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JP2884548B2 - 電源装置及びマルチアーク溶接装置 - Google Patents

電源装置及びマルチアーク溶接装置

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Publication number
JP2884548B2
JP2884548B2 JP15058990A JP15058990A JP2884548B2 JP 2884548 B2 JP2884548 B2 JP 2884548B2 JP 15058990 A JP15058990 A JP 15058990A JP 15058990 A JP15058990 A JP 15058990A JP 2884548 B2 JP2884548 B2 JP 2884548B2
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JP
Japan
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phase
welding
transformer
power supply
arc
Prior art date
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JP15058990A
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亮拿 佐藤
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Priority to JP15058990A priority patent/JP2884548B2/ja
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Priority to CA002044065A priority patent/CA2044065A1/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は単巻トランスを用いた電源装置及びマルチ
アーク溶接装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来マルチアーク溶接装置は第5図に示すような1次
側及び2次側コイル21,22を有する3相トランス20を用
い、その2次側コイル22に発生する3相出力を3つの溶
接電極に印加して、溶接電極と被溶接材間及び溶接電極
相互間にマルチアークを発生させてマルチアーク溶接を
行なっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこの従来の装置とは全く異なる構成でもって
マルチアーク溶接を行う装置及びその電源装置を得るこ
とを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る電源装置は、マルチアークを発生させる
のに必要な電圧を生成する装置であって、3相正弦波交
流を位相制御して各相の正負の各半波のうち約100°〜
約180°又は約120°〜約180°の範囲のみを出力する位
相制御回路と、鉄心に3相コイルが巻回されており且つ
3相コイルの一端は位相制御回路の各出力が各々入力さ
れている一方、3相コイルの各他端は互いに接続されて
基準電位とされており、3相コイルの各中間点から電源
出力が取り出される変圧部とを具備したことを特徴とし
ている。
このような構成による場合、3相正弦波交流が位相制
御回路を介して変圧部の3相コイルに入力されると、変
圧部の鉄心には3倍周波の垂下特性を有した磁束が発生
する。この磁束の変化に応じた電圧が3相コイルの各中
間点に発生し、電源出力として取り出される。
より好ましくは、位相制御回路は、第1相の正負の半
波のうち約120°〜約180°の範囲のみを、第2相の正負
の半波のうち約0°〜約180°の範囲のみを、第3相の
正負の半波のうち約60°〜約180°のみを出力するよう
になっている一方、変圧部は、前記3相コイルのうち第
3相が逆相に巻回するようにすることが望ましい。
このような構成による場合、変圧部の鉄心に発生する
磁束が上記に比べて増大することから、これに伴って電
源出力の電圧も高くなる。
本発明に係るマルチアーク溶接装置も基本的に上記と
同様であり、3相正弦波交流を位相制御して各相の正負
の各半波のうち約100°〜約180°又は約120°〜約180°
の範囲のみを出力する位相制御回路と、鉄心に3相コイ
ルが巻回されており且つ3相コイルの一端は位相制御回
路の各出力が各々入力されている一方、3相コイルの各
他端は共通アース端子に接続された変圧部とを具備して
おり、被溶接材が共通アース端子に接続されている一
方、変圧部の3相コイルの中間点に3つの溶接棒が各々
接続されており、各溶接棒と被溶接材間及び各溶接棒相
互間でアークを発生させてマルチアーク溶接を行う構成
にしている。
より好ましくは、位相制御回路は、第1相の正負の半
波のうち約120°〜約180°の範囲のみを、第2相の正負
の半波のうち約0°〜約180°の範囲のみを、第3相の
正負の半波のうち約60°〜約80°のみを出力するように
なっている一方、変圧部は前記3相コイルのうち第3相
が逆相に巻回するようにすることが望ましい。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の一実施例による電源装置及びマル
チアーク溶接装置を示し、図において、1,2,3は3相交
流電源端子、4は供給すべき3相交流の位相点弧角を制
御する位相制御回路、50はその一次側鉄芯に3つの一次
コイル5,6,7が巻かれ、その各々の中点から2次側出力
を取り出すようにした単巻トランス、100は位相制御回
路4と単巻トランス50からなる電源装置である。また、
8,9,10はその各2次側出力に接続された3本の溶接電
極、11は上記3つの1次側コイル5,6,7のニュートラル
端子に接続された被溶接材、13は溶接電極8,9,10と被溶
接材11間のアーク、13′は各溶接電極8,9,10間のアーク
である。ここでこのアーク13′は120°以上の点弧角で
は通常発生しないものである。300はマルチアーク溶接
を行う溶接部である。
第1図(b)は上記位相制御回路4の詳細を示し、図
中20a,20b,20cはサイリスタ、21は3相交流の各相の正
弦波の零クロス点を検出する零クロス点検出器、22a,22
b,22cは該零クロス点検出器の出力を受け、各相のサイ
リスタ20a,20b,20cの点弧角の調整する位相調整器であ
る。
第1図(c)は上記実施例の溶接部の他の例を示し、
8,9,10,8′,9′,10′は相対向し相互に溶接されるべき
被溶接材、13は両被溶接材8,9,10,8′,9′,10′間のア
ーク、13′は上側あるいは下側の各相の被溶接材間のア
ークである。14はアークの発生する空間を囲むように設
けた非活性ガスまたはフラックスであり、これは酸化し
ない状態を作るためのものである。
第2図(a)は位相制御回路4による点弧制御動作を
説明する図であり、第2図(b)は単巻トランス50の2
次出力を示す。
また、第3図(a),(b)は通常の単巻トランスの
動作原理を説明するための図であり、30は一次側コイル
でその中間点から2次側出力が取り出されている。また
31,32は上記1次側コイル30の上半部、及び下半部の抵
抗分を示す。
次に動作について説明する。
本実施例装置においては、3相交流電源1,2,3より変
圧部50の3相コイル5,6,7への通電は、位相制御器4に
よって制御され、第2図に示すように各コイル5,6,7に
はそれぞれ各相の交流正弦波形X,Y,Zの位相角100°〜18
0°の範囲(Xについてはcとf,Yについてはbとe,Zに
ついてはaとd)内においてのみ通電が行われ、それ以
外の時間は各コイルは開放状態である。
このようにして3相のコイル5,6,7に順次通電が繰り
返されると、鉄芯内には第2図(b)に示すような3倍
周波の垂下特性を持った磁束が誘導され、この単巻トラ
ンス50の2次出力は各1次コイル5,6,7の中間点から取
り出されているので、各溶接電極8,9,10には第2図
(b)に示す垂下特性をもった鋸歯状波の各々が流れる
ことになり、全体で見ると3倍周波のアーク電流が流れ
ることとなる。大容量のときは第4図(c)のように被
溶接材である中心部材14を接地し、これと3個の被溶接
材8,9,10間に夫々トランス50の2次出力(第4図(a)
の8,9,10に対応するもの)を加えると、アーク13が3個
同時に発生し、マルチアーク溶接が行われることとな
る。ここで第4図(c)においてもアークの発生する空
間は不活性ガスまたはフラックスにより囲まれている。
この際以下に述べる効果が得られる。
本実施例では単巻トランスを使用しており、第3図
(a)、(b)に示すように、1次巻線に10Aの電流が
流れるとき、その中点から取った2次出力には20Aの電
流が得られる構成としているので、無負荷電圧を従来の
約1/2と小さくとることができる。また、2次巻線のな
い単巻トランスを使用しているので、大幅な小型,軽量
化を図ることができる。
また第4図の第2の実施例に示すように、ニュートラ
ル端子に接続した4本目の溶接電極12を3本の溶接棒8,
9,10の真中(第4図(a)は図示の簡単化のため外側に
配置している。)に配置することにより、8,9,10と11
間、8,9,10相互間、8,9,10と12間の計9個のアークを発
生させて溶接を行うことができ、非常に強力なマルチア
ーク溶接を行うことができる。
本発明で用いた電源は上述のように垂下特性を備えた
ものであるので、この垂下特性を得るために従来一般に
使用されている漏洩磁束型の装置または、第6図に示す
ような可飽和リアクトルL等を用いる必要がなく、これ
に伴う損失や力率の低下を生ずることがない。
また、得られる周波数も3本の溶接電極全体で見れば
3倍となるので、変圧器が小型となり、重量が従来の1/
3で済み、大変小型軽量となる。また、トランスの構造
が簡単で小型軽量で済むので、製造コストも大幅に低減
できる。
また第5図に示す3相トランス20を用いた従来のマル
チアーク溶接装置に対し、本発明では単巻トランスを用
いたため重量は30%、価格は1/4で済み、安全であると
ともに取扱いが簡単で技術の熟練を必要とせず、かつ自
動化も容易である。
1相の交流正弦波形の点弧角を120度を中心に前後に
適当に調整することにより、アークの強さを大きく調整
することができる。
つまりコンピュータによる自動制御を行うことによっ
て、従来の商用周波数よりも微細な調整が可能となり、
大きな溶接安定性が得ることができる。
また、小型軽量でかつアークが安定しているので、こ
れをロボットに搭載することにより大型厚板のアーク溶
接を行うことができる。すなわち、同じ重量で従来の3
倍の溶接能力を発揮できる。
ロボットに直付することにより、ワイヤーの振り回し
がなく直線型の溶接棒を使用でき、また、超鋼や太径の
溶接棒で溶着または肉盛をすることができる。
溶接能力が大幅に向上するので同一KVAでも太い溶接
棒や太いフラックス入りワイヤーが使用できる。
第7図の第3の実施例に示すように、該単巻トランス
50にさらに2次巻線18を設け、これを用いて溶接ワイヤ
ー24に電圧を印加し、ワイヤー24を抵抗加熱すれば、そ
の2次側出力は3倍周波の鋸歯状波のため加熱効果が大
きく、かつ加熱ムラが起こらないので、スパッターが少
なく良質安定のミグ溶接が行え、またマルチアーク溶接
a部に示すように溶接や溶射によって肉盛27,23を得る
ことができる。
サブマージ溶接やエレクトロスラグ溶接や溶射を含む
全ての溶接に本発明の電源を利用すれば、高周波の鋸歯
状波電磁力の諸作用により巻き込みやピンホール等の不
良箇所の少ない溶接及び溶射を効率よく得ることかでき
る。
第8図(a)は本発明の第4の実施例を示し、これは
上記第1の実施例において3相中の1相、この場合第3
相を逆相とし、かつ1,2,3各相の正負の各半波につい
て、それぞれの点弧範囲を120°〜180°、0°〜180
°、60°〜180°としたもので、その結果得られる波形
は第8図(b)のように大きな波高の60サイクルの鋸歯
状波となり、3相平衡は少しくずれるが、アーク溶接エ
ネルギーはより強大となる。但し3相平衡を確保してさ
らに大型溶接するときは、逆相にする相をそれぞれ1
相,2相,3相とした3種計9本の電極を用いて行うとよ
い。
なお、以上は溶接棒を母材間にアークを出して溶接を
行う場合について説明したが、例えば第9図(a)のよ
うに丸棒3本を一括してアースにとり、その上の丸棒に
夫々8,9,10を印加し、一挙に溶接するようにしてもよ
い。また第9図(b),(c),(d)のように、第8
図(b)の各相の特徴を生かして異形物の溶接を行うこ
ともできる。
〔発明の効果〕 以上、本発明の請求項1に係る電源装置による場合、
3相正弦波交流が位相制御回路を介して変圧部の3相コ
イルに入力されると、変圧部の鉄心には3倍周波の垂下
特性を有した磁束が発生し、3相コイルの各中間点には
この磁束の変化に応じた電圧が発生して電源出力として
取り出される構成となっている。即ち、3相トランスを
用いず、鉄心に3相コイルを巻回しただけの変圧部及び
位相制御回路だけで、マルチアークを発生させるのに必
要な垂下特性を得るような構成となっているので、装置
の大幅な小型軽量化及び低コスト化を図ることができ
る。
本発明の請求項2に係る電源装置による場合、変圧部
の鉄心に発生する磁束が上記に比べて増大し、これに伴
って電源出力の電圧も高くなる構成となっているので、
装置の高出力化も図ることができる。
本発明の請求項3に係るマルチアーク溶接装置による
場合、請求項1の電源装置により生成された電源出力に
基づいてルチアーク溶接を行う構成となっているので、
請求項1と同様のメリットが得られる。
本発明の請求項4に係るマルチアーク溶接装置による
場合、請求項2の電源装置により生成された電源出力に
基づいてマルチアーク溶接を行う構成となっているの
で、請求項2と同様のメリットが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるマルチアーク溶接装
置の構成図、第2図はその単巻トランス50に入力される
3相入力波形及び垂下特性を持つ出力波形を示す図、第
3図は単巻トランスの動作原理を示す図、第4図はこの
発明の第2の実施例によるマルチアーク溶接装置を示す
図、第5図は従来の3相トランスを示す図、第6図は従
来の可飽和リアクトルを用いたアーク溶接機を示す図、
第7図はこの発明の第3の実施例による抵抗加熱を加え
たものにミグ溶接と溶射またはマルチアークa部を同時
に行っている装置を示す図、第8図は本発明の第4の実
施例を示す図、第9図はこれらの特徴を生かす溶接例を
示す図である。 図において、1,2,3は3相交流電源端子、100は電源装
置、4は位相制御回路、50は単巻トランス、5,6,7は1
次コイル、8,9,10は溶接棒、11は被溶接母材、12はニュ
ートラル電位の溶接棒、30は単巻トランスのコイル、3
1,32は抵抗分、20は3相トランスである。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マルチアークを発生させるのに必要な電圧
    を生成する電源装置において、3相正弦波交流を位相制
    御して各相の正負の各半波のうち約100°〜約180°又は
    約120°〜約180°の範囲のみを出力する位相制御回路
    と、鉄心に3相コイルが巻回されており且つ3相コイル
    の一端は位相制御回路の各出力が各々入力されている一
    方、3相コイルの各他端は互いに接続されて基準電位と
    されており、3相コイルの各中間点から電源出力が取り
    出される変圧部とを具備したことを特徴とする電源装
    置。
  2. 【請求項2】前記位相制御回路は、第1相の正負の半波
    のうち約120°〜約180°の範囲のみを、第2相の正負の
    半波のうち約0°〜約180°の範囲のみを、第3相の正
    負の半波のうち約60°〜約180°のみを出力するように
    なっている一方、前記変圧部は、前記3相コイルのうち
    第3相が逆相に巻回されていることを特徴とする請求項
    1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】3相正弦波交流を位相制御して各相の正負
    の各半波のうち約100°〜約180°又は約120°〜約180°
    の範囲のみを出力する位相制御回路と、鉄心に3相コイ
    ルが巻回されており且つ3相コイルの一端は位相制御回
    路の各出力が各々入力されている一方、3相コイルの各
    他端は共通アース端子に接続された変圧部とを具備して
    おり、被溶接材が共通アース端子に接続されている一
    方、変圧部の3相コイルの中間点に3つの溶接棒が各々
    接続されており、各溶接棒と被溶接材間及び各溶接棒相
    互間でアークを発生させてマルチアーク溶接を行う構成
    となっていることを特徴としたマルチアーク溶接装置。
  4. 【請求項4】前記位相制御回路は、第1相の正負の半波
    のうち約120°〜約180°の範囲のみを、第2相の正負の
    半波のうち約0°〜約180°の範囲のみを、第3相の正
    負の半波のうち約60°〜約180°のみを出力するように
    なっている一方、前記変圧部は、前記3相コイルのうち
    第3相が逆相に巻回されていることを特徴とする請求項
    3記載のマルチアーク溶接装置。
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