JPS62279084A - プラズマア−ク用電源 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ切断またはプラズマ溶接に使用され
るプラズマアーク用電源に関する。

〔従来の技術〕

移行式プラズマアークを利用したプラズマ切断機やプラ
イマ溶接機では、主アーク回路とパイロットアーク回路
に一つの電源から給電する方式のものが多く、また最近
のプラズマ切断機等では、プラズマアークを安定に発生
させるため、インバータやチョッパによる定電流制御が
採用されている。その−例を第２図に示す。

第２図において、主電源回路は交流入力端子１、−次側
整流器２、平滑コンデンサ３、出力制御部であるインバ
ータ４、変圧器５、二次側整流器６、直流リアクタ７、
パイロットアーク電流を制限する抵抗器８．アークスタ
ート用高周波発生器９、カップリングコイル１０および
高周波バイパス用コンデンサ１１から構成されている。

アークスタート時には、電源の無負荷電圧がプラズマ切
断トーチの電極１２と母材１３の間に印加され、同時に
抵抗器８と接点ＩＸｂを介して電極１２とノズル１４の
間にも同じ電圧が印加される。また、パイロットアーク
回路にはカップリングコイル１０を介して高周波電圧が
重畳して印加され、電極１２とノズル１４の間に高周波
放電により導かれてパイロットアークが点じる。このと
き、パイロットアーク電流は抵抗器８により制限される
。このパイロットアークによるプラズマ流が作動ガスに
よってノズル１４から噴出し、母材１３に触れると、電
極１２と母材１３の間に主アークが点じ、切断を開始す
る。

主アーク電流は、主アーク電流検出器１５の検出信号と
主アーク電流設定器１６の設定信号を比較部１７で比較
し、比較部１７から出力される主アーク電流制御信号を
インバータ駆動回路１８に入力し、インバータ４の出力
パルス幅を制御することによって設定値に制御され、プ
ラズマアーク（主アーク）を安定に維持する。１９は主
アーク電流検出器１５の検出信号により作動するリレー
駆動回路で、所定の主アーク電流が流れると、リレーＩ
Ｘを付勢し、接点ＩＸｂを開にしてパイロットアーク回
路を切るようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来の移行式プラズマアーク用電源において
は、パイロットアーク電流を制限するのに抵抗器８を用
いており、この抵抗器８は、たとえばエアープラズマ切
断の場合、無負荷電圧２００〜２５０　Ｖでパイロット
アーク電流を５〜ＩＯＡに抑えるためには、抵抗値を約
２０Ωとする必要があり、その消費電力はアーク電圧に
より異なるが、１〜２ｋＷにもなる。このため、大容量
の抵抗器を必要とし、電源を小形軽量化する上で障害と
なっていた。また、従来の移行式プラズマアーク用電源
では、パイロットアーク電流に対しては定電法制御が行
なわれず、アーク電圧によって電流値が変動するため、
パイロットアークの安定性も十分でなかった。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
より小形軽量で、かつパイロットアークの安定性に優れ
たプラズマアーク用電源を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、主アーク回路の電流
値を検出する主アーク電流検出器と、パイロットアーク
回路の電流値を検出するパイロットアーク電流検出器と
、上記主アーク電流検出器の検出信号と主アーク電流設
定器の設定信号とを比較し主アーク電流制御信号を出力
する第１の比較器と、上記パイロットアーク電流検出器
の検出信号とパイロットアーク電流設定器の設定信号と
を比較しパイロットアーク電流制御信号を出力する第２
の比較器と、上記主アーク電流制御信号およびパイロッ
トアーク電流制御信号に応じて主アーク回路とパイロッ
トアーク回路に流れる電流が＝４− それぞれの設定値になるように電源の出力を制御する単
一の出力制御部と、上記主アーク電流制御信号と上記パ
イロットアーク電流制御信号を選択的に上記出力制御部
の駆動回路に入力させる信号選択回路とを備え、単一の
出力制御部によりアークスタート時のパイロットアーク
電流に対しても定電流制御を行なうようにしたものであ
る。

〔作用〕

アークスタート時に電極、ノズル間にパイロットアーク
が発生すると、パイロットアーク電流検出器の検出信号
が第２の比較部にフィードバックされ、出力制御部は第
２の比較部から出力されるパイロットアーク電流制御信
号によりパイロットアーク電流を設定値に維持するよう
に出力制御を行なう。この作用は電極、母材間にプラズ
マアークが発生し、パイロットアーク回路が切られるま
で持続する。これにより、パイロットアーク回路に電力
消費の大きい電流制限用抵抗器を設ける必要がなくなり
、またパイロットアークは定電流制御によって安定に維
持される。プラズマアーク（主アーク）に移行した後は
、出力制御部は、第１の比較部から出力される主アーク
電流制御信号により、主アーク電流が設定値になるよう
に電源出力を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

本実施例は、パイロットアーク回路に電流制限用抵抗器
を有せず、パイロットアーク電流検出器２０、パイロッ
トアーク電流設定器２１、第２の比較部２２および信号
選択回路２３を設けた点が第２図に示す従来例と異なる
。それ以外の構成は第２図と同一であり、第２図と対応
する部分には同一符号を付して示す。第１の比較部１７
および第２の比較部２２は、たとえば演算増幅器で構成
されており、第１の比較部１７は、その（−）入力端子
に加えられた主アーク電流検出器１５の検出信号と（＋
）入力端子に加えられた主アーク電流設定器１６の設定
信号との差を増幅し、主アーク電流制御信号として出力
する。また、第２の比較部２２は、その（−）入力端子
に加えられたパイロットアーク電流検出器２０の検出信
号と（＋）入力端子に加えられたパイロットアーク電流
設定器２１の設定信号との差を増幅し、パイロットアー
ク電流制御信号として出力する。

信号選択回路２３は、たとえば共通接続点Ｐと第１の比
較部１７の出力端との間および共通接続点Ｐと第２の比
較部２２の出力端との間にダイオードＤ１．Ｄ２をそれ
ぞれのアノード側が共通になるように接続し、共通接続
点Ｐを抵抗Ｒ□を介して直流電源＋Ｖに結び、第１の比
較部１７から出力される主アーク電流制御信号と第２の
比較部２２から出力されるパイロットアーク制御信号の
うち、電圧レベルの低い方の信号をダイオードＤ１、Ｄ
２、共通接続点Ｐを経てインバータ駆動回路１８に入力
するようにしたものである。インバータ駆動回路１８は
、入力された制御信号と鋸歯状波信号を比較して制御信
号の電圧レベルが高いほどパルス幅の広いパルス信号を
作り、このパルス信号でインバータ４のスイッチング素
子であるトランジスタを駆−７＝ 動し、主アーク電流およびパイロットアーク電流がそれ
ぞれの設定値になるように電源の出力制御を行なわせる
。

アークスタート時に、交流入力端子１に加えられた商用
周波数の交流入力は一次側整流器２と平滑コンデンサ３
で直流に変換され、次いでインバータ４で高周波交流に
変換されて変圧器５の一次側に印加され、二次側に無負
荷電圧を発生する。

この無負荷電圧は二次側整流器６で再度直流に変換され
た後、直流リアクタ７を介してプラズマ切断トーチの電
極１２と母材１３の間に印加され、同時に接点ＩＸｂを
介して電極１２とノズル１４の間にも同じ電圧が印加さ
れる。また、パイロットアーク回路には高周波発生器９
で発生した高周波電圧がカップリングコイル１０により
重畳して印加され、電極１２とノズル１４の間に高周波
放電により導かれてパイロットアークが点じる。このパ
イロットアーク電流はパイロットアーク電流検出器２０
で検出され、電流値に比例した検出信号が第２の比較部
２２にフィードバックされる。このとき、第２の比較部
２２から出力されるパイロットアーク電流制御信号は第
１の比較部１７から出力される主アーク電流制御信号よ
りも電圧レベルが低いので、信号選択回路２３のダイオ
ードＤ２がオン、ダイオードＤ。

がオフとなり、ダイオードＤ２を介してパイロットアー
ク電流制御信号がインバータ駆動回路１８に入力され、
これによりインバータ４は、パイロットアーク電流が設
定値になるように電源出力を制御する。次いで、パイロ
ットアークによるプラズマ流に導かれて電極１２と母材
１３の間にプラズマアーク（主アーク）が点じると、そ
の主アーク電流が主アーク電流検出器１５で検出され、
この検出信号により主アーク電流が所定値に達したとき
にリレー駆動回路１９がリレーＩＸを付勢し、接点ＩＸ
ｂを開にしてパイロットアーク回路を切る。

それまでは、たとえ主アーク電流が設定値に達していな
くても、パイロットアーク電流が設定値より流れすぎれ
ば、これを抑えるように、インバータ４はパイロットア
ーク電流の定電流制御を優先して行なう。しかし、パイ
ロットアーク回路が切られると、主アーク電流検出器１
５からのフィードバックにより第１の比較部１７に生じ
る主アーク電流制御信号の電圧レベルの方が第２の比較
部２２から出力されるパイロットアーク電流制御信号の
電圧レベルよりも低くなるため、信号選択回路２３のダ
イオードＤ□がオン、ダイオードＤ２がオフに変わり、
インバータ４は、ダイオードＤ□を介してインバータ駆
動回路１８に入力される主アーク電流制御信号に応じて
電源出力を制御し、主アーク電流を設定値に維持するよ
うになる。

本実施例中の信号選択回路２３はスイッチング素子とし
てダイオードを用いた例であるが、パイロットアーク回
路の入、切に連動する切換接点を用いてパイロットアー
ク電流制御信号と主アーク電流制御信号の選択を行なう
構成としても上記と同様の機能が得られることは言うま
でもない。

上記実施例は、作動ガスを変えることによりプラズマ溶
接機としても使用できる。また、本発明は、インバータ
４に代えて変圧器５の二次側に設けたチョッパにより出
力制御を行なう場合にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、単一の出力制御部により主アーク電流
だけでなく、アークスタート時のパイロットアーク電流
も定電流制御されるので、電力損失の大きい大容量のパ
イロットアーク電流制限用抵抗器をなくして、電源の小
形軽量化および省エネルギー化を図ることができ、また
定電流制御によりパイロットアークの安定性を高め、プ
ラズマアークへの移行を円滑に行なわせることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は従来
例の回路図である。 ４・・・出力制御部（インバータ） １２・・・電極　　　　　　　１３・・・母材１４・・
・ノズル　　　　　　１５・・・主アーク電流検出器１
６・・・主アーク電流設定器 １７・・・第１の比較部 １８・・・出力制御部（インバータ）駆動回路２０・・
・パイロットアーク電流検出器−１１＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、トーチの電極と母材を含む主アーク回路およびトー
   チの電極とノズルを含むパロットアーク回路に給電する
   プラズマアーク用電源において、主アーク回路の電流値
   を検出する主アーク電流検出器と、パイロットアーク回
   路の電流値を検出するパイロットアーク電流検出器と、
   上記主アーク電流検出器の検出信号と主アーク電流設定
   器の設定信号とを比較し主アーク電流制御信号を出力す
   る第１の比較部と、上記パイロットアーク電流検出器の
   検出信号とパイロットアーク電流設定器の設定信号とを
   比較しパイロットアーク電流制御信号を出力する第２の
   比較部と、上記主アーク電流制御信号およびパイロット
   アーク電流制御信号に応じて主アーク回路とパイロット
   アーク回路に流れる電流がそれぞれの設定値になるよう
   に電源の出力を制御する単一の出力制御部と、上記主ア
   ーク電流制御信号と上記パイロットアーク電流制御信号
   を選択的に上記出力制御部の駆動回路に入力させる信号
   選択回路とを備えたことを特徴とするプラズマアーク用
   電源。