JPS6253262B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、位相制御整流素子を用いて出力制御
を行う交直両用単相溶接機に関するもので、交流
時および直流時の各々の場合におけるリアクトル
の有効活用を図り、前記リアクトルひいては溶接
電源装置の小形軽量化を図つた、簡便な交直切換
方式のアーク溶接機を提供せんとするものであ
る。

通常、単相電源装置において、位相制御された
出力波形は、交流・直流のいずれの場合にも出力
が零となる期間の出現が大きく溶接電源装置への
適用性は本来極めて低いものである。そこで、例
えば極めて大きなリアクトルあるいはコンデンサ
を用いて、上記欠点を軽減する方式が提案される
に至つている。ところが、例えば本発明に関連す
るリアクトル方式において説明すると、実用に至
つている従来の電源装置は、リアクトル自身の大
きさが溶接主トランスの大きさよりも大なるもの
となり、電源装置として大形かつ重量の大なるも
のになる欠点、あるいは交流・直流の切換方式が
複雑になるなど、実装上の不都合を有するもので
あつた。これらリアクトルを用いた従来例に関
し、動作原理および問題点について、第１図およ
び第２図を用いて説明する。第１図は、交流時に
おける従来例の１つで同構成により単相位相出力
制御を行うものである。具体的なその動作につい
て説明すると、２個の二次出力巻線を有する単相
溶接用変圧器１の二次出力端イ，ロ，イ′，ロ′か
ら、各々半波毎に単方向性制御整流素子２−ａ、
リアクトル３および溶接負荷（アーク）４、ある
いは同制御整流素子２−ｂ、アーク４、リアクト
ル３′という順序で通電されるものであるが、リ
アクトル３および３′は同一鉄心上に発生する磁
束方向が同一方向となるよう設定してある。した
がつて、前記リアクトル３，３′のインダクタン
スにより電流零点の出現が抑制され、同時に負荷
電流方向の反転、すなわち制御整流素子２−ａ，
２−ｂ間の転流も瞬時に行うことが可能となる。
すなわち、前記リアクトル３，３′のインダクタ
ンス量が充分大であれば矩形状の交流出力が得ら
れるものである。

ところが、この方式では巻線に流れる電流は半
波置きとなり、巻線の利用率は50％となつてしま
い、巻線数が増加し、したがつてリアクトルが大
形構造となると同時に、リアクトル３の巻線とリ
アクトル３′の巻線とでエネルギーの授受を行う
結果、両巻線間の結合度が出力波形ひいてはアー
クの安定性に影響を及ぼす。すなわち、結合度が
低下すれば、それに見合うインダクタンス量の増
大が要求される結果、結合度の良好なリアクトル
設計を行う必要が生じ、リアクトル設計が煩雑に
ならざるを得ない欠点も有していた。

また第２図に示す従来例は、さらに単方向性制
御整流素子５−ａ，５−ｂ，６−ａ，６−ｂ、切
換スイツチ７，８，９よりなるもので交流時には
前記従来例と同様の出力波形が得られるが、本発
明の動作原理において後述するように、直流時に
おいて整流素子が４個とも制御整流素子であるた
め、直流での有効なリアクトル３の利用ができ
ず、この点からリアクトル素子は大きなものにな
らざるを得ない欠点と同時に、交流・直流の切換
えには、接点を有する３極双投の切換スイツチ
７，８，９（AC；交流側，DC；直流側）を必要
とし、このため主電流回路の配線工程が煩雑とな
るなど、実装上の問題点を有していた。

本発明は、このような上記従来の欠点を、交直
両時におけるリアクトルエネルギーの有効活用と
いう点に着目し、リアクトルの小形軽量化を達成
するとともに従来以上に交直切換えの簡便化を図
らんとするものである。以下、本発明の実施例に
ついて説明する。

第３図において、１１は単相溶接用変圧器であ
り、互いに出力電圧のほぼ等しい第１二次巻線１
１ａおよび第２二次巻線１１ｂを有している。１
２は第１二次巻線１１ａに直列接続された第１単
方向性制御整流素子（以下、第１サイリスタとい
う）であり、この第１二次巻線１１ａと第１サイ
リスタ１２により第１直列接続体を構成してい
る。１３はリアクトル、１４は第２単方向性制御
整流素子（以下、第２サイリスタという）、１５
は溶接負荷であり、リアクトル１３，第２サイリ
スタ１４，溶接負荷１５の順に直列接続され、第
２直列接続体を構成している。上記第１直列接続
体の両端と第２直列接続体の両端とは互いに接続
されて閉回路を構成している。すなわち、第１サ
イリスタ１２と溶接負荷１５が接続され、第１二
次巻線１１ａとリアクトル１３が接続されて閉回
路を構成している。この閉回路において、第１サ
イリスタ１２と第２サイリスタ１４の導通方向の
極性が同一となつている。

１６は第３単方向性制御整流素子（以下、第３
サイリスタという）であり、この第３サイリスタ
１６の一端は第１直列接続体とリアクトル１３と
の接続点、すなわち第１二次巻線１１ａとリアク
トル１３との接続点に接続されており、第３サイ
リスタ１６の他端は第１単極双投型切換スイツチ
（以下、第１切換スイツチという）１７の共通可
動接点１７ａに接続されている。この第１切換ス
イツチ１７の一方の直流用固定接点１７ｂは溶接
負荷１５と第１直列接続体との接続点、すなわち
溶接負荷１５と第１サイリスタ１２との接続点に
接続されている。第１切換スイツチ１７の他方の
交流用固定接点１７ｂは第２サイリスタ１４と溶
接負荷１５との接続点に接続されている。

１８は第４単方向性制御整流素子（以下、第４
サイリスタという）であり、第２二次コイル１１
ｂと接続されて第３直列接続体を構成している。
この第３直列接続体の一端、すなわち第２二次コ
イル１１ｂの一端は、リアクトル１３と第２サイ
リスタ１４との接続点に接続され、第３直列接続
体の他端、すなわち第４サイリスタ１８の一端は
第２単極双投型切換スイツチ（以下、第２切換ス
イツチという）１９の共通可動接点１９ａに接続
されている。第２切換スイツチ１９の一方の直流
用固定接点１９ｂは第２サイリスタ１４と溶接負
荷１５との接続点に接続され、第２切換スイツチ
１９の他方の交流用固定接点１９ｃは第１直列接
続体と溶接負荷１５との接続点、すなわち第１サ
イリスタ１２と溶接負荷１５との接続点に接続さ
れている。

第１切換スイツチ１７と第２切換スイツチ１９
は連動し、共通可動接点１７ａと直流用固定接点
１７ｂを接続すると、共通可動接点１９ａと直流
用固定接点１９ｂが接続され、容接負荷１５には
直流出力が得られ、共通可動接点１７ａと交流用
固定接点１７ｃを接続すると、共通可動接点１９
ａと交流用固定接点１９ｃが接続され、溶接負荷
１５には交流出力が得られる。

次に上記構成における動作について説明する。

まず、溶接負荷１５に交流出力を得る場合につ
いて説明する。

この場合、前述の如く、共通可動接点１７ａと
交流用固定接点１７ｃとを接続すると、共通可動
接点１９ａと交流用固定接点１９ｃが接続され
る。この状態の回路構成を図示すると第４図のよ
うになる。この第４図においては第１切換スイツ
チ１７および第２切換スイツチ１９の図示を省略
してある。以下、第４図を参照して説明する。

今、第１サイリスタ１２および第２サイリスタ
１４を同時に点弧し、第１二次コイル１１ａ→リ
アクトル１３→第２サイリスタ１４→溶接負荷１
５→第１サイリスタ１２→第１二次コイル１１ａ
の順に正極性電流が流れている時を考えると、電
流増加の期間には、リアクトル１３にエネルギー
が蓄えられ、次に電流が減少し始めると、リアク
トル１３からのエネルギー放出により溶接負荷１
５には同方向電流が流れ続ける。すなわち、この
エネルギー放出時のリアクトル１３の誘起電圧
は、同図に，の符号で示す方向にあり、この
リアクトル１３の誘起電圧により、第１二次巻線
１１ａの出力極性が反転しても電流を流し続ける
ことが可能となる。

一方、次の逆極性電流を流す時、すなわち、第
２二次巻線１１ｂ→第４サイリスタ１８→溶接負
荷１５→第３サイリスタ１６→リアクトル１３→
第２二次巻線１１ｂの順に逆極性電流を流す時を
考えると、リアクトル１３の誘起電圧の極性方向
，は、この逆極性電流方向に対し、バイアス
され、同方向のインピーダンスは低下している状
態にある。従つて、第３サイリスタ１６および第
４サイリスタ１８を点弧すると、逆極性電流は、
リアクトル１３が所定のインピーダンスを有する
まで、すなわち前半サイクル末期の誘起電圧値に
達するまでインピーダンス値が極めて小さい状態
で流れることができ、急峻な立上がりを有するも
のとなる。この時、前記サイクル期間通電してい
た第１サイリスタ１２および第２サイリスタ１４
は瞬時に失弧する。このように正極性電流と逆極
性電流が交互に流れることによつて、溶接負荷１
５には第５図に示すような矩形波に近い交流出力
が得られ、従来例と同様に交流アークの安定性が
向上するという効果が得られるとともに、従来例
第１図に示す場合よりはリアクトルが１つで良
く、小さいものを用いればよい。

次に、第３図に示した本実施例の回路構成にお
いて、溶接負荷１５に直流出力を得る場合につい
て説明する。

この場合、前述の如く、共通可動接点１７ａと
直流用固定接点１７ｂとを接続すると、共通可動
接点１９ａと直流用固定接点１９ｂが接続され
る。この状態の回路構成を図示すると第６図のよ
うになる。この第６図においては第１切換スイツ
チ１７および第２切換スイツチ１９の図示を省略
してある。以下、第６図を参照して説明する。

第１サイリスタ１２および第２サイリスタ１４
を一組とし、第３サイリスタ１６および第４サイ
リスタ１８を一組とし、半サイクル毎に一組づつ
交互に点弧すると、リアクトル１３および溶接負
荷１５には直流出力が得られる。すなわち、最初
の半サイクルにおいて第１サイリスタ１２および
第２サイリスタ１４を点弧すると、第１二次巻線
１１ａ→リアクトル１３→第２サイリスタ１４→
溶接負荷１５→第１サイリスタ１２→第１二次巻
線１１ａの順に電流が流れる。

次の半サイクルにおいて、第１サイリスタ１２
および第２サイリスタ１４を失弧し、第３サイリ
スタ１６および第４サイリスタ１８を点弧する
と、第２二次巻線１１ｂ→第４サイリスタ１８→
溶接負荷１５→第３サイリスタ１６→リアクトル
１３→第２二次巻線１１ｂの順に電流が流れる。
そして、いずれの半サイクルにおいてもリアクト
ル１３に流れる電流の方向は同一であり、リアク
トル１３特有の平滑作用により溶接負荷１５に流
れる出力電流の平滑度が高められる。これはリア
クトルエネルギーの活用度を著しく高めることが
できた効果であつて、この結果、交流出力時を対
象にして設定したリアクトル１３を直流出力時に
も適用することの障害は解消される。

以上のように、本発明のアーク溶接機は、交流
出力時および直流出力時にリアクトルエネルギー
の有効活用を行い、この結果、リアクトルを小
形，軽量化することができ、その産業的価値は大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はそれぞれ従来のアーク溶接機
の回路図、第３図は本発明の実施例を示すアーク
溶接機の回路図、第４図は同アーク溶接機の交流
出力時の回路図、第５図は同交流出力時の出力電
流（溶接電流）の波形図、第６図は同アーク溶接
機の直流出力時の回路図である。 １１……単相溶接用変圧器、１１ａ……第１二
次巻線、１１ｂ……第２二次巻線、１２……第１
サイリスタ、１３……リアクトル、１４……第２
リアクトル、１５……溶接負荷、１６……第３サ
イリスタ、１７……第１切換スイツチ、１８……
第４サイリスタ、１９……第２切換スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに出力電圧のほぼ等しい第１二次巻線お
   よび第２二次巻線を具備した単相溶接用変圧器
   と、第１〜第４の単方向性制御整流素子と、リア
   クトルと第１および第２の単極双投型切換スイツ
   チと、溶接負荷端子とを備え、第１二次巻線と第
   １単方向性制御整流素子により第１直列接続体を
   構成し、リアクトルと第２単方向性制御整流素子
   と溶接負荷端子とを順次接続して第２直列接続体
   を構成し、前記第１直列接続体の両端と第２直列
   接続体の両端とを互いに接続して閉回路を構成
   し、前記閉回路における第１単方向性制御整流素
   子と第２単方向性制御整流素子の導通方向の極性
   を同一とし、前記第３単方向性制御整流素子の一
   端を前記リアクトルと前記第１直列接続体との接
   続点に接続し、前記第３単方向性制御整流素子の
   他端を第１単極双投型切換スイツチの共通可動接
   点に接続し、前記第１単極双投型切換スイツチの
   一方の直流用固定接点を溶接負荷端子と第１直列
   接続体との接続点に接続し、前記第１単極双投型
   切換スイツチの他方の交流用固定接点を第２単方
   向性制御整流素子と溶接負荷端子との接続点に接
   続し、前記第１単極双投型切換スイツチの共通可
   動接点と交流用固定接点とを接続した状態におけ
   る第２単方向性制御整流素子と第３単方向性制御
   整流素子の導通方向を逆とし、第２二次コイルと
   第４単方向性制御整流素子により第３直列接続体
   を構成し、前記第３直列接続体の一端を前記リア
   クトルと前記第２単方向性制御整流素子との接続
   点に接続し、前記第３直列接続体の他端を第２単
   極双投型切換スイツチの共通可動接点に接続し、
   前記第２単極双投型切換スイツチの一方の直流用
   固定接点を前記第２単方向性制御整流素子と前記
   溶接負荷端子との接続点に接続し、前記第２単極
   双投型切換スイツチの他方の交流用固定接点を第
   １直列接続体と溶接負荷端子との接続点に接続
   し、前記第２単極双投型切換スイツチの共通可動
   接点と直流用固定接点とを接続した状態における
   前記第２単方向性制御整流素子と前記第４単方向
   性制御整流素子の導通方向を同一としたアーク溶
   接機。