JPH0653308B2

JPH0653308B2 - ア−ク溶接電源

Info

Publication number: JPH0653308B2
Application number: JP31439486A
Authority: JP
Inventors: 喜久夫寺山; 成美福元; 慶樹森本; 敏光土井
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPS63165075A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、アーク溶接電源の改良に関するものであり、
特に正、逆両極性を交互に切替えて溶接部に電力を供給
するアーク溶接電源に関するものである。

〔従来の技術〕

アーク溶接に用いる電源として電極側を負電位とする正
極性および電極側を正電位とする逆極性の両極性を切替
える方式のものが直流電源と極性切替用スイツチング素
子との組合せによつて得るものとして提案されている。
（例えば特開昭60−１８２７５号公報）。第１２図には
この種の従来装置の例を示す接続図である。同図におい
て１は公知の直流電源であり、２は直流電源１の出力を
平滑するためのリアクトルである。３ａないし３ｄはブ
リッジ接続されたスイツチング素子、４は電極、５は被
溶接物、６はスイツチング素子３ａないし３ｄを駆動す
るためのスイツチング素子駆動回路である。７は直流電
源１の出力を平滑するとともに回路に発生するサージ電
圧を吸収するための比較的大容量のコンデンサである。
第１３図は第１２図の従来装置の動作を説明するための
線図でありスイツチング素子駆動回路６の出力信号Ｓ₁,
S₂と出力電圧Ｅ₀との関係を時間の経過とともに示して
ある。第１２図においてスイツチング素子駆動回路６か
ら駆動信号Ｓ₁,S₂が交互に出力されると、スイツチング
素子３ａと３ｂとが同時にまたはスイツチング素子３ｃ
と３ｄとが同時に導通・遮断をくりかえし、電極４と被
溶接物５との間に直流電源１の出力電圧が正・逆に切替
えられた矩形波状の電圧が供給される。ここでスイツチ
ング素子は駆動信号が遮断されても直ちに導通状態から
遮断状態にならず数μＳから数１０μＳの遅れ時間ｔ_ｓ
の後に完全遮断となる。したがつて一方の対のスイツチ
ング素子、例えばスイツチング素子３ａと３ｂ、に対す
る駆動信号Ｓ₁を遮断して後直ちに駆動信号Ｓ₂を他方の
対のスイツチング素子３ｃと３ｄとに供給すると、スイ
ツチング素子３ａと３ｂとの遮断遅れ時間ｔ_ｓの間にス
イツチング素子３ｃと３ｄとが導通し始めることにな
り、直流電源１の出力を短絡してしまうことになる。こ
のために直流電源１およびコンデンサ２からの過大な電
流が流れてスイツチング素子３ａ〜３ｄが破壊されてし
まうことになる。これを防止するために第１２図の従来
装置では第１３図に示すように駆動信号Ｓ₁とＳ₂との間
に短時間の休止時間ｔ_ｇを設けてある。そしてこの休止
時間ｔ_ｇを各スイツチング素子の遮断遅れ時間ｔ_ｓより
も長くしておくことによつて短絡過電流の発生を防止し
ている。

上記第１２図の装置においては、極性切替時における電
源短絡を防止するためにブリツジ接続されたスイツチン
グ素子の各対の導通期間の間に正確な間隔ｔ_ｇを設ける
ことが必要となる。しかもこの間隔はブリツジを構成す
る各スイツチング素子の遮断遅れ時間ｔ_ｓのバラツキを
十分にカバーした十分な長さとすることが必要となる。
またスイツチング素子の遮断遅れ時間ｔ_ｓの後にはすべ
てのスイツチング素子が実質的に遮断となるのでリアク
トル２の電流が急変することになり、高いサージ電圧が
発生する。このサージ電圧はすべてスイツチング素子に
印加されることになるので、スイツチング素子がこの電
圧によつて破壊されるのを防止するためにサージ吸収用
のコンデンサ７を設けることが必須となる。またスイツ
チング素子が遮断している間は直流電源からの電力供給
は完全に遮断されるので溶接電流は零になる。これらの
事実はアーク溶接に第１２図の従来装置を用いるとき
に、極めて大きな障害となる。この理由を第１４図の線
図によつて説明する。第１４図は第１２図の従来装置の
出力電流切替時の動作を拡大して示した詳細説明図であ
り、第１３図の線図のうち駆動信号Ｓ₁がOFFとなり、Ｓ
₂がＯＮとなる前後の期間を時間軸のみを拡大して示し
てある。第１４図において(a)は信号Ｓ₁、(b)は信号
Ｓ₂、(c)はスイツチング素子3a,3bを流れる電流Iab、
(d)はスイツチング素子3c,3dを流れる電流Icd、(e)はス
イツチング素子3a,3bの各両端の電圧ｅ_ａおよびｅ_ｂ、
(f)はスイツチング素子3c,3dの各両端の電圧ｅ_ｃおよび
ｅ_ｄ、(g)は出力電圧即ち電極４と被溶接物５との間の
電圧ｅ_ｏの変化をそれぞれ示している。いま同図の時刻
ｔ₁において信号Ｓ₁がOFFとなつたとすると、この時刻
ｔ₁から遅れ時間ｔ_sだけ遅れてスイツチング素子3a,3b
が遮断し電流Iabが零となる。このとき前述のように信
号Ｓ₁とＳ₂との間の間隔時間ｔ_ｇは、遮断遅れ時間ｔ_ｓ
よりも長く設定されているから信号Ｓ₂は未だスイツチ
ング素子3c,3dには供給されていない。このためにリア
クトル２はその直前まで流れていた電流が急変したこと
によつてこの変化を阻止する方向に高いサージ電圧を発
生する。このサージ電圧はスイツチング素子3c,3dはも
ともと遮断状態であり、スイツチング素子3a,3bが遮断
したために発生したものであり、かつ電極４と被溶接物
５との間の絶縁は電流遮断直後のために回復していない
からすべてこれらのスイツチング素子３ａと３ｃおよび
スイツチング素子３ｂと３ｄとの各直列回路に印加され
ることになる。スイツチング素子３ａないし３ｄは、こ
の高いサージ電圧に耐えて遮断状態を保つから溶接アー
クは消滅し、電極４と被溶接物５との間の電圧ｅ₀は第
１４図の(g)に示すように時刻ｔ₁からｔ_s経過した後に
零となる。次に時刻ｔ₁から間隙時間ｔ_gの後である時刻
ｔ₂において信号Ｓ₂がスイツチング素子３ｃと３ｄと
に供給されると、スイツチング素子３ｃと３ｂとはこれ
によつて導通するが、この時、回路に供給される電圧は
直流電源１の無負荷電圧程度であるのでスイツチング素
子３ｃおよび３ｄに駆動信号が供給されて導通しても、
この頃には電極４と被溶接物５との間の絶縁の回復が進
行しているので、溶接アークが再生するとは限らない。
しかも前述のように間隙時間ｔ_gはスイツチング素子の
バラツキを考慮して長い時間に設定しておく必要がある
ので溶接アークの再生に失敗し、第１４図の(d)ないし
(g)の実線にて示すように出力電流が流れずアーク切
れ、即ち溶接中断となつてしまうものである。なお第１
４図の(d)ないし(g)において点線は予定通りアークの再
生に成功したときの変化の様子を示す。このようなアー
ク切れを起させないためには間隔時間ｔ_gを短かくし、
スイツチング素子の遮断遅れ時間ｔ_sと等しくする以外
に方法はないが、前述のようにこの遮断遅れ時間はトラ
ンジスタ個々によつて相当バラツキがあり、また万一、
ｔ_s＞ｔ_gとなると電源短絡となつて素子の破壊が発生す
ることになる。したがつてこれらの条件を満足するため
にはスイツチング素子駆動回路６の精度を極めて高精度
のものとすることが必要となり、しかもこの時間は使用
するトランジスタ毎に正確に測定してから設定しなけれ
ばならず、事実上このような調整を各トランジスタ毎に
実施するのは不可能である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は先に、直流電源とブリツジ接続されたスイツ
チング素子との間に直流リアクトルを設けるとともにブ
リツジ回路の直流入力側のコンデンサを除去し、かつブ
リツジ接続されたスイツチング素子は各対の導通切替時
にすべての素子が導通状態となる期間が極く短時間存在
するように各スイツチング素子を駆動することによつて
上記従来装置の問題点を解決したアーク溶接電源を提案
した（特願昭61-158138号）。

本発明は、上記先行発明にさらに、使用する直流リアク
トルとして、流れる電流が小なる間は比較的大きなイン
ダクタンス値を示し、電流の増加にしたがつてインダク
タンス値が減少する特性の直流リアクトルを用いること
によつて、先行発明をより効果的にしたものである。

〔作用〕

本発明は上記のようにすることによつて、直列リアクト
ルによつて短絡電流を抑制して各素子の破壊を防止する
とともに極性切替時に直列リアクトルに発生するサージ
電圧を有効に溶接アークの再生のために利用するととも
にサージ電圧の大きさを電流値が小さいときにも必要な
値を確保することができるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す接続図である。同図にお
いて１は公知の直流電源であり、例えば商用交流電源を
入力としてアーク溶接に適した電圧に変換した後に整流
して直流を得るものが使用でき前述の従来装置と同様に
アーク溶接に適した電圧の定電圧特性、垂下特性または
定電流特性のものを用いる。２は直流リアクトルであ
り、そのインダクタンスの値は流れる電流に対して略逆
比例して変化する特性のものを用いる。３ａないし３ｄ
はブリツジ接続されたスイツチング素子であり、自己消
弧形のスイツチング素子、例えば電力用トランジスタ、
ゲートターンオフサイリスタ、あるいは公知の適当な消
弧回路を設けた非消弧形の単方向サイリスタなどを用い
ることができる。４は電極、５は被溶接物であり、６は
それぞれ対となるスイツチング素子３ａと３ｂまたはス
イツチング素子３ｃと３ｄとを同時にON−OFF制御する
ためのスイツチング素子駆動回路である。このスイツチ
ング素子駆動回路６は、スイツチング素子3a,3bまたは3
c,3dをそれぞれ間隙なく、実質上導通期間が重複するよ
うにON−OFFするものであればよく、このためには例え
ば通常の遮断遅れ時間を有するスイツチング素子を用い
るときには駆動信号Ｓ₁とＳ₂とを互に同時に反転する信
号とすることにより実現できる。即ち信号Ｓ₁の遮断と
同時に信号Ｓ₂を出力すれば、信号Ｓ₁の存在によつてそ
れまで導通していたスイツチング素子3a,3bは前述のよ
うにこれによつて直ちには遮断せず若干の遅れ時間ｔ_s
の後に遮断する。一方スイツチング素子3c,3dは信号Ｓ₂
によつて若干の遅れ時間ｔ_dの後に導通するが、通常こ
の導通遅れ時間ｔ_dは遮断遅れ時間ｔ_sよりも十分に短か
いので、この（ｔ_s−ｔ_d）の間はすべてのスイツチング
素子が導通する時間として確保できる。したがつてスイ
ツチング素子駆動回路６としては特に複雑な回路を用い
る必要はなく、パルス幅と周期の調整が可能なパルス発
生器６１とこのパルス発生器６１の出力を反転する反転
回路６２とを組合せたものでよく、公知の回路素子を組
合せることによつて簡単に実現できる。そして信号Ｓ₁
としては発振器６１の出力をそのまま、また信号Ｓ₂と
しては反転回路６２の出力を引出せばよい。

第２図は第１図の実施例の装置の動作を説明するために
各部の波形を時間の経過とともに示したものであつて、
同図(a)は信号Ｓ₁、(b)は信号Ｓ₂、(c)はスイツチング
素子3a,3bに流れる電極ＩａおよびＩｂ、(d)はスイツチ
ング素子3c,3dに流れる電流ＩｃおよびＩｄ、(e)は直流
リアクトル２に流れる電流Ｉｅ、(f)は電極４と被溶接
物５との間の電圧ｅ_０、(g)は溶接電流Ｉ_ｗをそれぞれ
示す。また第３図は第２図の線図のうち極性の切替時、
即ち信号Ｓ₁とＳ₂とが反転する前後の短期間を拡大して
詳細に示した線図であり、同図(a)は信号Ｓ₁、(b)は信
号Ｓ₂、(c)はスイツチング素子3a,3bを流れる電極Ｉａ
およびＩｂ、(d)はスイツチング素子3c,3dを流れる電流
ＩｃおよびＩｄ、(e)はスイツチング素子３ａおよび３
ｂの各端子電圧ｅ_ａおよびｅ_ｂ、(f)はスイツチング素
子３ｃおよび３ｄの各端子電圧ｅ_ｃおよびｅ_ｄ、(g)は
リアクトル２を流れる電流Ｉ、(h)は出力電圧、即ち
電極４と被溶接物５との間の電圧ｅ_ｏの各変化をそれぞ
れ時間の経過とともに示してある。

第１図の実施例において第２図(a)，(b)および第３図
(a)，(b)のような駆動信号Ｓ₁およびＳ₂が各スイツチン
グ素子3a,3bおよび3c,3dに交互に供給されているときを
考える。いま信号Ｓ₁が供給されているとスイツチング
素子３ａと３ｂとが導通し電流は直流電源１から直流リ
アクトル２、スイツチング素子３ａ、電極４、溶接アー
ク、被溶接物５、スイツチング素子３ｂを経て直流電源
１に戻る経路を流れている。次に時刻ｔ＝ｔ₁にて信号
Ｓ₁が消滅すると同時に信号Ｓ₂がスイツチング素子３ｃ
と３ｄとに供給されると、スイツチング素子３ａと３ｂ
とは遅れ時間ｔ_sの後に遮断し、スイツチング素子３ｃ
と３ｄとはこれより早く時刻ｔ₁からｔ_dの後に導通す
る。したがつて時刻（ｔ₁＋ｔ_d）から時刻（ｔ₁＋ｔ_s）
の間は第２図および第３図の(c)および(d)に示すように
すべてのスイツチング素子３ａないし３ｄが導通するこ
とになる。このため直流電源１からリアクトル２を経て
流れ出す電流Ｉは第３図(g)に示すように増加しよう
とするがリアクトル２のインダクタンスに阻まれてその
急激な増加が抑制される。このときスイツチング素子３
ａないし３ｄにはリアクトル２に流れている電流の各1/
2ずつがそれぞれ分岐して流れることになる。したがつ
てリアクトル２のインダクタンスを適当に選定しておけ
ばスイツチング素子が破壊されることはない。一方電極
４と被溶接物５との間に供給されていた電圧はすべての
スイツチング素子が導通するために第２図(f)および第
３図(h)に示すように短絡状態となり、溶接電流Ｉ_ｗは
零となつて溶接アークは一旦消滅する。この溶接アーク
の消滅によつてもリアクトル２から見た負荷側、即ちス
イツチング素子３ａないし３ｄはすべて導通して短絡状
態であるのでサージ電圧が発生することはない。次に時
刻ｔ＝ｔ₁＋ｔ_sに至ると遅れていたスイツチング素子３
ａと３ｂとは遮断するので電流通路が急に断たれること
になる。このためにリアクトル２はこの電流の急変を阻
止すべくサージ電圧を発生する。このサージ電圧はスイ
ツチング素子３ｃおよび３ｄがすでに導通しているため
に全て電極４と被加工物５との間に印加されることにな
り、溶接アークの再生を行う。この結果電流は直流電源
１からリアクトル２、スイツチング素子３ｄ、被溶接物
５、溶接アーク、電極４、スイツチング素子３ｃの経路
を経て直流電源１に戻る逆方向の溶接電流となる。

上記と逆の場合、即ち信号Ｓ₂が供給されている状態か
ら信号Ｓ₁に切替わるとき（第２図の時刻ｔ₂）における
動作は上記と同様であるので省略する。以上の結果、溶
接電流Ｉは各極性の切替時点で一旦途切れるものの、こ
の休止期間の末期に発生するサージ電圧が溶接部に有効
に供給されるために安定に溶接アークが再生することに
なる。

ここでリアクトル２に発生するサージ電圧ｅ_sは、リア
クトル２のインダクタンスをＬ、直前にリアクトル２に
流れていた電流をｉとすれば、リアクトル２には１／２・Ｌｉ^２のエネルギーが蓄えられている。この状態でスイツチン
グ素子がすべて遮断すると、リアクトル２より出力側に
はこのエネルギーが電極４と被溶接物５とを含むリアク
トル２により出力側の回路に放出されることになる。リ
アクトル２より出力側には溶接部への出力ケーブルにお
ける浮遊容量やスイツチング素子の接合部の容量などが
ある。これらの合計容量をＣとすればリアクトル２の蓄
積エネルギーはまずこの容量Ｃを充電することになる。
この容量Ｃに充電されるエネルギーは１／２・ＣＶ^２で表わされるから電極４と被溶接物５との間の電圧Ｖは
先に流れていた電流ｉに比例して上昇する。通常この容
量は小さい値であり、かつリアクトル２のインダクタン
スは大きいので１／２Ｌｉ^２＝１／２ＣＶ^２となる以前にアークの再点弧に必要な電圧を超過してア
ークを再生することになる。このときの再生アーク電流
は、容量Ｃが小さいのでもとの極性のときの電流と略同
じ値となる。しかし、極性切替の直前に流れていた電流
が小さいときには、蓄積エネルギーも小さいので電圧が
充分に上昇し得ず、１／２・Ｌｉ^２＝１／２・ＣＶ^２となってもアークの再生に必要な電圧に達せず、アーク
の再点弧に失敗することがある。

そこで本発明においては、リアクトル２にそのインダク
タンスの値が、流れる電流が比較的小なるときは大き
く、電流が大きくなると比較的小さな値となる特性のも
のを用いて上記問題を解決している。

第４図(a)ないし(c)は、上記目的のために本発明に用い
る、流れる電流によつてインダクタンス値が変化する直
流リアクトルの例を示す外形図である。各図において２
１は略コ字形に形成された鉄心、２２はコ字形鉄心２１
の開口部に係合する一字形鉄心、２３は鉄心２１に巻か
れた巻線である。同図(a)においては磁路を構成する鉄
心の一部である一字形鉄心２２が図示のように部分的に
長さだけ断面積の小さい部分(イ)を有している。また
同図(b)は一字形鉄心として断面積が次第に増大する鉄
心を用いた例を示しており、同図(c)は一字形鉄心とコ
字形鉄心とは同断面積であるが一字形鉄心をコ字形鉄心
の開口部に嵌挿し、その嵌挿深さを鉄心２２の幅Ｔよ
りも小として磁路の一部に有効断面積の小なる部分を設
けてある。

リアクトル２の鉄心に第４図(a)ないし(c)のようにその
磁路の一部に有効断面積の小なる部分を設けておくとコ
イル２３に流れる電流が比較的小さいときにはリアクト
ル２の鉄心は飽和しないが、電流が増加するとこれによ
つて発生する磁束が増加し、断面積の小さな部分で飽和
し始める。このために磁気抵抗が減少し、実効インダク
タンス値が減少し始める。さらにコイルに流れる電流が
増加すると断面積の小なる部分は完全に飽和し、実効イ
ンダクタンスの値はさらに小さくなる。コイル２３に流
す電流Ｉと実効インダクタンスの値Ｌとの関係は使用す
る鉄心の構造によつて異なる。第４図(a)図ないし(c)の
実施例における電流Ｉに対するインダクタンス値Ｌの変
化の様子を第５図(a)ないし(c)の線図にて示す。第４図
(a)に示した鉄心を使用した場合は、第５図(a)に示すよ
うにインダクタンス値の変化は略段階的となる。このと
きインダクタンス値が最高値から減少を始めるときの電
流値は小断面積部(イ)の断面積によつて定まり、また最
低インダクタンス値は(イ)部の長さによつてきまる。
また第４図(b)に示した鉄心を用いる場合にはインダク
タンス値の変化は第５図(b)に示すように、より滑らか
な変化を示すものが得られる。この変化の様子は一字形
鉄心の断面積の変化割合をかえることによつて変更でき
る。第４図(c)に示したよな鉄心構造のリアクトルでは
第５図(c)に示すように略逆Ｓ字形の変化を示す。この
場合は一字形鉄心のコ字形鉄心への嵌入深さをかえる
ことによつて第５図(c)中に示したように調整すること
ができる。

なお、これらの実施例において、リアクトルの実効イン
ダクタンス値は、その最小値および最大値のいずれにお
いても出力電流を平滑するという本来の目的の一つを満
足する値に設定するのはもちろんである。

第１図の実施例においては、スイツチング素子駆動信号
Ｓ₁とＳ₂とを単純に逆の位相関係として同時に相反して
ON−OFFするものについて説明したが、第２図の線図に
おいてその動作を説明したように、この実施例はスイツ
チング素子の導通開始遅れ時間ｔ_dよりも遮断遅れ時間
の方が長いことを利用している。したがつて低速の大容
量トランジスタやサイリスタなどをスイツチング素子と
して用いると、この遮断遅れ時間が長すぎてスイツチン
グ素子がすべて導通している期間が長くなりすぎること
がある。この間は前述のように溶接アークも消滅してい
るので、この時間があまり長いと電極４と被溶接物５と
の間の絶縁回復が進んで溶接アークの再生が困難になる
ことが考えられる。それ故このような遅い素子をスイツ
チ素子として用いるときには駆動信号Ｓ₁とＳ₂との間に
短時間の間隙を設けておき、一方のスイツチング素子の
遮断遅れ時間の終了直前に他方のスイツチング素子が導
通するように駆動回路を構成すればよい。逆にスイツチ
ング素子として高速のトランジスタ、例えばMOS FETの
ような素子を使用するときは両遅れ時間ｔ_ｓとｔ_ｄとの
差がほとんどなく、かつ短かいので、駆動信号Ｓ₁とＳ₂
とを同時に相反してON−OFFする先の例のような制御を
行うと、スイツチング素子が重複して導通する期間が安
定に得られないことがある。したがつてこの場合には駆
動信号Ｓ₁とＳ₂とを相互に重複する期間を有するように
スイツチング素子駆動回路を構成すればよい。上記いず
れの場合もスイツチング素子駆動回路６としてはブリツ
ジを構成する各スイツチング素子が実質的にすべてが導
通する期間を経て一方の対から他方の対に切替わるよう
に制御するものであればよい。

第６図はスイツチング素子駆動回路６の別の実施例を示
す接続図であり、出力信号Ｓ₁とＳ₂との間に長すぎるス
イツチング素子の遮断遅れ時間を補償するために短かい
間隙を設けたものである。同図において１１，１２，１
３はそれぞれモノマルチバイブレータ、１４はＯＲゲー
ト、１５はフリツプフロツプ回路である。モノマルチバ
イブレータ１１は駆動信号Ｓ₁の継続時間ｔ_s1を定め、
モノマルチバイブレータ１２は駆動信号Ｓ₂の継続時間
ｔ_s2を定めるものである。またモノマルチバイブレータ
１３は駆動信号Ｓ₁とＳ₂との間に設ける間隙ｔ₀を設定
するものであり、これら各モノマルチバイブレータ１１
ないし１３およびフリツプフロツプ回路１４はすべて入
力信号の立下りで起動するものとする。第７図は第６図
のスイツチング素子駆動回路の動作を説明するための線
図であり、同図(a)は出力信号Ｓ₁、(b)はモノマルチバ
イブレータ１３の出力信号、(c)はフリツプフロツプ回
路１４の出力、(d)は出力信号Ｓ₂をそれぞれ時間の経過
とともに示してある。モノマルチバイブレータ１１の出
力Ｓ₁の立下りによりモノマルチバイブレータ１３が起
動し短時間のパルスｇを出力する。この信号ｇによりフ
リツプフロツプ回路１４は反転しモノマルチバイブレー
タ１２を起動する。モノマルチバイブレータ１２は所定
の時間幅のパルスＳ₂を出力し、この信号Ｓ₂の立下りに
よつて再びモノマルチバイブレータ１３が起動し、短時
間幅のパルスｇの立下り時にフリツプフロツプ回路１５
が反転し、モノマルチバイブレータ１１を起動する。こ
の動作をくりかえして信号Ｓ₁，Ｓ₂はモノマルチバイブ
レータ１３の設定時間に相当する間隔ｔ₀を有する信号
となる。

この時間ｔ₀をスイツチング素子の遮断遅れ時間ｔ_ｓと
導通遅れ時間ｔ_ｄとの差（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）よりも短かく設
定しておけば各スイツチング素子は必らずすべてが導通
する期間（ｔ_ｓ−ｔ_ｄ）−ｔ₀を有することになる。

第８図は、遮断遅れ時間ｔ_ｓが短かく導通遅れ時間とほ
とんど等しいような高速のスイツチング素子を用いると
きに適したスイツチング素子駆動回路の例を示す接続図
である。同図は第６図の駆動回路にＯＲゲート１６，１
７を追加したものであり、モノマルチバイブレータ１３
の出力パルスを各モノマルチバイブレータ１１，１２の
出力にそれぞれ加算した信号を駆動信号Ｓ₁，Ｓ₂として
取り出したものである。第９図は第８図の駆動回路の各
部の波形を示す線図であり、同図(a)はモノマルチバイ
ブレータ１１の出力、(b)はモノマルチバイブレータ１
３の出力、(c)はモノマルチバイブレータ１２の出力、
(e)は出力信号Ｓ₁、(d)は信号Ｓ₂をそれぞれ時間の経過
と共に示してある。第９図に示すように駆動信号Ｓ₁，
Ｓ₂は重なり時間ｔ₀を有する波形となる。したがつてこ
の時間幅（即ちモノマルチバイブレータ１３の設定時
間）を適当に選択することによつて遮断遅れ時間が極端
に短かい素子を用いるときにも各スイツチング素子がす
べて導通する期間を得ることができる。

なお本発明に用いることができるスイツチング素子駆動
回路は前述の実施例に示したものに限らず、公知の素
子、集積回路等を用いて構成することができる。

また第６図、第８図においては間隙または重なり期間を
設けるためにマルチバイブレータ１３を用いたが、この
時間は数μＳ程度の短かいものであるので単に波形整形
を行う程度即ち増幅率１の増幅回路をこれに代えて、増
幅回路の応答遅れを利用してもよい。

本発明は第１図の実施例にて説明したように、溶接電流
の極性切替時に溶接アークを再点弧するに当り、先に導
通していたスイツチング素子が完全遮断する瞬間に直流
リアクトルのインダクタンスによつて発生するサージ電
圧を有効に利用するものである。したがつてもしこのと
きに先に流れていた電流の値が極端に小さいと、本発明
のように直流リアクトルにインダクタンス値が大きな値
になるものを用いていても発生するサージ電圧が不足
し、溶接アークの再点弧に不足することが考えられる。
これを防止するためには、出力電流の極性の切替に先立
ち、直流電源の出力を増大させ、その後に極性の切替を
行えば上記問題点を解決することができる。

第１０図はこのようにしたときの実施例を示す接続図で
ある。

同図において１〜５は第１図と同様の機能のものを示
し、また１１〜１５は第６図と同様のスイツチング素子
駆動回路６であり、その出力信号はフリツプフロツプ回
路１５のＱ端子およびから相反する駆動信号を得てい
る。７１は正極性時の電流（被溶接物５から電極４に向
つて溶接電流が流れる極性）を設定する電流設定器、７
２は逆極性時の電流（電極４から被溶接物５へ）を設定
する電流設定器、７３は正極性電流の末期に溶接電流を
増加させる増加量を設定する電流設定器であり、７４〜
７６はアナログスイツチ、７７はアンドゲート、７８は
アナログスイツチ７４〜７６を介して供給される各電流
設定器７１，７２の出力を合成する加算器である。また
第１１図は第１０図の実施例の動作を説明するために各
部の波形を示した線図であり、同図(a)はモノマルチバ
イブレータ１１の出力信号、同図(b)はモノマルチバイ
ブレータ１３の出力ｇ、(c)はモノマルチバイブレータ
１２の出力信号、(d)はフリツプフロツプ回路１５のＱ
端子出力、(e)はフリツプフロツプ回路１５の端子出
力、(f)はアンドゲート７７の出力、(g)は加算器７８の
出力信号Ｉｒ、(h)は溶接電流Ｉ_ｗをそれぞれ示す。ま
たスイツチング素子３ａと３ｂとはフリツプフロツプ回
路１５のＱ端子出力Ｓ₁で、またスイツチング素子３ｃ
と３ｄとはフリツプフロツプ回路１５のＱ端子出力Ｓ₂
でそれぞれ駆動され、アナログスイツチ７４はフリツプ
フロツプ回路端子の出力で、アナログスイツチ７５は
フリツプフロツプ回路１５のＱ端子出力で、アナログス
イツチ７６はフリツプフロツプ回路１５の端子の出力
とモノマルチバイブレータ１３の出力ｇとが同時に入力
されたときにそれぞれ閉じるように図示の通り接続され
ている。第１０図の実施例の動作を第１１図の線図とと
もに説明する。第１１図の時刻ｔ₁以前においてモノマ
ルチバイブレータ１１が時限出力の途中であり、時刻ｔ
₁においてこれが終了するときを考える。時刻ｔ₁以前に
おいては、フリツプフロツプ回路１５の端子出力がＨ
であり、このためスイツチング素子３ｃと３ｄとが導通
し、またアナログスイツチ７４が閉じているために電流
設定器７１の出力Ｉ_ｓのみが加算器７８を介して直流電
源１に供給されている。直流電源１はこの電流設定信号
Ｉ_ｓに対応した電流Ｉ_ｓｐを出力し、導通しているスイ
ツチング素子３ｃと３ｄとによつて被溶接物５から電極
４に向う正極性電流が流れている。時刻ｔ＝ｔ₁におい
てモノマルチバイブレータ１１の時限が終了して出力信
号Ｓ₁が立下ると、この信号の立下りによつてモノマル
チバイブレータ１３が時限を開始し出力ｇをフリツプフ
ロツプ回路１５に供給する。この出力ｇはまたアンドゲ
ート７７にも供給され、このときフリツプフロツプ回路
１５は未だ端子出力がＨのままであるのでアンドゲー
ト２７は開きアナログスイツチ７６はこれによつて閉じ
る。この結果、加算器７８には電流設定器７１と７３と
の両出力Ｉｓと△Ｉｓとが供給され、加算器７８によつ
てＩｓ＋△Ｉｓとなつて直流電源１の出力電流値を上昇
させて、溶接電流Ｉｗを増加させる。時刻ｔ₂において
モノマルチバイブレータ１３の時限が終了すると、この
出力信号ｇの立下りによつてフリツプフロツプ回路１５
が反転し端子の出力がＬとなり、Ｑ端子出力がＨとな
る。この結果、スイツチング素子３ｃと３ｄとは遅れ時
間ｔ_ｓの後に遮断となり、スイツチング素子３ａと３ｄ
とは遅れ時間ｔ_ｄの後に導通する。この切替の前後にお
ける動作は第１図に示した実施例と同様であるので詳細
な説明は省略する。時刻ｔ_２から時間ｔ_ｓの後にスイツ
チング素子３ｃと３ｄとが遮断するときに設定信号Ｉｓ
＋△Ｉｓに対応する大きな値の電流が急に遮断されよう
とするためにリアクトル２にはサージ電圧が発生し、こ
の電圧によつて電極４と被溶接物５との間にアークが再
生し逆極性電流Ｉ_ＲＰが流れ始める。このときも発生す
るサージ電圧はアークの再生によつてそのときのアーク
再生電圧に制限されるので極端に高い電圧になることは
ない。一方このときフリツプフロツプ回路１５のＱ端子
の出力のみがＨでアンドゲート７７はモノマルチバイブ
レータ１３の出力ｇがＬに戻つているので開いており、
結局アナログスイツチ７５のみが閉路し、アナログスイ
ツチ７４および７６は開路している。このために電流設
定器７２の出力Ｉ_Ｒのみが加算器７８を介して直流電源
１に供給されてこの設定信号Ｉ_Ｒに対応した電流Ｉ_ＲＰ
がスイツチング素子３ａ，３ｂを通して電極４から被溶
接物５に向う方向に流れる。（逆極性電流）一方フリツ
プフロツプ回路１５の端子出力の立下りによりモノマ
ルチバイブレータ１２が時限を開始し、信号Ｓ_２をオア
ゲート１４に供給する。時刻ｔ_３においてモノマルチバ
イブレータ１２の時限が終了すると、この信号Ｓ_２の立
下りによつてモノマルチバイブレータ１３が再び時限を
開始し、出力ｇがフリツプフロツプ回路１５およびアン
ドゲート７７に供給される。しかしこのときフリツプフ
ロツプ回路１５の端子出力はＬであるからアンドゲー
ト７７は開いており、アナログスイツチ７６には駆動信
号を供給しない。したがつてモノマルチバイブレータ１
３の時限ｇの間も電流設定信号はＩ_Ｒのままである。時
刻ｔ₄においてモノマルチバイブレータ１３が時限を終
了すると、この出力信号ｇの立下りによつてフリツプフ
ロツプ回路１５が再び反転しＱ端子出力がＬとなり端
子出力がＨとなつてアナログスイツチ７４が閉路とな
り、アナログスイツチ７５が開路となる。またフリツプ
フロツプ回路１５の反転により、スイツチング素子３ａ
と３ｂとに対する駆動信号は消滅し、スイツチング素子
３ｃと３ｄとに対して駆動信号が供給される。この結果
電流設定器７１によつて設定された基準信号Ｉｓに対応
した電流Ｉｓｐが直流電源１から出力されてスイツチン
グ素子３ｃと３ｄとを通して遅れ時間ｔ_ｓの後に被溶接
物５から電極４に向う方向の正極性電極Ｉｓｐが流れ始
める。この極性の切替時においてはリアクトル２の作用
によつて電流はＩｒに対応する高い値Ｉ_ＲＰからＩ_ｓに
対応する低い値に直ちに変化し得ないのでアークの再生
に必要な電圧を十分に確保できる。以後同様の動作がく
りかえされ、結局正極性時間ｔ_ｓｐはモノマルチバイブ
レータ１１の時限ｔ_ｓ１とモノマルチバイブレータ１３
の時限ｔ_ｇとの和の時間（ｔ_ｓ１＋ｔ_ｇ）によつて、ま
た逆極性期間ｔ_Ｒはモノマルチバイブレータ１２の時限
ｔ_ｓ２とモノマルチバイブレータ１３の時限ｔ_ｇとの和
（ｔ_ｓ２＋ｔ_ｇ）によつてそれぞれ定まり、かつ正極性
時間のうち末期のｔ_ｇの間のみ電流が△Ｉ_ｓだけ増加し
た第１１図(h)に示すような波形の電流が流れることに
なる。この結果、正極性電流を小さな値に設定しても極
性の切替の直前には大きな電流となるのでスイツチング
素子の電流が遮断となつた瞬間にリアクトル２に発生す
る電圧をアークの再生に必要な電圧とすることができ
る。

なお、第１０図の実施例において逆極性電流の末期に電
流を増加させたいときにはアンドゲート７７の入力とし
てフリツプフロツプ回路１５の端子出力に代えてＱ端
子出力を供給すればよく、またどちらの極性の電流期間
の末期にも電流を増加させるためにはアンドゲート７７
を取外し、モノマルチバイブレータ１３の出力ｇを直接
アナログスイツチ７６の駆動信号ｓ_３として供給すれば
よい。

〔発明の効果〕

本発明は上記の通りであるのでつぎの効果を有する。

(1)スイツチング素子駆動回路に複雑な回路や高精度の
回路を必要としない。

(2)溶接電流の極性切替時にはアークの再生に必要な電
圧以上の高いサージ電圧がスイツチング素子に印加され
ないので耐性の低い素子を用いることができる。

(3)アーク再生のためのサージ電圧を得る直流リアクト
ルとして、流れる電流が小なるときは大きなインダクタ
ンスを示し、流れる電流が大きくなるとインダクタンス
が比較的小さな値になる特性のものを用いるので、使用
する電流値にかかわらず必要なサージ電圧を確保するこ
とができる。

(4)溶接電流の極性切替時に発生するサージ電圧は溶接
アークの再生すべき時にのみ出力端子即ち溶接電極と被
溶接物との間に印加されので溶接アークの再生が確実で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す接続図、第２図は第１図
の実施例の動作を説明するために示した各部の波形を示
した線図、第３図は第１図の実施例における極性切替時
のみを拡大して示した詳細説明図、第４図(a)ないし(c)
は本発明に使用する直流リアクトルの実施例を示す外形
図、第５図(a)ないし(c)は第４図(a)ないし(c)に示した
構造の直流リアクトルを用いたときの直流リアクトルに
流れる電流とインダクタンス値との関係を示した線図、
第６図はスイツチング素子駆動回路の別の実施例を示す
接続図、第７図は第６図のスイツチング素子駆動回路の
動作を説明するための線図、第８図はスイツチング素子
駆動回路のさらに別の実施例を示す接続図、第９図は第
８図のスイツチング素子駆動回路の動作を説明するため
の線図、第１０図は本発明の別の実施例を示す接続図、
第１１図は第１０図の実施例の動作を説明するための線
図、第１２図は従来の装置の例を示す接続図、第１３図
は第１２図の装置の動作を説明するための線図、第１４
図は第１２図の装置の出力電流極性切替時の動作を拡大
して示した詳細説明図である。１……直流電源、２……直流リアクトル、３ａ〜３ｄ…
…スイツチング素子、６……スイツチング素子駆動回
路、２１……コ字形鉄心、２２……一字形鉄心、２３…
…巻線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土井敏光大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号株式会社ダイヘン内 (56)参考文献特開昭60−18275（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、前記直流電源の一方の出力端
子に接続された小電流時には高いインダクタンス値を示
し大電流時には比較的低いインダクタンス値を示す直流
リアクトルと、前記直流リアクトルの他方の端子と前記
直流電源の他方の出力端子との間に直流端子が接続され
たブリッジ接続された４個のスイッチング素子と、前記
スイッチング素子の相対校する２個の素子を１対として
同時にかつ各１対の素子を交互に実質的に間隙なくON−
OFF制御するスイッチング素子駆動回路とを具備し、前
記プリッジ接続されたスイッチング素子の交流端子側を
アーク溶接用の出力端子としたアーク溶接電源。
【請求項２】前記直流リアクトルは、鉄心と前記鉄心に
捲回された巻線とからなり、前記鉄心は部分的に有効断
面積の小なる部分を有する鉄心である特許請求の範囲第
１項に記載のアーク溶接電源。
【請求項３】前記鉄心は、コ次形鉄心と一字形鉄心とか
らなり、前記一字形鉄心を前記コ次形鉄心の開口部に部
分的に嵌挿してあり、前記両鉄心の嵌挿量により巻線に
流れる電流に対するリアクタンス値の変化状態を所望値
に設定可能な鉄心である特許請求の範囲第２項に記載の
アーク溶接電源。
【請求項４】前記スイッチング素子駆動回路は、所定の
周期と時間幅とからなるパルスを発生するパルス発生器
と、前記パルス発生器の出力の反転出力を得る反転回路
とを具備し、前記パルス発生器の出力信号と前記反転回
路の出力信号とをそれぞれ前記各１対のスイッチング素
子の導通駆動信号として供給する回路である特許請求の
範囲第１項に記載のアーク溶接電源。
【請求項５】前記スイッチング素子駆動回路は、極く短
かい時間の重複時間を経て各１対のスイッチング素子を
交互に切替えてON−OFF制御する回路である特許請求の
範囲第１項に記載のアーク溶接電源。
【請求項６】前記直流電源は、前記スイッチング素子駆
動回路から切替タイミング信号と継続時間信号とを得
て、極性切替前の一定時間は出力電流を増加させる電源
である特許請求の範囲第１項に記載のアーク溶接電源。