JPH0241662A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般的に電源装置、さらに詳しく言えばアーク
熔接、プラズマ切断用の電源装置等、プラズマ切断用の
電源装置の改良に関する。

（従来の技術） アーク熔接とプラズマ切断は熔接産業の多くの応用にお
いて、しばしば−緒に用いられる工程である。

一片の金属がプラズマ切断を用いて、まず初めに切断さ
れ、続いてアーク熔接の工程を用いて、異なる金属片に
熔接される。両方の工程は、熔接ト−チおよび切断トー
チへ、ある特性の電源供給が要求されている。通常の熔
接のシステムでは、２つの分離された電源装置が使用さ
れており、その１つはプラズマ切断を実施するものであ
り、他はアーク熔接を行なうものである。

プラズマ切断は高い電圧で低い電流の電力を供給する電
源装置を必要とし、例えば１２．７ｍｍ（１／２インチ
）の金属を切断するときには電圧と電流の供給は一般的
に１（１０〜１２０Ｖと２０〜５０Ａである。

一方、アーク熔接は大電流、低電圧の電力を供給するこ
とができる電源装置を必要とし、すなわち典型的な例で
厚さが１２．７ｍｍ（１／２インチ）の金属を熔接する
ためには２５０Ａで２０〜３０■が必要である。

プラズマ切断とアーク熔接のためのこれらの異なった必
要を満たずために、従来の熔接と切断のシステムでは２
つの異なった電源装置を用いている。

切断と熔接のために２つの異なる電源を使用するときに
は、主電源に対して２つの異なった電気的接続が必要と
なる。

熔接システムの作業者は１つの電源供給装置の代わりに
、２種類の電源を取扱い、維持しなければならない。２
つの電源ユニットは工場の床に運んできて、保管してお
かなければならない。

そこで、高電圧で低電流であると同時に、高電流で低電
圧でそれぞれプラズマ切断とアーク熔接に適した電力を
供給することができる、１つの電源を提供することが好
ましい。

サマー等の米特許４，４１０．７８８は多機能の切断と
熔接のための電力と流体の供給源について記述している
。

電源は、主熔接電流を供給するための１つの主型カドラ
ンスとプラズマ切断のための通常の切断装置で要求され
る２（１０Ｖ以上の高電圧を供給するための別の高電圧
トランスを持っている。

前記２つのトランスは並列に配置され、出力に接続する
ために２つのｌ・ランスを選択し、接続するスイッチが
設けられている。

換言すればサマー等の装置は、１つはアーク熔接に適し
、他はプラズマ切断に適する、２つの異なる電源の必須
の要素を含んでいる。

かくしてサマー等の装置は、単に両方の電源の必須の要
素と、いつでもいずれかの電力装置を選択するためのス
イッチを付加したものを含んでいるに過ぎない。

サマー等の装置は、熔接技術者が２つの電源の代わりに
１つの電源を操作可能にするだけであり、大きな経済的
な効果は達成されていない。

サマー等の装置は、ちょうど通常の切断と通常の熔接の
ための電源装置の重さを足しただけの重さを持ち、はぼ
同じ床面積を占有する。

事実、主電源トランスと高電圧トランス間の選択のため
に必要である。さらに他の余分なスイッチが必要である
。

サマー等の電源装置は、このような理由から満足できる
ものではない。

そこで、プラズマ切断とアーク熔接用に適した改良され
た電源装置を提供することが望まれている。

前述したようにプラズマ切断とアーク熔接電源の結合さ
れたものを開発するにあたっての挑戦は、プラズマ切断
がアーク熔接に比べてより高い電圧となる事実から発生
する。

プラズマ切断において、切断用のアークを清らかで、か
つ安定にするために、アーク電流を安定にするために電
源供給回路に頻繁にインダクタンスが用いられている。

このことは当業者において良く知られている。

切断用のアークが発生後に消えなくするための安定化イ
ンダクタンスが必要であり、アーク発生時に前述のイン
ダクタンスは電流の通過に抵抗し、高い解放電圧が２６
０〜３６０Ｖの電圧を発生ずる。

このような高い解放回路電圧は、切断装置の作業者にシ
ョック害を与えるから好ましくない。

そのような高い電圧の要求はプラズマ切断とアーク熔接
電源の結合されたものを開発するにあたって、多くの困
雛を与える。

そこで、平滑で安定した切断アークのためにアーク開始
後のアークを持続するための、より低い解放回路電圧の
ために通常の回路安定化用のインダクタンスを用いる回
路であることが望まれる。

本発明の一つの目的はアーク熔接とプラズマ切断用の電
源装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的はプラズマ切断装置への電源を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記第１の目的を達成するために、本発明によるアーク
熔接とプラズマ切断用の電源装置は、交流電源と前記交
流電源に接続された１次巻線と２次巻線をもつトランス
をもっている。この装置はさらにアーク熔接用の第１の
出力とプラズマ切断のための第２の出力を提供するため
の前記２次巻線の交流電流を整流する整流手段を設けて
いる。

この装置はさらに第１と第２の出力を伝達するために前
記整流手段に接続されているスイッチをもっている。

前記第２の目的を達成するために、本発明によるプラズ
マ切断装置への電源は、直流電源とトーチでアークを開
始するためにトーチに供給する高い電圧の信号を供給す
る交流電源をもっている。

この装置はトーチに直流電源を接続するためのインダク
タンスをもっている。

直流電源はアーク開始後にアークを維持するためにイン
ダクタンスを介して電流を供給する電圧を発生する。こ
の装置はさらに前記直流電源とトーチの間で前記インダ
クタンスに並列に接続されている回路系で、アーク開始
直後に前記インダクタンスにより前記トーチに供給され
る電流に加えて前記トーチに電流を供給し、前記インダ
クタンスに前記直流電流により供給される電圧が、アー
クを維持するために減少させられるようにする回路系を
持っている。

（実施例） 前述したように、サマー等の米国特許４，４１０．７８
８装置は２つの異なるｌ・ランスを持つ熔接機と切断機
の電源を結合したものである。

これに対して、第１図に示す電源は単に１つの２次巻線
と、単に１つの２次回路が設けられている。

第１図を参照すると、１−ランスＴ１の１次巻線は交流
電源１２から電力の供給を受け、そして、そのトランス
の２次巻線は熔接と切断の工程の電力を供給する。第１
図に示されているように、熔接出力端子１４と１６はＴ
、の２次巻線から２次巻線の端部に接続されている２つ
のダイオードＤＩＤ２と中央タップ接続１８からなる中
央タップ配列を介して電力の供給を受ける。

トランスＴ１の２次巻線は通常の熔接工程で使用される
標準のもので良い。

中央タップ構成は熔接出力端１４．１６に低電圧高電流
を供給する。

ここまで第１図に関連して述べられている部分は、通常
の熔接用の電源部分である。インダクタンスＬ、、１２
、コンデンサＣ１は高周波雑音を減少させるために用い
られ、この出願の譲り受は人米国特許４，４１０，７８
８の支配を受けるものである。

本発明の一面ではコンデンサＣ１を除き、前述した全て
の要素は通常の熔接電源に用いられるものであり、プラ
ズマ切断の切断電力を供給するために他の部品とともに
使用される。

か（して２つの余分なダイオードＤ３．Ｄ４は、ダイオ
ードＤ、、Ｄ２とともに、全波整流装置の回路を形成す
る。プラズマ切断は熔接に比較して低い電流を要求する
からダイオードＤ３．Ｄ４はダイオードＤ、、Ｄ２より
も小さいものであっても良い。

この構成によりセンタータップのほぼ２倍の電圧を同じ
２次巻線からｆｉることかできる。

全波整流装置はインダクタンスＬ、、Ｌ３によって平滑
化される。

それらは、ブリッジを平衡させるために同じ値のインダ
クタンスでなげればならないが、■、３はインダクタン
スＬ　、と比較してより少ない電流が通過させられるこ
とから、物理的により小さなものであっても良い。

米国特許４，４１０，７８８の教示によれば、インダク
タンス１．、、　、　　Ｌ３　、　　Ｉ−２は、コンデ
ンサＣ２（ｌ　２） との結合して切断電力出力端２４．２６の高周波雑音を
減少させる。

２つのスイッチＳ、、Ｓ２は、回路１０が熔接出力端１
４．１６またはプラズマ切断制御回路２８を介して切断
電力出力端２４．２６に電力を供給するか、制御する。

第２図は、作業者が２つの出力のいずれかを選択するた
めにスイッチＳ、、Ｓ２を制御するためのリレー回路を
示す略図である。

第２図に示されているように、作業者はスイッチ３２を
熔接の出力と切断の出力の間の選択のために操作する。

もし、熔接の出力が選ばれたときは、スイッチ３２が熔
接用のリレー３４を動作させることにより、スイッチＳ
１を閉じる。切断用のリレー３６には電力が供給されて
いないので、スイッチＳ２は開いた状態にある。

もし、作業者が切断の出力を選択したときにはスイッチ
３２は切断用のリレー２に電力を供給するように反転さ
せられ、これによりスイッチＳ２が閉じて８１が解放の
状態に留まることになる。

このようにして作業者は、２つの出力のいずれかを選択
することができるが、両方を選択することはできない。

交流電力源１２は熔接電力供給に用いられる通常の制御
可能なＡＣ電力源である。

この特許出願の譲り受は人の所有にかかる米国特許４，
３８２，１７１に記述されているような周波数制御可能
な直流から交流へのインバータを利用することができる
。熔接出力端１４．１．６から供給される電力はガス、
金属、アーク熔接（ＧＭＡＷ）に利用され、ここでは消
耗される電極が使用され、一定のアークの長さが維持さ
れる。

ＧＭＡＷ形の特性は、例えば米国特許４．３８２１７１
と再発行特許３１，５０４に示されており、それらはこ
の出願においての参照文献である。

換言すれば、第１図に示す電源１０がＧＭＡＷ形の工程
に利用させられているときは電源１２としては米国特許
４，３８２，１７１と再発行特許３１．５０４に記述さ
れているインバータが適している。

第３図は、本発明のさらに他のプラズマ切断用の電源の
実施例を示す回路図である。

通常の２６０〜３６０Ｖの解放電圧を必要とするプラズ
マ切断電源と比較すれば、第３図の電ｔｆｉ５０は解放
電圧が直流の１７０Ｖである電源５２を用いている。

電源装置５２は米国特許４．．３８２．１７１と再発行
特許３１．５０４に記述された通常の設計によるインバ
ータが用いられる。コンデンサＣ２は第１図に示されて
いるものと同様なものであり、高周波雑音を減少させる
ために用いられる。

第１図に示したインダクタンスＬ　２は第３図では省略
されている。インダクタンスＬ４は安定化インダクタン
スであって、アーク発生後、１％らかで安定した切断用
のアークを提供するためにアーク電流を維持し安定する
ために従来用いられてきたものと同じである。

かくして、トーチ５４によってアーク放電を開始させる
ために、トランスＴ３は高電圧で高周波の信号、または
インパルスを注入するために用いられる。

トランスＴ２は加工対象物５６にアーク電流が移送され
たかどうかを検出するために用いられる。

移送された電流を検出されたとき、トーチからト−チチ
ップ５８へのパイロット電流を遮断するためにスイッチ
Ｓ３が開かれる。

抵抗Ｒ２は０〜２Ωの範囲の抵抗をもつ電流制限抵抗で
ある。

安定化インダクタンスＬ４はしばしば５〜５０ミリへン
リの値をもつものである。アークが開始された後、パイ
ロットアークはトーチ５４とチップ５８の間に存在し、
電源５２からの電流はパイロットアークを保持するため
に必要である。

先行技術の設計では、安定化インダクタンスＬ４はアー
ク開始後、ただちにトーチ５４の電流が立ち上がること
を防ぐためのものである。

アークを維持するために十分な電流を通過させるために
、そのような抵抗を克服するために従来の設計では２６
０〜３（１０■の解放電圧回路が用いられていた。その
ような高電圧は切断装置の作業者に電撃ショック障害を
与える。第３図の電源はより低い解放電圧２例えばトー
チとトーチチップ間のパイロットアークを維持するため
に十分な約１７０■を用いている利点がある。

このことはアーク開始直後に流れる電流に対してインダ
クタンスＬ４に並列回路を設けることにより達成でき、
電流に対するインダクタンスＬ４の初期の抵抗はアーク
を維持するための電流の通過の妨げとならない。

第３図に示されているようにそのような回路は、ダイオ
ードＤ５と抵抗Ｒ１を含んでいる。

回路５０の特性は第４図に示されている。第４Ａ図に示
されているコンデンサＣ２の両端電圧は解放回路の状態
で１７０■である。

トランスＴ３．トーチ５４を通りチップ５８にアークが
発生させられた後のトーチ５４でのアーク電圧は第４Ａ
図に破線で示しである。

ダイオードＤ５と抵抗Ｒ５から構成される回路の両端お
よびインダクタンスＬ４の両端にも同様に電圧差が現れ
る。第４ＢｒＩ！Ｊに示されているようにインダクタン
スを流れる電流は立ち上がろうとする。もし、ダイオー
ドＤ５と抵抗Ｒ１により構成される回路が存在しなかっ
たとすると、インダクタンスＬ４を通って流れる前記の
ような電流ではアークを維持するのに不充分である。

しかしながら、回路径路の電位差により第４Ｂ図に点線
で示すような電流が流れる。第４Ｃ図にインダクタンス
と前記回路系の電流を組み合わせたものを示しており、
そのような組合せ電流はトーチ５４とチップ５８間のア
ーク電流を形成する。

かくして第４図に示されているように、ダイオードＤ５
と抵抗Ｒ１により形成される回路を流れる余分な電流は
インダクタンスＬ４の電流に対する抵抗にもかかわらず
、アークを発生させ持続させることができる。

アークが成功の裏に形成された後の通常の動作はトーチ
をワークピースへ動かすことである。

アークがワークピースに移ると移送された電流はＴ２に
よって検出され、前述したようにスイッチＳ３が開かれ
当業者に良く知られているように切断の工程が継続させ
られる。

トーチまたはトーチチップで爆接の条件が突然変えられ
ると、インダクタンスＬ４ば逆起電力が発生するであろ
う。もし、ダイオードＤ５が存在しなかったとすれば、
抵抗Ｒ１とトーチ５４を流れる電流は好ましい状態には
ならない。ダイオードＤ５はこの状態の発生を防止して
いる。

第３図と第４図を参照して説明した本発明は、第１図と
第２図を参照して説明したものと結合させると好い。

前述したように切断のために必要な電圧を低下させるこ
とにより、アーク熔接用の出力を提供するための電力供
給回路に使用されている多くの部品をプラズマ切断のた
めの出力装置に利用できる。

第３図と第４図を参照して説明した本発明による装置は
、プラズマ切断のための要求電圧を軽減させており、第
１図と第２図の電源の設計上の要請は簡単になる。

第３図の回路は第１図の回路に単にインダクタンスＬ４
をインダクタンスＬ３とプラズマ切断制御回路２８の間
に用いるだけで好い。ダイオードＤ５と抵抗Ｒ１の代替
回路はインダクタンスＬ４に並列に挿入されている。第
３図のコンデンサＣ２は、第１図のそれと同じである。

第３図の直流電源５２は電源１２．トランスＴ１．整流
器Ｄ１〜Ｄ４とインダクタンスＬＩ＋１−３により、簡
単に置き換えられる。

前述した実施例は本発明の例に過ぎない。

細部の変形と置き換えが本請求の範囲内において可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるプラズマ切断とアーク熔接に適
した電源の実施例を示す回路図である。 第２図は、第１図に示した電源供給の制御のための制御
リレー回路の回路図である。 第３図は、本発明のさらに他の実施例であるプラズマ切
断電源の実施例を示す回路図である。 第４図は、第３図の電源装置の出力特性を示すグラフで
ある。 ３６．２・・・切断用のリレー １０．１２．５０．５２・・・電源回路１２・・・交流
電源 １４．１６・・・熔接出力端子 １８・・・中央タップ接続 ２４．２６・・・切断電力出力端 ２８・・・切断制御回路 ３４・・・熔接用のリレー ５４・・・トーチ ５６・・・加工対象物 ５８・・・トーチチップ Ｃ，、Ｃ２・・・コンデンサ Ｄ、、Ｄ２＋　Ｄ３．Ｄ４．Ｄ５・・・ダイオードｔ、
、、ｒ−２，Ｌ３．Ｌ４・・・インダクタンスｓ、、ｓ
２．ｓ３．３２・・・スイッチＴ、、Ｔ２．Ｔ３・・・
トランス Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗 特許出願人　パラコン　インコーポレイテソド代理人　
　弁理士　井　ノ　ロ　　　壽手 続 ネ甫 正 書 １゜ 事 件 の 表示 平成１年 特 許 願 第１４８１９７号 ２゜ 発 明 の 名 称 電源装置 ３゜ 補 正 を す る 者 事件との関係

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）アーク熔接とプラズマ切断のための電源装置であ
   って、 交流電源と、 前記交流電源に接続されている１次巻線と２次巻線をも
   つトランスと、 アーク熔接に適した第１の出力とプラズマ切断に適した
   第２の出力を供給するために前記２次巻線の交流電流を
   整流するための整流手段と、 前記第１と第２の出力間の選択をするために前記整流手
   段に接続されているスイッチ手段と、から構成されてい
   る電源装置。
2. （２）請求項１記載の電源装置であって、前記整流手段
   は第１の出力を提供するためのセンタータップ配列と第
   ２の出力を提供するための全波整流ブリッジ整流手段で
   ある電源装置。
3. （３）請求項３記載の装置であって、前記センタータッ
   プ配列は２次巻線端にそれぞれ接続されている第１およ
   び第２のダイオードをもち前記全波整流ブリッジ配列は
   前記第１および第２のダイオードと第３および第４のダ
   イオードを含むものである電源装置。
4. （４）請求項１記載の装置であって、前記交流電源装置
   は周波数可変の直流から交流へのインバータである電源
   装置。
5. （５）請求項１記載の装置であって、さらに前記第１の
   出力に接続されている第１のコンデンサ手段と、 可聴雑音を軽減させるために第２の出力装置に接続され
   た第２のコンデンサ手段と、 ２つのコンデンサ間に接続された第１のチョーク手段と
   、 前記整流手段に前記コンデンサが影響を与えるのを防止
   し２つの出力を平滑するための整流手段を含む電源装置
   。
6. （６）請求項１記載の装置であって、前記交流電源はア
   ーク熔接のために実質的に一定のアークの長さを維持す
   る第１の出力を供給する電力が供給できるものである電
   源装置。
7. （７）プラズマ切断用のトーチに電力を供給する電源装
   置であって、 直流電源と、 前記トーチでアークを開始させるために前記トーチに高
   い周波数の信号を供給する交流電源と、前記トーチに直
   流電源を接続するためのインダクタンスであり、前記直
   流電源はアーク開始後にアークを維持する電流をこのイ
   ンダクタンスを介して供給し前記アーク開始後にアーク
   を維持し、安定化する働きをし、 前記直流電源とトーチの間で前記インダクタンスに並列
   に接続されている回路系で、アーク開始直後に前記イン
   ダクタンスにより前記トーチに供給される電流に加えて
   前記トーチに電流を供給し、前記インダクタンスに前記
   直流電流により供給される電圧が、アークを維持するた
   めに減少させられるようにする回路系と、 から構成した電源装置。
8. （８）請求項７記載の装置において、前記回路系は前記
   インダクタンス手段によって発生させられるいかなる逆
   起電力による電流を妨げるためのダイオードが含まれて
   いる電源装置。
9. （９）請求項７記載の装置において前記回路系が前記イ
   ンダクタンス手段を充電するための電圧降下を発生させ
   るための抵抗を含む電源装置。
10. （１０）請求項７記載の装置において、直流電源とイン
    ダクタンスの間にコンデンサが接続されている電源装置
    。