JP3701704B2 - AC / DC dual-purpose arc machining system - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、交直両用のアーク溶接、切断またはアーク加熱等に使われるアーク加工装置において、アーク起動性能を改良した装置を提案したものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来のアーク溶接装置の例である。図1において、1ないし3は1次入力線、5は電極側ケーブル、6は電極、7は被溶接物、8は被溶接物側ケーブル、TS1は起動スイッチである。溶接電源4において、11は第1の直流電源、15は第2の直流電源であり直流高電圧を発生する回路である。16はダイオードであり第2の直流電源が発生する直流高電圧に耐えかつ溶接電流を流す容量のものが用いられる。18はアーク発生検出手段であり通常アーク電流が流れているかいないかによってアーク発生と判断する。19はスイッチ手段であり起動スイッチTS1からの起動信号を受けて、図示を省略されたガス供給回路に指令を出し、電極の周囲にシールドガスの供給を開始させ、シールドガスが電極周囲に達する頃を見計らって第1の直流電源11および第2の直流電源15を動作させる。第2の直流電源15が発生する直流高電圧はダイオード16に阻止されて第1の直流電源11には印加されず、電極6と被溶接物7間にのみ印加され、この間の絶縁を破って火花放電を発生させる。この火花放電に第1の直流電源から電力が供給されて火花放電は溶接アークに成長する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図1の従来装置の場合は、直流出力のものに対してのみ適用できるものであり、その出力極性は固定されている。それ故、アーク加工部には装置によって定まった極性の出力が供給されるだけであり、被加工物の材質や加工方法に応じて被加工物側が正となる正極性アーク、電極側が正となる逆極性アークあるいは正・逆両極性のアークを所定の割合で切り替えて交流出力を得るなどの交直両用には適用できないものであった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直流電源の出力を正および逆の極性に切り替えてアーク加工負荷に供給する主スイッチング回路と、アーク加工負荷にアーク起動用の高電圧を供給するための直流高電圧発生回路と、直流電源と負荷出力端子との間に直列にされて直流高電圧発生回路と同極性のダイオードと、直流高電圧発生回路の出力極性と逆の極性の出力を通過させる副スイッチング回路と、アーク起動に際して直流高電圧発生回路を起動するとともに主スイッチング回路を直流高電圧発生回路の出力と同極性の出力をアーク加工負荷に供給するように駆動し、アーク起動後は高電圧直流発生回路の出力を遮断するとともに副スイッチング回路を導通させ、かつ所定の順序で主スイッチング回路をON-OFF制御する制御回路とを備えた構造とすることによって上記従来装置の問題点を解決したものである。
【0005】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例によって説明する。図2は、本発明を交直両用のアーク溶接に適用したときの実施例を示す接続図であり、請求項1、2および6の実施例に相当する。図2において、1ないし3は1次入力線、5は電極側ケーブル、6は電極、7は被溶接物、8は被溶接物側ケーブル、TS1は起動スイッチ、RV1は出力電流調整器である。溶接電源9において、DR1は1次整流器、C1は平滑コンデンサ、TR1はインバータ回路、T1はインバータトランス、L1(1/2)、L1(2/2)はリアクトルであり、両リアクトルは共通の鉄心に巻かれたコイルからなり、各コイルは図中に・印で示すように直列に接続されたスイッチング素子TR2およびTR3の導通によってそれぞれに流れる電流によって共有する鉄心に同方向の磁束を発生する極性に定められている。TR2およびTR3は主スイッチング回路を構成するトランジスタ、CT1は電流検出器、Tm1は被溶接物側出力端子、Tm2は電極側出力端子である。なお、通常はトランジスタTR2とトランジスタTR3には逆並列にダイオードが接続されるが、図が繁雑になることをさけるために、それらのダイオードは図示を省略している。
【0006】
また、図2において、DR3はダイオード、S1は副スイッチング回路を構成する電磁接触器、HDは直流高電圧発生回路、CL2は制御回路である。なお、直流高電圧発生回路HDは無負荷電圧は高いが出力インピーダンスは大きく、電極6と被溶接物7との間には火花放電が発生する程度にその出力電流は制限されている。
【0007】
図2において、1次入力線1ないし3から3相の商用周波交流が加えられ、1次整流器DR1はこれを整流して直流にする。その出力は平滑コンデンサC1により平滑される。インバータ回路TR1は平滑コンデンサC1によって平滑された出力を商用周波数より高い周波数の交番電圧に変換してインバータトランスT1の1次巻線に供給する。インバータトランスT1は2次巻線に溶接に適した電圧が得られるようにその巻数比が選ばれる。2次整流回路DR2はインバータトランスT1の出力電圧を整流する。トランジスタTR2とトランジスタTR3はいずれか一方がONで他方がOFFとなって溶接出力の極性を切り替える。いまトランジスタTR2がONでトランジスタTR3がOFFとすると、溶接電流は、2次整流回路DR2の正出力端子、リアクトルL1(1/2)、トランジスタTR2、ダイオードDR3、被溶接物側出力端子Tm2、被溶接物側ケーブル8、被溶接物7、電極6、電極側ケーブル5、電極物側出力端子Tm1、電流検出器CT1の経路を流れ、被溶接物7と電極6の間に正極性のアークを発生させる。出力電流検出器CT1はアーク電流を検出して、検出信号を制御回路CL2に送る。制御回路CL2は出力調整器RV1からの出力電流指令信号と出力電流検出器CT1の検出信号とを比較し、その差が減ずるような指令信号をインバータ回路TR1に送る。この結果、溶接電源4の出力電流は出力調整器RV1の設定値に保たれる。
【0008】
つぎに、トランジスタTR2がOFFにトランジスタTR3がONになると、トランジスタTR2を通してリアクトルL1(1/2)に流れる電流とトランジスタTR3を通してリアクトルL1(2/2)に流れる電流は鉄心を同じ方向に磁化するので、リアクトルL1(1/2)に流れていた電流はリアクトルL1(2/2)に移って流れることになる。その結果、溶接電流は2次整流回路DR2の零出力端子、出力電流検出器CT1、電極側出力端子Tm1、電極側ケーブル5、電極6、被溶接物7、被溶接物側ケーブル8、電磁接触器S1、トランジスタTR3、リアクトルL1(2/2)、2次整流回路DR2の負出力端子の経路を流れ、電極6と被溶接物7の間に逆極性のアークを発生させる。トランジスタTR2がONでトランジスタTR3がOFFの状態と、トランジスタTR2がOFFでトランジスタTR3がONの状態とを交互に繰り返すことよって電極6と被溶接物7間に交流アークが得られる。
【0009】
つぎにアーク起動時の動作について説明する。図2において、起動スイッチTS1が押されると制御回路CL2は、図示を省略したガス供給回路に指令を出し、電極の周囲にシールドガスの供給を開始させる。シールドガスが電極周囲に達する頃を見計らって制御回路CL2は、インバータ回路TR1に動作の開始を、トランジスタTR2にONを、電磁接触器S1にOFFを指令し、直流高電圧発生回路HDには出力の開始を指令する。直流高電圧発生回路HDの電圧はダイオードDR3および開放状態の電磁接触器S1に阻止されてトランジスタTR2およびトランジスタTR3側にはかからず、電極6と被溶接物7間にかかり、この間の絶縁を破って火花放電を発生させる。この火花放電は、直流高電圧発生回路HDの内部インピーダンスが高いために出力電流が小さいが、2次整流回路DR2からリアクトルL1(1/2)、トランジスタTR2、ダイオードDR3を経て同極性の電流が重畳して流れるので、火花放電電流は急速に増大して溶接アークに成長する。出力電流検出器CT1は溶接電流検出信号を制御回路CL2に送り、この検出信号によって制御回路CL2は直流高電圧発生回路HDに動作の停止を指令し、直流アーク溶接を行う場合はトランジスタTR2をON、トランジスタTR3をOFF、電磁接触器S1をOFFのままとし、交流アーク溶接を行う場合は電磁接触器S1をONとした後、トランジスタTR2とトランジスタTR3を交互にON、OFFさせる。なお、電磁接触器S1はダイオードDR3とは逆向きの電流を流すサイリスタなどの半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【0010】
ここで、交流出力時には、リアクトルL1(1/2)とリアクトルL1(2/2)との巻線を前述のように各コイルに流れる電流によって共有する鉄心に同じ方向の磁束が発生するようにその巻き方向を決定しておくと、極性の反転に際してトランジスタTR2がONからOFFになるときにリアクトルL1(1/2)に流れていた電流がそのままリアクトルL1(2/2)に移って流れようとする。このためにトランジスタTR2のOFFと同時に高いサージ電圧が発生し、アークの再生を助ける。さらに、トランジスタTR2とTR3とを導通期間が極く短時間の重なりをもって交互にON−OFFするようにして両トランジスタを実質的に間隙なく制御するとよい。このようにするときは、トランジスタTR2とトランジスタTR3との重なり時間の間は、アークは消滅するが電流はリアクトルを通じてトランジスタTR2とトランジスタTR3とによって短絡されて流れ続け、その値はリアクトルによって抑制される。この状態でトランジスタTR2がOFFするとその直前にリアクトルに流れていた電流を維持するように高いサージ電圧がトランジスタTR3の順方向に発生する。このサージ電圧は電極6と比溶接物7との間に先とは逆の極性で印加され、かつトランジスタTR3がすでに導通状態にあるので、トランジスタTR2がOFFとなる瞬間に電極6と被溶接物7との間に発生することになりアークの再生がより確実となる。
【0011】
なお、TIGアーク溶接においては、上記のように正極性からアーク起動を行うとアークの確立が不安定になることがある。このような場合には、直流高電圧発生回路HDおよびダイオードDR3の極性を図と逆にして、起動時にはトランジスタTR3をONとし、トランジスタTR2をOFFとして、逆極性から起動し、アークが確立したことを検出してから所望の極性になるようにトランジスタTR2またはトランジスタTR3をONあるいはOFFし、これにあわせて電磁接触器S1を開閉すればよい。
【0012】
図3は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例であり、請求項1、3および7の発明の実施例に相当する。同図において、10は溶接電源であり、図2に示した実施例と異なり、直流高電圧発生回路HDを出力回路に直列接続してある。直流高電圧発生回路HDの正側出力は被溶接物側出力端子Tm2、被溶接物側ケーブル8を経て被溶接物7に、また負側出力はトランジスタTR2、リアクトルL1(1/2)、2次整流回路DR2および電極側出力端子Tm1、電極側ケーブル5を経て電極6にそれぞれ供給される。この直流高電圧によって電極6と被溶接物7間に火花放電が発生した後は図2に示した実施例の動作と同様である。なお、図2および図3の各実施例において、リアクトルL1(1/2)とトランジスタTR2との順序およびリアクトルL1(2/2)とトランジスタTR3との順序はそれぞれ図示と逆でもよい。
【0013】
図4は本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、4および8の発明の実施例に相当する。同図においては、説明の煩雑を避けるために図1ない図3と同じ部分は省略し、これらと異なるインバータトランスT1以降のみを示す。
【0014】
図4において、DR2aないしDR2dは2次整流回路DR2の各要素を構成するダイオード、DR3はダイオード、DR4およびDR5はダイオード、S1は副スイッチング回路を構成する電磁接触器である。
【0015】
図4において、アーク起動時はトランジスタTR2をON、トランジスタTR3をOFF、電磁接触器S1をOFFとして直流高電圧発生回路HDを動作させる。直流高電圧発生回路HDの出力電圧は正側は被溶接物側出力端子Tm2、被溶接物側ケーブル8を経て被溶接物側7に、また負側は電極側出力端子Tm1、電極側ケーブル5を経て電極6に加わり被溶接物7と電極6との間に火花放電を発生させ、この火花放電にダイオードDR2aおよびDR2bからリアクトルL1(1/2)、ダイオードDR3、トランジスタTR2を経て電流が流れ火花放電は溶接アークに成長する。ダイオードDR3はダイオードDR2aおよびダイオードDR2bおよびON状態のトランジスタTR2に直流高電圧発生回路HDの直流高電圧がかからないように阻止し、電磁接触器S1はダイオードDR5およびOFF状態にあるトランジスタTR3に直流高電圧発生回路HDの直流高電圧がかからないように阻止するとともに、交流溶接時にはONとなってトランジスタTR3に電流を流す。なお、リアクトルL1(1/2)、ダイオードDR3、トランジスタTR2とダイオードDR4との並列回路の接続の順序、リアクトルL1(2/2)、電磁接触器S1、トランジスタTR3とダイオードDR5との並列回路の接続の順序は図示の通りでなくてもよい。
【0016】
図5は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、5および9の発明の実施例に相当する。同図においても図4と同様にインバータトランスT1以降のみ示してある。
図5において、直流高電圧発生回路HDをダイオードDR3に並列に接続してリアクトルL1(1/2)とトランジスタTR2との間に直列に接続し、副スイッチング回路である電磁接触器S1はリアクトルL1(2/2)とトランジスタTR3との間に直列に接続されている。直流高電圧発生回路HDの正側の電圧はトランジスタTR2および被溶接物側出力端子Tm2、被溶接物側ケーブル8を経て被溶接物7に、また、負側の電圧はリアクトルL1(1/2)、ダイオードDR2aまたはダイオードDR2b、インバータトランスT1および被溶接物側出力端子Tm1、電極側ケーブル5を経て電極6に印加される。なお、トランジスタTR3とダイオードDR5の並列回路に直流高電圧発生回路HDの直流高電圧に耐えるトランジスタとダイオードを用いるときは電磁接触器S1を省略してもよい。図5においても、リアクトルL1(1/2)とダイオードDR3およびトランジスタTR2とダイオードDR4との並列回路の順序およびリアクトルL(2/2)と電磁接触器S1とトランジスタTR3とダイオードDR5との並列回路の順序は図示の通りでなくてもよい。
【0017】
図6は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1および10の発明の実施例に相当する。図6においても図4に示した実施例と同様にインバータランスT1以降のみを示してあり、図4の実施例とは直流高電圧発生回路HDをダイオードDR3とトランジスタTR2との接続点と電極側出力端子Tm1との間に接続した点のみが異なり、その他は、図4の実施例と同様である。
【0018】
図6の実施例において、アーク起動時はトランジスタTR2を導通させ、同時に直流高電圧発生回路HDに出力を開始させることによって、直流高電圧発生回路HDの正側はトランジスタTR2、被溶接物側出力端子Tm2を経て被溶接物7に、負側は被溶接物側出力端子Tm1を経て電極6に加わり、電極6と被溶接物7との間に火花放電を発生させる。もちろん、トランジスタTR4とダイオードDR5とを高耐圧のものにして副スイッチング回路の電磁接触器S1を省略してもよい。図6においても、リアクトルL1(1/2)とダイオードDR3およびトランジスタTR2とダイオードDR4との並列回路の順序およびリアクトルL1(2/2)と電磁接触器S1とトランジスタTR3とダイオードDR5との並列回路の順序は図示の通りでなくてもよい。
【0019】
図7は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、2および11の発明の実施例に相当する。同図においては、2次整流回路としてインバータトランスT1の出力をダイオードDR2aとDR2bとによって両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する直流電源を構成している。また、主スイッチング回路は、トランジスタTR4aないしTR4dからなるフルブリッジ回路を使用する。さらに単一の巻線からなるリアクトルL2を2次整流回路と主スイッチング回路との間に接続し、ダイオードDR3は副スイッチング回路S1と並列にして主スイッチング回路と出力端子Tm2との間に直列に接続し、直流高電圧発生回路HDは出力端子Tm1とTm2との間に接続されている。したがって、図7は図2の実施例の変形例に相当する。
【0020】
同図の実施例においては、主スイッチング回路はトランジスタTR4aとTR4dおよびトランジスタTR4bとTR4cとがそれぞれ1組となって同時にかつ各組のトランジスタが交互にON−OFFすることによって出力極性の切り替えが行われる。同図においてアーク起動時には、トランジスタTR4bとTR4cとが導通し、同時に直流高電圧発生回路HDが出力を開始する。これによって電極6と被溶接物7との間に火花放電が発生し、これに誘発されて2次整流回路からの出力が溶接アークを発生する。溶接アーク起動後は直流高電圧発生回路HDを停止させ、電磁接触器S1をONし、以後トランジスタTR4aないしTR4dを所定の順序でON−OFF制御することによって交流アーク溶接または所定の極性の直流アーク溶接を行う。
【0021】
図8は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、2、11および16の発明の実施例に相当する。同図においては、図7の実施例に2個のリアクトルL3(1/2)とL3(2/2)とを電極側および被溶接物側の各出力回路に直列に接続したもので、その他は図7に示した実施例と同様である。同図において、リアクトルL3(1/2)とL3(2/2)とは図2の実施例において用いたリアクトルリアクトルL1(1/2)とL1(2/2)と同様に鉄心を共有し、各リアクトルに流れる電流によって共有する鉄心に同方向の磁束を発生する極性に各リアクトルの巻線の巻き方向が定められている。
【0022】
同図の実施例においても、アーク起動時にトランジスタTR4bとTR4cとを導通させ直流高電圧発生回路HDを動作開始させることによって電極と被溶接物との間に火花放電が発生し溶接アークに移行する。溶接アーク起動後は直流高電圧発生回路HDを停止させ、電磁接触器S1をONとすることによつて溶接を行う。このときリアクトルL3(1/2)とL3(2/2)との作用によつて図2に示した実施例と同様に極性の切り替え時に急峻に電流が切り替えられ、かつこの極性切り替えの瞬間にアークが一旦消滅したときに高いサージ電圧が発生するのでアークの再点孤が確実となる。この場合もトランジスタTR4a、TR4dの組とトランジスタTR4b、TR4cの組との各組の導通期間を極く短時間の重なり期間をもって切り替えるようにすればリアクトルL3(1/2)L3(2/2)に流れる電流の急変するときがアークの再点孤すべきときと一致してさらに確実なアーク再点孤が実現できる。それ故、図8は図2および図7の実施例の変形例に相当する。
【0023】
図9は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3および11の発明の実施例に相当する。図9においては、2次整流回路を両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する回路とし、直流高電圧発生回路HDを副スイッチング回路S1と並列にして出力回路に直列に挿入したものである。それ故、図9の実施例は図3の変形例に相当し、動作はリアクトルL1(1/2)、L1(2/2)の部分を除いて図3と同様である。
【0024】
図10は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3、11および16の発明の実施例に相当する。図10においては図9の実施例に図8の実施例と同様に2個のリアクトルL3(1/2)またはL3(2/2)を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図9の実施例と同様であり、またリアクトルL3の作用は図3および図8の実施例と同様である。それ故、図10の実施例は図3および図9の実施例の変形例に相当する。
【0025】
図11は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、2、4および12の発明の実施例に相当する。同図においては、図4とは2次整流回路を両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する回路とし、かつ主スイッチング回路がトランジスタTR4aないしTR4dからなるブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の一方の極性の出力回路にダイオードDR3がまた他方の極性の出力回路に副スイッチング回路の電磁接触器S1がそれぞれ直列に挿入されている点が異なるのみでその他は変わるところはない。それ故、図11は図4の実施例の変形例に相当し、その動作はリアクトルL1(1/2)およびL1(2/2)の動作を除いて図4と同様である。
【0026】
図12は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、2、4、12および16の発明の実施例に相当する。図12においては図11の実施例に図8の実施例と同様に2個のリアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図11の実施例と同様であり、またリアクトルL3(1/2)およびL3(1/2)の作用は図4および図8の実施例と同様である。それ故、図12は図4および図11の実施例の変形例に相当する。
【0027】
図13は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3、5および13の発明の実施例に相当する。同図は、図5とは2次整流回路を両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する回路とし、かつ主スイッチング回路がトランジスタTR4aないしTR4dからなるブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の一方の極性の出力回路にダイオードDR3と直流高電圧発生回路HDとの並列回路がまた他方の極性の出力回路に副スイッチング回路の電磁接触器S1がそれぞれ直列に挿入されている点が異なるのみでその他は変わるところはない。それ故、図13は図5の実施例の変形例に相当し、その動作はリアクトルL1(1/2)およびL1(2/2)を除いて図5と同様である。
【0028】
図14は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3、5、13および16の発明の実施例に相当する。図14においては図13の実施例に図8の実施例と同様に2個のリアクトルL3(1/2)またはL3(2/2)を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図13の実施例と同様であり、またリアクトルL3の作用は図4および図8の実施例と同様である。それ故、図14は図5および図13の実施例の変形例に相当する。
【0029】
図15は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1および14の発明の実施例に相当する。同図において2次整流回路は図7ないし図14の実施例と同様に両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する回路のものを使用しており、直流高電圧発生回路HDは図示のようにブリッジ接続された主スイッチング回路の直流入力側に並列に接続されており、副スイッチング回路はトランジスタTR4aとTR4dとを回路から切り離すように2個の電磁接触器S1aとS1bとしてブリッジ回路に直列に接続されている。同図の実施例において、アーク起動時はトランジスタTR4bとTR4cとをONとし、同時に直流高電圧発生回路HDの動作を開始させると被溶接物7に正、電極6に負の極性の電圧が供給され、両者間に火花放電が発生する。この火花放電に2次整流回路の出力が重畳されてアークが成長して溶接が開始される。アークが確立した後は上記の各実施例と同様に直流高電圧発生回路HDをOFFし副スイッチング回路の電磁接触器S1aとS1bとをONとした後にトランジスタTR4aないしTR4dを所定の順序でON−OFFすることによって直流または交流アーク溶接を実施することができる。
【0030】
図16は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、14および16の発明の実施例に相当する。同図においては図15の実施例に図8の実施例と同様にリアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)を除いては図15と同様であり、リアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)は図8と同様に作用する。また、電磁接触器S1bは直流高電圧発生回路HDの動作時に開路状態に保ち、起動時遮断状態のトランジスタTR4dが直流高電圧発生回路HDの出力高電圧によって破壊されるのを防止している。
【0031】
図17は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3および15の実施例に相当する。同図において2次整流回路は図7ないし図16の実施例と同様に両波整流するとともにリアクトルL2を介して正および負の出力端子を有する回路のものを使用しており、直流高電圧発生回路HDは図示のようにブリッジ接続された主スイッチング回路の直流入力側に直列接続されたダイオードDR3に並列に接続されており、副スイッチング回路はトランジスタTR4aとTR4dとを回路から切り放すように2個の電磁接触器S1aとS1bがブリッジ回路に直列に接続されている。同図の実施例において、アーク起動時はトランジスタTR4bとTR4cとをONとし、同時に直流高電圧発生回路HDの動作を開始させると、被溶接物7に正、電極6に負の極性の電圧が供給され、両者間に火花放電が発生する。この火花放電に2次整流回路DR2の出力が重畳されてアークが成長し溶接が開始される。アークが確立した後は、上記の各実施例と同様に直流高電圧発生回路HDをOFFし、副スイッチング回路の電磁接触器S1aとS1bとをONとした後にトランジスタTR4aないしTR4dを所定の順序でON−OFFすることによって直流または交流アーク溶接を実施することができる。それ故、図17の実施例は図5の実施例の変形例に相当する。
【0032】
図18は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項1、3、15および16の発明の実施例に相当する。同図においては図17の実施例に図8の実施例と同様にリアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)を除いては図17と同様であり、リアクトルL3(1/2)およびL3(2/2)は図8と同様に作用する。それ故、図18の実施例は図5および図17の実施例の変形例に相当する。
【0033】
上記各実施例においては、本発明をアーク溶接に適用する場合について説明したが、本発明はアーク溶接のみに限られるものではなく、アーク切断、アーク加熱、アーク溶融などアーク応用加工装置に適用できることはもちろんである。
【0034】
【発明の効果】
本発明のアーク加工装置は、アーク起動用の直流高電圧が2次回路に侵入しないようにするダイオードとアーク起動時とは逆向きの出力電流を流せるようにする副スイッチ回路を用いることにより、直流出力のみでなく交流出力も得ることができる、交直両用のアーク加工装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のアーク加工装置の例を示接続図、
【図2】本発明の請求項1、2および6の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図3】本発明の請求項1、3および7の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図4】本発明の請求項1、2、4および8の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図5】本発明の請求項1、3、5および9の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図6】本発明の請求項1および10の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図7】本発明の請求項1、2および11の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図8】本発明の請求項1、2、11および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図9】本発明の請求項1、3および11の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図10】本発明の請求項1、3、11および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図11】本発明の請求項1、2、4および12の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図12】本発明の請求項1、2、4、12および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図13】本発明の請求項1、3、5および13の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図14】本発明の請求項1、3、5、13および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図15】本発明の請求項1および14の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図16】本発明の請求項1、14および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図17】本発明の請求項1、3および15をの発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図18】本発明の請求項1、3、15および16の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【符号の説明】
1ないし3 1次入力線
4 溶接電源
5 電極側ケーブル
6 電極
7 被溶接物
8 被溶接物側ケーブル
9、10 溶接電源
11 第位置1の直流電源
15 第2の直流電源
16 ダイオード
18 アーク発生検出手段
19 スイッチ手段
DR1 1次整流器
DR2 2次整流回路
DR2aないしDR2d 2次整流回路を構成するダイオード
DR3、DR4、DR5 ダイオード
DR6aないしDR6d ダイオード
T1 インバータトランス
L1(1/2)、L1(2/2) リアクトル
L2 リアクトル
L3(1/2)、L3(2/2) リアクトル
TR1 インバータ回路
TR2およびTR3 トランジスタ
TR4aないしTR4d トランジスタ
S1、S1a、S1b 副スイッチング回路(電磁接触器)
HD 直流高電圧発生回路
TS1 起動スイッチ
RV1 出力電流調整器
CT1 出力電流検出器
Tm1 電極側出力端子
Tm2 被溶接物側出力端子
C1 平滑コンデンサ
CL1、CL2 制御回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention proposes an apparatus having improved arc starting performance in an arc machining apparatus used for AC / DC arc welding, cutting or arc heating.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is an example of a conventional arc welding apparatus. In FIG. 1, 1 to 3 are primary input lines, 5 is an electrode side cable, 6 is an electrode, 7 is an article to be welded, 8 is a cable to be welded, and TS1 is a start switch. In the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional apparatus shown in FIG. 1 can be applied only to a DC output type, and its output polarity is fixed. Therefore, only the output of the polarity determined by the apparatus is supplied to the arc processing unit, and the positive arc is positive on the workpiece side and the electrode side is positive depending on the material and processing method of the workpiece. This method cannot be applied to both AC and DC applications, such as switching the reverse polarity arc or the positive / reverse polarity arc at a predetermined ratio to obtain an AC output.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a main switching circuit that supplies an arc machining load by switching the output of a DC power source to normal and reverse polarity, and a DC high voltage generation circuit for supplying a high voltage for arc starting to the arc machining load; A diode connected in series between the DC power source and the load output terminal and having the same polarity as that of the DC high voltage generation circuit, a sub switching circuit for passing an output having a polarity opposite to the output polarity of the DC high voltage generation circuit, and arc starting At this time, the DC high voltage generating circuit is started and the main switching circuit is driven so as to supply an output having the same polarity as the output of the DC high voltage generating circuit to the arc machining load. The above-described structure is provided with a control circuit that shuts off and makes the sub-switching circuit conductive, and that controls the main switching circuit in a predetermined order. It is obtained by solving the problems of the coming devices.
[0005]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments. FIG. 2 is a connection diagram showing an embodiment when the present invention is applied to AC / DC arc welding, and corresponds to the embodiments of
[0006]
In FIG. 2, DR3 is a diode, S1 is an electromagnetic contactor constituting a sub-switching circuit, HD is a DC high voltage generation circuit, and CL2 is a control circuit. Note that the DC high voltage generation circuit HD has a high no-load voltage but a large output impedance, and its output current is limited to the extent that spark discharge is generated between the
[0007]
In FIG. 2, three-phase commercial frequency alternating current is applied from the
[0008]
Next, when the transistor TR2 is turned off and the transistor TR3 is turned on, the current flowing through the transistor TR2 to the reactor L1 (1/2) and the current flowing through the transistor TR3 into the reactor L1 (2/2) magnetize the iron core in the same direction. Therefore, the current flowing through the reactor L1 (1/2) moves to the reactor L1 (2/2) and flows. As a result, the welding current is the zero output terminal of the secondary rectifier circuit DR2, the output current detector CT1, the electrode side output terminal Tm1, the
[0009]
Next, the operation at the time of arc starting will be described. In FIG. 2, when the activation switch TS1 is pressed, the control circuit CL2 issues a command to a gas supply circuit (not shown) to start supplying shield gas around the electrodes. The control circuit CL2 commands the inverter circuit TR1 to start operation, the transistor TR2 to turn on, the electromagnetic contactor S1 to turn off, and the output to the DC high voltage generation circuit HD. Command to start The voltage of the DC high voltage generating circuit HD is blocked by the diode DR3 and the open electromagnetic contactor S1 and does not reach the transistor TR2 and transistor TR3 side, but is applied between the
[0010]
Here, at the time of AC output, magnetic fluxes in the same direction are generated in the iron core sharing the windings of the reactor L1 (1/2) and the reactor L1 (2/2) by the current flowing through each coil as described above. If the winding direction is determined in advance, the current that has been flowing through the reactor L1 (1/2) when the transistor TR2 is switched from ON to OFF during the polarity inversion will be transferred to the reactor L1 (2/2) as it is. And For this reason, a high surge voltage is generated simultaneously with the turning-off of the transistor TR2, and assists the regeneration of the arc. Further, the transistors TR2 and TR3 are preferably turned on and off alternately with a very short conduction period and with a short overlap, so that both transistors may be controlled substantially without a gap. When this is done, the arc disappears during the overlap time of the transistors TR2 and TR3, but the current is short-circuited by the transistors TR2 and TR3 through the reactor, and the value is suppressed by the reactor. . When the transistor TR2 is turned off in this state, a high surge voltage is generated in the forward direction of the transistor TR3 so as to maintain the current that was flowing in the reactor immediately before. This surge voltage is applied between the
[0011]
In TIG arc welding, when the arc is started from the positive polarity as described above, the establishment of the arc may become unstable. In such a case, the polarities of the DC high voltage generation circuit HD and the diode DR3 are reversed from those shown in the figure, the transistor TR3 is turned on at the time of activation, the transistor TR2 is turned off, and the arc is established from the opposite polarity. The transistor TR2 or the transistor TR3 may be turned on or off so that the desired polarity is detected, and the electromagnetic contactor S1 may be opened and closed accordingly.
[0012]
FIG. 3 shows another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the inventions of
[0013]
FIG. 4 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the first, fourth and eighth aspects of the present invention. In this figure, in order to avoid complicated explanation, the same parts as those in FIG. 3 not shown in FIG.
[0014]
In FIG. 4, DR2a to DR2d are diodes constituting each element of the secondary rectifier circuit DR2, DR3 is a diode, DR4 and DR5 are diodes, and S1 is an electromagnetic contactor constituting a sub switching circuit.
[0015]
In FIG. 4, when the arc is activated, the transistor TR2 is turned on, the transistor TR3 is turned off, and the electromagnetic contactor S1 is turned off to operate the DC high voltage generation circuit HD. The output voltage of the DC high voltage generating circuit HD is that the positive side is the workpiece-side output terminal Tm2 and the workpiece-
[0016]
FIG. 5 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the inventions of
In FIG. 5, a DC high voltage generating circuit HD is connected in parallel to a diode DR3 and connected in series between a reactor L1 (1/2) and a transistor TR2, and an electromagnetic contactor S1 as a sub-switching circuit is connected to the reactor L1. (2/2) and the transistor TR3 are connected in series. The positive voltage of the DC high voltage generating circuit HD is supplied to the
[0017]
FIG. 6 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the invention of
[0018]
In the embodiment of FIG. 6, when the arc is activated, the transistor TR2 is turned on and at the same time the DC high voltage generating circuit HD starts outputting, so that the positive side of the DC high voltage generating circuit HD is the transistor TR2 and the workpiece side output. The negative side is applied to the
[0019]
FIG. 7 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the first, second and eleventh aspects of the present invention. In the figure, as a secondary rectifier circuit, an output of an inverter transformer T1 is rectified by both waves by diodes DR2a and DR2b, and a DC power source having positive and negative output terminals via a reactor L2 is configured. The main switching circuit uses a full bridge circuit composed of transistors TR4a to TR4d. Further, a reactor L2 composed of a single winding is connected between the secondary rectifier circuit and the main switching circuit, and the diode DR3 is connected in series with the sub switching circuit S1 between the main switching circuit and the output terminal Tm2. The DC high voltage generation circuit HD is connected between the output terminals Tm1 and Tm2. Accordingly, FIG. 7 corresponds to a modification of the embodiment of FIG.
[0020]
In the embodiment shown in the figure, the main switching circuit switches the output polarity by turning on and off the transistors TR4a and TR4d and the transistors TR4b and TR4c at the same time. Is called. In the figure, at the time of arc starting, the transistors TR4b and TR4c are brought into conduction, and at the same time, the DC high voltage generating circuit HD starts outputting. As a result, a spark discharge is generated between the
[0021]
FIG. 8 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiments of the inventions of
[0022]
Also in the embodiment shown in the figure, when the arc is activated, the transistors TR4b and TR4c are turned on to start the operation of the DC high-voltage generation circuit HD, so that a spark discharge is generated between the electrode and the workpiece and the welding arc is shifted to. . After starting the welding arc, welding is performed by stopping the DC high voltage generating circuit HD and turning on the magnetic contactor S1. At this time, due to the action of the reactors L3 (1/2) and L3 (2/2), as in the embodiment shown in FIG. 2, the current is switched sharply at the time of polarity switching, and at the moment of this polarity switching. Since a high surge voltage is generated once the arc is extinguished, the arc can be re-pointed. Also in this case, the reactor L3 (1/2) L3 (2/2) can be switched by switching the conduction period between the pair of transistors TR4a and TR4d and the pair of transistors TR4b and TR4c with a very short overlap period. A more reliable arc re-arcing can be realized in accordance with the time when the current flowing through the current changes suddenly. Therefore, FIG. 8 corresponds to a modification of the embodiment of FIGS.
[0023]
FIG. 9 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the first, third and eleventh aspects of the present invention. In FIG. 9, the secondary rectifier circuit is rectified in both waves and has a positive and negative output terminal via a reactor L2, and the DC high voltage generation circuit HD is connected in parallel with the sub-switching circuit S1 and connected in series with the output circuit. It is inserted in. Therefore, the embodiment of FIG. 9 corresponds to the modification of FIG. 3, and the operation is the same as that of FIG. 3 except for the reactors L1 (1/2) and L1 (2/2).
[0024]
FIG. 10 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the invention of
[0025]
FIG. 11 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiments of the first, second, fourth and twelfth aspects of the present invention. In FIG. 4, the secondary rectifier circuit is double-wave rectified and has a positive and negative output terminal via a reactor L2, and a main switching circuit constitutes a bridge circuit composed of transistors TR4a to TR4d. The only difference is that the diode DR3 is inserted in the output circuit of one polarity of the bridge circuit and the electromagnetic contactor S1 of the sub-switching circuit is inserted in series in the output circuit of the other polarity. There is no. Therefore, FIG. 11 corresponds to a modification of the embodiment of FIG. 4, and its operation is the same as that of FIG. 4 except for the operations of reactors L1 (1/2) and L1 (2/2).
[0026]
FIG. 12 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the inventions of
[0027]
FIG. 13 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiments of the inventions of
[0028]
FIG. 14 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the invention of
[0029]
FIG. 15 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the inventions of
[0030]
FIG. 16 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the invention of
[0031]
FIG. 17 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiments of
[0032]
FIG. 18 is a connection diagram showing another embodiment when the present invention is applied to arc welding, and corresponds to the embodiment of the invention of
[0033]
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to arc welding has been described. However, the present invention is not limited to arc welding, and can be applied to arc applied machining apparatuses such as arc cutting, arc heating, and arc melting. Of course.
[0034]
【The invention's effect】
The arc machining apparatus of the present invention uses a diode that prevents a DC high voltage for arc starting from entering the secondary circuit and a sub-switch circuit that allows an output current to flow in a direction opposite to that during arc starting, An AC / DC arc machining apparatus capable of obtaining not only a DC output but also an AC output can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram illustrating an example of a conventional arc machining apparatus;
FIG. 2 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 3 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 4 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 5 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 6 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 7 is a connection diagram showing an example when the invention of
FIG. 8 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 9 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 10 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 11 is a connection diagram showing an example when the invention of
FIG. 12 is a connection diagram showing an example when the invention of
FIG. 13 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 14 is a connection diagram showing an example when the inventions of
FIG. 15 is a connection diagram showing an example when the invention of
FIG. 16 is a connection diagram showing an example when the invention of
FIG. 17 is a connection diagram showing an example when the invention according to
FIG. 18 is a connection diagram showing an example when the invention of
[Explanation of symbols]
1 to 3 primary input line
4 Welding power source
5 Electrode side cable
6 electrodes
7 Workpiece
8 Workpiece side cable
9, 10 Welding power supply
11 DC power supply at
15 Second DC power supply
16 diodes
18 Arc generation detection means
19 Switch means
DR1 primary rectifier
DR2 secondary rectifier circuit
DR2a to DR2d Diode constituting secondary rectifier circuit
DR3, DR4, DR5 diode
DR6a to DR6d diode
T1 inverter transformer
L1 (1/2), L1 (2/2) reactor
L2 reactor
L3 (1/2), L3 (2/2) reactor
TR1 inverter circuit
TR2 and TR3 transistors
TR4a to TR4d transistors
S1, S1a, S1b Sub switching circuit (electromagnetic contactor)
HD DC high voltage generator
TS1 start switch
RV1 output current regulator
CT1 output current detector
Tm1 Electrode side output terminal
Tm2 Workpiece output terminal
C1 smoothing capacitor
CL1, CL2 control circuit
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