JP2595715Y2 - プラズマアーク電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、プラズマアーク溶接や
切断用の電源装置に関し、特に複数台の直流電源装置を
並列運転するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラズマアーク電源装置には、
小型、軽量化するために、交流電源を整流、平滑して直
流化した後に、この直流をＩＧＢＴ、トランジスタ等の
スイッチング素子を高周波スイッチングさせるインバー
タにより高周波交流に変換し、この高周波交流を変圧器
で変圧後、再び整流、平滑して得た直流を、プラズマ負
荷のノズルと母材とに供給するものがある。なお、この
プラズマ負荷に供給される出力電流を検出し、この出力
電流が一定値になるように定電流制御も行われている。
スイッチング素子には、サイリスタのような大容量の素
子が少ないので、サージ対策のため、大容量のプラズマ
負荷の場合には、２台以上の直流電源装置を並列運転す
ることが行われている。

【０００３】このような並列運転するプラズマアーク電
源装置としては、例えば図２に示すようなものがある。
このプラズマアーク電源装置は、入力端子１に供給され
た交流電源を整流器２によって整流し、平滑用コンデン
サ３によって平滑した得た直流電圧が入力される２台の
直流電源装置４、５を有している。

【０００４】直流電源装置４は、例えばＩＧＢＴまたは
トランジスタ等のスイッチング素子を備えたインバータ
６を有し、このインバータ６によって平滑用コンデンサ
３から得た直流電圧が高周波交流に変換され、この高周
波交流は変圧器７の一次巻線７ａに印加される。この変
圧器７は、二次巻線７ｂ、三次巻線７ｃを有し、二次巻
線７ｂに誘起された高周波交流は整流器８ａによって整
流され、平滑用リアクトル９ａから母材１７、主電極１
８に印加される。また、高周波変圧器７の三次巻線７ｃ
に誘起された高周波交流は、整流器８ｐによって整流さ
れ、平滑用リアクトル９ｐによって平滑後に、サイリス
タ１１、高周波発生装置１６を介して主電極１８及びノ
ズル１９に印加される。

【０００５】主電極１８、母材１７間に流れた電流また
は、主電極１８、ノズル１９間に流れた電流を検出する
ように、電流検出器１２が設けられており、この電流検
出器１２の出力信号は誤差増幅器１３に供給され、後述
する並列運転制御装置４１から供給される基準信号も誤
差増幅器１３に供給され、電流検出器１２の出力信号と
基準信号との差が誤差増幅器１３から出力され、駆動装
置１４に供給される。駆動装置１４は、電流検出器１２
によって検出される電流が所望値になるようにインバー
タ６を制御する。

【０００６】また、直流電源装置５も、平滑用コンデン
サ３からの直流が入力されるインバータ２６を有してい
る。このインバータ２６も、ＩＧＢＴまたはトランジス
タ等の高周波スイッチング素子を有し、入力された直流
を高周波交流に変換する。この高周波交流は、高周波変
圧器２７の一次側巻線２７ａに印加される。この高周波
変圧器２７の二次側巻線２７ｂに誘起された高周波交流
は、整流器２８によって整流され、平滑用リアクトル２
９によって平滑されて、母材１７と主電極１８との間に
印加される。この整流器２８に流れる電流を検出するよ
うに、電流検出器３２が設けられており、この検出器３
２の出力信号は、誤差増幅器３３に供給される。並列運
転制御装置４１の指令端子４３に並列運転指令信号が供
給されたとき、並列運転制御装置から基準信号が、この
誤差増幅器３３にも供給され、電流検出器３２の出力信
号と基準信号との偏差が誤差増幅器３３から駆動装置３
４に供給され、駆動装置３４は検出器３２によって検出
される電流が所望値になるように、インバータ２６を制
御する。

【０００７】並列運転制御装置４１は、指令端子４３に
並列運転指令信号が供給されたとき、直流電源装置４、
５を並列運転させるように、基準信号をそれぞれ誤差増
幅器１３、３３に供給し、並列運転指令信号が供給され
ていないとき、基準信号を誤差増幅器１３に供給する。
なお、４２は基準信号の設定器である。

【０００８】このプラズマアーク電源装置において、
今、並列運転指令信号が指令端子４３に供給されてな
く、基準信号が誤差増幅器１３にのみ供給されており、
かつサイリスタ１１、高周波発生装置１６は非作動状態
であり、主電極１８と母材１７とのギャップが大きく、
主電極１８とノズル電極１９とのギャップが小さいとす
る。

【０００９】コンデンサ３からの直流はインバータ６で
高周波交流に変換され、変圧器７の二次側巻線７ｂ、三
次側巻線７ｃに高周波交流が誘起される。これら高周波
交流は、整流器８ａ、８ｐによって整流され、平滑用リ
アクトル９ａ、９ｐによって平滑される。平滑用リアク
トル９ａからの直流は、母材１７と主電極１８との間に
印加されるが、主電極１８と母材１７とのギャップが広
いので、電流は流れない。

【００１０】一方、平滑用リアクトル９ｐからの直流
は、サイリスタ１１、高周波発生装置１６を介して主電
極１８とノズル１９との間に印加されるが、高周波発生
装置１６が動作していないので、主電極１８とノズル１
９との間に電流は流れない。従って、電流検出器１２に
は電流が流れてなく、その出力は０である。このとき、
誤差増幅器１３に供給されている基準信号の方が、電流
検出器１２の検出信号（０）よりも大きいので、誤差増
幅器１３の出力は最大となり、駆動装置１４は、インバ
ータ６が最大出力を発生するようにインバータ６を制御
する。

【００１１】この状態において、高周波発生装置１６を
作動させるとともに、サイリスタ１１を点弧すると、主
電極１８とノズル１９との間にパイロットアークが発生
し、パイロット電流が主電極１８、ノズル１９間に流れ
るが、主電極１８と母材１７とのギャップが大きいの
で、主電極１８と母材１７との間にはプラズマアークは
発生せず、プラズマ電流は流れない。

【００１２】また、パイロット電流が流れたことが電流
検出器１２によって検出され、誤差増幅器１３に供給さ
れる。誤差増幅器１３は、電流検出器１２の出力信号と
基準信号との差を出力し、駆動装置１４が電流検出器１
２によって検出される電流、即ちパイロット電流が所望
値になるようにインバータ６を制御する。このように制
御がされているので、インバータ６の出力電圧は、プラ
ズマ電流が流れる前の出力電圧よりも低くなっている。

【００１３】一方、直流電源装置５では、インバータ２
６が平滑コンデンサ３からの直流を高周波交流に変換
し、これが変圧器２７で変圧され、整流器２８で整流さ
れ、平滑用用リアクトル２９によって平滑され、直流化
されている。この直流電圧は、母材１７と主電極１８と
の間に印加されている。この直流電圧は、直流電源装置
５に電流が全く流れていないので、最大出力の無負荷電
圧である。

【００１４】このようにパイロットアークが発生してい
る状態において、主電極１８とノズル１９とからなるト
ーチを母材１７に近づけると、直流電源装置５の出力電
圧が直流電源装置４の出力電圧よりも高いので、直流電
源装置５から主電極１８、母材１７に電流が流れ、プラ
ズマアークが発生する。

【００１５】プラズマアークが発生すると、パイロット
アークをこのまま発生させているのは損失が大きくなる
だけであるので、例えばインバータ６への駆動信号を遮
断する等により、直流電源４を停止させる。これによっ
てサイリスタ１１が消弧し、パイロットアークは消失す
る。

【００１６】次に、直流電源装置４を再起動する。但
し、サイリスタ１１に点弧信号は供給しない。そして、
並列運転制御装置４１の指令端子４３に並列運転指令信
号を入力し、並列運転制御装置４１から誤差増幅器１
３、３３へそれぞれ基準信号を供給する。これによっ
て、電流検出器１２、３２によって検出されている各直
流電源装置４、５の出力電流がそれぞれ所望値になるよ
うに、駆動装置１４、３４がインバータ６、２６を制御
して、直流電源装置４、５の並列運転が行われる。

【００１７】

【考案が解決しようとする課題】このようなプラズマア
ーク電源装置では、起動時に高い無負荷電圧をノズル１
９と主電極１８との間に印加して、パイロットアークを
発生するために、三次巻線７ｃ、整流器８ｐ、平滑用リ
アクトル９ｐを設けている。従って、インバータ６、２
６を用いて、小型化を図ったにもかかわらず、装置全体
の小型化が図れず、しかも損失もあり、効率の低いもの
となっていた。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明のプラズマアーク電源装置は、複数台の
直流電源装置を有している。これら直流電源装置は、直
流電源を交流化するインバータと、このインバータから
の交流電圧が供給される１つの１次巻線と、１つの２次
巻線とを有する変圧器と、この変圧器の２次巻線に誘起
された交流電圧を直流に変換する１台の直流変換回路
と、この直流変換回路の出力電流を検出する電流検出手
段と、この電流検出手段の出力信号と予め設定した基準
信号との差に基づいて上記インバータを制御して、上記
出力電流を一定値に制御する制御手段とを、それぞれ有
している。これら複数台の直流電源装置は、並列運転さ
れ、プラズマ負荷の主電極と母材とに、上記各直流変換
回路から出力電流を供給する。１台の上記直流電源装置
の上記直流変換回路から上記プラズマ負荷のノズル電極
と上記主電極とに延びる伝送線路中に、スイッチング手
段と高周波発生装置とが設けられている。上記スイッチ
ング手段の閉成状態において上記ノズル電極と上記主電
極との間にパイロットアークが発生する。

【００１９】

【作用】本考案によれば、ノズル電極及び主電極と、母
材とのギャップが大きい状態で、各直流電源装置を作動
させると、各直流電源装置の直流変換回路が主電極と母
材との間に、高圧の無負荷電圧を印加する。しかし、上
記ギャップが大きいので、プラズマ電流は流れない。こ
こで、１台の直流電源装置に設けたスイッチング手段を
閉成し、かつ高周波発生装置を作動させると、主電極と
ノズル電極との間に無負荷の高電圧が印加され、主電極
とノズル電極との間にパイロットアークが発生し、この
直流電源装置の電流検出器にパイロット電流が流れ、こ
れが所望値になるように制御手段がインバータを制御す
る。このとき、この直流電源装置の直流変換回路が主電
極とノズル電極との間に印加している電圧は、無負荷電
圧よりも小さな値になっている。

【００２０】この状態で、ノズル電極と主電極とを母材
に近づけ、ギャップを小さくすると、他の直流電源装置
の無負荷電圧が、パイロットアークを発生させている直
流電源の電圧よりも大きいので、他の直流電源装置の電
圧によって主電極と母材との間にプラズマアークが発生
し、プラズマアークが流れる。以後、スイッチング手段
を開放し、各直流電源装置を並列運転して、プラズマア
ークを維持する。

【００２１】

【実施例】本考案によるプラズマアーク電源装置の１実
施例を図１に示す。この実施例も図２に示した従来のも
のと同様に２台の直流電源装置４Ａ、５及び並列運転制
御装置４１を用いるもので、直流電源装置５は、従来の
ものと同一に構成されている。同一部分には同一符号を
付して、その説明を省略する。

【００２２】直流電源装置４Ａも、従来の直流電源装置
４と同様にインバータ６、電流検出器１２、誤差増幅器
１３、駆動装置１４を有しているが、インバータ６で変
換された高周波交流が印加される変圧器７０は、一次巻
線７０ａ以外には、二次巻線７０ｂしか有していないも
ので、この二次巻線７０ｂに整流器８が接続されいる。
この整流器８の一方の出力側がサイリスタ１１と高周波
発生装置１６を介してノズル電極１９に接続され、他方
の出力側が平滑用リアクトル９、電流検出器１２を介し
て主電極１８に接続されている。また、整流器８の一方
の出力側は、ダイオード１０を介して母材１７に接続さ
れており、このダイオード１０は、整流器８の一方の出
力側から母材１７側に電流が流れる極性に接続されてい
る。

【００２３】このように構成されたプラズマアーク電源
装置は、次のように動作する。今、並列運転指令信号が
指令端子４３に供給されてなく、基準信号が誤差増幅器
１３にのみ供給されており、かつサイリスタ１１、高周
波発生装置１６は非作動状態であり、主電極１８、ノズ
ル１９と母材１７とのギャップが大きく、主電極１８と
ノズル１９とのギャップは小さいとする。

【００２４】コンデンサ３からの直流はインバータ６で
高周波交流に変換され、変圧器７０の二次側巻線７０ｂ
に高周波交流が誘起される。この高周波交流は、整流器
８によって整流され、平滑用リアクトル９によって平滑
され、ダイオード１０を介して母材１７と主電極１８と
の間に印加されるが、主電極１８と母材１７とのギャッ
プが広いので、電流は流れない。一方、平滑用リアクト
ル９によって平滑された直流は、サイリスタ１１、高周
波発生装置１６を介してノズル１９、主電極１８の間に
も印加される。

【００２５】ここで、高周波発生装置１６が動作してな
く、かつ主電極１８と母材１７との間にプラズマアーク
が発生していないので、電流検出器１２には電流が流れ
てなく、その出力は０である。このとき、誤差増幅器１
３に供給されている基準信号の方が、電流検出器１２の
検出信号（０）よりも大きいので、誤差増幅器１３の出
力は最大となり、駆動装置１４は、インバータ６が最大
出力を発生するようにインバータ６を制御する。

【００２６】この状態において、高周波発生装置１６を
作動させるとともに、サイリスタ１１を点弧させると、
主電極１８とノズル１９との間のギャップが小さいの
で、両者の間にパイロットアークが発生し、パイロット
電流が主電極１８、ノズル１９間に流れる。しかし、主
電極１８と母材１７とのギャップが大きいので、主電極
１８と母材１７との間にはプラズマアークは発生せず、
プラズマ電流は流れない。

【００２７】また、パイロット電流が流れたことが電流
検出器１２によって検出され、誤差増幅器１３に供給さ
れる。誤差増幅器１３は、電流検出器１２の出力信号と
基準信号との差を出力し、駆動装置１４が電流検出器１
２によって検出される電流、即ちパイロット電流が所望
値になるようにインバータ６を制御する。このように制
御がされているので、インバータ６の出力電圧は、プラ
ズマ電流が流れる前の出力電圧よりも低くなっている。

【００２８】一方、直流電源装置５では、インバータ２
６が平滑コンデンサ３からの直流を高周波交流に変換
し、これが変圧器２７で変圧され、整流器２８で整流さ
れ、平滑用リアクトル２９によって平滑され、直流化さ
れている。この直流電圧は、母材１７と主電極１８との
間に印加されている。この直流電圧は、直流電源装置５
に電流が全く流れていないので、最大出力の無負荷電圧
である。

【００２９】この状態において、主電極１８とノズル１
９とからなるトーチを母材１７に近づけると、トーチと
母材１７とのギャップが小さくなり、既にパイロットア
ークが発生しており、直流電源装置５の出力電圧が直流
電源装置４の出力電圧よりも高いので、直流電源装置５
の整流器２８から母材１７、主電極１８、平滑用リアク
トル２９に電流が流れ、プラズマアークが発生する。

【００３０】このようにプラズマアークが発生すると、
例えばインバータ６への駆動信号を遮断する等により、
直流電源４Ａを停止させる。これによってサイリスタ１
１が消弧し、パイロットアークは消失する。

【００３１】次に、サイリスタ１１に点弧信号を供給し
ないで、直流電源装置４Ａを再起動する。そして、並列
運転制御装置４１の指令端子４３に並列運転指令信号を
入力し、並列運転制御装置４１から誤差増幅器１３、３
３へそれぞれ基準信号を供給する。これによって、直流
電源装置４Ａの整流器８、ダイオード１０、母材１７、
主電極１８、平滑用リアクトル９にもプラズマ電流が流
れる。このように両直流電源装置４Ａ、５にプラズマ電
流が流れ、これら両プラズマ電流が基準信号によって表
される所望値になるように誤差増幅器１３、３３、駆動
装置１４、３４がインバータ６、２６を制御して、直流
電源装置４Ａ、５が並列運転される。

【００３２】なお、ダイオード１０は、直流電源装置４
Ａを遮断したときに、直流電源装置５の整流器２８から
の電流がサイリスタ１１に流れるのを防止して、サイリ
スタ１１を確実に消弧させるために設けられている。

【００３３】上記の実施例では、主電極１８とノズル１
９との間にパイロットアークが発生したときにも、主電
極１８と母材１７との間にプラズマアークが発生したと
きにも、電流を平滑できる位置に平滑用リアクトル９を
設けたが、整流器８の一方の出力側とサイリスタ１１と
の間、及び整流器８の一方の出力側とダイオード１０と
の間に、それぞれ平滑用リアクトルを設けてもよい。ま
た、上記の実施例では、サイリスタ１１を使用したが、
リレー、トランジスタ等その他のスイッチング手段を用
いてもよい。また、上記の実施例では、直流電源装置を
２台設けたが、直流電源装置５と同じ構成の直流電源装
置を複数台設けてもよい。

【００３４】

【考案の効果】以上のように、本考案によれば、複数の
直流電源装置のうちの１台の直流電源装置に設けられて
いる１台の直流変換回路は、並列運転状態では、スイッ
チング手段が開放されているので、他の直流電源装置の
直流変換回路と共に、プラズマ電流を負担する。一方、
非並列運転状態において、当該１台の直流電源装置の１
台の直流変換回路は、スイッチング手段が閉成されてい
る状態では、主電極とノズル電極との間に、高周波発生
装置と協働して、パイロットアークを発生している。即
ち、この１台の直流変換回路は、パイロットアークの発
生とプラズマアークの発生とに兼用されている。しか
も、この直流変換回路が１台の変圧器の１つの２次巻線
に誘起された交流電圧を変換した直流を、スイッチング
手段によってパイロットアークの発生とプラズマアーク
の発生とに切り換えて使用している。従って、パイロッ
トアーク発生用の直流変換回路と、プラズマアーク発生
用の直流変換回路を別々に設ける必要がない。直流変換
回路に交流電圧を供給する変圧器も、１つの２次巻線を
有するものであればよく、変圧器に小型のものを使用で
きる。よって、プラズマアーク電源装置を小型軽量化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるプラズマアーク電源装置の１実施
例のブロック図である。

【図２】従来のプラズマアーク電源装置の一例のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

４Ａ ５ 直流電源装置 ６ ２６ インバータ １１ サイリスタ（スイッチング手段） １２ ３２ 電流検出器 １３ ３３ 誤差増幅器（制御手段） １４ ３４ 駆動装置（制御手段） １７ 母材 １８ 主電極 １９ ノズル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−91378（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 10/00 503 B23K 9/073

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を交流化するインバータと、 このインバータからの交流電圧が供給される１つの１次
   巻線と、１つの２次巻線とを有する変圧器と、 この変圧器の２次巻線に誘起された交流電圧を直流に変
   換する１台の直流変換回路と、 この直流変換回路の出力電流を検出する電流検出手段
   と、 この電流検出手段の出力信号と予め設定した基準信号と
   の差に基づいて上記インバータを制御して、上記出力電
   流を一定値に制御する制御手段とを、 それぞれ有する複数台の直流電源装置を、並列運転し、
   プラズマ負荷の主電極と母材とに、上記各直流変換回路
   から出力電流を供給するプラズマアーク電源装置におい
   て、 １台の上記直流電源装置の上記直流変換回路から上記プ
   ラズマ負荷のノズル電極と上記主電極とに延びる伝送線
   路中に、スイッチング手段と高周波発生装置とを設け、
   上記スイッチング手段の閉成状態において上記ノズル電
   極と上記主電極との間にパイロットアークを発生させる
   プラズマアーク電源装置。