JPH0255147B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高周波パルス電流によつてアーク
溶接を行なう高周波パルスアーク溶接機に関す
る。

まず、この発明の前提となるパルスアーク溶接
機について説明する。なお、以下に説明するもの
はこの発明の出願人が先に「高周波パルスアーク
溶接機」（特願昭56−120047号、特公平１−34715
号公報参照）として出願済のものである。

第１図はこの先願による高周波パルスアーク溶
接機の構成を示す回路図である。この図におい
て、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗは約50Vの３相交流電圧
が印加される端子であり、この入力端子Ｕ、Ｖ、
Ｗに印加された３相交流電圧はダイオード２１〜
２６から構成される３相ブリツジ整流回路２７に
よつて整流され、平滑用コンデンサ２８へ供給さ
れる。そして、平滑用コンデンサ２８の端子に
得られる電圧がトランジスタ２９のコレクタへ供
給される。トランジスタ２９は、そのベースへ供
給される制御回路３０の出力によつてオン／オフ
制御されるチヨツパトランジスタであり、そのエ
ミツタがフライホイールダイオード３１のカソー
ドに接続されると共に、チヨークコイル３２を介
して共振用コンデンサ３３の一方の端子に接続さ
れている。また、平滑用コンデンサ２８の端子
はフライホイールダオード３０のアノードおよび
共振用コンデンサ３３の他方の端子へ各々接続さ
れている。そして、上述した各部２７〜３２が直
流電源部６０を構成している。共振用コンデンサ
３３の一方の端子は電流検出用のシヤント３５を
介してアーク負荷３６の被溶接物３６ａに接続さ
れ、同コンデンサ３３の他方の端子はサイリスタ
３４のカソードに接続され、また、サイリスタ３
４のアノードが可飽和リアクトル３７（共振コイ
ル）を介してアーク負荷３６の電極３６ｂに接続
されている。そして、シヤント３５の両端電圧が
制御回路３０へ供給されている。また、シヤント
３５およびアーク負荷３６の直列回路の両端間に
直流電源３９およびアークスタータ４０が各々接
続されている。直流電源３９はアーク負荷３６に
常時小電流1B（例えば5A）を流すための電源で
あり、比較的リツプルの少いものが用いられる。
この小電流i_Bを常時アーク負荷３６に流す理由
は、アーク負荷３６にパルス電流が印加されない
期間においてもアークを断としないためである。

また、アークスタータ４０は、起動時において
被溶接物３６ａと電極３６ｂとの間のエアギヤツ
プの絶縁を破壊するためのもので、起動時におい
て約1MHz、3000Vの高周波交流電圧を短時間ア
ーク負荷３６に印加する。なお、サイリスタ３４
のゲートはパルス発生回路（図示略）から出力さ
れる一定周期（この周期は変更可能である）のパ
ルス信号GPによつてトリガされる。

次に、上記構成になる回路の動作を第２図に示
す波形図を参照して説明する。

まず、直流電源部６０において、制御回路３０
はシヤント３５を流れる電流の平均値が常に一定
になるようにトランジスタ２９をオン／オフ制御
する。この結果、平滑用コンデンサ２８の両端電
圧がトランジスタ２９によつてオン／オフ制御さ
れ、チークコイル３２を介して共振用コンデンサ
３３の両端に印加され、これにより、共振用コン
デンサ３３の充電が行なわれる。

次に、例えば第２図イに示す時刻t₁においてパ
ルス信号GPがサイリスタ３４のゲートに印加さ
れ、サイリスタ３４がオン状態になると、共振用
コンデンサ３３、シヤント３５、アーク負荷３
６、可飽和リアクトル３７により直列共振回路が
形成され、共振用コンデンサ３３の充電電荷によ
り共振電流i_Tが流れる。ところで、可飽和リアク
トル３７は、電流が小さい時は未飽和状態にあ
り、大きなインダクタンスを有している。したが
つて、共振電流i_Tは可飽和リアクトル３７の未飽
和インダクタンスと共振用コンデンサ３３の容量
とによつて決定される共振特性にしたがつて、第
２図ロに示すように徐々に上昇する（期間t₁〜
t₂）。そして、電流i_Tがある一定値i₀に達すると
（時刻t₂）、可飽和リアクトル３７が飽和し、以後
電流i_Tは可飽和リアクトル３７の飽和インダクタ
ンスと共振用コンデンサ３３の容量により決定さ
れる共振特性にしたがつて急速に上昇する。また
これに伴ない、共振用コンデンサ３３の電荷が放
電し、その両端電圧Ecが、第２図ハに示すよう
に急速に下降する。

電流i_Tは共振回路の性質からコンデンサ３３両
端電圧Ecが零になるまで上昇する。そして、零
になつた時刻t₃以降、急速に下降し、またこの
時、共振用コンデンサ３３は負の電圧に充電され
る。電流i_Tが下降し、値i_Oに達すると（時刻t₄）、
可飽和リアクトル３７が再び未飽和状態となり、
電流i_Tが以後徐々に減少する。この時刻t₄以降も
電流i_Tによる共振用コンデンサ３３の充電が行な
われるが、この充電々流はわずかであり、かつ、
コンデンサ３３の電圧変化の影響を受けない程度
のチークコイル３２があるため、時刻t₄以降直流
電源部６０からの充電々流i_Dによつて共振用コン
デンサ３３の両端電圧Ecが遂次上昇する。

電流i_Tが減少し、時刻t₅において零になると、
この時点においてサイリスタ３４のアノード・カ
ソード間に共振用コンデンサ３３による逆バイア
スが印加されることから、サイリスタ３４がカツ
トオフ状態になる。なお、第２図ハに示す斜線部
分がサイリスタ３４の逆バイアス時間に対応して
いる。以後、共振用コンデンサ３３が電流i_Dによ
つて引き続き充電され、電圧Ecが遂次上昇する。
そして、時刻t₆においてパルス信号GPが再びサ
イリスタ３４のゲートに印加されると、サイリス
タ３４がオン状態となり、再び上述した動作が繰
返えされる。

しかして、アーク負荷３６には上述した電流i_T
と電流i_Bとの和の電流i_T＋i_B（第２図ニ参照）が流
れ、この電流によりパルスアーク溶接が行なわれ
る。

以上が先願による高周波パルスアーク溶接機の
詳細である。ところで、このパルスアーク溶接機
はアーク電流をオン／オフする手段としてサイリ
スタを用いるので、大電流をとることができる利
点が得られるが、一方で転流失敗を起し易いとい
う欠点がある。

すなわち、共振用コンデンサ３３、シヤント３
５、アーク負荷３６、可飽和リアクトル３７、サ
イリスタ３４からなる直列共振回路はアークの動
抵抗が大きいアークスタート時に共振条件を外れ
る場合がある。この場合、共振電流i_Tが充分に流
れず、したがつてコンデンサ３３の逆電圧の充電
が充分に行われず、この結果、第２図ハに斜線に
よつて示す逆バイアスをサイリスタ３４に充分に
印加できなくなり、サイリスタ３４が転流失敗を
起す。

そこでこの発明はアーク電流をオン／オフする
手段としてトランジスタを用い、ここれにより上
述した高周波パルスアーク溶接機の問題点を解決
したものである。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例につ
いて説明する。第３図はこの発明による高周波パ
ルスアーク溶接機の構成を示す回路図であり、こ
の図において第１図の各部に対応する部分には同
一の符号が付してある。この図に示す回路が第１
図に示す回路と異なる点は、第１図おけるサイリ
スタ３４の代わりに、そのコレクタが可飽和リア
クトル３７に接続されたトランジスタ４２と、こ
のトランジスタ４２のコレクタにカソードが、エ
ミツタにアノードが各々接続されたダイオード４
３と、トランジスタ４２のエミツタにアノード
が、コンデンサ３３の他方の端子にカソードが
各々接続されたダイオード４４とからならる開閉
手段４５が用いられている。

この実施例の主たる動作は、トランジスタ４２
のベースへ印加する信号として、第２図イに示す
パルス信号GPの代りに、第２図ホに示す信号Ｓ
を用いる点を除けば、第１図に示す回路の動作と
同じである。ここで、パルス信号Ｓは、その立上
り時点がパルス信号GPの立上り時点と一致して
いればよく、また、そのパルス幅Ｔは共振電流i_T
の予め想定されるパルス幅よりわずかに大きけれ
ばよい。すなわち、コンデンサ３３の容量をＣ、
可飽和リアクトル３７の飽和時のインダクタンス
をＬとすれば、パルス幅Ｔとして、 Ｔ＞π√ なる値に選べばよい。

次に、ダイオード４３，４４の機能について説
明する。まず、ダイオード４４はコンデンサ３３
に負の電圧が充電された場合に、トランジスタ４
２のエミツターコレクタ間にこの負電圧が印加さ
れるのを防止するためのものである。また、ダイ
オード４３はダイオード４４が導通状態からカツ
トオフ状態へ移る際に流れる逆方向のリカバリ電
流をバイパスするためのものである。

しかして、この実施例によれば、アーク負荷３
６に流れるアーク電流が、同アーク電流の大小に
かかわらず、信号Ｓがオフとなつた時点で必ずオ
フとなり、サイリスタ転流失敗の場合の様に動作
不能となることがない。したがつて、この実施例
は、アーク動抵抗を十分低くできるような電流i_B
を流せない、溶接電流の小さい用途には極めて有
用である。また、トランジスタはサイリスタに比
較し、定常的にも、過渡的にも順電圧降下が小さ
く、したがつて電流損失を小とし得る利点も得ら
れる。例えば、サイリスタに200Aの電流を流し
た場合は、約10Vの順電圧降下があるが、トラン
ジスタの場合、これが約2Vになる。

なお、上述した実施例においては、共振コイル
として可飽和リアクトル３７を用いているが、こ
れは普通のコイルを用いることも可能である。し
かしながら、普通のコイルを用いた場合は次に述
べる不都合が生じ、したがつて可飽和リアクトル
を用いることが望ましい。

すなわち、普通のコイルを用いた場合は、第２
図ロにおける時刻t₄〜t₅間の間の滑らかな立下り
が得られず、電流i_Tが急速に零まで下降する。こ
の結果、ダイオード４４に、第４図に符号Ａにて
示すようにピークの大きい負のリカバリ電流が流
れ、この電流によりアークが切れたり不安定にな
つたりする。このリカバリ電流は電流減少勾配−
di_T／dtに比例して大きくなり、例えば30A／μs
の電流減少勾配においては数10A程度のリカバリ
電流が発生する。（なお、高周波パルスアーク溶
接機においては、可飽和リアクトルを用いない場
合、上述した30A／μs前後の電流減少勾配とな
る。）このリカバリ電流に対応してアーク電流を
正常に維持するには、電流i_Bとしてこのリカバリ
電流と略等しい電流を流すことが必要であるが、
この場合、小電流による溶接が不可能となり、極
めて好ましくない。

また、上述した実施例においては、共振コイル
として可飽和リアクトル３７のみを用いている
が、可飽和リアクトル３７の飽和時インピーダン
スは通常非常に小さいので、可飽和リアクトル３
７に直列に別の共振コイル（比較的インダクタン
スの小さい共振コイル）を挿入してもよい。

また、上述した実施例における整流回路２７を
サイリスタによつて構成し、チヨツパトランジス
タ２９を除去してもよいが、リツプルの点で実施
例に示す回路を方が有利である。

以上説明したように、この発明によればLC共
振回路およびトランジスタを有する開閉手段によ
つて高周波パルスを作つてているので、次の利点
が得られる。

電流零の時点で開閉手段がオフとなるため、
配線インダクタンス（10μH程度）のエネルギ
ー吸収回路の発生する損失をきわめて小さい値
とし得る（従来の1/50〜1/100）。

直流電流部が低電圧回路でよく、部品等の面
で有利である。

直流電源部のコントロール（第２図の実施例
ではチヨツパのコントロール）は低周波数でよ
く、直流電源部の制御回路の構成を簡素化し得
る。

開閉手段としてサイリスタを用いた場合に比
較し、転流失敗がなく、また、開閉手段におい
て発生する電流損失を少くすることができる。

また、共振コイルとして可飽和リアクトルを用
いた場合は、アーク電流への悪影響を除去できる
と共に、開閉手段のスイツチング損失を極めて小
とすることができる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の前提となる高周波パルスア
ーク溶接機の構成を示す回路図、第２図イ〜ニは
同溶接機の動作を説明するための波形図、第２図
ホは第３図に示すトランジスタ４２のベースへ印
加されるパルス信号Ｓの波形図、第３図はこの発
明の一実施例の構成を示す回路図、第４図は同実
施例におけるダイオード４４のリカバリ電流を示
す波形図である。 ３３……共振用コンデンサ、３６……アーク負
荷、３７……可飽和リアクトル、４２……トラン
ジスタ、４３，４４……ダイオード、４５……開
閉手段、６０……直流電源部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 直流電源部と、 (b) 前記直流電源部から出力される直流電流が印
   加される共振用コンデンサと、 (c) トランジスタと、このトランジスタに直列か
   つ順方向に接続された第１のダイオードと、前
   記トランジスタのエミツタ・コレクタ間に逆方
   向に接続された第２のダイオードとからなる開
   閉手段と、 (d) 共振コイルと、 を具備し、前記開閉手段、共振コイルおよびアー
   ク負荷を前記共振用コンデンサの両端に直列に介
   挿してなる高周波パルスアーク溶接機。 ２ 前記共振コイルが可飽和リアクトルまたは可
   飽和リアクトルとコイルとの直列回路である特許
   請求の範囲第１項記載の高周波パルスアーク溶接
   機。