JPS6128432B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小電流域においても安定にアークを発
生させることができるアーク溶接機に関するもの
である。

従来技術 通常、交流アーク溶接機の出力電流によつてア
ークを発生させると、交流電流が零点を通過する
ことにアークが消滅し無負荷電圧の回復にともな
つて再点弧する。しかし、たとえばアルミニウム
材を非消耗電極を用いて交流アーク溶接する場合
には、アルミニウム材がマイナスになる半波にお
いて電子放出が良好でなく、アークの再点弧が容
易でない。特に小電流においては、アークの再点
弧に失敗してアーク切れを起こすことが多い。従
来より、これらを解決する手段として、溶接電源
と負荷との間にブリツジ形整流回路を介してイン
ダクタンスを接続して溶接電流波形を矩形波に近
づけることにより、アークの安定性を改善するこ
とが行なわれている。しかし、この種の装置にお
いては、交流出力時においてもブリツジ形整流回
路を利用するため、溶接電流は必ず直列接続とな
る２個の整流器を通して負荷に供給されることに
なるから、整流器として半導体整流器を使用して
も、１ボルト前後の順方向電圧降下があり、溶接
電流が通過する整流器が多くなるとその分だけ出
力電圧が低下し、また電力損失も大きくなるのを
避けられなかつた。一方、直流出力を用いる場合
には、その出力波形中に含まれるリツプル分を極
力少なくすることがアークの安定性や溶接品質の
面から重要であり、通常は多相交流を整流して直
流出力を得る方式がほとんどであり、単相電源を
入力とする場合には極めて大容量のコンデンサを
出力回路に接続してリツプルの除去を計ることが
必要であり大形で高価なものとなつていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、交流出力時には少ない整流器
によつて矩形波状の溶接電流を得て安定にアーク
を再点弧でき、かつ直流出力時には単相電源から
入力を得る方式であるにもかかわらず、ほとんど
リツプルの含まれない平坦な出力を得ることので
きる交直両用のアーク溶接機を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するため溶接負荷
に異なつた方向の電流を通電する極性に接続され
た第１および第２の整流素子に、同一のリアクト
ル鉄心に巻回されてインダクタンスが等価で大な
る値の２個のリアクトル巻線をそれぞれ直列に接
続し、上記２個のリアクトル巻線の極性を各リア
クトル巻線に流れる電流によつて上記リアクトル
鉄心に生じる磁束の方向が同一になるように定め
てある。さらに上記第１および第２の整流素子と
は別個に設けた第３および第４の整流素子とを結
合して両波整流回路を構成するか、または第１お
よび第２の整流素子のみを有効として逆並列接続
による交流出力回路を構成するかに切替えるため
の切替スイツチを設けたアーク溶接機である。

実施例 以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。第１図は本発明のアーク溶接機の交流出力時
における動作を説明するための基本的な構成を示
す接続図であり、同図においては、本発明の動作
原理を明確にするために切替スイツチは省略して
ある。同図において、１，１は溶接機の入力端
子、２は入力端子１，１に接続された１次巻線２
ｐと２次巻線２ｓとを有する溶接変圧器、４ａお
よび４ｂは共通の鉄心に巻回されたインダクタン
スが等価で十分大なるインダクタンスを有し同方
向に巻回されて直列接続された第１および第２の
リアクトル巻線であつて、これらの２個のリアク
トル巻線４ａ，４ｂの中間接続点に２次巻線２ｓ
の一端２ａが接続されている。３ａおよび３ｂ
は、直列接続された第１および第２のリアクトル
巻線４ａ，４ｂの両端に、アノードおよびカソー
ドがそれぞれ接続された互いに逆方向の第１およ
び第２の整流素子である。５は消耗または非消耗
電極、６はアーク、７は被溶接材で、これらの電
極５乃至被溶接材７は溶接負荷Ｒを構成し、第５
図のとおり、第１の出力端子１１ａおよび第２の
出力端子１１ｂに接続される。整流端子３ａ及び
３ｂは、互いに逆方向に接続されているために、
電源の各半サイクルの周期ごとに交互に導通して
溶接負荷Ｒへの通電電流の向きが変化するが、本
発明においては、整流端子３ａ及び３ｂのそれぞ
れの導通時にリアクトル巻線４ａ及び４ｂに流れ
る各電流によつてリアクトル鉄心に生じる磁束の
方向が同一になるように各リアクトル巻線４ａ及
び４ｂの極性が定められている。

以下第２図乃至第５図を参照して上記溶接機の
動作を説明する。

第２図において正弦波状のEoは２次巻線２ｓ
の無負荷電圧を示し、破線で示したIoは溶接負荷
Ｒを流れる電流を示し、実線は溶接負荷Ｒの端子
電圧IoRを示している。なお、同図の横軸には時
間ｔをとつてある。

(a) T₁＜ｔ＜T₂ 第２図において時刻T₁とT₂との間の期間に
おいてはEo＞IoRであり、第１の整流素子３ａ
が導通しており、溶接電流Ioは第３図ａに示す
ように、端子２ａ、整流素子３ａ、リアクトル
巻線４ａ、溶接負荷Ｒおよび端子２ｂの経路を
流れ、このとき２次巻線２ｓ、リアクトル巻線
４ａおよび溶接負荷Ｒの端子電圧の極性はそれ
ぞれ図示のとおりとなつている。ここでリアク
トル巻線４ａおよび４ｂのインダクタンスＬは
使用する出力電流に応じて十分に大きな値に選
定しておく。この結果、電流Ioは殆んど変化し
ないが厳密には僅かずつ増加を続け、この電流
Io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Eo−IoR＝Ｅ
＝Ｌ（di／dt）なる起電力が第３図ａ及びその
等価回路第５図ａに示す極性に発生して第２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。

(b) T₂＜ｔ＜T₃ 次に、時刻T₂とT₃との間の期間では、第２
図に示すように、Eo＜IoRになるためにアーク
は消滅し、溶接電流Ioがしや断され、リアクト
ル巻線４ａおよび４ｂには時刻T₁とT₂との間
の期間のときとは逆方向の−Ｌ（di／dt）なる
起電力が発生する。

したがつて、この状態のときは、T₁＜ｔ＜
T₂の期間に蓄積されたエネルギーによつて、
第３図ｂおよびその等価回路第５図ｂの実線に
示す循環電流Iooが流れる。

(c) T₃＜ｔ＜T₄およびｔ＝T₄＋α 時刻T₃をこえると電源電圧Eoの極性が反転
し、時刻T₃とT₄との間の期間では、第２図に
示すように、Eo＜IoRなのでアークを発生させ
ることができないで、第５図c₁の点線に示す溶
接負荷Ｒは開放状態を続ける。したがつて、こ
の状態のときは、第５図c₁の実線に示す循環電
流が流れる。

次に時刻ｔがT₄をわずかにこえた時点でEo
＞IoRとなるので、アークが発生し、第５図c₂
に示すように、２次巻線２ｓの等価電源Eoか
ら第１の整流端子３ａを通る第１の回路に点線
で示した電流Ｉ１が流れようとする。この電流
Ｉ１は循環電流Iooと逆方向であり、かつ整流
端子３ａの非導通方向であるので、循環電流
Iooは整流端子３ａによつてしや断される。他
方、２次巻線２ｓの等価電源Eoから第２の整
流素子３ｂを通る第２の回路に点線で示した電
流I₂が流れ始める。この時、上述したように、
T₁＜ｔ＜T₂の間に蓄積されたエネルギーによ
る循環電流Iooが整流素子３ａによつてしや断
されるので、リアクトルの残留エネルギーによ
つて、第５図c₃に示すように、上記の第２の回
路に流れる電流I₂と同方向に、放電電流Io₂が重
畳され、溶接負荷ＲにはIo＝I₂＋Io₂の電流が流
れる。上記の残留エネルギーは、T₁＜ｔ＜T₂
の間にリアクトルに蓄積されたエネルギーが
T₂＜ｔ＜T₄の間に循環電流Iooとして流れてい
る期間中に、循環回路中で消費した抵抗損失を
除いたエネルギーであつて、ｔがわずかにT₄
をこえた時点で溶接負荷Ｒに流れて消費され
る。すなわち、前の半サイクルに蓄積されたエ
ネルギーの放出によつて、アーク発生時に流れ
る電流の立上りは急峻なものとなり、再点弧が
確実となり、再点弧時期の遅れがなくなる。

(d) ｔ＞T₄ 時刻T₄以後は、第３図ｄ及びその等価回路
第５図ｄに示すとおり、時刻T₁以後と同様の
動作がくり返される。以上のようにして、溶接
負荷Ｒには、第２図に示すように電源の半サイ
クルの周期で急峻に極性が変わる略矩形波形の
交流電流が供給される。

第４図は、互に連動する切換スイツチ８ａお
よび８ｂよりなる切替スイツチ８と直流出力時
に第１および第２の整流端子３ａ，３ｂと組合
わされて両波整流回路を構成する整流素子９
ａ，９ｂとを設けて第１の出力端子１１ａおよ
び第２の出力端子１１ｂに接続された溶接負荷
Ｒに供給される電流を交流および直流に切りか
えられるようにした本発明の総合的な実施例を
示す接続図である。同図において切替スイツチ
８をAC側（交流出力側）に設定したときは第
３および第４の整流素子が回路から切離されて
第１および第２の整流素子のみがリアクトル巻
線４ａおよび４ｂを介して逆並列に接続されて
交流電流出力が得られる。その動作は第１図と
全く同様であるので説明は省略する。切替スイ
ツチ８をDC側（直流出力側）にしたときに
は、リアクトル巻線４ａおよび４ｂの作用によ
り第２図にて説明したように整流素子３ａおよ
び３ｂには略矩形波状の電流が流れ、溶接負荷
Ｒにはこの電流が第１ないし第４の整流素子に
よつて両波整流された直流出力が得られる。こ
の結果、溶接電流は単相交流を電源にするにも
かかわらずほとんどリツプル分を含まない直流
電流となる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば交流出力時には
少ない整流素子で電源の各半サイクルの周期で急
峻に極性が変化する略矩形波状の交流出力電流が
得られ、直流出力時にはこの略矩形波状の交流出
力を両波整流した形の直流出力電流が得られるの
で、出力電圧降下および電力損失が少なく、しか
も交流アーク溶接時においては電流の極性反転時
においてアークを確実に再点弧することができ、
また直流出力時には単相交流を電力源とするにも
かかわらず大きな平滑回路を設けることなくリツ
プル含有率の極めて少ない直流出力が得られるの
で安定したアーク溶接が実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の交流出力時の動作を説明する
ために切替スイツチを省略して示した接続図、第
２図は第１図の各部の波形図、第３図ａ乃至ｄは
それぞれ第１図の動作の異なる過程における各部
の電圧および電流経路を示す説明図、第４図は本
発明の総合的な実施例を示す接続図、第５図ａ乃
至ｄはそれぞれ第３図ａ乃至ｄの等価回路であ
る。 ２……溶接変圧器、２ｐ……１次巻線、２ｓ，
２ｔ……２次巻線、３ａ，３ｂ……整流素子、４
ａ，４ｂ……リアクトル巻線、８……互に連動す
る切換スイツチ８ａおよび８ｂよりなる切替スイ
ツチ、９ａ，９ｂ……整流素子、１１ａ，１１ｂ
……出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通の鉄心に巻回されたインダクタンスが等
   価でかつ十分大なるインダクタンスを有し同方向
   に巻回されて直列接続された２個のリアクトル４
   ａ，４ｂと、 前記２個のリアクトル巻線４ａ，４ｂの中間接
   続点に２次巻線２ｓの一端２ａが接続された溶接
   変圧器２と、 前記直列接続された第１のリアクトル巻線４ａ
   の他端に一端が接続された第１の整流素子３ａ
   と、 前記第１の整流素子３ａの他端に接続された第
   １の出力端子１１ａと、 前記第１の整流素子３ａと逆並列方向であつて
   前記第２リアクトル巻線４ｂの他端に一端が接続
   された第２の整流素子３ｂと、 前記第２の整流素子３ｂの他端を前記第１の出
   力端子１１ａまたは第２の出力端子１１ｂに切換
   接続する第１の切換スイツチ８ａと、 一端が前記第１の出力端子１１ａに接続されか
   つ第１の整流素子３ａと同方向に接続された第３
   の整流素子９ａと、 前記２次巻線２ｓの他端２ｂと前記第２の出力
   端子１１ｂとの間に接続されかつ前記第３の整流
   素子９ａと逆並列方向に接続された第４の整流素
   子９ｂと、 前記２次巻線２ｓの他端２ｂを前記第２の出力
   端子１１ｂ又は前記第３の整流素子９ａの他端に
   切換接続しかつ前記第１の切換スイツチ８ａに連
   動する第２の切換スイツチ８ｂ とを具備したアーク溶接機。