JP3161699B2 - アーク放電利用機器用の直流電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアーク溶接
機やアーク切断機のようなアーク放電を利用する機器に
使用する直流電源装置に関し、特に様々な電源電圧でも
作動可能なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク放電利用機器用の直流電源装置に
は、インバータ制御直流電源がある。インバータ制御直
流電源では、交流電圧を整流、平滑回路によって直流電
圧に変換する。この直流電圧をインバータによって高周
波電圧に変換する。この高周波電圧を変圧器によって降
圧し、降圧された高周波電圧を再び整流、平滑回路によ
って直流化して、アーク負荷に供給する。高周波電圧へ
の変換が、変圧器を小型化し、電源装置全体を小型化す
る。

【０００３】世界中で使用されている交流電源の電圧に
は、様々な種類のものがある。１００Ｖ及び２００Ｖの
交流電源のいずれでも動作可能なインバータ制御直流電
源には、例えば特公平３−７１２１８号公報に開示され
ているようなものがある。このインバータ制御直流電源
は、上述したようなインバータ制御直流電源の整流、平
滑回路とインバータとの間に、スイッチングトランジス
タとリアクトルとを備えた昇圧コンバータを設け、１０
０Ｖの電圧が供給されているときも、２００Ｖの電圧が
供給されているときでも、昇圧コンバータによって、一
定の電圧がインバータに供給されるようにしたものであ
る。

【０００４】また、４００Ｖと２００Ｖの交流電源いず
れでも動作可能なインバータ制御直流電源の一例が、例
えば特許第２６０７９９７号の明細書に開示されてい
る。このインバータ制御直流電源では、交流電圧の整流
回路と、２つの平滑回路と、２つのインバータとが設け
られている。２つの平滑回路と２つのインバータとは、
互いに並列に接続されて、２つの並列回路を形成してい
る。整流回路に供給されている電圧が、４００Ｖである
か２００Ｖであるかを検出する検出回路が設けられ、こ
の検出回路が２００Ｖの電圧を検出したとき、整流回路
の出力端子間に２つの並列回路が互いに並列に接続され
る。また、検出回路が４００Ｖの電圧を検出したとき、
整流回路の出力端子間に２つの並列回路が直列に接続さ
れる。従って、整流回路に供給される電圧が２００Ｖで
あっても、４００Ｖであっても、２つのインバータに供
給される電圧は一定となる。これらインバータによって
生成された高周波電圧は、変圧器によって降圧され、整
流回路及び平滑回路によって直流電圧に変換され、アー
ク負荷に供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように世界中
で使用されている交流電源の電圧には、様々なものがあ
り、例えば実効値が２００Ｖ、２０８Ｖ、２３０Ｖ、２
４０Ｖのいわゆる低圧系と、３８０Ｖ、４１５Ｖ、４４
０Ｖ、４６０Ｖ、５７５Ｖの高圧系とがある。特公平３
−７１２１８号公報に開示されている電源装置を、これ
らいずれの交流電圧が入力されても動作可能とするに
は、インバータが５７５Ｖの電圧を整流平滑した電圧を
高周波電圧に変換できるものとし、さらに昇圧部が、最
も低い２００Ｖの電圧を整流した直流電圧を、５７５Ｖ
の交流電圧を整流、平滑した値に相当する直流電圧に変
換することができるものとする必要がある。従って、昇
圧コンバータの昇圧比率が約２．８と大きいので、昇圧
効率が悪くなる上に、昇圧コンバータに使用されている
スイッチングトランジスタのスイッチング効率も悪く、
またスイッチングトランジスタには大容量のものを使用
しなければならなかった。

【０００６】また、特許第２６０７９９７号の電源装置
では、インバータと平滑コンデンサとからなる２つの並
列回路を直列または並列に切り換える構成であるので、
２種類の電圧にしか適用できず、しかもこれらの電圧の
うち高い方の電圧は、低い方の電圧の約２倍の電圧でな
ければならず、上記のような多数の電圧のいずれかが整
流回路に供給される場合には、使用できない。

【０００７】本発明は、様々な値の交流電圧のうちいず
れが供給されても、動作可能なアーク放電利用機器の直
流電源装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
低圧系の複数の電圧及び高圧系の複数の電圧のうち１つ
を発生する交流電源が接続される入力整流部と、入力整
流部の出力電圧を昇圧し、昇圧された出力電圧を出力端
子間に生成する、スイッチング素子を含む昇圧部と、２
つの平滑コンデンサと、これら平滑コンデンサにそれぞ
れ並列に接続され、対応する前記平滑コンデンサの両端
間の電圧を高周波電圧に変換する２つのインバータとを
有する並列回路と、前記昇圧部の出力端子に、前記並列
回路を直列及び並列のうち選択された状態に切換接続す
る切換部と、１次巻線と２次巻線を有し、前記両インバ
ータの出力がそれぞれ１次巻線に供給されると共に、前
記２次巻線に変圧された高周波電圧を生成する変圧器
と、この変圧器の２次巻線に接続され、２次巻線に生成
された高周波電圧を、アーク負荷に供給するため、直流
化する直流化部と、前記入力整流部に供給されている電
圧が低圧系のとき、前記昇圧部の出力電圧を、前記低圧
系の各電圧のうち予め定めた電圧に対応するものに昇圧
させるように前記昇圧部を制御すると共に、前記両並列
回路を前記昇圧部の出力に並列に接続するように前記切
換部を切り換え、前記入力整流部に供給されている電圧
が高圧系のとき、前記昇圧部の出力電圧を、前記高圧系
の各電圧のうち予め定めた電圧に対応するものに昇圧さ
せるように前記昇圧部を制御すると共に、前記両並列回
路を前記昇圧部の出力に直列に接続するように前記切換
部を切り換える制御部とを、具備している。

【０００９】請求項１記載の発明によれば、入力整流部
に供給されている交流電圧が低圧系の場合、その入力さ
れた交流電圧を整流した電圧を、昇圧部が、低圧系の各
電圧のうち予め定めた電圧に対応するもの、例えば該予
め定めた電圧を整流した電圧に相当する電圧に昇圧す
る。この昇圧された電圧は、互いに並列に接続された２
つの並列回路に供給される。各並列回路は、平滑コンデ
ンサとインバータとからなるので、昇圧された電圧が平
滑され、各インバータに供給されて、高周波電圧に変換
される。この高周波電圧は、変圧器によって降圧され、
直流化部によって直流化され、アーク負荷に供給され
る。

【００１０】入力整流部に供給されている交流電圧が高
圧系の場合、その入力された交流電圧を整流した電圧
を、昇圧部が、低圧系の各電圧のうち予め定めた電圧に
対応するもの、例えば該予め定めた電圧を整流した電圧
に相当する電圧に昇圧する。この昇圧された電圧は、互
いに直列に接続された２つの並列回路に供給される。従
って、各並列回路には、昇圧された電圧を二分した電圧
が供給される。なお、高電圧系の各電圧のうち最高電圧
が入力供給部に供給されているときに、各インバータに
それぞれ供給される電圧が、低圧系の各電圧のうち最高
電圧が入力整流部に供給されているときに、インバータ
に供給される電圧にほぼ等しいか、それ以上の電圧で、
各インバータが動作可能であればよい。各並列回路に供
給された電圧は、平滑コンデンサによって平滑され、各
インバータによって高周波電圧に変換され、この高周波
電圧は、変圧器によって降圧され、直流化部によって直
流化され、アーク負荷に供給される。

【００１１】請求項１記載の発明による直流電源装置
は、２種類よりも多くの交流電圧のうち、いずれの電圧
が供給されても、動作可能である。昇圧部も極端に大き
な比率で電圧を昇圧する必要がないので、昇圧部の効率
が向上するし、昇圧部に使用されるスイッチング素子の
スイッチング損失も小さくできるし、スイッチング素子
には小容量のものを使用できる。

【００１２】なお、昇圧部は、前記昇圧部の出力電圧の
検出器と、低圧系の各電圧のうち予め定めた電圧、例え
ば最高電圧またはこれに近い電圧を整流した値に相当す
る第１の基準信号を発生する第１の基準信号源と、高圧
系の各電圧のうち予め定めた電圧、例えば最高電圧また
はこれに近い電圧を整流した値に相当する第２の基準信
号を発生する第２の基準信号源と、前記昇圧部の出力電
圧の検出器の出力信号と、第１及び第２の基準信号のう
ち選択されたものとの差が零になるように前記昇圧部を
制御する昇圧制御部と、前記入力整流部に供給されてい
る電圧の値を検知し、この検知された電圧が低圧系のと
き、第１の基準信号を前記昇圧制御部に供給し、前記検
知された電圧が高圧系のとき、第２の基準信号を前記昇
圧制御部に供給する電圧検知部とを、具備するものとで
きる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載のア
ーク放電利用機器用の直流電源装置において、前記制御
部が、前記入力整流部に供給される電圧が低圧系である
か高圧系であるかを検出する電圧検出部と、使用する交
流電源が高圧系または低圧系であるかの設定を行う設定
部と、前記電圧検出部が低圧系の電圧を検出し、前記設
定部によって低圧系に設定されているときのみ、前記切
換部に、前記並列回路を前記昇圧部の出力端子間に並列
に接続させる切換制御部とを、有している。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、電圧検出部
が低圧系の電圧を検出し、設定部によって低圧系が設定
されているとき以外には、各並列回路は直列に接続され
ている。従って、高圧系の電圧が入力整流部に供給され
ているときに、誤って設定部によって低圧系が設定され
ていても、各並列回路は直列に接続されているので、各
並列回路に許容電圧以上の電圧が供給されることはな
く、各並列回路が破損することはない。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１記載のア
ーク放電利用機器用の直流電源装置において、前記入力
整流部の出力側と前記溶接負荷との間に開閉スイッチを
設け、前記制御部は、前記入力整流部に供給される電圧
が低圧系であるか高圧系であるかを検出する電圧検出部
と、使用する交流電源が高圧系または低圧系であるかの
設定を行う設定部と、前記電圧検出部で検出された電圧
が低圧系であり、前記設定部で設定された電圧が高圧系
であるときと、前記電圧検出部で検出された電圧が高圧
系であり、前記設定部で設定された電圧が低圧系である
とき、前記開閉スイッチを開放状態とする電源制御部と
を、有している。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、入力整流部
に供給されている電圧が低圧系であり、設定部で設定さ
れた電圧が誤って高圧系であっても、入力整流部に供給
されている電圧が高圧系であり、設定部で設定されてい
る電圧が誤って低圧系であっても、開閉スイッチが開放
状態とされているので、異常な電圧が並列回路に供給さ
れることはない。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１記載のア
ーク放電利用機器用の直流電源装置において、前記昇圧
部が、入力された低圧系または高圧系の電圧を、低圧系
及び高圧系の最低電圧に同じ倍率を乗算した値までそれ
ぞれ昇圧させる。

【００１８】請求項４記載の発明によれば、昇圧部が出
力する電圧は、低圧系及び高圧系の最低電圧に同じ倍率
を乗算した値であるので、例えば１つの基準信号を分圧
して２つの、即ち第１及び第２の基準信号を生成するこ
とができる。従って、昇圧部を、昇圧部の出力電圧の検
出器と、昇圧部の出力電圧の検出器の出力信号と、基準
信号との差が零になるように昇圧部を制御する昇圧制御
部と、入力整流部に供給されている電圧の値を検知し、
この検知された電圧が低圧系のとき、第１の基準信号を
前記昇圧制御部に供給し、検知された電圧が高圧系のと
き、第２の基準信号を昇圧制御部に供給する電圧検知部
とを、備えたものとすると、１つの基準信号源のみを設
ければよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の１実施の形態のアーク溶
接機は、図１に示すように入力端子２ａ、２ｂ、２ｃを
有している。これら入力端子２ａ、２ｂ、２ｃには、低
圧系、例えば２００Ｖ、２０８Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖ
または高圧系、例えば３８０Ｖ、４１５Ｖ、４６０Ｖ、
５７５Ｖのうちいずれかの三相交流電源が接続される。
高圧系の各電圧は、低圧系の電圧の概ね２倍の電圧であ
る。

【００２０】各入力端子２ａ乃至２ｃに供給された三相
交流電圧は、入力整流部４によって整流される。入力整
流部４は、整流ダイオード４ａ乃至４ｆを含むブリッジ
回路に構成されている。

【００２１】入力整流部４の出力端子４Ｐ、４Ｎに生成
される出力電圧は、開閉スイッチング素子、例えばサイ
リスタ６を介して昇圧部、例えば昇圧コンバータ８に供
給されている。サイリスタ６の制御については後述す
る。

【００２２】昇圧コンバータ８は、入力整流部４の出力
端子４Ｐに、サイリスタ６を介して一端が接続されたリ
アクトル１０を有している。このリアクトル１０の他端
は、半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ１２のコ
レクタに接続され、エミッタは、電流検出器１４を介し
て入力整流部４の出力端子４Ｎに接続されている。電流
検出器１４は、これに流れる電流を表す電流検出信号を
生成する。リアクトル１０とＩＧＢＴのコレクタとの接
続点は、逆流防止用ダイオード１６を介して昇圧コンバ
ータ８の出力端Ｐに接続されている。ＩＧＢＴ１２のエ
ミッタと電流検出器１４との接続点は昇圧コンバータ８
の出力端Ｎに接続されている。出力端Ｐ、Ｎ間には、電
圧検出器１８が接続され、この電圧検出器１８は、出力
端Ｐ、Ｎ間の電圧を表す電圧検出信号を生成する。

【００２３】この電圧検出器１８が出力する電圧検出信
号は、昇圧コンバータ制御部２０に供給されている。ま
た、基準信号源、例えば低圧系用の基準電源２２、高圧
系用の基準電源２４のうち、後述するように選択された
一方が発生する基準電圧も、昇圧コンバータ制御部２０
に供給されている。昇圧コンバータ制御部２０は、ＩＧ
ＢＴ１２のゲートに制御信号を供給して、ＩＧＢＴ１２
にオン、オフ動作を繰り返させて、即ちスイッチング動
作させて、出力端Ｐ、Ｎに生成される出力電圧を昇圧さ
せる。即ち、ＩＧＢＴ１２がオンのとき、リアクトル１
０に電流が流れ、エネルギーが蓄積される。ＩＧＢＴ１
２がオフのとき、リアクトル１０に逆起電力が発生し、
これによる電圧と入力側整流部４からの電圧とが重畳さ
れて、昇圧が行われる。

【００２４】電圧検出信号と基準電圧との差が零となる
ように、ＩＧＢＴ１２がオン、オフされる周期を一定と
しつつ、ＩＧＢＴ１２がオンとされる期間の制御、即ち
ＰＷＭ制御が、昇圧コンバータ制御部２０によって行わ
れる。従って、低圧系用の基準電源２２が、例えば低圧
系の最高電圧２４０Ｖにルート２を乗算した値（約３４
０Ｖ）に相当する低圧系用基準電圧を発生し、これが昇
圧コンバータ制御部２０に供給され、入力端子２ａ乃至
２ｃに低圧系のいずれかの電圧が供給されているとき、
出力端Ｐ、Ｎには約３４０Ｖの一定電圧が発生する。

【００２５】また、高圧系用の基準電源２４が、例えば
高圧系の最高電圧５７５Ｖにルート２を乗算した値（約
８１３Ｖ）に相当する高圧系用基準電圧を発生し、これ
が昇圧コンバータ制御部２０に供給され、入力端子２ａ
乃至２ｃに高圧系のいずれかの電圧が供給されていると
き、出力端Ｐ、Ｎには約８１３Ｖの一定電圧が発生す
る。

【００２６】従って、低圧系の電圧が入力端子２ａ乃至
２ｃに供給されている場合、昇圧コンバータ８は、最大
でも２００Ｖのルート２倍の電圧を２４０Ｖのルート２
倍の電圧に昇圧すればよいので、最大昇圧比率は約１．
２倍であり、高圧系の電圧が入力端子２ａ乃至２ｃに供
給されているとき、昇圧コンバータ８は、最大でも３８
０Ｖのルート２倍の電圧を５７５Ｖのルート２倍の電圧
に昇圧すればよいので、最大昇圧比率は約１．４倍であ
る。もし、低圧系の電圧２００Ｖのルート２倍を、高圧
系の最高電圧５７５Ｖのルート２倍まで昇圧しなければ
ならないなら、その昇圧比率は約２．８倍となり、昇圧
コンバータの負担は非常に大きい。

【００２７】なお、電流検出器１４からの電流検出信号
も昇圧コンバータ制御部２０に供給されているが、これ
はＩＧＢＴ１２に流れる電流を抑制するために使用され
ている。

【００２８】出力端Ｐ、Ｎ間には、切換部２６が接続さ
れている。切換部２６は、常開のリレー接点２８ａ、常
閉のリレー接点２８ｂ、常開のリレー接点２８ｃを、こ
の順に出力端ＰからＮに直列に接続したものである。後
述するリレー回路２８に電流が流れたとき、リレー接点
２８ａ、２８ｃが閉成され、リレー接点２８ｂが開放さ
れる。

【００２９】リレー接点２８ａの一端、即ち出力端Ｐに
並列回路３０の一端が接続され、リレー接点２８ｂと２
８ｃの接続点に並列回路３０の他端が接続されている。
同様にリレー接点２８ｃの一端、即ち出力端Ｎに並列回
路３２の一端が接続され、リレー接点２８ｂ、２８ｃの
接続点に並列回路３２の他端が接続されている。従っ
て、リレー２８に電流が流れていないとき、リレー接点
２８ａ、２８ｃが開放され、リレー接点２８ｂが閉成さ
れているので、出力端Ｐ、Ｎ間に並列回路３０、３２が
直列に接続される。一方、リレー２８に電流が流れてい
るとき、リレー接点２８ａ、２８ｃが閉成され、リレー
接点２８ｂが開放されるので、並列回路３０、３２が出
力端Ｐ、Ｎ間に並列に接続される。

【００３０】並列回路３０は、平滑コンデンサ３４とイ
ンバータ、例えばハーフブリッジ高周波インバータ３６
とが並列に接続されたものである。ハーフブリッジ高周
波インバータ３６は、直列に接続されたコンデンサ３
８、４０と、直列に接続された半導体スイッチング素
子、例えばＩＧＢＴ４２、４４とが並列に接続された公
知のものである。ＩＧＢＴ４２、４４にそれぞれ並列に
フライホイールダイオード４６、４８が接続されてい
る。

【００３１】並列回路３２も、平滑コンデンサ５０とハ
ーフブリッジ高周波インバータ５２とが並列に接続され
たものである。ハーフブリッジ高周波インバータ５２
も、コンデンサ５４、５６、ＩＧＢＴ５８、６０、フラ
イホイールダイオード６２、６４を有している。なお、
ハーフブリッジ高周波インバータ３６、５２に代えて、
フルブリッジ高周波インバータを使用することもでき
る。

【００３２】高周波インバータ３６、５２の出力である
高周波電圧は、変圧器６６、６８に供給されている。変
圧器６６は、１つの１次巻線６６Ｐと、これに密結合さ
れた２つの２次巻線６６Ｓ１、６６Ｓ２とを有し、変圧
器６８も１つの１次巻線６８Ｐと、これに密結合された
２つの２次巻線６８Ｓ１、６８Ｓ２とを有している。こ
れら変圧器６６、６８は、小型化を図るため、１つの鉄
心の異なる脚に、変圧器６６の巻線６６Ｐ、６６Ｓ１、
６６Ｓ２と、変圧器６８の巻線６８Ｐ、６６Ｓ１、６６
Ｓ２とが、粗結合の状態にそれぞれ巻回されている。無
論、変圧器６６、６８ごとに別の鉄心を使用してもよ
い。

【００３３】高周波インバータ３６の出力が変圧器６６
の１次巻線６６Ｐに供給され、高周波インバータ５２の
出力が、変圧器６８の１次巻線６８Ｐに供給されてい
る。変圧器６６の２次巻線６６Ｓ１が、変圧器６８の２
次巻線６８Ｓ１と直列に接続され、この２次巻線６８Ｓ
１は変圧器６６の２次巻線６６Ｓ２に直列に接続され、
この２次巻線６６Ｓ２が、変圧器６８の２次巻線６８Ｓ
２と直列に接続されている。結果として、これら各巻線
６６Ｓ１、６６Ｓ２、６８Ｓ１、６８Ｓ２は電流バラン
サを形成している。なお、１次巻線６６Ｐと２次巻線６
６Ｓ１、６６Ｓ２との巻線比と、１次巻線６８Ｐと２次
巻線６８Ｓ１、６６Ｓ２との巻線比は、同一にされてい
る。

【００３４】変圧器６６、６８の１次巻線６６Ｐ、６８
Ｐに高周波インバータ３６、５２から供給された高周波
電圧は、変圧、例えば降圧されて、各２次巻線６６Ｓ
１、６６Ｓ２、６８Ｓ１、６８Ｓ２に誘起される。これ
ら誘起された高周波電圧は、直流化部７０によって直流
化される。直流化部７０は、出力整流部、例えば整流ダ
イオード７２、７４と、平滑回路、例えば平滑リアクト
ル７６とを有している。そして、直流化部７０によって
直流化された直流電圧は、アーク負荷、例えば母材７８
とトーチ８０との間に供給される。トーチ８０を流れる
電流が、電流検出器８２によって検出される。電流検出
器８２が発生する電流検出信号は、インバータ制御部８
４に供給される。インバータ制御部８４は、内蔵する基
準信号源が発生する基準信号に、電流検出信号が一致す
るように、即ち定電流となるように、各ＩＧＢＴ４２、
４４、５８、６０をＰＷＭ制御する。

【００３５】また、一定の電圧に保持されている平滑コ
ンデンサ３４の両端間の電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ
８６によって変圧されて、昇圧コンバータ２０、インバ
ータ制御部８４にこれらの駆動電圧として供給されてい
る。

【００３６】入力端子２ａ、２ｂ間には、電圧リレー８
８が接続されている。この電圧リレー８８は、入力端子
２ａ、２ｂ、２ｃに供給されている電圧が低圧系に属す
る電圧である２００Ｖ、２０８Ｖ、２３０Ｖまたは２４
０Ｖの場合、電圧リレー８８に付属する常開リレー接点
８８ａ、８８ｂ、８８ｄを閉成し、常閉リレー接点８８
ｃ、８８ｅを開放する。一方、入力端子２ａ、２ｂ、２
ｃに供給されている電圧が高圧系に属する電圧３８０
Ｖ、４１５Ｖ、４６０Ｖまたは５７５Ｖの場合、常開リ
レー接点８８ａ、８８ｂ、８８ｄを開放し、常閉リレー
接点８８ｃ、８８ｅを閉成する。

【００３７】常開リレー接点８８ｄは、低圧系基準電源
２２と昇圧コンバータ制御部２０との間に設けられてい
るので、低圧系の電圧が入力端子２ａ、２ｂ、２ｃに供
給されているとき、低圧系基準電源２２の基準電圧が、
昇圧コンバータ２０に供給されている。常閉リレー接点
８８ｅは、高電圧系基準電源２４と昇圧コンバータ制御
部２０との間に設けられているので、高電圧系の電圧が
入力端子２ａ、２ｂ、２ｃに供給されているとき、高電
圧系基準電源２４の基準電圧が昇圧コンバータ２０に供
給される。特に、高電圧系基準電源２４は、常閉リレー
接点８８ｅを介して昇圧コンバータ制御部２０に供給さ
れ、この常閉リレー接点８８ｅは、電圧リレー８８が低
圧系の電圧を検出したときのみ、開放されるので、電圧
リレー８８の故障で、リレー接点８８ｄ、８８ｅが作動
しなくなったとき、高電圧系の電圧が供給されていて
も、各ＩＧＢＴが破損するようなことはない。

【００３８】入力端子２ａ、２ｂ間には、設定部、例え
ば切換スイッチ９０とリレー９２との直列回路も接続さ
れている。切換スイッチ９０は、入力端子２ａに接続さ
れた接点９０ａと、開放された接点９０ｂと、リレー９
２に接続された接触子９０ｃとを有し、低圧系の電圧を
入力端子２ａ乃至２ｃに供給しようとするとき、作業員
によって接触子９０ｃが接点９０ａ（低圧系Ｌ側）に切
り換えられ、高電圧系の電圧を入力端子２ａ乃至２ｃに
供給しようとするとき、作業員によって接触子９０ｃが
接点９０ｂ（高電圧系Ｈ側）に切り換えられる。

【００３９】従って、低圧系Ｌに接触子９０ｃが切り換
えられているとき、リレー９２に電流が流れ、これに付
属する常開リレー接点９２ａ、９２ｂが閉成され、常閉
リレー接点９２ｃが開放される。また高電圧系Ｈに接触
子９０ｃが切り換えられているとき、リレー９２には電
流が流れず、常開リレー接点９２ａ、９２ｂが開放さ
れ、常閉リレー接点９２ｃが閉成される。

【００４０】常開リレー接点９２ａは、上述した常開リ
レー接点８８ａと、上述したリレー２８と直列回路を構
成し、この直列回路は、入力端子２ａ、２ｂ間に接続さ
れている。上述したように低圧系の電圧が入力端子２ａ
乃至２ｃに供給されているとき、常開リレー接点８８ａ
は閉成される。従って、切換スイッチ９０が低圧系に切
り換えられており、かつ入力端子２ａ乃至２ｃに低圧系
の電圧が実際に供給されているときのみ、リレー２８に
電流が流れ、リレー接点２８ａ、２８ｃが閉成され、リ
レー接点２８ｂが開放され、並列回路３０、３２は昇圧
コンバータ８の出力端Ｐ、Ｎの両端間に接続される。

【００４１】このとき、昇圧コンバータ８は、低圧系の
いずれの電圧が供給されていても、この供給電圧を上述
した約３４０Ｖの定電圧に変換しており、これらが並列
回路３０、３２に供給され、平滑回路３４、５０によっ
て平滑され、かつ高周波インバータ３６、５２によって
高周波電圧に変換され、変圧器６６、６８で変圧され、
直流化部７０で直流化される。なお、このとき、高周波
インバータ３６、５２に変圧器５６、５８の１次巻線６
６Ｐ、６８Ｐが接続されているので、これら１次巻線６
６Ｐ、６８Ｐも並列に接続される。

【００４２】また、入力端子２ａ乃至２ｃに高圧系の電
圧が供給されているにもかかわらず、誤って切換スイッ
チ９０の接触子９０ｃを低圧系Ｌ側に切り換えている場
合には、リレー接点８８ａが開放されているので、並列
回路３０、３２は、昇圧コンバータ８の出力端Ｐ、Ｎに
直列に接続された状態が維持される。従って、ＩＧＢＴ
４２、４４、５８、６０に耐圧以上の電圧が印加され
ず、これらが破損することはない。

【００４３】無論、入力端子２ａ乃至２ｃに高圧系の電
圧が供給され、切換スイッチ９０の接触子９０ｃが高圧
系側に切り換えられている場合にも、昇圧コンバータ８
の出力端Ｐ、Ｎに直列に接続された状態が維持される。
この場合、昇圧コンバータは、高圧系の電圧を上述した
８１３Ｖの定電圧に変換しており、この電圧は、直列に
接続された並列回路３０、３２に供給される。従って、
各並列回路３０、３２の分担電圧は約４０６Ｖであり、
並列回路３０、３２を構成する平滑コンデンサ３４、５
０、高周波インバータ３６、５２を、この４０６Ｖの電
圧で動作可能に耐電圧等を選択しておけば、並列回路３
０、３２が直列に接続された場合でも、並列に接続され
た場合でも、動作可能である。

【００４４】並列回路３０、３２が直列に接続されてい
る場合でも、平滑回路３４、５０によって平滑され、か
つ高周波インバータ３６、５３によって高周波電圧に変
換され、変圧器６６、６８で変圧され、直流化部７０で
直流化される。なお、このとき、高周波インバータ３
６、５２に変圧器６６、６８の１次巻線６６Ｐ、６８Ｐ
が接続されているので、高周波インバータ３６、５２が
直列に接続されたことにより、これら１次巻線６６Ｐ、
６８Ｐも直列に接続される。

【００４５】リレー９２の常開リレー接点８８ｂは、電
圧リレー９２の常開接点９２ｂとサイリスタ駆動回路９
４と直列に、入力端子２ａ、２ｂ間に接続され、リレー
９２の常閉リレー接点８８ｃは、電圧リレー９２の常閉
接点９２ｃとサイリスタ駆動回路９４と直列に、入力端
子２ａ、２ｂ間に接続されている。

【００４６】従って、切換スイッチ９０の接触子９０ｃ
を低圧側の接点９０ａに切り換えた状態で、入力端子２
ａ乃至２ｃに低圧系の電圧が供給されているとき、常開
リレー接点８８ｂ、９２ｂが閉成され、常閉リレー接点
８８ｃ、９２ｃが開放されるので、リレー接点８８ｂ、
９２ｂを介してサイリスタ駆動回路９４に電流が流れ
る。

【００４７】また、切換スイッチ９０の接触子９０ｃを
高圧側の接点９０ｂに切り換えた状態で、入力端子２ａ
乃至２ｃに高圧系の電圧が供給されているとき、常開リ
レー接点８８ｂ、９２ｂが開放され、常閉リレー接点８
８ｃ、９２ｃが閉成されるので、リレー接点８８ｃ、９
２ｃを介してサイリスタ駆動回路９４に電流が流れる。

【００４８】サイリスタ駆動回路９４は、これに電流が
供給されると動作し、その動作の開始時からサイリスタ
６の位相制御を開始して、徐々にコンデンサ３４、５０
を充電させ、コンデンサ３４、５０が完全に充電された
定常状態では、アノードファイヤ等によりサイリスタ６
を全導通させる。

【００４９】切換スイッチ９０の接触子９０ｃが低圧側
の接点９０ａ側に切り換えられているにもかかわらず、
入力端子２ａ乃至２ｃに高圧系の電圧が供給されている
とき、常開リレー接点８８ｂが開放され、常閉リレー接
点８８ｃが閉成されるが、常開リレー接点９２ｂが閉成
され、常閉リレー接点９２ｃが開放される。従って、常
開リレー接点８８ｂ、常開リレー接点９２ｂの経路に
も、常閉リレー接点８８ｃ、常閉リレー接点９２ｃの経
路にも電流が流れず、サイリスタ駆動回路９４は動作せ
ず、サイリスタ６はオフ状態を維持する。

【００５０】切換スイッチ９０の接触子９０ｃが高圧側
の接点９０ｂに切り換えられているにもかかわらず、入
力端子２ａ乃至２ｃに低圧系の電圧が供給されていると
き、常開リレー接点８８ｂが閉成され、常閉リレー接点
８８ｃが開放され、常開リレー接点９２ｂが開放され、
常閉リレー接点９２ｃが閉成される。従って、常開リレ
ー接点８８ｂ、常開リレー接点９２ｂの経路にも、常閉
リレー接点８８ｃ、常閉リレー接点９２ｃの経路にも電
流が流れず、サイリスタ駆動回路９４は動作せず、サイ
リスタ６はオフ状態を維持する。

【００５１】このように切換スイッチ９０による低圧系
または高圧系の設定に、実際に供給されている電圧が一
致したときのみ、サイリスタ６が導通する。従って、誤
った電圧で、この電源装置を動作させ、ＩＧＢＴ等を破
損することを防止できる。

【００５２】なお、サイリスタ６は、入力整流部４と昇
圧コンバータ８との間に設けたが、入力整流部４とアー
ク負荷との間に任意の位置に設けることができる。ま
た、サイリスタ６に代えて、開閉スイッチを設けること
もできる。

【００５３】電圧リレー８８、切換スイッチ９０、リレ
ー９２、サイリスタ駆動回路９４、リレー２８が制御部
を構成し、特に電圧リレー８８、切換スイッチ９０、リ
レー９２、２８が、切換制御部を構成し、電圧リレー８
８、切換スイッチ９０、リレー９２、サイリスタ駆動回
路９４が電源制御部を構成している。

【００５４】上記の実施の形態では、高圧系において２
００Ｖのルート２倍の電圧を５７５Ｖのルート２倍まで
昇圧させたが、２００Ｖのルート２倍の電圧を４６０Ｖ
のルート２倍まで昇圧させるようにすることもできる。
この場合、高圧系における最大昇圧比率は、約１．２倍
となり、低圧系における最大昇圧比率と等しくなる。従
って、昇圧コンバータ制御部２０に供給する低圧系用の
基準電圧の約２倍が高圧系用の基準電圧となる。従っ
て、図２に示すように、例えば高圧系用の基準電圧を発
生する基準電源２４のみを設け、これの電圧をリレー接
点８８ｅを介して昇圧コンバータ制御部２０に供給する
と共に、基準電源２４の電圧を分圧する分圧器１００を
基準電源２４の両端に設け、この分圧器１００の電圧を
低圧系用の基準電圧としてリレー接点８８ｄを介して昇
圧コンバータ制御部２０に供給するようにしてもよい。
これによって１種類の基準電源のみを設ければよい。

【００５５】なお、この場合、高圧系の最高電圧である
５７５Ｖは、昇圧コンバータ８のＩＧＢＴ１２をオフと
することによって昇圧コンバータ８では昇圧せずに、入
力整流部８で整流し、平滑コンデンサ３４、５０に供給
する。

【００５６】また、上記の実施の形態では、変圧器６
６、６８の２次巻線６６Ｓ１と６８Ｓ１とを直列に接続
し、２次巻線６６Ｓ２と６８Ｓ２とを直列に接続してい
るので、インバータ３６、５２の入力電圧の変動やアー
ク負荷の短絡が生じても、変圧器６６、６８の２次側電
流は常に等しくなり、インバータ３６、５２の電流不平
行が防止され、ＩＧＢＴ４２、４４、５８、６０の破損
が防止される。

【００５７】さらに、図３に示すように構成して、ＩＧ
ＢＴ４２、４４、５８、６０に印加される電圧の不平衡
を防止することもできる。即ち、変圧器６６、６８に、
１次巻線６６ｐ、６８ｐと同程度の巻き数とした３次巻
線６６ｔ、６８ｔを設け、この３次巻線６６ｔ、６８ｔ
に誘起された電圧を、ブリッジ接続されたダイオードか
らなる帰還整流部１０２、１０４で整流する。変圧器６
６側の３次巻線６６ｔの誘起電圧を帰還整流部１０２で
整流したものを、インバータ５２側に供給し、変圧器６
８側の３次巻線６８ｔの誘起電圧を帰還整流部１０４で
整流したものを、インバータ３６側に供給している。

【００５８】例えば、インバータ３６の印加電圧が低下
して、インバータ３６、５２の出力電圧に差が生じる
と、帰還整流部１０２の出力電圧が上記差に相当する値
だけ低下し、逆に帰還整流部１０４の出力電圧が上記差
に相当する値だけ上昇する。これによって、インバータ
３６、５２の印加電圧が等しくなり、これらの出力電圧
は等しくなる。

【００５９】上記の実施の形態では、昇圧コンバータ８
の出力電圧を電圧検出器１８によって検出し、その検出
信号を昇圧コンバータ制御部２０に供給したが、平滑コ
ンデンサ３４または５０の電圧を検出し、この検出信号
を昇圧コンバータ制御部２０に供給してもよい。この場
合、昇圧コンバータ制御部２０に供給される基準電圧
も、平滑コンデンサ３４と５０とが並列に接続されてい
るときに、これらにそれぞれ生成したい電圧に相当する
ものと、平滑コンデンサ３４と５０とが直列に接続され
ているときに、これらにそれぞれ生成したい電圧に相当
するものとに変更される。

【００６０】上記の実施の形態は、本発明をアーク溶接
機の電源装置に実施したものであるが、他のアーク放電
利用機器、例えばアーク切断機の電源装置に実施するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態のアーク溶接機の電源装
置のブロック図である。

【図２】同アーク溶接機の変形の一例の一部を示す図で
ある。

【図３】同アーク溶接機の変形の他の例の一部を示す図
である。

【符号の説明】

４ 入力整流部 ６ サイリスタ（開閉スイッチ） ８ 昇圧コンバータ（昇圧部） ２６ 切換部 ２８ リレー ３０ ３２ 並列回路 ３４ ５０ 平滑コンデンサ ３６ ５２ 高周波インバータ ６６ ６８ 変圧器 ７０ 直流化部 ８８ 電圧リレー ９０ 切換スイッチ（設定部） ９２ リレー ９４ サイリスタ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狩野 国男 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３ 号 株式会社三社電機製作所内 (56)参考文献 特開 平８−71749（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−41778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/073 H02M 3/28 H02M 3/335 H02M 9/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧系の複数の電圧及び高圧系の複数の
   電圧のうち１つを発生する交流電源が接続される入力整
   流部と、 この入力整流部の出力電圧を昇圧し、昇圧された出力電
   圧を出力端子間に生成する、スイッチング素子を含む昇
   圧部と、 ２つの平滑コンデンサと、これら平滑コンデンサにそれ
   ぞれ並列に接続され、対応する前記平滑コンデンサの両
   端間の電圧を高周波電圧に変換する２つのインバータと
   を有する並列回路と、 前記昇圧部の出力端子に、前記並列回路を直列及び並列
   のうち選択された状態に切換接続する切換部と、 １次巻線と２次巻線を有し、前記両インバータの出力が
   それぞれ１次巻線に供給されると共に、前記２次巻線に
   変圧された高周波電圧を生成する変圧器と、 この変圧器の２次巻線に接続され、２次巻線に生成され
   た高周波電圧を、アーク負荷に供給するため、直流化す
   る直流化部と、 前記入力整流部に供給されている電圧が低圧系のとき、
   前記昇圧部の出力電圧を、前記低圧系の各電圧のうち予
   め定めた電圧に対応するものに昇圧させるように前記昇
   圧部を制御すると共に、前記両並列回路を前記昇圧部の
   出力に並列に接続するように前記切換部を切り換え、前
   記入力整流部に供給されている電圧が高圧系のとき、前
   記昇圧部の出力電圧を、前記高圧系の各電圧のうち予め
   定めた電圧に対応するものに昇圧させるように前記昇圧
   部を制御すると共に、前記両並列回路を前記昇圧部の出
   力に直列に接続するように前記切換部を切り換える制御
   部とを、具備するアーク放電利用機器用の直流電源装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアーク放電利用機器用の
   直流電源装置において、前記制御部は、前記入力整流部
   に供給される電圧が低圧系であるか高圧系であるかを検
   出する電圧検出部と、使用する交流電源が高圧系または
   低圧系であるかの設定を行う設定部と、前記電圧検出部
   が低圧系の電圧を検出し、前記設定部によって低圧系に
   設定されているときのみ、前記切換部に、前記並列回路
   を前記昇圧部の出力端子間に並列に接続させる切換制御
   部とを、有するアーク放電利用機器用の直流電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のアーク放電利用機器用の
   直流電源装置において、前記入力整流部の出力側と前記
   溶接負荷との間に開閉スイッチを設け、前記制御部は、
   前記入力整流部に供給される電圧が低圧系であるか高圧
   系であるかを検出する電圧検出部と、使用する交流電源
   が高圧系または低圧系であるかの設定を行う設定部と、
   前記電圧検出部で検出された電圧が低圧系であり、前記
   設定部で設定された電圧が高圧系であるときと、前記電
   圧検出部で検出された電圧が高圧系であり、前記設定部
   で設定された電圧が低圧系であるとき、前記開閉スイッ
   チを開放状態とする電源制御部とを、有するアーク放電
   利用機器用の直流電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のアーク放電利用機器用の
   直流電源装置において、前記昇圧部は、入力された低圧
   系または高圧系の電圧を、低圧系及び高圧系の最低電圧
   に同じ倍率を乗算した値までそれぞれ昇圧させるアーク
   放電利用機器用の直流電源装置。