JPH0329013Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、任意の波形の出力を得ることのでき
るアーク溶接用電源装置に関するものである。

従来の技術 アーク溶接に用いる電源としては、従来は単純
に商用周波数の交流電源をアーク溶接に適した電
圧に変換して用いるものや、これを整流して直流
とするものが大半であつたが近年半導体スイツチ
ング素子の大容量化と高周波化が推進された結
果、商用交流電源を一旦整流して直流とした後に
スイツチング素子により出力波形や極性を制御し
て任意の波形の出力が得られるものが提案されて
いる。（例えば特開昭59年92169号） 第３図はこのような従来装置の例を示すもので
あり、同図において２１，２１′は垂下特性の直
流電源、２２ないし２５はトランジスタ、２６は
トランジスタ２２ないし２５を導通・遮断制御す
るための制御回路、２７は電極、２８は被溶接
物、２９は溶接アーク、３０ないし３３はダイオ
ードである。同図においてトランジスタ２２およ
び２４は高速で導通・遮断をくりかえし、トラン
ジスタ２３および２５は出力電流の極性の切替を
行うものであり、トランジスタ２２，２４よりは
低い周波数で動作する。つぎに同図の装置の動作
を第４図の波形図とともに説明する。

第４図においてａはトランジスタ２２に対する
導通指令信号ｓ２およびトランジスタ２４に対す
る導通指令信号ｓ４を示し、ｂはトランジス２３
に対する導通指令信号ｓ３およびトランジスタ２
５に対する導通指令信号ｓ５を示す。また同図ｃ
は溶接電流Iwの変化を示す。第３図の装置にお
いて時刻T₁にてトランジスタ２２に指令信号ｓ
２の供給が開始されると同時にトランジスタ２３
にも指令信号ｓ３が供給される。この結果電流
は、〔直流電源２１′→被溶接物２８→アーク２９
→電極２７→トランジスタ２３→ダイオード３２
→トランジスタ２２→直流電源２１′〕の経路を
流れ、回路の時定数に従つて増加してゆく。次に
時刻T₂にてトランジスタ２２が遮断されると、
電源２１′からの供給電流はなくなるが、出力回
路のケーブルなどに含まれるインダクタンスに蓄
積されていた電磁エネルギーが〔被溶接物２８→
アーク２９→電極２７→トランジスタ２３→ダイ
オード３２→ダイオード３１→被溶接物２８〕の
回路を通して放出されるために溶接電流は回路の
時定数に従つて減少しつつも流れ続ける。時刻
T₃にて再度トランジスタ２２が導通すると始め
の状態にもどり、電流は再び増加を始める。この
動作をくりかえして時刻T₄にてトランジスタ２
２に対する指令信号ｓ２が終了した後に所定の遮
断時間t₀が経過すると、指令信号s₃も終了し、こ
れと同時にトランジスタ２４および２５に対して
指令信号s₄，s₅が供給され始める。この結果、
〔直流電源２１→トランジスタ２４→トランジス
タ２５→ダイオード３３→電極２７→アーク２９
→被溶接物２８→直流電源２１〕の経路で前とは
逆の極性の電流が流れ始める。上記の動作をくり
かえすことによつて第５図ｃのように溶接電流
Iwが流れることになる。

考案が解決しようとする問題点 上記従来装置においては、高価で大形になる直
流電源が２組必要であり、しかもこの２組の直流
電源はそれぞれの出力電流のピーク値は溶接電流
に等しいものが必要であるにもかかわらず利用率
は１／２であるために不経済である。また直列接
続されることからこれを商用交流電源から得るた
めには相互間の絶縁や回路構成に特別の考慮が必
要となる。さらにスイツチング用のトランジスタ
の他に高周波動作が可能でかつ溶接電流を流み得
る電流容量のダイオード２０〜２３が必要とな
り、装置が高価となるばかりでなく、各ダイオー
ドの順方向電圧降下による電力損失も大きく、発
熱量も多くなり、冷却のための部品も大形となら
ざるを得ない。

問題点を解決するための手段 本考案は、直流電源は１個とし、かつ溶接負荷
にはブリツジ形に接続したトランジスタの交流端
子からリアクトルを介して出力を供給するととも
に、この溶接負荷とリアクトルとに並列に互いに
逆の極性のスイツチング素子を２個接続し、ブリ
ツジ接続されたトランジスタの対向する辺の各２
個のトランジスタとこのトランジスタの導通方向
と逆の極性のスイツチング素子とを同時に導通さ
せ、かつこのスイツチング素子は出力電流の極性
が切替えられるまで、即ちブリツジ接続されたト
ランジスタの別の１対が導通を開始する直前まで
継続して導通するようにして上記従来装置の問題
点を解決したものである。

作 用 本考案においては、単一の直流電源を用いるに
もかかわらず特に回路を複雑にすることなく、安
価でかつ効率のよいアーク溶接電源を得ることが
できるものである。

実施例 第１図は、本考案のアーク溶接電源の実施例を
示す接続図である。同図において１は直流電源で
あり、商用交流を整流して直流を得るもの、電
池、直流発電機あるいは商用交流を整流した後に
インバータにより一旦高周波交流に変換した後に
変圧器により所定の電圧にした後に再度整流して
直流としたものなどが用いられる。２，２′，４，
４′はブリツジ回路を構成するように接続された
トランジスタであり、トランジスタ２，２′およ
びトランジスタ４，４′がそれぞれ対向する辺に
接続された一対となつて同時に導通・遮断するよ
うに制御される。３および５はスイツチング素子
であり、図示の例ではトランジスタを用いてある
が適当な消弧回路を設ければ単方向サイリスタで
もよい。６はリアクトル、８は被溶接物、９は溶
接アークである。１０は出力電流検出器、１２は
出力電流を設定するための基準信号源であり、１
３は出力検出器１０の出力と基準信号源１２の出
力との差信号を得るための比較器、１４は比較器
１３の出力に応じて、トランジスタ２，２′，４，
４′の導通時間率を決定し、かつ極性継続時間の
終了により、各トランジスタの組合せ（トランジ
スタ２と２′またはトランジスタ４と４′）および
各極性時にスイツチング素子３または５を継続し
て導通させるように、各トランジスタおよびスイ
ツチング素子に指令信号s₂，s₃，s₄，s₅を供給す
る制御回路である。この制御回路１４には例えば
トランジスタ２，２′，４，４′を導通遮断する周
期を定める三角波発振器とこの三角波発振器の出
力を比較器１３からの差信号によりスライスして
差信号に応じた幅のパル信号s₂，s₄を出力する公
知のパルス幅制御（PWM制御）回路と、正、負
両極性の時間設定に従つてスイツチング素子３ま
たは５を交互にかつ間隙なく導通させる信号ｓ
３，ｓ５を出力する繰りかえしタイマ回路と上記
PWM制御回路の出力信号と繰りかえしタイマ回
路の出力信号ｓ３またはｓ５とが同時に入力され
たときにトランジスタ２，２′または４，４′を導
通させる信号ｓ２またはｓ４を出力するAND回
路とによつて構成することができる。

第１図の実施例の動作における各信号と出力電
流との関係を第２図ａないしｃに示す。第２図ａ
ないしｃにおける符号はそれぞれ第５図ａないし
ｃにおける各同符号と同じものである。

時刻T₁において指令信号s₂がトランジスタ２
および２′に供給されると〔直流電源１→トラン
ジスタ２→リアクトル６→被溶接物８→アーク９
→電極７→電流検出器１０→トランジスタ２′→
直流電源１〕の経路で電流が流れる。この電流は
電流検出器１０で検出されて比較器１３にて基準
信号源１２の出力と比較され、差が制御回路１４
に供給される。制御回路１４はこの差信号によつ
て定まる時間の後である時刻T₂において指令信
号s₂を遮断する。

一方時刻T₁において制御回路１４は同時極性
切替信号s₃も出力し、トランジスタ２，２′とは
逆方向の極性に接続されたスイツチング素子３は
継続した導通状態にある。時刻T₂において指令
信号s₂が消滅するとトランジスタ２，２′は遮断
するがリアクトル６に蓄えられていた電磁エネル
ギーにより〔リアクトル６→被溶接物８→アーク
９→電極７→スイツチング素子３→リアクトル
６〕の経路で溶接電流は流れ続ける。この電流は
回路の時定数に従つて次第に減少するが、時刻
T₃において再び信号ｓ２が供給されてトランジ
スタ２，２′が導通することによつて増加し始め
る。時刻T₄まで上記動作をくりかえし時刻T₄以
後は休止期間となる。この休止期間t₀の間はスイ
ツチング素子３のみが導通しているので溶接電流
は次第に減少し零に近づく。この電流が十分に小
さくなつた時刻T₅において指令信号s₃が消滅す
るとともに指令信号s₄とs₅とが出力されるとトラ
ンジスタ４，４′およびスイツチング素子５が導
通し、電流は前とは逆の極性、即ち〔直流電源１
→トランジスタ４′→電極７→アーク９→被溶接
物８→リアクトル６→トランジスタ４→直流電源
１〕の経路で電流が流れ始め回路の時定数に従つ
て増加してゆく。以後は時刻T₁からT₄に至るま
での動作と同様の動作がくりかえされる。このと
きトランジスタ４，４′の遮断期間中はスイツチ
ング素子５を通して電流が流れ続ける。上記動作
をくりかえして第２図ｃに示すように溶接電流
Iwは制御回路１４によつて定められた周期で正
負の極性が反転する交流となる。上記において溶
接電流Iwは電流検出器１０によつて検出されてIf
となり基準信号源１２の出力Irと比較器１３にて
比較されて差信号△ｉ＝Ir−Ifが制御回路１４に
供給される。制御回路１４においてはこの差信号
を受けて差信号△ｉが減少する方向にパルス幅を
調整する。この結果溶接電流は基準信号源１２に
よつて定められた値の電流に制御されることにな
る。また基準信号源１２の出力を所望の波形にす
ることによつて溶接電流を任意の波形にすること
ができ、また極性切替周期を制御することによつ
て正または負の直流から高周波交流または正負不
平衡の交流まで任意の態様の出力を得ることがで
きる。上記において指令信号s₂，s₄のくりかえし
周期を極性切替信号s₃，s₅の周期にくらべて十分
に短かくしておけばリアクトル６を小さなインダ
クタンスのものにしても溶接電流の脈動をほとん
どなくすことができ、かつ、リアクトル６のイン
ダクタンスを小さな値にすることによつて極性反
転時の休止時間t₀を実用上支障のない程度にまで
短いものとすることができる。

考案の効果 上記のように本考案は、ブリツジ形に接続した
４つのトランジスタの交流出力端子に逆並列にス
イツチング素子を接続し、出力電流の極性の切換
時に同時に切替えるようにしたので、回路のリア
クトルに蓄えられた電磁エネルギーを電源に回生
することなくすべて溶接負荷に供給することがで
き電源の利用効率が甚しく向上する。。しかも直
流電源は一個でよいので２個の直流電源を用意す
ることが必要であつた従来装置にくらべて、直流
電源の利用効率が向上し、かつ相互間の絶縁に関
する配慮は不要となる。しかも、電力用の部品点
数が半減することにより故障発生率も激減し価格
も大幅に低減することができるものである。

【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ｃは第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接続
図、第４図ａないしｃは第３図の従来装置の動作
を説明するための線図である。 １……直流電源、２，２′，４，４′……トラン
ジスタ、３，５……スイツチング素子、６……リ
アクトル、７……電極、８……被溶接物、１０…
…電流検出器、１２……基準信号源、１３……比
較器、１４……制御回路。

Claims (1)

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を直流入力
   端子に受けるトランジスタブリツジ回路２，
   ２′，４，４′と、前記ブリツジ回路の交流端子
   に接続されたリアクトル６と溶接負荷とからな
   る直列回路と、前記リアクトル６と溶接負荷と
   の直列回路に並列に接続された互いに逆極性の
   ２個のスイツチング素子３，５と、入力信号に
   応じたパルス幅の信号を出力するPWM制御回
   路と所定の周期で出力が間隙なく交互に繰りか
   えされる極性切替信号ｓ３，ｓ５を前記スイツ
   チング素子３および５に出力する繰りかえしタ
   イマ回路と前記PWM制御回路の出力信号と前
   記繰りかえしタイマ回路の出力信号ｓ３とが同
   時に出力されたときに前記ブリツジ回路の相対
   向する辺に接続されたトランジスタ２および
   ２′を同時に導通させる信号ｓ２をまた前記
   PWM制御回路の出力信号と前記繰りかえしタ
   イマ回路の出力信号ｓ５とが同時に出力された
   ときに前記ブリツジ回路の他の相対向する辺に
   接続されたトランジスタ４，４′を同時に導通
   させる信号ｓ４を出力するAND回路とを有す
   る制御回路１４とを具備したアーク溶接用電源
   装置。 ２ 前記PWM制御回路は、前記ブリツジを構成
   する各トランジスタの導通時間率を出力電流の
   検出値と基準信号との差により決定する回路で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項に記載のア
   ーク溶接用電源装置。