JPH0320046Y2 - - Google Patents

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JPH0320046Y2
JPH0320046Y2 JP1984145205U JP14520584U JPH0320046Y2 JP H0320046 Y2 JPH0320046 Y2 JP H0320046Y2 JP 1984145205 U JP1984145205 U JP 1984145205U JP 14520584 U JP14520584 U JP 14520584U JP H0320046 Y2 JPH0320046 Y2 JP H0320046Y2
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【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はアーク溶接に適した直流溶接電源に関
するものであり、特に商用交流電源を一旦直流に
変換し、この直流を高周波スイツチング回路を用
いたDC−DCコンバータによつて溶接に適した直
流出力を得るようにした方式のアーク溶接用直流
電源に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のDC−DCコンバータ方式のアーク溶接電
源としては、直流電源をインバータにより高周波
交流に変換し、この高周波交流を変圧器結合によ
り取り出して整流して直流出力を得るように構成
されたものが提案されている。(例えば特開昭52
−131954号、特開昭60−64765号) 第3図にその一例をブロツク図にて示す。同図
において1は直流電源であり図示しない交流電源
から電力を得る通常の整流回路、蓄電池、直流発
電機等である。2は直流電源1の出力を高周波交
流に変換するインバータ回路、3はインバータ回
路2の出力を取り出し溶接に適した電圧に変換す
る変圧器、4は整流回路、5はアーク溶接に適し
た電流変化の時定数を得るための直流リアクト
ル、6は溶接負荷、7はインバータ回路2の制御
回路である。これらのうちインバータ回路2とし
ては第4図aに示すように高周波パワートランジ
スタTR1ないしTR4を用いたブリツジ式のも
の、あるいは第4図bに示すようにセンタータツ
プ付の一次巻線を有する出力変圧器3とパワート
ランジスタTR5,TR6とから成るプツシユプ
ル方式などが用いられている。このように構成し
た結果変圧器部分で取扱う周波数が高いために電
源装置中で物理的にも経済的にも最も大きな部分
を占める変圧器および出力平滑回路を極端に小形
軽量化することができる。しかしこれらの従来装
置は出力の取り出しに変圧器を用いることから次
のような重大な欠点を有するものである。
即ち、従来の装置は上記のように正および負の
各半波をそれぞれトランジスターTR1とTR2
(またはTR5)およびトランジスターTR3と
TR4(またはTR6)を交互にON−OFFするこ
とによつて変圧器3に矩形波状の交流出力を得る
ものであるために、この正負の両期間に差がある
こと、この差に相当する直流分によつて変圧器の
鉄心が次第に偏磁されてついには飽和してしまう
ことになる。この変圧器の鉄心が飽和すると励磁
電流が極端に大きくなり、これに直列接続されて
いるスイツチング素子が直ちに破壊されてしまう
大事故になる。特にアーク溶接用電源は数百アン
ペアに及ぶ大電流出力が要求され、これに対して
高周波パワートランジスタは未だこれを単一の素
子で負担することができる程大容量のものは得ら
れていないので複数個の素子を並列接続すること
が必要となり、定常状態においても各トランジス
タの特性差から導通時間のバラツキが起りやす
い。さらにアーク溶接においては出力電流の調整
範囲が数アンペアから数百アンペアまでと極めて
広く、かつ溶接負荷は無負荷から短絡、アーク発
生等の極端な負荷変動が頻繁にかつ急激に発生す
る極めて不安定な負荷であり、これに対して通常
は出力を設定値に保つようにフイードバツク制御
を行つているから、常に制御系は過渡状態にあ
る。このために出力変圧器の入力電圧は正負アン
バランスとなることが避けられず、鉄心の飽和が
起りやすいものである。これらに対する予防策と
して一般に行なわれている方法は第4図aに示し
たように出力電圧を直列コンデンサを介して変圧
器に供給するものであるが、この方法は出力電流
のすべてを通過させるだけの大容量の交流コンデ
ンサが必要となり、また急激な変化に対しては十
分効用を発揮しないものである。しかもこのコン
デンサに蓄えられる直流分電荷をうまく放出して
やる工夫が必要となる。また鉄心が飽和したとき
にこれを検出して動作を停止させるようにしたも
のもあるが、回路が複雑となるばかりではなく、
回路の動作遅れに対してスイツチング素子が破壊
されない程度にスイツチング素子の容量に余裕を
もたせることが必要となり、コスト高となる。
このように従来の装置では、保護対策が不可欠
であり、コスト高、装置の複雑化がさけられず、
しかも不完全なものであるから結局は出力定格容
量をスイツチング素子の容量に比較して割引いた
低い値に設定せざるを得ず、小形軽量化を特徴と
するDC−DCコンバータ方式の溶接電源の利点を
大きく損うものであつた。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案は、直流電源に対して順方向極性のスイ
ツチング素子と逆極性の整流素子との直列回路を
2系統並列に接続し、かつ第1の直列回路と第2
の直列回路とはスイツチング素子と整流素子との
接続順序を逆とし、両直列回路の中点間に出力変
圧器の一次巻線を接続するとともに変圧器の2次
回路には半波整流回路と平滑回路とを設けて、両
スイツチング素子を同時にON−OFF制御するこ
とによつて上記従来装置の欠点を解決したもので
ある。
〔作用〕
本考案は上記の構成としたのでスイツチング素
子が遮断されたときに変圧器鉄心が先に励磁され
た直流電源の電圧まで正確に逆方向に励磁される
ので鉄心はスイツチング素子のON−OFFの1週
期毎に完全にリセツトされることになり、定常出
力時はもちろん出力が急変動する過渡期において
も鉄心に偏磁が発生することは全くなくなり、出
力変圧器の鉄心飽和に基因するスイツチング素子
の破壊は全く発生しないものである。
〔実施例〕
第1図に本考案の実施例の接続図を示す。同図
においてS1,S2はスイツチング素子であり、
トランジスタあるいはゲートターンオフサイリス
タなどが用いられる。D1,D2は整流素子であ
り、スイツチング素子S1と整流素子D1および
スイツチング素子S2と整流素子D2とはそれぞ
れ第1および第2の直列回路を構成しており、直
流電源1に対して並列接続されている。また第1
および第2の直列回路は図示のようにその極性お
よび接続順序が定められている。3は第1および
第2の各直列回路の中点に一次側が接続された変
圧器であり、第4図aに示した変圧器と同様のも
のである。D3は変圧器3の出力を半波整流する
ための整流素子、D4はフライホイール用ダイオ
ードであり、直流リアクトル5とともに出力平滑
回路を構成している。また8はスイツチング素子
S1およびS2を同時に開閉するための制御回路
である。第2図aないしfは第1図の実施例の各
部の波形を模式的に示した線図であり、aはスイ
ツチング素子S1およびS2の導通、遮断状態を
示し、bは変圧器3の一次端子電圧VP、cは同
2次端子電圧VS、dは半波整流後即ち整流素子
D4の端子電圧VL、eは溶接負荷6に流れる電
流即ち溶接電流IO、fは溶接負荷6の端子電圧即
ち溶接電圧VOをそれぞれ時間的変化にて示して
ある。第1図の実施例において時刻t=T1にて
スイツチング素子S1とS2とを第2図aのよう
に同時に導通させると直流電源1からスイツチン
グ素子S1、変圧器3の一次巻線、スイツチング
素子S2、直流電源1の順路で電流が流れ変圧器
3の鉄心を励磁する。この励磁により変圧器3に
は図示の方向の電圧が第2図bおよびcのように
現われる。このときの変圧器出力電圧VSは整流
素子D3にて半波整流されて直流リアクトル5を
経て溶接負荷6に供給されて電流IOが流れる。時
刻t=T2にスイツチング素子S1,S2を同時
に遮断すると変圧器3はスイツチング素子S1,
S2の導通期間に変圧器3に蓄えたエネルギーに
よつて逆方向の電圧を第2図bのように発生す
る。この電圧は変圧器3の2次回路が半波整流回
路であるので遮断状態であり、このために誘起電
圧(逆方向電圧VP)は急激に上昇し電源電圧E
に達したところで整流素子D1およびD2が順バ
イアスとなつて導通する。直流電源1の内部イン
ピーダンスは通常小さいので変圧器3の誘起電圧
はこの電源電圧に略等しい値に落着くことにな
る。この逆電圧によつて変圧器3の鉄心はリセツ
トされ、先に蓄積したエネルギーを放出し切つた
時点で逆電圧は零となる。この間溶接負荷には先
のスイツチング素子S1,S2が導通していた期
間にリアクトル5に蓄えられていたエネルギーが
フライホイール用ダイオードD4を通じて放出さ
れて、溶接負荷6には第2図e,fに示すように
平滑された電力が供給されることになる。逆電圧
が零になつた後の時刻t=T3に再びスイツチン
グ素子S1およびS2が同時に導通すると再び変
圧器3は直流電源1によつて励磁されて先の時刻
t=T1からの動作がくりかえされる。なお、上
記実施例においては制御回路8としては特に説明
しなかつたがスイツチング素子S1,S2をデユ
テイが50%以下となる所定の導通時間率で開閉制
御するものであれば何でもよく、また図示は省略
したが出力電圧または出力電流をフイードバツク
して基準値と比較しその差信号によつて導通時間
を定めるようにして、定電圧出力または定電流出
力を得るようにしてもよいのはもちろんである。
〔考案の効果〕
本考案のアーク溶接電源は上記のように動作す
るので、スイツチング素子S1,S2の導通時間
を1周期の50%以下にしておけば変圧器鉄心は必
らず直流電源の出力電圧に略等しい逆電圧によつ
て完全にリセツトされることになり、その動作原
理上スイツチング素子S1,S2の導通期間が如
何に急速に変化しても決して鉄心が偏磁されるこ
とはなく、常に安定した動作が得られるものであ
る。またスイツチング素子の遮断時の誘起電圧は
直流電源の出力電圧をわずかに超える程度である
のでスイツチング素子の逆耐圧は低いものでよく
それだけ安価な素子の使用が可能となる。さらに
これらのスイツチング素子はすべて同時に導通、
遮断するだけでよいので、ブリツジ形やプツシユ
プル方式のインバータを用いる場合のように正負
各半波毎に交互に導通させる複雑な制御が不要と
なり、正負アンバランス防止のための附属回路が
不要となることと合せて装置が極めて小形軽量安
価でかつ安定した動作が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例を示す接続図、第2図
aないしfはそれぞれ第1図の実施例の動作を説
明するための線図、第3図は従来の装置の例を示
すブロツク図、第4図aおよびbは第3図の従来
装置におけるインバータ回路の具体的な例を示す
接続図である。 1……直流電源、3……変圧器、5……直流リ
アクトル、S1,S2……スイツチング素子、D
1ないしD3……整流素子。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 直流電源と、前記直流電源の出力端子間に接続
    されたスイツチング素子と前記直流電源に対して
    逆極性の整流素子とからなる第1の直列回路と、
    前記直流電源に対して前記第1の直列回路とは同
    極性でかつ逆の順序で接続されたスイツチング素
    子と整流素子とからなる第2の直列回路と、前記
    第1および第2の各直列回路のスイツチング素子
    と整流素子との接続点の間に一次巻線が接続され
    た変圧器と、前記変圧器の2次出力端子に接続さ
    れた半波整流回路と、前記半波整流回路の出力を
    平滑する平滑回路と、前記スイツチング素子を導
    通時間率50%以下で同時に開閉制御するスイツチ
    ング素子制御回路とを具備したアーク溶接用直流
    電源。
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JPS6158971U JPS6158971U (ja) 1986-04-21
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US8946718B2 (en) 2002-04-09 2015-02-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor element and display device using the same
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