JP2015073393A - Power supply device for alternating current welding and alternating current welder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接用の交流電流を生成する交流溶接用電源装置及び交流溶接機に関する。 The present invention relates to an AC welding power source device and an AC welding machine that generate an AC current for welding.
交流溶接機は、交流の負荷電流に基づいて溶接を行うもので、入熱の関係でアルミ材料や薄板等の溶接に向くとされている。交流溶接機としては、例えば特許文献１や特許文献２に示されるように、トランスの二次側で生じる交流電流をサイリスタの導通位相制御により制御し、負荷電流の調整が行われている。 The AC welding machine performs welding based on an AC load current, and is said to be suitable for welding aluminum materials, thin plates, and the like because of heat input. As an AC welding machine, for example, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, an AC current generated on the secondary side of a transformer is controlled by a conduction phase control of a thyristor, and a load current is adjusted.
ところで、特許文献１，２に示すような交流溶接機では、一般にトランスの一次側に商用交流電源が用いられるため、二次側のサイリスタの制御周期はその商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）となる。そのため、負荷電流の緻密な調整が行えず、溶接品質の更なる向上を目指す上での障害となる。因みに、サイリスタの制御周期が商用周波数であることから、負荷電流の安定化のためにトランスの二次側に用いるリアクトルにも大型なものが必要であった。 By the way, in the AC welding machines as shown in Patent Documents 1 and 2, since a commercial AC power supply is generally used on the primary side of the transformer, the control cycle of the secondary thyristor is the commercial frequency (50 Hz or 60 Hz). Therefore, precise adjustment of the load current cannot be performed, which is an obstacle to further improving the welding quality. Incidentally, since the control cycle of the thyristor is a commercial frequency, a large reactor is required for the secondary side of the transformer in order to stabilize the load current.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、交流負荷電流を緻密に制御して、溶接品質の更なる向上を図ることができる交流溶接用電源装置及び交流溶接機を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an AC welding power source apparatus and an AC power source capable of precisely controlling the AC load current to further improve the welding quality. It is to provide a welding machine.
上記課題を解決する交流溶接用電源装置は、直流電力を受けて溶接負荷に適した交流負荷電流を生成する交流変換部と、前記交流変換部を制御して前記交流負荷電流の制御を行う制御回路とを備えた交流溶接用電源装置であって、前記交流変換部は、スイッチング素子及びリアクトルが用いられてプラス側の前記交流負荷電流の生成とその大小調整とが可能に構成された第１チョッパ回路部と、スイッチング素子及びリアクトルが用いられてマイナス側の前記交流負荷電流の生成とその大小調整とが可能に構成された第２チョッパ回路部とを備え、前記制御回路の制御により前記第１及び第２チョッパ回路部を交互に動作させて異なる極性の前記交流負荷電流を生成すると共に前記各スイッチング素子のチョッパ制御にて各極性の負荷電流の大小調整がなされるように構成される。 An AC welding power supply that solves the above problems includes an AC converter that receives DC power and generates an AC load current suitable for a welding load, and a control that controls the AC load current by controlling the AC converter. A power supply device for AC welding provided with a circuit, wherein the AC converter is configured to be capable of generating a positive side AC load current and adjusting its magnitude by using a switching element and a reactor. A chopper circuit unit; and a second chopper circuit unit configured to use a switching element and a reactor to generate the negative side AC load current and adjust the magnitude thereof, and is controlled by the control circuit. The AC load currents of different polarities are generated by alternately operating the first and second chopper circuit units, and the load currents of the polarities are controlled by the chopper control of the switching elements. Configured such small adjustments are made.
この構成によれば、溶接用の交流負荷電流を生成する電源装置の交流変換部では、交流負荷電流のプラス側を生成する第１チョッパ回路部とそのマイナス側を生成する第２チョッパ回路部とが備えられ、各チョッパ回路部のスイッチング素子に対するチョッパ制御にて負荷電流の大小調整が行われる。チョッパ制御の制御周波数は一般に商用周波数よりも十分に高い高周波が用いられることから、各極性の負荷電流の調整が各チョッパ回路部毎で緻密に行われ、溶接品質の更なる向上に寄与できる。また、チョッパ制御の制御周波数が高周波であることから、各チョッパ回路部に備えられるリアクトルが小型のもので構成できる。 According to this configuration, in the AC conversion unit of the power supply device that generates the AC load current for welding, the first chopper circuit unit that generates the positive side of the AC load current and the second chopper circuit unit that generates the negative side thereof The load current is adjusted by chopper control with respect to the switching element of each chopper circuit section. Since the control frequency of the chopper control is generally a high frequency sufficiently higher than the commercial frequency, the load current of each polarity is precisely adjusted for each chopper circuit portion, which can contribute to further improvement of the welding quality. Moreover, since the control frequency of chopper control is a high frequency, the reactor provided in each chopper circuit part can be comprised with a small thing.
また上記の交流溶接用電源装置において、前記第１及び第２チョッパ回路部は、各リアクトル間を共通鉄心にて磁気的に結合すると共に各リアクトルを含む一方で負荷を含まない還流経路を形成可能な還流部を備え、前記交流負荷電流の極性の切り替え前の所定期間に前記制御回路の制御により前記還流部を機能させ、次の極性の負荷電流の生成に寄与する還流電流を生じさせると共に次の極性の負荷電流の生成に寄与するリアクトルに対して電磁エネルギーが移送されるように構成されることが好ましい。 Further, in the AC welding power supply device described above, the first and second chopper circuit portions can magnetically couple the reactors with a common iron core and can form a reflux path that includes each reactor but does not include a load. A recirculation unit, which causes the recirculation unit to function under the control of the control circuit during a predetermined period before switching the polarity of the AC load current to generate a recirculation current that contributes to the generation of a load current of the next polarity. It is preferable that the electromagnetic energy be transferred to the reactor that contributes to the generation of a load current of a negative polarity.
この構成によれば、第１及び第２チョッパ回路部には、各リアクトルを含む一方で負荷を含まない還流経路を形成可能な還流部が備えられ、交流負荷電流の極性の切り替え前の所定期間にその還流部が機能するように切り替えられる。つまり、還流部が機能するようになると負荷への電流供給が停止するため、負荷電流が急減する。加えて、還流部に生じる還流電流は次の極性の負荷電流の生成に寄与する電流となると共に次の極性の負荷電流の生成に寄与するリアクトルに対して電磁エネルギーが共通鉄心を通じて移送されるため、負荷電流の次の極性への切り替えが円滑で速やかに行われる。このことでも、溶接品質の更なる向上に寄与できる。 According to this configuration, the first and second chopper circuit units are provided with the return unit that can form a return path that includes each reactor but does not include the load, and a predetermined period before switching the polarity of the AC load current Is switched so that the reflux part functions. That is, since the current supply to the load stops when the recirculation unit becomes functional, the load current rapidly decreases. In addition, the return current generated in the return part becomes a current that contributes to the generation of the load current of the next polarity, and electromagnetic energy is transferred through the common iron core to the reactor that contributes to the generation of the load current of the next polarity. The load current is switched to the next polarity smoothly and promptly. This can also contribute to further improvement in welding quality.
また上記課題を解決する交流溶接機は、上記の交流溶接用電源装置を備え、前記電源装置にて生成された交流負荷電流にて溶接を行うように構成される。
この構成によれば、交流負荷電流の調整が緻密に行われる上記の交流溶接用電源装置が備えられることから、溶接品質の高い交流溶接機として提供できる。
Moreover, the AC welding machine which solves the said subject is equipped with said AC welding power supply device, and is comprised so that it may weld with the alternating current load electric current produced | generated with the said power supply device.
According to this configuration, since the AC welding power source device described above in which the adjustment of the AC load current is performed precisely is provided, it can be provided as an AC welding machine with high welding quality.
本発明の交流溶接用電源装置及び交流溶接機によれば、交流負荷電流を緻密に制御でき、溶接品質の更なる向上を図ることができる。 According to the AC welding power supply apparatus and the AC welding machine of the present invention, the AC load current can be precisely controlled, and the welding quality can be further improved.
以下、交流溶接用電源装置及び交流溶接機の一実施形態について説明する。
図１（ａ）に示すように、負荷Ｘが溶接負荷である交流溶接機１０には、その時々の負荷Ｘの状況に応じた交流負荷電流の生成を行う交流溶接用の電源装置１１が用いられる。
Hereinafter, an embodiment of a power supply device for AC welding and an AC welding machine will be described.
As shown to Fig.1 (a), the power supply apparatus 11 for AC welding which produces | generates the alternating current load current according to the condition of the load X is used for the alternating current welding machine 10 whose load X is a welding load. It is done.
電源装置１１にはトランスＴが備えられており、トランスＴの一次側コイルＴａには商用交流電源１２が接続され、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相交流電力が供給される。トランスＴの二次側には、その一次側交流電力を受けて生じる二次側交流電力を直流電力に一旦変換する直流変換部１３と、変換されたその直流電力を受けて負荷Ｘに適した交流負荷電流を生成する交流変換部１４と備えている。 The power supply device 11 is provided with a transformer T, and a commercial AC power supply 12 is connected to a primary coil Ta of the transformer T, and single-phase AC power of 50 Hz or 60 Hz is supplied. The secondary side of the transformer T is suitable for the load X receiving the converted DC power and the DC converter 13 that temporarily converts the secondary AC power generated by receiving the primary AC power into DC power. It is equipped with the alternating current conversion part 14 which produces | generates alternating current load current.
直流変換部１３は、２個のダイオードＤＲ１，ＤＲ２と平滑コンデンサＣとを備えている。ダイオードＤＲ１，ＤＲ２の各カソードは、トランスＴの二次側コイルＴｂの一端と他端とにそれぞれ接続され、両アノードは共に平滑コンデンサＣのマイナス側端子に接続されている。平滑コンデンサＣのプラス側端子は、二次側コイルＴｂのセンタータップに接続されている。つまり、二次側コイルＴｂにて生じる二次側交流電力は、ダイオードＤＲ１，ＤＲ２にて全波整流され平滑コンデンサＣにて平滑化されて、直流電力に変換される。 The direct current converter 13 includes two diodes DR1 and DR2 and a smoothing capacitor C. The cathodes of the diodes DR1 and DR2 are connected to one end and the other end of the secondary coil Tb of the transformer T, respectively, and both anodes are connected to the minus side terminal of the smoothing capacitor C. The plus side terminal of the smoothing capacitor C is connected to the center tap of the secondary side coil Tb. That is, the secondary AC power generated in the secondary coil Tb is full-wave rectified by the diodes DR1 and DR2, smoothed by the smoothing capacitor C, and converted to DC power.
交流変換部１４は、第１及び第２チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂを備えている。
第１チョッパ回路部１４Ａは、ＩＧＢＴ等よりなるスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、ダイオードＤＲ３，ＤＲ４、及びリアクトルＬ１を備えている。スイッチング素子ＴＲ１のコレクタは平滑コンデンサＣのプラス側端子に接続され、エミッタはリアクトルＬ１を介して負荷Ｘの第１端子に接続されている。スイッチング素子ＴＲ１にはダイオードＤ１が逆接続されている。スイッチング素子ＴＲ２のコレクタは負荷Ｘの第２端子に接続され、エミッタは順方向のダイオードＤＲ３を介して平滑コンデンサＣのマイナス側端子に接続されている。スイッチング素子ＴＲ２にはダイオードＤ２が逆接続されている。また、スイッチング素子ＴＲ１とリアクトルＬ１との間のノードＮ１と、スイッチング素子ＴＲ２とダイオードＤＲ３との間のノードＮ２とにはダイオードＤＲ４が接続され、カソードがノードＮ１に、アノードがノードＮ２に接続されている。即ち、この第１チョッパ回路部１４Ａは、降圧型チョッパ回路にて構成されている。
The AC conversion unit 14 includes first and second chopper circuit units 14A and 14B.
The first chopper circuit unit 14A includes switching elements TR1 and TR2 made of IGBT or the like, diodes D1 and D2, diodes DR3 and DR4, and a reactor L1. The collector of the switching element TR1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor C, and the emitter is connected to the first terminal of the load X via the reactor L1. A diode D1 is reversely connected to the switching element TR1. The collector of the switching element TR2 is connected to the second terminal of the load X, and the emitter is connected to the negative terminal of the smoothing capacitor C through the forward diode DR3. A diode D2 is reversely connected to the switching element TR2. A diode DR4 is connected to a node N1 between the switching element TR1 and the reactor L1, and a node N2 between the switching element TR2 and the diode DR3, a cathode is connected to the node N1, and an anode is connected to the node N2. ing. That is, the first chopper circuit unit 14A is configured by a step-down chopper circuit.
第２チョッパ回路部１４Ｂは、ＩＧＢＴ等よりなるスイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４、ダイオードＤ３，Ｄ４、ダイオードＤＲ５，ＤＲ６、及びリアクトルＬ２を備えている。スイッチング素子ＴＲ４のコレクタは平滑コンデンサＣのプラス側端子に接続され、エミッタはリアクトルＬ２を介して負荷Ｘの第２端子に接続されている。スイッチング素子ＴＲ４にはダイオードＤ４が逆接続されている。スイッチング素子ＴＲ３のコレクタは負荷Ｘの第１端子に接続され、エミッタは順方向のダイオードＤＲ５を介して平滑コンデンサＣのマイナス側端子に接続されている。スイッチング素子ＴＲ３にはダイオードＤ３が逆接続されている。また、スイッチング素子ＴＲ４とリアクトルＬ２との間のノードＮ３と、スイッチング素子ＴＲ３とダイオードＤＲ５との間のノードＮ４とにはダイオードＤＲ６が接続され、カソードがノードＮ３に、アノードがノードＮ４に接続されている。即ち、この第２チョッパ回路部１４Ｂは、第１チョッパ回路部１４Ａと同一の降圧型チョッパ回路にて構成されるが、負荷Ｘに対する接続が逆となっている。 The second chopper circuit unit 14B includes switching elements TR3 and TR4 made of IGBT or the like, diodes D3 and D4, diodes DR5 and DR6, and a reactor L2. The collector of the switching element TR4 is connected to the positive side terminal of the smoothing capacitor C, and the emitter is connected to the second terminal of the load X via the reactor L2. A diode D4 is reversely connected to the switching element TR4. The collector of the switching element TR3 is connected to the first terminal of the load X, and the emitter is connected to the negative terminal of the smoothing capacitor C via the forward diode DR5. A diode D3 is reversely connected to the switching element TR3. A diode DR6 is connected to a node N3 between the switching element TR4 and the reactor L2, and a node N4 between the switching element TR3 and the diode DR5, a cathode is connected to the node N3, and an anode is connected to the node N4. ing. That is, the second chopper circuit unit 14B is configured by the same step-down chopper circuit as the first chopper circuit unit 14A, but the connection to the load X is reversed.
また、第１及び第２チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂの各リアクトルＬ１，Ｌ２には共通鉄心Ｌａが用いられ、リアクトルＬ１，Ｌ２間の磁気的な結合が図られている。そして、このような第１及び第２チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂの各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４は、制御回路１５によるＰＷＭ制御にてそのオンオフ動作が制御される。因みに、このＰＷＭ制御のスイッチング周波数は、例えば２０ｋＨｚ程度に設定されている。制御回路１５は、電流検出器１６により検出した負荷電流（出力電流）と、設定器１７による設定電流（目標電流）との偏差等に基づいて、その時々で適切な電流生成がなされるように制御している。 Further, a common iron core La is used for each of the reactors L1 and L2 of the first and second chopper circuit portions 14A and 14B, and magnetic coupling between the reactors L1 and L2 is achieved. The switching elements TR <b> 1 to TR <b> 4 of the first and second chopper circuit portions 14 </ b> A and 14 </ b> B are controlled to be turned on / off by PWM control by the control circuit 15. Incidentally, the switching frequency of this PWM control is set to about 20 kHz, for example. The control circuit 15 generates an appropriate current from time to time based on the deviation between the load current (output current) detected by the current detector 16 and the set current (target current) set by the setter 17. I have control.
図２において本実施形態の制御態様の一例を示すように、第１チョッパ回路部１４Ａのスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が対で動作され、第２チョッパ回路部１４Ｂのスイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４が対で動作され、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２の組とスイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４との組とが交互に動作されている。つまり、交流負荷電流（交流出力電流）の生成において、第１チョッパ回路部１４Ａのスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が負荷電流のプラス側を生成し、第２チョッパ回路部１４Ｂのスイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４が負荷電流のマイナス側を生成している。 As shown in FIG. 2 as an example of the control mode of the present embodiment, the switching elements TR1 and TR2 of the first chopper circuit unit 14A are operated in pairs, and the switching elements TR3 and TR4 of the second chopper circuit unit 14B are operated in pairs. Thus, the group of switching elements TR1, TR2 and the group of switching elements TR3, TR4 are operated alternately. That is, in the generation of the AC load current (AC output current), the switching elements TR1 and TR2 of the first chopper circuit unit 14A generate the positive side of the load current, and the switching elements TR3 and TR4 of the second chopper circuit unit 14B are the load. The negative side of the current is generated.
時刻ｔ１−ｔ３間は、第１チョッパ回路部１４Ａのスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が対で動作され、負荷電流のプラス側が生成される期間である。同期間では、スイッチング素子ＴＲ２はオン状態に維持され、スイッチング素子ＴＲ１はＰＷＭ制御のデューティに基づいてスイッチング（チョッパ動作）される。スイッチング素子ＴＲ１がオンの時には、直流変換部１３（平滑コンデンサＣ）からスイッチング素子ＴＲ１→リアクトルＬ１→負荷Ｘ→スイッチング素子ＴＲ２→ダイオードＤＲ３→直流変換部１３の経路で電流が流れる。スイッチング素子ＴＲ１がオフの時には、オンの時にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギーに基づいて、リアクトルＬ１→負荷Ｘ→スイッチング素子ＴＲ２→ダイオードＤＲ４→リアクトルＬ１の経路で電流が流れる。つまり、スイッチング素子ＴＲ１のオン期間が長くなるほど負荷電流はプラス側に大きくなり、スイッチング素子ＴＲ１のオン期間（デューティ）の長短により、プラス側の負荷電流の大小調整がなされる。 Between the times t1 and t3 is a period in which the switching elements TR1 and TR2 of the first chopper circuit unit 14A are operated in pairs and the positive side of the load current is generated. In the same period, the switching element TR2 is maintained in the ON state, and the switching element TR1 is switched (chopper operation) based on the duty of the PWM control. When the switching element TR1 is on, a current flows from the DC converter 13 (smoothing capacitor C) through the path of the switching element TR1, the reactor L1, the load X, the switching element TR2, the diode DR3, and the DC converter 13. When switching element TR1 is off, current flows through the path of reactor L1 → load X → switching element TR2 → diode DR4 → reactor L1 based on the electromagnetic energy accumulated in reactor L1 when on. In other words, the longer the ON period of the switching element TR1, the larger the load current becomes on the plus side. The magnitude of the plus side load current is adjusted according to the length of the ON period (duty) of the switching element TR1.
また、時刻ｔ３以降は負荷電流のマイナス側の生成が行われるが、負荷電流の極性が反転するその時刻ｔ３の手前の時刻ｔ２において、第２チョッパ回路部１４Ｂのスイッチング素子ＴＲ３が先にオン状態に切り替わる。つまり、スイッチング素子ＴＲ１がオフ、スイッチング素子ＴＲ２がオンしている状態で、スイッチング素子ＴＲ３がオンとなる。すると、リアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギーに基づいて、リアクトルＬ１→スイッチング素子ＴＲ３→ダイオードＤＲ６→リアクトルＬ２→スイッチング素子ＴＲ２→ダイオードＤＲ４→リアクトルＬ１の経路で電流が還流する。結果、負荷Ｘへの電流供給が停止するため、プラス側の負荷電流は急減する。また、共通鉄心Ｌａを通じてリアクトルＬ１からリアクトルＬ２に電磁エネルギーの移送が行われてリアクトルＬ２に電流が生じるため、このリアクトルＬ２に蓄積される電磁エネルギーにて生じる電流（還流電流）は、次のマイナス側の負荷電流の生成に利用される。結果、次のマイナス側の負荷電流の立ち上がりが急峻となるため、負荷電流のマイナス側への極性の切り替わりが円滑で速やかに行われるようになる。 Further, after time t3, the negative load current is generated, but at time t2 before time t3 when the polarity of the load current is reversed, the switching element TR3 of the second chopper circuit unit 14B is first turned on. Switch to That is, the switching element TR3 is turned on while the switching element TR1 is off and the switching element TR2 is on. Then, based on the electromagnetic energy accumulated in reactor L1, current flows back through the path of reactor L1 → switching element TR3 → diode DR6 → reactor L2 → switching element TR2 → diode DR4 → reactor L1. As a result, since the current supply to the load X is stopped, the load current on the plus side rapidly decreases. Further, since the electromagnetic energy is transferred from the reactor L1 to the reactor L2 through the common iron core La and a current is generated in the reactor L2, the current (reflux current) generated by the electromagnetic energy accumulated in the reactor L2 is the following minus It is used to generate the load current on the side. As a result, the next negative load current rises sharply, so that the polarity of the load current to the negative side can be switched smoothly and quickly.
時刻ｔ３−ｔ５間は、時刻ｔ１−ｔ３間と基本的には同様に動作する。時刻ｔ３−ｔ５間は、第２チョッパ回路部１４Ｂのスイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４が対で動作され、負荷電流のマイナス側が生成される期間である。同期間では、スイッチング素子ＴＲ３はオン状態に維持され、スイッチング素子ＴＲ４はＰＷＭ制御のデューティに基づいてスイッチング（チョッパ動作）される。スイッチング素子ＴＲ４がオンの時には、直流変換部１３（平滑コンデンサＣ）からスイッチング素子ＴＲ４→リアクトルＬ２→負荷Ｘ→スイッチング素子ＴＲ３→ダイオードＤＲ５→直流変換部１３の経路で電流が流れる。スイッチング素子ＴＲ４がオフの時には、オンの時にリアクトルＬ２に蓄積された電磁エネルギーに基づいて、リアクトルＬ２→負荷Ｘ→スイッチング素子ＴＲ３→ダイオードＤＲ６→リアクトルＬ２の経路で電流が流れる。つまり、スイッチング素子ＴＲ４のオン期間が長くなるほど負荷電流はマイナス側に大きくなり、スイッチング素子ＴＲ４のオン期間（デューティ）の長短により、マイナス側の負荷電流の大小調整がなされる。 The operation between time t3 and t5 is basically the same as that between time t1 and t3. Between the times t3 and t5 is a period in which the switching elements TR3 and TR4 of the second chopper circuit portion 14B are operated in pairs and the negative side of the load current is generated. In the same period, the switching element TR3 is maintained in the ON state, and the switching element TR4 is switched (chopper operation) based on the duty of the PWM control. When the switching element TR4 is on, a current flows from the DC converter 13 (smoothing capacitor C) through a path of the switching element TR4 → reactor L2 → load X → switching element TR3 → diode DR5 → DC converter 13. When the switching element TR4 is off, a current flows through the path of the reactor L2, the load X, the switching element TR3, the diode DR6, and the reactor L2, based on the electromagnetic energy accumulated in the reactor L2 when the switching element TR4 is on. That is, the longer the ON period of the switching element TR4, the larger the load current becomes negative, and the negative load current is adjusted according to the length of the ON period (duty) of the switching element TR4.
また、時刻ｔ５以降は負荷電流のプラス側の生成に再び切り替わるが、負荷電流の極性が反転するその時刻ｔ５の手前の時刻ｔ４において、第１チョッパ回路部１４Ａのスイッチング素子ＴＲ２が先にオン状態に切り替わる。つまり、スイッチング素子ＴＲ４がオフ、スイッチング素子ＴＲ３がオンしている状態で、スイッチング素子ＴＲ２がオンとなる。すると、リアクトルＬ２に蓄積された電磁エネルギーに基づいて、リアクトルＬ２→スイッチング素子ＴＲ２→ダイオードＤＲ４→リアクトルＬ１→スイッチング素子ＴＲ３→ダイオードＤＲ６→リアクトルＬ２の経路で電流が還流する。結果、負荷Ｘへの電流供給が停止するため、マイナス側の負荷電流は急減する。また、共通鉄心Ｌａを通じてリアクトルＬ２からリアクトルＬ１に電磁エネルギーの移送が行われてリアクトルＬ１に電流が生じるため、このリアクトルＬ１に蓄積される電磁エネルギーにて生じる電流（還流電流）は、次のプラス側の負荷電流の生成に利用される。結果、次のプラス側の負荷電流の立ち上がりが急峻となるため、負荷電流のプラス側への極性の切り替わりが円滑で速やかに行われるようになる。 Further, after time t5, the load current is switched again to generation on the positive side, but at time t4 before time t5 when the polarity of the load current is reversed, the switching element TR2 of the first chopper circuit unit 14A is first turned on. Switch to That is, the switching element TR2 is turned on while the switching element TR4 is off and the switching element TR3 is on. Then, based on the electromagnetic energy accumulated in the reactor L2, the current flows back through the path of the reactor L2, the switching element TR2, the diode DR4, the reactor L1, the switching element TR3, the diode DR6, and the reactor L2. As a result, since the current supply to the load X is stopped, the load current on the negative side rapidly decreases. Further, since electromagnetic energy is transferred from the reactor L2 to the reactor L1 through the common iron core La and current is generated in the reactor L1, the current (reflux current) generated by the electromagnetic energy accumulated in the reactor L1 is the following plus It is used to generate the load current on the side. As a result, the next positive load current rises sharply, so that the polarity of the load current to the positive side can be switched smoothly and promptly.
このように本実施形態では、第１チョッパ回路部１４Ａにて負荷電流のプラス側を、第２チョッパ回路部１４Ｂにて負荷電流のマイナス側を生成し、各チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂではそれぞれ制御周波数の高いＰＷＭ制御（チョッパ制御）が行われるため、交流負荷電流の緻密な制御が可能であり、溶接品質の向上が可能である。また、リアクトルＬ１，Ｌ２、スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３、ダイオードＤＲ４，ＤＲ６にて構成される還流部１４Ｃの動作にて負荷電流の極性切り替えが円滑かつ速やかに行われることからも、溶接品質の向上が可能となっている。 As described above, in the present embodiment, the first chopper circuit unit 14A generates the plus side of the load current and the second chopper circuit unit 14B generates the minus side of the load current, and the chopper circuit units 14A and 14B respectively control the load current. Since PWM control (chopper control) with a high frequency is performed, precise control of the AC load current is possible, and welding quality can be improved. In addition, since the polarity of the load current is smoothly and quickly switched by the operation of the reflux portion 14C configured by the reactors L1 and L2, the switching elements TR2 and TR3, and the diodes DR4 and DR6, the welding quality is improved. It is possible.
尚、上記構成では、交流電源１２、トランスＴ及び直流変換部１３にて直流電力を得ているが、図１（ｂ）に示すように、バッテリＢＴから直流電力を得る構成としても同様である。 In the above configuration, the DC power is obtained by the AC power source 12, the transformer T, and the DC conversion unit 13. However, as shown in FIG. 1B, the same configuration can be obtained for obtaining DC power from the battery BT. .
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）溶接用の交流負荷電流を生成する電源装置１１の交流変換部１４では、交流負荷電流のプラス側を生成する第１チョッパ回路部１４Ａとそのマイナス側を生成する第２チョッパ回路部１４Ｂとが備えられ、各チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂのスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４に対するチョッパ制御にて負荷電流の大小調整が行われる。チョッパ制御の制御周波数は一般に商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い高周波（例えば２０ｋＨｚ）が用いられることから、各極性の負荷電流の調整が各チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂ毎で緻密に行われ、溶接品質の更なる向上に寄与することができる。また、チョッパ制御の制御周波数が高周波であることから、各チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂに備えられるリアクトルＬ１，Ｌ２が小型のもので構成することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the AC conversion unit 14 of the power supply device 11 that generates the AC load current for welding, the first chopper circuit unit 14A that generates the positive side of the AC load current and the second chopper circuit unit 14B that generates the negative side thereof. The load current is adjusted by chopper control for the switching elements TR1 and TR4 of the chopper circuit portions 14A and 14B. Since the control frequency of chopper control is generally a high frequency (for example, 20 kHz) sufficiently higher than the commercial frequency (50 Hz or 60 Hz), the load current of each polarity is adjusted precisely for each chopper circuit portion 14A, 14B. It can contribute to further improvement of welding quality. Further, since the control frequency of the chopper control is a high frequency, the reactors L1 and L2 provided in the chopper circuit units 14A and 14B can be configured to be small.
（２）第１及び第２チョッパ回路部１４Ａ，１４Ｂには、各リアクトルＬ１，Ｌ２を含む一方で負荷Ｘを含まない還流経路を形成可能な還流部１４Ｃが備えられ、交流負荷電流の極性の切り替え前の所定期間（時刻ｔ２−ｔ３と時刻ｔ４−ｔ５の各期間）にその還流部１４Ｃが機能するように切り替えられる。つまり、還流部１４Ｃが機能するようになると負荷Ｘへの電流供給が停止するため、負荷電流が急減する。加えて、還流部１４Ｃに生じる還流電流は次の極性の負荷電流の生成に寄与する電流となると共に次の極性の負荷電流の生成に寄与するリアクトルＬ１，Ｌ２に対して電磁エネルギーが共通鉄心Ｌａを通じて移送されるため、負荷電流の次の極性への切り替えが円滑で速やかに行うことができる。このことでも、溶接品質の更なる向上に寄与することができる。 (2) The first and second chopper circuit sections 14A and 14B are provided with a reflux section 14C that can form a reflux path that includes the reactors L1 and L2 but does not include the load X, and has a polarity of the AC load current. Switching is performed so that the reflux unit 14C functions in a predetermined period before switching (each period of time t2-t3 and time t4-t5). That is, since the current supply to the load X stops when the recirculation unit 14C functions, the load current rapidly decreases. In addition, the return current generated in the return portion 14C becomes a current that contributes to the generation of the load current of the next polarity and the electromagnetic energy is common to the reactors L1 and L2 that contribute to the generation of the load current of the next polarity. Therefore, switching to the next polarity of the load current can be performed smoothly and quickly. This can also contribute to further improvement in welding quality.
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・還流部１４ＣをリアクトルＬ１，Ｌ２、スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３、ダイオードＤＲ４，ＤＲ６にて構成する上記実施形態では、チョッパ動作で必要な素子を極力利用して合理的な構成となっているが、これ以外の回路構成を採用してもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment in which the reflux unit 14C is configured with the reactors L1 and L2, the switching elements TR2 and TR3, and the diodes DR4 and DR6, the elements necessary for the chopper operation are utilized as much as possible, Other circuit configurations may be employed.
・スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４はＩＧＢＴ以外の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
・スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３をスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４に同期してオンオフさせてもよい。この場合、交流負荷電流の極性の切り替え前の時刻ｔ２−ｔ３と時刻ｔ４−ｔ５の各期間においては、スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３を同時にオンさせて還流部１４Ｃを機能させるようにする。また、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４に対してＰＷＭ制御以外のチョッパ制御（スイッチング制御）を用いてもよい。
-Switching elements TR1-TR4 may use semiconductor switching elements other than IGBT.
The switching elements TR2 and TR3 may be turned on / off in synchronization with the switching elements TR1 and TR4. In this case, in each period of time t2-t3 and time t4-t5 before switching the polarity of the AC load current, the switching elements TR2 and TR3 are simultaneously turned on so that the reflux unit 14C functions. Further, chopper control (switching control) other than PWM control may be used for the switching elements TR1 to TR4.
１０ 交流溶接機
１１ 電源装置（交流溶接用電源装置）
１４ 交流変換部
１４Ａ 第１チョッパ回路部
１４Ｂ 第２チョッパ回路部
１４Ｃ 還流部
１５ 制御回路
Ｔ トランス
Ｘ 負荷
Ｌ１ リアクトル
Ｌ２ リアクトル
Ｌａ 共通鉄心
ＴＲ１ スイッチング素子
ＴＲ２ スイッチング素子
ＴＲ３ スイッチング素子
ＴＲ４ スイッチング素子
10 AC welding machine 11 Power supply (AC welding power supply)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 AC conversion part 14A 1st chopper circuit part 14B 2nd chopper circuit part 14C Returning part 15 Control circuit T Transformer X Load L1 Reactor L2 Reactor La Common iron core TR1 Switching element TR2 Switching element TR3 Switching element TR4 Switching element
Claims (3)
前記交流変換部は、スイッチング素子及びリアクトルが用いられてプラス側の前記交流負荷電流の生成とその大小調整とが可能に構成された第１チョッパ回路部と、スイッチング素子及びリアクトルが用いられてマイナス側の前記交流負荷電流の生成とその大小調整とが可能に構成された第２チョッパ回路部とを備え、前記制御回路の制御により前記第１及び第２チョッパ回路部を交互に動作させて異なる極性の前記交流負荷電流を生成すると共に前記各スイッチング素子のチョッパ制御にて各極性の負荷電流の大小調整がなされるように構成されたことを特徴とする交流溶接用電源装置。 An AC welding power supply comprising an AC converter that receives DC power and generates an AC load current suitable for a welding load, and a control circuit that controls the AC load current by controlling the AC converter. And
The AC conversion unit includes a first chopper circuit unit configured such that a switching element and a reactor are used to generate the positive-side AC load current and its magnitude can be adjusted, and a switching element and a reactor are used for the minus. A second chopper circuit unit configured to be capable of generating the AC load current on the side and adjusting the magnitude thereof, and differing by operating the first and second chopper circuit units alternately under the control of the control circuit An AC welding power supply device configured to generate the AC load current of polarity and adjust the load current of each polarity by chopper control of each switching element.
前記第１及び第２チョッパ回路部は、各リアクトル間を共通鉄心にて磁気的に結合すると共に各リアクトルを含む一方で負荷を含まない還流経路を形成可能な還流部を備え、前記交流負荷電流の極性の切り替え前の所定期間に前記制御回路の制御により前記還流部を機能させ、次の極性の負荷電流の生成に寄与する還流電流を生じさせると共に次の極性の負荷電流の生成に寄与するリアクトルに対して電磁エネルギーが移送されるように構成されたことを特徴とする交流溶接用電源装置。 In the AC welding power supply device according to claim 1,
The first and second chopper circuit units include a reflux unit that magnetically couples the reactors with a common iron core and can form a reflux path that includes each reactor but does not include a load. The reflux unit is caused to function under the control of the control circuit during a predetermined period before switching the polarity of the current to generate a reflux current that contributes to the generation of the load current of the next polarity and contributes to the generation of the load current of the next polarity A power supply device for AC welding characterized in that electromagnetic energy is transferred to a reactor.
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