JPH0871749A - アーク機器電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電圧、その約半分の低電圧の交流電源で使
用でき、しかも、交流電源がエンジン発電機であっても
不都合のない小型・軽量な２入力電圧対応型インバータ
構成のアーク溶接機を提供する。 【構成】交流電源を整流する入力整流器と、整流出力を
平滑するコンデンサと、上記コンデンサと並列に接続さ
れたインバータと、上記インバータを制御するドライバ
回路と、上記交流電源が高電圧系電源と低電圧系電源の
接続にかかわらずほぼ一定の直流電圧をインバータに印
加するための切換回路と、交流電源の出力電圧を検出す
る入力電圧検出回路と、上記入力電圧検出回路の検出信
号が低電圧系電源の適用する上部の範囲を越えたときか
ら高電圧系電源の適用する下部の範囲までを上記インバ
ータを停止させる不感帯設定部とにより構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力電源が高電圧とそ
の約半分の低電圧の２種の交流電源のいずれでも使用可
能な２入力電圧対応型のアーク溶接機に関し、特に交流
電源がエンジン発電機の出力のときにも適するアーク電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の２入力電圧対応型のアー
ク機器電源装置には、実開平１−１５１９７５号公報な
どに記載されているように交流電源を整流する整流器及
びこの整流器の出力により動作するスイッチングトラン
ジスタ構成のハーフブリッジインバータを備えた単相交
流電源装置用のアーク溶接機の電源部が記載されてい
る。

【０００３】この場合、高電圧（例えば２００Ｖ）の交
流電源は全波整流されてインバータに供給され、低電圧
（例えば１００Ｖ）の交流電源は倍電圧整流されてイン
バータに供給されている。そして、交流電源の電圧によ
らずインバータの印加電圧が一定に保持され、このイン
バータの高周波出力が供給される出力トランスの２次側
出力を整流，平滑して溶接機電源が形成される。

【０００４】前記従来のインバータを備えたアーク溶接
機の場合、電源トランスを備える場合より小型，軽量に
なるが、手動で切換える必要があった。

【０００５】さらに、従来のこの種のアーク溶接機は交
流電源が安定な商用電源であることを前提としているた
め、山間部などの商用電源のない現場においてエンジン
発電機の出力を交流電源とする場合、始動直後は発電機
出力が徐々に定格電圧に上昇するため、次に説明する問
題が生じる。

【０００６】すなわち、発電機の定格電圧が高電圧電源
相当の電圧の場合、発電機出力は始動に伴う電圧上昇に
より低電圧電源の状態を介して高電圧電源の状態に遷移
する。そして、この遷移に合わせて電源の印加タップや
整流器の接続を手動で切換えることが困難であるため、
この間の溶接機出力が変動する。

【０００７】そこで、本発明者などは、交流電源の高電
圧，低電圧に応じて内部接続が自動的に切り換わり、し
かも、交流電源がエンジン発電機であっても不都合のな
い小型，軽量な２入力電圧対応型のインバータ構成のア
ーク溶接機を特願平４−１１２１００号において提案し
た。

【０００８】すなわち、交流電源を開閉する入力開閉器
と、この開閉器を介した交流電源を整流する入力整流器
と、主開閉器により入力整流器の出力側に直列，並列に
切換自在に接続され、入力開閉器が投入されて閉成する
起動時に高電圧の交流電源に対応する直列接続に初期設
定される２個の平滑コンデンサと、両平滑コンデンサそ
れぞれの正極，負極間の直流により動作して高周波交流
を出力する半導体スイッチ素子構成の２個のインバータ
と、この両インバータの出力が供給される出力トランス
と、制御開閉器により２個の１次卷線が入力開閉器を介
した交流電源に直列，並列に切換自在に接続され、起動
時に両１次卷線が高電圧の交流電源に対応する直列接続
に初期設定される制御電源トランスと、このトランスの
２次卷線出力を整流，平滑して直流の制御電圧を発生す
る直流変換器と、入力開閉器の投入により制御電圧とし
て所定電圧より低い電圧が発生したときに主開閉器，制
御開閉器を動作し、前記両平滑コンデンサ，前記両１次
卷線を高電圧の交流電源の約半分の電圧の低電圧の交流
電源に対応する並列接続に切換えて保持する接続力換回
路と、主開閉器，制御開閉器の動作後制御電圧が所定電
圧より高い電圧に上昇変化したときに入力開閉器を開放
する電源遮断回路とを備えたものである。

【０００９】そして、供給された交流電源が高電圧電源
であれば、制御トランスの２次卷線出力を直流変換器に
より整流，平滑した制御電圧がほぼ所定電圧になり、両
平滑コンデンサ，両１次卷線は直列接続に保持される。
一方、交流電源が低電圧電源であれば制御電源トランス
の１次卷線電圧の低下により、制御電圧が所定電圧の約
半分に低下し、接続切換回路により主開閉器，制御開閉
器が動作して両平滑コンデンサ，１次卷線の接続が低電
圧電源に対応する並列接続に切り換る。

【００１０】さらに、交流電源をエンジン発電機の出力
とした場合、この発電機出力が始動時の電圧上昇に伴い
低電圧電源の状態を介して高電圧電源の状態に遷移する
と、最初は発電機出力の低い電圧により主開閉器，制御
開閉器が動作して両平滑コンデンサは、低電圧電源に対
応する並列接続に切り換るが、発電機出力が上昇して高
電圧電源の状態に近づくと、電源遮断回路により入力開
閉器が開放されて交流電源が遮断され、過電圧の発生が
防止される。

【００１１】そして、入力開閉器を再投入すると、この
時発電機出力が定格電圧に達して交流電源が高電圧電源
になるとともに、主開閉器，制御開閉器が初期設定に戻
って両平滑コンデンサ，両１次卷線が直列接続に戻り、
正常に動作する。

【００１２】

【発明が解決するための手段】ところが、エンジン発電
機が高電圧電源の時、エンジン発電機の立上がり途中で
入力開閉器が開放されるため、入力開閉器を再投入する
必要がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、交流電源を整流整流する入力整流器と、
整流出力を平滑するコンデンサと、上記コンデンサと並
列に接続されたインバータと、上記インバータを制御す
るドライバ回路と、上記交流電源が高電圧系電源と低電
圧系電源の接続にかかわらずほぼ一定の直流電圧をイン
バータに印加するための切換回路と、交流電源の出力電
圧を検出する入力電圧検出回路と、上記入力電圧検出回
路の検出信号が低電圧系電源の適用する上部の範囲を越
えたときから高電圧系電源の適用する下部の範囲までを
上記インバータを停止させる不感帯設定部とにより構成
している。

【０００１４】

【作用】交流電源が入力整流器により整流し、整流出力
をコンデンサにより平滑するコンデンサと並列にインバ
ータを設け、交流電源が高電圧系電源と低電圧系電源の
いずれの接続にもかかわらず、インバータに印加する直
流電圧がほぼ一定の電圧になるように切換回路により切
換える。また、交流電源の出力電圧を入力電圧検出回路
により検出し、この検出信号の低電圧系電源の適用する
上部の範囲を越えたときから高電圧系電源の適用する下
部の範囲までにあるとき、インバータを停止させる。交
流電源がエンジン発電機の場合、このインバータの停止
している間に切換回路を低電圧系電源の受電から高電圧
系電源の受電に切換える。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例について図１及び図２を参
照して説明する。図１は交流電源を出力とした場合の全
体構成を示し、同図において１は交流電源、２ａ，２ｂ
は受電用の電源端子、３は整流素子４，５，６，７によ
り構成される入力整流器、９は切換回路で切換回路９の
常開開閉手段９ａの短絡時は、交流電源が低電圧時に対
応し、常閉開閉手段９ｂの短絡時は交流電源が高電圧時
に対応する。１１，１２は平滑コンデンサ、１４は内部
に半導体スイッチング素子１４ａ，１４ｂを有するイン
バータ、１６は出力変圧器、１８は出力整流器、２０は
出力端子である。２２は交流電源を入力し、入力電圧を
判別する入力判別回路、２４はインバータ１４のドライ
バ回路である。

【００１６】図２は、入力判別回路２２の詳細ブロック
図であり、３２は入力電圧検出回路、３４は比較部で、
入力電圧検出回路の検出信号と基準値と比較する比較器
３８と、入力電圧が低電圧時にロー電圧を指令するロー
指令部４０と、入力電圧が高電圧時にハイ指令するハイ
指令部４２とにより構成されている。４４は遅延タイマ
でロー指令部４０の信号を遅延する。４６は入力電圧に
応じて切換回路９を切り換える入力切換指令回路、５０
はインバータ回路１４の停止領域を設けインバータ回路
１４に停止信号を入力する不感帯設定器である。

【００１７】次に、このアーク溶接機に交流電源として
商用電源が接続された場合について説明する。まず、交
流電源が接続前は切換回路９の常開開閉手段９ａは開放
し、常閉開閉手段９ｂは短絡している。そして、交流電
源１が例えば１００Ｖ系及び２００Ｖ系の２系統の電源
で高電圧系の２００Ｖ系電源が入力すると、入力電源検
出回路３２が交流電源１の電圧を検出し、検出電圧が基
準値と比較器３８により比較され、ハイ指令部４２がハ
イ電圧を指令し、入力切換指令回路４６を介して切換回
路９を常開開閉手段９ａは開放を指令し、常閉開手段９
ｂは短絡を指令する。

【００１８】従って、交流電源１の出力は整流素子４，
５，６，７で構成される全波整流回路の入力整流器によ
り整流され、平滑コンデンサ１１，１２，により平滑さ
れる。一方インバータ１４はドライブ回路２４により制
御され、入力の直流を高周波交流に変換し、変圧器１６
により変圧し、出力整流器１８を介して出力に直流出力
を得る。

【００１９】次に、低電圧系の１００Ｖ系電源が入力す
ると、入力電圧検出回路３２が交流電源１の電圧を検出
し、検出電圧が基準値と比較器３８により比較され、ロ
ー指令部４０がロー電圧を出力する。このロー電圧が遅
延タイマ４４を指令し、遅延タイマ４４がタイマカウン
トを開始する。遅延タイマ４４がタイムアップするまで
遅延タイマ４４の出力から出力されず、入力切換指令回
路４６へは指令信号が入力されない。従って常開開閉手
段９ａは開放を継続し、常閉開閉手段９ｂは短絡を継続
する。

【００２０】従って、交流電源１の出力は整流素子４，
５，６，７で構成される全波整流回路に入力整流器によ
り整流され、平滑コンデンサ１１，１２により平滑され
る。このため、インバータ１４に入力する電圧は低電圧
系の１００Ｖのピーク値すなわち約１４０Ｖと正常時
（２８０Ｖ）の約半部の電圧が印加し待機する。

【００２１】そして、遅延タイマ４４がタイムアップす
ると、遅延タイマ４４の出力信号が切換指令回路４６に
入力し、切換回路９の常開開閉手段９ａは短絡に、また
常閉開閉手段９ｂは開放に切り換わる。従って、交流電
源１の出力は、整流素子４，５及びコンデンサ１１，１
２で構成される倍電圧整流回路の入力整流器とコンデン
サ１１，１２により整流・平滑される。低電圧系の１０
０Ｖの倍電圧整流の約２８０Ｖを得る。一方、インバー
タ１４はドライブ回路２４により制御され、入力の直流
を高周波交流に変換し、変圧器１６により変圧し、出力
整流器１８を介して出力に直流出力を得る。

【００２２】次に、交流電源としてエンジン発電機が接
続された場合について説明する。エンジン発電機がアー
ク溶接機に接続され、エンジン発電機が起動すると、入
力電圧検出回路３２がエンジン発電機１の出力電圧を検
出し、検出電圧が基準値と比較器３８により比較され、
ロー指令部４０がロー電圧を出力する。このロー電圧が
遅延タイマ４４を指令し、遅延タイマ４４がカウントを
開始する。遅延タイマ４４がタイムアップするまで遅延
タイマから出力は出力されず、入力切換指令回路４６へ
は指令信号から入力されない。従って、常開開閉手段９
ａは開放を継続し、常閉開閉手段９ｂは短絡を継続す
る。そして、上記のようにエンジン発電機１の出力は整
流素子４，５，６，７で構成される入力整流器３により
整流され、平滑コンデンサ１１，１２により平滑され
る。

【００２３】そして、遅延タイマの４４がタイムアップ
すると、遅延タイマ４４の出力信号が入力切換指令回路
４６に入力し、切換回路９の常開閉開閉手段９ａは短絡
に、また常閉開閉手段９ｂは開放に切り換わる。従っ
て、エンジン発電機１の出力は整流素子４，５で整流さ
れ、コンデンサ１１，１２で平滑される。この時のイン
バータの入力電圧は低電圧系の１００Ｖ系の電圧に相当
し、倍電圧整流された約２８０Ｖの電圧となっている。
一方、インバータ１４はドライブ回路２４により制御さ
れ、入力の直流を高周波交流に変換し、変圧器１６によ
り変圧し、出力整流器１８を介して出力に直流出力を得
る。

【００２４】エンジン発電機の出力電圧がさらに上昇す
ると、検出電圧が基準値３７と比較され、ロー指令部４
０はロー電圧の出力を停止し、ハイ指令部４２はハイ電
圧を出力する。このハイ電圧が入力切換指令回路４６を
指令し、切換回路９の常開開閉手段９ａは開放に、また
常閉開閉手段９ｂは短絡に切り換わる。従って、エンジ
ン発電機１の出力は整流素子４，５，６，７で整流さ
れ、コンデンサ１１，１２で平滑する。この時のインバ
ータの入力電圧は高電圧系の２００Ｖの電圧に相当し、
約２８０Ｖの電圧となっている。一方インバータ１４は
ドライブ回路２４により制御され、入力の直流を高周波
に変換し、変圧器１６により変圧し、出力整流器１８を
介して出力に直流出力を得る。

【００２５】ところで、エンジン発電機が上昇する際
に、入力電圧検出回路３２の検出電圧と基準値３７とを
比較するため、例えば１００Ｖ系の低電圧系の適用する
上部の範囲を越えて動作したり、２００Ｖ系の高電圧系
の適用する下部の範囲に満たない電圧においても動作す
ることがある。そこで、不感帯設定器５０は低電圧系に
適用する上部の範囲から高電圧系に適用する下部の範囲
まで不感帯信号を出力し、ドライブ回路２４の動作を停
止し、インバータ１４の動作を停止する。なお、この不
感帯設定器５０は、検出信号と低電圧系の最高電圧に相
当する基準値とを比較する比較器と、検出信号と高電圧
系の最低電圧に相当する基準値とを比較する比較器との
２つで構成されるものであってよい。

【００２６】図３は他の実施例であり、インバータに使
用するスイッチング素子の逆電圧が低いため、インバー
タ回路を２回路設け、交流電源に対応して直列、並列に
接続するものである。すなわち、１は３相の交流電源、
６１は入力整流器、６２，６３は平滑コンデンサ、６
４，６５はそれぞれコンデンサ６２，６３と並列に接続
されたインバータ、６６は出力変圧器でインバータ出力
の電流バランスをとるために、それぞれ２次巻線を２巻
線設け、相互に直列接続している。６７，６８は出力整
流器で２相半波整流回路を構成している。７１は入力判
定回路であり、構成は図１の判定回路と同様の構成をし
ている。７２はインバータ６４．６５のドライバ回路で
ある。７３は入力切換指令回路７２の指令信号を受け動
作する切換回路で、７３ａ，７３ｃは常開開閉手段、７
３ｂは常閉開閉手段である。

【００２７】交流電源が高電圧系電源の場合、常開開閉
手段７３ａ，７３ｃは開放し、常開開閉手段７３ｂは短
絡されている。これにより、コンデンサ６２とインバー
タ６４の並列回路と、コンデンサ６３とインバータ６５
の並列回路とは直列に接続されている。また、交流電源
が低電圧系電源場合、常開開閉手段７３ａ，７３ｃは短
絡に、また常閉開閉手段７３ｂは開放に切り換わる。こ
のためコンデンサ６２とインバータ６４の並列回路とコ
ンデンサ６３とインバータ６５の並列回路とは並列に接
続されることになり、交流電源が高電圧電源又は低電圧
系電源に対応して切り換わる。

【００２８】上記実施例では、低電圧系を１００Ｖ系、
高電圧系を２００Ｖ系としたが、低電圧系が２００Ｖ系
で、高電圧系が４００Ｖ系であってもよい。また、上記
実施例では、入力整流器を低電圧系が倍電圧整流回路を
採用し、高電圧系が全波整流回路を採用していたが、低
電圧系及び高電圧系の入力整流器はともに全波整流回路
とし、インバータを２回路設け、このインバータを低電
圧系のとき並列に接続し、高電圧系の時直列に接続させ
てもよい。また、上記実施例では、直流アーク溶接機に
ついて説明したが、直流出力に低周波（５０ないし２０
０Ｈｚ）のインバータを設け、交流アーク溶接機として
使用することもできる。さらに、切断機などのアーク機
器にも使用できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、交流電源が供給される起動時に、入力整流
器の出力側は高電圧系電源に対応するように初期設定さ
れる。そして、給電された交流電源が高電圧系電源であ
れば初期設定の状態を保ち、低電圧系電源であれば、切
換回路を低電圧系電源に対応する接続に切り換えて保持
する。

【００３０】そのため、インバータの入力電圧は、低電
圧系電源及び高電圧系電源のいずれかであっても同じ電
圧が入力し、インバータの出力に同じ電圧を出力するこ
とができる。

【００３１】しかも、交流電源がエンジン発電機の出力
により形成される場合、発電機の始動により交流源源が
低電圧系電源の状態から高電圧電源の状態に移行する
時、インバータを遮断し、切換回路に大きな電流が流れ
るのを防止し、自動的に高電圧系電源の状態に移行させ
ることができる。このため、従来必要とした入力開閉器
の再投を行う必要がない。

【００３２】また、単相，３相電源の交流電源、エンジ
ン発電機を不都合なく使用することができ、特にエンジ
ン発電機を交流電源としたときに最適なインバータ構成
の小型・軽量なアーク機器電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアーク溶接機の一実施例を示すブロッ
ク接続図である。

【図２】図１の一部の詳細なブロック接続図である。

【図３】本発明のアーク溶接機の他の実施例のブロック
図である。

【符号の説明】 １ 交流電源としてのエンジン発電機 ３，６１ 入力整流機 ４，５，６，７ 整流素子 ９，７３ 切換回路 ９ａ，７３ａ，７３ｃ 常開開閉手段 ９ｂ，７３ｂ 常閉開閉手段 １１，１２，６２，６３ 平滑コンデンサ １４，６４，６５ インバータ １４ａ，１４ｂ 半導体スイッチング素子 １６，６６ 出力変圧器 １８，６７，６８ 出力整流器 ２２，７１ 入力判別回路 ２４，７２ ドライバ回路 ３２ 入力電圧検出回路 ３４ 比較部 ３８ 比較器 ４０ ロー指令部 ４２ ハイ指令部 ４４ 遅延タイマ ４６ 入力切換指令回路 ５０ 不感帯設定器

フロントページの続き (72)発明者 森口 晴雄 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 木下 敦史 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する入力整流器と、整流
   出力を平滑するコンデンサと、上記コンデンサと並列に
   接続されたインバータと、上記インバータを制御するド
   ライバ回路と、上記交流電源が高電圧系電源と低電圧系
   電源の接続にかかわらずほぼ一定の直流電圧をインバー
   タに印加するための切換回路と、交流電源の出力電圧を
   検出する入力電圧検出回路と、上記入力電圧検出回路の
   検出信号が低電圧系電源の適用する上部の範囲を越えた
   ときから高電圧系電源の適用する下部の範囲までを上記
   インバータを停止させる不感帯設定部とにより構成され
   たアーク機器電源装置。