JPH03180276A - 交流アーク溶接機 - 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〉 本発明は交流アーク溶接機に関するものであり、特に商
用交流を整流する等の方性により得た直流電源をスイッ
チング素子を用いて正・逆に切換えて、交流出力を得る
ようにしたものにおいて極性切換時に一旦消滅するアー
クの再点弧を容易にするための補助電源回路を設けたア
ーク溶接機の改良に関するものである。

〈従来の装置〉 交流アーク溶接機において、極性の切換時はアークが一
旦消滅した後、反対方向の電圧の上昇によってアークが
再点弧するが、溶接機の無負荷出力電圧が低い場合や、
電極材料、被溶接物、シールドガスの成分等によって無
負荷電圧が高くても再点弧が難しくなることがある。こ
のような場合に再点弧を容易にするために、極性の切換
１時に溶接電源の無負荷電圧よりも高い電圧の補助電源
から電圧を供給して再点弧を助ける方式のものが提案さ
れている。

第５図にこの方式の従来装置の例を示す。同図において
１は直流電源であり、通常商用交流電源を整流すること
によって得られる。２は出力平滑用リアクトル、３は平
滑およびサージ吸収用コンデンサ、４ａ、４ｂ、５ａ、
５ｂはブリンジ接続されたスイッチング素子であり、ト
ランジスタや転流回路付のサイリスクが用いられる。６
は電極、７は７彼溶接物であり、８はスイッチング素子
４ａ。

４ｂまたは５ａ、５ｂをそれぞれ１組として交互に所定
の時間幅で０Ｎ−ＯＦＦ制御するためのスイッチング素
子制御回路である。９は再点弧用補助電源回路であり、
補助直流電源９ａと電流制限用抵抗器９ｂとからなり、
コンデンサ３と並列に接続されてこれを充電する。この
１１Ｇ助直流電源９はアークの再点弧に必要な高い電圧
に設定しである。１０はスイッチであり、逆極性期間に
スイッチング素子４ａ、４ｂを導通させる信号ｓ１にょ
って導通するトランジスタが適する。なお、スイ・ソチ
ング素子４ａないし５ｂにはそれぞれ保護のために逆並
列にダイオードが接続されることがあるが、本発明とは
関係が少ないので図示および説明を省略しである。

同図の装置において、信号Ｓ２が供給されている正極性
期間にはスイッチ１０は開いており、このためにコンデ
ンサ３は補助型７ｆ７．９から何ら充電されることはな
く、直流電源１の出力電圧によって充電されるたけであ
る。ｉＥ極性期間の終了に際してスイッチング素子５ａ
、５ｂが導通している状態から遮断するとアークは消滅
する。次に逆極性用（≦号ｓ１が供給されるとスイッチ
ング素子４ａ。

４ｂが導通し、同１時にスイッチ１０が閉じると、これ
によってコンデンサ３は補助直流電源９ａの高い電圧に
まで充′１はされる。この電圧は直流電源１の出力より
も高く設定されておりまたスイッチング素子４　ａ　、
　４　ｂ　ｓが導通するとこの高い電圧に充電されたコ
ンデンサ３の端子電圧がアークが消滅した直後の電極６
と被溶接物７との間に供給されて回復しつつある絶縁を
破壊し、アークが再点弧するものである。電極６と被溶
接物７との間にアークが発生している間は補助直流電源
９ａは直流ｍａｌの出力に重畳して、スイッチング素子
４ａ、４ｂまたは５ａ、５ｂを通して電極６と被溶接物
７とに９％給されるが、抵抗器９ｂによってその出力本
成が抑制され、またこれによって電圧降下が発生するの
で溶接電流、電圧はほぼ直流電源１の出力によって定ま
ることになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の溶接機は、上記のように構成されているので、逆
極性アークの発生中においても補助電源９からの電流が
流れ続けることになり、このために補助電源つとして容
量の大きな直流電源と抵抗器とを用意する必要があった
。

また、コンデンサ３は逆極性期間の始めに充電が開始さ
れるので、コンデンサ３を充電するのに要する時間だけ
再点弧用の高電圧の印加が遅れることになる。このため
に、この充電時間の間にアクが消滅した電極６と被溶接
物７との間の絶縁の回復が進行し、丈質的に再点弧が困
難になるものであった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記従来装置の問題点を解決するために正極
性期間中にのみ再点弧電圧を供給するための補助電源に
よってコンデンサを充電し、逆極性期間にこの充電電荷
を溶接負荷に放出するように充放電の両回路にスイッチ
を設けた交流アーク／８接機を捉案するものである。

〈実施例〉 第１図に本発明の実施例を示す。同図において１０は第
５図の従来例と同様の補助型ｒｉ、９に直列に接続され
たスイッチであるが、正極性時にスイッチング素子５ａ
、５ｂを導通させるための信号ｓ２によって導通ずる。

１１はコンデンサ３に充電された電荷をスイッチング素
子４ａないし５ｂの入力側に供給するための開閉回路で
あり、トランジスタやサイリスタのような単方向性スイ
・ソチング素子が適する。この開閉回路１１は逆極性情
にコンデンサ３の充電電荷を枚重させるために逆極性信
号Ｓ１によって導通するスイッチング素子１１ａと放電
時の電流を制限する抵抗器１１ｂとから構成される。ま
たコンデンサ３をサージ吸収用にも利用するために開閉
回路１１にはスイッチング素子１１ａと逆並列にダイオ
ード１２が接続されている。第１図のその他の部分は第
５図の従来装置と同機能のものに同符号を付して詳細な
説明を省略する。また各スイッチング素子４ａないし５
ｂに逆並列に接続される保護用ダイオードは第５図と同
様に省略しである。

第１図において、溶接起動指令によってスイッチング素
子制御回路８が信号ｓｌ、　ｓ２を交互に出力すると、
直流電源１の出力電圧がスイッチング素子４ａ、４ｂま
たは５ａ、５ｂの導通にしたがった極性の電圧となって
電極６と被溶接物７との間に現われる。このときスイッ
チ１０は信号Ｓ２によって閉路するので、コンデンサ３
はスイッチング素子５ａ、５ｂが導通する期間、即ち正
極性期間において補助電源９の出力によって充電される
。

信号ｓ２が消滅するとスイッチ１０が開路してコンデン
サ３に対する充電は終了し、次に信号ｓｌが供給された
ときに開閉回路１１が閉路してコンデンサの充電電荷は
抵抗器１１ｂを通して放電されることになる。このため
、正極性期間において充電されたコンデンサ３の高い電
圧は逆極性期間の始めにアークが消滅しているときにス
イッチング素子４ａ、４ｂの入力側に印加されて、電極
６と被溶接物７との間に供給されてアークを＃ＩＩ生す
る。

アークが再生するとアークを通して流れる電流によって
抵抗器１１ｂに電圧降下が生じ、コンデンサ３の放電電
流を抑制し、これによってコンデンサの放電時間が若干
延長される。この間に再生されたアークが十分に成長し
、直流型＃、１の出力電流が増加して溶接アークが確立
されるに至る。

第２図に別の実施例を示す。第２図においては、コンデ
ンサ３とダイオード１２とを第１図と逆の順序で接続し
である。また、これに従って補助電源９とスイッチ１０
はリアクトル２側にコンデンサ３と並列に接続されてお
り、さらには開閉回路１１はコンデンサ３とスイッチン
グ素子５ｂと４ｂとの接続点に図示の極性に接続しであ
る。同図の実施例においては、コンデンサ３は第１図の
実施例と同様に正極性時において信号ｓ２にて閉路する
スイッチ１０を介して補助電源９によって充電され、正
極性期間の終了によって信号ｓ２の消滅とともに充電が
終了する。次に逆極性肋間の開始時に信号Ｓ１によって
開閉回路１１が閉路すると充電電荷は、「スイッチング
素子４ａ→電極６−被溶接物７−開閉回路１１−コンデ
ンサ３」の経路で放電する。これによって逆極性アーク
が点弧する。

第３図はさらに別・の実施例を示す接続図である。

同図において１は直流電源であり、商用交流電源１０１
を整流回路１０２で整流して直流とし、インバータ回路
１０３にて高周波交流に変換した後に２次巻線にセンタ
ータップを有する変圧器１０４にてアーク溶接に適した
電圧に変換し、変圧器１０４の出力電圧をセンタータッ
プを共通端子（零出力端子）として正、負の両極性の直
流に変換する両波整流回路１０５にて直流とするもので
ある。ここでインバータ回路１０３は出力電流を定める
基準信号設定器１０６．比較器１０７．／くルス幅変調
回路１０８からなるインノく一夕制御回路によって制御
され、出力電流検出器１４の出力Ｉｆと基準信号設定器
１０６の出力１ｒとを比較器１０７にて比較し、差信号
（Ｉｒ−１ｆ）にて定まるパルス幅の駆動信号がパルス
幅変調回路１０８からインバータ回路１０３のスイ・ソ
チング素子に供給されて設定値に対応した一定の出力電
流となるようにＤＣ／ＡＣ変換が行なわれる。

２ａおよび２ｂは直流電源１の正出力端子および負出力
端子に接続されたりアクドルであり、両リアクトルは図
示のように鉄心を共有し、かつそれぞれの巻線に通じる
電流によって共有する鉄心に同一方向の磁束を生しるよ
うに密結合されている。４および５はリアクトル２ａ、
２ｂにそれぞれ直列接続されたスイッチング用トランジ
スタであり、他端はノ（過接続されて直流電源１の共通
出力端子Ｃ（変圧器１０４のセンタータ・ノブ）ととも
に出力端子となり、電極６および被溶接物７に接続され
る。８はスイッチング用トランジスタ４゜５の制御回路
、９は抵抗器９ａと補助直流電源９ｂとからなる補助電
源回路、１０はスイッチ、１１は開閉回路であり、それ
ぞれ第１図および第２図の同符号を付した部分に略相当
する。

また、リアクトル２ａとトランジスタ４およびリアクト
ル２ｂとトランジスタ５との間と共通端子Ｃとの間には
コンデンサ３ａ、３ｂとダイオード１２ａ、１２ｂとが
直列接続されたサージ吸収回路が接続されており、また
正極性側のサージ吸収回路のコンデンサ３ｂには抵抗器
１５が、またダイ゛オード１２ｂには抵抗器１６がそれ
ぞれ並列に接続されて放電回路および逆方向電流の通路
を形成している。一方、逆極性側のサージ吸収回路には
ダイオード１２ａに逆並列に開閉回路１１が、またコン
デンサ３ａには補助電源つとスイッチ１０との直列回路
が並列に接続されている。またスイッチ１０は制御回路
８の正極性信号ｓ２によって閉路し、開閉回路１１は制
御回路８の逆極性用出力信号ｓｌによって閉路する。

同図の実施例において、直流電源１は出力電流検出信号
Ｉｆと基準信号１ｒとの差によってパルス幅制御される
インバータ回路１０３によって出力電流が決定され、ま
たこのインバータ回路１０３の出力を正、負に両波整流
した直流出力は制御回路８にて通電順序および比率が決
定されるスイッチング素子４，５にて交互に０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御されるとともに、相互に密結合されたりアクドル
２ａ、２ｂの働きによって略矩形波状の交流電流となっ
て電極６および被溶接物７からなる溶接負荷に供給され
る。そしてこの極性切換時に発生するサージ電圧はスイ
ッチング素子４，５の最大定格電圧以下に抑制するよう
コンデンサ３ａ、３ｂ％ダイオード１２ａ、１２ｂを通
して吸収される。

一方、コンデンサ３ａは正極性期間中において信号ｓ２
によってスイッチ１０が閉じるので補助電源回路９の補
助直流電源９ａにて充電されて直流電源１の出力電圧よ
りも高い電圧となる。このコンデンサ３ａの充電電圧は
スイッチング素子制御回路８の逆極性期間信号ｓ１が供
給されたときに開閉回路１１が閉路して電極６から被溶
接物７に向う方向の逆極性電圧となって印加されて逆極
性アークを再点弧させる。

また第３図の実施例においては、一方のスイッチング素
子、例えばスイッチング素子５の導通期間中においては
りアクドル２ｂのために電流の変化は抑制されてほとん
ど一定であり、かつリアクトル２ｂには流れる電流に応
じた電磁エネルギーが蓄積される。この電磁エネルギー
はスイッチング素子５が遮断し同時に反対の極性のスイ
ッチング索子４が導通ずるときに直ちにリアクトル２ａ
側に移動し、リアクトル２ａとスイッチング素子４とを
通る回路に先と同じ値の電流を流すべく高い電圧を誘起
する。このためにスイッチング素子５の遮断によってと
ぎれていたアークは直ちに逆方向の電流、即ち被溶接物
７から電極６にむかう方向の電流、によってアークが再
生することになる。

このように第３図の実施例においてはりアクドル２ａ、
　　２ｂの作用によって極性反転時の電圧の立上りが急
峻となりアークの再点弧が容易になるものに加えてアー
クの再点弧が比較的困難な逆極性時において、補助電源
回路の高電圧を供給し、アークの再点弧を促すものであ
るから、より確実なアーク再点弧補助回路を備えた溶接
機が得られる。

なお、第３図においてはりアクドル２ａ、２ｂの機能を
十分に発揮させるためにはスイッチング素子制御回路８
の出力信号Ｓｌ、Ｓ２をそれぞれ間隙なく、または若干
の重なり時間をもって交互に出力しスイッチング素子４
，５の導通期間を実質的に間隙なく、または若干の重な
り時間を設けて制御することが望ましい。この様にする
ことにより、極性の切換えに際して一方のスイッチング
素子の導通期間の末期に他方のスイッチング素子に導通
信号を供給すると、整流回路１０５の出力はスイッチン
グ素子４，５にて短絡されるが、その電流はりアクドル
２ａ、２ｂが存在するために、それ以前の電流値とほと
んど変化せず、一方アークはスイッチング素子４．５に
よって短絡されるために直ちに消弧する。次にこの状態
で先に導通していた方のスイッチング素子が遮断すると
、電極６と被溶接物７との間の短絡が解消されてリアク
トル２ａ、２ｂはそれぞれに売れていた電流を維持すべ
く高い電圧を誘起し、これによって後に導通した方のス
イッチング素子を通してアークが再生する。この結果、
溶接電流は略矩形波状となり、極性の切換え時に電流の
立上がりが急俊となって、アークの再生が容易となるも
のである。

上記から、極性の切換え時において電極と被溶接物との
間に印加すべきコンデンサ３ａの電圧は、スイッチング
素子４．５による短絡が解消されたとき、即ち両極性の
スイッチング素子が導通している状態から先に導通して
いた方の素子が遮断した瞬間に供給したほうがより効果
的であることが判る。

第４図は、このようにした時の実施例を示す接続図であ
る。同図において、１７は正極性信号Ｓ２を人力として
入力信号の立上り時から一定時間遅れて出力信号ｓ３が
立上り信号ｓ２の消滅によって消滅する信号を出力する
時限回路であり、スイッチンダ素子４と５とが共に導通
ずる期間を除いた正極性期間中においてスイッチ１０を
閉路しコンデンサ３ａの充電を行うためのものである。

また１８は正極性用スイッチング素子５の端子電圧が一
定以上となったときに出力を発生する電圧検出器であり
、１９は電圧検出器１８の出力と制御回路８の逆極性ら
号ｓｌとがともにハイレベルとなったときに開開回路１
１を閉路する信号を出力するＡＮＤ回路である。同図の
実施例においては、正極性期間の末期において信号ｓ２
に重ねて信号ｓ１が出力されてスイッチング素子４と５
とがともに導通している状態から、次にスイッチング素
子５が遮断してその端子電圧が上昇したときに初めて開
閉回路１１が閉路することになる。このために正極性か
ら逆極性に至るときに真にアークが再点弧すべき瞬間に
開閉回路１１が閉路してコンデンサ３ａの充電電圧が電
極６と被溶接物７との間に供給されることになり、より
確実なアークの再点弧が実現できるものである。

なお、第３図および第４図の実施例において、コンデン
サ３ａおよびダイオード１２ａにはそれぞれコンデンサ
３ｂおよびダイオード１２ｂと同様に抵抗器を並列に接
続してもよい、 また、第１図ないし第４図において、再点弧のための補
助電源は各スイッチング素子の出力側、即ちスイッチン
グ素子と溶接負荷との間に設けてもよい。

〈発明の効果〉 上記のように本発明のアーク溶接機においては、正極性
期間中において再点弧電圧を供給するためのコンデンサ
を充電しておき、逆極性期間の初期においてこの電圧を
電極と被溶接物との間に放出するものであるので、再点
弧電圧供給用の補助電源を小容量のものにすることがで
き、またコンデンサを逆極性時になってから充電する従
来方式のもののように再点弧が遅れたり、この遅延時間
のためにアークの再点弧に失敗することがない安定した
溶接が行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す接続図、第２図ないし第
４図は本発明の別の実施例を示す接続図、第５図は従来
の溶接機の例を示す接続図である。 １・パ直流電源、　２，２ａ、　　２ｂ・・・リアクト
ル、３．３ａ、３ｂ・・・コンデンサ、 ４．４ａ、４ｂ、５．５ａ、５ｂ ・・スイッチング素子（トランジスタ）６・・・電極、
　　７・・・被溶接物、８・・・スイッチング素子制御
回路、９・・・補助電源、９ａ・・・補助直流電源、　
９ｂ・・・抵抗器、１０・・・スイッチ、　　１１・・
・開閉回路、１２．１２ａ、１２ｂ−・・ダイオード、
１８・・・電圧検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電源の出力をスイッチング素子により、正、逆
   両極性に切換えて溶接負荷に供給するアーク溶接用電源
   において、コンデンサと前記コンデンサを正極性期間中
   に充電する比較的高電圧の補助直流電源と、前記コンデ
   ンサの充電電荷を逆極性時に前記スイッチング素子の入
   力側または出力側に供給する開閉回路とを具備した交流
   アーク溶接機。 ２、２組の直流電源が直列に接続されて正、零及び負の
   出力端子を有する直流電源と、前記直流電源の正出力端
   子と負出力端子とにそれぞれ順方向となる単方向性スイ
   ッチング素子を接続し他端を共通接続して一方の溶接用
   出力端子とし、前記直流電源の共通接続点を他方の溶接
   用出力端子とし、前記スイッチング素子を交互に導通・
   遮断制御するためのスイッチング素子制御回路と、前記
   スイッチング素子のうち逆極性側のスイッチング素子の
   入力側または出力側に設けられたコンデンサと前記コン
   デンサを正極性期間中に充電する比較的高電圧の補助直
   流電源と前記コンデンサの充電電荷を前記スイッチング
   素子を導通させるための逆極性期間信号によって前記ス
   イッチング素子の入力側または出力側に供給する開閉回
   路とを具備した交流アーク溶接機。 ３、２組の直流電源が直列に接続されて正、零及び負の
   出力端子を有する直流電源と、前記直流電源の正出力端
   子と負出力端子とにそれぞれ順方向となる単方向性スイ
   ッチング素子を接続し他端を共通接続して一方の溶接用
   出力端子とし、前記直流電源の共通接続点を他方の溶接
   用出力端子とし、前記スイッチング素子を交互に導通・
   遮断制御するためのスイッチング素子制御回路と、前記
   スイッチング素子のうち正極性側のスイッチング素子の
   端子電圧を検出し端子電圧が一定値以上となったときに
   信号を出力する電圧検出器と、前記スイッチング素子の
   うち正極性側のスイッチング素子の入力側または出力側
   に設けられたコンデンサと前記コンデンサを正極性期間
   中に充電する比較的高電圧の補助直流電源と、前記コン
   デンサの充電電荷を前記端子電圧検出器の出力によって
   前記スイッチング素子の入力側または出力側に供給する
   開閉回路とを具備した交流アーク溶接機。 ４、前記スイッチング素子は入力側にコンデンサと前記
   直流電源の出力に対して順方向となるダイオードとが直
   列に接続されたサージ吸収回路を含み、前記補助直流電
   源は前記サージ吸収回路のコンデンサのうち逆極性側の
   コンデンサを抵抗器を通して充電する補助直流電源であ
   り、前記開閉回路は前記逆極性側のコンデンサに直列接
   続された前記ダイオードに逆並列に接続された単方向性
   スイッチング素子である請求項１ないし３のいずれかに
   記載の交流アーク溶接機。 ５、前記各スイッチング素子にはそれぞれ前記直流電源
   との間に直列に直流リアクトルが接続されており、前記
   各直流リアクトルは互いに共通の鉄心に巻かれかつそれ
   ぞれ直列に接続された前記スイッチング素子の導通によ
   って共有する鉄心に同方向の磁束を生じる極性に巻き方
   向が定められたコイルを有する請求項２または３のいず
   れかに記載の交流アーク溶接器。 ６、前記スイッチング素子は交互に実質的に間隙無く導
   通・遮断制御されるスイッチング素子である請求項５に
   記載の交流アーク溶接器。 ７、前記直流電源は商用交流電源を一旦整流して直流と
   し、インバータ回路によって高周波交流に変換した後、
   変圧器によってアーク溶接に適した電圧に変換し、再度
   整流回路によって整流して直流を得る電源である請求項
   １ないし６のいずれかに記載の交流アーク溶接機。 ８、前記変圧器は２次巻線にセンタータップを有する変
   圧器であり、前記整流回路は前記変圧器の２次巻線出力
   を正および負の両極性と中性点とを有する直流に変換す
   る回路であり、前記スイッチング素子は前記正、負各極
   性の直流出力端子にそれぞれ順方向に直列接続されて他
   端が共通接続された２組のスイッチング素子とである請
   求項７に記載の交流アーク溶接機。