JPH03275283A - プラズマアーク用電源 - 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、プラズマ溶接またはプラズマ切断に使用され
るプラズマアーク用電源に関する。

〔従来の技術〕

近年、インバータ制御の採用により小形軽量化を図った
プラズマアーク用電源が実用化されている。

その−例として第３図に示すプラズマ溶接用型ンテンサ
３、出力制御部である高周波インバータ４、主変圧器５
、出力側整流器６、直流リアクタ７を含む主アーク用電
源部と、パイロットアーク用電源部８、パイロットアー
ク電流制限抵抗９、高周波発生器１０、高周波電圧印加
用カップリングコイル１１および高周波バイパス用コン
デンサ１２から構成されている。なお、プラズマ溶接で
は、溶接開始点の位置合せや倣い用の位置合せなどのた
めにパイロットアークを単独で発生させる必要上、バイ
ロブ１〜アーク用電源部８は主アーク用電源部とは別の
変圧器２１と出力側整流器１ｉ！＠２２を持つ独立した
電源としている。

アーク起動時には、先ず図示していないパイロットアー
ク起動信号により電源スィッチ２０が閉じると、パイロ
ットアーク用電源部８の無負荷電圧（約９０〜１ｏｏｖ
）か抵抗９を介して１・−チの電極１３とノズル１４の
間に印加される。同時に、カップリンクコイル１１を介
して高周波電圧か重畳して印加され、高周波放電により
電極１３とノズル１４の間にパイロットアークが点じる
。そして、このパイロットアークによるプラスマ流か作
動カスによってノズル１４から噴出する。この状態で、
図示していない主アーク起動信号により高周波インバー
タ４が作動すると、主アーク用電源部の無負荷電圧か電
極１３と母材１５の間に印加されて、主アークか点じ溶
接が開始さ扛る。

主アーク電流は、主アーク電流検出器１６の検出信号と
主アーク電流設定器１７の設定信号とを比較部１８で比
較し、比較部１８から出力される主アーク電流制御信号
をインバータ駆動回路１９に入力して高周波インバータ
４の出力パルス幅を制御することにより、主アーク電流
の設定値になるように定電流制御され、主アークを安定
に維持する。

一般に、小電流域でのアーク安定化を図るため、パイロ
ットアークは溶接中も継続して発生させている。

〔発明か解決しようとする課題〕

このように従来のプラズマアーク用電源では、パイロッ
トアークを単独で発生させる必要上、バイロブ１〜アー
ク用電源部８は主アーク用電源部の主変圧器５を共用で
きず、独立した電源となっている。このパイロットアー
ク用電源部８は、商用周波数の三相交流入力２００Ｖを
変圧器２１で約９０〜１００ｖに降圧し、これを出力側
整流回路２２で三相全波整流し、抵抗９を介して５〜Ｉ
ＯＡのパイロットアーク電流を供給するため、変圧器２
１の容量は約１ｋＶ八となり、しかも人力周波数が商用
周波数であることから、寸法・重量が大きく、電源を小
形軽量化する上で障害となっていた。

また、パイロットアーク電流制限抵抗９は、完熟量が大
きいため、電流容量を大きくとる必要があり、大形にな
る。さらに、アーク起動を確実にするなめ、パイロット
アーク電流は主アーク電流に対応して設定する必要があ
るが、従来のパイロットアーク電流制限抵抗９では、パ
イロットアーク電流の連続調整、微調整かできないなど
の欠点があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、より小形、軽量
で安価なプラズマアーク用電源を提供することにある。

また、他の目的は、小形の素子を用いてパイロットアー
ク電流を任意に精度良く制御でき、使いやずいプラズマ
アーク用電源を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために請求項１記載のプラズマアー
ク用電源は、高周波インバータにより出力制御される主
変圧器の出力側に２組の出力巻線と各々の出力巻線に接
続された整流器とからなる２組の出力側整流回路を独立
して設け、そのうち第１の出力１１１Ｉ整流器回路の正
端子を１〜−チの電極と母材を含む主アーク回路の母材
側に主アーク回路開閉用スイッチング素子を介して接続
し、第２の出力側整流回路の正端子を１〜−チの電極と
ノズルを含むパイロットアーク回路のノズル測にパイロ
ットアーク電流制限抵抗を介して接続し、主アーク回路
およびパイロットアーク回路の電［ｉ　ｔｉｌｌを前記
第１および第２の出力側整流回路の負端子に弓 接続したものである。

また、上記他の目的を達成するために請求項２記載のプ
ラズマアーク用電源は、パイロットアーク電流制限抵抗
に代えてパイロットアーク電流制御用スイッチング素子
をパイロットアーク回路に代えてパイロットアーク電流
を検出する手段と、パイロットアーク電流を設定する手
段と、前記検出手段の検出信号と前記設定手段の設定信
号とを比較する比較部と、該比較部がら出力されるバイ
ロブ１〜アーク電流制御信号により、パイロットアーク
電流か設定値になるように前記パイロットアーク電流制
御用スイッチング素子の出力パルス幅を制御するスイッ
チング素子制御回路とを設けたものである。

〔作用〕

上記構成において、高周波インバータを作動させると主
変圧器の２組の出力巻線に同時に電圧が発生するが、パ
イロットアーク起動時には、第２の出力側整流回路に接
続されたパイロットアーク回路のみが作動し、電極、ノ
ズル間にパイロットアークを点じる。このとき、第１の
出力側整流回路に接続された主アーク回路は、主アーク
回路開閉用スイッチング素子が不導通状態にあるため、
作動しない。この状態から、主アーク起動信号により上
記スイッチング素子を導通させると、初めて主アーク回
路が作動し、パイロットアークによるプラズマ流に導か
れて電極、母材間に主アークか点じる。

すなわち、主アーク回路とパイロットアーク回路に高周
波入力で作動する主変圧器を共用して、パイロットアー
クを単独で発生させることができる。

請求項１記載のプラズマアーク用電源では、パイロット
アーク回路に接続したパイロットアーク電流制限抵抗の
抵抗値によってパイロットアーク電流が決定され、請求
項２記載のプラズマアーク用電源では、パイロットアー
ク回路に接続したパイロットアーク電流制御用スイッチ
ング素子の出力パルス幅を変えることによってパイロッ
トアーク電流を任意の設定値に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図において、交流入力端子１、入カ測整流回路２、
平滑コンデンサ３、高周波インバータ４および主変圧器
５は主アーク回路とパイロットアーク回路に共用であり
、主変圧器５には第１の出力巻線２３と第２の出力巻線
２４か中性点Ｎを共有して設けられている。

第１の出力巻線２３とそれに接続された整流器６は主ア
ーク回路用の第１の出力側整流回路２６を構成し、この
出力側整流回路２６の正端子は主アーク回路開閉用スイ
ッチング素子であるスイッチグトランジスタ３０を介し
て被溶接母材１５に接続されている。一方、第２の出力
巻１ａ２４とそれに接続された整流器２５はパイロット
アーク回路用の第２の出力側整流回路２７を構成し、こ
の出力側整流回路２７の正端子はパイロットアーク電流
制限抵抗９を介してトーチのノズル１４に接続されてい
る。トーチの電極１３は高周波電圧印加用カップリング
コイル１１と直流リアクタ７を介して第１および第２の
出力側整流回路２６．２７の共通の負端子である中性点
Ｎに接続され、電極１３、母材１５を含む主アーク回路
と電極１３、ノズル１４を含むパイロットアーク回路を
完結している。

なお、２８はパイロットアーク起動時の突入電流防止用
抵抗、２９はパイロットアーク回路の平滑コンデンサ、
３１はスイッチングトランジスタ３０を動作させる駆動
回路、３２はスイッチングトランジスタ保護用の逆並列
ダイオードである。上記以外の第３図と対応する部分は
同一符号を付して示すのみで説明を省略する。

上記構成において、パイロットアーク起動時には、高周
波インバータ４の作動により主変圧器５の第２の出力巻
線２４に発生する無負荷電圧（約９０〜１００Ｖ）が整
流器２５で整流され、平滑コンデン印加され、同時にカ
ップリングコイル１１を介して高周波電圧か重畳して印
加されるので、電極１３とノズル１４の間にパイロット
アークが点じる。このとき、パイロットアーク回路には
、抵抗９（約１０Ω）により制限されたパイロットアー
ク電流（約５〜１０Ａ）か流れる。しかし、主アーク起
動信号をオンにしない限りスイッチングトランジスタ駆
動回路３１か作動しないため、主アーク回路のスイッチ
アク１〜ランジスタ３０は不導通状態にあるので、主ア
ーク回路は開の状態になっている６パイロツトアークが
点じた後、図示していない主アーク起動信号をオンにす
ると、主変圧器５の第１の出力巻線２３に発生した無負
荷電圧（約５０〜６０Ｖ）か整流器６で整流され、スイ
ッチングトランジスタ駆動回路３１の作動により導通し
たスイッチングトランジスタ３０を介して電極１３と母
材１５の間に印加されるので、主アークが点じ溶接が行
われる。

パイロットアークは溶接中もｍ続して発生し、小電流域
でのアークの安定化に役立つ。

次に、本発明の他の実施例を第２図により説明する。

本実施例は、第１図中のパイロットアーク電流制限抵抗
９に代えてスイッチングトランジスタのようなパイロッ
トアーク電流制御用スイッチング素子３３をパイロット
アーク回路に接続し、シャント抵抗のようなパイロット
アーク電流検出器３６、ポテンショメータのようなパイ
ロットアーク電流設定器３７、誤差検出用の比較部３８
およびスイッチング索子３３の出力パルス幅を制御する
スイッチング素子制御回路３９とともにパイロットアー
ク電流の定電流制御を行うようにしたものである。なお
、第２図において、３４はスイッチング素子３３のオフ
時間にフライホイル電流をパイロットアーク回路に流す
ためのタイオード、３５はパイロットアーク回路に接続
された直流リアクタである。それ以外の構成は第１図の
実施例と同じであり、第１図と対応する部分には同一符
号をイ４して示す。

本実施例では、パイロットアーク起動時、高周波インバ
ータ４の作動により主変圧器５の第２の出力巻線２４に
発生ずる無負荷電圧（約９０〜１００Ｖ）カバ整流器２
５で整流され、平滑コンデンサ２９て平滑さ１ ２ れた後、パイロットアーク電流制御用スイッチング素子
３３、直流リアクタ３５を介してトーチの電極１３とノ
ズル１４の間に印加され、同時にカップリングコイル１
１を介して高周波電圧が重畳して印加されることにより
、電極１３とノズル１４の間にパイロットアークか点じ
る。このとき、パイロットアーク電流は、パイロットア
ーク電流検出器３６の検出信号とパイロットアーク電流
設定器３７の設定信号とを比較部３８で比較し、比較部
３８から出力されるパイロットアーク電流制御信号をス
イッチング素子制御回路３７に入力してスイッチング素
子３３の出力パルス幅すなわちデユーティサイクルを制
御することにより、パイロットアーク電流の設定値にな
るように定電流制御され、パイロットアークを安定に維
持する。

パイソロ１〜アークか点じた後、図示していない主アー
ク起動信号をオンにすると、主変圧器５の第１の出力巻
線２３に発生した無負荷電圧（約５０〜６０Ｖ）が整流
器６で整流され、スイッチングトランジスタ駆動回路３
１の作動により導通したスイッチングトランジスタ３０
を介して電＃１１３と母材１５の間に印加されるので、
主アークか点じ溶接か行われる。

パイロットアークは溶接中も継続して発生し、小電流域
でのアークの安定化に役立つ。

上記実施例では、主変圧器の出力巻線２３．２．’Ｉを
中性直付としたが、出力側整流回路にブリッジ整流回路
などを使用すれは、中性直付でなくてもよい〈出力巻線
はいずれの場合も２個必要である）。

以上はプラズマ溶接用電源を例にとって説明したが、本
発明はプラズマ切断用電源にも同様に適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれは、主アーク回路用主変圧器にパイロット
アーク回路用出力巻線を追加して主アーク回路とパイロ
ットアーク回路に主変圧器を共用しているので、主変圧
器を作動させるインバータの出力周波数か高い（例えば
２０ｋＨｚ）ことから、従来の商用周波数で作動するパ
イロットアーク回路用変圧器を別に設けたものに比べ、
電源の小形、４ 軽量化および低価格化を達成することができる。

さらに、パイロットアーク回路にスイッチング素子を接
続して定電流制御を行うことにより、抵抗器を使用した
場合に比べ、パイロットアーク電流を任意に精度良く制
御でき、かつ素子を小形化できるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２実流調を示ず回路図、第２図は本発
明の他の実施例を示ず回路図、第３図は従来例の回路図
である。 ４・・・高周波インバータ、５・・・主変圧器、６・・
・主アーク回路用整流器、９・・・パイロットアーク電
流制限抵抗、１３・・・電極、１４・・・ノズル、１５
・・・母材、２３・・・第１の出力巻線、２４・・・第
２の出力巻線、２５・・・パイロットアーク回路用整流
器、２６・・・第１の出力側整流回路、２７・・・第２
の出力側整流回路、３０・・・主アーク回路開閉用スイ
ッチングトランジスタ、３１・・・スイッチングトラン
ジスタ駆動回路、３３・・・パイロットアーク電流制御
用スイッチング素子、３６・・・バイロワ１〜アーク電
流検出器、３７・・・パイロットアーク電流設定器、３
８・・・比較部、３９・・・スイッチング素子制御回路
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．高周波インバータにより出力制御される主変圧器の
   出力側に２組の出力巻線と各々の出力巻線に接続された
   整流器とからなる２組の出力整流回路を独立して設け、
   そのうち第１の出力側整流回路の正端子をトーチの電極
   と母材を含む主アーク回路の母材側に主アーク回路開閉
   用スイッチング素子を介して接続し、第２の出力側整流
   回路の正端子をトーチの電極とノズルを含むパイロット
   アーク回路のノズル側にパイロットアーク電流制限抵抗
   を介して接続し、主アーク回路およびパイロットアーク
   回路の電極側を前記第１および第２の出力側整流回路の
   負端子に接続したことを特徴とするプラズマアーク用電
   源。
2. ２．請求項１記載のプラズマアーク用電源において、パ
   イロットアーク電流制限抵抗に代えてパイロットアーク
   電流制御用スイッチング素子をパイロットアーク回路に
   接続し、さらにパイロットアーク電流を検出する手段と
   、パイロットアーク電流を設定する手段と、前記検出手
   段の検出信号と前記設定手段の設定信号とを比較する比
   較部と、該比較部から出力されるパイロットアーク電流
   制御信号により、パイロットアーク電流が設定値になる
   ように前記パイロットアーク電流制御用スイッチング素
   子の出力パルス幅を制御するスイッチング素子制御回路
   とを設けたことを特徴とするプラズマアーク用電源。