JPH0586317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特にTIG溶接用電源として好適なイ
ンバータ制御形の交直両用アーク溶接電源に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、インバータ制御の採用により小形軽量化
を図つた交直両用アーク溶接電源が実用化されて
いる。

その主回路構成を第３図に示す。すなわち、入
力端子１に印加された商用周波数の三相交流電圧
を入力側整流回路２により直流とし、これをイン
バータ３により商用周波数より高い周波数、例え
ば20kHzの交流に変換して主変圧器４に印加し、
主変圧器４により溶接に適した電圧に降圧された
交流電圧を出力側整流回路５、リアクタ６、コン
デンサ２０によつて平滑な直流とし、極性反転回
路２１を介して出力端子１４から交流出力と直流
出力を選択的に取り出す構成となつている。極性
反転回路２１はトランジスタ等の反転用スイツチ
ング素子２２，２３，２４，２５と逆並列ダイオ
ード２６，２７，２８，２９をブリツジ接続して
構成され、２２，２３と２４，２５の２組のスイ
ツチング素子を交互にオン・オフさせれば、出力
は交流となり、いずれか１組のスイツチング素子
のみをオンし続ければ、出力は直流となる。いず
れの場合も、インバータ３の出力パルス幅を変え
ることによつて出力制御を行なう。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、反転用スイツチング素子２
２〜２５のオン・オフの時間比と周期の選択によ
り溶接に適した交流出力波形が得られる。しか
し、アーク溶接回路は低圧大電流回路であるた
め、反転用スイツチング素子２２〜２５が大容量
素子となる上、常に２個直列に動作するため、電
力損失が大きい。さらに、主変圧器出力側回路は
負荷ケーブルも含めて誘導性回路であり、出力電
流の極性反転時に過渡電圧を発生するので、各ス
イツチング素子ごとに過渡電圧を吸収するための
コンデンサ・抵抗等の図示していない保護部品も
多数必要とする。この結果、溶接電源全体として
寸法・重量が大きく、かつ高価となるのを免れな
かつた。

本発明の目的は、より小形軽量で低損失であ
り、かつ経済的なインバータ制御形の交直両用ア
ーク溶接電源を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、インバータにより出力制御される
主変圧器の出力側に中性点を有する整流回路を設
け、この出力側整流回路の正負出力端子間に直列
接続された２個のコンデンサと直列接続された２
個の逆並列ダイオード付スイツチング素子とを並
列に接続してブリツジ回路を構成し、かつブリツ
ジ回路の上記両コンデンサの接続点を出力側整流
回路の中性点に接続し、ブリツジ回路の上記両コ
ンデンサの接続点と上記中性点との間またはブリ
ツジ回路と出力側整流回路の正負出力端子との間
にリアクタを設け、ブリツジ回路の上記両コンデ
ンサの接続点と上記両スイツチング素子の接続点
から溶接用出力端子を導出し、上記両スイツチン
グ素子のオンオフ制御により交流出力と直流出力
を選択的に取り出し得るようにすることで達成さ
れる。

〔作用〕

出力側整流回路の正側出力端子に接続されたス
イツチング素子をオンにすると、正側出力端子か
ら当該スイツチング素子と負荷を経て中性点へと
正方向の直流電流が流れ、出力側整流回路の負側
出力端子に接続されたスイツチング素子をオンに
すると、中性点から当該スイツチング素子と負荷
を経て負側出力端子へと逆方向の直流電流が流れ
る。両スイツチング素子を交互にオン・オフさせ
れば、上記経路で負荷に交流電流が流れ、出力側
のスイツチング素子２個で直流を交流に変換する
ことができる。出力回路のリアクタとコンデンサ
はインバータ出力周波数の電流リツプルを平滑化
する。いずれか一方のスイツチング素子がオンか
らオフになる極性反転時に出力回路のリアクタに
発生する過渡電圧は出力側整流回路を介してコン
デンサに吸収され、また負荷ケーブルに発生する
過渡電圧は他方のスイツチング素子が有する逆並
列ダイオードを介してコンデンサに吸収される。
そして、この過渡電圧により充電されたコンデン
サは、続いて他方のスイツチング素子がオフから
オンになつたときに負荷を通して放電し、アーク
の再点弧を助ける。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。

本実施例では、入力端子１に印加された商用周
波数の三相交流電圧を入力側整流回路２により直
流とし、これをインバータ３により商用周波数よ
り高い周波数、例えば20kHzの交流に変換して主
変圧器４に印加する。主変圧器４により溶接に適
した電圧に降圧された交流電圧を中性点Ｎを有す
る出力側整流回路５で全波整流して直流に変換す
る。

一方、逆並列ダイオード１２，１３を有する２
個のスイツチング素子１０，１１を直列に接続
し、これと並列に２個の直列コンデンサ８，９を
接続してブリツジ回路を構成する。なお、逆並列
ダイオード１２，１３は、一般的にはトランジス
タ等のスイツチング素子１０，１１に内蔵されて
いる。

上記ブリツジ回路のスイツチング素子１０とコ
ンデンサ８の接続点を出力側整流回路５の正側出
力端子に、スイツチング素子１１とコンデンサ９
の接続点を出力側整流回路５の負側出力端子に、
コンデンサ８，９の接続点をリアクタ６を介して
中性点Ｎにそれぞれ接続する。また、溶接用出力
をスイツチング素子１０，１１の接続点とコンデ
ンサ８，９の接続点から取り出すよう溶接用出力
端子１４を設ける。

上記構成において、スイツチング素子１０をオ
ンスイツチング素子１１をオフにすると、出力側
整流回路５の正側出力端子からスイツチング素子
１０、負荷（図示せず）、リアクタ６を経て中性
点Ｎへと正方向の直流電流が流れ、スイツチング
素子１０をオン・スイツチング素子１１をオンに
すると、中性点Ｎからリアクタ６、負荷（図示せ
ず）、スイツチング素子１１を経て出力側整流回
路５の負側出力端子へと逆方向の直流電流が流れ
る。また、スイツチング素子１０，１１を交互に
オン・オフさせると、上記の経路で負荷に交流電
流を供給することができる。このとき、オン・オ
フの時間比と周期を選択することによつて任意の
交流出力波形が得られる。

このようにスイツチング素子１０，１１のオ
ン・オフを制御するのが駆動回路１８であり、出
力電流値の制御は、変流器１５の電流検出値を電
流設定器１７の設定値と比較し、両者が一致する
ようにパルス幅制御回路１６でインバータ３の出
力パルス幅を制御することによつて行なわれる。

本機が最も一般的に使われる交流TIG溶接で
は、正極性半波から逆極性半波に移るときに再点
弧しにくい。この再点弧を助けるために必要とあ
れば、逆極性半波への極性反転時にコンデンサ９
を所要の電圧に充電する再点弧補助回路１９を設
ける。

インバータ出力周波数の電流リツプルはリアク
タ６とコンデンサ８，９で平滑化し、出力電流の
極性反転時にリアクタ６および図示しない負荷ケ
ーブルに発生する過渡電圧もコンデンサ８，９で
吸収する。その作用をスイツチング素子１０がオ
ンからオフになる反転時について説明すると、こ
のときリアクタ６に発生する過渡電圧は、リアク
タ６→主変圧器４→出力側整流回路５→コンデン
サ８→リアクタ６の経路でコンデンサ８を充電す
る。また負荷ケーブルに発生する過渡電圧は、負
荷ケーブル→コンデンサ９→逆並列ダイオード１
３→負荷ケーブルの経路でコンデンサ９を充電す
る。そして、コンデンサ９の電荷は、続いてスイ
ツチング素子１１がオフからオンになつたときに
負荷を通して放電し、アークの再点弧を助ける。
スイツチング素子１１がオンからオフになる反転
時についても上記と同様である。このように、コ
ンデンサ８，９は電流リツプルの平滑化、過渡電
圧の吸収・再点弧の促進を行なう。

第１図のリアクタ６に代えて、第２図に示すよ
うに出力側整流回路５の正側出力端子とブリツジ
回路との間および出力側整流回路５の負側出力端
子とブリツジ回路との間にリアクタ６，７を別置
してもよい。この場合、リアクタ６，７の鉄心を
共通として両者を磁気的に結合し、それぞれの誘
起電圧の向きを通電方向と一致させることにより
スイツチング素子１０がオンからオフになる反転
時にリアクタ６に発生する過渡電圧でリアクタ７
に電圧を誘起させ、その電圧によつて逆極性側の
コンデンサ９を充電することができ、反転時リア
クタに発生する電圧をより有効に再点弧に利用で
きるようになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下記のような効果がある。

(1) 最も高価な回路部品である出力側の反転用ス
イツチング素子が２個でよく、各スイツチング
素子に付属するコンデンサ、抵抗等の保護部品
もそれだけ少なくてすむので、それらのコスト
が従来機の1/2となり、経済的である。

(2) 反転用スイツチング素子は１個ずつ動作する
ので、その電力損失が従来機に比べ半減する。

(3) 特別な部品を用いずに、電流リツプルの平滑
化、極性反転時の過渡電圧の吸収、吸収したエ
ネルギーによるアークの再点弧の促進ができ
る。

(4) 正方向電流と逆方向電流を流す電源として主
変圧器および出力側整流回路を共用できるた
め、回路構成が簡単で電力損失も少なく、溶接
電源をより小形軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は本発明の他の実施例を示す回路図、第３図は
インバータ制御形交直両用アーク溶接電源の従来
例の回路図である。 ３……インバータ、４……主変圧器、５……出
力側整流回路、６，７……リアクタ、８，９……
コンデンサ、１０，１１……スイツチング素子、
１２，１３……逆並列ダイオード、１４……出力
端子、１８……駆動回路、Ｎ……中性点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インバータにより出力制御される主変圧器の
   出力側に中性点を有する整流回路を設け、この出
   力側整流回路の正負出力端子間に直列接続された
   ２個のコンデンサと直列接続された２個の逆並列
   ダイオード付スイツチング素子とを並列に接続し
   てブリツジ回路を構成し、かつブリツジ回路の上
   記両コンデンサの接続点を出力側整流回路の中性
   点に接続し、ブリツジ回路の上記両コンデンサの
   接続点と上記中性点との間またはブリツジ回路と
   出力側整流回路の正負出力端子との間にリアクタ
   を設け、ブリツジ回路の上記両コンデンサの接続
   点と上記両スイツチング素子の接続点から溶接用
   出力端子を導出し、上記両スイツチング素子のオ
   ンオフ制御により交流出力と直流出力を選択的に
   取り出し得るようにしたことを特徴とする交直両
   用アーク溶接電源。 ２ ブリツジ回路と出力側整流回路の正側出力端
   子との間およびブリツジ回路と出力側整流回路の
   負側出力端子との間にリアクタを設け、両方のリ
   アクタを磁気的に結合したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の交直両用アーク溶接電
   源。