JPH06234072A

JPH06234072A - 溶接用インバーター電源

Info

Publication number: JPH06234072A
Application number: JP5341783A
Authority: JP
Inventors: George D Blankenship; ディブランケンシップジョージ
Original assignee: Lincoln Electric Co
Current assignee: Lincoln Electric Co
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1994-08-23
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: NO934636L; CA2110832A1; US5349157A; AU655130B2; KR940019187A; NO934636D0; CA2110832C; TW249307B; KR0134946B1; EP0605879A1; AU5230993A; JP2597951B2

Abstract

(57)【要約】【目的】アーク溶接動作のための電源として使用される
タイプの高周波インバータを提供する。【構成】第一の二次巻線における第一の電流パルス及び
第二の二次巻線における第二の電流パルスを生ずるため
の変圧器手段、並びにチョークを通りそして溶接ステー
ションを形成する要素を経て２個の反対の極性パルスを
通過させるための二次巻線を接続するための手段を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接動作のため
の電源として使用されるタイプの高周波インバータの技
術に関し、そしてさらに特に電極要素及び工作物要素を
含む溶接ステーションにチョークを経て溶接電流を供給
するための改良された高周波電源に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、直流溶接に使用される高周波
インバータに特に応用でき、その際、整流された直流電
源は、変圧器手段の二次側で交番極性出力パルスを生ず
るように最後にスイッチされ、出力パルスは整流され、
そして溶接動作を行う目的で溶接ステーションの電極要
素及び工作物を経る。本発明は、インバータのこの使用
に関して記述されるが、本発明は、さらに広い応用を有
し、そして溶接動作を行う目的で溶接ステーションの電
極要素及び工作物を経る電流を生ずる一連の電流パルス
を発生するタイプの種々の高周波インバータとともに使
用できる。本発明の好ましい応用によれば、スイッチイ
ング動作は、２個の別々の交番に動作されるスイッチ手
段例えばＦＥＴにより達成され、その際、１個のスイッ
チ手段は、作動して変圧器手段のコアを磁化し、そして
他のスイッチイング手段は、変圧器手段の二次側で別の
相対する極性の電流パルスを生ずるために使用される。
２個のスイッチ手段の動作を交番にスイッチすることに
より、高周波交流が、２個の二次巻線に磁気的にカップ
リングされる。パルスの形のこの高周波電流は、電気的
フィルタリング手段例えばインダクタ又はチョークを経
て直流溶接機の出力端子へ整流手段例えば高速ダイオー
ドにより導かれる。本発明が特に関係しているタイプの
インバータのための出力変圧器手段の二次段階は、別に
整流される電流パルスが生ずる２個の二次巻線を有す
る。変圧器手段の出力が第一の二次巻線により生ずると
き、電源における第一の電気的極性に生ずる電流のパル
スが存在する。反対の電気的極性のパルスは、次に電源
の変圧器手段の出力で第二の二次巻線に生ずる。これら
の反対の極性電流パルスは、高速ダイオードを経て溶接
ステーションに向う。適切な極性の高周波の電流パルス
は、従って直流溶接機の出力端子へのインダクタ又はチ
ョークを経て、溶接機のインダクタ又はチョークに向け
られる。

【０００３】第一及び第二の電流パルスを生ずるための
第一及び第二のスイッチ手段は、選択されたパルス時間
又はパルス巾及び繰返し率の電気的トリガ又はゲートパ
ルスによりコントロールされる。溶接機出力の電流又は
電圧の大きさをコントロールするために、トリガパルス
の巾、スペーシングは、溶接ステーション又は設備の電
極及び工作物を経て出力電流を変えるために変化され
る。さらに大きな電流又は電圧が溶接動作に要求される
とき、変圧器手段の一次側を働かすためのパルスの巾
は、出力電流における所望の増大に比例して増大する。
電流は、通常、選択された周波数例えば２０ＫＨｚで動
作される電圧コントロールパルス巾モジュレータ回路の
使用により、インバータのためのフィードバック回路に
よりコントロールされる。これらのモジュレータは、普
通、電気的スイッチモードインバータ電源で使用され、
そして当業者に良く知られている標準の集積回路パッケ
ージの形で利用できる。動作の選択された周波数は、フ
ィードバック電流信号への溶接機の応答時間に影響する
か、又は電圧信号を感知し、従って溶接機の能力に影響
して溶接アークの小さい変化に応答する。約１０ＫＨｚ
より上の高周波は、性能に実質的な改良をもたらすため
に必要である。動作の周波数は、又アークの聴度及び溶
接回路に影響する。不快なノイズを最低にしさらに動作
者の文句を改善するために、約２０ＫＨｚより上の周波
数が通常選ばれる。

【０００４】Ｂｌｉｃｚｏの特許第４８９７５２２号の
発明では、本発明が特に関している高周波インバータ
は、インバータの動作電流範囲を拡大するために追加の
電圧を提供するために電源変圧器の出力のブースタ巻線
を含むことにより修飾される。電源変圧器のための入力
即ち一次巻線は、密にカップリングされた変圧器のデザ
インのコアを飽和しがちであり、一つの方向のパルス
は、他の電気的方向のパルスと異なる持続時間（ｔｉｍ
ｅｄｕｒａｔｉｏｎ）を有する。変圧器を経る異なる
電流を有することにより、直流成分が生じ、コアで大き
な直流を流させる。この電流は、大きなアンペア回数生
成物を生じ、変圧器の直流フラックスを、変圧器のコア
の飽和のために増大させる。従って、Ｂｌｉｃｚｏにお
ける新規なデザインは、周知の構造物より非常に有利で
あるが、変圧器のフェライトコア材料の適切な利用を得
るのに問題を提起し、さらに巻線のやり方の複雑性をも
たらした。その上、従来の電源は、低い溶接電流でやや
不安定であり、そして溶接動作の開始に関して或る困難
をもたらした。

【０００５】

【発明の概要】上記のタイプの高周波インバータタイプ
電源で経験する不利益は、本発明により克服される。本
発明は、第一の二次巻線における第一の電流パルス及び
第二の二次巻線における第二の電流パルスを生ずるため
の変圧器手段、並びにチョークを通りそして溶接ステー
ションを形成する要素を経て２個の反対の極性パルスを
通過させるための二次巻線を接続するための手段を含む
高周波インバータタイプ電源における改良に関する。本
発明の改良は、第一のコア並びに第一のコアの上に電源
の第一の二次巻線を受容するための手段を有する第一の
変圧器、並びに別のしかも異なる第二のコア並びに第二
のコア上に電源の第二の二次巻線を受容するための手段
を有する第二の変圧器中に変圧器手段を構築し、第一の
コアは、第一のパルスが発生すると第一のフラクッス方
向に磁化され、第二のコアは、第二のパルスが発生する
と第二のフラクッス方向に磁化される。２個の変圧器を
利用する改良は、又第一のコアが第一の方向に磁化され
るとき、第二の方向とは反対のフラックス方向に第二の
コアを磁化するためのコアリセット手段を含むことによ
りさらに改良される。同様なやり方で、このコアリセッ
ト手段は、第二のコアが第二の方向に磁化されるとき、
第一の方向とは反対のフラックス方向に第一のコアを磁
化するためのコアリセット手段をさらに含む。電源の変
圧器手段に別のコアを設けることにより、２個の別のし
かも異なる一次側は、別のコアに巻かれる。これらの巻
線は、一つが第一のコア上にありそして二つ目が第二の
コア上にある２個のリセット巻線の形であるリセット手
段を除いて、それらが互いにカップリングされないよう
に分けられる。これらのリセット巻線は、直列の回路に
接続されて、第一のコアにより誘導される電流は、リセ
ットパルスとして第二のコアに適用され、その逆もそう
である。一つのコアから次のコアへの誘導された電流の
極性は、高周波インバータタイプ電源の変圧器手段を形
成する２個の別のしかも異なる一次巻線の１個により一
次パルスの適用に別々にコアをリセット又は磁化する。
従って、本発明は、インバータタイプ電源のための出力
回路の改良に関し、第一及び第二の相対する極性のパル
スは、別々のコアと結合する二次巻線に反対の極性パル
スを誘導し、リセット巻線は、それにより、他の変圧器
の一次巻線へインバータによる電流パルスの次の適用に
先だって１個のコアをリセットする。

【０００６】本発明の他の態様によれば、インバータタ
イプ電源の出力段階は、溶接ステーション要素例えば電
極及び工作物の一つに補助巻線を接続するための電流コ
ントロール手段における二次巻線の一つと直列で接続さ
れた補助電流ブースティング巻線を含み、電流コントロ
ール回路は、電源から第一のパルスと同じ方向にポール
された単向装置及び単向装置と直列の限流要素を含む。
この装置により、追加の電圧は、低い溶接電流でアーク
を経て生ずる。本発明の他の態様は、低い溶接電流で生
じた高い電圧が補助巻線により駆動されるバックグラウ
ンド電流を生ずるためのエネルギーの貯蔵を生じさせる
ように、高周波インバータの出力段階における補助巻線
と結合するエネルギー貯蔵手段を提供することである。
従って、最低の電流がアークを経て維持される。エネル
ギー貯蔵手段は、変圧器手段の主電力出力と溶接ステー
ション或は設備との間のチョークより実質的に高いイン
ダクタンスを有するインダクタである。このやり方で、
主溶接チョークは、電源からの早い応答を許す比較的低
いインダクタンスを有することができる。出力変圧器手
段の補助巻線部分の高いインダクタンスは、溶接回路を
通る最低の電流を生ずる。このバックグラウンド電流
は、高い又は低い電流の要求により急速に変化する必要
がない。このやり方で、急速な応答時間が、電源の出力
回路に小さいチョーク或はインダクタンスをもたらし、
一方電源それ自体は、溶接動作のために最低のバックグ
ラウント電流を維持するために、補助巻線部分に大きな
チョークを組み込む。本発明のさらに他の態様は、出力
回路で高周波始動発電機により駆動される変圧器の二次
側として電源の出力チョークの使用を含む。溶接ステー
ション要素と直列のコンデンサ及び二次巻線と単向回路
との間の限流インダクタ手段を含む単向回路は、始動変
圧器の動作中単向回路に電流を維持するのに使用され
る。その結果、サイクルの開始時又はサイクルの間の何
れかで、アークの始動に使用される高周波且つ高電圧の
パルスは、電源の出力回路で集中され、そして電源の電
流感知の確度に影響しない。

【０００７】本発明の主な目的は、溶接に使用されそし
て２個の交流の一次巻線を有する高周波インバータタイ
プ電源のために出力回路を設けることにあり、その回路
は、出力変圧器手段の飽和を防ぎ、溶接アークを安定化
し、電源に悪影響を与えることなくアークの高周波始動
をさせ、開路電圧条件中電源を安定化する。本発明の他
の目的は、溶接用の改良された高周波インバータタイプ
電源を作るための出力回路を提供することであり、その
出力回路は、動作するのに安価であり、急速な応答で条
件を変化させ、そして特に溶接サイクルの予めプログラ
ムされた複雑な動作に応用できる。本発明の他の目的
は、上記のような、溶接用の政良された高周波インバー
タタイプ電源を作るための出力回路を提供することであ
り、その出力回路は、インバータの出力を溶接ステーシ
ョンに導くための従来の変圧器装置の或る特徴を改良す
る。

【０００８】図１は、本発明の好ましい態様の配線図で
ある。

【０００９】その示していることは本発明の好ましい態
様を説明するためのものてありそしてそれを制限するこ
とを目的としていない図に関して、三相入力１２及び直
流出力を発生させるための三相ブリッジ整流器及びフィ
ルタネットワーク１４を有するタイプの高周波インバタ
１０は、出力端末１６ａ、１６ｂ及び１８ａ、１８ｂの
二つの別々のセットとして示される。もちろん、整流器
の出力は、単一の正及び負の末端である。出力端末の二
つのセットは、本来、第一の変圧器Ａの第一の一次巻線
２２及び第二の変圧器Ｂの第二の一次巻線２４により、
変圧器手段２０の形の出力段階に供給される電力を示す
代表例である。変圧器は、Ａ及びＢにより又示される相
対する方向に入力電流を生ずる。この態様では、一つの
巻線は、コアＣ１を磁化するのに使用され、別の巻線
は、コアＣ２を磁化するのに使用される。或る高周波イ
ンバータでは、相対する方向の電流は、出力変圧器の一
次側として働く単一の巻線を経て通る。二つのセットの
スイッチイング装置Ｓ１、Ｓ２及びＳ３、Ｓ４が、コア
Ｃ１を磁化し次に変圧器手段２０のコアＣ２を磁化する
目的で使用される。スイッチング装置Ｓ１−Ｓ４は、Ｆ
ＥＴとして示される。装置Ｓ１、Ｓ２の作動は、電流を
して、第一の一次巻線２２を経て方向Ａに流させる。同
様なやり方で、スイッチ又はスイッチング装置Ｓ３、Ｓ
４の閉鎖又は作動は、電流の流れをして第二の一次巻線
２４を経て方向Ｂに流させる。このやり方で、コアＣ
１、Ｃ２は、スイッチングセットの交番の動作により交
番に磁化される。この機能は、別々のセクション４２、
４４に分割されるように示される、二次巻線４０を含む
インバータの二次又は出力段階の巻線に誘導電圧を生じ
させる。これらのセクションは、それらが同じ方向に極
性化されるので、個々の巻線か又は単一の巻線のセクシ
ョンである。同様なやり方で、巻線４４は、変圧器Ｂの
二次側である。巻線４０の中心のタップは、共通の接合
５０である。間隔のあいた巻線の端５２、５４は、Ｂｉ
ｌｃｚｏの米国特許第４８９７５２２号に開示された発
明を組み込む前のインバータのための出力段階を構成し
た。整流ダイオード６０、６２は、端末５２、５４から
の電流を受容するために共通の接合又はタップ５０と共
通の出力端末５６との間に直流出力を生じさせる。タッ
プ５０と端末５６との間の直流電流は、電極要素７０及
び工作物要素７２を含む溶接ステーションＷを通って流
れる。接合又はタップ５０と端末５６との間の電流のパ
ルスは、以下に説明されるように標準のチョーク８０を
通ってフィルタされ、そして溶接ステーションＷを通し
て適用される。

【００１０】スイッチ可能な装置Ｓ１−Ｓ４の二つのセ
ットの作動を同期化するために、パルス巾変調モードで
コントロールされしかも２０ＫＨｚの周波数で動作する
シーケンス時計１０２を有する標準のトリガ又はゲーテ
ィング回路１００が存在する。回路１００は、出力又は
ゲート１−６を含み、出力１−４は、それぞれ装置Ｓ１
−Ｓ４をスイッチするために作動信号を生成するように
適合される。第一の動作相中、出力１及び２のゲート信
号又はトリガパルスは、同時にスイッチＳ３、Ｓ２を作
動して、第一の変圧器の巻線２２を経て方向Ａに電流を
流す。次に、出力１、２の作動ゲート信号は、取り除か
れ、そしてエート信号は、出力３、４で発生する。これ
らの信号又はトリガパルスは、スイッチＳ３、Ｓ４を作
動して、図に示すように二次変圧器の巻線２４を経て方
向Ｂに磁化した電流を流す。出力１、２そして次に出力
３、４のパルスは、２０ＫＨｚのパルス速度で生ずる。
パルスの巾は、溶接ステーションの出力電流をコントロ
ールするために変化する。一定の電流溶接モードでは、
これは、一般に、検出器例えばシャント１２０により出
力回路中の電流を感知することにより達成される。感知
された電流は、ライン１２２により概略的に描かれた電
圧に応じてパルス巾を変えることにより回路１００をコ
ントロールする。電流が低下すると、ライン１２２の電
圧は低下し、ＦＥＴＳ１−Ｓ４に関するトリガパルス
の巾は、標準のパルス巾変調の概念に従って増加する。
高周波インバータ１０は、補助電圧ブースティング二次
巻線２００、２０２を含む。これらの巻線は、二次巻線
セクション４２、４４と直列で接続する。実際には、こ
れらの巻線のそれぞれは、約１１０ボルトへ最大の出力
電圧を上げるための十分な巻数よりなる。これらの補助
巻線は、それぞれ、限流インダクタ２０４、２０６を含
む電流コントロール回路と直列である。もちろん、抵抗
器が限流の目的で使用できるだろうが、チョーク２０
４、２０６は、それらの発熱が少ないために、抵抗器よ
り能率的である。単向装置２１０、２１２は、ダイオー
ド６０、６２と調整して、補助電流巻線２００、２０２
の出力電流を整流する。単向装置２１０、２１２は、そ
れぞれＳＣＲＳ５及びＳ６として描かれる。ＳＣＲ
は、補助電流巻線２００、２０２を選択的に行う能力を
もたらすだろう。補助巻線を使用することにより、これ
らの電流の特徴は、標準の特性曲線の上に重ねられる。

【００１１】本発明によれば、変圧器手段２０は、二つ
の別々の異なる変圧器Ａ、Ｂに分割される。変圧器Ａ
は、電流Ａ方向、一次巻線２２及び二次巻線４４と組み
合わされる。第二の変圧器Ｂは、方向Ｂに電流により駆
動され、そして一次巻線２４及び二次巻線５４を含む。
これらの２個の異なる変圧器は、前述のように、それら
の二次側で相互に接続される。コアＣ１及びＣ２は、異
なるコアであり、そして誘導的にカップリングされてい
ない。これは、同一のコアに固くカップリングした変圧
器の巻線に固有な飽和を避ける。過去において、もし方
向Ａの電流と方向Ｂの電流との間のパルスのタイミング
が正確でなく等しくないならば、固くカップリングした
変圧器デザインは、電圧−秒のエネルギーを形成するだ
ろう。このエネルギーは、単一のコアを使用するとき二
つの方向Ａ、Ｂで等しくないので、飽和が生ずるだろ
う。これは、同じコアに設けられた一次巻線が低いイン
ピーダンス巻線であるという事実に基づいた。その結
果、方向Ａの電流と方向Ｂの電流との間の不均衡により
生ずる小さい直流電圧成分は、大きな直流電流を一次側
を通って流した。この高い電流は、アンペアと巻数との
非常に高い積を主じ、そして実質的な直流フラックスを
変圧器に送り込んだ。変圧器のコアを飽和したこのフラ
ックスは、非能率を生じさせた。たとえ過去に試みられ
た電流モードコントロールスケーム及び正確な変圧器の
動作によっても、変圧器手段２０の二次出力回路におい
て反対の極性の電流パルスを生ずるのに使用されるコア
の飽和に関して、困難を経験していた。この困難は、本
発明により克服される。その結果、フェライトコア材料
の良好な利用が、コア飽和の積極的な防止とともに得ら
れる。この目的を達成するために、本発明は、並列でイ
ンダクタ２２２及び抵抗器２２４を有し、そして次に別
々のリセット巻線２３２、２３４を直列で有するリセッ
ト回路２２０とともに、前述のように２個のコアＣ１、
Ｃ２を使用する。これらの別々の巻線は、それぞれコア
Ｃ１、Ｃ２に加えられ、そして図に示されるように、イ
ンダクタ２２２及び抵抗器２２４の並列回路を通ってカ
ップリングされた。電流が方向Ａとして示されるように
変圧器Ａを通って流れるとき、電圧は、リセット巻線２
３２に誘導される。この電圧は、電流をしてインダクタ
２２２及び抵抗器２２４を経て流させる。このリセット
電流は、一次スイッチＳ３、Ｓ４が一次側２４を通して
電流Ｂを流す伝導性であるとき誘導されるのとは反対の
方向にある変圧器Ｂにフラックスを生じさせるリセット
巻線２３４を通して伝導される。回路２２２のこの作用
は、コアＣ２のフラックスをリセットする。インダクタ
２２２及び抵抗器２２４は、変圧器Ａ又は変圧器Ｂの何
れかのコアが飽和するようになる場合か、又は他の動作
条件がリセット回路２２０の電圧をして反対のリセット
巻線２３２、２３４の一つの誘導電圧以外であるように
する特別な場合に、電流を制限する。実際には、１２ボ
ルトリセット巻線が使用される回路２２０では、インダ
クタ２２２は、約０．０３０ｍＨであり、そして抵抗器
２２４は、２オームである。リセット回路２２０は、積
極的に飽和を防ぎそして巻線の複雑性を減少させること
により、変圧器のコストを低下させるより良いフェライ
トの利用により助けられる。リセット回路２２０は、他
のコアがその一次巻線から電流を受容しつつあるとき、
一つのコアＣ１、Ｃ２をリセットする。２段階インバー
タのための出力巻線のこの修飾は、実際に非常に成功す
ることが証明された。

【００１２】本発明の他の態様に従って、巻線２００、
２０２を含むブースト回路の組み合わされた出力は、共
通の接合２５２及び溶接ステーションＷの間の大きなイ
ンダクタ２５０によりもたらさられる。チョーク又はイ
ンダクタ２５０は、比較的大きなインダクタンス例えば
１５ｍＨを有する鋼コアチョークである。この大きなイ
ンダクタンスは、滑らかな形で溶接動作にバックグラウ
ンド電流を調節する。従って、電源又はインバータ１０
は、ブースト巻線２００、２０２からのエネルギーによ
り生ずる実質的に一定の最低のバックグラウンド電流を
維持しつつ、溶接電流の非常に早い速度の変調が可能で
ある。本発明の明らかな利点である高速度の動作を行う
ために、主溶接回路におけるインダクタンスは、極めて
低い。主溶接回路のこの低いインダクタンスは、低い電
流又は低い電圧における不連続な誘導にシフトする溶接
回路の傾向を増大する不利益を有する。ワークステーシ
ョンを経る電流の早い応答時間及び殆ど瞬間的なシフテ
ィングの必要な利点を得るために、低いインダクタンス
が、一次電源ダイオード６０、６２を経て供給されると
き、変圧器手段２０の二次部分に必要とされる。インダ
クタ２５０は、約２５アンペアより本質的に大きくそし
て好ましくは約３５アンペアである最低のバックグラウ
ンド電流を維持する。溶接動作における不連続な条件の
問題は、アークプラズマか低い電流であるとき例えばパ
ルスアークのバッククラウンド時間中或は短い回路溶接
工程中、特に重要である。インタクタ２５０の大きな誘
導性リアクタンスは、たとえ主溶接回路が溶接動作へ電
流を伝導しないときでも、電流を維持させる。

【００１３】リアクトル８０、２５０は、実際には、イ
ンダクタ２５０を含む回路からのバックグラウンド電流
が、２５ボルト静負荷で約３５アンペアを維持するよう
なサイズである。負荷電圧が増大するにつれ、バックク
ラウンド電流は減少する。同様に、負荷電圧が減少する
につれ、バックグラウンド電流は、上昇する。全ての場
合に、一次スイッチＳ１、Ｓ４の変調は、電流のレベル
をコントロールするが、ダイオード６０、６２の主溶接
回路とインダクタ又はチョーク２５０を経るバックグラ
ウンド電流との間の電流のスプリットは、負荷電圧に依
存し、そしてコントロール不可能であるが、但し相対的
リアクトルインピーダンス値を選ぶことを除く。前述し
たように、単向装置２１０、２１２が好ましいが、これ
らの装置は、望ましいときバックグラウンド電流を不連
続にするためにブースト巻線２００、２０２によりもた
らさられる電流のコントロールされる不活性化を行うＳ
ＣＲであろう。図の示されるように、インバータ１０に
関する出力回路は、ワークステーションＷの電極要素７
０と工作物要素７２との間のアークを始動する目的で、
高周波高電圧発電機３００を含む。本発明の他の態様に
よれば、発電機３００の出力は、インバータ１０用の出
力チョークでもある二次側８０での高周波パルスで電流
を生ずるために一次側３０４を有する変圧器３０２を含
む。そのため、変圧器３０２は、出力回路への高周波高
電圧の始動パルスの誘導並びにインバータのための比較
的小さい出力インダクタンスの発生の二つの目的に働
く。高い電流では、巻線又は二次側８０は、出力回路へ
の約１５ミクロヘンリーのインダクタンスを誘導する。
少なくとも少量のインダクタンスは、出力溶接電流を安
定化するのに必要である。溶接電流か流れないときに
は、高電圧高周波パルスが、発電機３００及び変圧器３
０２により溶接回路に誘導される。この高電圧高周波パ
ルスは、スパークギャップ放電により生じ、そして溶接
動作を始動するのに使用され、例えばＴＩＧ溶接パルス
である。ブランチ３３０のコンデンサ３３２及びダイオ
ード３３４は、インバータ回路が始動パルスにより影響
されないように、パイパス路の高電圧高周波始動パルス
中誘導される電流を伝導する。始動中、正に感知された
電流は、巻線８０の短点からアークそしてコンデンサ３
３２、ダイオード３３４を経て巻線８０に戻る。さら
に、或る電流はブランチ３４０の抵抗器３４２、３４４
を経て流れる。この始動電流がダイオード３６０を経て
流れることは通常可能であるが、これは、そのダイオー
ドが大電力ダイオードでありそして高周波高電圧始動パ
ルスにより損傷をうけるために、望ましくない。インダ
クタ３７０は、又ダイオード３６０と巻線８０との間に
設けられて、出力電力ダイオードからの高周波高電圧電
流パルスを有効にブロックする。実際には、インダクタ
３７０は、非常に小さく、そしてダイオード６０から巻
線又はチョーク８０へ延在する導線の回りに位置する小
さいフェライトリングとして構成される。

【００１４】始動パルスの発生中循環する電流は、コン
デンサ３３２及びダイオード３３４を有する第一のブラ
ンチ３３０及び抵抗器３４２、３４４を有する第二のブ
ランチを含む並列のコントロール回路３２０を含む。ラ
イン３４６は、それらの中間の段階で二つの並列のブラ
ンチを接続して、抵抗器３４２を経るコンデンサ３３２
の充電及び抵抗器３４４を経るコンデンサの放電を行
う。抵抗器は、ライン３５０によりチョーク１２０の反
対の側に接続する。チョーク１２０を経る流れを防ぐた
めに、ライン３５０は、シャントをバイパスする。コン
デンサ３３２は、シャントの出力側に接続する。溶接機
の出力の低い負荷で、抵抗器３４２は、全溶接電流の主
な部分である電流を伝導する。正確さを改良するため
に、抵抗器３４２を経るこの電流は、シャント１２０を
経て流れない。溶接動作中出力ケーブル及びコンデンサ
３３２を通って流れる始動パルス電流及び他のノイズ電
流を測定することは望まれない。その結果、コンデンサ
３３２は、シャント１２０の反対の側に接続される。イ
ンバータセクションが整流するとき、コンデンサ３３２
により伝導される電流がある。この電流は、測定回路に
導入されるが、電流は、インバータ動作と同期化され、
そしてシャント信号を測定するのに使用される直流応答
集積回路により区別できる交流信号である。その結果、
コンデンサ３３２を通って流れるたとえ僅かな電流でも
シャント１２０を経てフィードバックから排除される。
抵抗器３４２、３４４は、コンデンサ３３２及びダイオ
ード３３４と組合わさって、高電圧低電流負荷条件中イ
ンバータを安定化するのに働く。抵抗器３４２、３４４
の直列の組合せは、インバータ１０のための最低の負荷
となるであろう最大の抵抗をもたらす。従って、ブラン
チ３４０は、インバータのコントロールループを安定化
するために働く。抵抗器３４２、３４４は、約４５オー
ムの抵抗値である。これは、電源１０の動作の範囲を
０．１ミリオームから４５オームに低下させる。これ
は、抵抗器により生ずる最低の負荷なしの範囲より実質
的に小さい。さらに、コンデンサ３３２は、変圧器３０
２の入力及び抵抗器３４２、３４４の組合せで存在する
平均の電圧により決定される電圧に充電する。インダク
タ２５０が比較的大きいので、コンデンサ３３２は、ブ
ースト電圧の平均値に充電する。しかし、コンデンサ３
３２は、主溶接整流器６０、６２の出力で見出されるピ
ーク電圧に急速に充電する。抵抗器３４２は、主溶接回
路から運ばれるとき、コンデンサ３３２の充電電流を制
限するように設けられる。アークが点火したとき、コン
デンサ３３２は、ダイオード３３４及び抵抗器３４４を
経て放電する。そのため、ダイオード３３４は、高周波
始動動作をコントロールするために設けられるが、コン
デンサ３３２の放電電流を処理するように見積もられな
ければならない。

【００１５】追加の機能として、コンデンサ３３２及び
抵抗器３４２は、フィルタを形成して、電源の動作中電
圧の波形から高周波の寄生調波を除く。溶接ケーブル
は、非常に誘導的であるので、巻線８０は、インダクタ
であり、そして主変圧器Ａ、Ｂ及びチョーク８０への入
力の間の機械ケーブルに寄生インダクタンスも存在す
る。そのため、電流が急速に変化すべき条件下でインダ
クタの電圧分割により溶接回路に誘導される実質的な電
圧偏位がある。抵抗器３４２及びコンデンサ３３２は、
フィルタを形成して、この電圧を平滑にし、そして過剰
の逆電圧過渡からダイオード６０、６２及び３３４を保
護する。さらに、コントロール回路で誘導されるノイズ
の量は、このフィルタリングの概念により減少される。
ダイオード３６０、３６２は、両方のインバータの半分
のＦＥＴスイッチが非伝導条件にあるとき、電流が自由
に流れるのに使用される。このとき両方の出力ダイオ
ード６０、６２は、逆にバイアスされる。ダイオード３
６０は、主溶接電流を自由に流し、ダイオード３６２
は、インダクタ又はチョーク２５０を経てバックグラウ
ンド電流を自由に流す。ダイオード３６０、３６２は、
電源の動作に必須ではない。たとえ変圧器がリセット回
路２２０を経て緩くカップリングしていても、出力電流
は、変圧器コアを経て自由に流れるようにされ、変圧器
のコアは、変圧器の電圧が逆になるので、リセットする
だろう。自由に流れるエネルギーは、図示されていない
クランプダイオードを経て一次フィルタコンデンサにカ
ップリングする。変圧器に生ずる唯一の例は、変圧器の
コアが、それらが一次側電流により磁化されるのと反対
の方向に実際に飽和できることである。これは、大きな
問題ではなく、大きな変圧器の材料により調整できる。
自由に動作するダイオードが設けられて、電源の電力の
能率を改良する。エネルギーの損失は、電流が変圧器を
経て自由に戻りそしてクランプダイオードを経て電源の
一次側に戻ってカップリングするときより、ダイオード
を経て自由に流れるとき減少する。実際には、ダイオー
ド３６０が使用され、そしてダイオード３６２は使用さ
れない。バックグラウンド電流の高いレベルで、ダイオ
ード３６２は、図に示されているように、回路に組み込
まれる。ダイオード３６０、３６２が回路で使用されな
いとき、電流は、変圧器を経て自由に戻り、そして出力
電流は、非常に早く減少する。従って、非常な高速度動
作で、自由に動作するダイオードが本発明で使用されな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい態様の配線図である。

【符号の説明】

１１００の出力２１００の出力３１００の出力４１００の出力５１００の出力６１００の出力１０インバータ１２三相入力１４三相ブリッジ整流器及びフィルタ１６ａ出力端末１６ｂ出力端末１８ａ出力端末１８ｂ出力端末２０変圧器手段２２第一の一次巻線２４第二の一次巻線４０二次巻線４２４２の部分４４４２の部分５０共通の接合５２巻線の端５４巻線の端６０整流ダイオード６２整流ダイオード５６端末７０電極要素７２工作物要素８０レアクトル１００トリガ又はゲーティング回路１０２シーケンス時計１２０シャント１２２ライン２００ブースティング二次巻線２０２ブースティング二次巻線２０４限流インダクタ２０６限流インダクタ２００補助電流巻線２０２補助電流巻線２１０単向装置２１２単向装置２２２インダクタ２２４抵抗器２３２リセット巻線２３４リセット巻線２５０インダクタ２５２共通の接合３００発電機３０２変圧器３０４一次側３２０並列コントロール回路３３０ブランチ３３２コンデンサ３３４ダイオード３４０ブランチ３４２抵抗器３４４抵抗器３４６ライン３５０ライン３６０ダイオード３６２ダイオード３７０インダクタＡ変圧器Ｂ変圧器Ｃ１コアＣ２コアＳ１スイッチＳ２スイッチＳ３スイッチＳ４スイッチＳ５ＳＣＲＳ６ＳＣＲＷ溶接ステーション

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極要素及び工作物要素を含む溶接ステー
ションにチョークを通して溶接電流を供給するための高
周波電源において、該電源は、第一の二次巻線における
第一の電流パルス及び第二の二次巻線における第二の電
流パルスを生ずるための変圧器手段、並びに該チョーク
を通りそして該要素を経て該電流パルスを通過させるた
めの該二次巻線を接続するための手段を含み、改良は、
該変圧器手段が、第一の変圧器、第二の変圧器、コアリ
セット手段を含み、前記の第一の変圧器は、第一のコア
並びに前記の第一のコアに前記の第一の二次巻線を受容
するための手段を有ししかも前記の第一のコアは前記の
第一のパルスが発生すると第一のフラックス方向に磁化
され、前記の第二の変圧器は、第二のコア並びに前記の
第二のコアに前記の第二の二次巻線を受容するための手
段を有ししかも前記の第二のコアは前記の第二のパルス
が発生すると第二のフラックス方向に磁化され、そして
前記のコアリセット手段は、前記の第一のコアが前記の
第一の方向に磁化されるとき、前記の第二の方向とは反
対のフラックス方向に前記の第二のコアを磁化すること
を含む電源。
【請求項２】該コアリセット手段は、前記の第二のコア
が前記の第二の方向に磁化されるとき、前記の第一の方
向とは反対のフラックス方向に前記の第一のコアを磁化
するための手段をさらに含むことを改良とする請求項１
の電源。
【請求項３】該リセット手段は、前記の第一のコア上の
第一のリセット巻線、並びに前記の第二のコア上の第二
のリセット巻線を含みしかも前記の第一のリセット巻線
と直列であるリセット回路を含むことを改良とする請求
項２の電源。
【請求項４】該リセット回路は、該リセット巻線を通る
電流を制限するための手段を含むことを改良とする請求
項３の電源。
【請求項５】該リセット手段は、前記の第一のコア上の
第一のリセット巻線、並びに前記の第二のコア上の第二
のリセット巻線を含みしかも前記の第一のリセット巻線
と直列であるリセット回路を含むことを改良とする請求
項１の電源。
【請求項６】該リセット回路は、該リセット巻線を通る
電流を制限するための手段を含むことを改良とする請求
項５の電源。
【請求項７】前記の第一の二次巻線に直列で接続する補
助電流ブースティング巻線、並びに前記の溶接ステーシ
ョン要素の一つに該補助巻線を接続するための電流コン
トロール回路手段を含み、該電流コントロール回路手段
は、前記の第一のパルスと同じ方向にポールされた単向
装置、並びに該単向装置と直列の限流要素を含むことを
改良とする請求項２の電源。
【請求項８】該限流要素は、インダクタであることを改
良とする請求項７の電源。
【請求項９】該電流ブースティング巻線の該電流コント
ロール回路と直列のバックグラウンドインダクタを含む
ことを改良とする請求項７の電源。
【請求項１０】前記の第二の二次巻線に直列で接続する
第二の補助電流ブースティング巻線、並びに前記の第一
の上記のコントロール回路と該バックグラウンドインダ
クタとの間の位置で前記の一つのステーション要素に前
記の第二の補助巻線を接続するための第二の電流コント
ロール回路手段を含むことを改良とする請求項９の電
源。
【請求項１１】前記の第一の二次巻線に直列で接続する
補助電流ブースティング巻線、並びに前記の溶接ステー
ション要素の一つに該補助巻線を接続するための電流コ
ントロール回路手段を含み、該電流コントロール回路手
段は、前記の第一のパルスと同じ方向にポールされた単
向装置、並びに該単向装置と直列の限流要素を含むこと
を改良とする請求項１の電源。
【請求項１２】該電流ブースティング巻線の該電流コン
トロール回路と直列のバックグラウンドインダクタを含
むことを改良とする請求項１１の電源。
【請求項１３】前記の第二の二次巻線に直列で接続する
第二の補助電流ブースティング巻線、並びに前記の第一
の上記のコントロール回路と該バックグラウンドインダ
クタとの間の位置で前記の一つのステーション要素に前
記の第二の補助巻線を接続するための第二の電流コント
ロール回路手段を含むことを改良とする請求項１２の電
源。
【請求項１４】前記の第二の二次巻線に直列で接続する
第二の補助電流ブースティング巻線、並びに前記の一つ
のステーション要素に前記の第二の補助巻線を接続する
ための第二の電流コントロール回路手段を含み、前記の
第二の電流コントロール回路は、前記の第一の上記の電
流コントロール回路の該単向装置と同じ方向にポールさ
れた単向装置を含むことを改良とする請求項１１の電
源。
【請求項１５】該電流ブースティング巻線の該電流コン
トロール回路と直列のバックグラウンドインダクタを含
むことを改良とする請求項１４の電源。
【請求項１６】前記の第一のコア上の第一の補助巻線、
前記の第二のコア上の第二の補助巻線、共通の接合に該
補助巻線を接続するための手段、並びに該電源の動作中
所定の方向に該溶接ステーション要素の間に最低の溶接
電流を維持するための該接合と該溶接ステーション要素
の一つとの間のエネルギー貯蔵手段を含むことを改良と
する請求項１の電源。
【請求項１７】該エネルギー貯蔵手段はインダクタであ
ることを改良とする請求項１６の電源。
【請求項１８】該インダクタは、少なくとも約２５アン
ペアの溶接電流を維持する値を有することを改良とする
請求項１７の電源。
【請求項１９】電極要素及び工作物要素を含む溶接ステ
ーションにチョークを通して溶接電流を供給するための
高周波電源において、該電源は、第一の二次巻線におけ
る第一の電流パルス及び第二の二次巻線における第二の
電流パルスを生ずるための変圧器手段、並びに該チョー
クを通りそして該要素を経て該電流パルスを通過させる
ための該二次巻線を接続するための手段を含み、改良
は、前記の第一のコア上の第一の補助巻線、前記の第二
のコア上の第二の補助巻線、共通の接合に該補助巻線を
接続するための手段、並びに該電源の動作中所定の方向
に該溶接ステーション要素の間に最低の溶接電流を維持
するための該接合と該溶接ステーション要素の一つとの
間のエネルギー貯蔵手段を含む電源。
【請求項２０】該エネルギー貯蔵手段はインダクタであ
ることを改良とする請求項１９の電源。
【請求項２１】該インダクタは、少なくとも約２５アン
ペアの溶接電流を維持する値を有することを改良とする
請求項２０の電源。
【請求項２２】電極要素及び工作物要素を含む溶接ステ
ーションにチョークを通して溶接電流を供給するための
高周波電源において、該電源は、第一の二次巻線におけ
る第一の電流パルス及び第二の二次巻線における第二の
電流パルスを生ずるための変圧器手段、並びに該チョー
クを通りそして該要素を経て該電流パルスを通過させる
ための該二次巻線を接続するための手段を含み、改良
は、該コアの一つの上の補助巻線、該電源の動作中所定
の方向に該溶接ステーション要素の間に最低の溶接電流
を維持するための該補助巻線と該溶接ステーション要素
の一つとの間のエネルギー貯蔵手段に該補助巻線を接続
するための手段を含む電源。
【請求項２３】該エネルギー貯蔵手段はインダクタであ
ることを改良とする請求項２２の電源。
【請求項２４】該インダクタは、少なくとも約２５アン
ペアの溶接電流を維持する値を有することを改良とする
請求項２３の電源。
【請求項２５】電極要素及び工作物要素を含む溶接ステ
ーションにチョークを通して溶接電流を供給するための
高周波電源において、該電源は、第一の二次巻線におけ
る第一の電流パルス及び第二の二次巻線における第二の
電流パルスを生ずるための変圧器手段、並びに該チョー
クを通りそして該要素を経て該電流パルスを通過させる
ための該二次巻線を接続するための手段を含み、改良
は、該チョークは高周波始動変圧器の二次側であり、単
向回路は、該溶接ステーション要素と直列のコンデンサ
並びに該始動変圧器の動作中該単向回路に電流を維持す
るための該二次巻線及び該単向回路の間の限流インダク
タ手段を含むことである電源。
【請求項２６】該単向回路は、該溶接ステーション要素
と同じ方向にポールされた該ダイオードと直列のコンデ
ンサを含むことを改良とする請求項２５の電源。
【請求項２７】該単向回路と並列の抵抗回路を含むこと
を改良とする請求項２５の電源。
【請求項２８】該溶接ステーション要素を経る電流を感
知するための手段、及び該電流感知手段と該溶接ステー
ションとの間に該単向回路を設けるための手段を含むこ
とを改良とする請求項２５の電源。