JPH0329014Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、任意の極性の出力を得ることのでき
るアーク溶接用電源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電流や極性を制御し
て任意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はトランジスタ２３
に対する導通指令信号s₃およびトランジスタ２５
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ｔ＝T₁にてトランジスタ２２に指令信号s₂
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ｔ＝
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ｔ＝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ｔ＝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に示すように溶接電流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台必要であり、しかもこの２台の直流
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その利
用率は１／２であり極めて不経済である。また直
列接続されることから、これを商用電源から得る
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し
得る大容量のダイオード３０ないし３５が必要と
なり、装置がさらに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。さらにまた第４図ｃに示
したように溶接電流はその極性の反転時において
一方の極性のトランジスタを遮断後に電流が回路
の時定数に従つて減少してゆき略零となつた後に
他方の極性のトランジスタを導通させ、このトラ
ンジスタの導通によつて逆の極性の電流が零から
増加し始めるように動作するので、極性の切替に
際して低出力となる期間が長くなり、この間にア
ークが消滅し再点弧できなくなつていわゆるアー
ク切れに至る危険性がある。

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
を中心にして２個のトランジスタとリアクトルと
を直列にした回路を２組この直流電源に接続し、
かつリアクトルと溶接負荷との直列回路に並列に
それぞれのリアクトルの蓄積エネルギーを放出す
るためのスイツチング素子をそれぞれ接続し、か
つ各リアクトルは鉄心を共有するとともにそれぞ
れ直列に接続されたトランジスタが導通したとき
に鉄心に同一方向の磁束を発生するように巻方向
が定められたコイルを有するように構成し、各直
列回路の２個のトランジスタは同時にON−OFF
制御され、かつスイツチング素子はそれぞれの対
応するトランジスタがON−OFFをくりかえして
いる間は継続して導通しており、極性の切替と同
時にONからOFFへまたはOFFからONに変化す
るように制御することによつて上記従来装置の問
題点を解決したものである。

実施例 第１図は、本考案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′はそれぞれ第
１ないし第４のトランジスタ、３および５は第１
および第２のスイツチング素子、６および７は第
１および第２のリアクトル、８は電極、９は被溶
接物、１０は溶接アークであり電極８、被溶接物
９、溶接アーク１０は溶接負荷Ｒを構成してい
る。またトランジスタ２ないし４およびスイツチ
ング素子３，５は直流電源１および溶接負荷に対
して図示の極性に接続されており、第１のトラン
ジスタ２、第１のリアクトル６、溶接負荷Ｒ、第
２のトランジスタ２′は第１の直列回路を構成し、
また第３のトランジスタ４、第２のリアクトル
７、溶接負荷Ｒ、第４のトランジスタ４′は第２
の直列回路を構成している。またリアクトル６と
リアクトル７は鉄心を共有しかつ図中に・印で示
してあるようにそれぞれ直列に接続されているト
ランジスタ２，２′または４，４′の導通によつて
鉄心に同一方向の磁束を発生する方向に巻回され
たコイルを有している。さらにスイツチング素子
３および５は、図示のようにそれぞれリアクトル
６および７の蓄積エネルギーを放出するときに順
方向となる極性に接続されている。このスイツチ
ング素子は後述のように動作周波数が比較的低い
ので図示のようにトランジスタとする他にサイリ
スタを適当な消弧回路とともに用いてもよい。同
図において１１は溶接電流検出器であり、１２は
溶接電流値を定めるための基準信号源、１３は比
較器、１４はトランジスタ２，２′，４，４′およ
びスイツチング素子３，５に導通指令信号を供給
するための制御回路である。

この制御回路１４は、比較器１３によつて得ら
れた基準信号源１２の出力Irと電流検出器１１の
出力Ifとの差の信号△ｉ＝Ir−Ifに応じてトラン
ジスタ２，２′および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２，２′またはトラ
ンジスタ４，４′）および各極性時において導通
させるべきスイツチング素子３または５を選択し
てこれを継続して導通させるようにそれぞれ指令
信号s₂，s₃，s₄，s₅を供給する回路である。この
ような制御回路としては、例えばトランジスタ
２，２′，４，４′のON−OFF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たものを波形整形
して差信号に応じた幅のパルス信号s₂，s₄を得る
ようにした公知のPWN（パルス幅）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を交互に間隙なく導通させる極性切替
信号ｓ３，ｓ５を出力するくりかえしタイマ回
路、上記のPWM制御回路の出力信号とくりかえ
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，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２図は、第１図の実施例の動作を説明するた
めの線図であり、同図ａは制御回路１４からトラ
ンジスタ２，２′および４，４′に供給される導通
指令信号s₂およびs₄の時間的変化を示し、同図ｂ
はスイツチング素子３および５に供給される極性
切替信号s₃およびs₅の時間的変化を示している。
同図ｃは、第１図の実施例によつて得られる溶接
電流Iwの時間的変化を示している。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から第１の直列回路〔トラ
ンジスタ２→リアクトル６→溶接負荷Ｒ→トラン
ジスタ２′〕に電流が流れる。この電流は電流検
出器１１にて検出されて比較器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。この指令信号s₂が供給されている間リ
アクトル６にはトランジスタ２および２′の導通
により流れる電流によつて電磁エネルギーが蓄積
される。一方時刻T₁において制御回路１４は同
時に指令信号s₃も出力し、スイツチング素子３は
導通状態にある。したがつて時刻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→溶接負荷Ｒ→スイ
ツチング素子３→リアクトル６〕の経路で溶接電
流が流れ続ける。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ｓ
２が供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。上記動作を時刻T₄ま
でくりかえし時刻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とが出力されると第
２の直列回路を構成するトランジスタ４，４′お
よびスイツチング素子５が導通する。このときリ
アクトル６に蓄積されていたエネルギーは休止期
間t₀が短いと完全に放出されておらず、したがつ
て時刻T₅の直前の溶接電流もピーク電流から若
干低下した程度の値である。前述のようにこのリ
アクトル６と第２の直列回路のリアクトル７とは
鉄心を共有しており、、かつそのコイルの極性は
図中に記載のようにそれぞれ直列に接続されてい
るトランジスタ２，２′またはトランジスタ４，
４′の導通によつて鉄心に同方向の磁束を発生す
るように定めてある。したがつてリアクトル６に
残存する電磁エネルギーは磁気結合によりそのま
まリアクトル７に移行する。このためにリアクト
ル７にはトランジスタ４，４′の導通により先に
流れていた電流と等しい値の電流が流れ始めて直
流電源１からの電力供給によつて次第に増加して
ゆく。時刻T₆において指令信号s₄が消滅すると
電流はリアクトル７とスイツチング素子５とを通
して流れ続け、以後は先に説明した第１の直列回
路における動作と同様の動作をくりかえす。第１
図の実施例は上記のように動作する結果、溶接電
流の極性の切替時においては休止時間t₀を短かく
して直ちに逆方向の電流が流れ始めるので電流の
立上り及び立下りが極めて急峻になるものであ
る。また上述の動作をくりかえすことにより、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に急峻に反転する
交流となる。また溶接電流は電流検出器１１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△ｉが減少する方向に信号
Ｓ２またはＳ４の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
電流の波形を制御することができ、また極性切替
の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が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。さらに指令
信号s₂，s₄のくりかえし周期を極性反転の周期に
くらべて十分に短かくしておけばリアクトル６，
７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、かつ各リ
アクトルのインダクタンスを小さな値にすること
によつて電流基準値の変更に際して応答速度を速
くすることができるとともに装置の小形軽量化が
促進できる。

さらにリアクトル６および７の接続位置は、ト
ランジスタ２と２′またはトランジスタ４と４′の
間でかつ溶接負荷Ｒと直列であればその順序は図
示以外でもよく、例えばリアクトル７をトランジ
スタ４′と電極８との間に移してもよい。この場
合スイツチング素子５はリアクトル７と溶接負荷
Ｒとに並列に接続すればよいので被溶接物９と
（トランジスタ４′とリアクトル７との接続点）と
の間に接続すればよい。

考案の効果 上記のように本考案の装置は動作するので次の
ような顕著な効果を有するものである。

(1) 直流電源から電力を得ている間にリアクトル
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ので電源
の利用効率が高い。

(2) 直流電源は１個でよいので２個の直流電源に
よつて実現する従来の装置にくらべて直流電源
の利用効率が２倍となり、かつ相互間の絶縁に
関する配慮は不要となる。

(3) 溶接電流の極性の反転時において電流の反転
が極めて急峻になるので交流出力とするときに
もアーク切れを発生することがない。

(4) 溶接電流は２個のトランジスタを通るのみで
あり、他にダイオードなどは不要であるので電
力損失が少なく、効率が向上するとともに冷却
も容易となる。

(5) 従来の装置にくらべて部品点数が半減するの
で故障の発生率が激減し、また価格も大幅に低
減することができる。

【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、６，７…
…リアクトル、８……電極、９……被溶接物、１
１……電流検出器、１２……基準信号源、１３…
…比較器、１４……制御回路、Ｒ……溶接負荷。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 直流電源１と、前記直流電源１の出力端子に
   接続された第１のトランジスタ２と第１のリア
   クトル６と溶接負荷Ｒと第２のトランジスタ
   ２′とからなる第１の直列回路と、前記直流電
   源１の出力端子に接続された第３のトランジス
   タ４と前記第１のリアクトル６とは鉄心を共有
   しかつそれぞれ直列に接続されたトランジスタ
   の導通によつて前記鉄心に第１のリアクトル６
   の巻線と同じ方向の磁束を発生する極性に巻方
   向が定められた巻線を有する第２のリアクトル
   ７と第４のトランジスタ４′とからなり前記第
   ３および第４のトランジスタ４，４′は溶接負
   荷Ｒに対して前記第１および第２のトランジス
   タ２，２′とは逆の極性に接続された第２の直
   列回路と、前記第１のリアクトル６と前記溶接
   負荷Ｒとに並列に接続された前記第１のリアク
   トル６の蓄積エネルギーを放出する極性の第１
   のスイツチング素子３と、前記第２のリアクト
   ル７と前記溶接負荷Ｒとの直列回路に並列に接
   続された前記第２のリアクトル７の蓄積エネル
   ギーを放出する極性の第２のスイツチング素子
   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交互
   に間隙なく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ト
   ランジスタ２，２′を同時に導通させる信号ｓ
   ２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
   ク溶接電源装置。 ２ 前記PWM制御回路は、出力電流の検出値と
   基準信号との差により出力信号のパルス幅が決
   定され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電源装置。