JPS5978775A - 交流ア−ク溶接電源 - Google Patents

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】 本発明は、正極性半波と逆極性半波の電流値、時間比率
、反転周波数がそれぞれ可変ガ交流アーク溶接電源に関
する。

従来、交流ＴＩＧ溶接において、正極性半波と逆極性半
波の時間比率を変えたり、一方の半波の電流値と他方の
半波の電流値を変えたい場合、第１図に示すような交流
アーク溶接電源が用いられていた。１．２は直流電源、
３ｔ４はｌ・ランジスタの内部抵抗の変化によるシリー
スレギュレータ方式の定電流制御回路、５はアーク負荷
、すなわち非消耗性電極６と母材７の間に発生するＴＩ
Ｇアークであり、正極性半波と逆極性半波で定電流制御
回路３．４を交互に作動させてアーク負荷５へ電流を供
給する。

しかし、このようなシリースレギレータ方式の定電流制
御回路を用いた従来の交流アークｍ接電源では、アーク
負荷が交流アークで極性反して 転後の再点弧を容易に／アークを安定化する姑めに直流
アークの場合に比べ無負荷電圧を高くする必要があるの
で、定電流制御回路のトランジスタ部での損失が出力の
４〜５倍に達し、（１）　　効率が１５俤程度と低い。

（２）　　並列接続するトランジスタの個数が多く、高
価に々る。

（３）電源装置が大形になる。

（４）　　大量の冷却水を必要とする。

などの問題点があり、実用的でない。

上記問題点を解決する手段としては、第１図に示したシ
リースレギュレータ方式の定電流制御回路をオンオフ制
御によるチョッパ方式の定電流制御回路で置き換えるこ
とが考えられるがチョッパ方式を採用する場合には電流
波形平滑用の直流リアクタ（以下、平滑リアクタという
、）が必須要素となり、次のような問題が生じる。

（１）　　出力の極性反転時に電源回路が開放されると
平滑リアクタにサージ電圧が発生し、制御回路のトラン
ジスタなどを損傷する恐れがある。

（２）アークの安定性の面からは出力の極性反転はでき
るだけ速やかに行なうことが望ましいが、平滑リアクタ
があると、これが負荷になって反転後の電流の立上りが
遅れ、アークの安定性を悪くする。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、正極性半波と逆極性半波の電流値、時
間比率、反転周波数のそれぞれが可変であり、製造コス
トおよびランニングコストが安く、かつ極性反転後の再
点弧が容易でアークの安定性がすぐれた交流アーク溶接
電源を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明では、正極性側電源回路
と逆極性側電源回路にそれぞれオンオフ制御による定電
流制御回路を設けて低損失化をはかると共に、正極性側
電源回路に設けた倒・１の平滑リアクタと逆極性側電源
回路に設は九第２の平滑リアクタをそれらの励磁方向が
同一に々るように磁気結合させ、かつ正極性側電源回路
と逆極性側電源回路にそれぞれオンオフ制御可能なフラ
イホイール回路を付加し、出力の極性反転時に上記フラ
イホイール回路の一方をオンからオフへ、他方をオフか
らオンへ切換えることにより、正極性半波から逆極性半
波への反転時には第１の平滑リアクタに蓄えられた電磁
エネルギーにより第２の平滑リアクタに発生する電圧を
直流電源からの電圧に加え合わせ、逆極性半波から正極
性半波への反転時には第２の平滑リアクタに蓄えられた
電磁エネルギーにより第１の平滑リアクタに発生する電
圧を直流電源からの電圧に加え合わせてそれぞれアーク
負荷に印加し、アークの再点弧を助けるようにしたもの
である。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

まず、実施例の回路構成を第２図により説明すると、直
流電源１、定電流制御回路８、電流検出器１４、平滑リ
アクタ１２およびアーク負荷５を非消耗性電極６がプラ
ス側になるように直列接続し、平滑リアクタ１２とアー
ク負荷５に並列にフライホイール回路１０を接続して逆
極性（ＲＰ）側電源回路を構成する。一方、直流電源２
．定電流制御回路９．電流検出器１５．平滑リアクタ１
３およびアーク負荷５を母材７がプラス側圧なるように
直列接続し、平滑リアクタ１３とアーク負荷５に並列に
フライホイール回路１１を接続して正極性（ｓｐ）側電
源回路を構成する。

定電流制御回路８，９はそれぞれの電流設定信号と電流
検出器１４　、１５からのフィードバック信号をあるヒ
ステリシス幅をもたせて比較し、フィードバック信号が
上限値に達するとトランジスタをオフにし、フィードバ
ック信号が下限値に達するとトランジスタをオンにする
オンオフ制御によるチョッパ式の定電流制御回路である
。

フライホイール回路１０　、１１はオン信号を受けたと
きのみトランジスタがオンになり、定電流制御回路８．
９のオフ時に平滑リアクタ１２　、１３の放出エネルギ
ーによるフライホイール電流を流す回路である。

平滑リアクタ１２と平滑リアクタ１３は同一鉄心１６に
巻かれ、それらの励磁方向、すなわち正極性半波で平滑
リアクタ１３の発生する磁束の方向と逆極性半波で平滑
リアクタ１２の発生する磁束の方向が同一になるように
磁気結合されている。

なお、１７はシーケンス制御部で、定電流制御回路８，
９への電流設定信号およびフライホイール回路１０　、
１１へのオン信号を所定の制御シーケンスに扼吟周期的
に発生する回路であり、それぞれの信号の時間幅、周期
を変えることにより正極性半波と逆極性半波の時間比率
、反転周波数が変化し、また定電流制御回路８．９の電
流設定信号のレベルを変えることによって各半波の電流
値が変化する。

第３図は本実施例の各部の信号波形およびその結果とし
て生じる電流波形を示す。

次に、出力電流の制御および極性反転の動作を第３図に
よって説明する。

（１）　　、ａ−ｂ間では定電流制御回路８μ電流設定
（ｉｌ）　ＩＢＰに対しΔＲＰのヒステリシスをもって
オンオフを繰り返すため、定電流制御回路８に流れる電
流Ｉｓ、フライホイール回路１０に流れる電流りおよび
ｈ　ｔ　Ｉｚを加え合わせたＲＰ側出力電流工３はそれ
ぞれ図示のような波形になる。

（２）ｂ−ｃ間では定電流制御回路８がオフとなり、フ
ライホイール回路１０のみがオンになっているため、平
滑リアクタ１２の放出エネルギーによって流れる電流工
２は図示のように漸減する。

（３）０点に達すると、フライホイール回路１１もオン
になり、今まで１２→６→５→７→１０→１４→１２と
流れていた電流はアーク負荷５を通るよりもフライホイ
ール回路１１を通った方が流れやすいため、１２→１３
→１５→１１→１０→１４→１２へと移行し、アーク負
荷５には電流が流れなくなる。ただし、０点からは定電
流制御回路９に電流設定信号工ｓＰが与えられるので、
０点で電流検出器１５に流れる電流工。がＩｓｐに対す
るヒステリシス幅△ＳＰの下限値より小さければ定電流
制御回路９もオンになり１その場合は１２→１３→１５
→９→２→１０→１４→１２と電流が流れる。

（４）ｄ点に達すると、フライホイール回路１０がオフ
に、外るため、平滑リアクタ１２の放出エネルギーによ
り平滑リアクタ１３に発生する電圧で１３→１５−＞１
１→７→５→６→１３というようにアーク負荷５を通っ
て電流が流れ、正極性半波へ移行する。

（５）平滑リアクタ１３による電流が漸減して電流設定
信号Ｉ８Ｆに対するヒステリシス幅ΔＳＰ４のヒステリ
シスをもってオンオフを繰り返すため、定電流制御回路
９に流れる電流１番、フライホイール回路１１に流れる
電流Ｉ５およびＩ４　＊　Ｉ５を加え合わせたＳＰ側山
方電流Ｉ７はそれぞれ図示のような波形になる。

（６）ｆ−ｇ間では定電流制御回路９がオフとなり、フ
ライホイール回路１１のみがオンになっているため、平
滑リアクタ１３の放出エネルギーにより流れる電流Ｉ５
は図示のように漸減する。

（７）ｇ点に達すると、定電流制御回路８、フライホイ
ール回路１０もオンになり、今まで１３−→１５→１１
→７→５→６→１３と流れていた電流はアーク負荷５を
通るよりも定電流制御回路８を通った方が流れやすいた
め、１３→１５→１１→１→８→１４→１２→１３へと
移行し、アーク負荷５には電流が流れなくなる。

（８）ｈ点に達すると、フライホ・イール回路１１がオ
フにたるため、平滑リアクタ１３０放出−？−＄ルギー
えより、ＰゆＵ　−１゜Ｋ’ｌＥすあ。

圧で１２→６→５−→７→１→８→１４−→１２という
ようにアーク負荷５を通って電流が流れ、逆極性半波へ
移行する。

以下はその繰返しである。したがって、出力電流工１は
図示のようＩｃ　ｃ　−ｄおよびｇ−ｈの電流中断区間
をおいて逆極性半波から正極性半波へ、正極性半波から
逆極性半波へと反転する交流波形とかみ。

このように本発明では、シリースレギュレータ方式によ
る従来の交流アーク溶接電源のように直流電源電圧のみ
で再点弧が行なわれるのと異なり、極性反転後に平滑リ
アクタの放出エネルギーが直流電源電圧に加え合わされ
てアーク負荷に印加されるため、直流電源電圧が比較的
低くても再点弧が容易に行なわれる。

すなわち、上記説明（４）ｔ　（ｓ）で分るように比較
的再点弧が容易な大電流（逆極性半波）から小電流（正
極性半波）への反転時には平滑リアクタの放出エネルギ
ーのみで再点弧し、再点弧が困難な小電流（正極性半波
）から大電流（逆極性半波）への反転時には平滑リアク
タの放出エネルギーによる電圧が直流電源電圧に加え合
わされるため、再点弧が非常に容易になる。さらに付記
すれば、大電流から小電流への反転時に、もし再点弧が
うまくいかず、電流が小電流側（正極性側）の電流制御
幅以下になれば直流電源電圧も印加されるようになり、
その意味ではいずれの場合も平滑リアクタの放出エネル
ギーと直流電源電圧の和で再点弧が行なわれ、平滑リア
クタが負荷となって極性反転後の電流の立上りが遅れる
ことも々いため、アークの安定性は非常に良く力る。

また、平滑リアクタにサージ電圧が発生するのは再点弧
に失敗したときだけとなるので、第２図に示すように過
電圧により導通する保障素子１８　、１９を電源回路に
挿入することにより、定電流制御回路８，９、フライホ
イール回路１０゜１１のトランジスタなどをサージ電圧
から保＠することが容易にできる。

さらに、シリースレギュレータ方式と異たりオンオフ制
御によるチョッパ方式の定電流制御回路を採用したため
、 （１）損失は約１／１０　に低減し、効率が大幅に向上
する。

（２）　　並列接続するトランジスタの個数を大幅に低
減でき、小形軽量、安価になる。

（３）冷却水量も大幅に少なくでき、場合によっては空
冷化も可能となる。

なお、本発明は原理的には極性反転時に定電流制御回路
８とフライホイール回路１０を同時にオフさせ、遅れな
しに定電流制御回路９とフライホイール回路１１を同時
オンさせるというように第３図ｅ−ｄ、ｇ−ｈの電流中
断区間をおくことなく極性反転を行なわせることも可能
であるが、牙３図について説明したようにｃ　−ｄ問お
よびｇ−ｈ間でフライホイール回路１０　、１１ともに
オンとすることにより平滑リアクタの放出エネルギーの
移行をよりスムーズに行たい、再点弧の確実性を高める
ことができる。

以上の説明かられかるように本発明によれば、オンオフ
制御による定電流制御回路を採用したため、電源装置の
小形軽量化、製造コストの低減および大幅な効率向上、
冷却水量の減少によるランニングコストの低減がはかれ
、さらに平滑リアクタの放出エネルギーを直流電源電圧
に加え合わせて再点弧エネルギーとして利用したことに
より、極性反転後の再点弧を容易にしてアークを安定化
でき、平滑リアクタからのサージ電圧の発生を抑えてス
イッチング素子の保護が容易にできる等の大きな効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシリースレギュレータ方式にる交流アー
ク溶接電源の回路構成図、第２図は本発明の一実施例を
示す回路構成図、牙３図は牙２図各部の信号波形および
電流波形を示すタイミングチャートである。 １ｔ２・・・直流電源、　　５・・・アーク負荷、６・
・・非消耗性電極、　７・・・母材、　８，９・・・オ
ンオフ制御による定電流制御回路、　１０　、１１・・
・オンオフ制御可能なフライホイール回路、１２　、１
３・・・平滑リアクタ、　１４　ｔ　１５・・・電流検
出器１６・・・平滑リアクタ１２　、１３を磁気結合す
る鉄心、１７・・・シーケンス制御部、１８．１９・・
・過電圧保護素子。 第１図 ３ 第２図 ＄３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源、第１のオンオフ制御による定電流制御回路、
   之・１の平滑リアクタ、アーク負荷および上記第１の平
   滑リアクタとアーク負荷に並列に接続された第１のオン
   オフ制御可能なフライホイール回路を含む正極性側電源
   回路と、直流電源、牙２のオンオフ制御による定電流制
   御回路、第２の平滑リアクタ、アーク負荷および上記第
   ２の平滑リアクタとアーク負荷に並列に接続され九第２
   のオンオフ制御可能なフライホイール回路を含む逆極性
   側電源回路を備え、上記第１および第２の平滑リアクタ
   をそれらの励磁方向が同一となるように磁気結合させ、
   かつ正極性半波から逆極性半波への反転時には上記第１
   のフライホイール回路をオンからオフへ、上記第２のフ
   ライホイール回路をオフからオンへ切換え、逆極性半波
   から正極性半波への反転時には上記第２のフライホイー
   ル回−をオンからオフへ、上記第１のフライホイール回
   路をオフからオンへ切換えるように制御シーケンスを設
   定１．またことを特徴とする交流アーク溶接電源。