JPS63219015A - ア−ク電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
イオードブリッ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
てれたＮＰＮ型トランジスタ、（６）はトランジスタ（
５）のエミッ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
てれている。

（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、αＯ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、Ｏυ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、（２）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、Ｑ
３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ｎＧの検出信号出力端子およ
び基準電源α燭に接続され、出力端子がトランジスタ（
５）のベースに接続式れ、トランジスタ（５）にスイッ
チングパルスを出力し、前記検出信号の電圧が基準電源
α弔の電圧に等しくなるように、トランジスタ（５）へ
のスイッ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Ｑ３が作
動してトランジスタ（５）に、第４図（ａ）に示すよう
なハイレベルスイッチングパルスが出力され、トランジ
スタ（５）がスイッチングし、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）に示す前記スイッチングパルス
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。

すなワチ前記スイッチングパルスのローレベＩし期間、
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）のスイッチング
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）　、
　ｆｆｌ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Ｌ、ト
ランジスタ（５）のスイッ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、制御回路曽
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Ｑυ、抵抗四を介して負荷（８）に還流て
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って良好な溶接、切断
が可能となり、通常負荷電流の周波数としては数１０Ｋ
Ｈｚ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、接続ケープｌし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ップルが低下して
アークの集中性の劣化を招くため、従来筒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でくシ、
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ａ匂の抵抗値を大きくして負
荷電流のリッ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）の接続ケープｌ
Ｖ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、計ランス（２）の２次
電圧を高くするためには、トランス（２）が大型になっ
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、電流リップルは大きくなっ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、負荷電流の電流リップルを大き
な状、熊に保持してアークの集中性の低下を防止し、補
助スイッチング素子を保護することを技術的課題とする
。

〔問題点を解決するだめの手段〕

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、主スイッチ
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
主スイッチング素子の制御端子にスイッチングパルスを
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
られた補助スイッチング素子と、前記制御回路のスイッ
チングパルスに同期して前記補助スイッチング素子の制
御端子にスイッチングパルスを出力する駆動回路と、前
記補助スイッ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〕

したがって、この発明によると、制御回路からのスイッ
チングパルスにより主スイッチング素子がスイッチング
して高周波インバータが駆動きれ、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
御回路からのスイッチングパルスに同期して駆動回路か
ら出力されるスイッチングパルスにより、補助スイッチ
ング素子カスイッチングし、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
スイッチング素子により再び交流に変換されて負荷に交
流電力が供給きれる。

このとき、補助スイッ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ッ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
されて補助スイッ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）、（１５０）
は３相交流電源（図示せず）に接続きれた第１〜第３端
子、αＱは各入力端子が第１〜第３端子（１５ａ）〜（
１５Ｃ）に接続された３相ダイオ一ドブリツジ整流回路
からなる入力側整流回路、αη、（１８１１は整流回路
αＱ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、０９はコレクタが整流回路α呻の正出力端
子に接続された主スイッチング素子としてのＮＰＮ型第
１トランジスタ、翰はコレクタ、エミッタが第１トラン
ジスタ０９のエミッタ、整流回路Ｃ１ｆ１９の負出力端
子に接続された主スイッチング素子としてのＮＰＮ型第
２トランジスタ、Ｑｌｌ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α９のエミッタ
および両コンデンサαη、α樽の接続点に接続されてお
り、両トランジスタα９．翰、出力トランス（２１）に
より高周波インバータ■が構成されている。

の、　＋２４１はアノードがトランスＩ２１）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Ｇを構成する第１．第２ダイオード、
■はエミッタが２次巻線（２１ｂ）の中間タップ（１）
に接続された補助スイッチング素子としてのＮＰＮ型第
３トランジスタ、幅は第１ダイオードののカソードに接
続きれた母材、（至）は第３トランジスタ■のコレクタ
に接続きれた電極であり、母材１ｎおよび電極（至）に
より負荷（ト）が構成されている。

■は電極（支）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のに
高周波高電圧を印加するスタータ回路、Ｇυは負荷■へ
の通電路に設けられ負荷電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、（３？はアノードが第３トランジスタ■のコレクタ
に接続され電極□□□の接続ケープＩしのインダクタン
ス分によるエネルギを負荷の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ｆ３
Ｚのカソードおよび母材彌に接続された高抵抗の限流用
抵抗、（３（１）は制御回路であり、電源端子が第２．
第３端子（１５ｂ）、（１５０）に接続され、両入力端
子が電流検出器Ｏυの検出信号出力端子および基準電源
Ｇ５１に接続され、出力端子が第１　、第２１−ランジ
メタ０９．翰のベースに接続され、両トランジスタＱＬ
Ｊ、　翰に交互に数ＫＨｚないし数１０ＫＨｚのスイッ
チングパルスを出力し、前記検出信号の電圧が基準電源
炬の電圧に等しくなるように、両トランジスタα９．翰
へのスイッチングパルスのパルス幅を制御する。なお、
制御回路□□□の同期パルス出力端子から、両トランジ
スタＱｌ。

翰へのスイッチングパルスを合成した同期パルスが出力
される。

（至）は同期パルス入力端子が制御回路例の同期パルス
出力端子に接続され、前記同期パルスに同期して第３ト
ランジスタのの制御端子であるベースにスイッチングパ
ルスを出力する駆動回路、Ｇηは１次巻線（８７８）の
両端が第３．第２端子（１５０）、（１５ｂ）に接続さ
れた補助トランス、關はアノード、カソードがトランス
Ｇ７）の２次巻線（８７ｂ）の一端および第３ダイオー
ド報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トランジスタののエミッタ
に接続され、第３ダイオードｉ３２トコンデンサ（至）
９）との直列回路が第３トランジスタ■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β（１
）が作動してトランジスタＱｌ　、１１に第２図（ａ）
。

（ｂ）ニ示スようなハイレベルのスイッチングパルスが
それぞれ出力され、トランジスタα９．（イ）が交互に
オンし、前記電源の３相交流が整流回路αＱおよび両コ
ンデンサαη、（ト）により整流、平滑きれて得られる
直流が、高周波インバータ■により数ＫＨｚないし数１
０ＫＨｚ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（財）から駆動回路（至）に、第２図（
ｅ）に示すように、同図（ａ）　、　（ｂ）の両スイッ
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（至）から前記同期パルスと同様のスイ
ッチングパルスがトランジスタ■のベースに出力すれ、
トランジスタがかトランジスタ０９．翰に同期してスイ
ッチングし、整流回路に１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■により再び交流に変換され、負荷対に交流電力が
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（至）
の接続ケーブルのインダクタンス分により負荷のを流れ
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■のオン期間、負荷電
流は徐々に増加し、トランジスタ■のオフ期間、負荷電
流は徐４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■が作動して高
周波高電圧が負荷対に重畳印加され、アークスタートが
行なわれ、アークスタート後、制御回路□□□により、
負荷電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、トランジスタののオフ期間に、電ＦＭ＠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（３ｚ、抵抗（３３）を介して負荷対に還流さ
れ、オフ状態のトランジスタ■に加わるサージ電圧がダ
イオード（３力を介してコンデンサ（３９）により吸収
され、トランジスタ（至）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（３刀、ダイ
オード關を介して所定の電圧に充電てれているが、トラ
ンジスタ■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＋３Ｚを介してコンデンサ色９）
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
。

従って、トランスＧ７）、ダイオード（３８１によるコ
ンデンサ陳の充電電圧をトランジスタ（社）の耐圧と同
等程度に設定しておくことにより、トランジスタのとし
て耐圧の大きいものを選定しなくても、トランジスタ■
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のを保護することができる。

また、高周波インバータにを導入したため、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
Ｃ１ｌの２次電圧を高く設定することが可能となり、負
荷電流の電流リッ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トランジスタのをダイオードＩ２３１のカソ
ードと母材端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ののカソード
および入れ換えたダイオード（３２１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ッチン
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
流リッ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、補助スイッ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。 （ｌｆ９・・・入力側整流回路、０９．翰・・・第１．
第２トランジスタ、Ｉ２１１・・・出力トランス、■・
・・高周波インバータ、■・・・出力側整流回路、■・
・・第３トランジスタ、■・・・負荷、□□□・・・制
御回路、（７）・・・駆動回路、（３９）・・・サージ
吸収用コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源に接続された入力側整流回路と、主スイ
   ッ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、 前記主スイッチング素子の制御端子にスイッチングパル
   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
   補助スイッチング素子と、 前記制御回路のスイッチングパルスに同期して前記補助
   スイッチング素子の制御端子にスイッチングパルスを出
   力する駆動回路と、 前記補助スイッ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。