JPS58107269A - 溶接装置 - Google Patents

溶接装置

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JPS58107269A
JPS58107269A JP20680581A JP20680581A JPS58107269A JP S58107269 A JPS58107269 A JP S58107269A JP 20680581 A JP20680581 A JP 20680581A JP 20680581 A JP20680581 A JP 20680581A JP S58107269 A JPS58107269 A JP S58107269A
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transformer
inverter means
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transistor
welding device
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ゴ−ドン・レスリ−・ブレデンカンプ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アーク溶接機は産業界及び家庭で幅広く使わn。
ている。このようなアーク溶接機は単相若しくは三相商
用電源又は発電セット即ち直流電源から給電されるが、
普通は電源電圧を溶接用途に適したレベルに変換するこ
とが必要となる。
しかし、この目的に使われる溶接変圧器はかさ1′□は
っていて重く且つタップを設けるか又は可変リアクタン
スコアを甲いて成る範囲の溶接電流を供給できるように
する。
本四人が知っている種々の溶接機が米国特許第3211
933号、第3コJ/7//号、第331ottars
号、第3!lru01号、第31/lrl77号、第1
l03gjlj号、第1IOII709乙号及び第al
l7303号明細書に記載されている。
(  グ  ) 本発明の目的は重量が1市常の商用電源から給電1され
る対応する規模の溶接機の重量よりも相当に小さく、寸
法が通常の溶接機の寸法よりも可成り小さい溶接装置を
提供するにある。
このような目的を達成するため本発明によれば゛出力周
波数がオーディオ周波数の範囲な越えるインバータ手段
と、変圧器とを具え、この変圧器の中心タップ付き一次
巻線が上記インバータ手段に接続され、二次巻線の出力
端子が電極と溶接対象たる工作物として電気接続されて
いることを特徴1゛とする。
このようにしてインバータの出力周波数は少なくともJ
KHzとなり、うまくゆけばts KHzないし21)
 KHz (r) 領域に入る。この上側の周波数限界
はオーディオ周波数の範囲を越えているが、大′ホ.力
を1・直接スイッチングするという観点からは取り扱い
得る限界である。しかし、インバータ手段に内蔵される
ものであれば適当なスイッチング菓子が得られるから、
IIG(zを大きく越える周波数、例えば100 KH
z以上のオーダーの周波数で働らかせる2。
こともできる。本発明の範囲にはこのオーダーの・動作
周波数も含まれる。
インバータ手段は本質的に自走形であって、変圧器から
取り出した信号でインバータ手段の動作を制御する4−
ドパツク手段全利用することができる。
本発明の好適な一実施例では前記インバータ手段が少な
くと42個のトランジスタを具え、前記フィードバック
手段が変圧器に誘導結合されている少なくとも1個の巻
線を具え、この巻線かトラ・・・ンジスタに供給される
ベース電流を左右することを特徴とする。
本発明はまた溶接電流源を作る方法に関するもので、こ
の方法は直流電源をJKH z以上の周波数で交互に、
変圧器の中心タップ付き一次巻線の第17の端子と中心
タップの間、及び第2の端子と中心タップの間に接続す
ることと、変圧器から取り出したフィードバック信号に
よりこの接続を制御することと、変圧器の二次巻線を電
極と溶接対象たる工作物とに接続することとを含むこと
を特徴.。
とする。
実施例を挙げて図面につき本発明の詳細な説明する。
第1図はブロック図の形で本発明溶接機で採用されてい
る原理を示したものである。
第1図に示すように交流電源10を整流器12に接続し
、この整流器12の直流出力を自励式インバ−タ内−タ
与える。インバータ/41の出力信号はオーディオ周波
数の範囲以上の周波数を有し、その代表的数頭は15な
いしX) KHzの領域にあり、これは通1・・常の商
用電源の周波数SθHz又は60 Hzよりも相当に高
い。この自励式インバータ/&の出力信号は高周波変圧
器l乙に加える。この高周波変圧器l乙の一層の出力端
子を溶接電極/gに接続し、他方の出力端子を溶接対象
たる工作物〃に接続する。    1本発明の主たる目
標は重量と寸法の小さい溶接機を提供するにあり、これ
は比較的高周波で動作させて変圧器の寸法をこれに対応
して小さくできるようにすることにある。この変圧器は
通常の成1−鉄心ではなく、軟磁性フェライトコアを用
いる。1・(7) この材料は殊に高周波用に適しているが、その環1由は
抵抗率が非常に高く、そのためうず電流が実際上無視で
きるためである。この変圧器の設計に当っては十分な一
次及び二次漏れリアクタンスを持たせ、端子が短絡して
もインバータ内での電流の噌加は全て制御ζnた態様で
生じ、これによりインバータが損傷しないようにする。
第一図は溶接機の回路を一層詳細に示したものである。
ここで注意すべきことは整流器!2の回路は実質的に通
常のものであって、そn故第−図に1・。
は示していないことである。第2図は本質的にはインバ
ータ14Iと変圧器16だけを示したものである。
このインバータ14+は2個のトランジスタスイッチを
用いており、各トランジスタスイッチが夫々少なくとも
1個のトランジスタn又は2!を含み、。
第一図でVという記号を付しである整流器12の直流出
力信号を交互に変圧器/4の一次巻線3θの第7の端子
ムと中心タップIとの間及び第コの端子32と中心タッ
プJとの間に印加する。
各トランジスタn及び2グのコレクタに夫々符号、、。
(j) 31及び36を付しであるリアクタンススナツパ(re
active 5nubber )に接続する。各スナ
ツバはコンデンサ3gとダイオード功及び鮭とインダク
タンス作とから成る。各トランジスタn及び24Iのベ
ースとコレクタの間に夫々回路ら及びqを接続す″る。
各回路はしかるべき時にトランジスタを急速にスイッチ
オフさせるように設計するものであって、ダイオード5
θと電界効果トランジスタS2とコンデンサ評とから成
り、このコンデンサ評と直列G: 抵抗36とツェナダ
イオードSgの並列回路が接続IOさnている。
ペース巻線60を変圧器l乙に誘導結合させる。ベース
巻ili!60はダイオード62と抵抗6II及びコン
デンサ66の並列u路とを介して夫々トランジスタn及
び2グのベースに接続する。ペース巻線60の両側に1
5夫々ダイオード61及び70を接続し、これらのダイ
オード6I及び70を抵抗7コを介して接地する。
トランジスタn及び21の夫々のコレクタとエミッタと
の間に夫々フリーホイーヘリングダイオード7弘及び7
6を逆並列に接続する。
ベース巻l1140とトランジスタ!2の中間にある点
1roと直流電圧源との間にスイッチ7gを接続する。
注意すべきことはインバータ141は自走形であってそ
の制御回路にはトランジスタ、!2以外能動素子が入っ
ていないことである。このため溶接機の構造が簡単にな
る。蓋し、補助電源の点で必要とされることは非常に少
ないからである。他方結果としてインバータ/41の発
掘周波数は負荷に依存し、溶接時に変圧器の二次巻線(
第1図の12)の出力端子間にアークがとんだ時出力周
波数が変化する。1・・一般的な表現を使えば、インバ
ータは一次電圧、−次巻線の数、軟質フェライトコアの
実効断面積及びコアの飽和磁束密度に依存する特性周波
数で発掘することができる。
スイッチ7gを瞬間的に閉じることにより発振が・開始
する。即ち、スイッチ7!を閉じるとトランジスタnの
ペース電圧が高くなり、このトランジスタnのコレクタ
電流が増大する。これにより一次巻#M3θの左半部に
流nる電流がペース巻線10に信号を誘起し、この信号
がベース電流をトランジス、。
・りnに供給する。端子スと1の間に電圧がフルに゛か
かるようになるにつれ変圧器のコア内の磁束が増大する
。コアが飽和する前に最大コレクタ電流に達すると、ト
ランジスタnのコレクターエミッタ電圧も増大する。そ
してこのコレクターエミッタ電圧が最大値に達した時ベ
ース巻線60間の電圧の極性も反転し、トランジスタ2
グがターンオンする。トランジスタ21のコレクターエ
ミッタ電圧が下ってゆき、ダイオード76が導通しはじ
めるとトランジスタnのコレクタ電流をアースに流す道
が開1゛ける。この瞬時においてトランジスタ〃のコレ
クターエミッタ電圧はjVである。この時トランジスタ
24Iが導通し、上述した態様でプロセスが進行する。
トランジスタn及び24tのスイッチング速度は/K 
lないし2117KHzの領域に入るように設計する。
周波数をこのようにすれば磁気部品は実際上可能な限り
で小さくでき、変圧器の一次側の溶接電流をスイッチン
グする回路は扱いやすく且つ経済的なものになる。そし
て商用電源の周波数で動作する従・・111 来の溶接機でとられている類似の手段と比較して“本発
明溶接機では寸法と重量が著しく小さくなる。
例えば本発明の原理に従って作られた溶接機は、!iK
W迄の出力を出せるにもかかわらずMfJkはstcg
しかない。また前述したインバータの発振周波数は負荷
に依存し、10KH1から20 KHzの範囲で変化し
た。また溶接機の占める容積はコio x iso x
iso鰭であった。
変圧器は一次/二次側の漏れリアクタンスを適当な値に
設計し、二次巻線が短絡しても溶接機が1・・損傷を受
ける可能性をできるだけ小さくする。第7図に見る通り
、−次巻W$30と二次巻?fMざ2とを長方形の軟質
フェライトコア♂tの対向する脚に設ける。全漏れリア
クタンスは巻線自体の各巻回線間の間隙による漏れリア
クタンスと、2個の巻線間lの間隙による漏れリアクタ
ンスとの和である。後者の成分は予じめ定められたもの
で変圧器のコアの寸法を変えることにより適当に設計す
ることができる。
前述したように、リアクタンススナツバ371及ヒリ・
(12) 3tを用いてトランジスタがスイッチング時に高い1駆
動電圧のピークにさらされないようにする。即V ち−3−t−を制限する。このタイプのスナツバが電力
消費形(Re)スナツバに勝る利点は効率がよいことで
ある。インバータは超音波領域の周波数で動゛作するか
ら電力消費形スナツバは本質的に非効率でエネルギー損
失が大きくなる。これに対しリアクタンススナツバ3グ
及び36は再生的で余分のエネルギーを電圧源Vに戻す
トランジスタのベース電流はベース巻mto内に1・り
誘起された電圧により供給される。スイッチング損失の
決定に当ってはトランジスタのスイッチオフ時間が重要
な役割を演するのであって、それ故コレクタ電流の下降
時間をできるだけ速くするのが望ましい。各トランジス
タはターンオンすると+1飽和状態に駆動されるが、回
路ら及びqは夫々のトランジスタが飽和状態を出る時そ
れを検出してその瞬時に夫々トランジスタn及び2グの
ベースに負の電圧を印加し、その下降時間を小さくする
ように設計さnている。このようにして例えばトラ!・
・ンジスタnにつき述べるとコレクターエミッタ電’圧
が上昇しはじめると電流がコンデンサS+を通って流れ
、トランジスタ、タコのゲート−ソース電圧をツェナダ
イオード、5gのツェナ電圧にクランプする。
トランジスタタ2がターンオンするとそのソース側の負
の電圧がトランジスタnのベースに印加される。こnに
よねトランジスタの下降時間は劇的に下がる。このソー
ス側の負の電圧は変圧器l乙に結合されている簡単な補
助の中心タップ付き巻線によh簡単に得られる。
明らかに高周波変圧器/4に適当な動作周波r1圧を与
える回路としては他にも多くの回路が考えられる。しか
し、前述したタイプの自走形インバータを用いることは
簡単なことと、経済性の点で殊に有利である。前述した
溶接機はコンパクトで1且つ目方も軽い。変圧器16に
よる実際の溶接電流出力はトランジスタn及び2グに供
給されるベース電流を変えることにより簡単に制御でき
る。これは例えば抵抗tlI若しくは72又はその両方
の抵抗値を調整することによね実行することができる。
斯、。
・くして例えばこれらの抵抗の一個又は収数個の値1を
変えるスイッチを予じめ足められた過当な方法で動作さ
せることによりm 、 to 、にO及びαアンペアと
いう標準溶接電流を簡単に選択することができる。
前述したように本発明溶接機はオーディオ周波数以上の
通常は超音波領域の周波数で動作するから騒仔公害が防
げる。試作した溶接機では溶接回路で何等かの事情で耳
に聞こえる雑音が発生することもなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明溶接装置全体のブロック図、第2図は本
発明溶接機廿で使わnるイ、ンバータ回路の回路図であ
る。 /θ・・・聞流電源、/2・・・整流詣、/9・・・イ
ンバータ、116・・・変圧器、1g・・・溶接電極、
〃・・・工作物、2ノ、λグ・・・トランジスタ、ム・
・・変圧器の一次巻線の第1の端子、I・・・中心タッ
プ、3θ・・・−次巻線、32・・・第一 の2a子、
3a 、 3t・・・リアクタンススナツバ、3g・・
・コンデンサ、功、り2・・・ダイオード、件・・・イ
ンダクタ、。 ンス、N、#・・・トランジスタのスイッチオンを速1
くするための回路、SO・・・ダイオード1、タコ・・
・電界効果トランジスタ、評・・・コンデンサ、56・
・・抵抗、sg、・・ツエナタ゛イオード、AO・・・
ペース巻線、A2・・・ダイオード、AQ・・・抵抗、
A6・・・コンデンサ、6g、70.・・ダイオード、
7.2・・・抵抗、’7G 、 74・・・フリーホイ
ーリングダイオード、7tr・・スイッチ1.l’(1
)・・・接続点、!2・・・二次巻線。 因面の浄書(内容に変更なし) 手続補正書 昭和57年 4 月 21日 1、事件の表示 昭和56年 特 許 願第206805  号2、発明
の名称 溶接装置と溶接電流の発生方法 3、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称  アングロ・アメリカン・コーポレーション・オ
ン・サウス・アフリカ・リミテッド 5゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 出力周波数がオーディオ周波数の範囲を越えるイン
    バータ手段(lりと、変圧器(16)とを具え、この変
    圧器の中心タップ付き一次巻線(30)が上記インバー
    タ手段に接続され、二次巻M (12)の出力端子が電
    極(II)と溶接対象たる工作’:’IINコO)とし
    て電気接続されていることを特徴とする溶接装置。 2 インバータ手段の出力周波数が、?KH2以上であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接装
    置。 3 インバータ手段の出力周波数が15 KHz以上で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の溶接
    装置。 本 変圧器から取り出した信号でインバータ手段の動作
    を制御するフィードバック手段(60)を具えることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
    か1項に記載の溶接装置。 5、 前記インバータ手段が少なくとも211酎のトラ
    ンジスタ(22、24I)を具え、前記フィードバック
    手段C6→が変圧器に誘導結合されている少なくとも1
    個の巻線(10)を具え、この巻線がトランジスタに供
    給されるペース[流を左右することを特徴とする特許請
    求の範囲第4項記載の溶接装置。 6、−次巻m (,30)が中心タップ付きで、二次巻
    m (12) ノ出力端子;611i@ (/r) ト
    溶11にすnル’″対象たる工作物Cコ0)とに〜電気
    接続されている変圧器と、インバータ手段(lりと、こ
    のインバータ手段に接続されている直流電源(V)と、
    前記変圧器に誘導結合されていて前記インバータ手段の
    動作を制御するフィードバラIり手段(60)とを具え
    、インバータ手段の出方信号の周波数がJKH2以上で
    あって変圧器の一次巻、1!(J□)に印加されること
    を特徴とする溶接装置。 7、 前記インバータ手段が交互にターンオンさ、。 几て飽和状態になり、ベース電流がフィードバック手段
    (60)に依存する少なくとも2個のトランジスタ(2
    2,2+ )と、各トランジスタ(n、2ダ)のペース
    に適当な信号を与えて夫々のトランジスタが飽和状態を
    脱する時の下降時間を短縮する手段C%+ u lとを
    具えることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の溶
    接装置。 a 前記変圧器が磁性フェライトコア(lrII)を具
    え、このコアの対向する脚に一次巻線(JO)’°。 と二次巻線(rコ)とが巻かれていることを特徴とする
    特許請求の範囲第6項又は第7項記載のm接装置。 9、 直流電源(v)をJKHzKHz以上数で交互に
    、変土器の中心タップ付き一次巻fm (30)の第1
    ′”の端子(,24)と中心タップ(JIr)の間、及
    び第2の端子(3コ)と中心タップ(コr)の1川に接
    続することと、変圧器から取り出したフィードバック信
    号によりこの接続を制御することと、変圧器の二次巻線
    (r2)をIIE極(II)と溶接対2゛□(3) 含む溶接1!流の発生方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5762864A (en) * 1980-09-30 1982-04-16 Sansha Electric Mfg Co Ltd Dc arc welding machine
JPS57106473A (en) * 1980-12-24 1982-07-02 Sansha Electric Mfg Co Ltd Dc welding device

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