JPS63281777A - 交流ア−ク溶接機用電源装置 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、スイッチングトランジスタを用りてアルミ
ニウム等に対するアーク溶接を行う交流アーク溶接機用
電源装置に関する。

（ｂ）従来の技術 従来の交流アーク溶接機用電源装置として、商用電源を
一旦高周波に変換したのち、変圧と矩形波への整形を行
うアーク溶接機用電源装置が実用化されている。

このアーク溶接機用電源装置の回路図を第５図に示す。

このアーク溶接機用電源装置では同図に示すように、三
相交流電源７ｏを整流回路７１および平滑コンデンサ７
２で整流平滑したのちスイッチングトランジスタ７３．
７４及び出力制御回路７５で高周波スイッチングを行っ
て高周波（通常２〜２０ＫＨ２）に変換する。さらに高
周波出力をトランス７６で数十〜百数十■に変圧し、整
流器？７．７８、平滑リアクトル７９、平滑コンデンサ
８０で再び直流に変換し゛ている。この後、スイッチン
グトランジスタ８１，８２．８３．８４及び低周波＄１
１　ｔ１回路８５によって反転スイッチング動作を行い
、精度の良い矩形波（通常５０〜１０ＱＨｚ）の溶接電
流を得るようにしている。図において、８６はＴＩＧ溶
接等を行うときの動作開始時のアーク点弧を容易にする
ための高周波発振器である。また８９は電流検知器であ
り、その検出値を出力制御回路７５にフィードバックし
て出力の定電流制御を行うようにしている。

上記のアーク溶接機用電源装置では、変圧、整流が高周
波で行えるため、変圧器やりアクドルを高周波用に構成
でき、小型化、低価格を実現できるとともに、電流検知
器８９の検出値に基づく出力制御回路７５の電流制御が
速い応答速度で精度良く行うことができる。また低周波
制御回路８５によってスイッチングトランジスタの反転
スイッチング動作で交流アーク溶接が行え、スイッチン
グトランジスタ８１．８４又は８２，８３のどちらか一
方のオン状態を保持すると直流アーク溶接が行える。

（Ｃ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記交流アーク溶接機用電源装置では、
小電流領域でのアーク動作時に、アークの指向性および
安定性が悪く、特に正極性のときに溶接を行い負極性の
ときにクリーニング作用を行うアルミニウム溶接のとき
溶接の仕上がりがよく成らない欠点があった。

この発明の目的は、上記欠点に鑑み、平滑出力が正極性
のときに、高周波変換部の動作を平滑出力の切り換え周
波数よりも高い周波数でオン・オフすることで平滑出力
をパルス状にして、アークの指向性と安定性を改善する
ことの出来る交流アーク溶接機用電源装置を提供するこ
とにある。

（ｄ）問題点を解決するための手段 この発明のアーク溶接機用電源装置は、交流の電源を一
旦直流にする第１の整流回路と、直流にされた電圧を高
周波に変換するスイッチング素子と、基準値と電源出力
値とを比較してその誤差の大きさに基づいてスイッチン
グ素子のオン・オフ周波数またはデユーティを制御する
高周波変換回正の整流出力を平滑する第１の平滑回路と
、負の整流出力を平滑する第２の平滑回路と、前記第１
および第２の平滑回路の平滑出力を低周波で切り換えて
正極性または負極性で溶接電極および母材に印加する開
閉回路とを有し、 前記開閉回路が正極性の平滑出力を選択しているときに
、前記基準値を前記平滑出力が切り換えられる周波数よ
りも高い周波数の低周波パルスに設定する低周波パルス
発生回路を設けたことを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明に係るアーク溶接機用電源装置では、交流電源
が第１の整流回路で一旦直流に整流され、スイッチング
素子で高周波に変換される。このときスイッチング素子
のオン・オフ周波数またはデユーティは、電源出力値と
基準値との比較結果（誤差）に基づいて設定される。さ
らに高周波電圧が変圧器で変圧され、整流回路により正
および負の整流電圧が取り出される。この二つの整流出
力は第１の平滑回路および第２の平滑回路それぞれで平
滑され、正極性または逆極性で溶接電極および母材に印
加される。このとき開閉回路で正極性と負極性が交互に
切り換えられ交流アーク溶接が行われる。

一方、開閉回路が正極性の平滑出力を選択しているとき
には、低周波パルス発生回路が、高周波変換回路制御部
での基準値を平滑出力が切り換えられる周波数よりも高
い周波数の低周波パルスに設定する。このため、高周波
変換回路部のスイッチング素子がその低周波パルスで変
調され、平滑出力がその低周波のパルス状となる。平滑
出力が負極性のときには、低周波パルス発生回路が動作
しない。このときには平滑出力はパルス変調されない。

以上の作用により、・電源出力は、正極性のときに正極
性と負極性を切り換える周波数よりも高い周波数のパル
ス状となり、アークの幅が短くなって指向性がよくなり
、且つ安定性も高まる。また、アルミニウム溶接を行う
ときには負極性のときにクリーニング作用を行わせるが
、負極性のときには低周波パルス変調を行わないのでク
リーニング効果が悪（ならない。

（ｆ）実施例 第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶接機用電
源装置の回路図である。

同図において第１の整流回路２は、全波整流回路１０で
構成されている。全波整流回路１０は、三相交流電源１
に接続されている。また全波整流回路１０には、平滑コ
ンデンサｌｌａ、ｌｌｂの直列回路が並列に接続されて
いる。平滑された直流電圧は高周波変換回路３に供給さ
れる。

高周波変換回路３は、変圧器４に接続されたスイッチン
グ素子である直列接続のトランジスタ１２．１３と、こ
れらのトランジスタ１２．１３を交互にオンオフさせる
高周波変換回路制御部１４とで構成されている。高周波
変換回路制御部１４は、後述の電流検知器２３による出
力電流（電源出力）の大きさと基準値とを比較し、その
誤差に基づいてトランジスタ１２．１３のオン・オフデ
ユーティまたはオン・オフ周波数を制御する。基準値は
後述の低周波パルス発生回路４０で設定される。

変圧器４の一次巻線は、トランジスタ１２．１３の接続
点とコンデンサｌｌａ、ｌｌｂの接続点間に配置され、
トランジスタ１２．１３、平滑コンデンサ１１３．１１
ｂおよび変圧器４の一次巻線とでハーフブリッジ回路が
構成されている。

変圧器４の二次出力は整流平滑され、後述する開閉回路
７によって選択的に溶接電極を８と母材に導かれる。

前記二次巻線の両端子にはダイオード３１，３２．３３
．３４で構成される整流回路５が接続されている。整流
回路５では、ダイオード３０．３１．３２の整流出力が
中間タップに対して正極になり、ダイオード３３．３４
の整流出力が中間タップに対して負極になる。この正の
整流出力が平滑りアクドル６ａに導かれ、負の整流出力
が平滑リアクトル６ｂに導かれている。平滑リアクトル
６ａの出力側には平滑コンデンサ６Ｃが接続され、平滑
リアクトル６ｂの出力側には平滑コンデンサ６ｄが接続
されている。

上記平滑リアクトル６ａを含む平滑回路および平滑リア
クトル６ｂを含む平滑回路の正負の平滑出力は、開閉回
路７に導かれる。開閉回路７はトランジスタ３６．３７
およびこれらのトランジスタのオンオフ制御を行うスイ
ッチングトランジスタ制御部２２とで構成される。

開閉回路７では、アーク溶接動作時にスイッチングトラ
ンジスタ制御部２２で、トランジスタ３６．３７を交互
にオンさせ、正負の平滑出力を母材に印加させる。これ
によって溶接電極８と母材９間に低周波の矩形波電流を
流し、交流アーク溶接を行う。このときのスイッチング
周波数は５０〜１００Ｈ２程度の低周波である。

前記溶接電極・８には高周波発振器２４が接続されてい
る。この高周波発振器２４はアークスタートが容易にな
るように起動時に駆動される。

電流検知器２３の出力は前記高周波変換回路制御部１４
に導かれ、前述のように低周波パルス発生回路から出力
される基準値と比較される。高周波変換回路制御部１４
ではそれらの誤差が無（なるようにトランジスタ１２．
１３を制御するから、結局出力電流（電源出力）は上記
基準値に対応する大きさに制御される。したがって基準
値が一定の値であるときには、その間出力電流が定電流
制御される。

前記スイッチングトランジスタ制御部２２には低周波パ
ルス発生回路４０が接続され、スイッチングトランジス
タ制御部２２が正極性の平滑出力を選択しているとき、
すなわちトランジスタ３６をオンにしているとき、低周
波パルス発生回路４０に対して動作信号を出力する。

前記低周波パルス発生回路４０は、前記動作信号を受け
たとき、低周波パルスを発振して高周波変換制御部１４
に対して出力する。動作信号を受けていないとき、すな
わち、スイソチングトランジスタ制御部２２がトランジ
スタ３７をオンして負極性を選択しているときには所定
のレベルの信号を出力する。

第２図は前記低周波パルス発生回路４０の回路図である
。

この低周波パルス発生回路４０は、無安定マルチバイブ
レーク５１と単安定マルチバイブレーク５２とを含む。

無安定マルチバイブレーク５１はスイッチングトランジ
スタ制御部２２から動作信号を受けたときに発振を開始
する。この無安定マルチバイブレータの出力クロックは
単安定マルチパイプレーク５２の入力端子に導かれ、単
安定動作を行わせる。単安定の時間設定は、パルス周波
数設定器４３で行う。単安定マルチバイブレーク５２の
出力Ｑ、　Ｑにパルス電流設定器４１．ベース電流設定
器４２がそれぞれ接続される。パルス電流設定器４１は
、パルスの“Ｈ”の高さを決め、ベース電流設定器４２
はパルスの“Ｌ”の高さを決める。パルス電流設定器４
１．ベース電流設定器４２の出力はＯＲゲート５４．５
５でＯＲされて低周波パルスにされて基準値として高周
波変換回路制御部１４に出力される。

また、無安定マルチバイブレーク５１が、スイッチング
トランジスタ制御部２２から動作信号を受けていないと
きには、無安定動作をしない。すなわち単安定動作をさ
せない。なお、このときには単安定マルチバイブレーク
の出力Ｑが′Ｈ”になるような単安定マルチパイプレー
クが使用される。したがって、高周波変換回路制御部２
２に出力される基準値はパルス電流設定器４１で設定さ
れるレベルの基準値となる。

前記単安定マルチパイプレーク５２の出力パルスの周波
数はパルス周波数設定器４２で可変できるが、その可変
出来る範囲の周波数は数１０〜数１００）１２程度の低
周波である。しかしその周波数はスイッチングトランジ
スタ制御部２２によるスイッチング周波数よりも高い。

次に動作を説明する。

電源がオンされると、商用電源電圧がスイッチング素子
のトランジスタ１２．１３で高周波に変換される。この
とき高周波変換回路側？Ｂ１４に出力されている基準値
はパルス電流設定器４１によって設定されているレベル
である。スイッチング周波数は電流出力の大きさがこの
基準値に等しくなるように設定される。高周波に変換さ
れた電圧は変圧されて平滑され、その平滑出力がトラン
ジスタ３６．３７で低周波で交互に正極性と負極性に切
り換えられながら負荷に供給される。起動時には別の回
路によって高周波発振器２４が駆動されている。このた
めアークスタートしやす（なる。アークスタートして出
力電流がながれはじめると、その電流が電流検知器２３
で検知され、その結果が高周波変換回路制御部１４ぺ送
られて上記基準値と比較される。そして、出力電流が基
準値と等しくなるようにトランジスタ１２．１３のスイ
ッチング周波数、オン・オフデユーティが制御されてい
（。

上記の動作中において、スイッチングトランジスタ制御
部２２がトランジスタ３６をオンして、正極性の平滑出
力を選択しているときには、低周波パルス発生回路４０
に対して動作信号を出力する。低周波パルス発生回路４
０は、この信号を受は取ると、単安定動作を始め、高周
波変換回路制御部１４に対して低周波パルスを出力する
。すると高周波変換回路制御部１４は、その低周波パル
スを基準値として出力電流の制御を行う。したがって出
力電流はこの低周波パルスの波形となる。

出力電流が低周波のパルス状となることにより、アーク
の幅が短くなって指向性がよくなり、しかも安定する。

特に小電流のときにはこの効果が極めて大きい。なお、
負極性の平滑出力を選択しているときには、単安定動作
を行わないために、上記基準値はパルス電流設定器４１
によって設定されるレベルとなって、出力電流はパルス
状に変化ひない。したがって、アルミニウムをＴＵＧ溶
接しているときにはおいては、負極性で行うクリーニン
グ作用の効果を低下させることがない。

第３図は上記電源装置の波形図を示している。

図の（ａ）〜（ｅ）は第１図中の（ａ）〜（ｅ）の位置
の波形である。（ｅ）の周３ｔｌｉＴ１はパルス周波数
設定器４３で設定され、ＩＦはパルス電流設定器４１で
設定され、Ｉｓはベース電流設定器４２で設定される。

なお、ベース電流設定器４２でベース電流を設定するの
は、アークの安定性を図るためである。

第４図は正極性の出力電流をある周期（０，５〜２０Ｈ
ｚ）で高低の差をつけるようにした例を示す。低周波パ
ルス発生回路４０にもう一つマルチバイブレークを設け
、この発振出力で単安定マルチバイブレーク５２の出力
をある一定のレベルだけ小さくしたりしなかったりする
ことにより出来る。このようにすることにより、溶は込
み深さの制御が可能である。また、バイブ等を溶接する
ときには、大電流時に溶接し、小電流時に冷却するとい
う作用も可能であり、この場合には溶接された部分が垂
れにく（なって良好な溶接が可能になる。

（ｇ）発明の効果 以上のようにこの発明に係る交流アーク溶接機用電源装
置では、正極性が選択されているときに低周波のパルス
状電流が溶接電流となるために、特に小電流のときにお
いてアークの幅が小さくなって指向性がよくなり、さら
に安定なアークを持続できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶接機用電
源装置の回路図である。第２図は低周波パルス発生回路
の回路図、第３図は動作時の波形図、第４図は別の実施
例の出力電流波形図、第５図は従来の交流アーク溶接機
用電源装置の回路図である。 １−交流電源、 ２−第１の整流回路、 ３−高周波変換回路、 ４−変圧器、 ５−整流回路、 ７−開閉回路、 ８−溶接電極、 ９−母材、 ４〇−低周波パルス発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流の電源を一旦直流にする第１の整流回路と、
   直流にされた電圧を高周波に変換するスイツチング素子
   と、基準値と電源出力値とを比較してその誤差の大きさ
   に基づいてスイッチング素子のオン・オフ周波数または
   デューティを制御する高周波変換回路制御部と、高周波
   の電圧を変圧する変圧器と、変圧器の出力を正及び負に
   整流する第２の整流回路と、正の整流出力を平滑する第
   １の平滑回路と、負の整流出力を平滑する第２の平滑回
   路と、前記第１および第２の平滑回路の平滑出力を低周
   波で切り換えて正極性または負極性で溶接電極および母
   材に印加する開閉回路とを有し、前記開閉回路が正極性
   の平滑出力を選択しているときに、前記基準値を前記平
   滑出力が切り換えられる周波数よりも高い周波数の低周
   波パルスに設定する低周波パルス発生回路を設けたこと
   を特徴とする、交流アーク溶接機用電源装置。