(57)【要約】【課題】１つの電源装置を異なる電流電圧特性仕様で使用することができる、出力電源トランスを備えた簡易構造の電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】出力電源トランスの一次側には、交流を直流に変換する整流器と、整流器に接続され直流を交流に変換して出力電源トランスの二次側に伝達するインバータと、インバータによって二次側に伝達される電流値を検知する電流検知センサーと、電流検知センサーで検知された電流値を規準値と突き合わせて、これらが互いに異なる場合はインバータに帰還制御を行ってインバータに供給される電流を直流定電流として一次側における電力を供給する制御回路が設けられている。出力電源トランスの二次側には、出力電源トランスの中間に接続された中間端子が設けられており、中間端子を介して、一次側の定電流とした電力から所望とする大きさの定電流特性出力を二次側において取り出す。【選択図】図１
2009254180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電源トランスを備えた電源装置であって、
前記出力電源トランスの一次側に、直流定電流特性を提供することにより定電流とした電力が供給されており、
前記出力電源トランスの二次側では、前記出力電源トランスの中間に接続された中間端子を介して、前記一次側の供給電力から所望の大きさの定電流特性出力電流を取り出すことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
出力電源トランスを備えた電源装置であって、
前記出力電源トランスの一次側には、
交流を直流に変換する整流器と、該整流器に接続され、直流を交流に変換して前記出力電源トランスの二次側に伝達するインバータと、該インバータによって前記二次側に伝達される電流値を検知する電流検知センサーと、該電流検知センサーで検知された電流値を規準値と突き合わせて、これらが互いに異なる場合は前記インバータに帰還制御を行って前記インバータに供給される電流を直流定電流として前記一次側における定電流とした電力を供給する制御回路が設けられており、
前記出力電源トランスの二次側には、
前記出力電源トランスの中間に接続された中間端子が設けられており、該中間端子を介して、前記一次側の供給電力から所望の大きさの定電流特性出力電流を前記二次側において取り出すことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記インバータは、絶縁ゲートトランジスタから構成されており、前記制御回路は、前記電流検知センサーで検知した電流値を前記規準値と突き合わせて定電流特性の設定値とする定電流規準設定用可変抵抗器と、前記設定値と予め定めた所定の電流値との差に対応する信号を出力する比較器と、前記比較器からの出力をパルス幅変調した後に前記絶縁ゲートトランジスタのゲートに付与して前記絶縁ゲートトランジスタの出力電流値を制御するパルス変調装置と、を備える請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記出力電源トランスの二次側には、更に、前記中間端子を介して取り出した交流を直流に変換する整流器が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記中間端子に切替可能に接続され得るスイッチが設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の電源装置。
【請求項６】
前記スイッチを利用して前記中間端子を介して前記二次側において取り出した電流は溶接のために、前記中間端子を利用することなく前記二次側において取り出した電流はプラズマ切断のために、それぞれ利用可能として、プラズマ切断機能と被覆アーク溶接機能の両者を兼ね備えた兼用装置に使用することができる請求項５に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、特に、出力電源トランスを備えた切断および溶接用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許１０３８８３００５号に開示されているようなプラズマ切断装置を、被覆アーク溶接にも使用可能とすることが所望されるようになっている。
【０００３】
一般に、プラズマ切断を行うには、母材（切断物やノズル）と電極（非消耗電極）の間におけるアークの点弧（着火）を容易にするべく、無負荷電圧値を高く設定しておく必要がある。このような理由等から、プラズマ切断装置に使用される電源装置の電流電圧特性は、高電圧且つ低電流であることが要求される。一方、被覆アーク溶接を行うには、作業者等の手元が変動しても適正なアーク長を保持する必要があるため、適用する電源装置の電気特性を定電流特性（垂下特性）として溶接電圧（アーク長）が変化しても溶接電流は変化しないようにする必要がある。このような理由等から、被覆アーク溶接に使用される電源装置の電流電圧特性は、プラズマ切断の場合とは逆に、低電圧且つ大電流であることが要求される。このように、プラズマ切断装置に使用されている電源装置を、被覆アーク溶接装置にも使用可能とし、或いは、プラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の兼用装置にも使用可能とするには、一つの電源装置において相反する電流電圧特性を達成する必要がある。
【０００４】
特に、ここでは、被覆アーク溶接を行う際に必要となる定電流特性（垂下特性）を得ることが困難である、といった問題がある。従来、定電流特性は、電源装置の出力電源トランス二次側に電流検知センサー（ＣＴ）を設けて、電流検知センサー（ＣＴ）で検知した電流を利用して二次側と一次側との間で帰還制御を行うことによって達成することとされていた。しかしながら、この従来構成を、プラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の双方に使用される電源装置に適用すると、二次側に設けた電流検知センサー（ＣＴ）によって、被覆アーク溶接装置に使用される大電流がいきなり検出されることになり、この結果、帰還制御が実質的に不可能になることが予想される。尚、定電流特性を得るための他の従来手段としては、トランス二次側の出力が負荷電流の増加に反比例して出力電圧が降下するような磁気漏れ変圧器を適用した電源トランスの使用等が考えられるが、この場合にも、大電流が使用された場合には、定電流特性を得ることは困難で垂下特性出力のみになることが予想される。
【０００５】
【特許文献１】特許１０３８８３００５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、このような従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、帰還制御を一次側でのみ行うようにして、一つの電源装置を異なる電流電圧特性で使用することができる、出力電源トランスを備えた簡易構造の電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電源装置は、出力電源トランスを備えた電源装置であって、前記出力電源トランスの一次側では、直流定電流特性を提供することにより定電流とした電力が供給されており、前記出力電源トランスの二次側では、前記出力電源トランスの中間に接続された中間端子を介して、前記一次側の供給電力から所望の大きさの定電流特性出力電流を取り出すことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による電源装置は、出力電源トランスを備えた電源装置であって、前記出力電源トランスの一次側には、交流を直流に変換する整流器と、該整流器に接続され直流を交流に変換して前記出力電源トランスの二次側に伝達するインバータと、該インバータによって前記二次側に伝達される電流値を検知する電流検知センサーと、該電流検知センサーで検知された電流値を規準値と突き合わせて、これらが互いに異なる場合は前記インバータに帰還制御を行って前記インバータに供給される電流を直流定電流として前記一次側における定電流とした電力を供給する制御回路が設けられており、前記出力電源トランスの二次側には、前記出力電源トランスの中間に接続された中間端子が設けられており、該中間端子を介して、前記一次側の電力から所望の大きさの電流を前記二次側において取り出すことを特徴とする。
【０００９】
上記電源装置において、前記インバータは、絶縁ゲートトランジスタから構成されており、前記制御回路は、前記電流検知センサーで検知した電流値を前記規準値と突き合わせて定電流特性の設定値とする定電流規準設定用可変抵抗器と、前記設定値と予め定めた所定の電流値との差に対応する信号を出力する比較器と、前記比較器からの出力をパルス幅変調した後に前記絶縁ゲートトランジスタのゲートに付与して前記絶縁ゲートトランジスタの出力電流値を制御するパルス変調装置と、を備えていてもよい。
【００１０】
また、上記電源装置において、前記出力電源トランスの二次側には、更に、前記中間端子を介して取り出した交流を直流に変換する整流器が設けられていてもよい。
【００１１】
更に、上記電源装置において、前記中間端子に切替可能に接続され得るスイッチが設けられていてもよい。
【００１２】
また、前記スイッチを利用して前記中間端子を介して前記二次側において取り出した電流は溶接のために、前記中間端子を利用することなく前記二次側において取り出した電流はプラズマ切断のために、それぞれ利用可能として、プラズマ切断機能と被覆アーク溶接機能の両者を兼ね備えた兼用装置に使用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本願発明の好適な一実施形態による電源装置１を説明する。本電源装置１は、例えば、プラズマ切断機能を備えたプラズマ切断装置、被覆アーク溶接機能を備えた被覆アーク溶接装置、或いは、両者の機能を兼ね備えた兼用装置のいずれの装置にも使用可能である。
【００１４】
図１に、本電源装置１の回路図を概略的に示す。本電源装置１は、一次側と二次側から成る出力電源トランスを備える。図１の左側に一次側３が、図１の右側に二次側５が、それぞれ示されている。
【００１５】
一次側３は、主に、交流ＡＣを直流ＤＣに変換する整流器ＲＥＣ1と、該整流器ＲＥＣ1に接続され、直流を交流に変換して出力電源トランスの二次側５に伝達するインバータＩＮと、該インバータＩＮによって二次側５に伝達される電流値を検知する電流検知センサーＣＴと、更に、該電流検知センサーＣＴで検知された電流の値に応じて制御を行う制御回路７から成る。ここでは、特に、電流検知センサーＣＴが、二次側ではなく一次側に設けられている点に注目していただきたい。このような構成とすることにより、二次側の（大）電流によって一次側における帰還制御が影響を受けることを防止して、一次側に常に安定した定電流特性を提供することが可能となる。また、この一次側における定電流を利用して、二次側にも常に安定した電流電圧特性を提供することが可能となる。
【００１６】
整流器ＲＥＣ1で発生された直流は、二次側５に伝達される際、インバータＩＮを構成する絶縁ゲートトランジスタＩＧＢＴ1、ＩＧＢＴ2を利用して交流に変換される。電流検知センサーＣＴは、これら絶縁ゲートトランジスタＩＧＢＴ1、ＩＧＢＴ2と二次側５の間に接続されて、インバータＩＮによって二次側５に伝達される電流値を検知する。検知された電流は、その後、帰還制御のため制御回路７によって利用され得る。
【００１７】
制御回路７は、主に、電流検知センサーで検知した電流値を抵抗Ｒ3を利用して設定された規準値と突き合わせて定電流特性の設定値とする定電流規準設定用可変抵抗器ＲＶと、抵抗Ｒ1、Ｒ2を利用して予め定めた所定の電流値と定電流規準設定用可変抵抗器ＲＶにおける設定値との差に対応する信号を出力する比較器Ｃと、該比較器Ｃに並列に接続され、比較器Ｃにおける比較感度を調整する比較器調整用可変抵抗器Ｇと、更に、比較器Ｃからの出力をパルス幅変調した後に絶縁ゲートトランジスタＩＧＢＴ1、ＩＧＢＴ2のゲートに付与して絶縁ゲートトランジスタＩＧＢＴの出力電流値を制御するパルス変調装置ＰＷＭから成る。
【００１８】
一次側３では、以上の構成を利用して、電流検知センサーＣＴで検知された電流値が規準値と異なることが判明した場合に、電流検知センサーＣＴと制御回路７を通じて、インバータＩＮに帰還制御を行う。この帰還制御によって、インバータＩＮに供給される電流は、一定の直流定電流、或いは、所定範囲内の直流定電流とされ、一次側３における電力は、二次側５の負荷変動とは無関係に略一定とされる。
【００１９】
このような一次側３に対して、二次側５は、主に、二次側５の出力電源トランスの中間に接続された中間端子ＭＴと、該中間端子ＭＴを介して一次側３から取り出した交流を直流に変換する整流器ＲＥＣ2と、中間端子ＭＴを介して交流を取り出すために中間端子ＭＴに切替可能に接続されるスイッチＳＷと、更に、コネクタａ、ｂの一方（ｂ）に接続された過飽和リアクトルＬから成る。ここで、コネクタａ、ｂには、本電源装置１をプラズマ切断装置のために使用する場合と、被覆アーク溶接装置のために使用する場合とで、異なる部材が接続される。
【００２０】
例えば、本電源装置１をプラズマ切断装置のために使用するときは、図２のａ）に示すように、コネクタａ、ｂにはプラズマ切換トーチが接続され、それらの間にアークが発生される。この場合、例えば、２３５（Ｖ）、８（Ａ）の定電流特性の出力で、プラズマ切断を行うことができる。一方、本電源装置１を被覆アーク溶接装置のために使用するときは、図２のｂ）に示すように、コネクタａ、ｂには溶接ホルダーが接続され、更に言えば、一方のコネクタａには溶接棒９が、他方のコネクタｂには溶接すべき鉄板等の対象物が、それぞれ接続され、例えば、４２（Ｖ）、４５（Ａ）の定電流特性の出力で、被覆アーク溶接を行うことができる。尚、コネクタｂと整流器ＲＥＣ2の間に接続されている過飽和リアクトルＬは、コネクタｂにおける出力リップル波形を平滑にし、特に、被覆アーク溶接装置のために使用する際に発生されるアークを安定にする働きを有する。
【００２１】
本電源装置１を、プラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の双方に使用可能とするには、プラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の間で切替を行う必要がある。この切替は、二次側５に設けたスイッチＳＷを利用して簡単に行うことができる。例えば、スイッチＳＷが図１に示すＰ位置にある場合、電流は、中間端子ＭＴを利用することなく取り出され、取り出された電流は、プラズマ切断装置のために使用される。一方、スイッチＳＷがＰ位置からＷ位置に切替えられた場合には、中間端子ＭＴを通じて電流が取り出されることから、電圧が制御され、電圧の大きさに応じて、一次側３の定電流とした電力から所望の大きさの電流を二次側５において取り出すことができる。こうして取り出された電流は、被覆アーク溶接装置のために使用される。
【００２２】
次いで、図３を参照して、本電源装置１の動作原理を説明する。図３において、横軸は電流値、縦軸は電圧値をそれぞれ示し、「ア」は、電源装置１がプラズマ切断装置のために使用される場合の電流と電圧の特性関係を、「イ」は、電源装置１が被覆アーク溶接装置のために使用される場合の電流（横軸）と電圧（縦軸）の特性関係を、それぞれ示す。
【００２３】
明らかなように、電源装置１がプラズマ切断装置のために使用される際の電力、即ち、切断電力（Ｐｃ）は、切断電圧（Ｖｃ）×切断電流（Ａｃ）で表すことができ、一方、電源装置１が被覆アーク溶接装置に使用される際の電力、即ち、溶接電力（Ｐｗ）は、溶接電圧（Ｖｗ）×溶接電圧（Ｖｗ）で表すことができる。これらプラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の双方のために同じ電源装置１を使用する場合、プラズマ切断装置のために使用される場合の最大電力と、被覆アーク溶接装置のために使用される場合の最大電力は、等しいこと、つまり、切断電力（Ｐｃ）＝溶接電力（Ｐｗ）の関係を満たすこと、換言すれば、図３で示す「ア」の面積と「イ」の面積が等しいことが必要となる。更に、電源装置１がプラズマ切断装置のために使用される場合は、プラズマアーク長を保持するために、切断電圧（Ｖｃ）を例えば２３５Ｖ程度の高電圧値としなければならず、一方、被覆アーク溶接装置のために使用される場合は、溶接金属量を確保するために、溶接電流（Ａｗ）を例えば４５Ａ程度の高電流値としなければならず、最大電力の必要性に加えて、これらの要請をも満たす必要がある。
【００２４】
これらの必要を満たすため、本電源装置１では、出力電源トランスの一次側においては、直流定電流特性（又は、直流垂下特性）を付与して電力を常に一定とし、一方、出力電源トランスの二次側には、中間端子ＭＴやスイッチＳＷを設けて、電源装置１がプラズマ切断装置のために使用される場合は、スイッチＳＷをＰ位置として、二次側における電流が最大でも例えば約８Ａ以上の電流値（従って、約２３５Ｖ以上の電圧値）を越えないように制御すると同時に、電源装置１が被覆アーク溶接装置のために使用される場合には、スイッチＳＷをＷ位置に切替えることができるようにして、二次側における電圧を例えば約４２Ｖ程度に設定し、且つ、電流を約４５Ａ程度に押さえることができるように構成してある。尚、明らかなように、プラズマ切断および被覆アーク溶接にかかわらず、トランス一次側及び二次側の電力値は常に一定、例えば、約１８８０Ｗ（８Ａ×２３５Ｖ、４５Ａ×４２Ｖ）である。
【００２５】
最後に、本電源装置１を用いて行うことができるプラズマ切断と被覆アーク溶接の施工条件の一例を表１に示す。
2009254180.tif 000003
【００２６】
尚、本発明の電源装置は、プラズマ切断装置と被覆アーク溶接装置の兼用装置における使用に特に適したものであるが、このような兼用装置に限らず、異なる種類の電流電圧特性が要求される様々な装置に利用することができる。また、上の実施形態では、１つの中間端子のみを設ける例を示したが、勿論、複数の中間端子を設けてもよい。この場合、中間端子は、複数の電流電圧特性を得るために、出力電源トランス二次側の様々な中間位置に接続されることになる。更に、本実施形態を被覆アーク溶接、即ち、溶接棒を用いるものとして説明したが、これを用いないプラズマ溶接にも、本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一つの実施形態による電源装置の回路図を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一つの実施形態による電源装置の異なる使用態様を概念的に示した図である。
【図３】本発明の一つの実施形態による電源装置の動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  電源装置
３  一次側
５  二次側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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