この現象は「ノ
ツチング」と呼ばれているものであり、このようなノツ
チンダが起きるため位相角が制限され、この結果電源の
使用可能な最低出力電圧も制限される。こうした場合に
、サイリスタの位相を１２０゜戻して出力部のノツチン
グを平滑にするためには多量のインダクタンスが必要と
なり、溶接は満足には行われない。

また、ダブルＹとしての６個の二次巻線を、３相巻線の
システムの内側端子に接続することも知られているが、
３相巻線は中性点を形成すべ＜相互に接続されており、
複数の中性点は相間変圧器によつて、電源のマイナス出
力をもたらす中間タツプに相互に接続されている。

そのような装置は米国特許第３，３７１，２４２号（Ａ
ｌｄｅｎｈＯｆｆ他）に示されている。相間変圧器シス
テムを有するダブルＹは星形装置とは異なり、ダブルＹ
における各サイリスタは、最大で１２０電気角を導通し
、かつその導通中に各サイリスタは全溶接電流の１／２
のみを導通する。

ある意味ではダブルＹシステムの相間変圧器は、二つの
Ｙシステムの間で電流を正しく分流し、それにより二つ
の二次巻線システムは並列に動作する。相間変圧器は通
常、成層鉄心に巻いた二つのコイルからなる。

二つのコイルのＭｍｆは向き合つており、したがつて等
しいＭｍｆを保つている。その結果磁気的結合により、
相間コイルとＹ形二次巻線の間の二つの回路の各々にお
ける電圧のバランスがとれて、並列なＹ形電流を生じ、
その結果として、二つのＹ形電流は大きさと位相におい
て等しく、リツプル周波数は３６０Ｈｚで゛ある。この
ように結合すると、サイリスタの平行動作が可能となり
、約１１３゜ほど位相が戻ることになり、その効果が半
減し動作は６相星形のものと同様となる。相間変圧器の
インダクタンスは、全く漏れインダクタンスに起因して
おり、このインダクタンスの大きさはアークを満足させ
るほどではない。

したがつて米国特許第３，３７１，２４２号の示す平滑
チヨークが、ＤＣ出力回路に必要であり、それにより溶
接用のインダクタンスが生ずる。６相星形と同様に、相
間変圧器を有するダブルＹは、サイリスタの遅れ位相１
２０゜における出力部のノツチングを平滑にするための
チヨークに多量のインダクタンスを必要とするので、こ
のような低い出力における溶接は満足できるものとなら
ない。

すなわち、サイリスタが出力を下げるために位相を遅ら
されるとき、出力部のノツチングを除くためにより多く
のインダクタンスが平滑チヨークに必要となる。

しかし、この遅れ位相は電極棒端部と溶接プールの間の
落下型転移を起こすために出力電圧が下げられた時に存
在し、したがつて遅れ位相によつて起きた出力部のリツ
プルを平滑にするためにインダクタンスが必要となり、
このタイプの短い回路溶接は不可能となる。しかし、所
定のサイリスタに対する相間変圧器を有するダブルＹは
６相星形よりも二倍の溶接電流を処理できるので、３相
ダブルＹが６相星形よりも優れている。

本明細書および図面中で使用するＭｍｆなる用語は、起
磁力なる用語の略語であり、コア内の磁束を発生する力
を意味する。

この起磁力（Ｍｍｆ）は、コイルの巻数とコイル中を流
れる電流との積であり、コアに対しては磁束と定数リラ
クタンスとの積である。

従つて、上記関係式からリラクタンス項を消去すれば、
「Ｍｍｆ」を容易に求めることができるので、コアが同
一の場合、あるコイルから発生す’る磁束の別のコイル
に対する電気的影響を計算する際に磁束の代わりにＭｍ
ｆを使用できる。

この発明はサイリスタを有するダブルＹ二次手段を提供
するものであり、これにより前述の難点等が克服され、
別の平滑チヨークを要することなく溶接回路に必要なイ
ンダクタンスを生ぜしめ、ノツチングの悪影響が現われ
る前にサイリスタの位相を大きく遅らせることを可能と
するものである。この発明によると、電源変圧器はダブ
ルＹとして接続された各三つの巻線からなる二つの二次
側を有しており、二つのＹの中性点は電源の端子の一つ
に電力を供給しさらに一対の独立したインダクタンスの
一つは各二次側および電源の一端子と直列に接続されて
なる。

この発明と先行技術との相違について述べると、この発
明では一つのインダクタンスの一つのコイルの磁束は他
のインダクタンスのコイルの磁束に相互作用を殆んどあ
るいは全＜起こさないが、相間変圧器では変圧器の各コ
イルの磁束は他″のコイルに影響を及ぼす。

相間電圧をこのように扱うことにより、６相星形電源と
、相間変圧器のダブルＹにおける溶接の問題点を克服で
きる。この発明は相間変圧器におけるダブルＹと同様で
あり、二つのシステムはダブルＹ二次回路の平行動作を
する。この平行動作を許容する相間電圧を生ぜしめる手
段は、比較的大きい遅れ位相角における溶接出力部のノ
ツチングを小さくする。この発明はまた、アーク条件を
満足させるための溶接回路に十分なインダクタンスを発
生させるが、これは独立インダクタンスの設計が予め選
択したインダクタンスの大きさにすることが可能であり
、したがつて平滑チヨークを必要としないためである。
この発明のダブルＹの平行動作は相間変圧器を有するダ
ブルＹを採用した回路と同じサイリスタの定格電流とな
り、経済的な小さいサイリスタを使用できる。この発明
では、個々の独立巻線は鉄製のコア型あるいはシエル型
に巻いてもよいし、あるいは側部鉄心の二倍の中央鉄心
を有するシエル型成層部の外側鉄心に巻いてもよいが、
後者の場合には、中央鉄心のＭｍｆは逆相あるいは加極
性である、しかしＭｍｆが加極性であれば、三次巻線を
中間点と電源の出力に直列に中央鉄心に配することがで
き、したがつてＤＣ電流は磁気回路に付加のア，ンペア
回数をもたらし、独立インダクタンスの全インダクタン
スを増加させることになる。

この場合、中央鉄心には飽和を防止するためエアギヤツ
プが必要となる。分流器により、あるいはコイルの巻数
を変えることにより、コイルの励磁程度を制御すること
で、可変インダクタンスは多様な溶接アーク要件に適う
よう設計され得る。相間変圧器の巻線は変圧器の漏れリ
アクタンスによるインダクタンスをいく分含んでおり、
この発明はどの場合にも、相間変圧器における通常の漏
れリアクタンスによつて生じた過剰の各二次側に直列の
独立インダクタンスを想定しているものである。

動作の差異はむしろ微妙である。

従来の相間変圧器あるいは本発明による独立インダクタ
ンスともに位相が互いに１８０゜となるようなダブルＹ
に接続された二次巻線の平行動作のために使用すること
ができる。二つのシステム間の主な相違について述べる
と、従来の相間変圧器においては相間電圧は二つの相間
コイルの間の相互インダクタンスの結果であり、一方、
独立インダクタンスの電圧は自己インダクタンスの結果
である。

このような差異が、この発明の新規性のある成果をもた
らすのである。相間変圧器を使つたものでは、相互磁気
結合により、２つの相互結合したコイルセグメントを流
れる電流をロツキングするので、２つの３相Ｙ結線２次
巻線を流れる電流のバランスをとる。

このようなロツキング効果が生じるのは、各コイルセグ
メント中の電流によりコア内に起磁力（Ｍｍｆ）が生じ
、この起磁力により他方のコイルセグメントに等しい電
流を発生するからである。

従つて、２つのコイルセグメント中の電流は等しく同位
相となり、両電流のリツプルのピークとピークは一致し
、谷と谷とは一致し、更に両電流のリツプル周波数は３
６０ヘルツとなる。相間変圧器を使つた回路の各電流の
波形は、第７図Ａ，ｂに例示してあるが、このうち電流
１１および１２は、相間変圧器のコイルセグメントを通
過する電流であり、ＩＯはこれら電流の合計すなわち溶
接電流である。

また第７図ａには移相角が０゜の場合と第７図ｂに９０
゜の場合を示すが、いずれの場合でも１１および１２の
リツプル周波数は３６０ヘルツで同位相となつている。
従つて２つの電流が重ねられてＩ。となるので、リツプ
ル分は互いに強め合うことになる。相間変圧器の２つの
コイルセグメントは同一閉コア上に巻かれており、極め
て密に巻かれているのでインダクタンスはあつたとして
も極めて僅かである。

従つて、この場合のコイルは変圧器を形成するのであつ
て、インダクタンスを形成するのではない。またリツプ
ル分があるので平滑用チヨークを設ける必要がある。し
かしながら、このように平滑用チヨークを設けると移相
角を大きくした時に問題が生じる。例えば、移相角を１
１３゜にすると、ノツチングは無視できないものとなり
、溶接電流は不安定となり、溶接を続けることができな
くなる。一方、本発明の独立インダクタンスは、上記の
相間変圧器は異なる原理にて作動する。

２つの独立インダクタンスを採用した回路の電流１１，
Ｉ，およびＩ。

の波形は、第８図Ａ，ｂに示してあてあるが第８図ａは
移相角が０゜の場合、第８図ｂは移相角が９０゜の場合
である。各インダクタンスを形成する巻線は、相互に結
合していないので、電流１１および１２の位相はずれる
。第８図Ａ，ｂから１１および１２のリツプル周波数は
１８０ヘルツで位相が６０゜ずれていることが理解され
よう。これら２つの電流が重なり合つて溶接電流Ｉ。と
なると、これら２つの電流のリツプル分は、相間変圧器
の場合の強め合うのとは逆に打消し合う。移相角が０゜
の場合でもまた９０゜の場合でも溶接電流Ｉ。は従来の
相間変圧器を使つた回路での対応する電流よりもより平
滑化される。本発明では、移相角が１６０゜になつて始
めて制御できないノツチングが起きる。このため電源の
有効レンジが大幅に広がる。本発明の一つの特徴は、２
つの独立インダクタンスの間の相互結合が起きないよう
にしたことにある。この発明の他の目的は、変圧器はダ
ブルＹとして接続された６つの二次巻線を有し、Ｙの中
性点は一次の独立のインダクタンスによつて相互に接続
されており、それによりサイリスタの遅れ位相を、出力
部に悪影響を与えることなく使用できる前記の電源を提
供することにある。

さらに他の目的は独立のインダクタンスが良好な溶接条
件をもたらすため電源に必要な全てのインダクタンスを
与えてなる前記の電源を提供することにある。

さらに他の目的は、インダクタンスのＭｍｆが鉄心に付
加的に流れ、電源の出力電流が巻線を介してＭｍｆに付
加または減少をもたらし、それにより独立のインダクタ
ンスのインダクタンスおよび／あるいは相互接合は電源
の出力電流につれて可変となり得るダブルＹ接続のアー
ク溶接電源の一対の独立の相間インダクタンスを提供す
ることにある。本発明は相間トランスの代わりに独立イ
ンダクタンスを使用したものであり、これにより従来の
同じような電源よりも溶接電流のレンジがより広くなつ
た。

またこのような効果を得るに際し、出力電流を不安定に
することもなし、溶接機の出力中に平滑用チヨークを設
ける必要もない。平滑用チヨークが不要であるため短絡
時の電流立上がりレートを大きく保持でき、かつ小溶接
電流時にも良好な溶接動特性が得られる。以下、図示す
る本発明の実施例により説明する。

第１図はアーク溶接電源を示しており、３つの一次巻線
Ｐ，〜Ｐ。

と６つの二次巻線Ｓ，〜Ｓ。とからなり、二次巻線Ｓ，
〜Ｓ。のＹ結線と二次巻線Ｓ。〜Ｓ。のＹ結線は中性点
１０，１０′を形成すべく互いに接続された内端子と、
サイリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのアノードに
各々接続され外端子とを有するよう接続されており、前
記サイリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのカソード
は全て相互に接続されて分流器Ｒ６Ｏを介して正出力端
子１２を形成している。この発明によれば、中性点１０
，１０′は電源の負の出力端子１５に電力供給する一対
の独立インダクタンスＬＩＯ，ＬｌＯ’が各々各セツト
の巻線と出力端子に直列して接続されている。第１図は
サイリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ６個の全てを
示しているが、点弧回路については二つについてのみ示
している。

すなわち各サイリスタＳＣＲＡ，Ｂに１８０゜位相差の
無負荷電圧を供給する二次巻線Ｓｌ，Ｓ４に連らなる回
路についてのみ示している。サイリスタのゲートはパイ
ロツトサイリスタすなわちＳＣＲＩ，ＳＣＲ４によつて
点弧され、パイロツトサイリスタＳＣＲＩ，４はプログ
ラマブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタＱＵＩに
より導通され、かつ別個に設けられた制御回路（図示せ
ず。）から、増幅されフイルタされた信号に反応して点
弧する。図示したように、６本の二次巻線Ｓ，〜Ｓ。

が１対の三相二次巻線を構成しており、これらの二次巻
線であるコイルは各コイルに流れる電流が互いに移相ず
れを起こすようにトランス・コア上に巻かれている。す
なわち、二次巻線Ｓ，に流れる電流を基準にとれば、二
次巻線Ｓ。

に流れる電流は二次巻線Ｓ，に流れる電流から６０゜位
相がずれている。また、二次巻線Ｓ。に流れる電流は二
次巻線Ｓ。に流れる電流から６０゜位相がずれている。
同様に、二次巻線Ｓ，に流れる電流は二次巻線Ｓ。に流
れる電流から６０゜位相がずれている。さらに、二次巻
線Ｓ，に流れる電流は二次巻線Ｓ，に流れる電流から６
０゜位相がずれている。そして、二次巻線Ｓ５に流れる
電流は二次巻線Ｓ。に流れる電流よりも６０゜位相がず
れており、二次巻線Ｓ，に流れる電流は二次巻線Ｓ５に
流れｌる電流よりも６０゜位相がずれている。こうして
、３６０゜の全電流サイクルは前記各二次巻線Ｓ，〜Ｓ
。

を通つて二次巻線Ｓ，に戻り、各二次巻線Ｓ１〜Ｓ６は
６０゜づつの位相ずれを有している。別な観点から見れ
ば、図示した通常の２つのＹ結線された三相二次巻線に
おいて、一方の三相二次巻線が他方の三相二次巻線に対
して６０゜位相がずれている。対をなすサイリスタ、す
なわちサイリスタＳＣＲＡ，サイリスタＳＣＲＢ：サイ
リスタＳＣＲＣ、サイリスタＳＣＲＤ：およびサイリス
タＳＣＲＥ、サイリスタＳＣＲＦは、前記の対をなす二
次巻線に連らなつている。対をなすサイリスタＳＣＲは
各夕以下に述べる点弧回路により点弧される。一つの点
弧回路のみ第１図に示したが、他の二つも同様である。
変圧器Ｔは、溶接回路に最小のインダクタンスを加える
ために最小の漏れリアクタンスを有するよう構成されて
いる。

出力電圧は、電流が変化しても本質的に一定である。電
源における唯一のインダクタンスはインダクタンスＬ］
０，Ｌ１０″により供給されたものであり、リツプル周
波数のみがそのインダタタンスに依存している。この発
明の重要部分の一つは、二次巻線の各セツトは相間変圧
器とは異なり、独立のインダクタンスＬｌＯ，Ｌｌ『が
直列に接続されている点ノである。

すなわち二つのインダクタンスのＭｍｆは、従来の相間
変圧器と異なり、互いに対向しないように配されている
。第２図に示されるように、インダクタンスＬｌＯ，Ｌ
ｌ『は各々一対の巻線］６，１６″を有し、各巻線は別
々の鉄心，１７，１７″上にあつて、エアギヤツプを有
する場合もあれば有さない場合もある。図示する実施例
ではインダクタンスＬｌＯ，Ｌｌ『は各々中性点１０，
１『から中間点１４に接続されている。または第３図に
示されるように、鉄心は一対の側部鉄心１８，１８と、
その断面積のほぼ２倍の中央鉄心２０とを有するシエル
型であつてもよい。

インダクタンスの巻線１６，１６″が中央鉄心２０，２
『に巻かれる。 ｊまたは第４図
に示されるように、鉄心は一対の側部鉄心１８，］８″
と、その断面積のほぼ２倍の中央鉄心とを有するシエル
型であつてもよく、側部鉄心に巻かれた巻線１６，１６
″は中央鉄心２０にＭｆを付加するように励磁される。
鉄心２・０の断面積は側部鉄心１８，１８″の２倍であ
るから、巻線１６，１６″の間に相互結合は実質的に起
こらない。後者の場合、中間点１４と出力端子１５に直
列インダクタンスＬｌ２を用いることも可能である。

出力端子１５の巻線は中央鉄心２０の巻線２］と、第６
図の成層鉄心とからなり、そのＭｍｆは側部鉄心の巻線
１６，１６″のＭｍｆすなわち独立のインダクタンスに
対して付加的または減少的である。この巻線２１を使用
する場合、成層の中央鉄心にはその飽和を妨げるための
エアギヤツプが必要となる。この巻線２１の電流は、独
立のインダタタンスに加えてある変圧器作用を起こす。
この巻線２１あるいはインダクタンスＬｌ２は必須では
ないので、第１図に点線で示した。 第２図〜第５図の
成層形状物には必要に応じてあるいは任意にエアギヤツ
プ（図示せず）を設けてもよい第４図、第５図のシエル
型コアおよび巻線形状が好ましい。

比較的低い電流定格の装置では、エアギヤツプは必要と
しない。比較的高い電流定格の装置では、各側部鉄心お
よび中央鉄心にエアギヤツプを設けることが好ましい。
後者の場合、独立のインダクタンス作用に加えて、僅か
な相間変圧器作用が生じる。第６図に示したタイプのシ
エル型コアでは互いに並行な両側部鉄心１８，１８″と
中央鉄心２０とからなり、当該中央鉄心２０は両側部鉄
心１８，１８″のほぼ２倍の断面積を有し、磁束密度は
これらの各鉄心］８，１８″， ２０において等しく形
成される。

このタイプのシエルは第５図に示したシエルと比較して
中央鉄心２０に第三巻線２１が巻かれている点で異なつ
ており、この第三巻線２１が平滑チヨークとして作用す
る。

こうして、第５図のシエルに第三巻線２１を巻きつけた
のは、平滑用チヨークとして作用させる場合に別個のコ
アを設けるよりも経済的となるためである。１５００ア
ンペアの最大出力のための電源に用いる典型的なシエル
型コアの側部鉄心１８，１８″は断面が２．６９ｃｍＸ
２４．８ｃｍ（１．０６インチ×９．７５インチ）、エ
アギヤツプが０．０７６ｃＩｎ（０．０３０インチ）、
中央鉄心２０は断面が５．３８ｃｍＸ２４．７７ｃＴｎ
（２．１２インチ×９．７５インチ）、エアギヤツプが
０．２３ｃｍ（０．０９２インチ）である。

各巻線１６，１６″は１６回巻いてある。このような構
造にしたのは、製造コスト、重量および大きさを低減す
るためであり、これらのコアの各々は、２つのコイル間
に相互結合が生じなく、２つのコイルが独立インダクタ
ンスとして作動できるように設計されている。操作の際
、独立のインダクタンスはゼロ出力で作用せず、対応す
る各サイリスタＳＣＲＬＪＡ，Ｃ，Ｆ及びサイリスタＳ
ＣＲＬｊＢ，Ｄ，Ｅは１８０゜順バイアスされる。

ここで、出力電流Ｉ。

が流れると独立のインダクタンスＬＩＯ，ＬＩＯ′は電
流Ｉ，，Ｉ。で励起され、独立のインダクタンスの自己
インダクタンスにより電流Ｉ，，Ｉ。はサイリスタＳＣ
Ｒ□．Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ（７）０゜又は９０゜の
位相制御角において約６０゜の相対位相変位が起こる。
ところが相間変圧器の場合は、その各巻線の電流はサイ
リスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの遅れ位相角とほ
ぼ同じ位相にある。

独立のインダクタンスを用いる出力電流Ｉ。のリツプル
量は、したがつて相間変圧器における場合よりも実質的
に少ない。この発明によれば、中間点１４と出力端子１
５とに直列に付加的インダクタンスを使用する必要はな
くなる。インダクタンスＬＩＯ，ＬｌＯ’のインダクタ
ンスが十分にアーク要件を満足させるのである。サイリ
スタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ．Ｆの点弧回路の三つの
同位相のうちの一つが第１図に示されている。

三つの相の全点弧回路のうち、一つの高周波チヨークＬ
，と、一つの高周波フイルタコンデンサＣｌ９が必須で
ある。高周波チヨークＬ，の出力が他の二つの点弧回路
（図示せず）に給電する。コンデンサＣＳＣＲＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは各サイリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆのゲートの対向する位置にあり、コンデンサＣＳ
ＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは高周波防害保護のため各
サイリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにできるだけ
近くに配されている。

点弧回路用の電源は１１０ボルトの補助変圧器（図示せ
ず）から供給される交流電圧であり、これはサイリスタ
ＳＣＲＡ，Ｂのアノード電圧と同位相である。

この交流電圧は、ダイオードＤｌ，Ｄ４，Ｄｌ３，Ｄｌ
６により全波整流されており、プログラマブル・ユニジ
ヤンクシヨン・トランジスタＱＵＩのアノードに通電す
る。この交流電圧はまた、ダイオードＤｌ，Ｄ４により
半波整流されており、サイリスタＳＣＲＡ，Ｂのゲート
パルス供給コンデンサＣ７，ＣＩＯを充電するために用
いられる。半波パルスは、点弧するサイリスタＳＣＲＡ
，Ｂのアノード電圧と同位相である。二つの安定抵抗器
Ｒ４，ＲｌがツエナダイオードＤＺＩ，ＤＺ４への電流
を制限している。時限回路に現れる電圧のひずみを小さ
くするために、抵抗Ｒ４、コンデンサＣ７のＲＣ時定数
は最小に保たれている。これにより、サイリスタＳＣＲ
Ａ，Ｂの最大導通角をもたらすための、時間に対する適
正な電圧レベルが十分に早く達成される。ゲートパルス
のタイミング、すなわちサイリスタＳＣＲＡ，Ｂがオン
になるゲートパルスを受ける順バイアスの時点は、時限
回路特にプログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トラン
ジスタＱＵＩのアノードとゲートの電圧レベルにより決
まる。アノードの電圧がゲートの電圧を超過すると、プ
ログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタＱＵ
Ｉは動作する。ゲートにおける電圧は、チヨーク・コイ
ルＬ１とトリマＲ４９のタツプの位置およびダイオード
Ｄ３ｌを介して従来用いられている典型的な制御回路（
図示せず）からのフイードバツクによつて制御されてい
る。コンデンサＣｌ９，Ｃ２３は高周波電流のみフイル
タする。プログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トラン
ジスタＱＵｌのアノードの電圧は、レジスタ．ダイオー
ドおよびコンデンサによつて制御され、したがつて、サ
イリスタＳＣＲＡ，Ｂがバイアスされるときに、あるい
はサイリスタＳＣＲＡ，Ｂが最大導通角のときに、プロ
グラマブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタＱＵＩ
をオンにするパルスが保証されることになる。電圧印加
サイクルにおいてプログラマブル・ユニジヤンクシヨン
・トランジスタＱＵＩを早くオンにするための十分なエ
ネルギを供給するために、ランプ機能とペデスタル機能
が設けられている。抵抗Ｒ３７，Ｒ４３を通るダイオー
ドＤｌ，Ｄ４，Ｄｌ３，Ｄｌ６からの電圧のハーフ・サ
イクルについてはツエナ一 ・ダイオードＤＺＩでクラ
ンプされ、他のハーフ・サイクルはツエナ一 ・ダイオ
ードＤＺ４でクランプされている。抵抗Ｒ４３，Ｒ３７
、ダイオードＤ２５の組合わせが、コンデンサＣ２９に
対して制御された最大の、低い抵抗の充電路をなしてい
る。それによりコンデンサＣ２９のペデスタル電圧が生
じ、これはＲ４３ Ｒ３７＋Ｒ４３ＸＶＤＺ４−ＶＤ２５に等しいｏダイオ
ードＤ２５はコンデンサＣ２９が抵抗Ｒ４３を介して放
電するのを防いである。

コンデンサＣ２９に直列な抵抗Ｒ４Ｏは高い抵抗の充電
路であり、コンデンサＣ２９のランプ機能をもたらして
いる。プログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トランジ
スタＱＵｌが一たびトリガすると、パルス変圧器ＰＴｌ
の一次巻線を介してコンデンサＣ２９を放電する。

同じ時点でのトリガを保証するため、コンデンサＣ２９
は、毎回同じ初期状態にするため完全に放電しなければ
ならない。そのためにはパイロツトサイリスタＳＣＲｌ
，４へのゲート信号はゲートに容量的に結合されている
。したがつてパイロツトサイリスタＳＣＲｌ，４のゲー
トの電流によるプログラマブル・ユニジヤンクシヨン・
トランジスタＱＵｌに逆バイアスが現われると、コンデ
ンサＣ２９は完全には放電せず、タイミングが再生しな
い。これがこの発明の重要な特，徴である。サイリスタ
ＳＣＲＡ，Ｂの点弧回路は第１図に示すように二つの同
じ回路を有している。

サイリスタＳＣＲＡについてのみ詳細に分析していく。
導線２０３が導線２０４よりも正になると、電流，がダ
イオードＤ７を介して流れ、コンデンサＣ７をツエナ一
・ダイオードＤＺｌにより保持された電圧で充電する。
ダイオードＤ７を流れる電流は抵抗Ｒ１により制限され
ている。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ７はサイリスタＳＣＲ
ｌの回りの緩衝回．路を形成し、電圧（Ｄｖ／Ｄｔ）に
おける速い変化からサイリスタＳＣＲｌを保護している
。抵抗Ｒ２５は漏れ電流のためのアノードからゲートへ
の分流路を提供している。これによりパイロツト・サイ
リスタＳＣＲｌは高い漏れ電流による自己トリ．ガは起
こさない。コンデンサＣｌ３は高周波信号による擬似ト
リガからパイロツト・サイリスタＳＣＲｌのゲートを保
護している。抵抗Ｒｌ９は、サイリスタゲートがコンデ
ンサＣ７の放電により持ち得るサイリスタＳＣＲＡのゲ
ートの最大ピーク電流を制限する抵抗である。プログラ
マブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタＱＵｌがト
リガすると、電圧パルスがパルス変圧器ＰＴｌを介して
伝達され、パイロツトサイリスタＳＣＲｌのゲートにコ
ンデンサＣ２Ｏを介して容量的に結合される。パイロツ
トサイリスタＳＣＲｌがゲートパルスが受取ると、オン
になり、抵抗Ｒ３ｌとＲｌ９とサイリスタＳＣＲＡのゲ
ートの並列組合わせとによつてコンデンサＣ７を放電す
る。そこで、立上がりの先鋭なパルスがサイリスタＳＣ
ＲＡのゲートに加わる。サイリスタＳＣＲｌはオンにな
ると、順バイアスされる限り、すなわちライン２０３が
ライン２０４よりも正の電位である限り、オンであり続
ける。

サイリスタＳＣＲｌの導通から抵抗Ｒ３ｌを通つて発生
した電圧はサイリスタＳＣＲＡのゲートにエネルギを与
える。ライン２０４の半波整流パルスがサイリスタＳＣ
ＲＡの順バイアス電圧と同位相にあるとき、ゲートはサ
イリスタＳＣＲＡが点弧するまでエネルギを受け続ける
。半波パルスがゼロになると、サイリスタＳＣＲｌはオ
フになり、次のパルスがプログラマブル・ユニジヤンク
シヨン・トランジスタＱＵｌからくるまでオフのままで
ある。この半波パルスをここでは「バツクポーチ」エネ
ルギと言う。ごの「バツクポーチ」エネルギは新規では
ないが正確な動作のためには重要である。独立インダク
タンスを持つダブルＹの性質により、サイリスタＳＣＲ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは独立インダクタンスが励起す
る前に順バイアスされる。

独立インダクタンスが励起すると、サイリスタＳＣＲＡ
，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ順電圧は早く達成される。サイリ
スタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの最大伝導率を得る
ために、サイリスタが順バイアスされるとゲートパルス
を起こさせることが必要である。独立インダクタンスが
励発される前の極めて軽い負荷の状態では、コンデンサ
Ｃ７からのヒータゲートパルスはサイリスタＳＣＲＡが
順バイアスされる前に放電される。その結果、１１０Ｖ
交流電源からのバツクポーチエネルギはダイオードＤ７
を介して供給され続けて、順バイアス期間中のサイリス
タＳＣＲＡのゲートに印加される。サイリスタＳＣＲＡ
は軽い負荷におけるバツクポーチエネルギにより点弧さ
れ、さらに独立インダクタンスを十分に励発することが
できる負荷におけるエネルギのパルスにより点弧される
。独立インダクタンスを励発するための典型的な電流は
１０％の定格出力電流である。発光ダイオードＬＥＤは
故障排除のため回路に使用されている。

発光ダイオードＬＤＥが点くと、回路は機能している。
電流制限抵抗Ｒ５２を有する発光ダイオードＬＥＤ７は
、交流電圧が回路を励発していること示す。ダイオード
Ｄ３４は発光ダイオードＬＥＤを逆電圧から保護してい
る。ダイオードＤｌ９，Ｄ２２についても同様のことが
言える。発光ダイオードＬＥＤＩ，４は、エネルギがサ
イリスタＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのゲートに送ら
れていることを示す。抵抗Ｒｌ３，Ｒｌ６はＬＥＤＩ，
４のための電流制限抵抗である。

符号ＴＰＩで示したものは回路を過渡電流から守るサイ
レクタである。以上述べたように、三相ダブルＹ接続で
のサイリスタを採用したアーク溶接電源はこの発明の全
ての目的を果たすものであり、従来の相間トランスの代
わりに独立インダクタンスを使用したものであり、これ
により従来の同じような電源よりも溶接電流のレンジが
より広くなると共に、このような効果を得るに際し、出
力電流を不安定にすることもなく、溶接機の出力中に平
滑用チヨークを設ける必要もない。

平滑用チヨークが不要であるため短絡時の電流立上がり
レートを大きく保持でき、かつ小溶接また電流時にも良
好な溶接特性が得られる。さらに、ノツチングの問題な
くして従来以上のサイリスタの大きい遅れ位相が得られ
、アークの突発的な変化にも対応できるアーク溶接電源
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスタに必要な三つの点弧回路の一つを有
するダブルＹ接続のサイリスタ形アーク溶接電源の主要
電源回路の配線図、第２図〜第５図は独立の相間インダ
クタンスのコア・巻線形状を示す概略図、第６図は第５
図と同様であるが、電源出力に直列な付加巻線を示す概
略図、第７図Ａ，ｂは相間変圧器を採用した従来の制御
回路の出力波形図、第８図Ａ，ｂは本発明による回路の
出力波形図で゛ある。 Ｐ１〜 ３・・・・・・一次巻線、Ｓ１〜 ６ ・・・
・・・二次巻線、１０，１０’・・・・・・中性点、
１２・・・・・・正出力端子、１４・・・・・・中間点
、１５・・・・・・負出力端子、ＬｌＯ，ＬＩＯ′ ・
・・・・・独立インダクタンス、１７，１７’ ・・・
・・・鉄心、１８，１８’・・・・・・側部鉄心、２０
・・・・・・中央鉄心、２０３，２０４・・・・・・ラ
イン、ＱＵｌ・・・・・・プログラマブル・ユニジヤン
クシヨン・トランジスタ、ＴＰＩ・・・・・・サイレク
タ、ＰＴ・・・・・・パルス変圧器、ＳＣＲＡ，Ｂ，Ｃ
，Ｄ，Ｅ．Ｆ，ｌ，２・・・・・・サイリスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）一つの三相変圧器の一次巻線と、（ｂ）各々
   の中性点で接続された３本の巻線間の位相が１２０°づ
   つずれたＹ結線であると共に、二つのＹ結線相互間で６
   ０°位相がずれた二つの三相二次巻線と、（ｃ）上記二
   次巻線の各々に直列接続され、一対の直流溶接出力端子
   のうちの一つの出力端子となるようすべての出力端子が
   互いに接続された制御式半導体整流器と、（ｄ）上記制
   御式整流器の導通時間を変えることができかつ上記直流
   溶接出力端子に供給される溶接電流量を正確に制御する
   よう上記制御式整流器を制御する電子制御装置と、（ｅ
   ）Ｙ結線された上記二つの三相二次巻線の両中性点から
   各々引き出された導線と、これら導線の接合点と直流溶
   接出力端子の第二端子とを接続する導線の中で、少なく
   とも前記両中性点から各々引き出された導線の双方には
   各々独立インダクタンスが介装されてなるアーク溶接電
   源。 ２ 上記独立インダクタンスがＹ結線の中性点を相互に
   接続し、上記独立インダクタンスの共通接続点が上記電
   源の出力端子の一つに電力を供給する特許請求の範囲第
   １項記載のアーク溶接電源。 ３ 上記独立インダクタンスが別々の透磁性コア上に巻
   いた巻線から成る特許請求の範囲第１項記載のアーク溶
   接電源。 ４ 前記独立インダクタンスは二つの側部脚と一つの中
   央部脚を有し、中央部脚の横断面が側部脚の横断面のほ
   ぼ二倍となつているシェル型コアから成り、上記独立イ
   ンダクタンスを構成する二つの巻線の電流から生じる起
   磁力が中央部脚で加算されるような向きに上記独立イン
   ダクタンスの巻線が上記側部脚上に巻かれている特許請
   求の範囲第１項記載のアーク溶接電源。 ５ 上記中央部脚はエアギャップを有するものであり、
   当該中央部脚の上に上記独立インダクタンスの中点およ
   び電源の出力端子と直列な第三のインダクタンスを構成
   する第三巻線が巻かれており、当該第三巻線の起磁力が
   上記側部脚の巻線の起磁力に加算される特許請求の範囲
   第４項記載のアーク溶接電源。 ６ 出力端子の一つに直列に接続された第三のインダク
   タンスを具備してなる特許請求の範囲第１項記載のアー
   ク溶接電源。 ７ 独立インダクタンスは二つの側部脚とその断面積の
   ほぼ２倍の中央部脚とを有するシェル型コアからなり、
   独立インダクタンスの巻線は側部脚上にあつて、二つの
   巻線の電流からの起磁力が中央部脚において減算的とな
   るように励磁されてなる特許請求の範囲第１項記載のア
   ーク溶接電源。 ８ 各部脚にはエアギャップが設けられてなる特許請求
   の範囲第５項記載のアーク溶接電源。