JPS6128430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接電流を調整することができ且つ安
定にアークを発生させることができる位相制御形
のアーク溶接機に関するものである。

通常、交流アーク溶接機の出力電流によつてア
ークを発生させると交流電流が零点を通過するこ
とにアークが消滅し、無負荷電圧の回復にともな
つて再点弧をする。しかし、位相制御によつて溶
接電流を調整すると、電流の遮断期間が発生する
ため、例えばアルミニウム材を非消耗性電極を用
いて交流アーク溶接をする場合には、アルミニウ
ム材がマイナスになる半波において電子放出が良
好でなくなり、アークの再点弧に失敗することが
多く、実用にならなかつた。特に小電流において
は、アークの再点弧に失敗することが多い。そこ
で従来は、出力電流を全く位相制御しないで、溶
接変圧器の可動鉄心の位置により出力電流を調整
し、電流波形を矩形波状に近付けることによつて
アークの再点弧を改善することが行なわれてい
る。しかしながら、このようなアーク溶接機では
可動鉄心が必要であるため、装置の構造が複雑に
なる欠点があつた。

一方直流出力を用いる場合には、その出力波形
中に含まれるリツプル分を極力少なくすることが
アークの安定性や溶接品質の面から重要であり、
通常は多相交流を整流して直流出力を得る方式が
ほとんどであり、単相電源を入力とする場合には
極めて大容量のコンデンサを出力回路に接続して
リツプルの除去を計ることが必要であり大形で高
価なものとなつていた。

本発明の目的は、可動鉄心を有する溶接変圧器
を用いないで、位相制御により出力電流を調整
し、しかも位相制御によるアークの再点弧の失敗
をなくし、またアルミニウム材を小電流で溶接し
た場合においても確実にアークを再点弧させるこ
とができ、かつ直流出力時には単相電源から入力
を得る方式であるにもかかわらずほとんどリツプ
ルの含まれない平坦な出力を得ることのできる交
直両用のアーク溶接機を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため溶接負荷
に異なつた方向の電流を通電する極性に接続され
た２個の単方向性制御整流素子に、同一のリアク
トル鉄心に巻回されてインダクタンスが等価で大
なる値の２個のリアクトル巻線をそれぞれ直列に
接続し、上記２個のリアクトル巻線の極性を各リ
アクトル巻線に流れる電流によつて上記リアクト
ル鉄心に生じる磁束の方向が同一になるように定
めてある。さらに上記２個の単方向性制御整流素
子と２個の整流素子とを両波整流回路を構成する
が逆並列接続による交流位相制御回路を構成する
かに切替えるための切替スイツチを設けたアーク
溶接機である。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。第１図は本発明のアーク溶接機の交流出力時
における動作を説明するための基本的な構成を示
す接続回であり、同図においては本発明の動作原
理を明確にするために切替スイツチは省略してあ
る。同図において、１，１は溶接機の入力端子、
２は入力端子１，１に接続された１次巻線２ｐと
２次巻線２ｓとを有する溶接変圧器、４ａおよび
４ｂは、共通の鉄心に巻回されたインダクタンス
が等価でかつ十分大なるインダクタンスを有し同
方向に巻回されて直列接続された第１および第２
のリアクトル巻線であつて、これら２個のリアク
トル巻線４ａ，４ｂの中間接続点に２次巻線２ｓ
の一端２ａが接続されている。３ａおよび３ｂは
直列接続された第１および第２のリアクトル巻線
４ａ，４ｂの両端に、アノードおよびカソードが
それぞれ接続された互いに逆方向の単方向性制御
整流素子（以下サイリスタという）である。５ａ
および５ｂはそれぞれサイリスタ３ａおよび３ｂ
を半サイクルごとに交互に点弧および位相制御を
する点弧位相制御回路、６は消耗または非消耗電
極、７はアーク、８は被溶接材で、これらの電極
６乃至被溶接材８は溶接負荷Ｒを構成し、この溶
接負荷Ｒは第１の出力端子１１ａ及び第２の出力
端子１１ｂに接続される。サイリスタ３ａ及び３
ｂは、互いに逆方向に接続されているため、電源
の各半サイクルの周期ごとにサイリスタ３ａ及び
３ｂが交互に導通して該周期毎に溶接負荷Ｒへの
通電電流の向きが変化するか、本発明において
は、サイリスタ３ａ及び３ｂの導通時にリアクト
ル巻線４ａ及び４ｂに流れる各電流よつてリアク
トル鉄心に生じる磁束の方向が同一になるように
各リアクトル巻線４ａ及び４ｂの極性が定められ
ている。

以下第２図及び第３図ａ乃至ｄを参照して上記
溶接機の動作を説明する。

第２図において正弦波状のE₀は２次巻線２ｓ
の無負荷電圧を示し、破線で示したI₀の溶接負荷
Ｒを流れる電流を示す。また鎖線で示したＩ_Lは
リアクトル巻線４ａまたは４ｂを流れる電流を示
し、実線は溶接負荷Ｒの端子電圧I₀Rを示してい
る。尚同図の横軸には時間ｔをとつてある。

第２図に示す時刻T₁において点弧位相制御回
路５ａが点弧位号を出力し、サイリスタ３ａが導
通する。サイリスタ３ａが導通すると、溶接電流
I₀は第３図ａに示すように２次巻線の端子２ａ、
サリスタ３ａ、リアクトル巻線４ａ、溶接負荷Ｒ
および２次巻線の端子２ｂを流れる。このとき２
次巻線２ｓ、リアクトル巻線４ａおよび溶接負荷
Ｒの両端電圧の極性は図示のとおりとなり、第２
図の時刻T₁とT₂との間の期間においてはE₀＞I₀R
となる。リアクトル巻線４ａのインダクタンスＬ
を流れる電流に応じて十分に大きな値に選定して
おくと、溶接電流I₀はほとんど変化しないが、厳
密にはわずかずつ増加を続け、この溶接電流I₀の
増加と大きなインダクタンスＬによつてリアクト
ル巻線４ａおよび４ｂにはE₀−I₀R＝ｅ＝Ｌ
（di／dt）の起電力が図示の極性で発生して、第
２図の斜線で示された部分に相当するエネルギー
が蓄積される。

つぎに第２図の時刻T₂とT₃との間の期間で
は、E₀＜I₀Rになるにもかかわらず、溶接電流I₀
はわずかずつ減少するので、リアクトル巻線４ａ
には第３図ｂに示すように時刻T₁とT₂との間の
期間とは逆に−Ｌ（di／dt）の起電力を発生し、
先に蓄積されたエネルギーを放出して溶接負荷Ｒ
に時刻T₁とT₂との間の期間と同一方向に電流I₀
を流し続ける。この電流I₀はインダクタンスＬが
大きいので変化が少なくほぼ一定の値となる。さ
らに時刻T₃を過ぎると、E₀の極性は第３図ｃに
示すとおり逆になるが、インダクタンスＬに蓄積
されたエネルギーを放出して、時刻T₁とT₃との
間の期間と同一方向にほぼ一定の電流I₀を溶接負
荷Ｒに供給する。

つぎに時刻T₄のときに、点弧位相制御回路５
ｂからサイリスタ３ｂに点弧信号を供給してサイ
リスタ３ｂを導通させると第３図ｄに示したよう
に２次巻線の端子２ｂ、溶接負荷Ｒ、リアクトル
巻線４ｂ、サイリスタ３ｂおよび２次巻線の端子
２ａに電流が流れる。

このときに流れる電流の立上りはリアクトル４
に蓄積されたエネルギーの放出により極めて急峻
なものとなる。

しかもこの電流が流れる回路のインダクタンス
はリアクトル巻線４ｂを除けば小さいので、時刻
T₄以後にリアクトル巻線４ｂに流れる電流Ｉ_Lす
なわち溶接負荷Ｒを流れる電流I₀の絶対値は時刻
T₁とT₄との間の期間にリアクトル巻線４ａを流
れる電流と絶対値がほぼ等しくかつ方向が反対の
電流となる。なお、サイリスタ３ａは第３図ｄに
示すようにリアクトル巻線４ａに発生した起電力
により逆バイアスされて遮断する。時刻T₄以後
は上記と同様の動作がくりかえされる。

第４図は、点弧位相制御回路５ａおよび５ｂの
点弧信号の位相を第２図のθ_１からθ_２に遅らせ
た場合を示したもので、溶接負荷Ｒを流れる電流
I′₀は、E₀＞I′₀RのときにE₀−I′₀R＝e′＝Ｌ（di／
dt）によつて蓄積されるエネルギーとE₀＜I″₀Rの
ときに放出されるエネルギーとが等しくなる値に
なる。このように、点弧信号を遅らせた場合には
第４図に示すごとくI′₀の反転する位相が遅れる
と同時に電流値も小さくなるが、動作順序は第３
図ａ乃至ｄで説明した場合と同様になる。またサ
イリスタに供給される点弧信号の位相を遅らせる
ことにより、溶接負荷に通電する電流値を小さく
しても、溶接負荷に供給される電流は遮断時間を
持たず、電源の半サイクルの周期で急峻に極性を
加える交流電流となる。

第５図は互に連動する切換スイツチ９ａおよび
９ｂよりなる切替スイツチ９並びに直流出力時に
サイリスタ３ａ，３ｂと組合わされて両波整流回
路を構成する整流素子１０ａ，１０ｂを設けて、
第１の出力端子１１ａおよび第２の出力端子１１
ｂに接続された溶接負荷Ｒに供給する電流を交流
および直流に切りかえられるようにした本発明の
総合的な実施例を示す接続図である。同図におい
て切替スイツチ９をAC側にしたときは整流素子
１０ａ，１０ｂが無効となつてサイリスタ３ａ，
３ｂが逆並列接続されて第１図と同じ回路となり
交流出力を得ることができる。このときの動作は
第１図と全く同様であるので説明を省略する。切
替スイツチ９をDC側に接続したときはサイリス
タ３ａ，３ｂと整流素子１０ａ，１０ｂはリアク
トル巻線４ａ，４ｂを含む両波整流回路を構成す
ることになり直流出力が得られる。このときリア
クトル巻線４ａ，４ｂの作用により先に説明した
ようにサイリスタ３ａ，３ｂには略矩形波状の電
流が流れ、溶接負荷にはこの電流が両波整流され
た直流電流が流れることになる。この結果溶接電
流は単相交流を電源として位相制御によつて出力
を調整するものであるにもかかわらずほとんどリ
ツプルのない平坦な直流電流が得られることにな
る。

以上のように、本発明によれば出力調整を位相
制御により行ないかつ電源の半サイクルの周期で
急峻に極性が変化する遮断時間のない略矩形波状
の交流出力電流と、この略矩形波状の交流出力を
両波整流した形の直流出力電流とを切替により得
られるので、位相制御により出力電流を調整する
にもかかわらず交流アーク溶接時においては電流
の極性反転時においてアークを確実に再点弧する
ことができ、また直流出力時には従来のように大
きな平滑回路を設けることなくリツプル含有率の
極めて少ない出力調整の可能な直流出力が得られ
るので安定したアーク溶接が可能となるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の交流出力時の動作を説明する
ために切替スイツチを省略して示した接続図、第
２図は第１図の各部の波形図、第３図ａ乃至ｄは
それぞれ第１図の装置の動作の異なる過程におけ
る電流の方向及び各部の極性を示すための回路
図、第４図はサイリスタの点弧位相を遅らせた場
合の各部の波形図、第５図は本発明の総合的な実
施例を示す接続図である。 ２……溶接変圧器、２ｐ……１次巻線、２ｓ…
…２次巻線、３ａ，３ｂ……単方向性制御整流素
子、４ａ，４ｂ……リアクトル巻線、５ａ，５ｂ
……点弧位相制御回路、６……電極、７……アー
ク、８……被溶接材、９……互に連動する切換ス
イツチ９ａおよび９ｂよりなる切替スイツチ、１
０ａ，１０ｂ……整流素子、１１ａ，１１ｂ……
出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 共通の鉄心に巻回されたインダクタンスが等
   価でかつ十分大なるインダクタンスを有し同方向
   に巻回されて直列接続された２個のリアクトル巻
   線４ａ，４ｂと、前記２個のリアクトル巻線４
   ａ，４ｂの中間接続点に２次巻線２ｓの一端２ａ
   が接続された溶接変圧器２と、前記直列接続され
   た第１のリアクトル巻線４ａの他端に一端が接続
   された第１の単方向性制御整流素子３ａと、前記
   第１の制御整流素子３ａの他端に接続された第１
   の出力端子１１ａと、前記第１の制御整流素子３
   ａと逆並列方向であつて前記第２のリアクトル巻
   線４ｂの他端に一端が接続された第２の単方向性
   制御整流素子３ｂと、前記第２の制御整流素子３
   ｂの他端を前記第１の出力端子１１ａ又は第２の
   出力端子１１ｂに切換接続する第１の切換スイツ
   チ９ａと、一端が前記第１の出力端子１１ａに接
   続されかつ第１の制御整流素子３ａと同方向に接
   続された第１の整流素子１０ａと、前記溶接変圧
   器の２次巻線２ｓの他端2bと前記第２の出力端
   子１１ｂとの間に接続されかつ前記第１の整流素
   子１０ａと逆並列方向に接続された第２の整流素
   子１０ｂと、前記溶接変圧器２の２次巻線２ｓの
   他端２ｂを前記第２の出力端子１１ｂ又は前記第
   １の整流素子１０ａの他端に切換接続しかつ前記
   第１の切換スイツチ９ａに連動する第２の切換ス
   イツチ９ｂと、前記第１及び第２の制御整流素子
   ３ａ，３ｂを交互に点弧及び位相制御する点弧位
   相制御回路５ａ，５ｂとを具備したアーク溶接
   機。