JPH0441074A

JPH0441074A - 電源装置

Info

Publication number: JPH0441074A
Application number: JP15058590A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 佐藤　亮拿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1992-02-12
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JP2884547B2

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やスポット溶接装置、
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、通常単相交流が使用さ
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が、これらの場合大
電流になればなるほど３相不平衡が生じるという問題が
あり、また電力効率が悪いという問題があった。

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倍の過大電流が流れる等、安定した電流を取り出
し難く、特にｉｉ源装宜としての信顧性に問題があった
。

また、スポット溶接装置のＮＢとして上述の３相似周波
方式が採用されているが、装置が大型かつ高価で故障が
多いという問題があった。

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１ｆｆｆ漏洩やり
アクドルによる損失が大きいと言う問題点があった。

さらに最近インバータ一方式が多く採用され、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が、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。そこで小型軽量で効
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、軽量で効率のよい、３相交流を単相交流
に変換する電源装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電源装置は、３相交流電源に接続される端
子と、３相交流の供給を、例えば各相の約１２０゜〜約
１８０°の範囲のみ行うように制御する位相制御回路と
、１次側に３つの１次コイルを、２次側に１つの２次コ
イルを巻回した鉄芯を有し、上記３つの１次コイルが上
記位相制御回路を介して３相交流電源に接続された変圧
部とを備え、単相交流を出力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第１．第２、第３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倍周波の鋸歯状の磁束が発生し、このため２次
巻線には立上りが急峻でその後電圧レベルが急速に膝下
する垂下特性を持った３倍周波の単相交流が誘導される
。

これにより小型、軽量で効率のよい電源装置が得られる
。

〔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。図において、１゜２．３は
３相交流を源、４は３相交流ｉｉ源の供給を各相の１２
０゜〜１８０°の範囲のみ行うよう制御する位相制御回
路、９は１次側に３つの１次コイル５，６．７を、２次
側に１つの２次コイル８を巻回した薄鉄板の積層体から
なる鉄芯を有する変圧器、１２はアース、１００は上記
位相制御回路４及び変圧器９からなる電源装置である。

また３００はアーク溶接を行う溶接部であり、これは２
次コイル８に接続された溶接電極１０と、２次巻線８の
アース端１２に接続された被溶接材１１とからなり、１
３はアークである。

第１図（ｂ）は上記位相制御回路４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、２０
ｃ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より変圧器９の３相コイル５，
６．７への通電は、位相制御器４によって制御され、第
２図（ａ）に示すように第１．第２゜第３のコイル５．
６．７には、各相の交流正弦波形Ｘ、Ｙ、Ｚの位相角１
２０度〜１８０度の範囲（ＸについてはＣとｆ、　Ｙに
ついてはｂとｅ、　　Ｚについてはａとｄ）内において
のみ通電が行われ、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３相の各コイル５．６．７に順次通電が
繰り返されると、鉄芯内には第２図（ｂ）。

（Ｃ）から分かるように３倍周波の垂下特性を持った磁
束が誘導され、これにより２次コイル８には同じく第２
図（ｂ）に示すような鋸歯状の３倍周波の電流が誘導さ
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
溶接電極１０に印加され、被溶接材１１との間でアーク
１３を発生し、アーク溶接が行われる。この際、以下に
述べる効果が得られる。

■　上記のように２次側の単相出力としては、１次側の
３相交流の３倍の周波数、すなわち６０サイクルに対し
１８０サイクルが得られるので溶接速度が従来の３相／
単相変換装置を用いた場合に比べて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が、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が出やすくか
つ安定したアークが得られる。

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等を用いる必要がなく、これに伴
う損失や力率の低下を生ずることがない。

■　また、得られる周波数が３倍となるので、変圧器が
小型となり、重量が従来の１／３で済み、大変小型軽量
となる。また構造が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が６０Ｖ〜１００
■必要であったが、本発明では３５Ｖ〜５５Ｖで済み、
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
調整することができる。

つまり、調整範囲を従来に比べて広くすることができ、
コンピュータによる自動制御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
得ることができる。

■　また、小型軽量でかつアークが安定しているので、
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
溶接を行うことができる。すなわち、同じ重量で従来の
３倍の溶接能力を発揮できる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

第５図（ａ）はこの発明の第２の実施例による電源装置
を示し、この実施例は上記第１の実施例において第３相
を逆相にしたものである。この実施例においては上記第
１の実施例と同じく３相を約１２０“〜約１８０°間で
点弧すると、得られる波形は第５図（ｂ）のような波形
となり、−周期において＋側に３個の鋸歯状波が、−例
に３個の鋸歯状波が得られることとなる。つまり３相６
０サイクルの電源入力に対し、単相６０サイクルであり
ながら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３相の各々を約１２０
゜〜約１８０°で位相制御すれば、２次側に上記のよう
な６０サイクルの鋸歯状波が得られるので、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、１
８０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が増大することとなって有
利となる。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６図（ａ）はこの発明の第３の実施例を示し、これは
第２の実施例のように３相を逆相にするとともに、ｌ相
を約１２０゜〜約１８０°、２相を約０゜〜約１８０’
　　３相を約６０゜〜約１８０゜で点弧するようにした
ものであり、この場合は第６図（５）のように、大きな
波高の６０サイクルの鋸歯状波が得られ、スポット溶接
にはさらに有利となる。

第７図（ａ）はこの発明の第４の実施例を示し、この実
施例は第１の実施例において、位相制御回路４を、第３
相を常に開放とし、第１相及び第２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７図ら）のように、周期において＋側及び−側にそ
れぞれ、所定間隔を置いて２個の鋸歯状波が得られ、つ
まり＋側及び−例に中休み期間を持つ波形が得られ、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
便利である。

なお、この第４の実施例では、位相例ｗＪ回路を第１相
及び第２相のみ点弧するよう構成したが、その代わりに
変圧器を１次側に第１相と第２相の２つのコイルのみ有
する構成としてもよい。

また、１次及び２次コイルの数は、上記各実施例で示し
たものに限定されず、それらの倍数にしてもよい。

また上記説明では、各相の点弧開始時期が約１２０°で
、溶接ｉｉ流流形形鋸歯状波が第２図ら）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、立ち上がり位置がより前方となり、かつ立上り
波形の上端頭部が丸みを帯びた鋸歯状波が得られ、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。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、３相交流電源と３相交
流の供給を、例えば各相の約１２０゜〜約１８０′の範
囲のみ行うよう制御する位相制御回路と、１次側に３つ
の１次コイルを、２次側に１つの２次コイルを巻回した
鉄芯を有し、上記３つの１次コイルが上記位相制御回路
を介して３相交流電源に接続された変圧器とを備え、単
相交流を出力できるようにしたので、出力として３倍周
波の鋸歯状波形が得られ、小型、軽量で効率のよい電源
装置が得られる効果がある。

【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
た電源装置を示す図、第２図は該電源装置の出力波形を
説明する図、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図はこの発明の第２の実施例による
電源装置を示す図、第６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７図はこの発明の第４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、５．６．
７は１次コイル、８は２次コイル、９は変圧器、１０は
溶接電極、１１は被溶接材、１２はアース、１３はアー
ク、１００は電源装置、３００は溶接部である。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る端子と、３相交流の供給を各相ごとに点弧制御する位相制御回路
と、１次側に３相の１次コイルを、２次側に単相の２次コイ
ルを巻回した単相鉄芯を有し、上記３相の１次コイルが
上記位相制御回路を介して３相交流電源に接続された変
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、上記変圧部は１次側に３つのコイルを、２次側に１つの
コイルを有す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、上記位相制御回路は３相交流の供給を各相の約１２０゜
〜約１８０゜の範囲のみ行うよう制御するものであるこ
とを特徴とする電源装置。
（４）請求項３記載の電源装置において、上記３つの１次コイルのうちの１相を逆相としたことを
特徴とする電源装置。
（５）請求項４記載の電源装置において、逆相にしたのは第３相であり、上記位相制御回路は第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相
を約６０゜〜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２記載の電源装置において、上記位相制御回路は第１相及び第２相をそれぞれ約１２
０゜〜約１８０゜の範囲で点弧し、第３相を点弧しない
ものであることを特徴とする電源装置。
（７）請求項１記載の電源装置において、上記変圧部は、１次側に２つの１次コイルを、２次側に
１つの２次コイルを有するものであり、上記位相制御回
路は３相交流の供給を各相の約１２０゜〜約１８０゜の
範囲のみ行うよう制御するものであることを特徴とする
電源装置。