JPH04133663A

JPH04133663A - 電源装置

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Publication number: JPH04133663A
Application number: JP25318090A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 佐藤　亮拿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-05-07
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866877B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、３相交流を単相交流に変換する電源装置に関
するもので、特に交流アーク溶接、スポット溶接、シー
ム溶接等の溶接装置、またはロボット積載用のアーク溶
接やサブマージの電源、または照明器具、振動機、電動
機や電熱器等の電源として高効率が得られる単相交流の
電源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般にスポット溶接装置の電源、あるいは照明器具、電
動機や電熱器等の電源としては、通常単相交流か使用さ
れる。この単相交流を得るため３相交流を単相交流に変
換する装置としては、スコツト配線や３相似周波方式、
インバータ一方式等が知られているか、これらの場合大
電流になればなるほど３相不平衡か生じるという問題か
あり、また電力効率が悪いという問題かあった。

すなわち、上述のスコツト配線等は、回路構成が複雑で
電源装置としては装置が大型になり、また３相の中の１
相に２倍の過大電流か流れる等、安定した電流を取り出
し難く、特に電源装置としての信頼性に問題かあった。

また、スポット溶接装置の電源として上述の３相似周波
方式が採用されているか、装置か大型かつ高価で故障か
多いという問題かあった。

また、アーク溶接装置は一般に大電流を必要とするため
、磁気漏洩方式及びリアクトル方式の２種類の電源方式
が採用されており、前者はトランスとして磁気漏れ変圧
器を用いたもの、後者はトランスの２次側とアーク電極
によって構成される放電回路に直列に可飽和リアクトル
を挿入したものである。これらはいずれも急峻に高電圧
に立上り、その後電圧が急激に降下する、アーク溶接時
における垂下特性に合致した出力特性を得るようにして
いるが、これらにおいては変圧部での電磁漏洩やりアク
ドルによる損失か大きいと言う問題点かあった。

さらに最近インバータ一方式か多く採用され、これは交
流を整流した後、周波数を約数百すイクル〜１２００サ
イクルに上げてトランスを小型軽量にし、その２次側を
直流とする方式であるか、これも甚だ高価であり効率も
悪くまた故障も多いものであった。そこて小型軽量で効
率のよい電源装置が要求されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、全
く新規な小型、軽量で効率かよく、３相交流を単相交流
に変換する高出力の電源装置を得ることを百０勺として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電源装置は、３相交流電源に接続され、
６相交流を発生し、６相のうちから所望の３つの相から
なる第１．第２の３相変流電力を出力可能な６相／３相
変換回路と、該６相／３相変換回路からの第１．第２の
３相交流出力の供給を、例えば各相の約１２０°〜１８
０°の範囲のみ行うよう制御する第１．第２の位相制御
回路と、一次側に３相−次コイルを、二次側に単相の二
次コイルを巻回した単相鉄芯を有し、上記３相の一次コ
イルか上記第１．第２の位相制御回路を介して上記第１
．第２の３相交流出力に接続され、上記二次コイルを並
列あるいは直列に共通接続した第１．第２の変圧部とを
備え、上記二次コイルの共通出力に単相交流を出力する
ようにしたものである。

またこの発明は、上記電源装置において、上記第２の位
相制御回路には、第１の位相制御回路に供給する３相出
力とは各相か逆相の関係にある３相出力を供給するよう
にしたものである。

〔作用〕

この発明においては、上記のような構成としたから、位
相制御回路による点弧制御により各変圧部の第１．第２
．第３の一次コイルには各相の交流正弦波形の約１２０
°〜約１８０°の範囲においてのみ通電がなされ、これ
により鉄芯には３相交流の３倍周波の鋸歯状波の磁界が
発生し、このため二次コイルには立ち上かりか急峻でそ
の後電圧レベルが急速に降下する垂下特性を持った３倍
周波の単相交流か誘導される。また各変圧部の二次コイ
ルは並列あるいは直列に接続されているため、出力電流
あるいは出力電圧が倍増する。これにより高出力かつ小
型、軽量であり、しかも３相不平衡の問題がなく効率の
よい電源装置が得られる。

またこの発明においては、上記各変圧部の一次側に、そ
れぞれ逆相関係にある２つの３相を供給するようにした
ので、フリッカの問題をなくすことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）はこの発明の一実施例による電源装置を用
いたアーク溶接装置を示す全体構成図、第１図（ｂ）は
その６相／３相変換回路の構成を示す図である。

図において、１．．２．３は３相交流電源、５０は該３
相交流電源に接続され、６相交流を発生し、そのうちか
ら所望の３つの相を２組選択して出力可能な６相／３相
変換回路で、３相交流電源を入力とし、該電源の第１相
〜第３相及びこれらと逆相である第１逆相〜第３逆相か
らなる６相の交流電力に変換する変換回路５１と、該変
換回路５１の６相の各出力のうちから所望の３つの出力
を選択可能な第１．第２の相選択回路５２ａ、５２ｂと
から構成されており、ここては該両位相制御回路５２ａ
、５２ｂは、上記第１相〜第３相を選択するよう設定し
ている。

６０ａ、６０ｂはそれぞれ該各相選択回路５２ａ、５２
ｂの後段に接続され、該回路の出力である３相変流電力
の供給を各相の１２０°〜１８０゜の範囲のみ行うよう
制御する位相制御回路である。

また７０．８０はそれぞれ上記位相制御回路６０ａ、６
０ｂの後段に接続された変圧器であり、次側に３つの一
次コイルを、二次側に１つの二次コイルを巻回した薄鉄
板の積層体からなる鉄芯を有している。つまり７１，７
２．７３は変圧器７０の第１〜第３の３相の一次コイル
、７４はその二次コイル、８１，８２．８３は変圧器８
０の第１〜第３の３相の一次コイル、８４はその二次コ
イルである。またここでは、上記両度圧器は、各二次コ
イル７４．８４の一端を共通出力端子Ｃとし、両二次コ
イルの他端を、該共通出力端子Ｃに対して同相の単相電
圧か発生する出力端子Ａ、　　Ｂとしている。また１０
０は上記６相／３相変換回路５０、第１．第２の位相制
御回路６０ａ、６０ｂ及び第１．第２の変圧器７０．８
０からなる電源装置である。

また第１図（Ｃ）は上記変圧器の二次側出力を用いて溶
接を行う場合を示しており、３００はアーク溶接を行う
溶接部であり、これは上記共通端子Ｃに接続された被溶
接材１１と、上記出力端子Ａ。

Ｂに接続された被溶接材１０ａ、１０ｂとがらなってい
る。

また第１図（ｄｌは上記位相制御回路６ｏの詳細を示し
、図中２０ａ、２０ｂ、２０ｃはサイリスタ、２１は３
相交流の各相の正弦波の零クロス点を検出する零クロス
点検出器、２２ａ、２２ｂ、２２Ｃは該零クロス点検出
器２１の出力を受け、各相のサイリスタ２０ａ、２０ｂ
、２０ｃの点弧角を調整する位相調整器である。

次に動作について説明する。

３相交流電源１．　２．　３よりの３相電力（第２図（
ａ））は、６相／３相変換回路５０の変換回路５１て、
該電源の第１相〜第３相（Ｕ相〜Ｗ相）及びそれらの逆
相である第１逆相〜第３逆相（Ｕ’相〜Ｗ′相）からな
る６相の交流電力（第２図（ｂ））に変換され、第１．
第２の相選択回路５２ａ、５２ｂに出力される。該両位
相制御回路では、該変換回路５１の６相の各出力■〜■
のうちからＵ相■Ｖ相■、及びＷ相■か選択される。

そして該各相選択回路５２ａ、５２ｂから各変圧部７０
．８０の３相コイル７１〜７３．８１〜８３への通電は
、各位相制御回路６０ａ、６０ｂによって制御され、第
２図（Ｃ）に示すように第１゜第２．第３の３相コイル
７１〜７３．８１〜８３には、各相の交流正弦波形Ｕ、
　Ｖ、　Ｗの位相角１２０度〜１８０度の範囲（Ｕにつ
いてはＣとｆ。

■についてはｂとｅ、Ｗについてはａとｄ）内において
のみ通電か行われ、それ以外の時間は各コイルは開放状
態である。

このようにして各変圧器７０．８０の３相の各コイル７
１〜７３．８１〜８３に順次通電か繰り返されると、各
変圧器の鉄芯内には第２図ｆｄｌに示すような鋸歯状波
の３倍周波の垂下特性を持った磁束か誘導され、これに
より各変圧器の二次コイル７４．８４には同じく第２図
（ｄ）に示すような鋸歯状の３倍周波の電流ｌか上記出
力端子Ａ、　Ｃ間及び出力端子Ｂ、　Ｃ間に誘導される
こととなる。

そして、この鋸歯状の３倍周波の電流が溶接部３００の
被溶接材１１と被溶接材１０ａ及びｌＯｂとの間に印加
され、これらの間でアーク１３を発生し、アーク溶接か
行われる。この際、以下に述べる効果か得られる。

■　本実施例では、３相を単相に変換しているので、３
相不平衡の問題は生じない。また各変圧器７０．８０の
二次側の単相出力としては、３相交流の３倍の周波数、
すなわち６０サイクルに対し１８０サイクルか得られる
ので溶接速度か従来の３相／単相変換装置を用いた場合
に比へて３倍になる。同じ速度のときは溶接のビートが
、第３図（ａ、）に示す従来のものに比し第３図（ｂ）
のように３倍細やかになる。このように溶接の品質を向
上できる。

■　従来の３相／単相変換電源装置では、得られる単相
出力は正弦波であるか、本発明により電源出力値には急
峻に高電圧に立上り、これから垂下状に零となる鋸歯状
波が得られるため、アーク溶接時にアークか出やすくか
つ安定したアークか得られる。

すなわち、本電源装置は本質的に垂下特性を持った電源
となっており、溶接には極めて好都合である。

■　本発明の電源は上述のように垂下特性を備えたもの
であるので、この垂下特性を得るために従来一般に使用
されている漏洩磁束型の装置または、第４図に示すよう
な可飽和リアクトルＬ等を用いる必要かなく、これに伴
う損失や力率の低下を生ずることかない。

■　また、得られる周波数が３倍となるので、変圧器か
小型となり、重量か従来の１／３て済み、大変小型軽量
となる。また構造か簡単で小型軽量となるので、製造コ
ストも大幅に低減できる。

■　また、従来の装置では無負荷電圧か６０Ｖ〜１００
ｖ必要であったか、本発明では無負荷電圧かかなり小さ
くて済み、安全であるとともに取扱いも簡単で技術の熟
練を必要とせず、かつ自動化も容易である。

■　１相の交流正弦波形の点弧角を１２０度を中心に前
後に適当に調整することにより、アークの強さを大きく
調整することかてきる。

つまり、調整範囲を従来に比べて広くすることかでき、
コンピュータによる自動側部を行うことによって従来不
可能であった領域の溶接を可能にし、かつ溶接安定性を
得ることがてきる。

■　また、小型軽量でかつアークか安定しているのて、
これをロボットに搭載することにより大型厚板のアーク
溶接を行うことかできる。すなわち、同じ重量で従来の
３倍の溶接能力を発揮てきる。

■　さらに本実施例では、２つの変圧器７０゜８０を用
い、それぞれの二次コイル一端を共通接続した共通出力
端子Ｃと各二次コイル他端側の出力端子Ａ、　　Ｂとの
間に出力を得るようにしているため、１つの被溶接材１
１に対して、２つの被溶接材１０ａ、１０ｂを同時に゛
溶接することが可能となり、作業性を向上することかで
きる。

■　また上記実施例では、共通出力端子Ｃを基準として
出力端子Ａ、Ｂには同相の電圧が発生するようにしてい
るため、上記両出力端子Ａ、　　Ｂを共通接続して２つ
の変圧器７０．８０の二次コイルを並列接続とすること
により、第５図（ａ）、　（ｂ）から分かるように二次
側の出力電流か１つの変圧器の出力電流Ｉの２倍になり
、電力ＰはＰ二２Ｉ・Ｖと変圧器１つの場合（Ｐ＝Ｉ−
Ｖ）の二倍になる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

第６図は本発明の第２の実施例による電源装置の全体構
成を示し、この実施例では、上記両変圧器７０．８０の
二次側出力を直列接続としており、この点のみ上記第１
の実施例と異なる。

この実施例では、第６図（ｂ）、　（Ｃ）から分かるよ
うに、両変圧器の二次コイルの他端側出力端子Ａ。

８間には、変圧器１つの場合の出力電圧Ｖの二倍の電圧
か発生し、この場合も電力ＰはＰ＝２’Ｖ・Ｉと変圧器
１つの場合（Ｐ＝Ｖ・■）の二倍になる。

なお、上記各実施例では、第１．第２の相選択回路５２
ａ、５２ｂでは、第７図（ｂ）に示すように変換回路５
１の６相■〜■のうちからＵ相■、■相■、Ｗ相■を選
択するようにしていたか、各相選択回路での選択する相
はこれに限るものではない。

第７図は本発明の第３の実施例による電源装置を説明す
るための図であり、ここでは、第１の相選択回路５２ａ
で変換回路５Ｉの６相の出力■〜■から、Ｕ相■、Ｖ相
■、Ｗ相■を選択し、第２の相選択回路５２ては、上記
とは逆相のＵ′相■Ｖ′相■、Ｗ′相■を選択するよう
にしている。

その他の点は上記第１あるいは第２の実施例と同一であ
る。

この実施例では、各変圧器の一次側に、互いに逆相の関
係にある２つの３相を供給するようにしているため、上
述した実施例の効果に加えて、フリッカの問題を解決す
ることかできる。特に大型２電極方式のシーム溶接装置
に卓効かある。

また第８図は本発明の第４の実施例による電源装置の変
圧部を示し、この実施例は、上記第１又は第２の実施例
において各相選択回路５２ａ、５２ｂを、Ｗ相■に代え
てその逆相であるＷ′相■を選択するよう設定したもの
である。この実施例においては上記の実施例と同じく各
相を約１２０゜〜約１８０°間で点弧すると、各変圧器
の二次側出力に得られる波形は第８図（ｂｌのような波
形となり、−周期において＋側に３個の鋸歯状波か、側
に３個の鋸歯状波か得られることとなる。つまり３相６
０サイクルの電源人力に対し、単相６０サイクルであり
なから１秒間に３６０個の鋸歯状波が得られることとな
る。

このように１相のみを逆相として各相を約１２０°〜約
１８０°で位相制御すれば、各変圧器の２次側に上記の
ような６０サイクルの鋸歯状波の波形が得られるので、
これをスポット溶接または鍛造成形用加熱電源等に使用
すれば、１８０サイクルの鋸歯状波よりもリアクタンス
損失が少なく、それだけ加熱エネルギーか増大すること
となって、２つの変圧器の直列あるいは並列出力か有利
なものとなる。具体的には、懐の深い溶接、つまり変圧
部からかなり離れた位置での溶接が可能となる。

第９図（ａ）はこの発明の第５の実施例による電源装置
の変圧部を示し、これは第１又は第２の実施例において
第４の実施例のように各相選択回路５２ａ、５２ｂを、
Ｗ相■に代えてその逆相であるＷ′相■を選択するよう
設定するとともに、Ｕ相を約１２０°〜約１８０°、■
相を約０°〜約１８０°、Ｗ′相を約６０°〜約１８０
°で点弧するようにしたものであり、この場合は各変圧
器の二次側出力には、第９図（ｂ）のように、大きな波
高の６０サイクルの鋸歯状波が得られ、該両度圧器の直
列あるいは並列出力はスポット溶接にはさらに有利なも
のとなる。

この実施例ては、Ｕ相の点弧開始時期か約１２０°で、
溶接電流波形の鋸歯状波か第９図（ｂ）のような形状で
ある場合を示したが、点弧開始時期を１００°程度にす
れば、各変圧器の出力には、立ち上がり位置がより前方
となり、かつ立上り波形の上端頭部か丸みを帯びた鋸歯
状波か得られ（第９図（Ｃ）参照）、溶接の用途によっ
てはこのような波形の溶接電流が有効である。

第１０図（ａｌはこの発明の第４の実施例による電源装
置の変圧部を示し、この実施例は第１又は第２の実施例
において、各位相制御回路６０ａ、６０ｂを、Ｗ相を常
に開放とし、Ｕ相及びＶ相を約１２０°〜約１８０°間
で点弧するよう構成したものである。この場合第１０図
（ｂ）のように、各変圧器の出力には、−周期において
＋側及び−側にそれぞれ、所定間隔を置いて２個の鋸歯
状波か得られ、つまり＋側及び−側に中休み期間を持つ
波形が得られ、両度圧器の二次側直列あるいは並列出力
は、鋳物等、急激に温度上昇を行ってはならないものの
溶接に便利なものとなる。

またここで、第１Ｏ図（Ｃ）に示すようにＵ相を１２０
°〜１８０°、■相を０°〜１８０°で点弧するように
すると、各変圧器の出力には、両相のエネルギーか合成
されて波形の立ち上かり初期か強く漸次弱くなる擬似鋸
歯状波（第１Ｏ図（ｄ）参照）か得られる。

また第１１図は本発明の第７の実施例による電源装置の
変圧部を示し、ここては、第１あるいは第２の実施例に
おいて各相選択回路５２ａ、５２ｂを、Ｕ相、Ｖ相　Ｗ
ｒ相を選択するよう設定し、各位相制御回路６０ａ、６
０ｂを、Ｕ相を６０゜〜１８０°で点弧し、Ｗ′相を０
°〜１８０°で点弧し、■相を常に開放とするよう構成
しており、この場合、各変圧器の出力には、第１０図（
ｄ）に波形に比へさらにエネルギーの大きい第１１図（
Ｃ）のような波形か得られる。

この場合波形の立ち上かり初期のエネルギーか大きく、
また急峻に立ち上がるので、上記両度圧器の二次側の直
列あるいは並列出力は、スポ・ット溶接やアーク溶接等
に有利なものとなる。またこの場合溶接の強さが増大す
るので、溶接速度の増大や厚い被溶接材への溶接か可能
となる。さらに各相の点弧の範囲を変えることにより出
力エネルギーを任意の値に調整てきる。

なお、上記第４〜第７の実施例では、各変圧器の一次側
に同相の３相を供給する場合を示したか、これは第３の
実施例で説明したように、各変圧器の一次側に逆相の関
係にある２つの３相を供給するようにしてもよく、この
場合フリッカの問題を解消することかできる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、３相交流電源に接続さ
れ、６相交流を発生し、６相のうちから所望の３つの相
からなる第１．第２の３相交流出力を出力可能な６相／
３相変換回路と、該６相／３相変換回路からの第１．第
２の３相交流出力の供給を、例えば各相の約１２０°〜
１８０°の範囲のみ行うよう制価する第１．第２の位相
制御回路と、一次側に３相−次コイルを、二次側に単相
の二次コイルを巻回した単相鉄芯を有し、上記３相の一
次コイルか上記第１．第２の位相制御回路を介して上記
第１．第２の３相交流出力に接続され、上記二次コイル
を並列あるいは直列接続した第１．第２の変圧部とを備
え、上記二次コイルの共通出力に単相交流を出力するよ
うにしたので、出力として３倍周波の鋸歯状波形か得ら
れ、３相不平衡の問題かなく効率のよい電源装置か得ら
れる。

また各変圧部の二次コイルは並列あるいは直列に接続さ
れているため、出力電流あるいは出力電圧を倍増するこ
とができ、これにより電源の高出力化を図ることかでき
る。

さらに上記各変圧部の一次側に、それぞれ逆相関係にあ
る２つの３相を供給することにより、フリッ力の問題を
なくすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアーク溶接機に用い
た電源装置を説明するための図、第２図は該電源装置の
動作を説明するための波形図、第３図は該アーク溶接機
の動作を説明する図、第４図は従来の可飽和リアクトル
を用いたアーク溶接機を示す図、第５図は上記電源装置
の出力電圧。出力電流を示す波形図、第６図は本発明の第２の実施例
による電源装置を説明するための図、第７図はこの発明
の第３の実施例による電源装置を示す図、第８図はこの
発明の第４の実施例による電源装置を示す図、第９図は
この発明の第５の実施例による電源装置を示す図、第１
０図は本発明の第６の実施例による電源装置を示す図、
第１１図は本発明の第７の実施例による電源装置を示す
図である。図において、１．　２．　３は３相交流電源端子、１０
は溶接電極、１１は被溶接材、１２はアース、１３はア
ーク、５０は６相／３相変換回路、５１は変換回路、５
２ａ、５２ｂは第１１　第２の相選択回路、６０ａ、６
０ｂは第１．第２の位相制御回路、７０．８０は第１．
第２の変圧器、７１〜７３．８１〜８３は３相の一次コ
イル、７４，８４は二次コイル、１００は電源装置、３
００は溶接部、Ａ、Ｂ、Ｃは出力端子である。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３相交流電源に接続され、３相交流電力を６相変
流電力に変換し、６相のうちの所望の３つの相からなる
第１、第２の３相交流出力を出力可能な６相／３相変換
回路と、上記第１、第２の３相交流出力をそれぞれの各相毎に点
弧制御する第１、第２の位相制御回路と、一次側に３相
の一次コイルを、二次側に単相の二次コイルを巻回した
単相鉄芯を有し、上記３相の一次コイルが上記第１、第
２の位相制御回路を介して上記第１、第２の３相交流出
力に接続され、上記二次コイルの一端を共通接続した第
１、第２の変圧部とを備え、単相交流を出力することを特徴とする電源装置。
（２）請求項１記載の電源装置において、上記６相／３相変換回路は、３相交流電源に接続され、３相交流電力を、その第１相
〜第３相及びこれらと逆相である第１逆相〜第３逆相か
らなる６相の交流電力に変換する変換回路と、該変換回路の６相の出力のうちから所望の３つの出力を
選択し、上記第１、第２の位相制御回路に供給する第１
、第２の相選択回路とからなるものであることを特徴と
する電源装置。
（３）請求項２記載の電源装置において、上記第１、第２の変圧部の二次コイルを並列に接続した
ことを特徴とする電源装置。
（４）請求項２記載の電源装置において、上記第１、第２の変圧部の二次コイルを直列に接続した
ことを特徴とする電源装置。
（５）請求項３または４記載の電源装置において、上記
両相選択回路は、変換回路の６相出力のうちから、上記
第１相〜第３相を、または第１相、第２相、及び第３逆
相を選択するものであり、上記両位相制御回路は、各相
を約１２０°〜約１８０°で点弧するものであることを
特徴とする電源装置。
（６）請求項５記載の電源装置において、上記両位相制御回路を、第１相を約１２０°〜約１８０
°で点弧し、第２相を約１２０°〜約１８０°あるいは
約０°〜約１８０°で点弧し、第３相を点弧しないもの
としたことを特徴とする電源装置。
（７）請求項５記載の電源装置において、上記両位相制御回路を、第１相を約１２０°〜約１８０
°で点弧し、第２相を約０°〜約１８０°で点弧し、第
３逆相を約６０°〜約１８０°で点弧するものとしたこ
とを特徴とする電源装置。
（８）請求項５記載の電源装置において、上記両位相制御回路を、第１相を約６０°〜約１８０°
で点弧し、第３逆相を約０°〜約１８０°で点弧し、第
２相を点弧しないものとしたことを特徴とする電源装置
。
（９）請求項５または８のいずれかに記載の電源装置に
おいて、上記第２の相選択回路を、第１の相選択回路で選択した
３つの各相とは逆相の関係にある３つの相を選択するも
のとし、上記第２の位相制御回路を、第１の位相制御回路での各
相の点弧角と同一の角度で、各相の逆相に対応する相を
点弧制御するよう構成したことを特徴とする電源装置。