JPH058800Y2

JPH058800Y2 -

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Publication number: JPH058800Y2
Application number: JP1985009024U
Authority: JP
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2000-01-25
Also published as: JPS61126800U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は発電機の出力制御装置、特に発電機を
アーク溶接機等の電源として用いる際に、簡単な
構成によつて出力を制御し得るようにした発電機
の出力制御装置に関するものである。

〔従来の技術と考案が解決しようとする問題点〕

従来、内燃機関を用いて発電機を駆動し、当該
発電機の出力を電源として用いてアーク溶接等を
行ういわゆるエンジンウエルダがある。該エンジ
ンウエルダに用いられる発電機の電気出力特性
は、アーク溶接等を良好に行うために垂下特性と
なつている。更に、アーク溶接等を行う際に、最
適な条件に電気出力特性を設定するという制御が
可能な構成が採用されている。該制御として例え
ば実公昭48−17540号に記載されている如く、内
燃機関に主発電機と制御発電機とを連結し、該制
御発電機によつて発電された交流電力の正のサイ
クルおよび負のサイクルについて夫々いわばチヨ
ツパ的に所定の導通角の間、SCR（サイリスタ）
を用いて当該制御発電機の出力端を短絡するよう
制御していた。そして、該短絡するよう制御して
得られた電力を整流し、該整流した直流電流を可
飽和リアクトルの制御信号として供給することに
よつて、当該可飽和リアクトルを介して主発電機
から供給された電気出力を用いてアーク溶接等を
行つていた。該構成を採用することによつて、ア
ーク溶接等しようとしている母材等に最適な例え
ばアーク電流値に制御することができると共に遠
隔操作を行うことができる。

しかしながら、当該制御は制御発電機の出力の
正方向および負方向について夫々独立のサイリス
タを用いていたため、例えば当該サイリスタのゲ
ート感度、位相制御用等のコンデンサの容量のバ
ラツキ等によつてバランスのとれた全波制御を行
い難いという問題点があつた。また、正方向およ
び負方向の電圧に対して夫々導通角を制御する必
要があり、構成および制御を簡素化し難いという
問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、前記問題点を解決するために、例え
ば誘導子発電機等に電機子巻線と励磁巻線とを設
け、該励磁巻線によつて発電された交流電圧のい
わば正方向あるいは負方向のいずれか一方のみ所
定の導通角の間短絡制御し、該短絡制御して得ら
れた交流電力を整流して前記誘導子発電機の界磁
巻線に供給するよう制御することにより、制御装
置の構成を簡単にしかつサイリスタのゲート感
度、コンデンサ容量のバラツキ等に影響されない
ようにしている。そのため、本考案の発電機の出
力制御装置は、電機子巻線と励磁巻線EXと当該
励磁巻線EXからの出力電流が供給される界磁巻
線FCとをそなえた発電機における前記電機子巻
線から出力される電力を制御する発電機の出力制
御装置において、前記発電機中の励磁巻線EXに
よつて発電された交流電圧の正のサイクルあるい
は負のサイクルのうちいずれか一方についてのみ
所定の導通角の間短絡する短絡装置SCR₁と、該
短絡装置によつて所定の導通角の間短絡された交
流電圧にもとづいて界磁電流が供給される界磁巻
線FCとを備え、前記短絡装置によつて短絡され
る導通角を制御することによつて前記発電機から
出力される電力を制御するよう構成したことを特
徴としている。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本考案の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本考案の１実施例要部構成図、第２図
および第３図は第１図図示本考案の１実施例要部
構成の動作を説明する波形図、第４図は第１図図
示構成を用いた本考案の１実施例全体構成図、第
５図および第６図は第４図図示エンジンウエルダ
の具体的構造図、第７図および第８図は本考案の
他の実施例要部構成図を示す。

図中、１，１−１は制御装置、２は遅延回路、
３は誘導子、４は電流検出器、５はエンジン、７
は電機子鉄心、８は界磁巻線FC、９，１０は励
磁巻線、１１はホトカプラ、１１−１は受光素
子、１１−２は発光素子、SCR₁，SCR₂はサイリ
スタを表す。

第１図において、図中制御装置１は本考案の要
部構成に係わるものであつて、誘導子発電機等の
励磁巻線EX₁によつて発電された交流電圧例えば
300Hzの交流電圧の正方向あるいは負方向のサイ
クルのいずれか一方のみに対して所定の導通角の
間SCR₁（サイリスタ）を用いていわばチヨツパ的
に当該励磁巻線EX₁の出力端を短絡するよう制御
するためのものである。該制御装置１によつて所
定の導通角の間短絡された交流電圧は、図中整流
器によつて整流され、誘導子発電機等の界磁巻線
FCに供給される。以上の如く当該制御装置１に
よつて導通角を制御する構成を採用することによ
り、界磁巻線FCに流れる電流値の大きさを調整
して例えば３相電機子巻線ｕ，ｖおよびｗに発生
する３相電力を整流し、最適な条件のもとでアー
ク溶接等を行うことができる。以下詳述する。

第１図図中励磁巻線EX₁によつて発電された交
流電圧が図示ａの如き正のサイクル（半波）であ
る場合、ダイオードD₃およびD₂が導通状態にな
る。このため、コンデンサC₄は、図示ダイオー
ドD₃、半固定抵抗器VR₂、可変抵抗器VR₁およ
び半固定抵抗器VR₃を用いて分圧した図中可変抵
抗器VR₁の中点に生じた正の交流電圧によつて充
電される。該充電された正の電圧値がサイリスタ
SCR₂のゲート電圧よりも高くなつた時点で当該
サイリスタSCR₂は導通状態になる。そして、励
磁巻線EX₁によつて発電された正のサイクルの交
流電圧がダイオードD₂、抵抗R₅、導通状態のサ
イリスタSCR₂および抵抗R₂を介してサイリスタ
SCR₁のゲートに印加され、当該サイリスタSCR₁
を導通状態にする。これにより、励磁巻線EX₁に
発生した正のサイクルの交流電圧がいわば短絡さ
れることとなる。そして、前記可変抵抗器VR₁の
中点に発生する電圧を調整して当該サイリスタ
SCR₁の導通角を任意に可変することにより、当
該導通角に対応する交流電圧を全波整流すること
によつて得られた直流電圧が界磁巻線FCに供給
されている。これにより、界磁巻線FCに供給す
る励磁電流が制御されることとなる。この際、後
述する如く、本考案では正のサイクルあるいは負
のサイクルのいずれか一方のみに対して導通角を
制御するいわゆる半波制御を行つているが、誘導
子発電機等を用いて高周波発電機例えば360Hzの
高周波の発電を行う如き場合には、あたかも全波
制御を行つた如き特性が得られる。これは、第１
図図中サイリスタSCR₁による短絡電流の影響に
よつて逆方向電圧例えばｂ方向の立ち上がりが抑
えられることによつて生じるものである。

尚、半固定抵抗器VR₂およびVR₃は、界磁電流
調整用の可変抵抗器VR₁によるアーク溶接時等に
おける溶接出力の最大値と最小値とを調整するた
めのものである。コンデンサC₃はサイリスタ
SCR₁の導通角が小さい場合に、ダイオードD₂お
よび抵抗R₅を介して供給される電力が不足する
ため、当該電力を補うために設けられたものであ
る。更にコンデンサC₂は導通角が大きい場合に、
コンデンサC₄に充電される電力だけではサイリ
スタSCR₂を導通状態にするために十分でないた
め、確実に導通状態にするように当該サイリスタ
SCR₂のゲートとカソードとの間に接続されたも
のである。

第２図および第３図は導通角を制御した場合の
励磁巻線EX₁に流れる電流I_EAおよびサイリスタ
SCR₁に流れる電流I_Sについての夫々の実験結果
を示す。

第２図イ，ロ，ハおよびニは第２図ホ図示構成
を用いてサイリスタSCR₁の導通角を順次大きく
していつた場合に当該励磁巻線EX₁から界磁巻線
FCに向かつて流れる電流I_EAの電流波形を示す。
図中t_ONはサイリスタSCR₁が導通状態になつた時
点を示し、第１図図中可変抵抗器VR₁の中点に分
圧される交流電圧を可変することによつて得られ
る。また、斜線部分はサイリスタSCR₁が導通状
態にある領域を示す。

次に、第３図イ，ロおよびハは第３図ニ図示構
成を用いてサイリスタSCR₁の導通角を順次大き
くしていつた場合に当該励磁巻線EX₁からサイリ
スタSCR₁に向かつて流れる電流I_Sの電流波形を
示す。図中t_ONはサイリスタSCR₁が導通状態にな
つた時点を示す。また、斜線部分はサイリスタ
SCR₁が導通状態にある領域を示す。

以上説明した第２図および第３図図示電流波形
図から判明するように、サイリスタSCR₁を用い
て励磁巻線EX₁によつて発電された交流電圧の正
あるいは負のサイクルのいずれか一方の導通角を
制御するのみであつても、界磁巻線FCに供給さ
れる電流について負方向の電流レベルも変化する
形となり、ほぼ全波制御に近い制御を行うことが
できる。

以下第１図図示制御装置１を用いたエンジンウ
エルダの全体構成および動作を順次詳細に説明す
る。

第４図は第１図図示構成を用いたエンジンウエ
ルダの全体構成図を示す。

図中誘導子３がエンジン５によつて駆動される
ことにより、３相電機子巻線ｕ，ｖおよびｗに３
相交流電圧が発生する。図示の場合には、電機子
鉄心７等に残留磁気がない場合でも電圧が正しく
立ち上がるようにバツテリＢからダイオードを介
して界磁巻線FC８に電流が供給されている。始
動後は第１の励磁巻線EX₁９に発生した交流電圧
を整流した直流電圧がバツテリ電圧よりも高くな
るのでバツテリＢから電流が供給されることはな
い。

３相電機子巻線ｕ，ｖおよびｗに発生した３相
交流電圧は３相両波整流されて直流電圧に変換さ
れた後、図示溶接棒および母材に供給される。該
溶接棒に供給される電流は電流検出器４に入力さ
れる。該電流検出器４は負荷電流が例えば流れて
いない場合に、信号を送出して図示ソレノイドを
作動させてエンジン５をアイドリング状態にする
と共に、遅延回路２を介して図示ソレノイドを作
動させて接点を閉状態にして第２の励磁巻線EX₂
１０から発生した交流電圧を整流器に供給し、整
流した直流電流を界磁巻線８に重畳して供給す
る。

このようにすることにより、既述した如く無負
荷時、例えば溶接を行つていない待機状態にある
場合にエンジン５をアイドリング状態にして燃料
の節約を図ると共に、アイドリング状態でも即時
溶接可能な直流電圧例えば45ボルトに発電機出力
電圧が保持されているため、エンジン５を一旦定
格速度に上昇させて溶接するに十分な電圧が発生
するまで待つ必要がない。

また、遅延回路２はアイドリング状態移行時に
誘導子３がいまだ比較的高速回転している間に励
磁巻線１０からの電流が界磁巻線８に重畳して供
給されることによる界磁巻線８に流れる過大電流
を防止する役割を果たす。そして、該過大電流が
突入することによる振動や過大に増大する発電機
出力電圧によつて界磁巻線８あるいは電機子巻線
等が絶縁劣化等したり、発電機等が瞬間的に大き
な音を発生したりするのを防止するために設けら
れている。

第５図および第６図は第１図図示構成を用いた
誘導子発電機の構造を示す。

第５図イ図中誘導子３はエンジン等によつて矢
印方向に回転移動するものであり、磁性体である
鉄等によつて構成されている。

図中電機子鉄心７には本例では３相（Ｕ，Ｖお
よびＷ相）電機子巻線ｕ，ｖおよびｗを巻回する
スロツトおよび直流磁界を与える界磁巻線FC８
を巻回するスロツト等が設けられている。

図中第１の励磁巻線EX₁９は電機子巻線を巻回
するスロツトとは別に独自に設けられたスロツト
に巻回されている。従つて、たとえ電機子巻線
ｕ，ｖおよびｗに短絡電流が流れても、励磁巻線
９に生じる出力電流は殆ど低下することはなく界
磁巻線８に所定の直流電流を供給することが出来
る。このため、当該構成の誘導子発電機の垂下特
性は、第５図ロに示すように短絡電流が流れる際
に、電圧に無関係にほぼ定電流特性となり、溶接
に適したものとなる。

また、エンジンウエルダとして誘導子発電機を
用いかつ無負荷時にエンジンをアイドリング状態
にして燃料の節約を図るものにあつては、前記自
励用の励磁巻線９あるいは別に設けた第２の励磁
巻線１０に生じた交流電圧を整流してアイドリン
グ状態の時のみ界磁巻線８に電流を供給して出力
電圧を所定電圧、例えば溶接開始するに適した電
圧である約45ボルトに上昇させてアイドリング状
態から即時に溶接可能とするようにする。

第６図は自励用の励磁巻線９，１０を収める専
用のスロツトを設けた誘導子発電機の場合が示さ
れている。

図中８，９，１０，ｕ，ｖおよびｗは第５図図
示のものに対応している。

誘導子３の凸部が右方向に回転するに伴い、３
相電機子巻線ｕ，ｖおよびｗと鎖交する磁束およ
び励磁巻線９，１０と鎖交する磁束が変化して
夫々交流電圧を発生する。即ち、界磁巻線８に直
流電流を流すことにより電機子鉄心７と誘導子３
との間に界磁巻線８の巻数および電流の積に相当
する励磁力がかかり、該励磁力を例えば励磁巻線
９の巻回された磁極部の磁気抵抗で除算した値が
前記鎖交磁束となる。従つて、例えば励磁巻線９
に発生する電圧は、誘導子３が回転移動した際に
電機子鉄心７と誘導子３との間で磁気抵抗が変化
した前記交流電圧として発生される。該励磁巻線
９に生じた交流の出力電圧は整流されて前記界磁
巻線８に自励の形で供給される。

第１の励磁巻線９は電機子巻線ｕ，ｖあるいは
ｗから離れた位置に設けられた別のスロツトに巻
回されているため、たとえ電機子巻線ｕ，ｖある
いはｗに溶接時の短絡電流が流れてたとしても電
機子反作用による鎖交磁束が減少す影響を殆ど受
けることがなく所定の出力電圧を発生している。
このため、第５図ロ図示の如き溶接等に適した垂
下特性を有するものが得られる。

また、第２の励磁巻線EX₂１０はエンジンによ
り駆動される誘導子発電機がアイドリング状態の
時に溶接を即時に開始する等のために設けられて
いるものである。

第７図は他の実施例を示し、サイリスタSCR₁
のゲートにホトカプラ１１を配置した例を示す。
該ホトカプラ１１は低速時（アイドリング時等）
にサイリスタSCR₁をいわば強制的に非導通状態
にするためのものである。図中遅延回路２から発
光素子１１−２に供給されていた電流をOFFに
することによつて、受光素子１１−１が非導通状
態にされる。これによつて、サイリスタSCR₁は
非導通状態に保持されることとなる。以上の如き
構成を用いることにより、例えばアイドリング時
には既述した如く励磁巻線EX₂からの電流が界磁
巻線FCに供給され、励磁巻線EX₁から界磁巻線
FCに電流が供給されることがなくなる。このた
め、全ての電流がサイリスタSCR₁に流れてしま
い、過電流によつて当該サイリスタSCR₁が破壊
される場合が生じ得るが、第７図図示構成によれ
ばアイドリング時には当該サイリスタSCR₁が非
導通状態に保持されるため、当該サイリスタ
SCR₁が破壊されることはない。また、ホトカプ
ラ１１の保護用としてツエナーダイオードZDを
図示の如く接続してある。更にサイリスタSCR₁
のゲートとカソードとの間にコンデンサC_xが接
続してある。これは、当該サイリスタSCR₁の導
通角が大きい場合にターンオン条件を十分に満た
すようにするためである。尚、他の素子および動
作は第１図図示のものと同一あるいは等効であ
る。

第８図は第１図あるいは第７図図示構成中のダ
イオードD₁，D₂，D₃をまとめて１個のダイオー
オD_xを接続した実施例を示す。該構成を採用す
ることにより、回路構成が更に簡素化されること
となる。

〔考案の効果〕

以上説明した如く、本考案によれば、誘導子発
電機等に電機子巻線と励磁巻線とを設け、該励磁
巻線によつて発電された交流電圧のいわば正方向
あるいは負方向のいずれか一方のみ所定の導通角
の間短絡制御し、該短絡制御して得られた交流電
力を整流して前記誘導子発電機の界磁巻線に供給
するよう制御しているため、制御装置の構成を簡
単にしかつサイリスタのゲート感度、コンデンサ
容量のバラツキ等に影響されないようにすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例要部構成図、第２図
および第３図は第１図図示本考案の１実施例要部
構成の動作を説明する波形図、第４図は第１図図
示構成を用いた本考案の１実施例全体構成図、第
５図および第６図は第４図図示エンジンウエルダ
の具体的構造図、第７図および第８図は本考案の
他の実施例要部構成図を示す。図中、１，１−１は制御装置、２は遅延回路、
３は誘導子、４は電流検出器、５はエンジン、７
は電機子鉄心、８は界磁巻線FC、９，１０は励
磁巻線、１１はホトカプラ、１１−１は受光素
子、１１−２は発光素子、SCR₁，SCR₂はサイリ
スタを表す。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

電機子巻線と励磁巻線EXと当該励磁巻線EXか
らの出力電流が供給される界磁巻線FCとをそな
えた発電機における前記電機子巻線から出力され
る電力を制御する発電機の出力制御装置におい
て、前記発電機中の励磁巻線EXによつて発電さ
れた交流電圧の正のサイクルあるいは負のサイク
ルのうちいずれか一方についてのみ所定の導通角
の間短絡する短絡装置SCR₁と、該短絡装置によ
つて所定の導通角の間短絡された交流電圧にもと
づいて界磁電流が供給される界磁巻線FCとを備
え、前記短絡装置によつて短絡される導通角を制
御することによつて前記発電機から出力される電
力を制御するよう構成したことを特徴とする発電
機の出力制御装置。