JPH0363460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 この発明は、スイツチングトランジスタを用い
てアルミニウム等に対する交流アーク溶接を行う
アーク溶接機用電源装置に関する。

(b) 従来の技術 従来の交流アーク溶接機用電源装置として、商
用電源を一旦高周波に変換したのち、変圧と矩形
波への整形を行うアーク溶接機用電源装置が実用
化されている。

このアーク溶接機用電源装置の回路図を第５図
に示す。このアーク溶接機用電源装置では同図に
示すように、三相交流電源７０を整流回路７１お
よび平滑コンデンサ７２で整流平滑したのちスイ
ツチングトランジスタ７３，７４及び出力制御回
路７５で高周波スイツチングを行つて高周波に変
換する。さらに高周波出力をトランス７６で数十
〜百数十Ｖに変圧し、整流器７７，７８、平滑リ
アクトル７９、平滑コンデンサ８０で再び直流に
変換している。この後、スイツチングトランジス
タ８１，８２，８３，８４及び低周波制御回路８
５によつて反転スイツチング動作を行い、精度の
良い矩形波の溶接電流を得るようにしている。な
お、スイツチングトランジスタ８１，８４又は８
２，８３のどちらか一方のオン状態を保持すれば
溶接電極８７、母材８８に直流の溶接電流が供給
できる。図において、８６はTIG溶接等を行うと
きに動作開始時のアーク点弧を容易にするための
高周波発振器である。また８９は電流検知器であ
り、その検出値を出力制御回路７５にフイードバ
ツクして出力の定電流制御を行うようにしてい
る。

上記のアーク溶接機用電源装置では、変圧、整
流が高周波で行えるため、変圧器やリアクトルを
高周波用に構成でき、小型化、低価格を実現でき
るとともに、電流検知器８９の検出値に基づく出
力制御回路７５の電流制御が速い応答速度で精度
良く行うことができる。また低周波制御回路７５
によつてスイツチングトランジスタの反転スイツ
チング動作で交流アーク溶接が行え、スイツチン
グトランジスタ８１，８４又は８２，８３のどち
らか一方のオン状態を保持すると直流アーク溶接
が行える。

(c) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記アーク溶接機用電源装置で
は、交流アーク溶接時に、溶接電流が極性変化時
に０となる点が生じ、アークが不安定になり易く
なる。特に正極性から負極性への移行時に、アー
ク溶接電圧だけでは母材の熱電子放出が十分に行
われずにアークが点弧しない可能性がある。その
ため従来では、高周波発振器を常時動作させて、
アーク再点弧の失敗の可能性がある正極性から負
極性へ転極するときにも高周波電圧をアーク溶接
電極に重畳してアークを持続させていた。

しかし、高周波を発生させることは、高周波ノ
イズを多く発生させることになり、電源装置側に
IC等を用いた機器があればその機器を誤動作さ
せる恐れがあつた。

この発明の目的は、上記欠点に鑑み、簡単な構
成によつて転極時、特にアーク電圧が正極性から
逆極性に転極する時に再点弧用電圧を十分に高め
て負荷に印加することが出来、従来のように高周
波発振器を併用しないでも安定した交流アークを
持続することが出来るアーク溶接機用電源装置を
提供することにある。

(d) 問題点を解決するための手段 この発明のアーク溶接機用電源装置は、交流の
電源を一旦直流にする第１の整流回路と、直流に
された電圧を高周波に変換する高周波変換回路
と、高周波の電圧を変圧する変圧器と、変圧器の
出力を正および負に整流する整流回路と、前記正
の整流出力を平滑する第１の平滑リアクトルと、
前記負の整流出力を平滑する第２の平滑リアクト
ルと、前記第１および第２の平滑リアクトルの平
滑出力を交互に切り換えて正極性または逆極性で
溶接電極および母材に印加する開閉回路を有し、 前記第１および第２の平滑リアクトルの鉄心を
同一の鉄心で構成するとともに、第１および第２
の平滑リアクトルのそれぞれに生じる誘起電圧が
負荷を基準に相互に逆方向になるようにそれぞれ
の巻線方向を設定したことを特徴とする。

(e) 作用 この発明に係るアーク溶接機用電源装置では、
交流電源が第１の整流回路で一旦直流に整流さ
れ、高周波変換回路で高周波に変換される。さら
に高周波電圧が変圧器で変圧され、整流回路によ
り正および負の整流電圧が取り出される。この二
つの整流出力は第１の平滑リアクトルおよび第２
の平滑リアクトルでそれぞれ平滑され、開閉回路
で交互に切り換えられ、正極性または逆極性で溶
接電極および母材に印加される。この印加時に、
交流アーク溶接が行われる。また第１の平滑リア
クトルの出力が印加されている状態（正極時）か
ら第２の平滑リアクトルの出力が印加される状態
（負極時）に切り換えられるとき（転極時）に、
第１の平滑リアクトルに誘起した電圧によつて第
２の平滑リアクトルに電圧が誘起する。この電圧
の極性は、第１の平滑リアクトルに誘起される電
圧の極性と反対である。すなわち、第１の平滑リ
アクトルの誘起電圧の極性は負荷に対する方向で
あるから、第２の平滑リアクトルに誘起する電圧
の極性は電源に対する方向となる。したがつてこ
の第２の平滑リアクトルの誘起電圧は極性の変化
する移行時において、負極のアーク溶接電圧に重
畳されて負荷に印加される。結局、アークの再点
弧を行うための印加電圧が高められ、この高い電
圧によつてアークの失弧を防止することができ
る。この動作は、第２の平滑リアクトルの出力か
ら第１の平滑リアクトルの出力への切り換え動作
時（負極から正極への転極時）にも同様に行われ
る。

以上の作用により、溶接電圧の極性切り換わり
時（転極時）に、アークの再点弧用電圧が従来よ
りも高められることによつてアークの失弧を防止
することが出来る。

(f) 実施例 第１図はこの発明の実施例であるアーク溶接機
用電源装置の回路図である。

同図において第１の整流回路２は、全波整流回
路１０で構成されている。全波整流回路１０は、
三相交流電源１に接続されている。また全波整流
回路１０には、平滑コンデンサ１１ａ，１１ｂの
直列回路が並列に接続されている。平滑された直
流電圧は高周波変換回路３に供給される。

高周波変換回路３は、変圧器４に接続された直
列接続のトランジスタ１２，１３と、これらのト
ランジスタ１２，１３を交互にオンオフさせる高
周波変換回路制御部１４とで構成されている。変
圧器４の一次巻線は、トランジスタ１２，１３の
接続点とコンデンサ１１ａ，１１ｂの接続転換に
配置され、トランジスタ１２，１３、平滑コンデ
ンサ１１ａ，１１ｂおよび変圧器４の一次巻線と
でハーフブリツジ回路が構成されている。

変圧器４の二次出力は整流平滑され、後述する
開閉回路７によつて選択的に溶接電極を８と母材
に導かれる。

前記二次巻線の両端子にはダイオード３１，３
２，３３，３４で構成される整流回路５が接続さ
れている。整流回路５では、ダイオード３０，３
１，３２の整流出力が中間タツプに対して正極に
なり、ダイオード３４，３５の整流出力が中間タ
ツプに対して負極になる。この正の整流出力が平
滑リアクトル６ａに導かれ、負の整流出力が平滑
リアクトル６ｂに導かれている。

平滑リアクトル６ａ，６ｂは、同一コアに巻か
れており、その巻線方向を平滑リアクトル６ａ，
６ｂにそれぞれに生じる誘起電圧が負荷を基準に
相互に逆方向になるよう設定している。平滑リア
クトル６ａの出力端子と中間タツプに接続された
電流検知器２３のもう一方の端子との間には、ダ
イオード３８と平滑コンデンサ４０の直列回路が
接続され、さらにダイオード３８に並列に平滑コ
ンデンサ４０の放電用抵抗４２が接続されてい
る。平滑リアクトル６ａ、ダイオード３８および
平滑コンデンサ４０で平滑回路が構成される。ダ
イオード３８は平滑リアクトル６ａの出力を平滑
コンデンサ４０に導く。

また、上記電流検知器２３の溶接電極側端子と
平滑リアクトル６ｂとの間には、ダイオード３９
と平滑コンデンサ４１の直列回路が接続され、さ
らにダイオード３９に並列に平滑コンデンサ４１
の放電用抵抗４３が接続されている。平滑リアク
トル６ｂ、ダイオード３９および平滑コンデンサ
４１とで平滑回路が構成されている。

上記平滑リアクトル６ａを含む平滑回路および
平滑リアクトル６ｂを含む平滑回路の正負の平滑
出力は、開閉回路７に導かれる。開閉回路７はト
ランジスタ３６，３７およびこれらのトランジス
タのオンオフ制御を行うスイツチングトランジス
タ制御部２２とで構成される。

開閉回路７では、スイツチングトランジスタ制
御部２２で、トランジスタ３６，３７を交互にオ
ンさせ、正負の平滑出力を母材に印加させる。こ
れによつて溶接電極８と母材９間に低周波の矩形
波電流を流し、交流アーク溶接を行う。

次に上記実施例において平滑リアクトル６ａ，
６ｂの作用を第２図Ａ，Ｂ，Ｃを参照して説明す
る。

第２図Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれアーク溶接負荷電
流、平滑リアクトル６ａの誘起電圧、平滑リアク
トル６ｂの誘起電圧を示す図である。

第１図に示す開閉回路のトランジスタ３６，３
７のオン状態を交互に切り換えると、溶接電極８
と母材８間に正極性、逆極性でアーク電圧が印加
される。すなわち、トランジスタ３６のオン時に
は、ダイオード３１，３２の整流出力を平滑リア
クトル６ａおよび平滑コンデンサ４０で平滑し溶
接電極８と母材９に導く。またトランジスタ３７
のオン時には、ダイオード３３，３４により整流
された整流出力を平滑リアクトル６ｂ及び平滑コ
ンデンサ４１で平滑し、溶接電極８と母材９に導
く。上記アーク印加時に溶接電極８と母材９間に
第２図Ａに示す交流の溶接負荷電流が流れる。

同図Ａにおいてt₁時は、トランジスタ３６がオ
ンからオフになり、溶接極性が正極性から逆極性
になる転極時である。この転極時には、平滑リア
クトル６ａには第１図に示す矢印Ｌ方向の誘起電
圧V₁が発生する。このとき、この誘起電圧V₁に
よつて磁束がコアに発生し、リアクトル６ｂに第
１図にしめす矢印Ｍ方向（誘起電圧V₁と負荷を
基準にして逆方向）の誘起電圧V₂が発生する。
また電圧V₁は平滑コンデンサ４０に充電される。
誘起電圧V₁，V₂は第２図Ｂ，Ｃに示すように相
互に逆方向である。すなわち、誘起電圧V₁は正
極性の溶接電流と同方向になり誘起電圧V₂は逆
極性の溶接電流と同方向になる。そのため、t₁時
に第１図に示すダイオード３３，３４により整流
した負の整流出力電圧（逆極性の溶接電圧）は誘
起電圧V₂だけ高くなり、前の転極時に平滑リア
クトル６ｂに発生した電圧を充電した平滑コンデ
ンサ４１の充電電圧に加えて溶接電極８と母材９
に印加される。これにより逆極性における母材９
の熱電子放出を容易にし正極性から逆極性ヘツド
の移行時のアークを持続させる。

またt₂時には、トランジスタ３７をオンからオ
フさせ、トランジスタ３６をオフからオンさせる
と、母材９から溶接電極８に溶接電流が流れる。
この転極時には、通常のアーク電圧で溶接電極の
熱電子放出が行えるためアークが持続するが、本
実施例ではこの転極時にも、通常のアーク電圧に
第２図Ｂに示す誘起電圧は整流出力とt₁時に充電
された平滑コンデンサ４０の充電電圧に加算され
るため、さらにアーク持続性が高まる。

このようにこの実施例では、変圧器の出力を正
負に整流する整流回路５の出力をそれぞれ平滑す
る第１および第２の平滑リアクトル６ａ，６ｂを
設け、さらにその平滑出力を開閉回路７で溶接電
極８および母材９に切り換えて印加することによ
り、交流アーク溶接を行うことが出来るとととも
に、溶接極性の正極性から逆極性への移行時に、
平滑リアクトル６ａに発生する誘起電圧によつて
平滑リアクトル６ｂに誘起する電圧と、溶接極性
が逆極性から正極性に移行する転極時に平滑リア
クトル６ｂに発生した電圧を充電した平滑コンデ
ンサの充電電圧とを整流出力に重畳して、溶接電
極８と母材９間に印加したため、母材９の熱電子
放出が容易になり、アークの失弧を防止すること
ができる。

第３図、第４図は他の実施例のアーク溶接機用
電源装置の回路図を示している。

第３図が第１図と異なる点は、第１図の平滑コ
ンデンサ４０，４１にそれぞれに小容量の直流電
源５１と減流用抵抗５３の直列回路および小容量
の直流電源５２と減流用抵抗５４の直列回路を接
続した点である。またこの小容量直流電源５１，
５２の無負荷電圧を平滑リアクトルの出力電圧よ
り高く設定している。

このように構成することにより、第１図の実施
例と同様に、溶接極性の正極性から逆極性への移
行時に、平滑リアクトル６ａに発生する誘起電圧
によつて平滑リアクトル６ｂに電圧が誘起し、そ
の電圧が負の整流出力に重畳して溶接電極８と母
材９間に印加されるとともに、この印加電圧に加
えて直流電源５１によつて充電されている平滑コ
ンデンサ４１の充電電圧が印加される。そのため
この実施例ではさらに母材の熱電子放出が容易に
なり、アーク持続が確実になる。

また第４図に示すアーク溶接機用電源装置で
は、変圧器の二次巻線を中間タツプを備えた二つ
の巻線６０ａ，６０ｂとで構成するとともに、そ
れぞれの中間タツプ間に平滑リアクトル６を設け
て、その平滑リアクトルと中点を電流検知器２３
及び高周波発振器２４を介して溶接電極８に接続
している。さらに二次巻線６０ａの両端電圧を整
流器６１，６２によつて正極に全波整流し、二次
巻線６０ｂの両端電圧を整流器６３，６４によつ
て負極に全波整流するようにして構成している。

上記第４図に示すように構成することによつ
て、溶接極性の正極性時に通電される平滑リアク
トルを６ａとし、負極性時に通電される平滑リア
クトルを６ｂとすれば、第３図に示すアーク溶接
機用電源装置と同様に、溶接電極の転極時に平滑
リアクトル６ａまたは平滑リアクトル６ｂに誘起
する電圧がアーク電圧に重畳される。これによつ
て小容量直流電源５１，５２による平滑コンデン
サ４１の充電電圧が同時に印加され、アークの持
続が確実になる。

(g) 発明の効果 以上のようにこの発明に係るアーク溶接機用電
源装置では、アーク電圧が正極性から逆極性に転
極するときに、第１の平滑リアクトルに発生する
誘起電圧の作用によつて、この誘起電圧と負荷を
基準にして相互に逆方向な誘起電圧が第２の平滑
リアクトルに発生する。第２の平滑リアクトルに
発生した誘起電圧は、逆極性のアーク溶接電圧に
重畳されアーク電圧が上昇する。これによつて母
材の熱電子放出が促進されアーク再点弧が可能と
なつて従来のような高周波発振器を常時駆動して
おかなくてもアークを持続させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるアーク溶接機
用電源装置の回路図である。第２図Ａ，Ｂ，Ｃは
同アーク溶接機用電源装置のアーク溶接負荷電
流、平滑リアクトル６ａの誘起電圧、平滑リアク
トル６ｂの誘起電圧をそれぞれ示す図である。第
３図および第４図は他の実施例であるアーク溶接
機用電源装置の回路図である。第５図は従来のア
ーク溶接機用電源装置の回路図である。 １……交流電源、２……第１の整流回路、３…
…高周波変換回路、４……変圧器、５……整流回
路、６ａ……第１の平滑リアクトル、６ｂ……第
２の平滑リアクトル、７……開閉回路、８……溶
接電極、９……母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流の電源を一旦直流にする第１の整流回路
   と、直流にされた電圧を高周波に変換する高周波
   変換回路と、高周波の電圧を変圧する変圧器と、
   変圧器の出力を正及び負に整流する整流回路と、
   正の整流出力を平滑する第１の平滑リアクトル
   と、負の整流出力を平滑する第２の平滑リアクト
   ルと、前記第１および第２の平滑リアクトルの平
   滑出力を交互に切り換えて正極性または負極性で
   溶接電極および母材に印加する開閉回路とを有
   し、前記第１および第２の平滑リアクトルの鉄心
   を一つ鉄心で構成するとともに、第１および第２
   の平滑リアクトルのそれぞれに生じる誘起電圧が
   負荷を基準にして相互に逆方向となるようにそれ
   ぞれの巻線方向を設定したことを特徴とする交流
   アーク溶接機用電源装置。