JP5087346B2

JP5087346B2 - 電源装置及びアーク加工用電源装置

Info

Publication number: JP5087346B2
Application number: JP2007215069A
Authority: JP
Inventors: 靖服部
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: JP2009050109A

Description

本発明は、入力交流電源を直流電圧に変換する直流変換回路と、その直流電圧を所定電圧値に調整するチョッパ回路とを備えてなる電源装置に関するものである。

アーク加工機等に用いられる電源装置は、商用電源（三相交流電源）を整流回路にて整流し平滑コンデンサにて平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、スイッチング素子のブリッジ回路で構成される交流変換用のインバータ回路とを備えている。インバータ回路は、所定の組み合わせのスイッチング素子同士が同期してオンオフ制御され、直流変換回路からの直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換している。そして、インバータ回路からの所定の高周波交流電圧がアーク溶接やアーク切断等のアーク加工に適した加工用直流電圧に更に変換される。

上記した電源装置等に用いられる直流変換回路としては、例えば特許文献１にて示されるような構成のものがあり、該回路には昇圧チョッパ回路が備えられている。昇圧チョッパ回路は、直流リアクトル及びスイッチング素子を有してなり、直流リアクトルは整流回路の出力側一方の電源線上に接続され、スイッチング素子はその直流リアクトルの後段の電源線間に接続されている。また、スイッチング素子のオン時の平滑コンデンサの放電を防止するためのダイオードが用いられ、該ダイオードはスイッチング素子と平滑コンデンサとの間の電源線上に接続されている。

そして、スイッチング素子をオンオフさせ、オン時に蓄積されたリアクトルのエネルギーをオフ時に平滑コンデンサに放出することで、コンデンサの両端電圧、即ち出力する直流電圧が所定電圧値まで昇圧される。このスイッチング素子のオンオフデューティを調整することで、入力電圧が変動してもその直流電圧を一定に保持することができるようになっている。
特開平３−７８４６９号公報

ところで、入力する商用電源の電圧値は、世界的に２００Ｖ系（２００〜２４０Ｖ）の地域と、高電圧の４００Ｖ系（３８０〜４８０Ｖ）の地域とが存在するため、アーク加工用電源装置には、その２つの電圧値でともに動作可能に構成する要求があった。

この要求に対し、特許文献１に示すようなチョッパ回路を用いる直流変換回路は対応可能であり、一つの対応策として、２００Ｖ系入力時に、チョッパ回路の直流リアクトルに一度に蓄積するエネルギーを４００Ｖ系入力時よりも２倍とすることで対応できるが、これにより飽和しないような大きなリアクトルを選定する必要があった。

また別の対応策として、２００Ｖ系入力時に、チョッパ回路のスイッチング素子を４００Ｖ系入力時よりも２倍のスイッチング周波数でオンオフさせることでも、リアクトルに蓄積する単位時間当たりのエネルギーが２倍となることで対応でき、しかもリアクトルに一度に蓄積するエネルギーが上記の半分（４００Ｖ系入力時と同等）になることから、小型のリアクトルのままで対応できる利点がある。

しかしながら、この場合においても、スイッチング周波数を２倍に高めることはスイッチング素子でのスイッチング損失が大きくなるため、容量の大きなスイッチング素子を選定する必要が生じる。このようにスイッチング素子や上記したリアクトルの大型化を伴う対応策は、それに伴って種々の問題を引き起こす原因となることから、好ましいとは言えなかった。

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、小型のリアクトルを使用し且つスイッチング素子のスイッチング周波数を高くしないでオンオフ制御するチョッパの構成としながら、異なる２つの入力電圧に対応することができる電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、整流回路及びその出力側の一対の電源線間に接続された平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、前記整流回路の入力側又は出力側に備えられるリアクトル、前記電源線間に接続されそのリアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行うスイッチング素子、及びそのスイッチング素子側への前記平滑コンデンサの放電を防止する放電防止素子を備えてなるチョッパ回路と、前記スイッチング素子をオンオフ制御して前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行わせることで所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成するとともに、そのオンオフ制御のデューティを変更して電圧値を調整するチョッパ制御回路とを備えた電源装置であって、前記平滑コンデンサを、前記電源線間に直列接続された第１及び第２の平滑コンデンサにて構成するとともに、前記スイッチング素子を、前記電源線間に直列接続された第１及び第２のスイッチング素子にて構成し、更に前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と前記第１及び第２のスイッチング素子間の接続点とを互いに接続して構成し、前記チョッパ制御回路は、前記入力交流電源が第１の電圧値である場合には、前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンオフ制御して前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行わせることで所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成するとともに、前記入力交流電源が前記第１の電圧値の約半分の第２の電圧値である場合には、前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第１の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子のいずれか一方をオンさせる第２の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第３の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子のいずれか他方をオンさせる第４の時間とが連続して生じるように、前記第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１の電圧値の場合の第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数と同じとし且つ第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを１８０°互いに位相をずらしてオンオフ制御して、前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルを前記第１の電圧値の場合の２倍とし、前記第１の電圧値の場合と同様に所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成することをその要旨とする。

この発明では、入力交流電源が第１の電圧値である場合、チョッパ制御回路は、第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンオフ制御してリアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行わせることで所定電圧値に昇圧された直流電圧を生成する。即ち、第１及び第２のスイッチング素子が同時にオンされるとリアクトルにエネルギーが蓄積され、第１及び第２のスイッチング素子が同時にオフされると、リアクトルに蓄積されたエネルギーの放出により第１及び第２の平滑コンデンサの両端電圧が昇圧され、昇圧された所定電圧値の直流電圧が生成される。また、入力交流電源が第１の電圧値の約半分の第２の電圧値である場合、チョッパ制御回路は、第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第１の時間、第１及び第２のスイッチング素子のいずれか一方をオンさせる第２の時間、第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第３の時間、第１及び第２のスイッチング素子のいずれか他方をオンさせる第４の時間が連続して生じるように、第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を第１の電圧値の場合の第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数と同じとし且つ第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを１８０°互いに位相をずらしてオンオフ制御して、リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルを第１の電圧値の場合の２倍とし、第１の電圧値の場合と同様に所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成する。即ち、第１及び第２のスイッチング素子が同時にオンされる第１及び第３の時間では、リアクトルにエネルギーが蓄積される。これに対し、第１及び第２のスイッチング素子のいずれか一方がオンされる第２の時間では、その蓄積されたリアクトルのエネルギーが第１及び第２の平滑コンデンサのいずれか一方に放出され、第１及び第２のスイッチング素子のいずれか他方がオンされる第４の時間では、その蓄積されたリアクトルのエネルギーが第１及び第２の平滑コンデンサのいずれか他方に放出される。そして、このように第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を同じとしながらそれぞれのオンオフタイミングを組み合わせてリアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルが２倍とされ、第１の電圧値の入力時と同様に所定電圧値まで昇圧された直流電圧が生成される。しかもこの場合、リアクトルに一度に蓄積されるエネルギーを小さく抑えることができるため、小型のリアクトルが使用可能である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電源装置において、前記入力交流電源が前記第１及び第２の電圧値のいずれかであるかを判定する電圧判定手段を備え、前記チョッパ制御回路は、前記電圧判定手段の判定に基づいて前記第１及び第２のスイッチング素子のオンオフ制御を切り替えることをその要旨とする。

この発明では、入力交流電源が第１及び第２の電圧値のいずれかであるかを判定する電圧判定手段が備えられ、チョッパ制御回路は、その電圧判定手段の判定に基づいて第１及び第２のスイッチング素子のオンオフ制御を切り替える。つまり、チョッパ制御回路は、電圧判定手段の判定により制御を自動的に切り替えるため、入力交流電源の各電圧値に容易且つ確実に対応できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電源装置において、前記リアクトルは、前記整流回路の出力側に１個備えられる直流リアクトルであることをその要旨とする。

この発明では、整流回路の出力側に１個備えられる直流リアクトルを用いてチョッパ回路が構成されることから、チョッパ回路を簡素に構成できる。
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電源装置において、前記入力交流電源は、三相交流電源であり、前記リアクトルは、前記整流回路の入力側の各相に備えられる交流リアクトルであることをその要旨とする。

この発明では、整流回路の入力側の各相に備えられる交流リアクトルを用いてチョッパ回路が構成されることから、整流回路の出力側に設ける直流リアクトルと比べてより小型のものを用いることが可能である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置に対して、前記直流変換回路で生成された直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路を更に備えて構成されていることをその要旨とする。

この発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置にインバータ回路を更に含んで構成されるため、上記請求項と同様の作用効果が得られるインバータ付き電源装置を提供できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されているアーク加工用電源装置である。
この発明では、請求項５に記載の電源装置が用いられて構成されるため、上記請求項と同様の作用効果が得られるアーク加工用電源装置を提供できる。

本発明によれば、小型のリアクトルを使用し且つスイッチング素子のスイッチング周波数を高くしないでオンオフ制御するチョッパの構成としつつ、異なる２つの入力電圧に対応可能な電源装置及びアーク加工用電源装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のアーク加工用電源装置１１を備えたアーク加工機１０を示す。アーク加工機１０は、その電源装置１１から出力されるアーク加工用直流電圧をトーチＴＨに供給し、そのトーチＴＨから加工対象物Ｍに向けてアークを発生させることで、加工対象物Ｍに対してアーク溶接やアーク切断等のアーク加工を行う装置である。このようなアーク加工機１０に用いるアーク加工用電源装置１１は、入力された商用電源（三相交流電圧）を直流電圧に変換する直流変換回路１２と、その直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換するインバータ回路ＩＮＶとを備え、そのインバータ回路ＩＮＶからの高周波交流電圧を加工用直流電圧に更に変換している。

直流変換回路１２は、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６を用いたブリッジ回路で構成され三相の入力交流電源を全波整流する一次側整流回路ＤＲ１と、該整流回路ＤＲ１の出力側の第１及び第２の電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続され該整流回路ＤＲ１の出力電圧を平滑化する第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを有し、入力交流電源から直流電圧を生成する。この第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれ同容量のものが用いられる。

また、直流変換回路１２には、整流回路ＤＲ１と平滑コンデンサＣ１，Ｃ２との間に昇圧チョッパ回路１３が備えられている。昇圧チョッパ回路１３は、直流リアクトルＬａと、ＩＧＢＴよりなる第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２と、ダイオードＤ７，Ｄ８とから構成されている。直流リアクトルＬａは、整流回路ＤＲ１の出力側の第１の電源線Ｌ１上に配置され、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２は、その直流リアクトルＬａの後段の電源線Ｌ１，Ｌ２間に直列に接続されている。第１のスイッチング素子ＴＲ１のエミッタと第２のスイッチング素子ＴＲ２のコレクタとの間の接続点と、前記第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２間の接続点とは互いに接続されている。また、第１のスイッチング素子ＴＲ１と第１の平滑コンデンサＣ１との間の電源線Ｌ１上には、カソード側が平滑コンデンサＣ１に向けられたダイオードＤ７が配置され、第２のスイッチング素子ＴＲ２と第２の平滑コンデンサＣ２との間の電源線Ｌ２上には、カソード側がスイッチング素子ＴＲ２に向けられたダイオードＤ８が配置されている。ダイオードＤ７，Ｄ８は、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の放電防止素子として備えられている。

また、直流変換回路１２において、チョッパ用の直流リアクトルＬａの後段側の直流電圧を検出する第１の電圧検出回路ＩＶ１が電源線Ｌ１，Ｌ２間に接続されている。第１の電圧検出回路ＩＶ１は、検出した直流電圧を第１の電圧検出信号Ｉｖ１としてチョッパ制御回路ＣＲに出力する。また、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の後段側にも、その後段側の直流電圧を検出する第２の電圧検出回路ＩＶ２が電源線Ｌ１，Ｌ２間に接続されている。第２の電圧検出回路ＩＶ２は、検出した直流電圧を第２の電圧検出信号Ｉｖ２としてチョッパ制御回路ＣＲに出力する。チョッパ制御回路ＣＲは、第１の電圧検出信号Ｉｖ１に基づいて入力交流電源が２００Ｖ系か４００Ｖ系かの判定を行い、第２の電圧検出信号Ｉｖ２に基づいてインバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧の電圧値を検出している。

また、チョッパ制御回路ＣＲは、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２に制御信号Ｔｒ１，Ｔｒ２を出力し、入力交流電源の電圧値に応じたスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のオンオフ制御を行う。尚、このチョッパ制御回路ＣＲは、後述の出力制御回路ＳＣと独立しているが、連携させてもよい。チョッパ制御回路ＣＲは、入力交流電源が２００Ｖ系又は４００Ｖ系のいずれであっても、インバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧が一定電圧値となるように制御する。尚、チョッパ制御回路ＣＲの制御の詳細は、後に述べる。

インバータ回路ＩＮＶは、電源線Ｌ１，Ｌ２に接続され、ＩＧＢＴよりなる４個のスイッチング素子（図示略）を用いたブリッジ回路で構成されている。これらスイッチング素子は、入力される出力制御回路ＳＣからの制御信号Ｓｃ１に基づいて所定組が交互にオンオフ駆動され、直流変換回路１２からの直流電圧を所定の高周波交流電圧に変換して変圧器ＩＮＴの一次側コイルに供給する。

インバータ回路ＩＮＶで生成された高周波交流電圧は、変圧器ＩＮＴの一次側コイルに供給され、該変圧器ＩＮＴの二次側には、二次整流回路ＤＲ２及び直流リアクトルＤＣＬが備えられる。二次整流回路ＤＲ２及び直流リアクトルＤＣＬは、インバータ回路ＩＮＶからの高周波交流電圧をアーク加工用直流電圧に変換し、このアーク加工用電圧は、直流リアクトルＤＣＬ側の出力線Ｌ３を介してトーチＴＨに出力される。一方、出力線Ｌ４は加工対象物Ｍと接続され、アーク加工用電圧の供給に基づきトーチＴＨから加工対象物Ｍに向けてアークが生じるようになっている。

また、出力線Ｌ４上には、実出力電流値を検出する出力電流検出回路ＩＤが接続されている。出力電流検出回路ＩＤは、検出した出力電流値を出力電流検出信号Ｉｄとして比較演算回路ＥＲに出力し、該比較演算回路ＥＲでは、その出力電流検出信号Ｉｄと、出力電流設定器ＩＲからの出力電流設定信号Ｉｒとが比較される。因みに、出力電流設定器ＩＲでは、アーク加工を行う加工対象物Ｍに応じた出力電流値となるように人の操作等によりその出力電流値の設定がなされ、その設定に応じた出力電流設定信号Ｉｒが比較演算回路ＥＲに出力される。比較演算回路ＥＲは、出力電流検出信号Ｉｄと出力電流設定信号Ｉｒとを比較した比較演算信号Ｅｒ、即ち出力電流値と設定値との偏差を比較演算信号Ｅｒとして出力制御回路ＳＣに出力し、出力制御回路ＳＣでのフィードバック制御に用いられる。

次に、上記したチョッパ制御回路ＣＲの制御について、入力交流電源が４００Ｖ系の場合は図２を、２００Ｖ系の場合は図３をそれぞれ用いて説明する。
チョッパ制御回路ＣＲは、先ず、第１の電圧検出回路ＩＶ１から電圧検出信号Ｉｖ１の入力に基づいて入力交流電源が２００Ｖ系か４００Ｖ系かを判定し、この入力電圧の検出に基づいて２００Ｖ系入力時用のチョッパ制御か、若しくは４００Ｖ系入力時用のチョッパ制御かを選択する。そして、チョッパ制御回路ＣＲは、第２の電圧検出回路ＩＶ２から電圧検出信号Ｉｖ２の入力に基づいて、各チョッパ制御にて直流変換回路１２で生成された直流電圧が所定電圧値一定となるように制御している。

［４００Ｖ系入力の場合］
チョッパ制御回路ＣＲは、インバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧が所定電圧値一定となるように、図２に示すように、周期Ｔ１中のオン時間ｔ１（オフ時間ｔ２）が調整されたデューティにて第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２を同時にオンオフさせる。

つまり、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオンする時間ｔ１では、電源線Ｌ１，Ｌ２間がスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２により短絡されることから、チョッパ用の直流リアクトルＬａの電圧が上昇し電流も増加する。これにより、直流リアクトルＬａにエネルギーが蓄積される。尚、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２がオンした際、後段の第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の放電はダイオードＤ７，Ｄ８にて防止される。一方、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオフする時間ｔ２においては、電源線Ｌ１，Ｌ２間が切り離されることで直流リアクトルＬａの電圧下降とともに電流が減少し、直流リアクトルＬａに蓄積されたエネルギーが放出される。これにより、後段の第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が整流回路ＤＲ１の出力電圧により充電されるとともに、直流リアクトルＬａに蓄積されたエネルギーによっても充電され、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が整流回路ＤＲ１の出力電圧以上に昇圧される。

そして、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が時間ｔ１，ｔ２のようにオンオフを繰り返すことで、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧、即ちインバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧が、昇圧された所定電圧値一定として生成される。因みに、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のオン時間ｔ１が長い程、直流リアクトルＬａのエネルギーの蓄積が大きく第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が上昇するため、チョッパ制御回路ＣＲは、周期Ｔ１中のオン時間ｔ１の長短を調整し、インバータ回路ＩＮＶに供給するその直流電圧が所定電圧値一定となるように制御している。

［２００Ｖ系入力の場合］
チョッパ制御回路ＣＲは、インバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧が所定電圧値一定となるように、図３に示すように、周期Ｔ１中のオン時間（オフ時間）が調整されたデューティにて第１のスイッチング素子ＴＲ１をオンオフさせるとともに、この第１のスイッチング素子ＴＲ１と位相を１８０°ずらした同様のデューティにて第２のスイッチング素子ＴＲ２をオンオフさせる。つまり、チョッパ制御回路ＣＲは、同じスイッチング周波数としながらそれぞれのオンオフタイミングを組み合わせることで、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２を同時にオンさせる第１の時間ｔ１’、次いで第１のスイッチング素子ＴＲ１をオフ、第２のスイッチング素子ＴＲ２をオンさせる第２の時間ｔ２’、次いで第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２を同時にオンさせる第３の時間ｔ３’、次いで第１のスイッチング素子ＴＲ１をオン、第２のスイッチング素子ＴＲ２をオフさせる第４の時間ｔ４’が連続して生じるようにオンオフ制御を行う。

上記したように、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオンする時間ｔ１’及び時間ｔ３’では、電源線Ｌ１，Ｌ２間がスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２により短絡されることから、チョッパ用の直流リアクトルＬａにエネルギーが蓄積される。これに対し、第１のスイッチング素子ＴＲ１がオフ、第２のスイッチング素子ＴＲ２がオンする時間ｔ２’では、直流リアクトルＬａに蓄積されたエネルギーが第１の平滑コンデンサＣ１に放出されて該平滑コンデンサＣ１の端子間電圧が昇圧され、第１のスイッチング素子ＴＲ１がオン、第２のスイッチング素子ＴＲ２がオフする時間ｔ４’では、直流リアクトルＬａに蓄積されたエネルギーが第２の平滑コンデンサＣ２に放出されて該平滑コンデンサＣ２の端子間電圧が昇圧される。

そして、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が時間ｔ１’〜ｔ４’のようにオンオフを繰り返すことで、４００Ｖ系入力時と同じ周期Ｔ１中に直流リアクトルＬａに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルが２倍となり、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧、即ちインバータ回路ＩＮＶに供給する直流電圧が、４００Ｖ系入力時と同様に昇圧された所定電圧値一定として生成される。因みに、この２００Ｖ系入力時においても、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２の同時オン時間ｔ１’，ｔ３’が長い程、直流リアクトルＬａのエネルギーの蓄積が大きく第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が上昇するため、チョッパ制御回路ＣＲは、周期Ｔ１中のオン時間ｔ１’，ｔ３’の長短、即ち個々のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のオン時間を調整し、インバータ回路ＩＮＶに供給するその直流電圧が所定電圧値一定となるように制御している。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態の電源装置１１では、チョッパ制御回路ＣＲの制御により、第１の電圧値である４００Ｖ系入力の場合、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオンオフされる。即ち、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオンされるとリアクトルＬａにエネルギーが蓄積され、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオフされると、リアクトルＬａに蓄積されたエネルギーの放出により第１及び第２の平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が昇圧され、昇圧された所定電圧値の直流電圧が生成される。

また、第２の電圧値である２００Ｖ系入力の場合、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２を同時にオンさせる第１の時間ｔ１’、第２のスイッチング素子ＴＲ２をオンさせる第２の時間ｔ２’、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２を同時にオンさせる第３の時間ｔ３’、第１のスイッチング素子ＴＲ１をオンさせる第４の時間ｔ４’が連続して生じるように、各スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が４００Ｖ系入力時と同じ周期Ｔ１で１８０°互いに位相がずらされてオンオフされる。即ち、第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２が同時にオンされる時間ｔ１’，ｔ３’では、リアクトルＬａにエネルギーが蓄積される。これに対し、第２のスイッチング素子ＴＲ２がオンされる時間ｔ２’では、その蓄積されたリアクトルＬａのエネルギーが第１の平滑コンデンサＣ１に放出され、第１のスイッチング素子ＴＲ１がオンされる時間ｔ４’では、その蓄積されたリアクトルＬａのエネルギーが第２の平滑コンデンサＣ２に放出される。

そして、このように第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のスイッチング周波数を同じとしながらそれぞれのオンオフタイミングを組み合わせてリアクトルＬａに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルが２倍とされ、４００Ｖ系入力時と同様に所定電圧値まで昇圧された直流電圧が生成される。しかもこの場合、リアクトルＬａに一度に蓄積されるエネルギーを小さく抑えることができるため、リアクトルＬａに小型のものを使用することが可能である。このように本実施形態では、小型のリアクトルＬａを使用し且つスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のスイッチング周波数を高くしないでオンオフ制御する構成としながら、異なる２つの入力電圧に対応することができる。

（２）本実施形態では、第１の電圧検出回路ＩＶ１での電圧検出により入力交流電源が２００Ｖ系か４００Ｖ系かがチョッパ制御回路ＣＲにて判定され（電圧判定手段）、該チョッパ制御回路ＣＲは、その電圧判定に基づいて第１及び第２のスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２のオンオフ制御を切り替える。つまり、チョッパ制御回路ＣＲは、第１の電圧検出回路ＩＶ１での検出に基づく電圧判定により制御を自動的に切り替えるため、入力交流電源の各電圧値に容易且つ確実に対応することができる。

（３）本実施形態では、チョッパ回路１３は、整流回路ＤＲ１の出力側に１個備えられる直流リアクトルＬａを用いて構成されることから、チョッパ回路１３を簡素に構成することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、整流回路ＤＲ１の出力側に１個の直流リアクトルＬａを用いてチョッパ回路１３を構成したが、これに限定されるものではなく、例えば図４に示すように、整流回路ＤＲ１の入力側各相に交流リアクトルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗをそれぞれ設けて、チョッパ回路１３を構成してもよい。この場合、スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２は、同様の制御で対応可能である。このようにすれば、直流リアクトルＬａと比べてより小型のものを用いることが可能である。

・上記実施形態では、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の放電防止素子としてダイオードＤ７，Ｄ８を各電源線Ｌ１，Ｌ２上に設けたが、これらをダイオードとして機能するようにオンオフされるスイッチング素子に置き換えてもよい。

・上記実施形態では、第１の電圧検出回路ＩＶ１での電圧検出により入力交流電源が２００Ｖ系か４００Ｖ系かをチョッパ制御回路ＣＲにて判定し制御を自動で切り替える構成としたが、手動切替スイッチ等を設け、チョッパ制御回路ＣＲでの制御を人為的に切り替える構成としてもよい。

・上記実施形態では、チョッパ回路１３の各スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２にＩＧＢＴを用いたが、ＩＧＢＴ以外のスイッチング素子を用いて構成してもよい。尚、インバータ回路ＩＮＶのスイッチング素子においても、ＩＧＢＴ以外のスイッチング素子を用いて構成してもよい。

・上記実施形態では、アーク加工用電源装置１１に実施したが、アーク加工用以外の目的で用いられる電源装置、例えば直流変換回路１２及びインバータ回路ＩＮＶを用いる交流−交流変換電源装置や、直流変換回路１２を用いる交流−直流変換電源装置に実施してもよい。このようにしても上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

本実施形態におけるアーク加工用電源装置を示す回路図である。本実施形態における４００Ｖ系入力時の波形図である。本実施形態における２００Ｖ系入力時の波形図である。別例におけるアーク加工用電源装置を示す回路図である。

符号の説明

１１…電源装置、１２…直流変換回路、１３…チョッパ回路、ＣＲ…チョッパ制御回路（電圧判定手段も含む）、Ｄ７，Ｄ８…放電防止素子としてのダイオード、ＤＲ１…整流回路としての一次側整流回路、ＩＮＶ…インバータ回路、ＩＶ１…電圧判定手段を構成する第１の電圧検出回路、Ｌ１，Ｌ２…電源線、Ｌａ…リアクトルとしての直流リアクトル、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…リアクトルとしての交流リアクトル、Ｍ…加工対象物、ＴＲ１，ＴＲ２…スイッチング素子としての第１，第２のスイッチング素子、ｔ１’〜ｔ４’…第１〜第４の時間。

Claims

整流回路及びその出力側の一対の電源線間に接続された平滑コンデンサを有し、入力交流電源を整流・平滑化した直流電圧に変換する直流変換回路と、
前記整流回路の入力側又は出力側に備えられるリアクトル、前記電源線間に接続されそのリアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行うスイッチング素子、及びそのスイッチング素子側への前記平滑コンデンサの放電を防止する放電防止素子を備えてなるチョッパ回路と、
前記スイッチング素子をオンオフ制御して前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行わせることで所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成するとともに、そのオンオフ制御のデューティを変更して電圧値を調整するチョッパ制御回路と
を備えた電源装置であって、
前記平滑コンデンサを、前記電源線間に直列接続された第１及び第２の平滑コンデンサにて構成するとともに、前記スイッチング素子を、前記電源線間に直列接続された第１及び第２のスイッチング素子にて構成し、更に前記第１及び第２の平滑コンデンサ間の接続点と前記第１及び第２のスイッチング素子間の接続点とを互いに接続して構成し、
前記チョッパ制御回路は、
前記入力交流電源が第１の電圧値である場合には、前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンオフ制御して前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出を行わせることで所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成するとともに、
前記入力交流電源が前記第１の電圧値の約半分の第２の電圧値である場合には、前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第１の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子のいずれか一方をオンさせる第２の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子を同時にオンさせる第３の時間と前記第１及び第２のスイッチング素子のいずれか他方をオンさせる第４の時間とが連続して生じるように、前記第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１の電圧値の場合の第１及び第２のスイッチング素子のスイッチング周波数と同じとし且つ第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを１８０°互いに位相をずらしてオンオフ制御して、前記リアクトルに係るエネルギーの蓄積・放出サイクルを前記第１の電圧値の場合の２倍とし、前記第１の電圧値の場合と同様に所定電圧値に昇圧された前記直流電圧を生成することを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記入力交流電源が前記第１及び第２の電圧値のいずれかであるかを判定する電圧判定手段を備え、
前記チョッパ制御回路は、前記電圧判定手段の判定に基づいて前記第１及び第２のスイッチング素子のオンオフ制御を切り替えることを特徴とする電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置において、
前記リアクトルは、前記整流回路の出力側に１個備えられる直流リアクトルであることを特徴とする電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置において、
前記入力交流電源は、三相交流電源であり、
前記リアクトルは、前記整流回路の入力側の各相に備えられる交流リアクトルであることを特徴とする電源装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置に対して、前記直流変換回路で生成された直流電圧を所定の交流電圧に変換するインバータ回路を更に備えて構成されていることを特徴とする電源装置。
請求項５に記載の電源装置を用い、加工対象物のアーク加工を行うアーク加工用電圧を生成するように構成されていることを特徴とするアーク加工用電源装置。