JPS63286275A - 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】 （ａＪ産業上の利用分野 この発明は、スイッチングＩ・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。

ｆｂ）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
〜頁数子ボルトに変圧し、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′〜１００’Ｈ’ｚ）
の溶接電流を得るようにしている。図において、１７は
１゛ＩＧ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にフィードバック
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
イッチング動作さゼることて交流アーク溶接が行える一
方、スイッチングｌ−ランラスタ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、
電源装置と厚手、１１９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、電源装置のイ」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
発生しているか、これらのスイッチングトランジスタ１
４．１３がオフに立ち下かった瞬間には、リアクトル２
５に図に点線て示す電圧が誘起する。この電圧に基づい
て、母材１９、溶接電極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か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１２〜１５を破壊する可能性がある。たとえば２０
ｍのケーブルを直径４００ｍｍで巻いた時、インタフダ
ンスは約８５μＩ−Ｉとなる。このケーブルに３００Ａ
の電流を流すと（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
い電圧が生し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玉貸。

していき、ついにはその電圧によっ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。

ごの発明の目的は、ケーブルが巻かれてリアクトルが生
じたときに発生する電圧が、負荷に印加される矩形波の
電圧とは異なる交流の電圧であることから、この交流の
電圧だけを取り出して第１の整流回路の平滑コンデンサ
に帰還させ、平滑コンデンサの充電電圧が一定の大きさ
以上にならないようにした交流アーク溶接機用電源装置
を提供することにある。

（（」）問題点を解決するための手段 この発明は、交流の電源を整流、平滑する第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Ｉ−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、前記開閉回路の出力
端子間に直流分除去用コンデンサと電圧帰還用変圧器の
一次巻線との直列回路を接続するとともに、前記電圧帰
還用変圧器の二次側出力電圧を整流して前記第１の整流
回路の平滑コンデンサに帰還する電圧帰還回路を設けた
ことを特徴とする。

ｔｅ１作用 この発明に係る交流アーク溶接機用型＃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゛Ｃ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。しかしこの循環電流はりアクドルのキック電圧
に基づいて流れるため、負荷電流の波形（矩形波）と異
なり　ｌｄｉ／ｄｔｌ　　は常に正である。すなわち交
流的に変化する。このため、このリアクトルの誘起電圧
に基づく電流の一部は、開閉回路の出力端子間に接続さ
れている直流分除去用コンデンサを通過して電圧帰還用
変圧器の一次巻線に印加される。電圧帰還用変圧器の二
次巻線出力電圧は帰還回路によって整流されて第１の整
流回路の平滑コンデンサに帰還される。

したがって、ケーブルに形成されているりアクドルに生
じた電圧の一部が帰還回路により第１の整流回路の平滑
コンデンサに戻されるため、上記循環電流が流れて上記
平滑回路の平滑コンデンサの充電が無制限に行われるこ
とがない。したかって、その平滑コンデンサの充電電圧
の上昇を開閉回路のスイッチング素子破壊電圧以下に制
限することが出来る。にリアクトル分が形成されてその
両端にキック電圧が生じたときには、その電圧が第１の
整流回路に帰還することになるためエネルギーのロスが
生じない。

（ｆ） （ロ）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。

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
、開閉回路の出力端子ａ、ｂ間に直流分除去用コンデン
サ２６ａと電圧帰還用変圧器２６ｂの一次巻線との直列
回路を接続し、また、その直列回路に並列に高周波除去
用コンデン！Ｉ’、　２６　Ｃを接続し、さらに電圧帰
還用変圧器２６ｂの二次巻線出力端子間に帰還回路を構
成する整流器２Ｇｄを接続して、その整流出力端子を第
１の整流回路の平滑コンデンサ３に接続した点である。

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
換回路のスイソチングトランジスク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．
１４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、溶接型１厨１８、高周波発振器１７．１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■２、
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、負極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１６は、スイッチングトランジスタ１２〜Ｉ５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Ｉ６ａ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１
６で発生ずるスイッチングパルスの周波数は、通常５０
〜１００Ｈｚ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まろうとする。しか
し、リアクトル２５の誘起電圧に基づく電流の一部は直
流分除去用コンデンサ２６ａを通過して電圧帰還用変圧
器２６ｂの一次側に流れる。このためその−次側が励磁
されて二次側に電圧を発生させる。この電圧は整流器２
６ｄで整流されて第１の整流回路の平滑コンデンサ３に
帰還する。なお、電圧帰還用変圧器２６ｄの一次側と二
次側の巻線比は、二次側の出力電圧が第１の整流回路の
整流出力電圧に略等しくなる程度に設定される。

上記の作用により、上記平滑コンデンサ１１に流れる帰
還電流の大きさが非常に小さくなり、同コンデンサの充
電電圧がスイッチングトランジスタを破壊する程度まで
上昇するのを防止することが出来る。なお、高周波除去
用コンデンサ２６Ｃは、スイッチング時に発生する高周
波成分を除去するためのものである。

前記電圧帰還用変圧器２６ｂの一次側にある程度の電圧
が発生していることは母材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練欠陥を
起こすことがある。さらにアルミニラ１％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
とができなく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、電圧帰還用変圧器２６ｄの一次側の電圧を整流
して比較器３１で基準電圧Ｅ０と比較する。−次側の電
圧が基準電圧Ｅ。以上になると警報回路２９を駆動し、
スピーカー３０から外部に対して警報音を発する。この
ようにして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て正
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
スによって各トうンジスタ３Ｇ、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Ｖ２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換わると、
その切り換わる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■１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■
２が発生ずる。

この電圧Ｖ２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、負極性に切り換わった瞬間に、
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の開閉
回路の出力に、直流除去用コンデンサ２６ａと電圧帰還
用変圧器−次側巻線との直列回路、およびその直列回路
に並列に高周波除去用コンデン・す・２６ｂが接続され
ている。また、電圧帰還用変圧器２６ｂの二次側巻線出
力は整流器２６ｄ、　　に接続され、その整流出力端子
は高周波変換回路の入力側に接続されている平滑コンデ
ンサ３ａ。

３ｂの端子に接続されている。そして電圧帰還用変圧器
２６ｂの一次側巻線の両端電圧が一定の大きさ以上にな
ると、その二次側巻線出力が整流されて上記の電源整流
側の平滑コンデンサ３ａ、３ｂに戻される。

（ｇ）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１〜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。ま
た、電圧帰還回路は平滑コンデンサに蓄えられた過剰の
エネルギーを一次側（第１の整流回路の平滑コンデンサ
）に戻す動作を行うために、エネルギーのロスが無い利
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、２６ａ−直流分除去用コンデン
サ、 ２６ｂ−−−電圧帰還用変圧器、２６ｄ−整流器（電圧
帰還回路）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流の電源を整流、平滑する第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、 前記開閉回路の出力端子間に直流分除去用コンデンサと
   電圧帰還用変圧器の一次巻線との直列回路を接続すると
   ともに、前記電圧帰還用変圧器の二次側出力電圧を整流
   して前記第１の整流回路の平滑コンデンサに帰還する電
   圧帰還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。