JPS6128431B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小電流域においても安定にアークを発
生させることができるアーク溶接機に関するもの
である。

従来の技術 通常、交流アーク溶接機の出力電流によつてア
ークを発生させると、交流電流が零点を通過する
ごとにアークが消滅し無負荷電圧の回復にともな
つて再点弧する。しかし、たとえばアルミニウム
材を非消耗電極を用いて交流アーク溶接する場合
には、アルミニウム材がマイナスになる半波にお
いて電子放出が良好でもなく、アークの再点弧が
容易でない。特に小電流においては、アークの再
点弧に失敗してアーク切れを起すことが多い。従
来より、これらを解決する手段として、溶接電源
と負荷との間にブリツジ形整流回路を介してイン
ダクタンスを接続して溶接電流波形を矩形波に近
づけることにより、アークの安定性を改善するこ
とが行なわれている。しかし、この種の装置にお
いては、ブリツジ形整流回路を利用するため、溶
接電流は必ず２個の整流器を通して負荷に供給さ
れることになるから、溶接電流を流す大容量の整
流器が多く必要となり不経済であるばかりでな
く、冷却用部品などの付属部品も増加するため大
形となる欠点があつた。さらに、整流器として半
導体整流器を使用しても、１ボルト前後の順方向
電圧降下があり、溶接電流が通過する整流器が多
くなるとその分だけ出力電圧が低下し、また電力
損失も大きくなるのを避けられなかつた。

一方、直流出力を用いる場合には、その出力波
形中に含まれるリツプル分を極力少なくすること
がアークの安定性や溶接品質の面から重要であ
り、通常は多相交流を整流して直流出力を得る方
式がほとんどであり、単相電源を入力とする場合
には極めて大容量のコンデンサを出力回路に接続
してリツプルの除去を計ることが必要であり大形
で高価なものとなつていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、少ない整流器によつて交流出
力時には矩形波状の溶接電流を得て安定にアーク
を再点弧でき、かつ直流出力時には単相電源から
入力を得る方式であるにもかかわらず、ほとんど
リツプルの含まれない平坦な出力を得ることので
きる交直両用のアーク溶接機を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するため、本発明では、電源
に接続された１次巻線と２次無負荷電圧が等しい
第１および第２の２次巻線とを有する溶接変圧器
と、同一のリアクトル鉄心に巻回されてインダク
タンスが等価でかつ十分に大なるインダクタンス
を有する第１及び第２のリアクトル巻線を有する
リアクトルと、上記第１の２次巻線、上記第１の
リアクトル巻線および溶接負荷に直列に接続され
た第１の整流素子と、上記第２の２次巻線と、上
記第２のリアクトル巻線および上記溶接負荷に直
列に接続されて導通したときに前記第１の整流素
子とは逆方向の電流を前記溶接負荷に通電する第
２の整流素子とを設け、上記第１及び第２のリア
クトル巻線の極性を、各リアクトル巻線に流れる
電流によつてリアクトル鉄心に生じる磁束の方向
が同一になるように定め、さらに上記第２の整流
素子と第２のリアクトル巻線との直列回路に切替
スイツチを接続して上記溶接負荷に対する出力電
流を直流および交流に切替えるようにしている。

実施例 以下本発明を図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の交直両用アーク溶接機の交流出
力時における動作を説明するための基本的な構成
を示す接続図であり、同図においては、本発明の
動作原理を明確に説明するために交直切替スイツ
チは省略してある。同図において、１，１は図示
しない電源に接続される溶接機の入力端子、２は
入力端子１，１に接続された１次巻線２ｐおよび
２次無負荷電圧が略等しい第１および第２の２次
巻線２ｓ，２ｔを有する溶接変圧器、３ａおよび
３ｂはそれぞれ２次巻線２ｓおよび２ｔの端子２
ａおよび２ｃにそれぞれ接続された通電方向が互
いに異なる第１および第２の整流素子である。４
ａおよび４ｂは同一のリアクトル鉄心に巻回され
て略インダクタンスが等しい第１および第２のリ
アクトル巻線であつて、これらの一端は第１及び
第２の整流素子３ａおよび３ｂの他端に接続され
ている。５は消耗性または非消耗性の溶接電極、
６はアーク、７は被溶接材で、電極５乃至被溶接
材７が溶接負荷Ｒを構成し、第５図のとおり、第
１の出力端子１１ａおよび第２の出力端子１１ｂ
に接続されている。２次巻線２ｓおよび２ｔの極
性は、電極の半サイクルごとに整流素子３ａおよ
び３ｂのアノードカソード間に交互に順方向電圧
を印加するように定められ、電源の半サイクルの
周期で整流素子３ａおよび３ｂが交互に導通して
溶接電流の向きが変化するようになつている。ま
た、リアクトル巻線４ａおよび４ｂの極性は、こ
れらのリアクトル巻線に流れる電流によりリアク
トル鉄心に生じる磁束の向きが同一になるように
定められている。さらに、溶接負荷Ｒに流れる電
流の向きは電源の半サイクルの周期で反転するよ
うになつている。

以下第２図乃至第５図を参照して本発明のアー
ク溶接機の動作を説明する。第２図において正弦
波形は２次巻線２ｓおよび２ｔの無負荷電圧Eo
を示し、破線で示した略矩形波の曲線は溶接電流
Ioを示し、略矩形波状の実線は溶接負荷Ｒの端子
電圧IoRを示している。なお、同図の横軸には時
間ｔがとつてある。

(a) T₁＜ｔ＜T₂ 第２図において時刻T₁とT₂との間の期間に
おいてはEo＞IoRであり、整流素子３ａが導通
しており、溶接電流Ioは第３図ａに示すよう
に、端子２ａ、整流素子３ａ、リアクトル巻線
４ａ、溶接負荷Ｒおよび端子２ｂの経路を流
れ、このとき２次巻線２ｓ、リアクトル巻線４
ａおよび溶接負荷Ｒの端子電圧の極性はそれぞ
れ図示のとおりとなつている。ここでリアクト
ル巻線４ａおよび４ｂのインダクタンスＬは使
用する出力電流に応じて十分に大きな値に選定
しておく。この結果、電流Ioは殆んど変化しな
いが厳密には僅かずつ増加を続け、この電流Io
の増加と大きなインダクタンスＬによつてリア
クトル巻線４ａおよび４ｂにはEo−IoR＝Ｅ＝
Ｌ（di／dt）なる起電力が第３図ａ及びその等
価回路第５図ａに示す極性に発生して第２図の
斜線で示された部分に相当するエネルギーが蓄
積される。

(b) T₂＜ｔ＜T₃ 次に、時刻T₂とT₃との間の期間では、第２
図に示すように、Eo＜IoRになるためにアーク
は消滅し、溶接電流Ioがしや断され、リアクト
ル巻線４ａおよび４ｂには時刻T₁とT₂との間
の期間のときとは逆方向の−Ｌ（di／dt）なる
起電力が発生する。

したがつて、この状態のときは、T₁＜ｔ＜
T₂の期間に蓄積されたエネルギーによつて、
第３図ｂおよびその等価回路第５図ｂの実線に
示す循環電流Iooが流れる。

(c) T₃＜ｔ＜T₄およびｔ＝T₄＋α 時刻T₃をこえると電源電圧Eoの極性が反転
し、時刻T₃とT₄との間の期間では、第２図に
示すように、Eo＜IoRなのでアークを発生させ
ることができないで、第５図C₁の点線に示す
溶接負荷Ｒは開放状態を続ける。したがつて、
この状態のときは、第５図c₁の実線に示す循環
電流が流れる。

次に時刻ｔがT₄をわずかにこえた時点でEo
＞IoRとなるので、アークが発生し、第５図c₂
に示すように、第１の２次巻線２ｓから溶接負
荷Ｒに点線で示した電流１１が流れようとす
る。この電流I₁は循環電流Iooと逆方向であ
り、かつ整流素子３ａの非導通方向であるの
で、循環電流Iooは整流端子３ａによつてしや
断される。他方、第２の２次巻線２ｔから溶接
負荷Ｒに点線で示した電流I₂が流れ始める。こ
の時、上述したように、T₁＜ｔ＜T₂の間に蓄
積されたエネルギーによる循環電流Iooが整流
素子３ａによつてしや断されるので、リアクト
ルの残留エネルギーによつて、第５図c₃に示す
よにに、上記の２次巻線２ｔから溶接負荷Ｒに
流れる電流I₂と同方向に、放電電極Io₂が重畳さ
れ、溶接負荷ＲにはIo＝I₂＋Io₂の電流が流れ
る。上記の残留エネルギーは、T₁＜ｔ＜T₂の
間にリアクトルに蓄積されたエネルギーがT₂
＜ｔ＜T₄の間に循環電流Iooとして流れている
期間中に、循環回路中で消費した抵抗損失を除
いたエネルギーであつて、ｔがわずかにT₄を
こえた時点で溶接負荷Ｒに流れて消費される。
すなわち、前の半サイクルに蓄積されたエネル
ギーの放出によつて、アーク発生時に流れる電
流の立上りは急峻なものとなり、再点弧が確実
となり、再点弧時期の遅れがなくなる。

(d) ｔ＞T₄ 時刻T₄以後は、第３図ｄ及びその等価回路
第５図ｄに示すとおり、時刻T₁以後と同様の
動作がくり返される。以上のようにして、溶接
負荷Ｒには、第２図に示すように電源の半サイ
クルの周期で急峻に極性が変わる略矩形波形の
交流電流が供給される。

第４図は、互に連動する切換スイツチ８ａお
よび８ｂよりなる切替スイツチ８を設けて第１
の出力端子１１ａおよび第２の出力端子１１ｂ
に接続された溶接負荷Ｒに供給される電流を交
流および直流に切りかえられるようにした本発
明の総合的な実施例を示す接続図である。同図
において切替スイツチ８をAC側（交流出力
側）に設定したときの動作は第１図と全く同様
であるので説明は省略する。切替スイツチ８を
DC側（直流出力側）にしたときには、リアク
トル巻線４ａおよび４ｂの作用により第２図に
て説明したように整流素子３ａおよび３ｂには
略矩形波状の電流が流れ、溶接負荷Ｒにはこの
電流が両波整流された直流出力が得られる。こ
の結果、溶接電流は単相交流を電源にするにも
かかわらずほとんどリツプル分を含まない直流
電流となる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば少ない整流素子
で電源の各半サイクルの周期で急峻に極性が変化
する略矩形波状の交流出力電流と、この略矩形波
状の交流出力を両波整流した形の直流出力電流と
を切替により得られるので、出力電圧降下および
電力損失が少なく、しかも交流アーク溶接時にお
いては電流の極性反転時においてアークを確実に
再点弧することができ、また直流出力時には単相
交流を電力源とするにもかかわらず大きな平滑回
路を設けることなくリツプル含有率の極めて少な
い直流出力が得られるので安定したアーク溶接が
実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の交流出力時の動作を説明する
ために切替スイツチを省略して示した接続図、第
２図は第１図の各部の波形図、第３図ａ乃至ｄは
それぞれ第１図の動作の異なる過程における各部
の電圧および電流経路を示す説明図、第４図は本
発明の総合的な実施例を示す接続図、第５図ａ乃
至ｄはそれぞれ第３図ａ乃至ｄの等価回路であ
る。 ２……溶接変圧器、２ｐ……１次巻線、２ｓ，
２ｔ……２次巻線、３ａ，３ｂ……整流素子、４
ａ，４ｂ……リアクトル巻線、８……互に連動す
る切換スイツチ８ａおよび８ｂよりなる切替スイ
ツチ、１１ａ，１１ｂ……出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２次無負荷電圧が等しい第１の２次巻線２ｓ
   および第２の２次巻線２ｔとを有する溶接変圧器
   ２と、 共通の鉄心に巻回されたインダクタンスが等価
   でかつ十分大なるインダクタンスを有し同方向に
   巻回された第１および第２のリアクトル巻線４
   ａ，４ｂと、 前記第１の２次巻線２ｓの一端２ａに一端が接
   続されその他端が前記第１のリアクトル巻線４ａ
   の一端に接続された第１の整流素子３ａと、 前記第２の２次巻線２ｔの一端２ｃに一端が接
   続されてその他端が前記第１のリアクトル巻線４
   ａの一端と反対極性の第２のリアクトル巻線４ｂ
   の一端に接続されかつ前記第１の整流素子３ａと
   逆極性方向に接続された第２の整流素子３ｂと、 前記第１のリアクトル巻線４ａの他端に接続さ
   れた第１の出力端子１１ａと、 前記第１の２次巻線２ｓの他端２ｂに接続され
   た第２の出力端子１１ｂと、 前記第２のリアクトル巻線４ｂの他端を前記第
   １の出力端子１１ａ又は第２の出力端子１１ｂに
   切換え接続する第１の切換スイツチ８ａと、 前記第２の２次巻線２ｔの他端２ｄを前記第２
   の出力端子１１ｂ又は第１の出力端子１１ａに切
   換え接続しかつ前記第１の切換スイツチ８ａと連
   動する第２の切換スイツチ８ｂ とを具備したアーク溶接機。