JPS63281778A - 交流ア−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などを用いてア
ルミニウムなどに対して交流アーク溶接を行う交流アー
ク溶接機の電源装置に関する。

（ｂＪ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後、変圧と矩形波への整形を行う
交流アーク溶接機用電源装置が実用化されている。この
交流アーク溶接機用電源装置の回路図を第４図に示す。

この電源装置では同図に示すように、三相交流電源１を
整流回路２および平滑コンデンサ３で整流平滑した後、
スイッチングトランジスタ４．５および出力制御回路６
で高周波スイッチングを行って高周波（通常２〜２０Ｋ
Ｈｚ）に変換する。更に高周波出力をトランス７で数十
〜百数士ボルトに変圧し、整流器８．９、平滑リアクト
ル１０、平滑コンデンサ１１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１２〜１５および
低周波制御回路１６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５０〜１００Ｈｚ）の溶接
電流を得るようにしている。図において、１７はＴＩＧ
溶接などを行う時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、また２０は電流検知器であり、
その検出値を出力制御回路６にフィードバンクして出力
の定電流制御を行うようにしている。さらにスイッチン
グトランジスタ１２〜１５には、通常、それらのトラン
ジスタを保護するために保護ダイオード２１〜２４が並
列に接続される。

上記の交流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、低価格化を実現できるとともに、電
流検知器２０の検出値に基づく出力制御回路６の電流制
御を速い応答速度で精度よく行うことができる。また低
周波制御回路１６によりスイッチングトランジスタをス
イッチング動作させることで交流アーク溶接が行える一
方、スイッチングトランジスタ１２．１５または１３．
１４のどちらか一方のオン状態を保持すると直流アーク
溶接が行える利点もある。

（Ｃ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記交流アーク溶接機用電源装置では、
電源装置と母材１９との間が長い場合電源装置に付属す
るケーブルを長くする必要がある。この長いケーブルを
付属した場合、電源装置の付近に母材を配置するとケー
ブルが巻かれることがある。このようなとき図に示すよ
うにケーブル自身でリアクトル２５を形成する。いまス
イッチングトランジスタ１４．１３がオンしている時を
考えると、負荷電流はスイッチングトランジスタ１４、
リアクトル２５、母材１９、溶接電極１８、高周波発振
器１７、スイッチングトランジスタ１３の経路で流れ、
リアクトル２５には図の実線で示す方向に電圧が発生し
ているが、これらのスイッチングトランジスタ１４．１
３がオフに立ち下がった瞬間には、リアクトル２５に図
に点線で示す電圧が誘起する。この電圧に基づいて、母
材１９、溶接電槻１８、高周波発振器１７、保護ダイオ
ード２１、平滑コンデンサ１１、保護ダイオード２４の
経路に循環電流ｉが流れ、平滑コンデンサ１１が充電さ
れる。スイッチングトランジスタ１２．１５がオン状態
からオフに立ち下がる時にも同様の方向に循環電流ｉが
流れ、この循環電流によってコンデンサ１１が充電され
る。このためケーブルに生じるリアクトル２５の大きさ
によっては、平滑コンデンサ１１に相当に高い電圧が充
電され、この電圧によってスイッチングトランジスタ１
２〜１５を破壊する可能性がある。たとえば２０ｍのケ
ーブルを直径４００ｍｍで巻いた時、インタフダンスは
約８５μＨとなる。このケーブルに３０ＯＡの電流を流
すとくコンデンサ１０００μＦの時）、リアクトル２５
に発生する電圧は約１２３Ｖとなる。

従来の電源装置では、上記のようにリアクトル２５に高
い電圧が生じることがあるために、使用中に平滑コンデ
ンサ１１の充電電圧が徐々に上昇していき、ついにはそ
の電圧によりてスイッチングトランジスタ１２〜１５を
破壊する可能性があった。

この発明の目的は、平滑コンデンサの電圧を監視してお
き、その電圧が一定の大きさ以上になると高周波変換回
路の動作を停止するようにして、平滑コンデンサに対す
る入力パワーを少な（し、平滑コンデンサの充電電圧が
スイッチングトランジスタを破壊する程度の大きさにま
で到らないように自動的に制御する交流アーク溶接機用
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
力を正および負に整流する第２の整流回路と、その整流
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
含む平滑回路と、前記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、前記開閉回路は交互にオンオフするス
イッチング素子とその保護ダイオードとを備える交流ア
ーク溶接機用電源装置において、前記平滑コンデンサの
充電電圧を検出し、その充電電圧が一定の電圧以上であ
ることを検出したとき前記高周波変換回路の動作停止信
号を出力する電圧検出回路を設けたことを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明に係る交流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、高周波変
換回路で高周波に変換される。さらに高周波電圧が変圧
器で変圧され、第２の整流回路により整流、平滑されて
開閉回路に出力される。開閉回路では、スイッチング素
子が交互にオンオフして低周波の矩形波電流に変換し、
溶接電極と母材に出力する。交流アーク溶接を行ってい
るときに、母材と電源装置間を接続するケーブルにリア
クトル部が形成されている場合には、スイッチング時、
すなわち正極性（又は負極性）から負極性（または正極
性）に変わるタイミングでそのリアクトルに電圧が誘起
する。この時に誘起される電圧の方向はその直前に流れ
ていた電流の方向である。したがってこの誘起電圧の極
性に対してスイッチング素子に接続されている保護ダイ
オードの極性が順方向となり、誘起電圧に基づいて溶接
電極、母材および保護ダイオードを介して循環電流が流
れる。この循環電流は平滑回路の平滑コンデンサを充電
する。しかし電圧検出回路は、この平滑コンデンサに充
電される電圧を監視しており、その充電電圧が一定の電
圧以上になった時高周波変換回路の動作停止信号を出力
する。したがって高周波変換回路ではこの動作停止信号
を受けた時に高周波変換動作を停止し、平滑回路に対す
るパワーの供給を停止する。これによって平滑コンデン
サの充電電圧が低下し、開閉回路のスイッチング素子を
破壊する程度の電圧にまで上昇することが防止される。

平滑コンデンサの充電電圧が低下すると電圧検出回路は
上記動作停止信号を出力しなくなるために、高周波変換
回路は再び動作を開始して、平滑回路に対するパワーの
供給を始める。

上記の動作の繰り返しにより、母材に接続されるケーブ
ルにリアクトルが形成されている場合であっても、平滑
コンデンサの充電電圧が危険水準第１図はこの発明の実
施例である交流アーク溶接器用電源装置の回路図である
。

本実施例が上記第４図に示す電源装置と相違する部分は
、平滑コンデンサ１１の充電電圧を検出する電圧検出回
路２８を設けた点である。また本実施例では平滑コンデ
ンサ１１の充電電圧が開閉回路に一度に放出されないよ
うに減流抵抗２６を平滑コンデンサ１１に直列に接続し
、さらに平滑性を悪くしないようにこの減流抵抗２６に
並列にダイオード２７を接続している。

前記電圧検出回路２８は、平滑コンデンサ１１の充電電
圧を検出して、その電圧が一定の電圧以上である時に出
力制御回路６に対して動作停止信号を出力する。出力制
御回路６は、電流検知器２０の出力と可変抵抗器６ａに
よりて設定される基準値とを比較し、その誤差の大きさ
に基づいてスイッチングトランジスタ４，５０オンオフ
デユーテイを制御する公知の回路であるが、電圧検出回
路２８から動作停止信号を受けた時には、上記誤差の大
きさに無関係に出力１制御回路６の動作を停止する。す
なわちスイッチングトランジスタ４゜５をオフ状態に設
定する。動作停止信号を受けた時に出力制御回路の動作
を停止する回路はどのような公知の回路であってもよい
が、たとえばスイッチングトランジスタ４．５に対して
出力するスイッチングパルスの発振器の動作を停止し、
スイッチングトランジスタ４，５への出力信号を′Ｌ”
に強制的に設定する回路を使用することができる。

次に動作を説明する。

電源がオンされると、交流電圧はまず第１の整流回路２
で整流され平滑コンデンサ３で平滑された後、高周波変
換回路のスイッチングトランジスタ４，５で所定のデユ
ーティでスイッチングされる。スイッチング電圧はトラ
ンス７で変圧され、ダイオード８．９で整流されて平滑
回路に送られる。平滑リアクトル１０および平滑コンデ
ンサ１１で平滑された出力は、４つのスイッチングトラ
ンジスタ１２〜１５を有する開閉回路に出力され、ここ
で正極性または負極性に交互にスイッチングされて負荷
へ供給される。正極性の場合にはトランジスタ１３．１
４がオンする。この正極性では、平滑出力がトランジス
タ１４、ケーブルに形成されているリアクトル２５、母
材１９、溶接電極１８、高周波発振器１７、トランジス
タ１３を流れる。また負極性の時にはトランジスタ１２
゜１５がオンし、平滑出力はトランジスタ１２、高周波
発振器１７、溶接電極１８、母材１９、リアクトル２５
、トランジスタ１５を流れる。アークスタート時には高
周波発振器１７が駆動し、アーク状態に移行しやすくす
る。アークが発生すると高周波発振器１７がオフし、正
極性、頁捲性交互に負荷電流が流れる。負荷電流は電流
検知器２０によって検出され、その検出値が出力制御回
路６に出力される。出力制御回路６では電流検知器２０
からの検出値と可変抵抗器６ａによって設定された基準
値とを比較し、その誤差の大きさに基づいてスイッチン
グトランジスタ４．５に出力するスイッチングパルスの
デユーティを制御する。すなわち上記検出値と基準値と
が等しくなるようにスイッチングパルスのデユーティを
制御する。この動作を行うことによって負荷電流（出力
電流）の定電流制御が行われる。また低周波制御回路１
６は、スイッチングトランジスタ１２〜１５を交互にオ
ンオフするスイッチングパルスを出力するが、そのスイ
ッチング周波数は可変抵抗器１６ａによって変えること
ができる。このような回路はマルチバイブレークなどに
よって簡単に構成することが可能である。出力制御回路
６で発生するスイッチングパルスの周波数は、通常２〜
２０ＫＨ２の範囲で制御され、低周波制御回路１６で発
生するスイッチングパルスの周波数は、通常５０〜１０
０Ｈｚの範囲で制御される。

アーク動作中においては、スイッチング時（正極性から
負極性に切り変わる瞬間または負極性から正極性に切り
変わる瞬間）にリアクトル２５に誘起する電圧に対し、
オンからオフに切り換わろうとしているトランジスタに
接続されている保護ダイオードが順方向となる。このた
めその誘起電圧に基づいて母材１９．溶接電極１８．高
周波発振器１７を介しての循環電流が平滑回路に流入し
、その電流によって平滑コンデンサ１１が充電される。

極性が変わるたびにこの循環電流が流れるために平滑コ
ンデンサ１１の充電電圧は徐々に高く成っていく。そし
てその電圧が一定の電圧Ｅ以上になると電圧検出回路２
０が出力制御回路６に対して動作停止信号を出力する。

この瞬間に出力制御回路６はスイッチングパルスの出力
を停止し、平滑回路に対し電力供給を停止する。これに
より平滑コンデンサ１１の充電電圧が低下しはじめ、そ
の電圧が上記一定の電圧Ｅ以下になると再び上記動作停
止信号が出力されなくなって出力制御回路６が動作を再
開する。この動作が連続的に行われることにより、平滑
コンデンサ１１の充電電圧は一定の電圧Ｅ以上にならな
い。したがって電圧Ｅの大きさをスイッチングトランジ
スタ１２〜１５を破壊する電圧以下（望ましくはその電
圧よりも十分に小さな値）に設定しておけば、平滑コン
デンサ１１の充電電圧に基づいてスイッチングトランジ
スタ１２〜１５が破壊されるのを防止することができる
。

前記電圧検出回路２０から出力制御回路６に対して動作
停止信号が出力されることは、母材１９に接続されるケ
ーブルにリアクトルが形成されていることを意味する。

このリアクトルは、上記のように平滑コンデンサの充電
電圧を上げる要因になるとともに、負荷電流を鈍らせる
。負荷電流は理想的には矩形波となるが、リアクトルに
よって矩形波でなくなると、溶接電流が不十分となり溶
接欠陥を起こすことがある。さらにアルミニウム溶接を
行う場合には、負極性の時に十分なりリーニング作用を
行うことができな（なって溶接が不可能になる場合もあ
る。このような事態になるのを回避するために、第２図
に示す例では、電圧検出回路２０の出力に警報回路２９
を接続し、出力制御回路の動作停止信号が出力された時
にはスピ−カー３０力）ら外部に対して警報音を発する
ようにしたものである。警報音が発っせられると、周囲
にいる作業者はケーブルが巻いた状態になっていてリア
クトルが形成されていることを知ることができるから、
その警報音が鳴った段階でケーブルの巻かれている部分
を真っ直ぐに修正することができる。

第３図はこの発明の他の実施例を示している。

本実施例ではトランス７の一次側においてスイッチング
トランジスタ４，５をハーフブリッジ接続している。ま
たトランス７の二次側出力はダイオード３１〜３４で正
および負に整流され、正の整流出力は第１の平滑リアク
トル５０を通過し、負の整流出力は第２の平滑リアクト
ル５１を通過する。第１の平滑リアクトル５０を流れる
正の出力はダイオード２７を介して平滑コンデンサ１１
を充電し、その充電電圧は第１のスイッチングトランジ
スタ３６を介して溶接電極１８と母材１９間に印加され
る。また第２の平滑リアクトル５１を流れる負の電流は
平滑コンデンサ１１を充電するとともに、その充電電圧
は第２のスイッチングトランジスタ３７を介して溶接電
極１８および母材１９間に印加される。この実施例では
開閉回路のスイッチング素子として上記のように二つの
スイッチングトランジスタ３６．３７を使用し、それぞ
れのトランジスタで正の出力、負の出力を交互に負荷に
対して供給する。低周波制御回路１６は、可変抵抗器１
６ａによって設定される周波数のスイッチングパルスを
上記トランジスタ３６゜３７に対して供給し、このパル
スによって各トランジスタ３６．３７が交互にオンオフ
する。４４．４５はこれらのスイッチングトランジスタ
３６．３７に並列に接続される保護ダイオードである。

また本実施例では、第１の平滑リアクトル５０と第２の
平滑リアクトル５１の鉄心を同一にして、それぞれの巻
線を結合させている。結合の方向は逆方向である。この
ため図示するように第１の平滑リアクトル５０でＬ方向
に生じた誘起電圧■１によって、第２の平滑リアクトル
５１にはＭ方向に■２の電圧が誘起される。このように
構成することにより、負荷に対して正極性の電圧が印加
されている状態から、すなわちスイッチングトランジス
タ３６がオンしている状態から負極性に切り変わると、
その切り変わりタイミングにおいて第１の平滑リアクト
ル５０に図示のし方向に電圧ｖ１が発生し、その電圧に
誘起されて第２の平滑リアクトル５１にＭ方向に電圧ｖ
２が発生する。

この電圧■２は正極性から負極性に極性が変わった時ダ
イオード３３．３４によって整流された負の電圧に加算
されることになるから、負極性に切り変わった瞬間に、
溶接電極１８と母材１９間に大きな電圧が印加される。

このためこの電極時においてアークが失弧するのを防止
することができ、安定したアーク状態を維持できる利点
がある。

上記の構成からなる交流アーク溶接機用電源装置に、平
滑コンデンサ１１の充電電圧を検出する電圧検出回路２
８が接続されている。この電圧検出回路２８は、第１図
に示す電圧検出回路と同様に、平滑コンデンサ１１の充
電電圧が一定の電圧Ｅ以上になると、出力制御回路６に
対して動作停止信号を出力する。図に示す循環電流ｉは
、正極性から負極性に転極する時にリアクトル２５に発
生した電圧に基づ（循環電流を示している。すなわちこ
の循環電流ｉは、リアクトル２５から母材１９、溶接電
極１８、高周波発振器１７、電流検知器２０、変圧器７
の二次側巻線、ダイオ−１−”　３１．３２、第１の平
滑リアクトル５０．ダイオード２７、平滑コンデンサ１
１、保護ダイオード４５の直列回路を経路として流れ、
平滑コンデンサ１１を充電する。負極性から正極性に転
極するときにはりアクドル２５に発生する電圧の方向が
逆となるが、この場合には、保護ダイオード４４、ダイ
オード２７、平滑コンデンサ１１、第２の平滑リアクト
ル５１、整流用のダイオード３３，３４、変圧器７の二
次側巻線、電流検知器２０、高周波発振器１７、溶接電
極１８、母材１９の直列回路を循環電流が流れる。そし
てこの循環電流によっても平滑コンデンサ１１が充電さ
れる。

上記電圧検出回路２８は、このような循環電流に基づい
て平滑コンデンサ１１の充電電圧が一定の電圧Ｅ以上に
上昇した時にその状態を検出し、出力制御回路６に対し
て動作停止信号を出力するから、それ以後平滑コンデン
サ１１の充電電圧が上昇するのを防止することができる
。したがって上記の実施例と同様にスイッチングトラン
ジスタ３６．３７の破壊を防ぐことができる。また第２
図に示す警報回路を設けることによって作業者に警報し
、ケーブルが巻かれた状態にあることを知らせることが
できる。

（幻発明の効果 この発明によれば、ケーブルが巻かれた状態にあってそ
の部分にリアクトル成分が形成された場合でも平滑コン
デンサの充電電圧が一定の電圧以上に上昇するのを防ぐ
ことができるから、開閉回路におけるスイッチングトラ
ンジスタが破壊されるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の回路図を示す。第２図は他
の実施例の一部回路図を示し、第３図はさらに他の実施
例の回路図を示している。また第４図は従来の電源装置
の回路図を示している。 １２〜１５．３６，３７、−開閉回路のスイッチング素
子（スイッチングトランジスタ）、２１〜２４．４４．
４５−保護ダイオード、２８−電圧検出回路。

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
   および負に整流する第２の整流回路と、その整流出力を
   平滑する平滑リアクトルおよび平滑コンデンサを含む平
   滑回路と、前記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、前記開閉回路は交互にオンオフするスイッチ
   ング素子とその保護ダイオードとを備える交流アーク溶
   接機用電源装置において、 前記平滑コンデンサの充電電圧を検出し、その充電電圧
   が一定の電圧以上であることを検出したとき前記高周波
   変換回路の動作停止信号を出力する電圧検出回路を設け
   たことを特徴とする交流アーク溶接機用電源装置。