JP2547138B2 - アーク電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ構成のアー
ク電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アーク溶接機，溶断機等のアーク
機器のアーク電源装置は、半導体のモジュール化，イン
バータ技術の開発，制御系の最適設計の進歩に伴ないイ
ンバータを用いて年々小型化されてきている。

【０００３】そして、インバータ構成の従来のアーク電
源装置の１例は、ほぼ図３に示すように構成される。

【０００４】同図は商用交流電源が３相交流電源の場合
の構成を示し、系統の３相交流電源は電源端子１ａ〜１
ｃを介してダイオードブリッジ構成の入力側整流器２に
給電され、この整流器２の全波整流出力が平滑コンデン
サ３により平滑されて主インバータ４に供給される。

【０００５】この主インバータ４はトランジスタ，ＩＧ
ＢＴ等の半導体スイッチのブリッジ回路からなり、イン
バータ制御器５のＰＷＭ方式の駆動制御に基づき、各半
導体スイッチがオン，オフして入力された直流電源を高
周波交流に変換する。

【０００６】そして、主インバータ４の高周波交流は高
周波変圧器構成の小型の出力変圧器６により変圧された
後、例えばダイオードブリッジ構成の出力側整流器７に
供給されて整流され、直流化して出力端子８ａ，８ｂか
ら出力される。

【０００７】この出力端子８ａ，８ｂの直流は、直流の
アーク溶接，溶断等の場合はそのまま負荷に供給され、
交流のアーク溶接，溶断等の場合はインバータ等で交流
に変換して負荷に供給される。

【０００８】また、電源端子１ａ〜１ｃの３相交流電源
は、制御電源用の変圧器９及び冷却電源用の変圧器１０
にも給電される。

【０００９】そして、変圧器９の２次側出力はダイオー
ドブリッジ構成の整流器１１により所定電圧の直流の制
御電源に変換されて制御器５に供給され、この供給によ
り制御器５が直流給電で動作する。

【００１０】また、変圧器１０の２次側出力は装置冷却
用のインダクションモータ構成のファン１２に供給さ
れ、この供給よりファン１２が動作し、装置内の整流器
２，１１，インバータ４の半導体スイッチ，変圧器９，
１０等の種々の発熱体が冷却される。

【００１１】ところで、電源端子１ａ〜１ｃの３相交流
電源が使用地域等に応じて例えば２００Ｖ系，４００Ｖ
系の２種の電源のいずれかになるときは、３相交流電源
の電圧に応じて制御器５の制御パルス幅等を切換え、２
００Ｖ系，４００Ｖ系のいずれであっても出力端子８
ａ，８ｂ間に同一電圧の直流が発生するようにし、前記
２種の電源に自動的に適合するように設定される。

【００１２】一方、図３の装置の場合、ファン１２の電
源周波数が地域によって６０Ｈｚ又は５０Ｈｚになるた
め、ファン１２は５０Ｈｚの地域でも十分な冷却能力を
発揮するように容量設定しなければならず、ファン１２
が大型化する。

【００１３】さらに、図３の装置において、変圧器１０
を省いて電源端子１ａ〜１ｃの３相交流電源（入力電
源）を直接ファン１２に給電すると、とくに２種の入力
電源，例えば２００Ｖ系，４００Ｖ系の電源に適合させ
ようとしたときに、つぎに説明する不都合が生じる。

【００１４】すなわち、２００Ｖ系，４００Ｖ系の入力
電源に適合させる場合、入力電源に応じてインバータ制
御器５及びファン１２の電源電圧が変わり、とくに変圧
器１０を設けなければ、ファン１２として４００Ｖ系の
ファンを要する。

【００１５】そして、４００Ｖ系のファンとしては容量
の大きな大型のものしか市販されておらず、この市販の
ファンを用いると、ファン１２が不必要に容量の大きな
大型なものとなり、変圧器１０が省けても装置が大型化
する不都合が生じる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記図３の従来装置の
場合、主インバータ４を用いて小型化されてはいるが、
インバータ制御器５及びファン１２それぞれの電源を形
成するために商用電源周波数の大型，大重量の変圧器
９，１０を要し、十分な小型化を図れない問題点があ
る。なお、単相交流電源を入力とする装置の場合も前記
と同様の問題点がある。

【００１７】本発明は、主インバータの制御器の電源及
び装置冷却用のファンの電源を低周波数用の大型の変圧
器を用いることなく形成して装置の小型化を図り、か
つ、商用交流電源，高周波交流の周波数によらず、装置
冷却用のファンを十分な冷却能力を発揮させて安定に駆
動することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のアーク電源装置においては、商用交流電
源を整流する入力側整流器と、この整流器の出力を高周
波交流に変換する主インバータと、前記高周波交流を変
圧する出力変圧器と、入力側整流器の出力を所定電圧の
制御電源に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記制御
電源により動作し主インバータを駆動するインバータ制
御器と、入力側整流器の出力をほぼ前記商用交流電源の
周波数に等しい一定周波数の交流電源に変換する冷却用
インバータと、このインバータの出力により動作する装
置冷却用のファンとを備える。

【００１９】

【作用】前記のように構成された本発明のアーク電源装
置の場合、商用交流電源を整流した入力側整流器の直流
の出力をＤＣ−ＤＣコンバータを介してインバータ制御
器に駆動用の制御電源として供給するため、インバータ
制御器の電源が変圧器を用いることなく形成され、装置
が小型化する。

【００２０】また、入力側整流器の直流の出力を冷却用
インバータでほぼ商用交流電源の周波数に等しい一定周
波数の交流に変換して装置冷却用のファンに供給するた
め、このファンの電源も変圧器を用いることなく形成さ
れて装置が一層小型化し、しかも、商用交流電源，高周
波交流の周波数によらず、装置冷却用のファンが十分な
冷却能力を発揮して安定に動作する。

【００２１】

【実施例】１実施例について、図１，図２を参照して説
明する。図１において、図３と同一符号は同一のものを
示し、従来装置と異なる点はつぎの（１）〜（３）の点
である。 （１）図３の変圧器９，整流器１１を省き、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１３を設けた点。 （２）図３の変圧器１０を省き、冷却用インバータ１４
を設けた点。 （３）図３のインバータ制御器５の代わりにインバータ
４，１４の半導体スイッチを駆動制御するインバータ制
御器１５を設けた点。

【００２２】そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は図２
に示すように、分圧用の抵抗１３ａ，１３ｂ，無安定マ
ルチバイブレータ１３ｃ，高周波スイッチング素子とし
てのトランジスタ１３ｄ，高周波変圧器１３ｅ，逆電圧
吸収用のダイオード１３ｆ，及びダイオードブリッジ構
成の全波整流器１３ｇにより形成される。

【００２３】また、冷却用インバータ１４は各辺に高周
波スイッチング用のトランジスタ１４ａ〜１４ｄそれぞ
れを配置したフルブリッジ回路により形成される。

【００２４】さらに、インバータ制御器１５はほぼ図３
の制御器５に、冷却用インバータ１４をほぼ商用交流電
源の周波数に等しい後述の６０Ｈｚ台の一定周波数で駆
動制御する機能を付加して形成されている。

【００２５】そして、入力側整流器２の出力はコンデン
サ３により平滑され、主インバータ４に供給されるとと
もにＤＣ−ＤＣコンバータ１３及び冷却用インバータ１
４にも供給される。

【００２６】この供給に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３は入力された直流電源を抵抗１３ａ，１３ｂで分圧
して無安定マルチバイブレータ１３ｃに供給し、このマ
ルチバイブレータ１３ｃをトリガしてトランジスタ１３
ｄを高周波スイッチングする。

【００２７】さらに、この高周波スイッチングにより変
圧器１３ｅの２次側に変圧した高周波出力が生じ、この
出力が整流器１３ｇで全波整流されてインバータ制御器
１５に給電する定格電圧の直流が形成され、この直流が
インバータ制御器１５に供給されてこの制御器１５が動
作する。

【００２８】そして、インバータ制御器１５はファン１
２が駆動してから主インバータ４を駆動するため、電源
端子１ａ〜１ｃの３相電源の投入時、冷却用インバータ
１４のトランジスタ１４ａ〜１４ｄを先にＰＷＭ制御で
駆動する。

【００２９】このとき、国内の５０Ｈｚの地域でも６０
Ｈｚの地域と同様の十分な冷却能力を確保するため、ト
ランジスタ１４ａ〜１４ｄはほぼ商用交流電源の周波数
に等しい６０Ｈｚ〜６６Ｈｚ程度の範囲内の一定周波数
で駆動される。

【００３０】また、電源端子１ａ〜１ｃの３相交流電源
（商用交流電源）が２００Ｖ系，４００Ｖ系のいずれで
あってもファン１２に２００Ｖ系の低圧の交流給電を行
うため、インバータ制御器１５は入力電源の２００Ｖ
系，４００Ｖ系に応じてＰＷＭ制御の制御パルス幅を可
変する。

【００３１】そして、冷却用インバータ１４の６０〜６
６Ｈｚ程度の約２００Ｖの交流給電によりファン１２が
回転し始めると、タイマ動作等に基づき、インバータ制
御器１５が主インバータ４の各半導体スイッチもＰＷＭ
制御で駆動する。

【００３２】この駆動により主インバータ４が従来装置
と同様に動作し、主インバータ４の高周波交流が出力変
換器６で変圧され、出力端子８ａ，８ｂに直流が生じ
る。

【００３３】なお、入力電源の２００Ｖ系，４００Ｖ系
によりインバータ制御器１５は主インバータ４の制御パ
ルス幅を変え、出力端子８ａ，８ｂの直流電圧を一定に
保持する。

【００３４】したがって、図１の場合は従来装置の低周
波数用の大型な変圧器９，１０を省き、代わりに半導体
スイッチ構成の小型のＤＣ−ＤＣコンバータ１３，冷却
用インバータ１４を設け、入力側整流器２の出力を利用
してインバータ制御器１５，ファン１２の電源が形成さ
れ、装置が著しく小型化する。

【００３５】なお、インバータ制御器１５，ファン１２
の必要な電力が比較的少ないため、ＤＣ−ＤＣコンバー
タ１３，冷却用インバータ１４は、半導体スイッチ等に
容量の小さな小型のものが用いられて小型に形成され
る。

【００３６】また、冷却用インバータ１４からファン１
２に供給する交流電源の周波数が入力の商用交流電源の
６０Ｈｚ，５０Ｈｚによらず、６０〜６６Ｈｚ程度のほ
ぼ商用交流電源の周波数に等しい一定周波数に保持され
るため、商用交流電源，高周波交流の周波数によらず、
ファンが十分な冷却能力を発揮して安定に動作し、従来
のように５０Ｈｚの地域で十分な冷却能力を確保するよ
うにファン１２を大型化する必要がなく、ファン１２が
大型化することもない。

【００３７】さらに、電源端子１ａ〜１ｃの入力電源が
２００Ｖ系，４００Ｖ系のいずれであってもインバータ
制御器１５のＰＷＭ制御により、ファン１２に供給され
る交流電源の電圧が２００Ｖ系の低電圧に保持されるた
め、ファン１２に２００Ｖ系の小型のものを用いて２０
０Ｖ系，４００Ｖ系のいずれにも自動的に適合する装置
が形成される。

【００３８】そして、入力電源が単相交流電源のときに
も適用できるのは勿論であり装置内の各部の構成は実施
例に限定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。商用交流電
源を整流した入力側整流器２の出力を主インバータ４に
供給するとともにＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給し、
このコンバータ１３の出力をインバータ制御器１５の電
源とし、かつ、入力側整流器２の出力を冷却用インバー
タ１４にも供給し、このインバータ１４の出力を装置冷
却用のファン１２の電源としたため、インバータ制御器
１５及びファン１２の電源を従来の低周波数用の大型の
変圧器を用いることなく形成することができ、冷却機能
を備えたインバータ構成のアーク装置を著しく小型に形
成することができる。

【００４０】しかも、冷却用インバータ１４のほぼ商用
交流電源の周波数に等しい一定周波数（６０〜６６Ｈ
ｚ）の交流電源で装置冷却用のファン１２を駆動したた
め、商用交流電源，高周波交流の周波数によらず、ファ
ン１２を十分な冷却能力を発揮させて安定に駆動するこ
とができる。

【００４１】そのため、商用交流電源の周波数が５０Ｈ
ｚの地域でもファン１２を大型化することなく、十分な
冷却を行うことができ、また、例えば商用交流電源の４
００Ｖ系，２００Ｖ系によらず冷却用インバータ１４の
出力電圧を２００Ｖに固定すれば、ファン１２に２００
Ｖ系の小型のものを用いて４００Ｖ系，２００Ｖ系の商
用交流電源で使用可能なアーク電源装置を提供すること
ができる。

【００４２】したがって、小型で十分な自己冷却能力を
発揮するインバータ駆動のアーク電源装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアーク電源装置の１実施例のブロック
結線図である。

【図２】図１の一部の詳細な結線図である。

【図３】従来装置のブロック結線図である。

【符号の説明】

２ 入力側整流器 ４ 主インバータ ６ 出力変圧器 １２ 装置冷却用のファン １３ ＤＣ−ＤＣコンバータ １４ 冷却用インバータ １５ インバータ制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狩野 国男 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株 式会社三社電機製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−7699（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−138972（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源を整流する入力側整流器
   と、 前記入力側整流器の出力を高周波交流に変換する主イン
   バータと、 前記高周波交流を変圧する出力変圧器と、 前記入力側整流器の出力を所定電圧の制御電源に変換す
   るＤＣ−ＤＣコンバータと、 前記制御電源により動作し前記主インバータを駆動する
   インバータ制御器と、 前記 入力側整流器の出力をほぼ前記商用交流電源の周波
   数に等しい一定周波数の交流電源に変換する冷却用イン
   バータと、 前記冷却用インバータの出力により動作する装置冷却用
   のファンとを備えたことを特徴とするアーク電源装置。