JPH0336629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマアーク加工に用いるプラズマ
電源装置に関し、特にエンジン駆動型発電機の出
力を用いるプラズマ電源装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

金属を切断する方法としてはガス切断、プラズ
マ切断等が従来使用されている。

最近、不活性ガスを作動ガスとして用いた従来
のプラズマ切断にかわるものとして、エアを用い
たプラズマ切断が開発され広く使用されている。
しかし現在使用されているプラズマ切断に用いら
れる電源装置は商用電源を利用した静止形のもの
であり、工場内での使用がほとんどである。近年
作業能率の効率化を計る為に、商用電源が施設さ
れていない野外現場でも使用可能なプラズマ電源
装置の開発が要望されていた。野外用のプラズマ
電源装置として、安定したプラズマ電流の供給を
行うためには、従来広く用いられている溶接用発
電機をプラズマ電源特性を満足するように無負荷
電圧を上げて、プラズマ切断用発電機とし、それ
をエンジン駆動して使用する回転機形とする必要
があつた。

第３図は従来のエンジン駆動による溶接用発電
機の無負荷電圧を上げて、プラズマ切断用発電機
として用いたエンジン駆動型プラズマ電源装置の
回路を示したものである。図に示す２はエンジン
駆動型発電機（以下発電機と記す）であり、三相
電機子巻線Arと他励式界磁線巻Fgより構成され
ている。３は発電機２の出力を全波整流する主整
流器であり、その出力はチヨツパ式定電流装置４
に供給される。即ち発電機２の出力にチヨツパ式
定電流装置を接続し、プラズマ切断に必要なる特
性を得、負荷５として切断しようとする金属を接
続し、プラズマ切断作業を野外にて行なうエンジ
ン駆動型プラズマ電源装置である。チヨツパ式定
電流装置４の一般的な回路としては第４図のもの
が用いられている。このプラズマ電源装置のチヨ
ツパ式定電流装置４はエンジン駆動型発電機の交
流出力を全波整流して供給される直流充電電流に
よつて充電されるコンデンサＣと、コンデンサＣ
の充電電流をスイツチングするトランジスタTr
と、このトランジスタTrによつてチヨツプされ
た電流が、平滑回路の形成するフライホイールダ
イオードＤとリアクタＬによつて平滑された負荷
に供給している。トランジスタTrの作動はプラ
ズマアーク電流のフイードバツク信号と出力設定
器４ａの基準信号と比較する制御回路４ｂによつ
て制御され、常にプラズマアーク電流の平均値が
設定値になるように定電流制御を行つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記の如く単に従来公知の発電機を、そ
のままエンジン駆動してエンジン駆動型プラズマ
電源装置としたのでは、照明用、電動工具用の発
電機及び溶接作業用発電機とは異なり、プラズマ
電源装置としては、負荷であるプラズマアークの
変動に対する過渡特性について生じた問題点を改
善しなければ、エンジン駆動型プラズマ電源装置
としては満足なる特性が得られないことが判明し
た。

即ち負荷であるプラズマアーク電極間距離が急
激に大きくなつた時、プラズマアークを維持する
ために、プラズマ電源装置の定電流装置に対して
負荷電圧の急上昇を要求する過渡状態を頻繁に生
ずる。この時該エンジン駆動型プラズマ電源装置
が円滑に応答することができないと、プラズマア
ークの安定性を失なうこととなり、著しく作業性
を阻害していた。この原因としては、このような
過渡状態ではエンジン駆動型プラズマ電源装置内
と制御回路の対応動作により、トランジスタの導
通率（T_ON／T_ON＋T_OFF）が急増するため、コン
デンサからの放電量が急増する。これによつてコ
ンデンサの端子電圧が降下し、それを補充すべく
発電機及び主整流器から成る充電電源部は急速に
充電量を増化しようとする。しかし発電機から成
る充電電源部に大きな誘導性内部インピーダンス
を含むためその立ち上りに遅れを生じ、コンデン
サの端子電圧が一定の限度以下に落込んで、チヨ
ツパ部の動作不安定を生じて、負荷へ安定した出
力を供給できなくなるのである。

本発明は上記の問題点を解決のために創出され
たものであり、発電機の負荷の急増に対応して安
定したプラズマアーク電流の供給を可能とするエ
ンジン駆動型プラズマ電源装置の提供を目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための具体的手段は発電機
の出力を整流してチヨツパ式定電流装置の入力と
し、該定電流装置の出力で、プラズマ切断を行な
うためのプラズマ電源装置において、エンジン駆
動型発電機の交流負荷電流を一次電流とする変流
器を設け、該変流器の二次電流を整流し、前記発
電機の界磁巻線に並列に加えるようにしたことを
特徴とするエンジン駆動型プラズマ電源装置を用
いることである。

〔作用〕

上記手段を用いることにより発電機より出力さ
れる交流負荷電流の変化は、変流器の二次電流の
検出量の変化となつて検出され、発電機の界磁巻
線には検出量に比例した励磁電流が供給され、負
荷の変動に対して交流負荷電流は速やかに応答し
てプラズマアークの安定性を保持する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の主要部接続を示す図
であり、第２図は実施例におけるエンジン駆動型
プラズマ電源装置の静的外部特性曲線を示すもの
である。最初に本発明の実施例の構成から説明す
る。

第１図において、１は本発明である補償部であ
り、１ａは電流検出手段でる三相変流器で、１ｂ
は補償手段である補助整流器である。２は該発電
機で、三相の電機子巻線Arと界磁巻線Fgから構
成されている。３は発電機２の出力を全波整流す
る主整流器で、この直流出力はチヨツパ式定電流
装置４に供給される。５は切断トーチ等の負荷装
置である。定電流装置４はコンデンサＣ、トラン
ジスタTr、シヤントＨ、リアクタＬ、出力設定
器４ａおよび制御回路４ｂ等から構成されてい
る。６は発電機２の界磁巻線Fgに励磁電流を供
給する為の直流電源である。三相変流器１ａは発
電機２の電機子巻線Arと主整流器３との間に配
設されており、その二次巻線は補助整流器１ｂに
接続されている。この補助整流器１ｂによつて全
波整流された直流出力は界磁巻線Fgに直流電源
６の出力と同極性で並列的に接続されている。

今、エンジンを始動して発電機２が駆動され、
励磁されると発電機２および主整流器３が定電流
装置４に直流電力を供給して、定電流装置４内の
コンデンサＣを充電する。作業者がスイツチＳを
“ON”にするとトランジスタTrがスイツチング
を開始して、リアクタＬおよびフライホイールダ
イオードＤにより平滑化されたプラズマアーク電
流を負荷５に出力端子４ｄ，４ｃを経由して供給
する。作動中は発電機２および主整流器３が、コ
ンデンサＣの放電をたえず補充するように充電し
続ける。スイツチＳを“OFF”にするとトラン
ジスタTrのスイツチングが止まりプラズマアー
ク電流の供給が停止する。

制御回路４ｂはシヤントＨからのプラズマアー
ク電流のフイードバツク信号と出力設定器４ａか
らの基準信号とを比較してトランジスタTrを制
御し、常にプラズマアーク電流の平均値が設定値
になるように定電流制御する。

以上のようなエンジン駆動型プラズマ電源装置
の静的外部特性は第２図のようになる。第２図に
おける曲線ａは発電機２の固有内部インピーダン
スによる適度に垂下する外部特性であり、曲線ｂ
は前記した定電流装置４により得られる定電流特
性曲線である。また曲線ｃはプラズマアークの電
圧電流特性曲線である。出力設定器４ａの調整
で、定電流特性曲線がb₁，b₂，b₃，…のように変
化し、例えば曲線C₂との交点P₁、P₂、P₃、…等
のように動作点が移動してプラズマアーク電流が
I₁、I₂、I₃…等と加減できる。

トランジスタTrのスイツチング停止期間、即
ち無負荷状態においてはコンデンサＣはP₀点に
相当する無負荷電圧に充電されている。また出力
設定がI₁、I₂、I₃…等の定常負荷状態においては、
コンデンサＣがそれぞれP₁″、P₂″、P₃”等に相
当する充電電圧で平衡しており、負荷電圧平均値
に対する余剰電圧はトランジスタTrの“OFF”
期間（Toff）により実質的に吸収されている。

上記のように構成されている本発明の実施例の
作用について説明する。

エンジン駆動型プラズマ電源装置における一動
作例として、第２図において出力設定器の設定値
電流がI₂の定電流特性曲線b₂上での作用について
述べる。定常の負荷状態の場合には、プラズマア
ークの電圧電流特性曲線はC₂を示し、出力設定
値電流がI₂の時に交点P₂において動作する。この
ように定常の負荷状態即ちプラズマアークが安定
した条件で使用されている時に、何等かの原因に
よりプラズマアークの使用条件が急変する場合が
生じる。例えば電極間の距離が急激に短くなつた
時の過渡状態においてはプラズマアーク電流Ｉの
変動は、コンデンサＣとトランジスタTrのチヨ
ツパ回路の放電によつて対応可能で、発電機２と
主整流器３は休止状態になつて過渡特性には関与
しない。

一方電極間の距離が急変して長くなつた時、即
ち負荷の急激な増大の時の過渡状態では、プラズ
マアークの電圧電流特性曲線がC₂からC₁へ急変
することになり、負荷５は定電流装置４に対して
動作点をP₂からP₂′に相当する負荷電圧への急上
昇を要求する。この時発電機２の電機子巻線Ar
と主整流器３との間に配設されている電流検出手
段である三相変流器１ａには、設定された変流比
の電流が２次巻線に誘起されて、補償手段である
補助整流器１ｂによつて整流される。該補助整流
器１ｂによつて整流された電流I_CTは界磁巻線Fg
へ供給される。

この三相変流器１ａ及び補助整流器１ｂからな
る補償部１で得られる補償電流I_CTは、主整流器
３からコンデンサＣを充電する充電電流Igと全く
相似な波形で、大きさが三相変流器１ａの変流比
に比例した大きさの直流電流が得られる。この補
償部１を負荷である発電機２の界磁巻線Fgから
見た場合に、直流電源６が電圧源であるのに対し
て、補償部１は充電電流Igに相似な電流波形を示
す電流源である。この補償部１から直流電源６へ
流入する補償電流I_CTの大部分は界磁を励磁する
界磁電流Ifとなり、直接的に発電機２の界磁を急
速に増磁する。即ち、電極間距離が急変して長く
なつた時に過渡状態では負荷電流の増大により充
電電流Igが急増するが、反面コンデンサＣの端子
電圧が急降下する。この現象を充電電流Igを変化
からいち早く検出して、界磁への増磁が励磁電流
Ifの増大によつて可能となるのである。

上記の作用によつて発電機２の出力である充電
電流Igの立ち上りを速めることが可能となる。

一方、電流源である補償部１の補助整流器１ｂ
と電圧源である電流電源６の出力は同極性で並列
に接続されているので、補償電流I_CTに相当する
補償部出力電圧が、直流電源６の出力電流を上回
る分が生じる場合がある。この時、該直流電源６
を例えばバツテリ又は直流発電機などの可逆形直
流電源で構成することにより、これに補償電流
I_CTの一部が流入し、直流電源６から電流I_Bがその
分減少して、界磁電流Ifは補償電流I_CTの全てが加
わるように増加しない。従つて定常的には第２図
に示す発電機２の外部特性曲線ａは、補償部１の
変流器１ａの変流比を適切に設定することによ
り、ほとんど変化しない特性を得ることが可能と
なる。

本発明は実施にあたつて上記実施例に限定され
るものではなく、例えばエンジン駆動型プラズマ
切断装置は三相以外の多相でもよい。多相になつ
たからといつて多相の変流器が必要なのではな
く、負荷の急激な変化の過渡状態に充分に応答可
能なものでよく、全ての相に挿入する必要はな
い。

〔発明の効果〕

以上の説明のように、本発明を用いることによ
り、プラズマアークを負荷とするプラズマ電源装
置において、負荷変動によつて生じる急激な出力
増加の過渡特性に対する改善が図られる。即ち、
発電機の交流負荷電流出力の変動を電流器によつ
て検出し、該変流器の２次電流を整流して界磁巻
線へ供給する電流源を創設することによつて、過
渡状態時に定電流装置へ供給する充電電流の時間
的遅れを改善し、プラズマアークの安定性の維持
が実現される。上記の効果を生じる本発明によ
り、野外の作業現場において、能率よく切断作業
が行なえるエンジン駆動型プラズマ電源装置が提
供される。又、本発明により創設された手段は簡
易な構成から成り従来にない大きな効果を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の主要部を示す図であ
り、第２図は実施例におけるプラズマ電源装置の
静的外部特性曲線を示す。第３図は従来の溶接用
発電機を改良したエンジン駆動によるプラズマ電
源装置を示し、第４図はチヨツパ式定電流装置の
詳細図である。図中に符した記号は以下のものを
示す。 １……補償部、１ａ……三相変流器（電流検出
手段）、１ｂ……補助整流器（補償手段）、２……
エンジン駆動型発電機、Ar……電機子巻線、Fg
……界磁巻線、４……定電流装置、５……負荷
（プラズマアーク発生部）、６……直流電源、I_CT
……補償電流、Ig……充電電流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジン駆動型発電機の出力を整流してチヨ
   ツパ式定電流装置の入力とし、該定電流装置の出
   力でプラズマ切断を行うためのプラズマ電源装置
   において、 前記エンジン駆動型発電機の交流負荷電流を一
   次電流とする変流器を設け、該変流器の二次電流
   を整流し、前記エンジン駆動型発電機の界磁巻線
   に並列に加えるようにしたことを特徴とするエン
   ジン駆動型プラズマ電源装置。