(57)【要約】【課題】高い力率及び低い調波歪みを維持しつつ、２０−１００Ｖ  ＤＣの範囲の溶接電圧のコントロールされた出力を有する一方、約６００Ｖ  ＡＣ以内の高電圧入力電力により作動できる新しい構造の提供。【解決手段】可変ＡＣ電圧入力を有する電気アーク溶接機は、ＤＣを駆動高周波ブーストステージ（３０）にもたらす整流器（１４）を有する。ブーストステージは、それぞれのコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）に接続されたそれぞれの一次巻線（４２、４４）を有する第一及び第二の直列の出力分岐に接続されたインダクタ（６２）からなる。力率コントロール回路（３４）により操作される高周波スイッチ（３２）は、一次巻線を通る電流によりコンデンサを充電しインダクタを放電する開放した状態を有し、そしてインダクタを充電しコンデンサを放電する閉じた状態を有する。ブーストステージは、第一及び第二の一次巻線の電流によって作動される変圧器（５０）の二次巻線（５２）からなるＡＣ出力ステージを有する。出力整流器（１００）は、該ＡＣ出力を、溶接ステーション（Ｅ、Ｗ）のアークに接続された第二のＤＣ電圧に変換される第一のＤＣ電圧に変換する。
2004538154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６００Ｖ  ＡＣ以内の可変ＡＣ電圧入力、並びにＤＣリンクを提供するための整流器、該ＤＣリンクに接続した第一及び第二の導線を有する作動高周波ブーストステージを有する電気アーク溶接機であって、該ブーストステージは、インダクタ、該第一の導線に接続した第一の一次巻線及び該第二の導線に接続した第一のコンデンサを有する第一の直列出力分岐、該第二の導線に接続した第二の一次巻線及び該第一の導線に接続した第二のコンデンサを有する第二の直列出力分岐、並びに第一の方向で該一次巻線を通る電流により該コンデンサを充電しそして該インダクタを放電する開放した状態及び第二の方向の電流により該一次巻線を経て該インダクタを充電しそして該インダクタを放電して該コンデンサを充電する閉じた状態を有ししかも該導線間の高周波で操作するスイッチからなり、該スイッチは約１８ｋＨｚより大きい周波数で力率コントロール回路により操作され、そして該ブーストステージは、該第一及び第二の一次巻線の電流により作動される変圧器の二次巻線ネットワーク、該ＡＣ出力を第一のＤＣ電圧に変換する整流器、及び溶接ステーションのアーク間を接続しそしてコントロールされた溶接電流または電圧を有する第二のＤＣ電圧に該第一のＤＣ電圧を変換するための出力変換器を有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項２】
該第一の導線及び第二の導線からの方向に極性を有しそしてそれらがコントロールされた電圧に充電されるとき該コンデンサとともにクランプする該第一及び第二のコンデンサの間の直列のダイオードを有する請求項１の電気アーク溶接機。
【請求項３】
該スイッチが３０−７５アンペアの定格を有する請求項２の電気アーク溶接機。
【請求項４】
該スイッチが３０−７５アンペアの定格を有する請求項１の電気アーク溶接機。
【請求項５】
該第一のＤＣ電圧が７５−１１３Ｖ  ＤＣのコントロールされた範囲にある請求項４の電気アーク溶接機。
【請求項６】
該第一のＤＣ電圧が７５−１１３Ｖ  ＤＣのコントロールされた範囲にある請求項３の電気アーク溶接機。
【請求項７】
該第一のＤＣ電圧が７５−１１３Ｖ  ＤＣのコントロールされた範囲にある請求項２の電気アーク溶接機。
【請求項８】
該第一のＤＣ電圧が７５−１１３Ｖ  ＤＣのコントロールされた範囲にある請求項１の電気アーク溶接機。
【請求項９】
該出力変換器が、パルス幅変調器により操作されるスイッチを有するバック変換器である請求項８の電気アーク溶接機。
【請求項１０】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項９の電気アーク溶接機。
【請求項１１】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項９の電気アーク溶接機。
【請求項１２】
該パルス幅変調器が、１８ｋＨｚ以上の周波数で操作される請求項９の電気アーク溶接機。
【請求項１３】
該出力変換器が、パルス幅変調器により操作されるスイッチを有するバック変換器である請求項４の電気アーク溶接機。
【請求項１４】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項１３の電気アーク溶接機。
【請求項１５】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項１３の電気アーク溶接機。
【請求項１６】
該パルス幅変調器が、１８ｋＨｚ以上の周波数で操作される請求項１３の電気アーク溶接機。
【請求項１７】
該出力変換器が、パルス幅変調器により操作されるスイッチを有するバック変換器である請求項２の電気アーク溶接機。
【請求項１８】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項１７の電気アーク溶接機。
【請求項１９】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項１７の電気アーク溶接機。
【請求項２０】
該パルス幅変調器が、１８ｋＨｚ以上の周波数で操作される請求項１７の電気アーク溶接機。
【請求項２１】
該出力変換器が、パルス幅変調器により操作されるスイッチを有するバック変換器である請求項１の電気アーク溶接機。
【請求項２２】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項２１の電気アーク溶接機。
【請求項２３】
該パルス幅変調器が、溶接電流フィードバック電圧によりコントロールされる請求項２１の電気アーク溶接機。
【請求項２４】
該パルス幅変調器が、１８ｋＨｚ以上の周波数で操作される請求項２１の電気アーク溶接機。
【請求項２５】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項９の溶接機。
【請求項２６】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項８の溶接機。
【請求項２７】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項４の溶接機。
【請求項２８】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項３の溶接機。
【請求項２９】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項２の溶接機。
【請求項３０】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で不連続な電流を生じさせる回路を含む請求項１の溶接機。
【請求項３１】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項９の溶接機。
【請求項３２】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項８の溶接機。
【請求項３３】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項４の溶接機。
【請求項３４】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項３の溶接機。
【請求項３５】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項２の溶接機。
【請求項３６】
該力率コントロール回路がＡＣ入力で連続な電流を生じさせる回路を含む請求項１の溶接機。
【請求項３７】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項３６の電気アーク溶接機。
【請求項３８】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項３０の電気アーク溶接機。
【請求項３９】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項２１の電気アーク溶接機。
【請求項４０】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項９の電気アーク溶接機。
【請求項４１】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項８の電気アーク溶接機。
【請求項４２】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項４の電気アーク溶接機。
【請求項４３】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項３の電気アーク溶接機。
【請求項４４】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項２の電気アーク溶接機。
【請求項４５】
該ＡＣ電圧入力が３相でありそして２２０Ｖ  ＡＣより大きく、そして該溶接電流及び電圧が３キロワット以上の電力を生ずる請求項１の電気アーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク溶接機に関し、そしてさらに特に約６００Ｖ  ＡＣ以内に及ぶ可変または交直両用のＡＣ入力によるコントロールされた電圧または電流の出力を有する電気アーク溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、力率コントロールチップにより操作され、それにより独特な構成が入力を６００ボルト以内に劇的に変化させ、その間コントロールされた出力溶接電流及び／または溶接電圧がＤＣ溶接の範囲にコントロールされる二元中間ステージを有する独特な電気アーク溶接機に関する。出力変換器と組み合わされた力率コントロール二元中間ステージの独特な構成を利用することにより、電気アーク溶接機用の電源は、２キロワットから３キロワットを超える出力電力で大きさが変化できる高い入力電圧を有することができる。低い定格の器具に使用するためのこのタイプの電源についていくつかの構造が存在するので、従来技術のいくつかのものは、本発明の独特性及び優越性を評価する背景の情報として本明細書で参考として引用される。本発明は、溶接に必要な高い電力定格を生ずることのできる電源を補正する力率に関する。この特徴を知るためには、また溶接の従来技術を考察しなければならない。
【０００３】
従来、チップの形状の力率補正回路によりコントロールされるエレクトロニックスイッチを有するブーストタイプの力率の補正を使用することが知られている。この構造の最初のバージョンは、背景の技術について参考として引用される特許文献１に示されている。この初期の電源は、本発明の新規な構造を使用しておらず、低い電力の器具についてのみ使用できる。
【０００４】
特許文献２では、ブースト変換器は、Ｍｉｃｒｏ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造される力率コントローラ回路Ｎｏ．ＭＬ４８１２により操作できる高速で操作されるスイッチを使用する。この回路は、全波整流された線間電圧の各半サイクルの全１８０°を通して充電するコンデンサバンクに電流をもたらす。力率コントロールチップは、変圧器を使用して出力エネルギーを溶接操作に使用する。この特許は、溶接できるといわれる力率補正回路による初期の実験室タイプの単相電源であるように思われる。電流及び電圧のフィードバックは、この初期の実験室の電源に使用される力率コントロールの構成がないとき、スイッチを操作するパルス発生器をコントロールするといわれる。この特許は、溶接の設備において力率コントロールを使用する初期の試みの背景の技術を開示している。特許文献２は、背景技術としてのみ参考として引用される。そこには、二元ステージインバータもなければ出力変換器もない。
【０００５】
本発明は、二元ステージにもかかわらず、ブースト変換器がＤＣからＤＣへの出力変換器を作動する構造に関するため、特許文献３は、それが照明設備に使用されるこのタイプの関連する低電圧回路を示していることから、関係がある。力率コントロールは不連続であり、それにより入力電流は、常に流れることはない。出力電力は、非常に制限され、そして入力電圧は工業的な線間電圧で固定される。この特許は、溶接または任意の他の高い電力の技術に関していない。しかし、この特許は、本明細書では単に参考として引用されるものであり、標準の力率補正回路を使用してＤＣからＤＣへの変換器を作動する変圧器を駆動するブースト変換器を示している。２２０ボルト以下の入力電圧及び約５０ワット以下の電力定格を有する固定したＡＣ入力用のこの低電圧力率コントロール回路は、少なくとも特許技術としては、やや標準的なものであるが、実用的ではない。力率コントロール能力を有する他の低電力ブースト回路は、特許文献４に示されており、それはまた参考として引用される。この特許は、変圧器により作動される出力回路を有する力率補正用のブースト変換器を示している。力率回路は、入力電流波形を利用する。この従来の低定格電源は、溶接には使用できない。溶接電源についていうと、溶接回路を作動するための出力変圧器を備えた力率補正の構成を有する電源回路は、特許文献５に示されている。この電源は、アーク溶接に使用されるが、それは、必要な溶接電流及び電圧に変換される標準のＤＣリンクの利用を可能にする出力ステージを有しない。この特許は、本明細書において参考として引用される。
【０００６】
Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙは、電気アーク溶接に使用される種々の構造の力率補正回路の使用に関する特許になった米国特許を有する。これらの特許は、特許文献６−８に示される。これらの電源のそれぞれは、力率補正の構成を含むが、それらはアーク溶接における低電圧ＤＣの使用に変換されるべきＤＣリンクに変換されるＡＣ電圧の伝達用の独特な構造を使用しない。Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃによる特許は、それらが溶接電力の供給に関するが、本発明の構造ではない点で、本明細書において参考として引用される。
【０００７】
上記の背景の情報を構成する低電源回路は、溶接には使用できない。その上、電気アーク溶接に伴う問題を解決する従来の試みを開示している本明細書において参考として引用されたこれらの特許は、本発明を実施するのに使用されるのとは全く異なる構造を使用する。この背景の情報のすべては、再現する必要のない技術そのものを開示している。本発明の特定の構造及びその新規性は、これらの従来の技術の上に成立したかまたはそれを置き換えた本明細書の記述に示される。
【０００８】
本発明は、非特許文献１に示された回路に類似した力率補正能力を有する二元ステージブーストインバータ回路を利用する。このＩＥＥＥの論文は、入力用のコントロールされた力率によりＡＣ出力を生成するインバータの概念の操作を説明する背景情報として、本明細書において参考として引用される。この実験室タイプの電源は、溶接には使用できない。入力は、２２０ボルトより小さく、電力の定格は５０ワットよりかなり低い。この論文は、背景情報として本明細書で引用される。
【０００９】
背景を構成するいくつかの従来技術の特許文献により示されているように、研究開発の努力のほとんどは、１９８０年代において、単相線間電圧に接続出来る高容量家庭用及び工業用の器具への電源を開発しそして高い力率または低い調波歪みを維持するのに向けられた。この広範囲の研究及び開発の技術は、能率を上げ従って国全体の小さい家庭用器具により多量に消費される電力を低下させる必要性により促進された。これらの電源は、高い入力力率及び低い調波歪みを保証する変換器のコントロールされたスイッチ操作を使用して特にデザインされた力率補正チップを備えたブースト変換器、バック変換器またはフライバック変換器を使用するようにデザインされた。これらの小さい電源は、通常、２０００ワットより低い電力を生じ、そして工業上の応用には使用できなかった。１９９０年代の半ばでは、電気アーク溶接工業は、高いスイッチ周波数を有するインバータタイプの電源を使用するが、これらの電源用の力率補正技術は、存在しない。その結果、電気アーク溶接機は、電力消費による問題を生ずる。電気アーク溶接機を作動する入力ラインの力率をコントロールする技術は存在しない。これは、約６００Ｖ  ＡＣであるような入力では、より顕著であった。
【００１０】
１９９０年代の半ばに、電気アーク溶接の分野の二三の企業は、力率コントロール電源を改変して溶接及びプラズマ切断用の高容量電源を生成する実験を開始した。その後、現存する電源を溶接電源に単に変換することは、適切な開発の方向ではないことが理解された。従って、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、ＯｈｉｏのＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙは、異なる方針を採用した。電源は、溶接用に合わせてなされた。最初、これらの活動は、高い電力溶接に低い電力ユニットを使用する試みのみを含んだ。これは、工業的に成功しなかった。この活動は、Ｔｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによるいくつかの特許例えば特許文献６−８を。それらのすべては、電気アーク溶接用の高い出力電力を生成する能力を有する力率補正の構成を有するインバータステージを有する特殊な電源を開示している。これらの特許は、多くの場合に出力チョッパステージを有する特殊なインバータ構造を備えたスイッチ電源を開示している。
【特許文献１】
米国特許４６７７３６６
【特許文献２】
米国特許５１４９９３３
【特許文献３】
米国特許５７８６９９２
【特許文献４】
米国特許５９１７７１１
【特許文献５】
米国特許５８６４１１０
【特許文献６】
米国特許５９９１１６９
【特許文献７】
米国特許６０９１６１２
【特許文献８】
米国特許６０９１６１２
【非特許文献１】
Ｗｅｉ  Ｂａｔａｒｓｅｈ，Ｚｈｕ「Ａ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｗｉｔｃｈ  ＡＣ／ＤＣ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ、２０００年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
力率補正能力を有する特に開発された電源を備えた電気アーク溶接機を提供するすべてのこれらの従来の研究開発は、或る機能的な制限を生じさせる。その結果、２０−１００Ｖ  ＤＣの範囲の溶接電圧のコントロールされた出力を有する一方、約６００Ｖ  ＡＣ以内の高電圧入力電力により作動できる新しい構造を開発することが希望された。これらの２つの完全に異なる別々の電圧の概念を組み合わせるために、高い力率及び低い調波歪みを維持しつつこの目的を達成するための特殊な構造を開発する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
単相または３相の高電圧電気入力を電気アーク溶接用の高い出力電力を有する低電圧ＤＣへ変換できる電気アーク溶接の要件は、本発明により達成される。高速スイッチによりコントロールされる力率補正回路を備えた二元ステージブースト変換器は、なお高力率を維持するやり方で整流された入力電圧をＡＣ出力に変換する作動インバータネットワークを提供する。力率補正ブースト変換器の出力で作動インバータステージを使用することにより、出力変圧器の特定の電圧は、約１００Ｖ  ＤＣの低電圧出力ＤＣリンクを生成できる。作動インバータは、共鳴インバータの欠点を避けることができる。コントロールされたＤＣリンクは、次にダウンチョッパの形のＤＣ−ＤＣ変換器により変換されて、電気アーク溶接用の必要なＤＣ電圧を生成する。電流及び電圧のフィードバックを使用することにより、溶接操作用の電流及び電圧はコントロールされる。もちろん、波形回路は、電気アーク溶接出力のために使用される電流の波形をコントロールする出力変換器で用いることができた。
【００１３】
本発明によれば、６００Ｖ  ＡＣ以内の可変ＤＣ電圧入力及び第一及び第二の導線を有するＤＣリンクを提供するための整流器を備えた電気アーク溶接機が提供される。分離形変圧器へのインバータ出力を備えた作動高周波ブーストステージは、整流されて最初のＤＣリンクを生成するＡＣ電圧を与える。ブースト変換器は、高周波で操作されるがなお高電力移送を可能にするインバータステージを有する。ブーストステージ変換器は、インダクタ、第一の導線に接続した第一の一次巻線及び第二の導線に接続した第一のコンデンサを有する第一の直列出力分岐、第二の導線に接続した第二の一次巻線及び第一の導線に接続した第二のコンデンサを有する第二の直列出力分岐、並びに高周波で操作されるスイッチからなる。スイッチは、導線間を接続し、そして第一の方向の電流により一次巻線を通ってコンデンサを充電しそしてインダクタを放電する開放した状態、並びに第二の方向の電流により一次巻線を通ってインダクタを充電しそしてインダクタを放電してコンデンサを充電する第二の状態を有する。スイッチは、約１８ｋＨｚより大きい周波数で力率コントロール回路により操作される。このブーストステージまたは変換器は、第一及び第二の一次巻線の電流により作動される分離形変圧器の二次巻線ネットワークからなるＡＣ出力を有する。整流器は、変圧器から第一のＤＣ電圧にＡＣ出力を変換し、そしてＤＣ／ＤＣ変換器は、溶接ステーションのアークに接続された第二のＤＣ電圧に第一のＤＣ電圧を変換する。アークは、コントロールされる溶接電流または電圧を有する。この構造により、入力は、固定された溶接電圧を維持しつつ、変化できる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、第一の導線から第二の導線の方向に極性を有し、そして第一のコンデンサと第二のコンデンサとの間を直列で接続してそれらがコントロールされた電圧に充電されるときコンデンサをクランプするダイオードが存在する。コンデンサを充電及び放電するためのスイッチは、電源を接続する標準の力率で使用される低容量電流スイッチより実質的に大きい３０−７５アンペアの定格を有する。第一のＤＣ電圧は、７５−１１３Ｖ  ＤＣのコントロール範囲にある。従って、アーク入力電圧の大きさ及び周波数は、出力電圧の決定パラメータである。第一のＤＣリンク電圧は、１１３Ｖ  ＤＣより低く、そして好ましくは約１００Ｖ  ＤＣである。溶接電圧は２０−１００Ｖ  ＤＣである。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、電源の出力は、パルス幅変調器により操作されるスイッチを備えたバック変換器である。パルス幅変調器は、溶接電流フィードバック電圧、溶接電圧フィードバック電圧またはそれらの組み合わせによりコントロールされる。スイッチは、１８ｋＨｚを超える周波数で操作される。
【００１６】
本発明の主な目的は、力率補正能力を有しそして電気アーク溶接に使用できる高速スイッチ電源の提供である。
【００１７】
本発明の他の目的は、上記のような電源を使用する電気アーク溶接の提供である。
【００１８】
本発明の他の目的は、高電圧入力容量を有しそして作動ブースト及びインバータステージを使用する電気アーク溶接機の提供である。
【００１９】
本発明のなお他の目的は、力率補正回路を有しそしてコントロール可能な溶接電圧を有する交直両用入力電圧のできる高速スイッチイング回路電源の提供である。
【００２０】
これらの目的及び他の目的は、図面とともに以下の記述から明らかになるだろう。
【００２１】
図１は、本発明の好ましい態様の配線図である。
【００２２】
図２Ａは、コンデンサを放電する閉じた状態における高速スイッチを示す図１の部分図である。
【００２３】
図２Ｂは、コンデンサを充電する開放した状態における高速スイッチを有する図１に類似した図である。
【００２４】
図３は、出力ステージチョッパの並列接続を有する図１に示された電源の概略配線図である。
【００２５】
図４は、出力で共通の接続を有する並列に接続された電源ネットワークを有する概略配線図である。
【００２６】
図５は、図４においてほぼ示された並列に接続された３つの電源を示す概略配線図である。
【００２７】
図６は、プラズマ切断のために高電流及び低電圧を得る直列で接続された３つの電源の概略配線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図面（好ましい態様のみを説明することを目的としておりそしてそれを制限することを目的としていない）に関すると、図１は、導線２０、２２にＤＣ電圧を生ずる整流器１４に向けられる線１２ｃ、１２ｄ、１２ｅに３相ＡＣのフィルターされた電圧を有するインダクタンス１２ａ及び直列のコンデンサ１２ｂを含むフィルターネットワーク１２を通る交直両用３相入力１０を有する溶接機Ａを示す。ダイオード２４は、インダクタ６２を通る逆電流を防ぐ。導線２０、２２の電圧及びこれらの導線の電流は、３相入力１０の可変入力電圧により規定される。ブーストタイプ力率補正ステージ３０は、力率補正回路３４によりコントロールされるエレクトロニックスイッチ３２を有する。この概念は、特許文献１に示されている。市販の集積回路例えばＵｎｉｔｒｏｄｅ  ＵＣ３４５４またはＵＣ２８５２は、力率補正回路に使用される。回路は、力率補正スキームの連続電流操作または不連続電流操作の何れかを生ずるように選択される。実際には、チップＵＣ２８５２が使用されて、入力１０で不連続な電流をもたらす。この方法では、ダイオードを整流する必要はない。単一のスイッチ３２が使用される。実際には、ＩＧＢＴタイプの２つの並列に接続されたスイッチが使用される。１つ以上のスイッチの電流の定格は、３０−７５アンペアの領域になければならない。高価なスイッチのこの使用は、２アンペアより大きい容量を有するスイッチを有する図１の構造を行う従来の試みとは区別される。この従来技術のスイッチは、スイッチ３２より１００倍以上コストが安いが、それらは本発明の実施には使用できなかった。スイッチ３２は、標準のブーストネットワークにおいてインダクタ６２を最終的に充電及び放電するために少なくとも１８ｋＨｚの高周波で操作される。ブーストステージ３０は、標準のブーストステージではない。それは、２つの直列の分岐を有する構造で形成された高周波作動出力を含む二元ステージであるからである。それらの分岐の１つは、コンデンサＣ２と直列である一次巻線４２を含みそして他のものはコンデンサＣ１と直列である一次巻線４４を含む。これらの２つの直列の分岐は、二元ステージ３０の出力ステージ４０を形成する。電流は、導線２０、２２の間を逆方向に流れる。クランピングダイオード７０は、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電電圧を決定する。出力ステージ４０を有するステージ３０が、出力周波数がスイッチ３２の周波数によりコントロールできる作動ブーストステージであるため、２つの並列の分岐の自然周波数は本発明では使用されない。一次巻線４２、４４は、出力すなわち二次巻線５２を有する変圧器５０の同じ芯にある。ブーストステージ３０の出力ステージ４０は、二次または出力巻線または巻線ネットワーク５２を作動する変圧器５０の２つの一次巻線４２、４４を含む。このネットワークは、一次巻線４２、４４に類似の２つの巻線を含むことができた。
【００２９】
ステージ３０の出力ステージ４０の操作は、図２Ａ、２Ｂに画かれている。スイッチ３２が図２Ａに示されるように閉じられるとき、コンデンサＣ１、Ｃ２は、矢印４０ａ、４０ｂにより示されるように放電する。インダクタ６２は、電流の矢印ＩＬにより示されるように充電される。スイッチの閉じた状態の終わりに、インダクタ６２は充電されそしてコンデンサＣ１、Ｃ２は放電される。スイッチは、次に図２Ｂに示されるように開放の状態に移る。電流ＩＬは、次にコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を分けるクランピングダイオード７０により矢印４０ｃ、４０ｄによって示される電流によりコンデンサＣ１、Ｃ２を充電するのに使用される。矢印４０ａ、４０ｂの電流は、矢印４０ｃ、４０ｄの電流とは逆である。従って、変圧器５０の入力一次の側は、入力ステージ１０で高い力率を維持する目的でコントロールされるスイッチ３２のスイッチイング周波数により決定される交流である。変圧器５０は、分離形変圧器である。スイッチ３２のスイッチング周波数は、１８ｋＨｚより大きい。スイッチが閉じられたとき、コンデンサＣ１、Ｃ２は充電され、そしてスイッチが開放されたとき、それらは放電される。２つの巻線５２を含むことのできた二次巻線ネットワークは、整流器１００の入力でＡＣを生成する。導線１０２、１０４の電圧は、コンデンサＣ３で適用される１００Ｖ  ＤＣの一般的な範囲にある。導線１０２、１０４は、導線１０２、１０４のＤＣを適切な出力溶接の電圧及び電流に変換するためのバック変換器１２０の入力ＤＣリンクである。ＤＣからＤＣへのバック変換器１２０は、コントローラ１５０から線１３２の電圧でコントロールされるパルス幅変調器１３０により操作されるスイッチ１２２を有する。この電圧は、検出器１４２を経てシャント１４０で感知された電流により決定されて、溶接電流を表す線１４２ａでフィードバック電圧を生成する。導線１４４、１４６の溶接電圧は、電圧感知装置１４８により変換されて、溶接電圧を表す線１４８ａの電圧を生成する。溶接電流及び溶接電圧は、コントローラ１５０に導入されて、パルス幅変調器１３０の入力コントロールのために線１３２の電圧を設定する。バック変換器１２０の出力は、チョーク１５０及びフリーウィーリングダイオード１６０を含む出力溶接ステーションを駆動するための導線１２０ａ、１２０ｂの電圧である。この方法では、電極Ｅと素材Ｗとの間の電圧は、２０−８０Ｖ  ＤＣの一般的な範囲で、溶接用の低いレベルでパルス幅変調器によりコントロールされる。溶接機の電源用のこの独特な構造を使用することにより、入力における可変の入力電圧は、線１２０ａ、１２０ｂ間の電圧によりコントロールされるとき、溶接ステーションの電圧及び電流を指図しない。入力側のブースト力率コントロール回路とＤＣからＤＣへの変換器１２０とを組み合わせた独特な出力ステージ４０は、溶接用の非常に有利な電源を提供する。
【００３０】
図３では、図１で使用される電源は、図１に示された変換器に類似した共通の出力チョッパと並列で接続される。線１０２、１０４間の電圧は、出力チョッパへの入力を形成するコンデンサ１７０により維持される。同様な方法で、出力への共通の接続は、図４に示される。電源の２つのステージは、２つの異なる電源の導線１０２、１０４に接続される。もちろん、任意の数の電源が、図３及び４に示されるように並列で接続できた。
【００３１】
高電流容量の溶接機を製造するために、フィルタ１２、整流器１４、ステージ３０、４０、１２０を含む電源は、図５に示されるように、溶接機Ｂを製造するモジュールとしてそれぞれ使用される。モジュール２００、２０２及び２０４は、それぞれ出力１２０ａ、１２０ｂを有し、それらは並列で接続されて電極Ｅと素材Ｗとの間に高出力電流容量を生成する。同様な方法で、モジュール２００、２０２、２０４は、図６に示されるように直列で接続できる。これは、電極Ｅ、ノズルＮ及び素材Ｗを使用するプラズマ切断のための高電圧及び低電流を生ずる。他の配置は、図１に示される電源を組み合わすのに使用されて、種々の溶接機及びプラズマアークカッタを構成する。この方法では、電源のより少ない構成品を要する。電源は、約６００Ｖ  ＡＣ以内の交直両用入力定格を有する単相または３相の入力により駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の好ましい態様の配線図である。
【図２】Ａはコンデンサを放電する閉じた状態における高速スイッチを示す図１の部分図である。Ｂは、コンデンサを充電する開放した状態における高速スイッチを有する図１に類似した図である。
【図３】出力ステージチョッパの並列接続を有する図１に示された電源の概略配線図である。
【図４】出力で共通の接続を有する並列に接続された電源ネットワークを有する概略配線図である。
【図５】図４においてほぼ示された並列に接続された３つの電源を示す概略配線図である。
【図６】プラズマ切断のために高電流及び低電圧を得る直列で接続された３つの電源の概略配線図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ            溶接機
Ｂ            溶接機
Ｃ１          コンデンサ
Ｃ２          コンデンサ
Ｃ３          コンデンサ
Ｅ            電極
Ｎ            ノズル
Ｗ            素材
１０          交直両用３相入力
１２          フィルタネットワーク
１２ａ        インダクタンス
１２ｂ        コンデンサ
１２ｃ        線
１２ｄ        線
１２ｅ        線
１４          整流器
２０          導線
２２          導線
２４          ダイオード
３０          力率補正ステージ
３２          スイッチ
３４          力率補正回路
４０          出力ステージ
４０ａ        矢印
４０ｂ        矢印
４０ｃ        矢印
４０ｄ        矢印
４２          一次巻線
４４          一次巻線
５０          変圧器
５２          巻線
６２          インダクタ
７０          クランピングダイオード
１００        整流器
１０２        導線
１０４        導線
１２０        変換器
１２０ａ      導線
１２０ｂ      導線
１２２        スイッチ
１３０        変調器
１３２        線
１４０        シャント
１４２        検出器
１４４        導線
１４６        導線
１４８        電圧感知装置
１４８ａ      線
１５０        コントローラ
１６０        ダイオード
１７０        コンデンサ
２００        モジュール
２０２        モジュール
２０４        モジュール
【国際公開パンフレット】
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2004538154.tif 000004
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【国際調査報告】
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