JPH0363464B2 - - 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アーク溶接を行う交流
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（通
常２〜20KHz）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８５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（通常50〜100Hz）
の溶接電流を得るようにしている。図において、
８６はTIG溶接等を行うときの動作開始時のアー
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８５
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、上記交流アーク溶接機用電源装
置では、小電流領域でのアーク動作時に、アーク
の指向性および安定性が悪く、特に正極性のとき
に溶接を行い負極性のときにクリーニング作用を
行うアルミニウム溶接のとき溶接の仕上がりがよ
く成らない欠点があつた。

この発明の目的は、上記欠点に鑑み、平滑出力
が正極性のときに、高周波変換部の動作を平滑出
力の切り換え周波数よりも高い周波数でオン・オ
フすることで平滑出力をパルス状にして、アーク
の指向性と安定性を改善することの出来る交流ア
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スイツチング素子
と、基準値と電源出力値とを比較してその誤差の
大きさに基づいてスイツチング素子のオン・オフ
周波数またはデユーテイを制御する高周波変換回
路制御部と、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第２の整流回
路と、正の整流出力を平滑する第１の平滑回路
と、負の整流出力を平滑する第２の平滑回路と、
前記第１および第２の平滑回路の平滑出力を低周
波で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、 前記開閉回路が正極性の平滑出力を選択してい
るときに、前記基準値を前記平滑出力が切り換え
られる周波数よりも高い周波数の低周波パルスに
設定する低周波パルス発生回路を設けたことを特
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、スイツチング素子で高周波に変換される。こ
のときスイツチング素子のオン・オフ周波数また
はデユーテイは、電源出力値と基準値との比較結
果（誤差）に基づいて設定される。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の平滑回路および第２の平滑回路それ
ぞれで平滑され、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。このとき開閉回路で正
極性と負極性が交互に切り換えられ交流アーク溶
接が行われる。

一方、開閉回路が正極性の平滑出力を選択して
いるときには、低周波パルス発生回路が、高周波
変換回路制御部での基準値を平滑出力が切り換え
られる周波数よりも高い周波数の低周波パルスに
設定する。このため、高周波変換回路部のスイツ
チング素子がその低周波パルスで変調され、平滑
出力がその低周波のパルス状となる。平滑出力が
負極性のときには、低周波パルス発生回路が動作
しない。このときには平滑出力はパルス変調され
ない。

以上の作用により、電源出力は、正極性のとき
に正極性と負極性を切り換える周波数よりも高い
周波数のパルス状となり、アークの幅が短くなつ
て指向性がよくなり、且つ安定性も高まる。ま
た、アルミニウム溶接を行うときには負極性のと
きにクリーニング作用を行わせるが、負極性のと
きには低周波パルス変調を行わないのでクリーニ
ング効果が悪くならない。

(f) 実施例 第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶
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に接続されたス
イツチング素子である直列接続のトランジスタ１
２，１３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。高周波変換回路制御部１４
は、後述の電流検知器２３による出力電流（電源
出力）の大きさと基準値とを比較し、その誤差に
基づいてトランジスタ１２，１３のオン・オフデ
ユーテイまたはオン・オフ周波数を制御する。基
準値は後述の低周波パルス発生回路４０で設定さ
れる。

変圧器４の一次巻線は、トランジスタ１２，１
３の接続点とコンデンサ１１ａ，１１ｂの接続点
間に配置され、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３３，３４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の出力側には平滑コンデンサ６ｃが接続さ
れ、平滑リアクトル６ｂの出力側には平滑コンデ
ンサ６ｄが接続されている。

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、アーク溶接動作時にスイツチ
ングトランジスタ制御部２２で、トランジスタ３
６，３７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。このときのスイツチング周波数は50〜
100Hz程度の低周波である。

前記溶接電極８には高周波発振器２４が接続さ
れている。この高周波発振器２４はアークスター
トが容易になるように起動時に駆動される。

電流検知器２３の出力は前記高周波変換回路制
御部１４に導かれ、前述のように低周波パルス発
生回路から出力される基準値と比較される。高周
波変換回路制御部１４ではそれらの誤差が無くな
るようにトランジスタ１２，１３を制御するか
ら、結局出力電流（電源出力）は上記基準値に対
応する大きさに制御される。したがつて基準値が
一定の値であるときには、その間出力電流が定電
流制御される。

前記スイツチングトランジスタ制御部２２には
低周波パルス発生回路４０が接続され、スイツチ
ングトランジスタ制御部２２が正極性の平滑出力
を選択しているとき、すなわちトランジスタ３６
をオンにしているとき、低周波パルス発生回路４
０に対して動作信号を出力する。

前記低周波パルス発生回路４０は、前記動作信
号を受けたとき、低周波パルスを発振して高周波
変換制御部１４に対して出力する。動作信号を受
けていないとき、すなわち、スイツチングトラン
ジスタ制御部２２がトランジスタ３７をオンして
負極性を選択しているときには所定のレベルの信
号を出力する。

第２図は前記低周波パルス発生回路４０の回路
図である。

この低周波パルス発生回路４０は、無安定マル
チバイブレータ５１と単安定マルチバイブレータ
５２とを含む。無安定マルチバイブレータ５１は
スイツチングトランジスタ制御部２２から動作信
号を受けたときに発振を開始する。この無安定マ
ルチバイブレータの出力クロツクは単安定マルチ
バイブレータ５２の入力端子に導かれ、単安定動
作を行わせる。単安定の時間設定は、パルス周波
数設定器４３で行う。単安定マルチバイブレータ
５２の出力Ｑ，Ｑにパルス電流設定器４１、ベー
ス電流設定器４２がそれぞれ接続される。パルス
電流設定器４１は、パルスの“Ｈ”の高さを決
め、ベース電流設定器４２はパルスの“Ｌ”の高
さを決める。パルス電流設定器４１、ベース電流
設定器４２の出力はORゲート５４，５５でOR
されて低周波パルスにされて基準値として高周波
変換回路制御部１４に出力される。

また、無安定マルチバイブレータ５１が、スイ
ツチングトランジスタ制御部２２から動作信号を
受けていないときには、無安定動作をしない。す
なわち単安定動作をさせない。なお、このときに
は単安定マルチバイブレータの出力Ｑが“Ｈ”に
なるような単安定マルチバイブレータが使用され
る。したがつて、高周波変換回路制御部２２に出
力される基準値はパルス電流設定器４１で設定さ
れるレベルの基準値となる。

前記単安定マルチバイブレータ５２の出力パル
スの周波数はパルス周波数設定器４２で可変でき
るが、その可変出来る範囲の周波数は数10〜数
100Hz程度の低周波である。しかしその周波数は
スイツチングトランジスタ制御部２２によるスイ
ツチング周波数よりも高い。

次に動作を説明する。

電源がオンされると、商用電源電圧がスイツチ
ング素子のトランジスタ１２，１３で高周波に変
換される。このとき高周波変換回路制御１４に出
力されている基準値はパルス電流設定器４１によ
つて設定されているレベルである。スイツチング
周波数は電流出力の大きさがこの基準値に等しく
なるように設定される。高周波に変換された電圧
は変圧されて平滑され、その平滑出力がトランジ
スタ３６，３７で低周波で交互に正極性と負極性
に切り換えられながら負荷に供給される。起動時
には別の回路によつて高周波発振器２４が駆動さ
れている。このためアークスタートしやすくな
る。アークスタートして出力電流がながれはじめ
ると、その電流が電流検知器２３で検知され、そ
の結果が高周波変換回路制御部１４へ送られて上
記基準値と比較される。そして、出力電流が基準
値と等しくなるようにトランジスタ１２，１３の
スイツチング周波数、オン・オフデユーテイが制
御されていく。

上記の動作中において、スイツチングトランジ
スタ制御部２２がトランジスタ３６をオンして、
正極性の平滑出力を選択しているときには、低周
波パルス発生回路４０に対して動作信号を出力す
る。低周波パルス発生回路４０は、この信号を受
け取ると、単安定動作を始め、高周波変換回路制
御部１４に対して低周波パルスを出力する。する
と高周波変換回路制御部１４は、その低周波パル
スを基準値として出力電流の制御を行う。したが
つて出力電流はこの低周波パルスの波形となる。
出力電流が低周波のパルス状となることにより、
アークの幅が短くなつて指向性がよくなり、しか
も安定する。特に小電流のときにはこの効果が極
めて大きい。なお、負極性の平滑出力を選択して
いるときには、単安定動作を行わないために、上
記基準値はパルス電流設定器４１によつて設定さ
れるレベルとなつて、出力電流はパルス状に変化
しない。したがつて、アルミニウムをTIG溶接し
ているときにはおいては、負極性で行うクリーニ
ング作用の効果を低下させることがない。

第３図は上記電源装置の波形図を示している。
図の(a)〜(e)は第１図中の(a)〜(e)の位置の波形であ
る。(e)の周期Ｔ１はパルス周波数設定器４３で設
定され、I_Pはパルス電流設定器４１で設定され、
I_Bはベース電流設定器４２で設定される。なお、
ベース電流設定器４２でベース電流を設定するの
は、アークの安定性を図るためである。

第４図は正極性の出力電流をある周期（0.5〜
20Hz）で高低の差をつけるようにした例を示す。
低周波パルス発生回路４０にもう一つマルチバイ
ブレータを設け、この発振出力で単安定マルチバ
イブレータ５２の出力をある一定のレベルだけ小
さくしたりしなかつたりすることにより出来る。
このようにすることにより、溶け込み深さの制御
が可能である。また、パイプ等を溶接するときに
は、大電流時に溶接し、小電流時に冷却するとい
う作用も可能であり、この場合には溶接された部
分が垂れにくくなつて良好な溶接が可能になる。

(g) 発明の効果 以上のようにこの発明に係る交流アーク溶接機
用電源装置では、正極性が選択されているときに
低周波のパルス状電流が溶接電流となるために、
特に小電流のときにおいてアークの幅が小さくな
つて指向性がよくなり、さらに安定なアークを持
続できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶
接機用電源装置の回路図である。第２図は低周波
パルス発生回路の回路図、第３図は動作時の波形
図、第４図は別の実施例の出力電流波形図、第５
図は従来の交流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、７……開閉回路、８……溶接電極、９……母
材、４０……低周波パルス発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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スイツ
   チング素子と、基準値と電源出力値とを比較して
   その誤差の大きさに基づいてスイツチング素子の
   オン・オフ周波数またはデユーテイを制御する高
   周波変換回路制御部と、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第
   ２の整流回路と、正の整流出力を平滑する第１の
   平滑回路と、負の整流出力を平滑する第２の平滑
   回路と、前記第１および第２の平滑回路の平滑出
   力を低周波で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、 前記開閉回路が正極性の平滑出力を選択してい
   るときに、前記基準値を前記平滑出力が切り換え
   られる周波数よりも高い周波数の低周波パルスに
   設定する低周波パルス発生回路を設けたことを特
   徴とする、交流アーク溶接機用電源装置。