JP2884547B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、３相交流を単相交流に変換する電源装置に
関するもので、特に交流アーク溶接やスポット溶接装
置、またはロボット積載用のアーク溶接やサブマージの
電源、または照明器具，振動機，電動機や電熱器等の電
源として高効率が得られる単相交流の電源装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

一般にスポット溶接装置の電源、あるいは照明器具，
電動機や電熱器等の電源としては、通常単相交流が使用
される。この単相交流を得るため３相交流を単相交流に
変換する装置としては、スコット配線や３相低周波方
式，インバーター方式等が知られているが、これらの場
合大電流になればなるほど３相不平衡が生じるという問
題があり、また電力効率が悪いという問題があった。

すなわち、上述のスコット配線等は、回路構成が複雑
で電源装置としては装置が大型になり、また３相の中の
１相に２倍の過大電流が流れる等、安定した電流を取り
出し難く、特に電源装置としての信頼性に問題があっ
た。

また、スポット溶接装置の電源として上述の３相低周
波方式が採用されているが、装置が大型かつ高価で故障
が多いという問題があった。

また、アーク溶接装置は一般に大電流を必要とするた
め、磁気漏洩方式及びリアクトル方式の２種類の電源方
式が採用されており、前者はトランスとして磁気漏れ変
圧器を用いたもの、後者はトランスの２次側とアーク電
極によって構成される放電回路に直列に可飽和リアクト
ルを挿入したものである。これらはいずれも急峻に高電
圧に立上り、その後電圧が急激に降下する、アーク溶接
時における垂下特性に合致した出力特性を得るようにし
ているが、これらにおいては変圧部での電磁漏洩やリア
クトルによる損失が大きいと言う問題点があった。

さらに最近インバーター方式が多く採用され、これは
交流を整流した後、周波数を約数百サイクル〜1200サイ
クルに上げてトランスを小型軽量にし、その２次側を直
流とする方式であるが、これも甚だ高価であり効率も悪
くまた故障も多いものであった。そこで小型軽量で効率
のよい電源装置が要求されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、
全く新規な小型，軽量で効率のよい、３相交流を単相交
流に変換する電源装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電源装置は、３相交流を位相制御して各
相の約120°〜約180°及び約300°〜約360°を各々出力
する位相制御回路と、１次側の３相コイルと２次側の単
相コイルとが鉄心に巻回されており且つ３相コイルには
位相制御回路の各出力が各々入力されている一方、単相
コイルから単相交流を出力する変圧部とを具備してお
り、３相コイルのうちの１相を逆相としたことを特徴と
している。

より好ましくは、前記位相制御回路は、３相交流を位
相制御して第１相の約120°〜約180°及び約300°〜約3
60°を、第２相の約０°〜約360°を、第３相の約60°
〜180°及び約240°〜約360°を各々出力する構成とな
っており、且つ３相コイルのうちの第１相を逆相にする
ことが望ましい。

〔作用〕

３相交流が入力されると、これに基づいて立ち上がり
が急峻な垂下特性を有した単相交流が生成され、これが
出力される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）はこの発明の一実施例による電源装置を
用いたアーク溶接装置を示す。図において、1,2,3は３
相交流電源、４は３相交流電源の供給を各相の所定範囲
のみ行うよう制御する位相制御回路、９は１次側に３つ
の１次コイル5,6,7を、２次側に１つの２次コイル８を
巻回した薄鉄板の積層体からなる鉄芯を有する変圧器、
12はアース、100は上記位相制御回路４及び変圧器９か
らなる電源装置である。また300はアーク溶接を行う溶
接部であり、これは２次コイル８に接続された溶接電極
10と、２次巻線８のアース端12に接続された被溶接材11
とからなり、13はアークである。

第１図（ｂ）は上記位相制御回路４の詳細を示し、図
中20a,20b,20cはサイリスタ、21は３相交流の各相の正
弦波の零クロス点を検出する零クロス点検出器、22a,22
b,22cは該零クロス点検出器21の出力を受け、各相のサ
イリスタ20a,20b,20cの点弧角を調整する位相調整器で
ある。

なお、位相制御回路４により制御される位相角は以下
の説明において各相の半波のみを表現することにする。
即ち、各相のａ°〜ｂ°の範囲について通電されると表
現した場合、最初の半波のａ°〜ｂ°の範囲だけでな
く、後の半波の（180°＋ａ°）〜（180°＋ｂ°）の範
囲についても通電されるとして位相角を表現することに
する。

次に動作について説明する。

３相交流電源1,2,3より変圧器９の３相コイル5,6,7へ
の通電は、位相制御器４によって制御され、第２図
（ａ）に示すように第1,第2,第３のコイル5,6,7には、
各相の交流正弦波形X,Y,Zの位相角120度〜180度の範囲
（Ｘについてはｃとf,Yについてはｂとe,Zについてはａ
とｄ）内においてのみ通電が行われ、それ以外の時間は
各コイルは開放状態である。

このようにして３相の各イコル5,6,7に順次通電が繰
り返されると、鉄芯内には第２図（ｂ），（ｃ）から分
かるように３倍周波の垂下特性を持った磁束が誘導さ
れ、これにより２次コイル８には同じく第２図（ｂ）に
示すような鋸歯状の３倍周波の電流が誘導されることと
なる。

そして、この鋸歯状の３倍周波の電流が溶接部300の
溶接電極10に印加され、被溶接材11との間でアーク13を
発生し、アーク溶接が行われる。この際、以下に述べる
効果が得られる。

上記のように２次側の単相出力としては、１次側の３
相交流の３倍の周波数、すなわち60サイクルに対し180
サイクルが得られるので溶接速度が従来の３相／単相変
換装置を用いた場合に比べて３倍になる。同じ速度のと
きは溶接のビートが、第３図（ａ）に示す従来のものに
比し第３図（ｂ）のように３倍細やかになる。このよう
に溶接の品質を向上できる。

従来の３相／単相変換電源装置では、得られる単相出
力は正弦波であるが、本発明により電源出力値には急峻
に高電圧に立上り、これから垂下状に零となる鋸歯状波
が得られるため、アーク溶接時にアークが出やすくかつ
安定したアークが得られる。

すなわち、本電源装置は本質的に垂下特性を持った電
源となっており、溶接には極めて好都合である。

本発明の電源は上述のように垂下特性を備えたもので
あるので、この垂下特性を得るために従来一般に使用さ
れている漏洩磁束型の装置または、第４図に示すような
可飽和リアクトルＬ等を用いる必要がなく、これに伴う
損失や力率の低下を生ずることがない。

また、得られる周波数が３倍となるので、変圧器が小
型となり、重量が従来の1/3で済み、大変小型軽量とな
る。また構造が簡単で小型軽量となるので、製造コスト
も大幅に低減できる。

また、従来の装置では無負荷電圧が60V〜100V必要で
あったが、本発明では35V〜55Vで済み、安全であるとと
もに取扱いも簡単で技術の熟練を必要とせず、かつ自動
化も容易である。

１相の交流正弦波形の点弧角を120度を中心に前後に
適当に調整することにより、アークの強さを大きく調整
することができる。

つまり、調整範囲に従来に比べて広くすることがで
き、コンピュータによる自動制御を行うことによって従
来不可能であった領域の溶接を可能にし、かつ溶接安定
性を得ることができる。

また、小型軽量でかつアークが安定しているので、こ
れをロボットに搭載することにより大型厚板のアーク溶
接を行うことができる。すなわち、同じ重量で従来の３
倍の溶接能力を発揮できる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

第５図（ａ）はこの発明の第２の実施例による電源装
置を示し、この実施例は上記第１の実施例において第３
相を逆相にしたものである。この実施例においては上記
第１の実施例と同じく３相を約120°〜約180°間で点弧
すると、得られる波形は第５図（ｂ）のような波形とな
り、一周期において＋側に３個の鋸歯状波が、−側に３
個の鋸歯状波が得られることとなる。つまり３相60サイ
クルの電源入力に対し、単相60サイクルでありながら１
秒間に360個の鋸歯状波が得られることとなる。

このように１組のみを逆相として３相の各々を約120
°〜約180°で位相制御すれば、２次側に上記のような6
0サイクルの鋸歯状波が得られるので、これをスポット
溶接または鍛造成形用加熱電源等に使用すれば、180サ
イクルの鋸歯状波よりもリアクタンス損失が少なく、そ
れだけ加熱エネルギーが増大することとなって有利とな
る。具体的には、懐の深い溶接，つまり変圧部からかな
り離れた位置での溶接が可能となる。

第６図（ａ）はこの発明の第３の実施例を示し、これ
は第２の実施例のように３相を逆相にするとともに、１
相を約120°〜約180°、２相を約０°〜約180°、３相
を約60°〜約180°で点弧するようにしたものであり、
この場合は第６図（ｂ）のように、大きな波高の60サイ
クルの鋸歯状波が得られ、スポット溶接にはさらに有利
となる。

第７図（ａ）はこの発明の第４の実施例を示し、この
実施例は第１の実施例において、位相制御回路４を、第
３相を常に開放とし、第１相及び第２相を約120°〜約1
80°間で点弧するよう構成したものである。この場合第
７図（ｂ）のように、一周期において＋側及び−側にそ
れぞれ、所定間隔を置いて２個の鋸歯状波が得られ、つ
まり＋側及び−側に中休み期間を持つ波形が得られ、鋳
物等、急激に温度上昇を行ってはならないものの溶接に
便利である。

なお、この第４の実施例では、位相制御回路を第１相
及び第２相のみ点弧するよう構成したが、その代わりに
変圧器を１次側に第１相と第２相の２つのコイルのみ有
する構成としてもよい。

また、１次及び２次コイルの数は、上記各実施例で示
したものに限定されず、それらの倍数にしてもよい。

また上記説明では、各相の点弧開始時期が約120°
で、溶接電流波形の鋸歯状波が第２図（ｂ）のような形
状である場合を示したが、点弧開始時期を100°程度に
すれば、立ち上がり位置がより前方となり、かつ立上り
波形の上端頭部が丸みを帯びた鋸歯状波が得られ、溶接
の用途によってはこのような波形の溶接電流が有効であ
る。

〔発明の効果〕

以上、本発明に係る電源装置による場合、１次側に３
相コイル、２次側に単相コイルを有した変圧部と、この
前段に設けられた位相制御回路だけで、３相交流が入力
されると、これに基づいて立ち上がりが急峻な垂下特性
を有した単相交流を生成する構成となっているので、小
型・軽量化とともに高効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアーク溶接機に用い
た電源装置を示す図、第２図は該電源装置の出力波形を
説明する図、第３図は該アーク溶接機の動作を説明する
図、第４図は従来の可飽和リアクトルを用いたアーク溶
接機を示す図、第５図はこの発明の第２の実施例による
電源装置を示す図、第６図はこの発明の第３の実施例に
よる電源装置を示す図、第７図はこの発明の第４の実施
例による電源装置を示す図である。 図において、1,2,3は３相交流電源端子、5,6,7は１次コ
イル、８は２次コイル、９は変圧器、10は溶接電極、11
は被溶接材、12はアース、13はアーク、100は電源装
置、300は溶接部である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相交流を位相制御して各相の約120°〜
   約180°及び約300°〜約360°を各々出力する位相制御
   回路と、１次側の３相コイルと２次側の単相コイルとが
   鉄心に巻回されており且つ３相コイルには位相制御回路
   の各出力が各々入力されている一方、単相コイルから単
   相交流を出力する変圧部とを具備しており、３相コイル
   のうちの１相を逆相としたことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記位相制御回路は、３相交流を位相制御
   して第１相の約120°〜約180°及び約300°〜約360°
   を、第２相の約０°〜約360°を、第３相の約60°〜180
   °及び約240°〜約360°を各々出力する構成となってお
   り、且つ３相コイルのうちの第１相を逆相にしたことを
   特徴とする請求項１記載の電源装置。