JPS6344222Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は単方向性制御整流素子（以下、サイリ
スタという）によつて出力電圧または出力電流を
制御するアーク溶接機において、無負荷損をなく
するとともに、リアクトル、整流器等を小形で安
価なものとし、省電力化、低価格化を図ることを
目的とするものである。

従来、サイリスタ制御方式によるこの種のアー
ク溶接機では、出力電圧または出力電流制御を行
うサイリスタおよび平滑用リアクトルや出力電流
波形制御用のリアクトルを溶接変圧器の二次側に
接続し、出力の制御と出力電流の整流を同時にサ
イリスタで行う形式のものがほとんどである。

第１図にその従来のアーク溶接機の一例を示し
ており、図において１は入力開閉スイツチ、２は
溶接用変圧器、３ａ，３ｂはサイリスタ、４は平
滑用リアクトル、５は溶接負荷、６は転流用ダイ
オードである。

このような第１図に示す従来のアーク溶接機の
場合、サイリスタ３ａ，３ｂが溶接変圧器２の二
次側に接続されているため、溶接負荷電流を直接
制御することになり、サイリスタ３ａ，３ｂとし
て大容量のものが必要であり、価格が高くなると
いう欠点があつた。また平滑用リアクトル４も溶
接変圧器２の二次側に接続されているため、その
平滑用リアクトル４に溶接負荷電流がそのまま流
れることとなり、このため平滑用リアクトル４を
構成する巻線の断面積を大きくする必要があるこ
とから、平滑用リアクトル４の材料費が高くなつ
てしまうという欠点が生じていた。さらに、溶接
出力の開閉は、溶接変圧器２の二次側でサイリス
タ３ａ，３ｂによつて行うため、溶接変圧器２に
おける無負荷損が溶接を行わない時にも生じると
いう問題があつた。すなわち、この溶接変圧器２
における無負荷損をなくすために、溶接変圧器２
の一次側に入力開閉スイツチ１を設け、溶接の開
始停止信号と連動させて入力開閉スイツチ１を開
閉させているのであるが、その入力開閉スイツチ
１を追加することによる価格上昇および入力開閉
スイツチ１の接点消耗による誤動作等の欠点を誘
発していた。

本考案は、この種のアーク溶接機が一般に溶接
変圧器の二次巻線の無負荷電圧V₂が、一次巻線
に印加される電源電圧V₁より低くV₂＜V₁設計製
作されていることに着目し、従来の欠点を解決す
るものであり、以下本考案によるアーク溶接機に
ついて、第２図〜第４図の図面を用いて説明す
る。なお、第２図〜第４図において、第１図と同
一箇所については同一番号を付している。

第２図に本考案の一実施例によるアーク溶接機
を示しており、第２図において４ａ，４ｂは平滑
用リアクトル、６ａ，６ｂは整流用ダイオードで
ある。

すなわち、溶接変圧器２の一次巻線と電源との
間に、平滑用リアクトル４ａ，４ｂそれぞれを直
列に接続したサイリスタ３ａ，３ｂの逆並列回路
を挿入接続したものである。

この第２図に示すような本考案のアーク溶接機
によれば、出力制御用のサイリスタ３ａ，３ｂは
溶接用変圧器２の一次側に接続されているので、
サイリスタ３ａ，３ｂの負荷電流は溶接負荷電流
より少なくなる。すなわち、サイリスタ３ａ，３
ｂの容量を小さくすることができ、安価なものと
することができる。

今、溶接負荷電流をId、溶接変圧器２の一次巻
線をN₁、二次巻線をN₂とすれば、溶接変圧器２
の一次電流I_Pは、 I_P＝N₂／N₁×Id となり、一般にこの種のアーク溶接機において
は、N₁＞3N₂であるので、I_P＜１／３Idとなり、サ イリスタ３ａ，３ｂの負荷電流は１／３Idより小さ くなる。

また、平滑用リアクトル４ａ，４ｂに流れる電
流もサイリスタ３ａ，３ｂと同様に、溶接負荷電
流より小さくなり、リアクトル４ａ，４ｂの巻線
の断面積を小さくすることができるため、安価で
小形に作ることができる。

しかも、溶接変圧器２の一次側にサイリスタ３
ａ，３ｂが入つているため、サイリスタ３ａ，３
ｂにより溶接変圧器２の無負荷電流を開閉するこ
とができ、溶接停止時の無負荷損をなくすことが
できる。従つて、入力開閉スイツチ等を別個に設
ける必要もなく、安価にしかも接点消耗等による
誤動作も生じないものとすることができ、信頼性
をも高めることができる。

また、この実施例では同一の巻心にインダクタ
ンスがほぼ等しくなるように巻線を施こして平滑
用リアクトル４ａ，４ｂとしたものであり、その
平滑用リアクトル４ａ，４ｂは、サイリスタ３
ａ，３ｂが交互に導通する毎に溶接変圧器２の一
次電流の向きが変化しても前記鉄心に生じる磁束
の方向が同一となるように巻線の極性を決めてい
る。

このような平滑用リアクトル４ａ，４ｂを用い
ることにより、溶接変圧器２の一次交番電流の前
のサイクルで平滑用リアクトル４ａに蓄積された
エネルギーが次のサイクルには平滑用リアクトル
４ｂに磁気的結合により放出されるので、よりリ
ツプル率の少ない出力を得ることができる。

すなわち、本実施例の各部の信号波形を示す第
５図乃至第７図を参照して説明すると以下の通り
である。

まず、正弦波状のE₀は電源電圧を示す。破線
で示したI₀は変圧器一次巻線を介して流れる電流
を示す。鎖線で示したI_Lはリアクトル巻線４ａま
たは４ｂを流れる電流を示す。実線E₁は変圧器
一次巻線の端子電圧を示す。

第５図に示す時刻T₁において、サイリスタ３
ａが導通すると、サイリスタ３ａ、リアクトル巻
線４ａを介して変圧器一次巻線に電流I₀が流れ
る。時刻T₁からT₂までの期間においては、E₀＞
E₁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、一次電流I₀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
の一次電流I₀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、
E₀−E₁＝ｅ＝Ｌ（di／dt）の起電力が発生して、
第５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。

次に、時刻T₂からT₃までの期間では、E₀＜E₁
になるにもかかわらず、一次電流I₀はわずかずつ
減少するので、リアクトル巻線４ａには、時刻
T₂以前の時とは逆に−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、変
圧器一次巻線に時刻T₁からT₂までのときと同一
方向の電流I₀を流し続ける。この電流I₀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T₃からT₄までの期間
になると、電源電圧E₀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T₂からT₃までの時と同一方向に、ほぼ一
定の電流I₀を変圧器一次側に供給する。

次に時刻T₄のときに、サイリスタ３ｂが導通
すると、サイリスタ３ｂ、リアクトル巻線４ｂを
介して、変圧器一次巻線に電流I₀が流れる。この
電流I₀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T₄以後
にリアクトル巻線４ｂに流れる電流I_L、すなわち
一次巻線に流れる電流I₀の絶対値は、時刻T₄より
以前に流れていた電流に略等しい値となる。この
とき、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、他方リアクト
ル巻線４ｂと共通の鉄芯に巻回されたリアクトル
巻線４ａの両端電圧の極性はサイリスタ３ａ側の
電位がプラスとなり、また電源電圧がすでにマイ
ナスとなつているのでサイリスタ３ａは遮断とな
る。

時刻T₄以後は上記の動作がくり返される。

第５図における変圧器一次電流I₀によつて第２
図の溶接変圧器２およびダイオード６ａ，６ｂを
介して溶接負荷５に変圧器二次電流が流れる。こ
の溶接変圧器２において、変圧器鉄芯に磁気の飽
和およびヒステリシス現象がある場合には、磁束
の歪によつて変圧器二次側に誘起される誘起起電
力を生ずる磁束が歪ことにより、二次側電流は歪
波形電流となる。この変圧器二次側電流の波形を
第６図に示す。

すなわち、第６図において波形イ部は変圧器二
次巻線のインダクタンスによつて生ずる遅れ電流
部を示す。また、波形ロ部は変圧器一次電流波形
が略矩形波であるため、電圧が供給されず、減衰
特性を示している。

さらに、整流ダイオード６ａ，６ｂにより整流
された波形を第７図に示す。この第７図に示すよ
うに、リツプル率の少ない出力を得ることができ
る。

なお、第２図に示す実施例は平滑用リアクトル
４ａ，４ｂを電源側に接続した例、第４図に示す
実施例は平滑用リアクトル４ａを溶接変圧器２
側、平滑用リアクトル４ｂを電源側に接続した例
である。

以上のように、二次巻線側に溶接負荷が接続さ
れ、前記二次巻線の無負荷電圧V₂が一次巻線に
印加される電源電圧V₁より低いV₂＜V₁溶接変圧
器の前記一次巻線と電源との間に、第１、第２の
リアクトルそれぞれが直列に接続された第１、第
２の単方向性制御整流素子の逆並列回路を接続
し、その第１、第２の単方向性制御整流素子およ
び第１、第２のリアクトルを通して前記溶接変圧
器の一次巻線に電流を供給するように構成し、か
つ前記第１、第２のリアクトルを同一の鉄心にイ
ンダクタンスがほぼ等しくなるように巻線を施こ
し、かつその巻線の極性を第１、第２の単方向性
制御整流素子が、交互に導通する毎に溶接変圧器
の一次電流の向きが変化しても前記鉄心に生じる
磁束の方向が同一になるように定めたアーク溶接
機とすることによつて、下記の効果が得られる。

すなわち、第１、第２のリアクトルを溶接変圧
器の一次側に接続することにより、リアクトルの
巻線を流れる電流が低減するので、 (1) リアクトルの巻線の断面積を小さくすること
ができる、 (2) リアクトルの巻線の使用量が、断面積に比例
して少なくなるので、リアクトルが安価にな
る、 (3) リアクトルの巻線の断面積が小さくなること
によつて、リアクトル全体が、小形化できる、 (4) リアクトルが小形化できることにより、リア
クトルが軽量化できる、 (5) リアクトルによつて発生する損失が低減し、
アーク溶接機の効率が良くなる、 という効果が得られ、これ等の効果は、小形軽
量安価でしかも損失の少ないアーク溶接機を製
作するためには、極めて有用なものであり、従
来の溶接変圧器の二次側にリアクトルを接続す
る方式や、溶接変圧器の一次側にサイリスタの
みを接続する方式では得られない、大きな作用
効果である。

しかも、本考案では、溶接変圧器の一次側に
サイリスタを接続しているため、 (6) サイリスタの負荷電流が、溶接負荷電流より
少なくなり、サイリスタの容量が小さく小形安
価にすることができる、 (7) サイリスタにより、溶接変圧器の無負荷電流
を開閉することができるので、溶接停止時の無
負荷損失をなくすることができる、 (8) 溶接変圧器の一次側に、マグネツトスイツチ
などの入力開閉器を、別個に設ける必要がない
ため、安価になる、 (9) マグネツトスイツチなどの入力開閉器が不用
となるので、接点消耗等による誤動作がなくな
り、信頼性が高くなる、 などの効果が得られる。

さらに、本考案では、第１、第２のリアクト
ルを同一の鉄心にインダクタンスがほぼ等しく
なるように巻線を施こし、かつその巻線の極性
を第１、第２の単方向性制御整流素子が、交互
に導通する毎に溶接変圧器の一次電流の向きが
変化しても前記鉄心に生じる磁束の方向が同一
になるように定めることによつて、溶接変圧器
の一次交番電流の前のサイクルで一方のリアク
トルに蓄積されたエネルギーが、次のサイクル
には他方のリアクトルに、磁気的結合により放
出されるので、 (10) リツプル率の少ない出力電流を得ることがで
きる、 という効が得られ、全体として (イ) 小形軽量安価なアーク溶接機が製作できる、 (ロ) 損失が少なく、省電力で経済的なアーク溶接
機が製作できる、 (ハ) マグネツトスイツチなどの入力開閉スイツチ
を別個に設ける必要がないため、接点消耗等に
よる誤動作を生じないので、アーク溶接機の信
頼性が向上する、 (ニ) 出力電流のリツプル率が少なく、アーク溶接
機の溶接性能が向上する、 という極めて有益な効用を有する工業的価値の大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーク溶接機を示す電気回路
図、第２図〜第４図はそれぞれ本考案の実施例に
よるアーク溶接機を示す電気回路図、第５図乃至
第７図は第２図に示した実施例の各部信号波形図
である。 ２……溶接変圧器、３ａ，３ｂ……サイリス
タ、４ａ，４ｂ……平滑用リアクトル、５……溶
接負荷、６ａ，６ｂ……整流用ダイオード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 二次巻線側に溶接負荷が接続され、かつ前記二
   次巻線の無負荷電圧が一次巻線に印加される電源
   電圧より低い溶接変圧器の前記一次巻線と電源と
   の間に、第１、第２のリアクトルそれぞれが直列
   に接続された第１、第２の単方向性制御整流素子
   の逆並列回路を接続し、その第１、第２の単方向
   性制御整流素子および第１、第２のリアクトルを
   通して前記溶接変圧器の一次巻線に電流を供給す
   るように構成したアーク溶接機において、前記第
   １、第２のリアクトルを同一の鉄心にインダクタ
   ンスがほぼ等しくなるように巻線を施こすととも
   に、その巻線の極性を第１、第２の単方向性制御
   整流素子が交互に導通する毎に溶接変圧器の一次
   電流の向きが変化しても前記鉄心に生じる磁束の
   方向が同一になるように定めたことを特徴とする
   アーク溶接機。