JPS628924Y2

JPS628924Y2 -

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Publication number: JPS628924Y2
Application number: JP5994878U
Authority: JP
Priority date: 1978-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1987-03-02
Also published as: JPS54161324U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、複数の整流素子の直流出力電流が同
一方向に磁束を形成する直流リアクトルを使用し
て略矩形波状の交流出力を得る交流アーク溶接機
に関するものである。

溶接変圧器の出力側に複数個のサイリスタなど
の半導体整流素子を接続して、直流リアクトル巻
線に、そのリアクトル鉄心に同一方向の磁束が発
生する方向に、各整流素子の出力電流を通電する
と、直流リアクトルの作用により出力端子には略
矩形波状の交流出力電流が得られることが知られ
ている。

第１図はこのように構成された溶接機の接続図
を示す。第１図において、１は溶接機の入力端
子、２は１次巻線２ｐと２次巻線２ｓとを有する
溶接変圧器、３ａおよび３ｂは２次巻線２ｓの端
子２ａにそれぞれ接続された互いに逆方向にのみ
導通するサイリスタなどの半導体スイツチング素
子（以下単にサイリスタという）。４ａおよび４
ｂは同一の鉄心に巻回された２組のリアクトル巻
線で各リアクトル巻線４ａおよび４ｂはそれぞれ
サイリスタ３ａおよび３ｂに直列に接続されてお
り、その極性は図中に示すようにそれぞれ直列に
接続されたサイリスタの導通により同方向の磁束
を発生するように決定されている。５ａおよび５
ｂはそれぞれサイリスタ３ａおよび３ｂを半サイ
クルごとに交互に導通および位相制御をする位相
制御回路、６は電極、７はアーク、８は２次巻線
２ｓの他の端子に接続された被溶接材で、これら
の電極６乃至被溶接材８は溶接負荷Ｒを構成す
る。

第２図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Ｅ_Oは２次巻線２ｓ
の無負荷電圧を示し、破線で示したＩ_Oは溶接負
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Ｉ_OＲ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において位相制御回路５
ａが点弧信号を出力し、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Ｉ_O
は２次巻線の端子２ａ、サイリスタ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の径路を流れる。このとき時刻T₁＜ｔ＜T₂
の期間においてはＥ_O＞Ｉ_OＲとなる。リアクトル
巻線４ａのインダクタンスＬを大きな値に選定し
ておくと、溶接電流Ｉ_O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Ｉ_O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Ｅ_O−Ｉ_OＲ＝
ｅ＝Ｌ（di／dt）の起電力が発生して、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。

つぎに時刻ｔ＞T₂になると、Ｅ_O＜Ｉ_OＲにな
るにもかかわらず、溶接電流Ｉ_Oはわずかずつ減
少するので、リアクトル巻線４ａには時刻T₁＜
ｔ＜T₂のときには逆に−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＜ｔ＜T₂のときと同一方向に
電流Ｉ_Oを流し続ける。この電流Ｉ_Oはインダクタ
ンスＬが大なので変化が少なくほぼ一定の値とな
る。さらに時刻ｔ＞T₃になると、Ｅ_Oの極性は逆
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＜ｔ＜T₃のときと同一
方向にほぼ一定の電流Ｉ_Oを溶接負荷Ｒに供給す
る。

つぎに時刻ｔ＝T₄のときに、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３
ｂおよび２次巻線の端子２ａに電流が流れる。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ｔ＞T₄のと
きにリアクトル巻線４ｂに流れる電流Ｉ_Lすなわ
ち溶接負荷Ｒを流れる電流Ｉ_Oの絶対値は時刻ｔ
＜T₄のときと略等しい値となる。このとき溶接
負荷Ｒおよびリアクトル巻線４ｂの両端電圧の極
性はサイリスタ３ｂ側がマイナスとなり、リアク
トル巻線４ａのサイリスタ３ａ側の電位がプラス
となり、またサイリスタ３ａのアノード側の２次
巻線２ｓの端子２ａがすでにマイナスになつてい
るので、サイリスタ３ａは遮断となる。時刻ｔ＞
T₄以後は上記と同様の動作がくり返される。

つぎに第３図は、矩形状の交流出力が得られる
他の交流アーク溶接機の接続図を示す。同図にお
いて第１図と同一部分は同一符号を付してある。
第３図において、３ｃおよび３ｄはアノードおよ
びカソードがそれぞれ２次巻線２ｓの端子２ａに
接続された第１および第２の単方向性制御整流素
子（以下サイリスタという）であり、３ｅおよび
３ｆはアノードおよびカソードがそれぞれ電極６
に接続された第３および第４のサイリスタであ
る。また４は第１および第３のサイリスタの各カ
ソードの接続点と第２および第４のサイリスタの
各アノードの接続点との間に接続された有鉄心リ
アクトル、５ｃ乃至５ｆはそれぞれ第１乃至第４
のサイリスタ３ｃ乃至３ｆに点弧信号を与える点
弧位相制御回路で、これらの点弧位相制御回路に
より、第１のサイリスタ３ｃと第４のサイリスタ
３ｆが所定の導通角をもつて電源の各半サイクル
の周期で交互に点弧し、また第２のサイリスタ３
ｄと第３のサイリスタ３ｅが所定の導通角をもつ
て電源の各半サイクルの周期で交互に点弧するよ
うになつている。６は非消耗または消耗電極、７
はアーク、８は２次巻線２ｓの端子２ｂに接続さ
れた被溶接材であり、電極６乃至被溶接材８が溶
接負荷Ｒを構成している。

次に前述した第２図を参照して第３図に示す溶
接機の動作について説明する。

第２図に示した時刻T₁において点弧位相制御
回路５ｃ及び５ｆが点弧信号を出力し、これによ
り第１及び第４のサイリスタ３ｃ及び３ｆが導通
する。このとき溶接電流Ｉ_Oは２次巻線２ｓの端
子２ａ、サイリスタ３ｃ、リアクトル４、サイリ
スタ３ｆ、溶接負荷Ｒ及び２次巻線２ｓの端子２
ｂを流れる。このとき時刻ｔがT₁＜ｔ＜T₂の範
囲ではＥ_O＞Ｉ_OＲの関係が成立する。リアクトル
４のインダクタンスＬは大きな値に選定されてい
るため、溶接電流Ｉ_Oは殆んど変化しないが、厳
密には僅かずつ増加を続け、この溶接電流Ｉ_Oの
増加と大きなインダクタンスＬによつてリアクト
ル４にはＥ_O−Ｉ_OＲ＝ｅ＝Ｌ（di／dt）の起電力
が発生して第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。

つぎに時刻ｔがT₂＜ｔ＜T₃の範囲においては
Ｅ_O＜Ｉ_OＲになるのでＩ_Oは減少しようとしこの
ためにリアクトル４にはT₁＜ｔ＜T₂のときとは
逆に−Ｌ（di／dt）の起電力が発生し、先に蓄積
されたエネルギーを放出して溶接負荷ＲにT₁＜
ｔ＜T₂のときと同一方向に電流を流し続ける。
この電流はインダクタンスＬが大なので変化が少
なくほぼ一定の値となる。

さらにT₃＜ｔ＜T₄になるとＥ_Oの極性が逆にな
るが、リアクトルに蓄積されたエネルギーを放出
して、T₂＜ｔ＜T₃のときと同一方向にほぼ一定
の電流Ｉ_Oを溶接負荷Ｒに供給する。

つぎにｔ＝T₄のときに、点弧位相制御回路５
ｄ，５ｅからそれぞれサイリスタ３ｄ，３ｅに点
弧信号を供給してサイリスタ３ｄ，３ｅをほぼ同
時に導通させると、リアクトル４のプラス端子、
サイリスタ３ｆ，３ｅ、リアクトル４のマイナス
端子の閉回路にそれぞれ電流Ｉ_L／２が流れ、同
時に２次巻線の端子２ｂ、溶接負荷Ｒ、サイリス
タ３ｅ、サイリスタ３ｃ、２次巻線の端子２ａお
よび２次巻線の端子２ｂ、溶接負荷Ｒ、サイリス
タ３ｆ、サイリスタ３ｄ、２次巻線の端子２ａに
もそれぞれ電流がＩ_O／２ずつ流れる。この電流
Ｉ_O／２が流れる回路のインダクタンスは小さい
ので、電流Ｉ_O／２の立ちあがりは早く、サイリ
スタ３ｆおよび３ｃを流れる電流Ｉ_Ｌ／２−Ｉ_Ｏ／２は
極めて短時間のうちにサイリスタ３ｆおよび３ｃの保持
電流以下となり、サイリスタ３ｆおよび３ｃは遮
断する。このサイリスタの遮断の瞬間に端子２
ｂ、溶接負荷Ｒ、サイリスタ３ｅ、リアクトル
４、サイリスタ３ｄ、端子２ａの通電回路が形成
される。このときリアクトルのインダクタンスＬ
は大であるので、リアクトル４を流れる電流すな
わち溶接負荷Ｒを流れる電流の絶対値はT₃＜ｔ
＜T₄のときと略等しい値となる。時刻ｔ＞T₄以
後は上記と同様の動作が同様の順序で繰り返され
る。

このような直流リアクトルを使用して矩形波状
の交流出力を得るには、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必要があ
るが、そのためには直流リアクトルが十分なイン
ダクタンスを有していなければならない。通常、
直流リアクトルとしては、第４図Ａに示すような
閉磁路の鉄心にコイルを巻いたリアクトルと第５
図Ａに示すような棒状の鉄心にコイルを巻いたリ
アクトルとが用いられている。前者の閉磁路の鉄
心のリアクトルは閉磁路を形成しているので小電
流の溶接においては、インダクタンスが大きいの
で矩形波状の交流出力が得られ安定したアークが
得られる利点を有するが、第４図Ｂに示すように
溶接電流の増加とともに鉄心が飽和しインダクタ
ンスが減少して大電流時に適正なインダクタンス
を保持することができず略矩形波状の交流出力が
得られない欠点がある。そこで通常、わずかのエ
アギヤツプを設けているが、その効果は少ない。
後者の棒状の鉄心のリアクトルは第５図Ｂに示す
ように溶接電流が増加してもインダクタンスはあ
まり減少しない利点を有するが、小電流時におい
て十分なインダクタンスを得ることができない欠
点がある。

本考案は略矩形波状の交流を出力する交流アー
ク溶接機に使用する直流リアクトルにおいて、１
個のリアクトルでありながら小電流時においては
鉄心が閉磁路を形成してインダクタンスが大であ
り、かつ大電流時においては略棒状鉄心に近い特
性を有してインダクタンスの減少を防止すること
により、小電流時および大電流時のいずれにおい
ても矩形波状の交流出力を得ることができる直流
リアクトルを備えた交流アーク溶接機を提供した
ものである。

以下図面を参照して本考案の交流アーク溶接機
について説明する。第６図は、上記第１図、第３
図などの交流アーク溶接機に使用される本考案に
係る直流リアクトルの鉄心だけを図示した斜視図
である。

第６図に示すリアクトル鉄心は、閉磁路の一部
を形成する棒状鉄心の部分の幅とコの字形鉄心の
部分の幅とは見かけ上は、略同一であるが棒状鉄
心はコの字形鉄心の磁路中に一部分だけが係合す
るように挿入されている。したがつて、この係合
部分l₂の鉄心の実効断面積は、他の鉄心の部分l₁
よりも狭くなつている。したがつて小電流時にお
いては、磁束のほとんどが係合部分l₂を通過する
ので、インダクタンスは大きいが、大電流時にお
いては係合部l₂が飽和しエアギヤツプlb、lbを通
る磁束が増大するために、棒状の鉄心の特性が現
われ、大電流時におけるインダクタンスの低下を
防ぐことができる。また同図に示すリアクトル鉄
心の挿入する位置の決定は、例えば溶接機の出力
電流調整範囲の最小電流値における溶接負荷電流
の正と負との極性の波形が断続せずにすぐに反転
する位置まで挿入すれば、最小電流値において
は、電流が零となる断続期間がないのでアークが
切れることがなく、かつ大電流時においては、棒
状鉄心と同一の効果すなわち大電流時におけるイ
ンダクタンスの低下を最小限にすることができ
る。

なお本考案に係るリアクトルを備えた交流アー
ク溶接機は、第１図および第３図に示された回路
に限定されることなく、直流リアクトルを使用し
て矩形波状の波形の交流出力を得る交流アーク溶
接機、交流出力に切換えたときに同様の効果を有
する交直両用アーク溶接機などについても適用す
ることができる。もちろん鉄心の係合部に従来の
リアクトルと同様に適当な空隙を設けてもよい。

以上のように、本考案に係る直流リアクトルを
備えた交流アーク溶接機によれば、１個の直流リ
アクトルを使用しているので溶接機のスペースお
よび価格が増加することなく、小電流時において
はもちろん大電流時においてもインダクタンスの
減少を最小限に防止して矩形波状の交流出力が得
られるので、安定した交流アークを発生させて、
良好な溶接結果を得ることができる。さらに、本
考案に使用する直流リアクトルは、閉磁路の一部
を形成する鉄心と閉磁路の残りを形成するコの字
形の鉄心とは、略同一の断面及び同一の積層であ
り、しかも鉄心の開口部に部分的に挿入されるの
で、鉄心の打抜きから組立て完了までを自動化し
た今日の生産工程には、欠くことができない構成
である。さらに、本考案に使用する直流リアクト
ルは、磁路の一部を形成する鉄心の端部と閉磁路
の残りを形成するコの字形の鉄心の端部とを、介
在物を用いないで接合することができるので、電
磁振動による騒音の発生および空隙寸法の変化な
どがなく実用的である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は直流リアクトルを使用し
て矩形波状の交流出力を得る交流アーク溶接機の
接続図、第２図は第１図または第３図に示す交流
アーク溶接機の理想的な出力電流の波形を示す
図、第４図Ａおよび第５図Ａはそれぞれ従来のア
ーク溶接機に使用されている閉磁路鉄心の直流リ
アクトルおよび棒状鉄心の直流リアクトルを示す
斜視図、第４図Ｂおよび第５図Ｂは、それぞれ第
４図Ａおよび第５図Ａに示す直流リアクトルの通
電電流値（横軸）とインダクタンス値（縦軸）と
の関係を示す線図、第６図は本考案に係る直流リ
アクトルの鉄心を示す斜視図である。２……溶接変圧器、３ａおよび３ｂ，３ｃ乃至
３ｆ……複数の整流素子、６乃至８……溶接負
荷、４……直流リアクトル。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１溶接変圧器の出力を入力とする複数の整流素
子の直流出力電流が同一方向に磁束を形成する
直流リアクトルをへて交流出力電流を溶接負荷
に供給する交流アーク溶接機において、前記直
流リアクトルの鉄心を閉磁路に形成し、前記閉
磁路の一部を形成する鉄心を前記閉磁路の残り
を形成する鉄心の開口部に部分的に挿入した交
流アーク溶接機。２前記閉磁路の一部を形成する鉄心を、出力電
流の調整範囲の最小電流値における溶接負荷電
流の正負の極性の波形が断続することなく反転
する位置まで前記残りの鉄心の開口部に挿入し
た実用新案登録請求の範囲第１項に記載の交流
アーク溶接機。