JPS63281776A - ア−ク溶接機用電源装置 - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、スイッチングトランジスタを用いてアルミ
ニウム等に対するアーク溶接を行うアーク溶接機用電源
装置に関する。

（ｂ）従来の技術 従来の交流アーク溶接機用電源装置として、商用電源を
一旦高周波に変換したのち、変圧と矩形波への整形を行
うアーク溶接機用電源装置が実用化されている。

このアーク溶接機用電源装置の回路図を第３図に示す。

このアーク溶接機用電源装置では同図に示すように、三
相交流電源７０を整流回路７１および平滑コンデンサ７
２で整流平滑したのちスイッチングトランジスタ７３．
７４及び出力制御回路７５で高周波スイッチングを行っ
て高周波（通常２〜２０ＫＨｚ）に変換する。さらに高
周波出力をトランス７６で数十〜百数十Ｖに変圧し、整
流器？？、７８、平滑リアクトル７９、平滑コンデンサ
８０で再び直流に変換している。この後、スイッチング
トランジスタ８１．８２．８３．８４及び低周波制御回
路８５によって反転スイッチング動作を行い、精度の良
い矩形波（通常５０〜１００Ｈ〜の溶接電流を得るよう
にしている０図において、８６はＴＩＧ溶接等を行うと
きの動作開始時のアーク点弧を容易にするための高周波
発振器である。また８９は電流検知器であり、その検出
値を出力制御回路７５にフィードバックして出力の定電
流制御を行うようにしている。

上記のアーク溶接機用電源装置では、変圧、整流が高周
波で行えるため、変圧器やりアクドルを高周波用に構成
でき、小型化、低価格を実現できるとともに、電流検知
器８９の検出値に基づ（出力制御回路７５の電流制御が
速い応答速度で精度良く行うことができる。また低周波
制御回路８５によってスイッチングトランジスタの反転
スイッチング動作で交流アーク溶接が行え、スイッチン
グトランジスタ８１．８４又は８２．８３のどちらか一
方のオン状態を保持すると直流アーク溶接が行える。

（Ｃ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記アーク溶接機用電源装置では、起動
時にアークスタートが困難な場合がある。特に、交流ア
ーク溶接を行う時には、負極性の電圧を印加するときに
母材の熱電子放出を十分な状態に保っておく必要がある
が、母材からの熱電子放出は溶接電極からの熱電子放出
に比べて相対的に困難である上に、起動時においては溶
接電極、と母材間がイオン化されていないためにますま
すアーク状態にするのが困難となる。

このため従来では、起動時において完全なアーク状態に
なるまで高周波発振器を動作させ、しかも、交流溶接時
には正極性から負極性に転掻するときにもアーク再点弧
の失敗の可能性があるため、アークがスタートした後も
続けて高周波発振器を動作させていた。

しかし、高周波を発生させることは、高周波ノイズを多
く発生させることになり、電源側にＩＣ等を用いた機器
があったり、溶接ロボット等のマイクロコンピュータを
使用した機器があればその機器を誤動作させる恐れがあ
った。しかも、上記の構成ではりアクドルの容量が小さ
いために、小電流交流アーク溶接を行おうとするとりア
クドルの蓄積エネルギーが小さすぎて実際上小電流領域
での交流アーク溶接が出来ないという問題があった。

この発明の目的は、上記欠点に鑑み、高周波発振器の駆
動を連続させなくても、簡単な構成によって確実なアー
クスタートと交流アーク動作時のアーク持続を実現出来
、しかも小電流領域での交流アーク溶接も安定して行え
るアーク溶接機用電源装置を提供することにある。

（ｄ）問題点を解決するための手段 この発明のアーク溶接機用電源装置は、交流の電源を一
旦直流にする第１の整流回路と、直流にされた電圧を高
周波に変換する高周波変換回路と、高周波の電圧を変圧
する変圧器と、変圧器の出力を正及び負に整流する整流
回路と、正の整流出力を平滑する平滑リアクトルおよび
平滑コンデンサを含む第１の平滑回路と、負の整流出力
を平滑する平滑リアクトルおよび平滑コンデンサを含む
第２の平滑回路と、前記第１および第２の平滑回路の平
滑出力を切り換えて正極性または負極性で溶接電極およ
び母材に印加する開閉回路とを有し前記第１．第２の平
滑回路それぞれの平滑コンデンサに無負荷時の平滑出力
よりも大きな電圧の直流電源を接続するとともに、起動
時に一定時間、正極性の平滑出力を選択して溶接電極お
よび母材に対して印加する手段を前記開閉回路に設けた
ことを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明に係るアーク溶接機用電源装置では、交流電源
が第１の整流回路で一旦直流に整流され正および負の整
流電圧が取り出される。この二つは逆極性で溶接電極お
よび母材に印加される。このとき開閉回路で正極性と負
極性を交互に切り換えると交流アーク溶接が行われる。

起動時においては、まず一定時間、正極性の平滑出力を
選択して溶接電極および母材に対して印加する。印加す
る電圧は正極性であるために負極性の電圧を印加するの
に比較してアーク状態に移行しやすくなる。また直流電
源の電圧は、それを接続していないときの無負荷平滑出
力よりも大きいために、さらにアーク状態に移行しやす
くなる。一定時間の間、溶接電極と母材との間を上記の
電圧印加状態にしておくことにより、最初の小電流の状
態からイオン化が促進されていき、ついにはアークスタ
ートする。

また、交流アーク時には、アーク状態において正極性か
ら負極性に切り換わるときに、平滑リアクトルの出力に
平滑コンデンサの充電電圧が加えられた大きさの電圧が
負荷に印加されるが、平滑コンデンサには、直流電源の
電圧が常時充電されているために、正極性から負極性へ
の転極時の印加電圧が大きくなる。このためアーク再点
呼の失敗がない、さらに、平滑コンデンサには直流電源
から常時充電されているために、平滑リアクトルの°容
量が小さくでも、平滑回路全体から負荷に供給されるエ
ネルギーが大きくなる。このため小電流交流アーク動作
も可能になる。

なお、以上のように起動時でスムースなアークスタート
となり、且つ動作時においてもアーク保持が容易となる
ために、高周波発振器の使用が殆ど不要となる。

（ｆ）実施例 第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶接機用電
源装置の回路図である。

同図において第１の整流回路２は、全波整流回路１０で
構成されている。全波整流回路１０は、三相交流電源１
に接続されている。また全波整流回路１０には、平滑コ
ンデンサ１）ａ、１）ｂの直列回路が並列に接続されて
いる。平滑された直流電圧は高周波変換回路３に供給さ
れる。

高周波変換回路３は、変圧器４に接続された直列接続の
トランジスタ１２．１３と、これらのトランジスタ１２
．１３を交互にオンオフさせる高周波変換回路制御部１
４とで構成されている。変圧器４の一次巻線は、トラン
ジスタ１２．１３の接続点とコンデンサｌｌａ、ｌｌｂ
の接続点間に配置され、トランジスタ１２．１３、平滑
コンデンサｌｌａ、ｌｌｂおよび変圧器４の一次巻線と
でハーフブリフジ回路が構成されている。

変圧器４の二次出力は整流平滑され、後述する開閉回路
７によって選択的に溶接電極を８と母材に導かれる。

前記二次＠線の両端子にはダイオード３１，３２．３３
．３４で構成される整流回路５が接続されている。整流
回路５では、ダイオード３０．３１．３２の整流出力が
中間タップに対して正極になり、ダイオード３３．３４
の整流出力が中間タップに対して負極になる。この正の
整流出力が平滑リアクトル６ａに導かれ、負の整流出力
が平滑リアクトル６ｂに導かれている。

本実施例では、平滑リアクトル６ａ、６ｂが同一コアに
巻かれており、その巻線方向を平滑リアクトル５ａ、５
ｂにそれぞれに生じる誘起電圧が負荷を基準に相互に逆
方向になるよう設定している。平滑リアクトル６ａの出
力端子と中間タップに接続された電流検知器２３のもう
一方の端子との間には、ダイオード３８と平滑コンデン
サ４０の直列回路が接続され、さらにダイオード３８に
並列に平滑コンデンサ４０の放電用抵抗４２が接続され
ている。

前記平滑コンデンサ４０には、並列に小容量の直流電源
５１と限流用抵抗５３との直列回路を接続している。直
流電源５１の電圧は、それを接続しない場合の無負荷平
滑出力（電圧）よりも大きい。第１の平滑回路は、この
平滑コンデンサ４０、平滑リアクトル６ａ、ダイオード
３８で構成される。ダイオード３８は平滑リアクトル６
ａの出力を平滑コンデンサ４０に導く。

また、上記電流検知器２３の溶接電極側端子と平滑リア
クトル６ｂとの間には、ダイオード３９と平滑コンデン
サ４１の直列回路が接続され、さらにダイオード３９に
並列に平滑コンデンサ４１の放電用抵抗４３が接続され
ている。

さらに前記平滑コンデンサ４１には、並列に小容量の直
流電源５２と限流用抵抗５３の直列回路が接続されてい
る。直流電源５２の電圧は、それを接続しない場合の無
負荷平滑出力（電圧）よりも大きい。第２の平滑回路は
、この平滑コンデンサ４１、平滑リアクトル６ｂ、ダイ
オード３９で構成されている。

上記平滑リアクトル６ａを含む平滑回路および平滑リア
クトル６ｂを含む平滑回路の正負の平滑出力は、開閉回
路７に導かれる。開閉回路７はトランジスタ３６．３７
およびこれらのトランジスタのオンオフ制御を行うスイ
ッチングトランジスタ制御部２２とで構成される。

開閉回路７では、アーク溶接動作時にスイッチングトラ
ンジスタ制御部２２で、トランジスタ３６．３７を交互
にオンさせ、正負の平滑出力を母材に印加させる。これ
によって溶接電極８と母材９間に低周波の矩形波電流を
流し、交流アーク溶接を行う。

スイッチングトランジスタ制御部２２は、電源オン時に
おいてトランジスタ３６のオン信号を出力する。このオ
ン信号は、後述のタイマ６０からスイッチング開始信号
を受けたときに停止し、それ以後スイッチングトランジ
スタ３６．３７のオン・オフ信号を交互に出力する。こ
の動作を行う回路構成としては、例えば、交互にオン・
オフ信号を出力する回路要素としてマルチバイブレータ
を用い、タイマ６０の出力が出ていないときトランジス
タ等のスイッチをオンさせて、その出力をマルチバイブ
レークの片側のスイッチ素子のゲートに導き、マルチバ
イブレータの状態を所定の状態に設定して発振動作を行
わせない回路構成にする。このようにすることで、タイ
マ６０が出力を出していないときには、マルチバイブレ
ークのオン・オフ状態が所定の状態になり、発振動作が
行われない、したがって、マルチバイブレークの出力を
それぞれスイッチングトランジスタ３６．３７に導くこ
とで、タイマ６０がスイッチング開始信号を出力するま
でに、スイッチングトランジスタ３６をオン状態に設定
しておき、かつ、タイマ６０がスイッチング開始信号を
出力したときに、２つのスイッチングトランジスタ３６
．３７を交互にオン・オフ動作させることが出来る。

前記溶接電極８には高周波発振器２４が接続されている
。この高周波発振器２４は、電流検知器２３が出力電流
を検知していないときに駆動され、検知しているときに
は駆動されない。

また、電流検知器２３の出力はタイマ６０にも導かれて
いる。このタイマ６０は電流検知器２３が出力電流を検
知したときに起動され、一定時間を計時したときに低周
波制御回路のスイッチングトランジスタ制御部２２に駆
動信号を出力する。

次に上記実施例において平滑りアクドル６ａ。

６ｂの作用を説明する。

最初に交流アークが保持されているときの動作について
説明する。

第１図に示す開閉回路のトランジスタ３６．３７のオン
状態を交互に切り換えると、溶接電極８と母材９間に正
極性、逆極性でアーク電圧が印加される。すなわち、ト
ランジスタ３６のオン時には、ダイオード３１．３２の
整流出力を平滑リアクトル６ａおよび平滑コンデンサ４
０で平滑し溶接電極８と母材９に導く。またトランジス
タ３７のオン時には、ダイオード３３．３４により整流
された整流出力を平滑リアクトル６ｂ及び平滑コンデン
サ４１で平滑し、溶接電極８と母材９に導く。上記アー
ク印加時に溶接電極８と母材９間に交流の溶接負荷電流
が流れる。

いま、トランジスタ３６がオンからオフになり、溶接極
性が正極性から逆極性になる転極時についての動作を考
える。この時には、負荷、すなわち溶接電極８と母材９
間に印加される電圧は平滑リアクトルの出力に平滑コン
デンサの充電電圧が加えられた電圧となる。ここで、平
滑コンデンサに充電されている電圧は、前回の転極後か
ら平滑リアクトル６ｂの出力を充電した電圧と、常に充
電している直流電源５２の電圧との和である。このうち
、直流電源５２による電圧骨は相対的にかなり大きい。

このため、平滑コンデンサに蓄えられているエネルギー
が非常に太き（、正極性から逆極性に転極するときにも
、負荷に対して大きな電圧（エネルギー）が印加され、
確実にアーク状態が保持される。

さらに本実施例では、上述のように平滑リアクトル５ａ
、５ｂを同一コアに巻回してそれぞれの誘起電圧が逆方
向になるようにしているため、上記の動作がより確実と
なる。いま、正極性から負極性への転極時を考えると、
平滑リアクトル６ａには第１図に示す矢印り方向の誘起
電圧■１が発生する。このとき、この誘起電圧■、によ
って磁束がコアに発生し、リアクトル６ｂに第１図に示
す矢印Ｍ方向（誘起電圧ｖ１と負荷を基準にして逆方向
）の誘起電圧■２が発生する。また電圧Ｖ１は平滑コン
デンサ４０に充電される。誘起電圧Ｖ、、Ｖ、は相互に
逆方向である。すなわち、誘起電圧■、は正極性の溶接
電流と同方向になり誘起電圧■２は逆極性の溶接電流と
同方向になる。

そのため、転極時に第１図に示すダイオード３３．３４
により整流した負の整流出力電圧（逆極性の溶接電圧）
は誘起電圧■２だけ高くなり、その分平滑リアクトルの
出力電圧を上げる。これにより先の説明の直流電源の作
用と相まって逆極性における母材９の熱電子放出を容易
にし正極性から逆極性への移行時のアークを持続させる
。

また、トランジスタ３７をオンからオフさせ、トランジ
スタ３６をオフからオンさせると、母材９から溶接電極
８に溶接電流が流れる。この転極時には、・通常のアー
ク電圧で溶接電極の熱電子放出が行えるためアークが持
続するが、本実施例ではこの転極時にも、出力電圧が増
大された平滑リアクトル出力に、直流電源５１の電圧が
充電されている平滑コンデンサ４０の充電電圧を加算し
ているためさらにアーク持続性が高まる。

このようにこの実施例では、変圧器の出力を正負に整流
する整流回路５の出力をそれぞれ平滑する第１および第
２の平滑リアクトル６ａ、６ｂを設け、さらにその平滑
出力を開閉回路７で溶接電極８および母材９に切り換え
て印加することにより、交流アーク溶接を行うことが出
来るととともに、溶接極性の正極性から逆極性への移行
時に、平滑リアクトル６ａに発生する誘起電圧によって
平滑リアクトル６ｂに誘起する電圧と、直流電源によっ
て常に充電されている平滑コンデンサの充電電圧とを整
流出力に重畳して、溶接電極８と母材９間に印加したた
め、母材９の熱電子放出が容易になり、アークの失弧を
防止することができる次に起動時の動作を説明する。

第２図は起動時の信号波形図を示している。

時間ｔ１で電源がオンすると、電流検知器２３がまだ出
力電流を検知していないため高周波発振器２４が動作を
開始する。また、交流電源は高周波変換されて変圧され
、整流、平滑されてスイッチングトランジスタ３６．３
７にそれぞれ印加されている。この状態ではタイマ６０
が起動していないために、スイッチング開始信号がスイ
ッチングトランジスタ制御部２２に供給されていない。

このため、スイッチングトランジスタ制御部２２はトラ
ンジスタ３６に対してオン信号を供給し続けている。す
なわち、平滑された出力はスイッチングトランジスタ３
６を介して、正極性出力として負荷に供給される。

このようにして正極性出力が供給されているときの電圧
は、平滑回路の出力となるが、平滑コンデンサ４０には
、直流電源５１の電圧が充電されており、しかも、その
電圧は直流電源５１が接続されていないときの無負荷平
滑出力よりも大きいために、この段階で負荷に供給され
る電圧はかなり大きい。

一方、上記のように高周波発振器２４も駆動されている
ために、短時間の間に出力電流が流れ始める。しかしこ
の電流は、まだ完全にアーク状態になっていないため小
電流の範囲にある。時間ｔ２は出力電流が流れ始めた時
点を示す。出力電流が流れ始めると電流検知器２３がそ
の状態を検知し、タイマ６０および高周波発振器２４に
出力する。タイマ６０はこの時点で起動され、且つ高周
波発振器２４はこの時点で動作を停止する。高周波発振
器２４が動作を停止しても、起動が正極性で行われ、且
つ印加電圧が上記のように高いためにイオン化が促進さ
れアーク放電に至る状態が保持される。タイマ６０は溶
接電極８と母材９が上記の小電流状態によって十分暖め
られるまでの時間Ｔを計時したとき、・スイッチング開
始信号を出力する。この信号が出力されると（ｔ３）、
スイッチングトランジスタ制御部２２が動作を開始し１
、スイッチングトランジスタ３６．３７に対して交互に
オン・オフ信号を出力する。

以上の動作により、起動時においてスムースに且つ確実
にアーク状態に移行させることが出来る。なお、本実施
例では交流アーク溶接機用電源装置を示したが、ｔ３以
後スイッチングさせなければ直流アーク溶接機用電源装
置となる。

（ｇ）発明の効果 以上のようにこの発明に係るアーク溶接機用電源装置で
は、平滑コンデンサに直流電源を接続し、且つ起動時に
一定時間、正極性の出力を印加するだけの簡単な構成で
スムースで確実なアークスタートを実現出来る。また、
交流アーク動作中の正極性から負極性への転極時におい
てもアーク再点呼が確実なものとなり、安定した溶接を
行うことが出来る。さらに、高周波発振器を常時動作し
ておかな（てもアークスタート、スタート後の動作を安
定なものに出来る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である交流アーク溶接機用電
源装置の回路図である。第２図は同電源装置の起動時の
信号波形図、第３図は従来のアーク溶接機用電源装置の
回路図である。 １−交流電源、 ２−第１の整流回路、 ３−高周波変換回路、 ４−変圧器、 ５−整流回路、 ７−開閉回路、 ８′−溶接電極、 ９−母材、 ５１．５２−直流電源、　６０−タイマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流の電源を一旦直流にする第１の整流回路と、
   直流にされた電圧を高周波に変換する高周波変換回路と
   、高周波の電圧を変圧する変圧器と、変圧器の出力を正
   及び負に整流する第２の整流回路と、正の整流出力を平
   滑する平滑リアクトルおよび平滑コンデンサを含む第１
   の平滑回路と、負の整流出力を平滑する平滑リアクトル
   および平滑コンデンサを含む第２の平滑回路と、前記第
   １および第２の平滑回路の平滑出力を切り換えて正極性
   または負極性で溶接電極および母材に印加する開閉回路
   とを有し、 前記第１、第２の平滑回路それぞれの平滑コンデンサに
   無負荷時の平滑出力よりも大きな電圧の直流電源を接続
   するとともに、起動時に一定時間、正極性の平滑出力を
   選択して溶接電極および母材に対して印加する手段を前
   記開閉回路に設けたことを特徴とする交流アーク溶接機
   用電源装置。