JPH0333070B2 - - Google Patents

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JPH0333070B2
JPH0333070B2 JP16383686A JP16383686A JPH0333070B2 JP H0333070 B2 JPH0333070 B2 JP H0333070B2 JP 16383686 A JP16383686 A JP 16383686A JP 16383686 A JP16383686 A JP 16383686A JP H0333070 B2 JPH0333070 B2 JP H0333070B2
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arc current
circuit
arc
pilot arc
pilot
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Takayuki Kashima
Tsuneo Shinada
Shozo Sekiuchi
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Hitachi Seiko Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ切断やプラズマ溶接に使用
されるプラズマアーク用電源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a power source for a plasma arc used for plasma cutting and plasma welding.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

移行式プラズマアークを利用したプラズマ切断
機やプラズマ溶接機では、主アーク回路とパイロ
ツトアーク回路に一つの電源から給電する方式の
ものが多く、また最近のプラズマ切断機などで
は、プラズマアークを安定に発生させるため、イ
ンバータやチヨツパによる定電流制御が採用され
ている。その一例を第2図に示す。
Many plasma cutting machines and plasma welding machines that use a transitional plasma arc supply power to the main arc circuit and pilot arc circuit from a single power source. To generate this, constant current control using an inverter or chopper is used. An example is shown in FIG.

第2図において、主電源回路は交流入力端子
1、一次側整流器2、平滑コンデンサ3、出力制
御部であるインバータ4、変圧器5、二次側整流
器6、直流リアクタ7、パイロツトアーク電流を
制限する抵抗器8、アークスタート用高周波発生
器9、カツプリングコイル10及び高周波バイパ
ス用コンデンサ11から構成されている。アーク
スタート時には、電源の無負荷電圧がプラズマ切
断トーチの電極12と母材13の間に印加され、
同時に抵抗器8と接点1Xbを介して電極12と
ノズル14の間にも同じ電圧が印加される。ま
た、パイロツトアーク回路にはカツプリングコイ
ル10を介して高周波電圧が重畳して印加され、
電極12とノズル14の間に高周波放電により導
かれてパイロツトアークが点じる。このとき、パ
イロツトアーク電流は抵抗器8により制限され
る。このパイロツトアークによるプラズマ流が作
動ガスによつてノズル14から噴出し、母材13
に触れると、電極12と母材13の間に主アーク
が点じ、切断を開始する。
In Figure 2, the main power supply circuit includes an AC input terminal 1, a primary rectifier 2, a smoothing capacitor 3, an inverter 4 which is an output control section, a transformer 5, a secondary rectifier 6, a DC reactor 7, and a pilot arc current limiter. It consists of a resistor 8, a high frequency generator 9 for arc starting, a coupling coil 10, and a capacitor 11 for high frequency bypass. At the time of arc starting, the no-load voltage of the power supply is applied between the electrode 12 of the plasma cutting torch and the base material 13,
At the same time, the same voltage is applied between the electrode 12 and the nozzle 14 via the resistor 8 and the contact 1Xb. Further, a high frequency voltage is superimposed and applied to the pilot arc circuit via the coupling coil 10.
A pilot arc is struck between the electrode 12 and the nozzle 14 by a high frequency discharge. At this time, the pilot arc current is limited by resistor 8. The plasma flow caused by this pilot arc is ejected from the nozzle 14 by the working gas, and the base material 13
When touched, a main arc is struck between the electrode 12 and the base material 13, and cutting begins.

主アーク電流は、主アーク電流検出器15の検
出信号と主アーク電流設定器16の設定信号を比
較部17で比較し、比較部17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18に
入力し、インバータ4の出力パルス幅を制御する
ことによつて設定値に制御され、プラズマアーク
(主アーク)を安定に維持する。19は主アーク
電流検出器15の検出信号により作動するリレー
駆動回路で、所定の主アーク電流が流れると、リ
レー1Xを付勢し、接点1Xbを開にしてパイロ
ツトアーク回路を切るようになつている。
The main arc current is determined by comparing the detection signal of the main arc current detector 15 and the setting signal of the main arc current setting device 16 in a comparison section 17, and transmitting the main arc current control signal outputted from the comparison section 17 to the inverter drive circuit 18. By controlling the output pulse width of the inverter 4, the plasma arc (main arc) is maintained stably. 19 is a relay drive circuit that is activated by the detection signal of the main arc current detector 15, and when a predetermined main arc current flows, it energizes the relay 1X, opens the contact 1Xb, and cuts off the pilot arc circuit. There is.

このように従来の移行式プラズマアーク用電源
においては、パイロツトアーク電流を制御するの
に抵抗器8を用いており、この抵抗器8は、例え
ばエアープラズマ切断の場合、無負荷電圧200〜
250Vでパイロツトアーク電流を5〜10Aに抑え
るためには、抵抗値を約20Ωとする必要があり、
その消費電力はアーク電圧により異なるが、1〜
2kWにもなる。このため、大容量の抵抗器を必
要とし、電源を小形軽量化する上で障害となつて
いた。また、従来の移行式プラズマアーク用電源
では、パイロツトアーク電流に対しては定電流制
御が行われず、アーク電圧によつて電流値が変動
するため、パイロツトアークの安定性も十分でな
かつた。また、電極12とノズル14が短絡した
状態で起動すると、抵抗8に無負荷電圧(200〜
250V)がかかり、この電圧がノズル14及び母
材13間にかかることになるので危険であるなど
の問題点があつた。
In this way, in the conventional transfer type plasma arc power supply, a resistor 8 is used to control the pilot arc current, and this resistor 8 has a no-load voltage of 200 to
In order to suppress the pilot arc current to 5 to 10A at 250V, the resistance value needs to be approximately 20Ω.
The power consumption varies depending on the arc voltage, but from 1 to
It can reach up to 2kW. This requires a large-capacity resistor, which has been an obstacle to making the power supply smaller and lighter. Further, in the conventional transfer type plasma arc power supply, constant current control is not performed on the pilot arc current, and the current value fluctuates depending on the arc voltage, so the stability of the pilot arc is not sufficient. In addition, if the electrode 12 and the nozzle 14 are started with a short circuit, the no-load voltage (200~
250V) and this voltage is applied between the nozzle 14 and the base material 13, which is dangerous.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述したような問題点を解消するため
になされたもので、パイロツトアークの安定性に
優れ、また安全性も高く、さらに小形軽量化する
ことができるプラズマアーク用電源を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a plasma arc power source that has excellent pilot arc stability, high safety, and can be made smaller and lighter. purpose.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、移行式プラズマアーク電源におい
て、主アーク電流に移行したらパイロツトアーク
回路を開放する機能をもち、パイロツトアーク電
流と主アーク電流はそれぞれ定電流制御を行い、
さらにパイロツトアーク回路に最大電流が流れた
ときでも電撃を受けない程度の低い電圧がトーチ
にかかるような低抵抗をパイロツトアーク回路に
設けて上述目的を達成するようにしたものであ
る。
The present invention provides a transfer type plasma arc power supply with a function of opening the pilot arc circuit when the current shifts to the main arc current, and performs constant current control for the pilot arc current and the main arc current, respectively.
Furthermore, the above-mentioned object is achieved by providing the pilot arc circuit with a low resistance such that a voltage low enough to prevent electric shock is applied to the torch even when the maximum current flows through the pilot arc circuit.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第1図は本発明によるプラズマアーク用電源
の一実施例を示すブロツク図である。この第1図
において第2図と同一又は相当部分に同一符号を
付して両図を対照すれば分かるように、本発明は
インバータ4の主回路ないし主アーク回路につい
ては従来と特に異なるところはない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma arc power source according to the present invention. In FIG. 1, parts that are the same or equivalent to those in FIG. do not have.

本発明は、パイロツトアーク回路にパイロツト
アーク電流検出器20と低抵抗24を挿入し、ま
た上記検出器20からの検出信号とパイロツトア
ーク電流設定器21からの設定信号とを比較して
パイロツトアーク電流を定電流制御する比較部
(第2の比較部)22を設けてなるものである。
この場合、主アーク電流をリレー駆動回路19で
検出するまでは、比較部(第1の比較部)17と
比較部22がともに作動状態になつており、検出
器15,20からの検出値が設定器16,21の
設定値をいずれも越えないように制御される。ま
た低抵抗24は、電極12とノズル14間が短絡
し、パイロツトアーク回路に最大電流(本発明で
はパイロツトアーク電流も定電流制御しているの
で、この場合5〜10A程度)が流れたとき、発生
電圧が、万一ノズル14に触れても電撃を受けな
い電圧、例えば10〜30V程度になるような抵抗値
(2〜3Ω程度)に選定されている。これにより
パイロツトアーク電流(5〜10A程度)が流れる
と、低抵抗24による電圧降下(10〜30V)がノ
ズル14と母材13間に生じ、アーク移行しやす
くなる。またこのように低抵抗24の抵抗値が低
いので、その消費電力は、例えば5A、2Ωの定
格とすれば50Wとなり、低容量(小形、軽量)の
抵抗器が使用できる。
The present invention inserts a pilot arc current detector 20 and a low resistance 24 into the pilot arc circuit, and compares the detection signal from the detector 20 with the setting signal from the pilot arc current setting device 21 to determine the pilot arc current. A comparator (second comparator) 22 is provided for controlling the constant current.
In this case, until the main arc current is detected by the relay drive circuit 19, both the comparison section (first comparison section) 17 and the comparison section 22 are in the operating state, and the detected values from the detectors 15 and 20 are It is controlled so that neither of the set values of the setters 16 and 21 are exceeded. In addition, the low resistance 24 is such that when there is a short circuit between the electrode 12 and the nozzle 14 and the maximum current (about 5 to 10 A in this case, since the pilot arc current is also controlled at a constant current in the present invention) flows through the pilot arc circuit, The resistance value (approximately 2 to 3 ohms) is selected so that the generated voltage will not cause an electric shock even if the nozzle 14 is touched, for example, approximately 10 to 30V. As a result, when a pilot arc current (approximately 5 to 10 A) flows, a voltage drop (10 to 30 V) due to the low resistance 24 occurs between the nozzle 14 and the base material 13, making it easier for arc transfer. Furthermore, since the resistance value of the low resistance 24 is low, its power consumption is, for example, 50W if it is rated at 5A and 2Ω, and a low capacity (small, lightweight) resistor can be used.

本発明は、また信号選択回路23を付加してな
るものである。この信号選択回路23は、例えば
共通接続点Pと第1の比較部17の出力端との間
及び共通接続点Pと第2の比較部22の出力端と
の間にダイオードD1,D2をそれぞれのアノード
側が共通になるように接続し、共通接続点Pを抵
抗R1を介して直流電源+Vに結び、第1の比較
部17から出力される主アーク電流制御信号と第
2の比較部22から出力されるパイロツトアーク
制御信号のうち、電圧レベルの低い方の信号をダ
イオードD1,D2、共通接続点Pを経てインバー
タ駆動回路18に入力するようにしたものであ
る。インバータ駆動回路18は、入力された制御
信号と鋸歯状波信号を比較して制御信号の電圧レ
ベルが高いほどパルス幅の広いパルス信号を作
り、このパルス信号でインバータ4のスイツチン
グ素子であるトランジスタを駆動し、主アーク電
流及びパイロツトアーク電流がそれぞれの設定値
になるように電源の出力制御を行わせる。
The present invention also includes a signal selection circuit 23. This signal selection circuit 23 includes, for example, diodes D 1 and D 2 between the common connection point P and the output end of the first comparison section 17 and between the common connection point P and the output end of the second comparison section 22 . are connected so that their respective anode sides are common, and the common connection point P is connected to the DC power supply +V via a resistor R1 , and the main arc current control signal output from the first comparison section 17 and the second comparison are made. Among the pilot arc control signals outputted from the section 22, the signal with the lower voltage level is inputted to the inverter drive circuit 18 via the diodes D1 , D2 and the common connection point P. The inverter drive circuit 18 compares the input control signal and the sawtooth wave signal, generates a pulse signal whose pulse width is wider as the voltage level of the control signal is higher, and uses this pulse signal to drive the transistor which is the switching element of the inverter 4. The output of the power supply is controlled so that the main arc current and pilot arc current reach their respective set values.

アークスタート時に、交流入力端子1に加えら
れた商用周波数の交流入力は一次側整流器2と平
滑コンデンサ3で直流に交換され、次いでインバ
ータ4で高周波交流に変換されて変圧器5の一次
側に印加され、二次側に無負荷電圧を発生する。
At the time of arc start, the AC input at the commercial frequency applied to the AC input terminal 1 is exchanged to DC by the primary side rectifier 2 and smoothing capacitor 3, and then converted to high frequency AC by the inverter 4 and applied to the primary side of the transformer 5. and generates a no-load voltage on the secondary side.

この無負荷電圧は二次側整流器6で再度直流に
変換された後、直流リアクタ7を介してプラズマ
切断トーチの電極12と母材13の間に印加さ
れ、同時に接点1Xbを介して電極12とノズル
14の間にも同じ電圧が印加される。また、パイ
ロツトアーク回路には高周波発生器9で発生した
高周波電圧がカツプリングコイル10により重畳
して印加され、電極12のノズル14の間に高周
波放電により導かれてパイロツトアークが点じ
る。このパイロツトアーク電流はパイロツトアー
ク電流検出器20で検出され、電流値に比例した
検出信号が第2の比較部22にフイードバツクさ
れる。このとき、第2の比較部22から出力され
るパイロツトアーク電流制御信号は第1の比較部
17から出力される主アーク電流制御信号よりも
電圧レベルが低いので、信号選択回路23のダイ
オードD2がオン、ダイオードD1がオフとなり、
ダイオードD2を介してパイロツトアーク電流制
御信号がインバータ駆動回路18に入力され、こ
れによりインバータ4は、パイロツトアーク電流
が設定値になるように電源出力を制御する。次い
で、パイロツトアークによるプラズマ流に導かれ
て電極12と母材13の間にプラズマアーク(主
アーク)が点じると、その主アーク電流が主アー
ク電流検出器15で検出され、この検出信号によ
り主アーク電流が所定値に達したときにリレー駆
動回路19がリレー1Xを付勢し、接点1Xbを
開にしてパイロツトアーク回路を切る。それまで
は、たとえ主アーク電流が設定値に達していなく
ても、パイロツトアーク電流が設定値より流れ過
ぎれば、これを抑えるように、インバータ4はパ
イロツトアーク電流の定電流制御を優先して行
う。しかし、パイロツトアーク回路が切られる
と、主アーク電流検出器15からのフイードバツ
クにより第1の比較部17に生じる主アーク電流
制御信号の電圧レベルの方が第2の比較部22か
ら出力されるパイロツトアーク電流制御信号の電
圧レベルよりも低くなるため、信号選択回路23
のダイオードD1がオン、ダイオードD2がオフに
変わり、インバータ4は、ダイオードD1を介し
てインバータ駆動回路18に入力される主アーク
電流制御信号に応じて電源出力を制御し、主アー
ク電流を設定値に維持するようになる。
After this no-load voltage is converted into DC again by the secondary rectifier 6, it is applied between the electrode 12 and the base material 13 of the plasma cutting torch via the DC reactor 7, and at the same time, it is applied to the electrode 12 via the contact 1Xb. The same voltage is also applied across the nozzles 14. Further, a high frequency voltage generated by a high frequency generator 9 is applied to the pilot arc circuit in a superimposed manner by a coupling coil 10, and a pilot arc is struck between the nozzles 14 of the electrodes 12 by being guided by high frequency discharge. This pilot arc current is detected by a pilot arc current detector 20, and a detection signal proportional to the current value is fed back to a second comparator 22. At this time, since the pilot arc current control signal output from the second comparator 22 has a lower voltage level than the main arc current control signal output from the first comparator 17, the diode D 2 of the signal selection circuit 23 is on, diode D1 is off,
A pilot arc current control signal is input to the inverter drive circuit 18 through the diode D2 , so that the inverter 4 controls the power output so that the pilot arc current reaches a set value. Next, when a plasma arc (main arc) is struck between the electrode 12 and the base metal 13 by being guided by the plasma flow caused by the pilot arc, the main arc current is detected by the main arc current detector 15, and this detection signal is When the main arc current reaches a predetermined value, the relay drive circuit 19 energizes the relay 1X, opens the contact 1Xb, and cuts off the pilot arc circuit. Until then, even if the main arc current has not reached the set value, inverter 4 will give priority to constant current control of the pilot arc current to suppress it if the pilot arc current flows in excess of the set value. . However, when the pilot arc circuit is cut off, the voltage level of the main arc current control signal generated in the first comparator 17 due to the feedback from the main arc current detector 15 is higher than that of the pilot arc circuit output from the second comparator 22. Since the voltage level is lower than the voltage level of the arc current control signal, the signal selection circuit 23
diode D1 is turned on and diode D2 is turned off, and the inverter 4 controls the power supply output according to the main arc current control signal input to the inverter drive circuit 18 via the diode D1 , and the main arc current will be maintained at the set value.

本実施例中の信号選択回路23はスイツチング
素子としてダイオードを用いた例であるが、パイ
ロツトアーク回路の入、切に連動する切換接点を
用いてパイロツトアーク電流制御信号と主アーク
電流制御信号の選択を行う構成としても上記と同
様の機能が得られることは言うまでもない。
The signal selection circuit 23 in this embodiment is an example in which a diode is used as a switching element, but it is possible to select between the pilot arc current control signal and the main arc current control signal using a switching contact that is linked to the ON/OFF state of the pilot arc circuit. It goes without saying that functions similar to those described above can be obtained even with a configuration that performs the following.

上述実施例は、作動ガスを変えることによりプ
ラズマ溶接機としても使用できる。また、本発明
は、インバータ4に代えて変圧器5の二次側に設
けたチヨツパにより出力制御を行う場合にも適用
することができる。
The above embodiment can also be used as a plasma welder by changing the working gas. Further, the present invention can also be applied to a case where the output is controlled by a chopper provided on the secondary side of the transformer 5 instead of the inverter 4.

さらに上述実施例では、パイロツトアーク電流
検出器20を独立に設けたが、これを低抵抗24
に兼用させ、その発生電圧(両端間電圧)によつ
てパイロツトアーク電流を検出するようにしても
よい。
Furthermore, in the above embodiment, the pilot arc current detector 20 was provided independently, but this is replaced by the low resistance 24.
The pilot arc current may be detected based on the generated voltage (voltage between both ends).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、比較的簡単
な構成でパイロツトアーク回路中の抵抗器を大容
量のものから小容量のものに代えることができ、
小形、軽量化することができる。また、パイロツ
トアーク電流を定電流化したのでパイロツトアー
クを安定化することができる。さらに上記抵抗器
を低抵抗とし、かつパイロツトアーク電流を定電
流化したので、電極−ノズル間短絡時でもノズル
−母材間の発生電圧を、電撃を受けない程度にす
ることができ、安全性を高めることができるなど
の効果がある。
As described above, according to the present invention, the resistor in the pilot arc circuit can be replaced from a large-capacity resistor to a small-capacity resistor with a relatively simple configuration.
Can be made smaller and lighter. Furthermore, since the pilot arc current is made constant, the pilot arc can be stabilized. Furthermore, since the resistor has a low resistance and the pilot arc current is made constant, the voltage generated between the nozzle and the base metal can be kept to a level that does not cause electric shock even when the electrode and nozzle are short-circuited, resulting in safety. It has the effect of increasing the

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明電源の一実施例を示す回路図、
第2図は従来電源の回路図である。 12……電極、13……母材、14……ノズ
ル、15……主アーク電流検出器、16……主ア
ーク電流設定器、17……第1の比較部、18…
…インバータ(出力制御部)駆動回路、20……
パイロツトアーク電流検出器、21……パイロツ
トアーク電流設定器、22……第2の比較部、2
3……信号選択回路、24……低抵抗。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the power supply of the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional power supply. 12... Electrode, 13... Base material, 14... Nozzle, 15... Main arc current detector, 16... Main arc current setting device, 17... First comparison section, 18...
...Inverter (output control section) drive circuit, 20...
Pilot arc current detector, 21...Pilot arc current setting device, 22...Second comparison section, 2
3...Signal selection circuit, 24...Low resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 トーチの電極と母材を含む主アーク回路及び
トーチの電極とノズルを含むパイロツトアーク回
路に給電する移行式プラズマアーク用電源におい
て、主アーク回路の電流値を検出する主アーク電
流検出器と、パイロツトアーク回路の電流値を検
出するパイロツトアーク電流検出器と、パイロツ
トアーク回路中に挿入された低抵抗と、上記主ア
ーク電流検出器の検出信号と主アーク電流設定器
の設定信号とを比較し主アーク電流制御信号を出
力する第1の比較部と、上記パイロツトアーク電
流検出器の検出信号とパイロツトアーク電流設定
器の設定信号とを比較しパイロツトアーク電流制
御信号を出力する第2の比較部と、上記主アーク
電流制御信号及びパイロツトアーク電流制御信号
に応じて主アーク回路とパイロツトアーク回路に
流れる電流がそれぞれの設定値になるように電源
の出力を制御する単一の出力制御部と、上記主ア
ーク電流制御信号と上記パイロツトアーク電流制
御信号を選択的に上記出力制御部の駆動回路に入
力させる信号選択回路とを備えたことを特徴とす
るプラズマアーク用電源。
1. A main arc current detector that detects the current value of the main arc circuit in a transition type plasma arc power supply that supplies power to the main arc circuit including the torch electrode and base material and the pilot arc circuit including the torch electrode and nozzle; Compare the pilot arc current detector that detects the current value of the pilot arc circuit, the low resistance inserted in the pilot arc circuit, the detection signal of the main arc current detector and the setting signal of the main arc current setter. a first comparison section that outputs a main arc current control signal; and a second comparison section that compares the detection signal of the pilot arc current detector and the setting signal of the pilot arc current setter and outputs a pilot arc current control signal. and a single output control unit that controls the output of the power supply so that the currents flowing through the main arc circuit and the pilot arc circuit reach their respective set values in accordance with the main arc current control signal and the pilot arc current control signal, A power source for a plasma arc, comprising a signal selection circuit that selectively inputs the main arc current control signal and the pilot arc current control signal to a drive circuit of the output control section.
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