JPH1133719A - 直流アーク溶接用電源装置 - Google Patents

直流アーク溶接用電源装置

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JPH1133719A
JPH1133719A JP21405597A JP21405597A JPH1133719A JP H1133719 A JPH1133719 A JP H1133719A JP 21405597 A JP21405597 A JP 21405597A JP 21405597 A JP21405597 A JP 21405597A JP H1133719 A JPH1133719 A JP H1133719A
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Kikuo Terayama
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用交流電源からの入力電流歪みが少な
く、過大な入力電圧降下の発生、過負荷防止用の遮断器
の誤動作、同一電源の他の機器を誤動作させること等の
ない高力率の装置を提供する。 【解決手段】商用交流電源を入力とするブリッジ式両波
整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の正・負各ブ
ランチに直列に接続された一次巻線を有する2個の変圧
器と、前記両波整流回路の出力を短絡するスイッチング
素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記ス
イッチング素子の導通によって励磁されるときの出力を
阻止する極性に定められたダイオードとからなる2組の
直列回路と、前記2組の直列回路と並列に接続されたコ
ンデンサと、前記コンデンサと出力端子との間に直列接
続された直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出
力設定値に対応して高周波でON−OFF制御するスイ
ッチング素子制御回路とを備えた直流アーク溶接用電源
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用交流を整流し
て所望の出力電圧・電流の直流を得るようにした直流ア
ーク溶接用電源装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9に単相の商用交流電源から電力を得
る方式の従来の直流アーク溶接用電源装置の例を示す。
同図において、1は単相の商用交流電源、2は電力加工
部、4は電極4aおよび被溶接物4bからなるアーク溶
接負荷である。電力加工部2は両波整流回路REC1、
この両波整流回路REC1の出力を平滑するコンデンサ
C1、スイッチングトランジスタTR1ないしTR4お
よびダイオードD1ないしD4からなるインバータ回
路、インバータ回路の出力電圧をアーク溶接に適した電
圧に変換する変圧器T1、変圧器T1の出力電圧を再度
整流する整流回路REC2、この整流回路REC2の出
力と出力端子との間に設けられた直流リアクトルL1、
出力電流を検出する電流検出器CT1、出力電流設定器
21、出力電流設定器21の出力Irと電流検出器CT
1の検出値Ifとを比較し差信号ΔI=Ir−Ifを出
力する比較器22および比較器22の出力信号ΔIを入
力として入力信号に応じた導通時間率のパルス信号を出
力してインバータ回路を構成するスイッチングトランジ
スタTR1とTR4およびスイッチングトランジスタT
R2とTR3とをそれぞれ1組として各組のトランジス
タを同時にかつ各組毎に交互にON−OFFさせる信号
を出力するパルス幅制御回路(以後PWM制御回路とい
う)23からなる。
【0003】図9の装置においては、商用交流電源1か
らの電力は両波整流回路REC1にて整流されて直流と
なり、コンデンサC1にて平滑された後にスイッチング
トランジスタTR1ないしTR4にて高周波の交流に変
換されて変圧器T1にて所望の電圧に変換された後に整
流回路REC2にて再度整流されて直流となり、直流リ
アクトルL1を介してアーク溶接負荷4に供給される。
この出力電流は電流検出器CT1にて検出されて出力電
流設定器21の設定値Irと比較器22にて比較され
て、差信号ΔI=Ir−Ifが得られる。この差信号Δ
IはPWM制御回路23に供給されてこの差信号ΔIが
減少する方向にスイッチングトランジスタTR1ないし
TR4の導通時間率が調整されて、出力電流が設定値に
保たれるように制御される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の方式の従来装置
においては、商用交流電源1からの入力電流が大きく歪
むために商用交流電源側に悪影響を及ぼす。その理由を
図10の波形図にて説明する。図10(a)は図9の装
置における商用交流電源1の電圧波形を示し、同図
(b)はコンデンサC1の端子電圧、(c)は入力電流
波形を示す。図10から容易にわかるように、正弦波の
入力電圧に対して、入力電流は平滑用コンデンサC1の
端子電圧が入力電圧の両波整流波形よりも低い期間にお
いてのみ流れる。このために、入力電流は入力電圧位相
のピーク点附近の限られた期間のみ流れるパルス状の波
形となり、極端な歪波電流となる。このために商用交流
電源1に対しては、この期間にのみ大きな負担がかかる
ことになり、電圧降下もこの期間にのみ発生するので、
同図(a)に破線にて示すように電圧波形を大きく歪ま
せることになって、商用交流電源側に過大な負担をか
け、電源の過負荷防止用遮断器をトリップさせたり同一
電源に接続されている他の機器に悪影響を及ぼし、甚し
い場合にはこれらを誤動作させることも発生する。ま
た、入力電圧波形に対して、入力電流波形の位相が極端
にずれることから、商用周波交流電源に対する装置の力
率が極めて低いものとなる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来装置
の課題を解決するために、単相の商用交流電源を入力と
するブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整
流回路の正・負各ブランチを構成するダイオードにそれ
ぞれ直列に接続された一次巻線を有する2個の変圧器
と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイ
ッチング素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器
が前記スイッチング素子の導通によって励磁されるとき
の出力を阻止する極性に定められたダイオードとからな
る2組の直列回路と、前記2組の直列回路と並列に接続
されたコンデンサと、前記コンデンサの一方の端子に直
列に接続された直流リアクトルと、前記スイッチング素
子を出力設定値に対応して高周波でON−OFF制御す
るスイッチング素子制御回路とを備え、前記直流リアク
トルの他方の端子と前記コンデンサの他方の端子とから
出力を引き出した直流アーク溶接用電源装置、を提案し
たものである。
【0006】本発明の第2の発明は、単相の商用交流電
源を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッ
ジ式両波整流回路の正・負各ブランチを構成するダイオ
ードにそれぞれ直列に接続された一次巻線を有する2個
の変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡
するスイッチング素子と、前記各変圧器の二次巻線と前
記変圧器が前記スイッチング素子の導通によって励磁さ
れるときの出力を阻止する極性に定められたダイオード
とからなる2組の直列回路と、前記2組の直列回路にそ
れぞれ並列に接続されかつ相互に直列に接続されたコン
デンサと、前記直列コンデンサの一方の端子に直列に接
続された直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出
力設定値に対応して高周波でON−OFF制御するスイ
ッチング素子制御回路とを備え、前記直流リアクトルの
他方の端子と前記直列コンデンサの他方の端子とから出
力を引き出した直流アーク溶接用電源装置、を提案した
ものである。
【0007】また、第3の発明は、単相の商用交流電源
を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッジ
式両波整流回路の正・負各ブランチを構成するダイオー
ドにそれぞれ直列に接続された複数の一次巻線を有する
1個の変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を
短絡するスイッチング素子と、前記変圧器の二次巻線と
前記変圧器が前記スイッチング素子の導通によって励磁
されるときの出力を阻止する極性に定められたダイオー
ドとからなる直列回路と、前記直列回路と並列に接続さ
れたコンデンサと、前記コンデンサの一方の端子に直列
に接続された直流リアクトルと、前記スイッチング素子
を出力設定値に対応して高周波でON−OFF制御する
スイッチング素子制御回路とを備え、前記直流リアクト
ルの他方の端子と前記コンデンサの他方の端子とから出
力を引き出した直流アーク溶接用電源装置、を提案した
ものである。
【0008】本発明の第4の発明は、3相の商用交流電
源を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッ
ジ式両波整流回路の各相のブランチを構成するダイオー
ドにそれぞれ直列に接続された一次巻線を有する6個の
変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡す
るスイッチング素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記
変圧器が前記スイッチング素子の導通によって励磁され
るときの出力を阻止する極性に定められたダイオードと
からなる6組の直列回路と、前記6組の直列回路と並列
に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの一方の端
子に直列に接続された直流リアクトルと、前記スイッチ
ング素子を出力設定値に対応して高周波でON−OFF
制御するスイッチング素子制御回路とを備え、前記直流
リアクトルの他方の端子と前記コンデンサの他方の端子
とから出力を引き出した直流アーク溶接用電源装置、を
提案したものである。
【0009】本発明の第5の発明は、3相の商用交流電
源を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッ
ジ式両波整流回路の各相のブランチを構成するダイオー
ドにそれぞれ直列に接続された一次巻線を有する6個の
変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡す
るスイッチング素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記
変圧器が前記スイッチング素子の導通によって励磁され
るときの出力を阻止する極性に定められたダイオードと
からなる6組の直列回路と、前記6組の直列回路にそれ
ぞれ並列に接続されかつ相互に直列に接続されたコンデ
ンサと、前記直列コンデンサの一方の端子に直列に接続
された直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出力
設定値に対応して高周波でON−OFF制御するスイッ
チング素子制御回路とを備え、前記直流リアクトルの他
方の端子と前記直列コンデンサの他方の端子とから出力
を引き出した直流アーク溶接用電源装置、を提案したも
のである。
【0010】本発明の第6の発明は、3相の商用交流電
源を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前記ブリッ
ジ式両波整流回路の各相のブランチを構成するダイオー
ドにそれぞれ直列に接続された2個の一次巻線を有する
3個の変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路の出力を
短絡するスイッチング素子と、前記各変圧器の二次巻線
と前記変圧器が前記スイッチング素子の導通によって励
磁されるときの出力を阻止する極性に定められたダイオ
ードとからなる3組の直列回路と、前記3組の直列回路
と並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの一
方の端子に直列に接続された直流リアクトルと、前記ス
イッチング素子を出力設定値に対応して高周波でON−
OFF制御するスイッチング素子制御回路とを備え、前
記直流リアクトルの他方の端子と前記コンデンサの他方
の端子とから出力を引き出した直流アーク溶接用電源装
置、を提案したものである。
【0011】さらに、本発明の第7の発明は、3相の商
用交流電源を入力とするブリッジ式両波整流回路と、前
記ブリッジ式両波整流回路の各相のブランチを構成する
ダイオードにそれぞれ直列に接続された2個の一次巻線
を有する3個の変圧器と、前記ブリッジ式両波整流回路
の出力を短絡するスイッチング素子と、前記各変圧器の
二次巻線と前記変圧器が前記スイッチング素子の導通に
よって励磁されるときの出力を阻止する極性に定められ
たダイオードとからなる3組の直列回路と、前記3組の
直列回路にそれぞれ並列に接続されかつ相互に直列に接
続されたコンデンサと、前記直列コンデンサの一方の端
子に直列に接続された直流リアクトルと、前記スイッチ
ング素子を出力設定値に対応して高周波でON−OFF
制御するスイッチング素子制御回路とを備え、前記直流
リアクトルの他方の端子と前記直列コンデンサの他方の
端子とから出力を引き出した直流アーク溶接用電源装
置、を提案したものである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に本発明の実施の形態の例を
接続図にて示す。同図において、1は商用交流電源、1
1は電力加工部、4はアーク溶接負荷であり、電極4a
および被溶接物4bからなる。電力加工部11は入力電
流を平滑化する高周波フィルタLF11、ダイオードD
10ないしD14およびダイオードD21、D22、変
圧器T11およびT12の各一次巻線T11p、T12
pおよび二次巻線T11s、T12s、コンデンサC1
1、直流リアクトルL11、抵抗器R11、電流検出器
CT11、出力電流設定器21、比較器22およびパル
ス幅制御回路(以後PWM制御回路という)23からな
る。
【0013】変圧器T11、T12の各一次巻線T11
p、T12pは商用交流電源1からの電力を両波整流す
るダイオードD11ないしD14からなるブリッジ回路
の正・負各ブランチに直列に図示のように挿入されてお
り、このブリッジ整流回路の直流出力を短絡するように
スイッチング素子TR10が設けられている。変圧器T
11、T12の各二次巻線T11s、T12sはそれぞ
れダイオードD11、D12と直列にされてコンデンサ
C11に並列接続されている。また、直流リアクトルL
11は、コンデンサC11の一方の端子と出力端子の一
方との間に接続されてアーク溶接に適した出力電流変化
の時定数を与える。この変圧器T11、T12の各巻線
およびダイオードD21、D22の各極性は図示の・印
の通りであり、スイッチング素子TR10の導通時に一
次巻線T11p、T12pに流れる電流によって二次巻
線T11s、T12sに誘起される電圧をそれぞれダイ
オードD21、D22が阻止する極性に定められてい
る。なおダイオードD10はスイッチング素子に逆方向
の電圧が印加されないようにするための保護用ダイオー
ドである。
【0014】図2は図1の装置の動作を説明するための
各部の波形を示す線図であり、同図(a)は商用交流電
源1の電圧波形、(b)はPWM制御回路23の出力波
形、(c)はスイッチング素子TR10を流れる電流波
形、(d)は変圧器T11の二次巻線T11sの誘起電
圧波形、(e)は二次巻線T11sの電流波形、(f)
は二次巻線T12sの誘起電圧波形、(g)は二次巻線
T12sの電流波形、(h)はコンデンサC11の端子
電圧、即ち出力電圧波形、(i)は商用交流電源1から
の流入電流波形をそれぞれ時間の経過とともに示してあ
る。
【0015】図2の線図を参照して図1の装置の動作を
説明する。いま、ダイオードD11が順方向となる交流
電源1の半波T1 においてスイッチング素子TR10が
導通すると変圧器T11の一次巻線T11pに図2
(c)に示すように交流電源1の瞬時値に比例した電流
が流れ、これによって二次巻線T11sに図示の極性の
電圧が誘起される(Ton時)。しかし、この誘起電圧は
ダイオードD21に対しては逆極性であるので、これに
阻止されて二次巻線T11sには図2(e)のTon時に
示すように電流は流れない。このため、一次巻線T11
pに流れた電流は変圧器T11に電磁エネルギーとして
蓄えられる。次にTon期間の終りにスイッチング素子T
R10が遮断するとそれまでに蓄えられた電磁エネルギ
ーが二次巻線T11sを通じて放出され、図中に示した
極性と逆の極性の電圧を誘起し、ダイオードD21を通
してコンデンサC11に図2(e)に示すように蓄積エ
ネルギーに比例した電流が流れてこれを充電する。この
ときの誘起電圧は蓄積エネルギーの大小にかかわらず図
2(d)に示すようにコンデンサの端子電圧を超える値
にまで達するので、交流電源電圧の瞬時値にかかわらず
コンデンサの充電がすべての位相において行なわれる。
変圧器T11に蓄積された電磁エネルギーの放出が終る
頃に再びスイッチング素子TR10を導通させると、変
圧器T11は再び磁気エネルギーの蓄積を開始する。上
記をくりかえして期間T1 が終了し期間T2 に入ると、
変圧器T11にかわって変圧器T12の一次巻線T12
pにダイオードD13を通して電流が流れて同様の動作
を継続することになる。
【0016】コンデンサC11の端子電圧は直流リアク
トルL11を介して出力端子に引き出されてアーク溶接
負荷4に供給される。アーク溶接負荷4に流れる電流は
電流検出器CT11によって検出信号Ifとなり、出力
電流設定器21の設定値Irと比較器22にて比較され
て差信号ΔI=Ir−Ifが演算されて、この差信号Δ
Iに応じた導通時間率となるようにPWM制御回路23
がパルス幅を決定し、スイッチング素子TR10をON
−OFF制御する。したがってPWM制御回路23の出
力周波数を商用交流電源よりも十分に高く、例えば10
KHzないし数10KHzの高周波としておけば、交流
電源1からの入力電圧波形のすべての位相において電力
が供給されることになる。このとき、入力電流はPWM
制御回路の動作周波数の高周波成分を含むことになる
が、入力側に小容量のコンデンサからなる高周波フィル
タLF11を設けることにより入力電流を平坦化するこ
とができ、図2(i)に示すようにほぼ正弦波状で電圧
位相に一致した電流波形とすることができる。
【0017】図1の装置において、変圧器T11、T1
2としてはスイッチング素子TR10のON−OFF周
波数に応じた高周波変圧器を用意すればよいのでその鉄
心断面積は小さなものでよく、また、スイッチング素子
TR10が導通している期間中に流れる電流によって電
磁エネルギーを蓄えるためにその磁路の途中に適宜空隙
を設けると都合がよい。
【0018】さらに、本発明の装置においては、スイッ
チング素子TR10の導通期間中に変圧器T11、T1
2に電磁エネルギーを蓄え、スイッチング素子TR10
の遮断期間中にこれをアーク溶接負荷4に放出するもの
である。それ故、変圧器の鉄心がスイッチング素子TR
10のON−OFFの1周期で完全に磁束がリセットさ
れるようにスイッチング素子の導通時間率(ON−OF
Fの1周期における導通時間の割合)が最大出力時にも
50%以下になるようにPWM制御回路を設計しておく
ことが望ましい。
【0019】なお、図1の装置において、抵抗器R11
は動作停止時にコンデンサC11に充電されている電荷
を放電するためのものであり、アーク溶接終了時には、
動作停止と同時にアーク溶接負荷4が開放となるのが通
常であるので、残留電荷を安全に放電して、感電の危険
性を防止する。この抵抗器R11の抵抗値としてはコン
デンサC11の充電電荷を数秒程度の間に放電する値に
選定しておくと、先の溶接終了直後のアーク再起動時は
いまだコンデンサC11には相当量の電荷が充電されて
いるのでアークの再起動が容易となるので都合がよい。
【0020】また、図1において、変圧器T11、T1
2の各一次巻線は、ダイオードD11ないしD14によ
って構成されるブリッジ形整流回路の各半波を負担する
各ブランチの途中であればどこでもよく、ダイオードD
12、D14に直列にしても、また一次巻線T11pを
ダイオードD11に一次巻線T12pをダイオードD1
2にそれぞれ直列に接続してもよい。さらにまた、一次
巻線T11p、T12pをそれぞれ2個設けて、これら
をそれぞれダイオードD11、D12またはダイオード
D13、D14に分けて直列に接続してもよい。
【0021】図3は本発明の別の実施の形態を示す接続
図であり、図1の装置の二次巻線T11sとT12sと
をそれぞれ直列ダイオードとともに直列に接続したもの
に相当し、これに従ってコンデンサもC21とC22の
2個を設けてある。また、出力制御は、電流検出器にか
えて電圧検出器VT11を、また出力電流設定器にかえ
て出力電圧設定器24を設けてある。これらによって出
力電圧Vfを検出し、出力電圧設定器24の設定値Vr
と比較器25にて比較し、差信号ΔV=Vr−Vfを得
てこの差信号が減少する方向にPWM制御回路23から
の出力パルス幅を変化させるようにして、出力電圧を設
定値に保つようにしている。同図のその他の動作は図1
に示した装置と同様であるので動作の詳細な説明は省略
する。なお、図3の装置においても変圧器T11、T1
2の各一次巻線をそれぞれ2個に分割してダイオードD
11、D12、ダイオードD13、D14に分けて直列
に接続してもよい。
【0022】図3の装置においては図1の装置の2倍の
電圧が得られるので比較的高い電圧を要求される用途に
適する。
【0023】図4は、2個の変圧器を用いるかわりに2
個の一次巻線を有する変圧器T13を用いて本発明を実
施するときの例を示した接続図であり、図1に示した変
圧器T11およびT12の各一次巻線T11p、T12
pにかえて1個の変圧器の一次巻線T13p1とT13
p2とを両波整流回路の正・負各ブランチに挿入してあ
る。また、これに伴って二次巻線は1個としダイオード
D23と直列にしてコンデンサC11と並列に接続して
ある。同図の装置において、その他は図1と同機能のも
のに同符号を付してある。
【0024】図4の装置においても、図1の装置と同様
にダイオードD11が順方向となる半波の期間にスイッ
チング素子TR10が導通することにより変圧器T13
p1を流れる電流によって電磁エネルギーが蓄積され、
その後にスイッチング素子TR10が遮断されるとこの
電磁エネルギーが二次巻線T13sを通して放出されて
コンデンサC11を充電し、またダイオードD13が順
方向となる半波においては一次巻線T13p2に電磁エ
ネルギーが蓄積されて、これが二次巻線T13sを通し
て放出されてコンデンサC11を充電するように動作す
る。
【0025】図5は、図4の装置を一部変形したもので
あり、変圧器T13の第2の一次巻線T13p2をダイ
オードD12と直列にしたものであり、その動作は図4
の装置と全く同じである。なお、図4および図5の装置
において、一次巻線T13pを4つに分割してT13p
1ないしT13p4とし、各一次巻線をそれぞれダイオ
ードD11ないしD14に直列にしてもよいのはもちろ
んである。
【0026】図6は、図1の装置と図5の装置とを合体
させた例を示す接続図であり、変圧器はT14とT15
の2個を使用し、かつ各変圧器にはそれぞれ2個の一次
巻線T14p1、T14p2およびT15p1、T15
p2を設けてある。また各一次巻線は交流電源1の各半
波においてスイッチング素子TR10が導通したときに
それぞれ一方の一次巻線T14p1とT15p2または
T14p2とT15p1に電流が流れて各変圧器に電磁
エネルギーを蓄え、これをスイッチング素子TR10の
遮断時にそれぞれの二次巻線T14sまたはT15sを
通して放出してコンデンサC11を充電するようになっ
ている。これらの動作は図1、図3、図4の各装置と同
様であるので詳細な説明は省略する。なお、同図におい
て変圧器の一次巻線T14p1とT15p1、またはT
14p2とT15p2、またはT14p2とT15p1
またはT14p1とT15p2とをそれぞれ入れかえて
も同様の機能を発揮する。
【0027】図7は、本発明を3相交流電源に対して実
施したときの形態の例を示す接続図である。同図におい
て、3は3相商用交流電源、31は電力加工部であり、
高周波フィルタLF31、一次巻線T31pと二次巻線
T31sとを有する変圧器T31、同様に一次巻線T3
2pないしT36pと二次巻線T32sないしT36s
をそれぞれ有する変圧器T32ないしT36、ダイオー
ドD10、D31ないしD36、D41ないしD46、
スイッチング素子TR10、コンデンサC11、直流リ
アクトルL11、抵抗器R11、電流検出器CT11、
出力電流設定器21、比較器22およびPWM制御回路
23からなる。
【0028】図7の装置においてダイオードD31ない
しD36は3相両波整流回路を構成している。図中イ、
ロ、ハのうちイ点が最高電位にある期間は一周期2πの
うちにπ/3あり、この期間にスイッチング素子TR1
0が導通すると変圧器T31p、ダイオードD31、ス
イッチング素子TR10、ダイオードD34と変圧器T
34pの直列回路およびダイオードD36と変圧器TR
36pの直列回路の経路を電流が流れて各変圧器の二次
巻線T31s、T34s、T36sにそれぞれ図示の極
性の電圧が誘起される。しかるにこれらの電圧はそれぞ
れ直列に接続されたダイオードD41、D44、D46
に対して逆極性であるので各二次巻線には電流は流れ
ず、このために各一次巻線に流れた電流はそれぞれの変
圧器に電磁エネルギーとして蓄えられる。次にスイッチ
ング素子TR10が遮断すると、この蓄積された電磁エ
ネルギーによって各二次巻線T31s、T34s、T3
6sに図示と逆の極性の電圧が発生し、それぞれ順方向
となる直列ダイオードD41、D44、D46を通して
コンデンサC11を充電する。このときに各二次巻線に
発生する電圧は蓄積された電磁エネルギーの大きさには
ほとんど関係なく、この電磁エネルギーをコンデンサC
11に対して放出するのに十分な電圧まで上昇すること
は図1の装置にて説明したのと同様である。
【0029】つぎにスイッチング素子TR10が導通す
ると変圧器T31、T34、T36が再び電磁エネルギ
ーの蓄積を開始し、スイッチング素子TR10の遮断に
よって再びこれを放出してコンデンサC11を充電す
る。この動作を図のイ点の電位がロおよびハの各点の電
位よりも高い期間、商用交流電源3の電圧の位相角でπ
/3の期間、くりかえされる。
【0030】つぎに図のハ点が最低電位となるので変圧
器T36と変圧器T31、T33が同様に動作し、つぎ
に図のロ点の電位が他の点よりも高くなって変圧器T3
3と変圧器T32、T36が同様の動作をする。さらに
図のイ点が最も低い電圧になると変圧器T32と変圧器
T33、T35が、ハ点が最高電位になる期間では、変
圧器T35と変圧器T33、T34が、ロ点が最低電位
となる期間では変圧器T34と変圧器T31、T35が
それぞれ上記と同様の動作をそれぞれ商用交流の電圧位
相のπ/3の期間ずつくりかえして商用交流電源の1周
期(2π)を終了する。
【0031】図7の装置においても図3に示した例と同
様に各変圧器の二次巻線T31sないしT36sを直列
ダイオードD41ないしD46の各組毎に並列にコンデ
ンサを接続したものを6組つくり、これらをすべて直列
にして総合出力をアーク溶接負荷4に供給するようにし
てもよく、またこれらの中間的な装置として二次巻線と
ダイオードとの直列回路の組を適宜直列または並列にし
て所望の出力電圧を得るようにしてもよい。
【0032】図8は3相の商用交流電源に本発明を適用
した別の実施の形態の例を示す接続図であり、ダイオー
ドD51ないしD56によって構成されるブリッジ式3
相両波整流回路の正・負各ブランチに変圧器T37ない
しT39の各2個の一次巻線T37p1、T37p2、
T38p1、T38p2、T39p1、T39p2が直
列に接続されており、この両波整流回路の出力を短絡す
る位置にスイッチング素子TR10が接続されている。
また各変圧器の二次巻線T37s、T38s、T39s
はそれぞれダイオードD61ないしD63と直列に接続
され、各変圧器の二次巻線とダイオードとの直列回路は
並列に接続されてこれにコンデンサC11が並列接続さ
れている。また、変圧器T37ないしT39の各一次巻
線T37p1、T37p2、T38p1、T38p2、
T39p1、T39p2と二次巻線T37s、T38
s、T39sはをれぞれ図中に・印で示すように極性が
定められており、これに対して、ダイオードD61ない
しD63の極性も図示の通りに定められている。
【0033】変圧器およびダイオードの各極性を図示の
ように定めると、スイッチング素子TR10の導通時に
は変圧器T37ないしT39の各二次巻線T37sない
しT39sに誘起される電圧はそれぞれ直列ダイオード
D61ないしD63によって阻止される極性となる。同
図のその他の部分は図7の装置と同機能のものに同符号
を付してある。
【0034】図8の装置においては、スイッチング素子
TR10の導通によって変圧器の一次巻線T37p1と
T38p2、T39p2の組合せ、一次巻線T39p2
とT37p1、T38p1の組合せ、一次巻線T38p
1とT37p2、T39p2の組合せ、一次巻線T37
p2とT38p1、T39p1の組合せ、一次巻線T3
9p1とT37p2、T38p2の組合せ、一次巻線T
38p2とT37p1、T39p1の組合せ、に順次電
流が流れてそれぞれの変圧器に電磁エネルギーが蓄積さ
れ、スイッチング素子TR10の遮断によってこれらの
蓄積エネルギーが各変圧器の二次巻線T37s、T38
s、T39sからそれぞれ直列ダイオードD61、D6
2、D63を通して放出されてコンデンサC11を充電
する。このときの動作は図7の装置と本質的に異なると
ころはない。
【0035】図7および図8の装置においても商用交流
電源3からの入力電流は高周波フィルタLF31にて平
坦化されて電源電圧位相と同相の略正弦波電流となる。
【0036】図1および図4ないし図8の各実施例にお
いては、出力電流を電流検出器によって検出してこれを
出力電流設定器の設定値と比較して、差信号が減少する
方向にスイッチング素子TR10の導通時間率を変化さ
せる方式のものを示したが本発明はこれに限らず図3の
装置のように出力電圧を検出してこれを設定値と比較し
て、差が減少するようにスイッチング素子の導通時間率
を制御するものでも本発明は適用できる。
【0037】さらにまた、出力電流と出力電圧とを設定
し、これらの設定値と検出値とを比較し、両方の差信号
に夫々係数を乗じて加算し、このかさんちに応じてスイ
ッチング素子の導通時間率を制御するようにして、所望
の電圧・電流特性の装置を得るようにしてもよい。この
場合、出力電圧設定値Vrと電圧検出器の検出値Vfと
の差ΔVと、出力電流設定値Irと電流検出値Ifとの
差ΔIと、これらに係数a及びbを乗じて合成信号Δs
=a・ΔV+b・ΔI(ただし、0≦a≦1、0≦b≦
1で、かつa+b=1)をPWM制御回路の入力信号と
すればよい。ここでa=0なら出力電流だけが比較され
て定電流特性となり、逆にb=0とすれば出力電圧だけ
が比較されて定電圧特性となる。係数aおよびbが0と
1との間にあるときは出力電流の変化に対して出力電圧
が傾きV/I=b/aの傾斜特性の電源装置となる。
【0038】また、上記各実施例においては、スイッチ
ング素子の制御方法としてはその動作周波数を一定にし
てその1周期内における導通時間の割合を変化させるP
WM制御方式のものについて説明したが、本発明はこれ
に限らず、スイッチング素子の1回の導通時間の長さは
一定とし、くりかえし周波数を誤差信号に応じて変化さ
せるPFM制御(パルス周波数制御)方式のものにも本
発明は適用できる。
【0039】
【発明の効果】本発明は、上記の通り商用交流電源から
の入力電流が入力電圧波形と同相でかつ略同波形となる
ので、過大な入力電圧降下を発生させることがなく、商
用交流電源回路の過負荷防止用の遮断器を誤動作させた
り、波形歪のために同一電源に接続されている他の機器
を誤動作させることもない。また装置自体の力率も1に
近くなるので無効電力の発生がなく、高力率の装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す接続図。
【図2】図1の装置の動作を説明するための線図。
【図3】本発明の別の実施の形態を示す接続図。
【図4】本発明の別の実施の形態を示す接続図。
【図5】本発明の別の実施の形態を示す接続図。
【図6】本発明の別の実施の形態を示す接続図。
【図7】本発明を3相交流電源に適用したときの実施の
形態を示す接続図。
【図8】本発明を3相交流電源に適用したときの別の実
施の形態を示す接続図。
【図9】従来の装置の例を示す接続図。
【図10】図9の従来装置の動作を説明するための各部
の波形を示す線図。
【符号の説明】
1、3 商用交流電源 4 アーク溶接負荷 11〜15、31、32 電力加工部 21 出力電流設定器 22、25 比較器 23 PWM制御回路 24 出力電圧設定器 D10〜D14 ダイオード D21、D22 ダイオード D31〜D36 ダイオード D41〜D46 ダイオード D51〜D56 ダイオード D61〜D63 ダイオード TR10 スイッチング素子 T11p 変圧器一次巻線 T12p 変圧器一次巻線 T13p1、T13p2 変圧器一次巻線 T31p〜T36p 変圧器一次巻線 T37p1、T37p2 変圧器一次巻線 T38p1、T38p2 変圧器一次巻線 T39p1、T39p2 変圧器一次巻線 T11s〜T13s 変圧器二次巻線 T31s〜T39s 変圧器二次巻線 C11、C21、C22 コンデンサ L11 直流リアクトル R11 抵抗器 LF11、LF31 高周波フィルタ VT11 電圧検出器 CT11 電流検出器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の正
    ・負各ブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に
    接続された一次巻線を有する2個の変圧器と、前記ブリ
    ッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング素子
    と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記スイッ
    チング素子の導通によって励磁されるときの出力を阻止
    する極性に定められたダイオードとからなる2組の直列
    回路と、前記2組の直列回路と並列に接続されたコンデ
    ンサと、前記コンデンサの一方の端子に直列に接続され
    た直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出力設定
    値に対応して高周波でON−OFF制御するスイッチン
    グ素子制御回路とを備え、前記直流リアクトルの他方の
    端子と前記コンデンサの他方の端子とから出力を引き出
    した直流アーク溶接用電源装置。
  2. 【請求項2】 単相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の正
    ・負各ブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に
    接続された一次巻線を有する2個の変圧器と、前記ブリ
    ッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング素子
    と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記スイッ
    チング素子の導通によって励磁されるときの出力を阻止
    する極性に定められたダイオードとからなる2組の直列
    回路と、前記2組の直列回路にそれぞれ並列に接続され
    かつ相互に直列に接続されたコンデンサと、前記直列コ
    ンデンサの一方の端子に直列に接続された直流リアクト
    ルと、前記スイッチング素子を出力設定値に対応して高
    周波でON−OFF制御するスイッチング素子制御回路
    とを備え、前記直流リアクトルの他方の端子と前記直列
    コンデンサの他方の端子とから出力を引き出した直流ア
    ーク溶接用電源装置。
  3. 【請求項3】 単相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の正
    ・負各ブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に
    接続された複数の一次巻線を有する1個の変圧器と、前
    記ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチン
    グ素子と、前記変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記ス
    イッチング素子の導通によって励磁されるときの出力を
    阻止する極性に定められたダイオードとからなる直列回
    路と、前記直列回路と並列に接続されたコンデンサと、
    前記コンデンサの一方の端子に直列に接続された直流リ
    アクトルと、前記スイッチング素子を出力設定値に対応
    して高周波でON−OFF制御するスイッチング素子制
    御回路とを備え、前記直流リアクトルの他方の端子と前
    記コンデンサの他方の端子とから出力を引き出した直流
    アーク溶接用電源装置。
  4. 【請求項4】 3相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の各
    相のブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に接
    続された一次巻線を有する6個の変圧器と、前記ブリッ
    ジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング素子
    と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記スイッ
    チング素子の導通によって励磁されるときの出力を阻止
    する極性に定められたダイオードとからなる6組の直列
    回路と、前記6組の直列回路と並列に接続されたコンデ
    ンサと、前記コンデンサの一方の端子に直列に接続され
    た直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出力設定
    値に対応して高周波でON−OFF制御するスイッチン
    グ素子制御回路とを備え、前記直流リアクトルの他方の
    端子と前記コンデンサの他方の端子とから出力を引き出
    した直流アーク溶接用電源装置。
  5. 【請求項5】 3相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の各
    相のブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に接
    続された一次巻線を有する6個の変圧器と、前記ブリッ
    ジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング素子
    と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記スイッ
    チング素子の導通によって励磁されるときの出力を阻止
    する極性に定められたダイオードとからなる6組の直列
    回路と、前記6組の直列回路にそれぞれ並列に接続され
    かつ相互に直列に接続されたコンデンサと、前記直列コ
    ンデンサの一方の端子に直列に接続された直流リアクト
    ルと、前記スイッチング素子を出力設定値に対応して高
    周波でON−OFF制御するスイッチング素子制御回路
    とを備え、前記直流リアクトルの他方の端子と前記直列
    コンデンサの他方の端子とから出力を引き出した直流ア
    ーク溶接用電源装置。
  6. 【請求項6】 3相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の各
    相のブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に接
    続された2個の一次巻線を有する3個の変圧器と、前記
    ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング
    素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記ス
    イッチング素子の導通によって励磁されるときの出力を
    阻止する極性に定められたダイオードとからなる3組の
    直列回路と、前記3組の直列回路と並列に接続されたコ
    ンデンサと、前記コンデンサの一方の端子に直列に接続
    された直流リアクトルと、前記スイッチング素子を出力
    設定値に対応して高周波でON−OFF制御するスイッ
    チング素子制御回路とを備え、前記直流リアクトルの他
    方の端子と前記コンデンサの他方の端子とから出力を引
    き出した直流アーク溶接用電源装置。
  7. 【請求項7】 3相の商用交流電源を入力とするブリッ
    ジ式両波整流回路と、前記ブリッジ式両波整流回路の各
    相のブランチを構成するダイオードにそれぞれ直列に接
    続された2個の一次巻線を有する3個の変圧器と、前記
    ブリッジ式両波整流回路の出力を短絡するスイッチング
    素子と、前記各変圧器の二次巻線と前記変圧器が前記ス
    イッチング素子の導通によって励磁されるときの出力を
    阻止する極性に定められたダイオードとからなる3組の
    直列回路と、前記3組の直列回路にそれぞれ並列に接続
    されかつ相互に直列に接続されたコンデンサと、前記直
    列コンデンサの一方の端子に直列に接続された直流リア
    クトルと、前記スイッチング素子を出力設定値に対応し
    て高周波でON−OFF制御するスイッチング素子制御
    回路とを備え、前記直流リアクトルの他方の端子と前記
    直列コンデンサの他方の端子とから出力を引き出した直
    流アーク溶接用電源装置。
  8. 【請求項8】 前記変圧器は鉄心には磁気エネルギー蓄
    積のための空隙を設けてある請求項1ないし7のいずれ
    かに記載の直流アーク溶接用電源装置。
  9. 【請求項9】 前記コンデンサの端子間または出力端子
    間には前記コンデンサの蓄積電荷を放電するための抵抗
    器を並列に接続してある請求項1ないし8のいずれかに
    記載の直流アーク溶接用電源装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1103330A1 (de) * 1999-09-03 2001-05-30 MESSER-EWM GmbH Schweiss- oder Plasmaschneidgerät

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