JP5372333B2 - 交直両用アーク溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、交直両用アーク溶接機に内蔵されている再点弧発生回路及びスーパーポウズ回路の改良に関するものである。

従来の交直両用アーク溶接機において、交流アーク溶接用の再点弧発生回路と直流アーク溶接用のスーパーポウズ回路とを別々に設けてアーク切れ防止に対応してきた。

図６は、従来の交直両用アーク溶接機の電気接続図であり、相対向する一対の第１のサイリスタ素子ＳＲ１乃至第４のサイリスタ素子ＳＲ４によって形成する主サイリスタ回路ＳＣＲを出力制御素子とし、トーチＴＨ内蔵の電極Ｅと被溶接物Ｍとの間に電力を供給する。同図において、電磁開閉器を用いた主回路開閉器ＭＳの開閉接点ＭＳを主変圧器ＩＮＴの１次側に設け、主変圧器ＩＮＴの第1の２次巻線に主サイリスタ回路ＳＣＲ、直流リアクトルＤＣＬ及びカップリングコイルＣＣを設けて直流・交流変換回路部を形成する。

図６において、主変圧器ＩＮＴ２は、商用交流電源をアーク加工に適した電圧に変換して出力する第1の２次巻線、スーパーポウズ電圧に適した電圧に変換して出力する第２の２次巻線、再点弧電圧に適した電圧に変換して出力する第３の２次巻線とで形成される。

スーパーポウズ電源回路は、図６に示す第2の２次整流回路ＤＲ２、第4の抵抗器Ｒ４、第５の抵抗器Ｒ５、第３のコンデンサＣ３及び第１のダイオードＤ１で形成され、出力電圧は、例えば約１００Ｖで放電時定数が１０ｍｓ程度を有する直流電源である。

再点弧電源回路は、図６に示す第３の２次整流回路ＤＲ３、第６の抵抗器Ｒ６、第４のコンデンサＣ４、第２のダイオードＤ２及び第６のサイリスタ素子ＳＲ６で形成され、再点弧用電圧として、例えば２００Ｖで放電時定数が１ｍｓ程度を有する直流電源である。そして、第８の切換スイッチＳＷ８及び第９の切換スイッチＳＷ９は、スーパーポウズ電圧又は再点弧用電圧を選択する切換スイッチである。

制御スイッチＰＳは、商用交流電源の入力を開閉する。主回路開閉器ＭＳは、商用交流電源が入力すると動作を開始して主回路開閉接点ＭＳを閉路させ、主変圧器ＩＮＴの１次側に商用交流電源を入力する。

直流・交流設定回路ＤＡは、直流モード又は交流モードを設定し、直流モードのとき直流・交流設定信号ＤａはＬｏｗレベルになり、交流モードのとき直流・交流設定信号ＤａをＨｉｇｈレベルにして出力する。主サイリスタ制御回路ＳＣは、起動スイッチＴＳから起動信号Ｔｓが入力されると動作を開始し、設定が直流モードのとき第1の主制御信号Ｓｃ１及び第２の主制御信号Ｓｃ２を出力し、交流モードのとき第1の主制御信号Ｓｃ１及び第２の主制御信号Ｓｃ２を交互に出力すると共に直流・交流切換信号ＣｓをＨｉｇｈレベルにして出力する。

サイリスタ駆動回路ＳＤは、直流モードのとき第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を常時出力し、第1の主制御信号Ｓｃ１に応じて第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を出力し、第２の主制御信号Ｓｃ２に応じて第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１を出力する。また、交流モードのとき第1の主制御信号Ｓｃ１に応じて第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を出力し、第２の主制御信号Ｓｃ２に応じて第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を出力する。

サイリスタ・ゲート回路ＳＧは、設定が直流モードのとき出力を停止し、設定が交流モードのとき第1の主制御信号Ｓｃ１を第６のサイリスタ駆動信号Ｓ６として出力する。

直流・交流変換回路は、直流・交流切換信号ＣｓがＬｏｗレベルのときに、交直切換スイッチである第1の切換スイッチＳＷ１、第２の切換スイッチＳＷ２及び第３の切換スイッチＳＷ３をＤＣ側にして、図７に示すように主変圧器ＩＮＴ２の第1の２次巻線に主サイリスタ回路ＳＣＲを並列に接続し主サイリスタ回路ＳＣＲの一方の出力に直流リアクトルＤＣＬ、カップリングコイルＣＣ及び被加工物Ｍを直列に接続し、主サイリスタ回路ＳＣＲの他方の出力をトーチＴＨ内蔵の電極Ｅに接続して直流変換回路を形成し、直流・交流切換信号ＣｓがＨｉｇｈレベルのときに、第1の切換スイッチＳＷ１、第２の切換スイッチＳＷ２及び第３の切換スイッチＳＷ３をＡＣ側にして、図９に示すように交流モードのとき主変圧器ＩＮＴ２の第1の２次巻線の一方に主サイリスタ回路ＳＣＲの入力を接続し主サイリスタ回路ＳＣＲの中間に直流リアクトルＤＣＬを接続し主サイリスタ回路ＳＣＲの出力にカップリングコイルＣＣを直列に接続し、主変圧器ＩＮＴ２の第1の２次巻線の他方にトーチＴＨ内蔵の電極Ｅに接続して交流変換回路を形成する。

次に直流モードの動作について説明する。
図８は、直流モードを設定し図７に示す従来技術の直流変換回路が形成されたときの動作を説明する波形タイミング図である。図８において、同図（Ａ）の波形は、商用交流電源ＡＣの波形を示し、同図（Ｂ）の波形は第1の主制御信号Ｓｃ１を示し、同図（Ｃ）の波形は第２の主制御信号Ｓｃ２を示し、同図（Ｄ）の波形は、直流・交流設定信号Ｄａを示し、同図（Ｅ）の波形は、第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１を示し、同図（Ｆ）の波形は、第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を示し、同図（Ｇ）の波形は、第６のサイリスタ駆動信号Ｓ６を示し、同図（Ｈ）の波形は、主サイリスタ回路ＳＣＲの出力電流波形を示し、同図（Ｉ）の波形は、第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を示す。

図８に示す時刻ｔ＝ｔ１において、主サイリスタ回路ＳＣＲに同図（Ｅ）及び同図（Ｆ）に示す第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４が印加されると、まず、第１のサイリスタ素子ＳＲ１及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３が導通する。このとき、直流リアクトルＤＣＬのインダクタンスが大きいため、同図（Ｈ）に示す出力電流Ｉｏは少し増加するのみであり、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の時間で直流リアクトルＤＣＬにエネルギーが蓄えられる。

時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３において、直流リアクトルＤＣＬがエネルギー源となり、蓄えられたエネルギーを放出して電流を流し続けようとする。続いて、時刻ｔ＝ｔ３〜ｔ４において、図８（Ａ）に示す商用交流電源ＡＣの極性が反転するが、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３が導通するために、直流リアクトルＤＣＬがエネルギー供給源となり、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３を介して負荷に電流を流し続ける。

時刻ｔ＝ｔ４において、第３のサイリスタ素子ＳＲ３及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４が短絡回路を形成し、第３のサイリスタ素子ＳＲ３に流れる電流は、この短絡電流により零となり遮断する。また、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ４において、スーパーポウズ電源回路から第５の抵抗器及び第１のダイオードを介して、例えば、約１００Ｖのーパーポウズ電圧を電極Ｅと被加工物Ｍとの間に印加する。

時刻ｔ＝ｔ４〜ｔ５において、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４は導通しており時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２と同一動作をする。そして、時刻ｔ＝ｔ５以後は、上述と同一動作が繰り返される。

次に交流モードのときの動作について説明する。
図１０は、交流モードを設定して図９に示す従来技術の交流変換回路部が形成されたときの動作を説明する波形タイミング図である。図１０において、同図（Ａ）の波形は、商用交流電源ＡＣの波形を示し、同図（Ｂ）の波形は第1の主制御信号Ｓｃ１を示し、同図（Ｃ）の波形は第２の主制御信号Ｓｃ２を示し、同図（Ｄ）の波形は直流・交流設定信号Ｄａを示し、同図（Ｅ）の波形は、第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を示し、同図（Ｆ）の波形は、第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を示し、同図（Ｇ）の波形は、第６のサイリスタ駆動信号Ｓ６を示し、同図（Ｈ）の波形は、主サイリスタ回路ＳＣＲの出力電流波形を示す。

図７に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｂ）に示す第1の主制御信号Ｓｃ１が第1のサイリスタ駆動回路ＳＤ１に入力されると、第1のサイリスタ駆動回路ＳＤ１は同図（Ｆ）に示す第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を出力して第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４を導通させると共に、サイリスタ・ゲート回路ＳＧは、第1の主制御信号Ｓｃ１を選択して同図（Ｇ）に示す第６のサイリスタ駆動信号Ｓ６として出力して第６のサイリスタ素子ＳＲ６を導通させ、図９に示す再点弧電源回路によって生成された、例えば、２００Ｖの再点弧用電圧をトーチＴＨ内蔵の電極Ｅがマイナスからプラスの切換時に供給し極性切換時のアーク切れを防止する。

図１０に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２において、直流リアクトルＤＣＬのインダクタンスが大きいため、同図（Ｈ）に示す出力電流Ｉｏは少し増加するのみであり、直流リアクトルＤＣＬにエネルギーが蓄えられる。

時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ４において、直流リアクトルＤＣＬがエネルギー源となり、蓄えられたエネルギーを放出して電流を流し続けようとするため、図１０（Ｈ）に示す出力電流はＩｏの極性は反転しない。

時刻ｔ＝ｔ４において、図１０（Ｅ）に示す第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３が出力され、第１のサイリスタ素子ＳＲ１乃至第４のサイリスタ素子ＳＲ４のすべてが導通になる。直流リアクトルＤＣＬはこの瞬間、４つのサイリスタ素子により短絡され、各サイリスタ素子には１／２Ｉｏの電流が流れる。このとき、主サイリスタ回路ＳＣＲは短絡された状態となり、インダクタンスが小さくなり、主サイリスタ回路ＳＣＲには逆向きの電流が流れはじめ、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４に流れる電流が零になったときに遮断する。また、時刻ｔ＝ｔ４において、サイリスタ・ゲート回路ＳＧは、第２の主制御信号Ｓｃ２の選択をせず第６のサイリスタ素子ＳＲ５は遮断する。

時刻ｔ＝ｔ４〜ｔ５において、第１のサイリスタ素子ＳＲ１及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３は導通するが、直流リアクトルＤＣＬのインダクタンスが大きいため、同図（Ｈ）に示す出力電流Ｉｏは少し増加するのみであり、直流リアクトルＤＣＬにエネルギーが蓄えられる。そして、時刻ｔ＝ｔ５以後は、上述と同一動作を行う。（例えば、特許文献１）

特開２００３−３４０７５２号公報

交直両用アーク溶接機の直流モードにおいて、例えば、数Ａ程度の小電流ではアーク保持に必要なエネルギーが不足してアーク切れが生じる。このアーク切れを防止するために、放電時定数が大きく約１００Ｖの直流のスーパーポウズ電圧を生成するスーパーポウズ電源回路を設け、常時トーチ内蔵の電極と被加工物との間にスーパーポウズ電圧を印加してアーク切れに対応してきた。また、交流モードにおいて、酸化しやすい金属、例えば、アルミニウムを被加工物とする場合、アルミニウムに正弦波状の交流電流を供給するとトーチ内蔵の電極プラスになる時間は、アルミニウムの表面の酸化膜がクリーニング作用で除去されるが、電極マイナスからプラスに切換わるときに必要なエネルギーが不足してアークの再点弧が困難になる。このアークの再点弧を容易にするために、放電時定数が小さく約２００Ｖの再点弧電圧を生成する再点弧電源回路を別途に設けて、電極の極性切換時に再点弧電圧をトーチ内蔵の電極と被加工物の間に印加してアークの再点弧を容易にしてきた。

しかし、アーク切れを防止し溶接性を良くするために、出力電圧及び放電時定数が違うスーパーポウズ電源回路と再点弧電源回路との２種類もの直流電源回路が必要となり回路構成を複雑にしている。さらに、主変圧器の2次側には、直流電源回路に対応する２つの２次巻線が必要となり主変圧器の構造も複雑になりコストの上昇及び装置の大型化につながっていた。

そこで、本発明では、上述した課題を解決することができる交直両用アーク溶接機を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、商用交流電源をアーク溶接に適した電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の第１の２次巻線側に設けた相対向する第１のサイリスタ素子及び第３のサイリスタ素子、並びに相対向する第２のサイリスタ素子及び第４のサイリスタ素子で形成する主サイリスタ回路と、溶接電流を交流又は直流にする交直切換スイッチを前記主サイリスタ回路の出力側に接続し直流モードのとき前記交直切換スイッチによって直流変換回路を形成し交流モードのとき前記交直切換スイッチによって交流変換回路を形成する直流・交流変換回路と、前記直流モードのとき前記主サイリタ回路を導通させ前記交流モードのとき前記相対向する前記第１のサイリスタ素子及び前記第３のサイリスタ素子、並びに前記相対向する前記第２のサイリスタ素子及び前記第４のサイリスタ素子を交互に導通させる主サイリスタ制御回路と、を設けた交直両用アーク溶接機において、前記主変圧器に第２の２次巻線を設け前記第２の２次巻線に２次整流回路を接続し切換スイッチによって直流モードになったとき前記２次整流回路の出力を予め定めた値の第１の抵抗器と予め定めた容量の第１のコンデンサとからなる第１平滑回路によって直流化したスーパーポウズ電圧を生成し、前記切換スイッチによって交流モードになったとき前記２次整流回路の出力を前記第１の抵抗器の値より大きい第２の抵抗器と前記第１のコンデンサの容量より小さい第２のコンデンサとからなる第２平滑回路によって平滑化する再点弧電圧を生成するスーパーポウズ・再点弧電源回路と、前記切換スイッチによって直流モードになったとき前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のプラス端子と被加工物との間に点弧用サイリスタ素子と限流抵抗器とを直列に接続し前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のマイナス端子を電極に接続し前記点弧用サイリスタ素子を常時点弧させ前記限流抵抗器を介して前記スーパーポウズ電圧を電極と被加工物との間に印加し、前記切換スイッチによって交流モードになったとき前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のプラス端子と前記主変圧器の第１の２次巻線と前記主サイリスタ回路との接点との間に点弧用サイリスタ素子を接続し前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のマイナス端子を前記被加工物に接続し、電極マイナスから電極プラスに切換わるときに前記点弧用サイリスタ素子を点弧させピーク値が急峻に変化する矩形波状の再点弧電圧を前記主変圧器の２次側電圧に重畳させて前記電極と被加工物との間に印加するスーパーポウズ・再点弧制御回路と、を備えたことを特徴とする交直両用アーク溶接機である。

本発明によれば、スーパーポウズ・再点弧電源回路は、抵抗値が大小の２つの抵抗器と容量が大小の２つのコンデンサとを用いて、直流モードのときには抵抗値の小さい抵抗器と容量の大きいコンデンサを選択し第1平滑回路を形成して放電時定数の大きい直流のスーパーポウズ電圧を生成し、交流モードのときには抵抗値の大きい抵抗器と容量の小さいコンデンサとを選択し第2平滑回路を形成して放電時定数の小さい再点弧電圧を生成するので、従来使用している放電時定数の異なるスーパーポウズ電源回路及び再点弧電源回路を１つの電源回路に集約でき電源回路の構成が簡素化される。

さらに、交流モードのときに主サイリスタ回路の入出力間に電極マイナスから電極プラスに切換わるときにピーク値が急峻に変化する短期間の矩形波状の再点弧電圧が主変圧器の第1の2次巻線と主サイリスタ回路との接点に供給され、このとき、主サイリスタ回路が一瞬逆バイアスされ第２のサイリスタ素子及び第４のサイリスタ素子の導通が遅れる。この導通遅れのときに再点弧電圧の約１００Ｖと主変圧回路の第1の２次巻線の出力電圧約９０Ｖとが重畳されて、約１９０Ｖの電圧がトーチ内蔵の電極と被加工物との間に印加される。この約１９０Ｖは、従来の再点弧電源回路の約２００Ｖとほぼ同一値であるために、再点弧に適した電圧に変換して出力する主変圧器の第３の２次巻線が不要となり、主変圧器の構造が単純になり装置の小型化につながる。

図１は、本発明の実施形態に係る交直両用アーク溶接機は、図６に示す従来技術の交直両用アーク溶接機の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。

図１に示すにスーパーポウズ・再点弧電源回路は、第１の２次整流回路ＤＲ１、第１の抵抗器Ｒ１（例えば、２０Ω）、第２の抵抗器Ｒ２（例えば、１００Ω）、第１のコンデンサＣ１（例えば、４７０μＦ）、第２のコンデンサＣ２（例えば、４０μＦ）及び点弧用サイリスタ素子ＳＲ５によって形成され、抵抗値の異なる２つの抵抗器と容量の異なる２つのコンデンサの組み合わせによって放電時定数が１０ｍｓ程度を有し出力電圧が約１００Ｖのスーパーポウズ電圧と放電時定数が１ｍｓ程度を有し出力電圧が約１００Ｖの再点弧電圧とを生成する。

直流・交流設定回路ＤＡによって、直流モードを設定すると主サイリスタ制御回路ＳＣは、直流・交流切換信号ＣｓをＬｏｗレベルにして、図１に示す第１の切換スイッチＳＷ１乃至第７の切換スイッチＳＷ７のすべてをＤＣ側に切換える。

スーパーポウズ・再点弧電源回路は、第６の切換スイッチＳＷ６及び第７の切換スイッチＳＷ７がＤＣ側になると、図１に示す第１の抵抗器Ｒ１と第１のコンデンサＣ１とを選択して図２に示す、スーパーポウズ電源回路を形成し放電時定数が約１０ｍｓを有し出力電圧が約１００Ｖのスーパーポウズ電圧を生成する。

続いて、第４の切換スイッチＳＷ４及び第５の切換スイッチＳＷ５がＤＣ側になると、図２にスーパーポウズ電源回路のマイナス側が電極に接続し、プラス側が前記点弧用サイリスタ素子ＳＲ５、限流抵抗器Ｒ３を介してカップリングコイルＣＣに接続する。

点弧用サイリスタ制御回路ＳＤＡは、直流・交流設定信号ＤａがＬｏｗレベルのときに第1の主制御信号Ｓｃ１及び第２の主制御信号Ｓｃ２を点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５として出力し、点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５をＨｉｇｈレベルにして点弧用サイリスタ素子ＳＲ５を常時導通させてダイオードとして動作させる。

図３は直流モードの動作を説明する波形タイミング図である。図３において、同図（Ａ）の波形は、商用交流電源ＡＣの波形を示し、同図（Ｂ）の波形は第1の主制御信号Ｓｃ１を示し、同図（Ｃ）の波形は第２の主制御信号Ｓｃ２を示し、同図（Ｄ）の波形は、直流・交流設定信号Ｄａを示し、同図（Ｅ）の波形は、第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１を示し、同図（Ｆ）の波形は、第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を示し、同図（Ｇ）の波形は、点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５を示し、同図（Ｈ）の波形は、主サイリスタ回路ＳＣＲの出力電流波形を示し、同図（Ｉ）の波形は、第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を示す。

図３に示す時刻ｔ＝ｔ１において、主サイリスタ回路ＳＣＲに同図（Ｅ）及び同図（Ｆ）に示す第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４が印加されると第１のサイリスタ素子ＳＲ１及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３は導通する。このとき、直流リアクトルＤＣＬのインダクタンスが大きいため、同図（Ｈ）に示す出力電流はＩｏは少し増加するのみであり、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の時間で直流リアクトルＤＣＬにエネルギーが蓄えられる。また、時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｇ）に示す、点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５が点弧用サイリスタ素子ＳＲ５に印加されと導通し、スーパーポウズ電圧は限流抵抗器Ｒ３及びカップリングコイルＣＣを介してトーチ内蔵ＴＨの電極Ｅと被加工物Ｍとの間に印加される。

時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３において、直流リアクトルＤＣＬがエネルギー源となり、蓄えられたエネルギーを放出して電流を流し続けようとする。続いて、時刻ｔ＝ｔ３〜ｔ４において、図８（Ａ）に示す商用交流電源ＡＣの極性が反転しても、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３が導通しているために、直流リアクトルＤＣＬがエネルギー供給源となり、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第３のサイリスタ素子ＳＲ３を介して負荷に電流を流し続ける。

時刻ｔ＝ｔ４において、第３のサイリスタ素子ＳＲ３及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４が短絡回路を形成し、第３のサイリスタ素子ＳＲ３に流れる電流は、この短絡電流により零となり遮断する。このとき、同図（Ｇ）に示す、点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５によって点弧用サイリスタ素子ＳＲ５の導通を維持するのでスーパーポウズ電圧はトーチ内蔵ＴＨの電極Ｅと被加工物Ｍとの間に印加を継続する。

時刻ｔ＝ｔ４〜ｔ５において、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４は導通しており時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２と同一動作をする。そして、時刻ｔ＝ｔ５以後は、上述と同一動作が繰り返される。

上述より、例えば、数Ａ程度の小電流ではアーク保持に必要なエネルギーが不足するが、スーパーポウズ電圧を継続して印加することにより必要なエネルギーが供給され小電流でのアーク切れを防止する。

次に交流モードの動作について説明する。
直流・交流設定回路ＤＡによって、交流モードを設定すると主サイリスタ制御回路ＳＣは、直流・交流切換信号ＣｓをＨｉｇｈレベルにして、図１に示す第１の切換スイッチＳＷ１乃至第７の切換スイッチＳＷ７のすべてをＡＣ側に切換える。

スーパーポウズ・再点弧電源回路は、第６の切換スイッチＳＷ６及び第７の切換スイッチＳＷ７がＡＣ側になると、図１に示す第２の抵抗器Ｒ２と第２のコンデンサＣ２とを選択して図４に示す、再点弧電源回路を形成し放電時定数が約１ｍｓを有し出力電圧が約１００Ｖの再点弧電圧を生成する。

続いて、第４の切換スイッチＳＷ４及び第５の切換スイッチＳＷ５がＡＣ側になると、図４に示す再点弧電源回路のマイナス側は主サイリスタ回路ＳＣＲの出力側とカップリングコイルＣＣの入力側の接点に接続し、プラス側が点弧用サイリスタ素子ＳＲ５を介して主変圧器ＩＮＴ１の第1の２次巻線の一方と主サイリスタ回路ＳＣＲの入力側の接点と接続する。

点弧用サイリスタ制御回路ＳＤＡは、直流・交流設定信号ＤａがＨｉｇｈレベルのときに第1の主制御信号Ｓｃ１のみ選択し点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５として出力し点弧用サイリスタ素子ＳＲ５を導通させる。

図５は交流モードの動作を説明する波形タイミング図である。図５において、同図（Ａ）の波形は、商用交流電源ＡＣの波形を示し、同図（Ｂ）の波形は第1の主制御信号Ｓｃ１を示し、同図（Ｃ）の波形は第２の主制御信号Ｓｃ２を示し、同図（Ｄ）の波形は、直流・交流設定信号Ｄａを示し、同図（Ｅ）の波形は、第１のサイリスタ駆動信号Ｓ１及び第３のサイリスタ駆動信号Ｓ３を示し、同図（Ｆ）の波形は、第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を示し、同図（Ｇ）の波形は、点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５を示し、同図（Ｈ）の波形は、主サイリスタ回路ＳＣＲの出力電流波形を示し、同図（Ｉ）の波形は、第2のコンデンサＣ２の充放電電圧を示す。

図５に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｂ）に示す第1の主制御信号Ｓｃ１が第1のサイリスタ駆動回路ＳＤ１に入力されると、第1のサイリスタ駆動回路ＳＤ１は、同図（Ｆ）に示す第２のサイリスタ駆動信号Ｓ２及び第４のサイリスタ駆動信号Ｓ４を出力して第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４を導通する。このとき、点弧用サイリスタ制御回路ＳＤＡは、同図（Ｄ）に示す直流・交流設定信号ＤａがＨｉｇｈレベルであるので第1の主制御信号Ｓｃ１を選択し点弧用サイリスタ駆動信号Ｓ５として出力し点弧用サイリスタ素子ＳＲ５を導通する。

図４に示す再点弧切換回路は、点弧用サイリスタ素子ＳＲ５が導通すると、例えば、１００Ｖの再点弧電圧を電極プラスからマイナスに切換わるときに、図４に示す主サイリスタＳＣＲの入出力間に供給する。

時刻ｔ＝ｔ１において、主サイリスタＳＣＲの入出力間に放電時定数の短い、例えば、約１００Ｖの再点弧電圧が印加されると、電極プラスのときに動作する第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４は、一瞬逆バイアスとなるために導通が遅れる。このとき、再点弧電圧が主変圧器の第1の2次巻線と主サイリスタ回路との接点に供給されると、再点弧電圧の約１００Ｖと主変圧回路ＩＮＴ１の第1の２次巻線の出力電圧、約９０Ｖとが重畳され、この重畳されたピーク値が急峻に変化する矩形波状の約１９０Ｖの電圧が電極プラスから電極マイナスに切換わるときにトーチ内蔵ＴＨの電極Ｅと被加工物Ｍとの間に印加されてアーク切れを防止する。

続いて、第２のサイリスタ素子ＳＲ２及び第４のサイリスタ素子ＳＲ４が導通し、コンデンサＣ１に充電されていた電荷が放電され、図４（Ｈ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ１２の時間、主サイリスタ回路ＳＣＲの出力電流にパルス状の放電電流が流れる。

時刻ｔ＝ｔ３において、第２のコンデンサＣ２は逆電圧となり、点弧用サイリスタ素子ＳＲ５は遮断する。このとき、図４に示す第１の２次整流回路ＤＲ１で整流された電流が第２の抵抗器Ｒ２を介して第２のコンデンサＣ２を充電し、次周期の時刻ｔ＝ｔ７までに充電を完了する。

そして、時刻ｔ＝ｔ２以後の主サイリスタ回路ＳＣＲの動作は図１０に示す従来の交流モードの波形タイミング図と同一動作を行う。

本発明の実施形態に係る交直両用アーク溶接機の電気接続図である。 直流モードを設定したときの交直両用アーク溶接機の電気接続図である。 直流モードの動作を説明する波形タイミング図である。 交流モードを設定したときの交直両用アーク溶接機の電気接続図である。 交流モードの動作を説明する波形タイミング図である。 従来技術でのアーク加工用電源装置の電気接続図である。 従来技術の直流モードを設定したときの交直両用アーク溶接機の電気接続図 である。 従来の直流モードの動作を説明するための波形タイミング図である。 従来技術の交流モードを設定したときの交直両用アーク溶接機の電気接続図 である。 従来の交流モードの動作を説明するための波形タイミング図である。

符号の説明

ＣＣ カップリングコイル
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｃｓ 直流・交流切換信号
ＤＡ 直流・交流設定回路
Ｄａ 直流・交流設定信号
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
ＤＲ１ 第１の２次整流回路
ＤＲ２ 第２の２次整流回路
ＤＲ３ 第３の２次整流回路
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＩＮＴ１ 主変圧器
ＩＮＴ２ 主変圧器
Ｍ 被加工物
ＭＳ 主回路開閉器
ＰＳ 制御スイッチ
Ｒ１ 第１の抵抗器
Ｒ２ 第２の抵抗器
Ｒ３ 限流抵抗器
Ｒ４ 第4の抵抗器
Ｒ５ 第５の抵抗器
Ｒ６ 第６の抵抗器
ＳＣ 主サイリスタ制御回路
Ｓｃ１ 第1の主制御信号
Ｓｃ２ 第２の主制御信号
ＳＤ サイリスタ駆動回路
Ｓ１ 第１のサイリスタ駆動信号
Ｓ２ 第２のサイリスタ駆動信号
Ｓ３ 第３のサイリスタ駆動信号
Ｓ４ 第４のサイリスタ駆動信号
Ｓ５ 点弧用サイリスタ駆動信号
Ｓ６ 第６のサイリスタ駆動信号
ＳＧ サイリスタ・ゲート回路
ＳＤＡ 点弧用サイリスタ制御回路
ＳＲ１ 第１のサイリスタ素子
ＳＲ２ 第２のサイリスタ素子
ＳＲ３ 第３のサイリスタ素子
ＳＲ４ 第４のサイリスタ素子
ＳＲ５ 点弧用サイリスタ素子
ＳＷ１ 第１の切換スイッチ
ＳＷ２ 第２の切換スイッチ
ＳＷ３ 第３の切換スイッチ
ＳＷ４ 第４の切換スイッチ
ＳＷ５ 第５の切換スイッチ
ＳＷ６ 第６の切換スイッチ
ＳＷ７ 第７の切換スイッチ
ＳＷ８ 第８の切換スイッチ
ＳＷ９ 第９の切換スイッチ
ＴＨ トーチ
ＴＳ 起動スイッチ
Ｔｓ 起動信号

Claims (1)

1. 商用交流電源をアーク溶接に適した電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の第１の２次巻線側に設けた相対向する第１のサイリスタ素子及び第３のサイリスタ素子、並びに相対向する第２のサイリスタ素子及び第４のサイリスタ素子で形成する主サイリスタ回路と、溶接電流を交流又は直流にする交直切換スイッチを前記主サイリスタ回路の出力側に接続し直流モードのとき前記交直切換スイッチによって直流変換回路を形成し交流モードのとき前記交直切換スイッチによって交流変換回路を形成する直流・交流変換回路と、前記直流モードのとき前記主サイリタ回路を導通させ前記交流モードのとき前記相対向する前記第１のサイリスタ素子及び前記第３のサイリスタ素子、並びに前記相対向する前記第２のサイリスタ素子及び前記第４のサイリスタ素子を交互に導通させる主サイリスタ制御回路と、を設けた交直両用アーク溶接機において、前記主変圧器に第２の２次巻線を設け前記第２の２次巻線に２次整流回路を接続し切換スイッチによって直流モードになったとき前記２次整流回路の出力を予め定めた値の第１の抵抗器と予め定めた容量の第１のコンデンサとからなる第１平滑回路によって直流化したスーパーポウズ電圧を生成し、前記切換スイッチによって交流モードになったとき前記２次整流回路の出力を前記第１の抵抗器の値より大きい第２の抵抗器と前記第１のコンデンサの容量より小さい第２のコンデンサとからなる第２平滑回路によって平滑化する再点弧電圧を生成するスーパーポウズ・再点弧電源回路と、前記切換スイッチによって直流モードになったとき前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のプラス端子と被加工物との間に点弧用サイリスタ素子と限流抵抗器とを直列に接続し前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のマイナス端子を電極に接続し前記点弧用サイリスタ素子を常時点弧させ前記限流抵抗器を介して前記スーパーポウズ電圧を電極と被加工物との間に印加し、前記切換スイッチによって交流モードになったとき前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のプラス端子と前記主変圧器の第１の２次巻線と前記主サイリスタ回路との接点との間に点弧用サイリスタ素子を接続し前記スーパーポウズ・再点弧電源回路のマイナス端子を前記被加工物に接続し、電極マイナスから電極プラスに切換わるときに前記点弧用サイリスタ素子を点弧させピーク値が急峻に変化する矩形波状の再点弧電圧を前記主変圧器の２次側電圧に重畳させて前記電極と被加工物との間に印加するスーパーポウズ・再点弧制御回路と、を備えたことを特徴とする交直両用アーク溶接機。

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