JPS6217159Y2

JPS6217159Y2 -

Info

Publication number: JPS6217159Y2
Application number: JP8604978U
Authority: JP
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1987-04-30
Also published as: JPS5566074U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は交流溶接電源にアーク点弧用高周波ま
たはパルスを重畳して用いる交流アーク溶接装置
に関するものである。

交流電源を用いてアーク溶接を行うとき、その
アークスタート時および交流溶接電流が零点を通
過してアークが消滅した後のアーク再点弧を容易
にするために、一般に高い高周波電圧またはパル
ス電圧を溶接電源出力に重畳して用いる。第１図
は従来一般に用いられている高周波重畳回路の要
部のみを示す接続図であり端子１，２は交流電源
に接続され、端子３は交流溶接電源の出力端子に
接続され、また端子４はアーク負荷に接続され
る。Ｔ１は昇圧変圧器であり、昇圧比数十倍ない
し百倍程度のものであり、二次出力端子に数千ボ
ルトの高電圧を発生する。l₁，l₂およびc₁，c₂は
それぞれチヨークコイルおよびコンデンサであり
高周波電圧が電源回路に混入するのを防止するた
めのフイルター回路である。同図の装置において
は溶接開始と同時に端子１，２間に交流電圧が印
加され昇圧変圧器Ｔ１の二次側に数千ボルトの高
電圧が誘起される。この昇圧変圧器Ｔ１の二次出
力は並列接続されたコンデンサＣ３を充電する。
コンデンサＣ３の端子電圧が放電間隙SGの絶縁
破壊電圧を超えると放電し、この放電間隙および
カツプリングコイルＣ，Ｃを通してコンデンサＣ
３の電荷は放電される。この放電電流は回路のリ
アクタンス分および容量分によつて振動電流とな
り、カツプリングコイルＣ，Ｃにて結合された溶
接回路に高電圧の高周波電圧を誘起する。この高
電圧によつて端子４に接続された溶接負荷の絶縁
を破壊して補助放電を起し主たるアーク放電を誘
発させる。このときのカツプリングコイルＣ，Ｃ
の出力電圧は作業者に対する感電事故を防止する
ために数メガヘルツ程度の高周波となるように、
回路定数が選定されているが、この高周波が空中
および電源ラインに伝播し通信障害を誘発して一
種の公害源となつている。このために高周波電圧
はできるだけそのエネルギーを低い値にする必要
があるが、このエネルギーを低くすることはアー
クの点弧性を悪くすることにつながり、高周波を
重畳させる本来の目的が達成されないことになり
限界があつた。

そこで、特開昭50−126543号公報において、高
周波をアークが消滅して再点弧すべき時にのみに
供給して、アークの再点弧を確実にするととも
に、通信障害を低減させる目的の交流アーク安定
化装置が提案されている。

しかし、この装置は、まず第１に、正極性時及
び逆極性時に、点弧導通する電子スイツチが１組
であるので、直流電源ＥからコンデンサＣ３又は
Ｃ５を充電している。したがつて、電子スイツチ
の高電圧の出力回路にリークがある場合、電子ス
イツチは、消弧に失敗して誤動作をする。

この装置は、第２に、充電回路が１組であるの
で、直流電源Ｅとして両波整流電圧を使用する。
そのために、半サイクル内で、しかも、電子スイ
ツチが導通するまでの短時間の間に、充電しなけ
ればならず、整流電圧の最大値で充電することが
できない。そのために、直流電源Ｅを高電圧にし
ておかなければならず、それだけ不経済となる。

さらに、この装置は、第３に、コンデンサＣ３
又はＣ５の充電回路によつて火花ギヤツプＧの放
電開始電圧3000V以上の高電圧を得ようとしてい
るために、この高電圧を電子スイツチ４により点
弧制御しなければならないので、充電回路及び電
子スイツチともに耐電圧の高いものを必要とす
る。そのために、装置が大形化し、高価であり、
安全性及び保守点検上、実用性に欠けている。

本考案は、前記装置が目的とする高周波アーク
が消滅して再点弧すべき時のみに供給して、アー
クの再点弧を確実にするとともに、通信障害を低
減させることに加えて、前記装置の上記３つの問
題点を解決したものであつて、本考案は、アーク
電圧の正極性時及び逆極性時にそれぞれ別々に充
放電をする２組の充電回路と、この充電回路の充
電電圧をそれぞれ別々に放電させるための２組の
補助スイツチング素子と、低電圧の充電回路の放
電電流によつて火花ギヤツプを放電させる高電圧
を得るための昇圧変圧器を備えている。

第２図は本考案の溶接装置の実施例を示す接続
図である。同図において、５は交流電源、６は電
磁接触器など溶接中にのみ閉じる開閉器、７は溶
接変圧器であり、８は溶接電極、９は被溶接物で
ある。１０は高周波電圧を発生する高周波発生装
置であり、補助変圧器Ｔ２、整流器Ｄ１，Ｄ２、
抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ７，Ｃ
８、補助スイツチング素子SCR１，SCR２、昇
圧変圧器Ｔ１、放電間隙SG、コンデンサＣ６か
ら構成されている。このうち昇圧変圧器Ｔ１、コ
ンデンサＣ６、放電間隙SGはカツプリングコイ
ルＣ，Ｃとともに発振回路を構成している。１１
は溶接アークの再点弧すべき位相を検出するアー
ク電圧再点弧位相検出回路であり、溶接アークが
極性反転時などにおいて消滅し再点弧すべき際に
ほぼ同期してパルスを発生するものである。なお
Ｃ４，Ｃ５はコンデンサであり、溶接変圧器７に
高周波電圧が混入するのを防止するためのバイパ
ス回路の投目を果す。

溶接の開始に際して、開閉器６が閉じると溶接
変圧器７に交流電源５が接続され、溶接電極８、
被溶接物９に交流電圧が印加される。一方交流電
源５の電圧は補助変圧器Ｔ２にも供給される。補
助変圧器Ｔ２の出力電圧は整流器Ｄ１，Ｄ２およ
び抵抗器Ｒ１，Ｒ２を通してコンデンサＣ７，Ｃ
８を充電する。このとき溶接変圧器７および補助
変圧器Ｔ２の極性を図中に記載の通りの極性とす
ると、コンデンサＣ７は電極８が陰極となる正極
性時にのみ充電され、コンデンサＣ８は電極８が
陽極となる逆極性時にのみ充電される。アーク電
圧再点弧位相検出回路１１の逆極性時の出力信号
は、コンデンサＣ７の端子に接続されたサイリス
タなどの補助スイツチング素子SCR１に、また
正極性時の出力信号はコンデンサＣ８の端子に接
続された補助スイツチング素子SCR２に供給さ
れる。この結果、正極性時に充電されたコンデン
サＣ７の電荷は逆極性時にアークの再点弧位相に
同期して導通する補助スイツチング素子SCR１
および昇圧変圧器Ｔ１の一次巻線Ｐ１を通して放
電し、一方コンデンサＣ８の電荷は正極性時にア
ーク再点弧位相に同期して導通する補助スイツチ
ング素子SCR２および昇圧変圧器Ｔ１の一次巻
線Ｐ２を通して放電し、このコンデンサＣ７およ
びＣ８の放電電流は昇圧変圧器Ｔ１の２次巻線Ｓ
にパルス状の高電圧を発生する。昇圧変圧器Ｔ１
の２次巻線に発生した高電圧はコンデンサＣ６を
充電し、その充電電荷は放電間隙SGおよびカツ
プリングコイルＣ，Ｃを通して放電して溶接部に
高周波電圧を供給する。この結果、溶接部にはア
ークの再点弧すべき位相においてコンデンサＣ７
およびＣ８が放電する間の極く短時間のみ高周波
電圧が供給されることになる。

第３図は第２図に示した実施例におけるアーク
電圧再点弧位相検出回路１１の実施例を示したも
のであり、第４図は第３図の各部の電圧波形を示
すものである。同図において入力端子ａ，ｂには
アーク電圧Vaが入力される。アーク電圧Vaは抵
抗器１１１を経て対向して直列接続された定電圧
ダイオード１１２，１１３にて波頭を裁断されて
矩形波状電圧Ｖ１となる。定電圧ダイオード１１
２，１１３の端子電圧Ｖ１はコンデンサ１１４，
抵抗器１１５により微分されアーク電圧の消滅に
同期したパルス電圧Ｖ２に変換される。このパル
ス電圧Ｖ２はダイオードにより正逆両波の電圧
Vp１，Vp２に分割されてパルストランス１１
８，１１９を介して第２図の実施例にて示した補
助スイツチング素子SCR１，SCR２のゲート回
路に供給されこれを導通させる。なお本考案で用
いるアーク電圧再点弧位相検出装置は上記実施例
に限定されるものではなく、要するにアーク電圧
のほぼ再点弧位相を検出してアーク電圧のほぼ再
点弧位相に同期してパルスを発生するものであれ
ば如何なるものでもよく、たとえば第３図の微分
回路のかわりに入力信号の立下りで単一パルスを
発生するモノマルチバイブレータを２組用いてそ
れぞれの半波のアーク電圧の消滅時点に同期して
パルスを発生させるようにしてもよい。

第５図は本考案の溶接装置の別の実施例を示す
接続図であり、直列リアクトルの作用により略矩
形波状の交流出力電流を得る方式の溶接装置に本
考案を適用するときの実施例を示す接続図であ
る。同図において第２図と同様の機能を有するも
のには同一の符号を付してある。SCR３，SCR
４は出力電流を制御する主半導体スイツチング素
子であり、逆並列接続された単方向性サイリス
タ、トランジスタなどが用いられる。１５は電流
検出器、１４は基準信号設定回路、１２は電流検
出器１５および基準信号設定回路１４の出力信号
の差を取出す比較回路、１３は比較回路１２の出
力に応じて主スイツチング素子SCR３および
SCR４の導通位相を制御する点弧位相制御回路
である。Ｌ１およびＬ２は主スイツチング素子
SCR３およびSCR４にそれぞれ直列接続された
リアクトルであり、各リアクトルは共通の鉄心に
巻回されており、かつその極性は図中に示すよう
にそれぞれ直列に接続された主スイツチング素子
の導通により同方向に磁束を発生するように決定
されている。高周波発生装置１０は第２図に示し
た実施例と同様である。

溶接の開始に際して開閉器６が閉じると溶接変
圧器７に交流電源５が接続される。電流検出器１
５の出力信号と基準信号設定回路１４の出力信号
とは比較器１２にて比較され、両信号の差信号が
点弧位相制御回路１３に入力される。この点弧位
相制御回路１３は入力信号に応じた位相の導通指
令信号を主半導体スイツチング素子SCR３およ
びSCR４に供給しこれを導通させ、その結果電
極８および被溶接物９に供給される電流は基準信
号設定回路１４の設定に応じた一定電流となる。
一方、交流電源５の電圧は高周波発生装置１０に
も供給される。主スイツチング素子SCR３，
SCR４を導通させるための点弧位相制御回路１
３の出力信号は、高周波発生装置１０の補助スイ
ツチング素子SCR１およびSCR２にも供給され
この補助スイツチング素子SCR１およびSCR２
を主スイツチング素子SCR３およびSCR４に同
期して導通させる。この結課、昇圧変圧器Ｔ１に
は主サイリスタSCR３およびSCR４の導通に同
期してコンデンサＣ７およびＣ８の放電電流が供
給され、第２図に示した実施例と同様にして電極
と被溶接物との間にアークの再点弧に同期して高
周波電圧が供給される。

ところでアーク溶接を考察するとき溶接開始時
を除けばアークの再点弧の難易に方向性のあるこ
とが判る。即ち、溶接電極により被溶接物を溶接
するとき、電極側が負電位となるいわゆる正極性
時には一旦アークが発生してタングステン電極が
加熱されると赤熱された電極からは熱電子放出に
より容易に電子が放出されるために、アークの再
点弧は容易でありほとんど高周波電圧を印加しな
くてもよい。逆に被溶接物が負電位となる逆極性
時には被溶接物は熱電子放出能力が劣るためアー
クの再点弧には高い電圧が要求され高周波電圧を
重畳しないとしばしばアークの再点弧に失敗して
アーク切れをおこしたり再点弧位相が遅れたりす
る。特にタングステン電極によりアルミニユーム
の溶接を行うときは、この傾向が強く逆極性時に
はほとんどアークの再点弧に失敗しアーク切れと
なる。したがつて、高周波電圧はこの逆極性のと
きに多く必要とされ、正極性時には全く必要でな
いか、または溶接アーク起動時にタングステンが
未だ加熱されていない冷陰極状態のときに正極性
のアークが発生しにくいのを補助する目的、ある
いはアーク起動直後の充分電極が加熱されない間
における正極性のアークがとぎれやすいのを防止
する目的のために、アークが発生していないとき
のみに高周波電圧を供給すればよい。

第２図および第５図において、補助サイリスタ
SCR２に直列に接続された抵抗器Ｒ３はこのた
めに設けられたものである。この抵抗器Ｒ３の抵
抗値を適宜選定すれば、高周波電圧を正極性時に
おいて逆極性時より弱くするかまたは無負荷時に
のみ発生するようにできる。

以上のように本考案の装置においては、高周波
電圧発生回路または再点弧用パルス発生回路の出
力をアークが消滅して再点弧すべき必要時にのみ
供給するようにしたので、交流アーク溶接におけ
るアークスタートが容易で再点弧が確実となり、
また通信障害も極力減少させることができるもの
である。

しかも、本考案は、まず第１に、２組の充電回
路を有しており、各コンデンサＣ７及びＣ８の放
電直後にコンデンサが再充電されることがないの
で、補助スイツチング素子は必ず消弧をし、誤動
作することがない。

また第２に、本考案は、２組の充電回路を有し
ており、一方のコンデンサＣ７を充電中の半サイ
クル期間中は、他方のコンデンサＣ８が放電し、
他方の半サイクル期間中は逆になる。したがつ
て、いずれのコンデンサも、半サイクルの最大値
で充電されるので、直流用電源の出力電圧を効率
よく利用し、しかも、毎回必ず、最大値で充電さ
れるために、充電電圧にバラツキがなく確実に高
周波を発生させることができる。

さらに第３に、本考案は、充電回路及び補助ス
イツチング素子は、すべて低電圧回路で構成して
いるので、回路の耐電圧を低くすることができ、
装置が小形化、安価で安全性及び保守点検にすぐ
れ、実用的なものである。

なお、本考案では、充電回路及び補助スイツチ
ング素子を低電圧回路で構成しているために、昇
圧変圧器Ｔ１が必要であり、この昇圧変圧器の飽
和を防止するためにも、つぎの理由で２組の充電
回路を必要とする。

すなわち、仮に、この昇圧変圧器Ｔ１の１次側
に、１つの充電回路と補助スイツチング素子から
充電電流を供給した場合に、２次側の火花ギヤツ
プSGで、必ず放電が発生すれば、２次側に流れ
る振動電流によつて、昇圧変圧器の鉄心の磁束が
リセツトされるので鉄心の飽和がなく、２回目以
後の火花ギヤツプの放電を継続させることができ
る。しかし、１回目の補助スイツチング素子から
の放電電流によつて火花ギヤツプの放電に失敗し
た場合には、２次側に振動電流が流れないため
に、鉄心の磁束がリセツトされないので、２回目
以後の補助スイツチング素子が導通しても、２次
側に高電圧が発生せず、したがつて火花ギヤツプ
の放電が発生しない状態が継続する。

しかし、本考案は、充電回路及び補助スイツチ
ング素子が２組あり、しかも、昇圧変圧器の鉄心
の磁束を交互に逆方向に変化させるように１次巻
線に電流を流すので火花ギヤツプが放電に失敗し
ても、後の火花ギヤツプの放電をさせることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波重畳回路の例を示す接続
図、第２図、第３図および第５図は本考案の実施
例を示す接続図、第４図は第３図の実施例の各部
の電圧波形を示す図である。７……溶接変圧器、１０……高周波発生装置、
１３……位相制御回路、Ｔ１……昇圧変圧器、
SG……放電間隙、Ｃ，Ｃ……カツプリングコイ
ル、Ｃ１〜Ｃ８……コンデンサ、SCR１，２…
…主半導体スイツチング素子、SCR３，４……
補助スイツチング素子、Ｌ１，Ｌ２…リアクト
ル。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】交流電源を用いるアーク溶接装置において、溶
接部に電力を供給する溶接変圧器７と、前記溶接変圧器７と溶接電極８及び被溶接物９
間のアーク溶接用の放電ギヤツプとカツプリング
コイルCCの２次側とが直列接続されてループを
形成する主電源回路と、前記カツプリングコイルCCの１次側巻線と昇
圧変圧器Ｔ１の２次側巻線と高周波発生用の放電
間〓SGとが直列に接続されてループを形成し、
かつ前記昇圧変圧器Ｔ１の２次側巻線と並列に接
続されたコンデンサＣ６とより成る高周波発生回
路と、第１のコンデンサＣ７及びアーク電圧の正極性
時にコンデンサＣ７を充電する第１の半波整流器
Ｄ１から成る第１の充電回路と、第２のコンデンサＣ８及びアーク電圧の逆極性
時にコンデンサＣ８を充電する第２の半波整流器
Ｄ２から成る第２の充電回路と、アーク電圧の正極性時から逆極性時に反転する
ときに第１の点弧信号を出力し、かつアーク電圧
が逆極性時から正極性時に反転するときに第２の
点弧信号を出力する点弧制御回路１１と、前記第
１のコンデンサＣ７と前記昇圧変圧器Ｔ１の第１
の１次側巻線と前記第１の点弧信号により点弧さ
れる第１の補助スイツチング素子SCR１とが直
列に接続されてループを形成して逆極性時に放電
する第１の補助電源回路と、前記第２のコンデン
サＣ８と前記昇圧変圧器Ｔ２の第２の１次側巻線
と前記第２の点弧信号により点弧される第２の補
助スイツチング素子SCR２とが直列に接続され
てループを形成し、前記第１の補助電源回路とは
逆の極性の磁束を昇圧変圧器Ｔ１の鉄心に発生さ
せて正極性時に放電する第２の補助電源回路とからなる交流アーク溶接装置。