特許 5996377 アーク溶接用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5996377

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】アーク溶接用電源装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/073 20060101AFI20160908BHJP

   H02M 7/797 20060101ALI20160908BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/073 560

   B23K9/073 520

   B23K9/073 530

   H02M7/797

   H02M7/48 L

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-241892(P2012-241892)

(22)【出願日】2012年11月1日

(65)【公開番号】特開2014-91139(P2014-91139A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】水島 光

(72)【発明者】

【氏名】侯 松杰

(72)【発明者】

【氏名】井上 雅博

(72)【発明者】

【氏名】吉田 和記

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 陽彦

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１８８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６７６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１９７０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２８６２７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／０７３

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ７／７９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トランスの二次側においてアーク溶接用の直流出力電力の生成に用いる高周波交流電力を生じさせるべく、そのトランスの一次側にてスイッチング素子の動作により直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路に入力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ及びその後段に補助コンデンサを並列に備えると共に両コンデンサ間に第１及び第２補助スイッチング素子を備え、前記入力される直流電力を前記インバータ回路に伝達する第１補助スイッチング素子を前記インバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフすることでその後の前記補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからの前記インバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作と、前記インバータ回路のスイッチング素子のオフ後に生じる還流電流にて前記補助コンデンサの充電を行う際のその余剰分を第２補助スイッチング素子のオンにより入力側に回生させる経路を形成する回生動作とを行う補助回路と、
前記インバータ回路及び前記補助回路の動作を制御する制御回路と
を備えたアーク溶接用電源装置であって、
前記制御回路は、前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオンさせる回生動作を行い前記補助コンデンサの充電電圧を制限する制御を含む通常アーク制御と、前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオフさせて回生動作を禁止し前記還流電流及びその余剰分を以て前記補助コンデンサを充電してその充電電圧を高める制御を含むアークスタート制御とを実施可能に構成し、アークスタート時にはアークスタート制御を実施し、アークが生じたとみなす判定に基づいて通常アーク制御に切り替えることを特徴とするアーク溶接用電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載のアーク溶接用電源装置において、
前記アークが生じたとみなす判定は、前記電源装置の出力電流のアーク発生相当の電流値の検出に基づいて行われることを特徴とするアーク溶接用電源装置。

【請求項3】

請求項１に記載のアーク溶接用電源装置において、
前記アークが生じたとみなす判定は、前記電源装置の出力電圧のゼロ電圧の検出に基づいて行われることを特徴とするアーク溶接用電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク溶接用電源装置、特にアークスタート制御に関する。

【背景技術】

【0002】

アーク溶接用電源装置においては、従来より例えば特許文献１に開示のものが知られている。同文献１の第１１図に示される電源装置は、高電圧対応型であり、トランスを用いた絶縁型電力変換装置にて構成されている。トランスの一次側では、商用交流電力を直流化する整流回路と、後段のインバータ回路の入力に適切な電圧値への変換やインバータ回路の補助動作を行う補助回路と、整流回路及び補助回路を経た直流電力から高周波交流電力に変換するインバータ回路とが備えられている。インバータ回路は、第１〜第４スイッチング素子を用いたフルブリッジ回路よりなる。

【0003】

補助回路の構成について、整流回路の出力側の電源線間に先ず第１及び第２平滑コンデンサが直列接続されている。その後段の各電源線上に第５及び第６スイッチング素子がそれぞれ接続され、その後段の電源線間に第７及び第８スイッチング素子が直列接続されている。第１及び第２平滑コンデンサ間の接続点と第７及び第８スイッチング素子間の接続点とは互いに接続されている。第７及び第８スイッチング素子の後段の電源線間には補助コンデンサが接続されている。

【0004】

そして、補助回路の動作としては、インバータ回路の電力伝達期間では、第１及び第２平滑コンデンサの充電電圧（整流回路の出力電圧の半電圧）が交互にインバータ回路に供給されるように、第５〜第８スイッチング素子のスイッチング動作が行われる。また、トランス一次側の漏れインダクタンスによる電流還流期間では、その還流電流にて補助コンデンサの過充電がなされないように、第１及び第２平滑コンデンサから入力側に回生するような第５〜第８スイッチング素子の動作が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−３１１４０８号公報（第１１図等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、アーク溶接用電源装置としては、アークスタート性の向上が望まれている。つまり、アークスタート時（無負荷時）において初期アークを生じさせる際に、アークが生じる溶接トーチの電極先端電圧を高くする、即ち電源装置の出力電圧を高くするのが一つの方法としてある。

【0007】

一方で、アークスタート時において第５〜第８スイッチング素子の上記動作をそのまま行うと、補助コンデンサの充電電圧が第１及び第２平滑コンデンサの各充電電圧（整流回路の出力電圧の半電圧）までしか上昇しないため、電源装置の出力電圧をこれ以上高くすることが難しかった。そこで、アークスタート制御を見直して、簡易にアークスタート性を向上する検討がなされた。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アークスタート時の制御の見直しを図り、簡易にアークスタート性を向上することができるアーク溶接用電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するアーク溶接用電源装置は、トランスの二次側においてアーク溶接用の直流出力電力の生成に用いる高周波交流電力を生じさせるべく、そのトランスの一次側にてスイッチング素子の動作により直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路に入力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ及びその後段に補助コンデンサを並列に備えると共に両コンデンサ間に第１及び第２補助スイッチング素子を備え、前記入力される直流電力を前記インバータ回路に伝達する第１補助スイッチング素子を前記インバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフすることでその後の前記補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからの前記インバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作と、前記インバータ回路のスイッチング素子のオフ後に生じる還流電流にて前記補助コンデンサの充電を行う際のその余剰分を第２補助スイッチング素子のオンにより入力側に回生させる経路を形成する回生動作とを行う補助回路と、前記インバータ回路及び前記補助回路の動作を制御する制御回路とを備えたアーク溶接用電源装置であって、前記制御回路は、前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオンさせる回生動作を行い前記補助コンデンサの充電電圧を制限する制御を含む通常アーク制御と、前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオフさせて回生動作を禁止し前記還流電流及びその余剰分を以て前記補助コンデンサを充電してその充電電圧を高める制御を含むアークスタート制御とを実施可能に構成し、アークスタート時にはアークスタート制御を実施し、アークが生じたとみなす判定に基づいて通常アーク制御に切り替える。

【0010】

この構成によれば、インバータ回路の前段の補助回路にて、インバータ回路のスイッチング素子に先立って第１補助スイッチング素子がオフするソフトスイッチング動作の際に補助コンデンサの充電電力が消費され、インバータ回路のスイッチング素子のオフ後に生じる還流電流にて補助コンデンサの充電が行われる。通常アーク制御では、補助回路の第２補助スイッチング素子がオンされて補助コンデンサを充電する還流電流の余剰分が入力側に回生される回生動作が行われ、補助コンデンサの充電電圧の制限がなされる。これに対し、アークスタート制御では、補助回路の第２補助スイッチング素子がオフされて回生動作が禁止され、余剰分を含む還流電流を以て補助コンデンサが充電されてその充電電圧が高められる。そして、アークスタート時において、通常アーク制御に切り替えられるアークが生じたとみなす判定がなされるまで、補助コンデンサの充電電圧を高くする、即ちアークが生じ易い状況となる電源装置の出力電圧を高くするアークスタート制御が実施される。このようなアークスタート制御を組み込むことで、簡易にアークスタート性を向上することが可能となる。

【0011】

また、上記アーク溶接用電源装置において、前記アークが生じたとみなす判定は、前記電源装置の出力電流のアーク発生相当の電流値の検出に基づいて行われるようにするのが好ましい。

【0012】

この構成によれば、アークが生じたとみなす判定は、電源装置の出力電流のアーク発生相当の電流値の検出に基づいて行われるため、アーク発生の判定がより確実に行われ、アークスタート制御から通常アーク制御への切り替えをより適切に行うことが可能となる。

【0013】

また、上記アーク溶接用電源装置において、前記アークが生じたとみなす判定は、前記電源装置の出力電圧のゼロ電圧の検出に基づいて行われるようにするのが好ましい。
この構成によれば、アークが生じたとみなす判定は、電源装置の出力電圧のゼロ電圧の検出に基づいて行われる。即ち、アーク溶接機では、アーク溶接用電源装置の出力端子に接続される溶接トーチの電極先端からアークが生じるものであり、アークスタート時においては、溶接トーチの電極を溶接対象（母材）に一旦接触させた後に初期アークを生じさせている。そのため、その電極の接触の際に電源装置の出力電圧が一旦ゼロ電圧になるため、アークが生じたとみなす判定をその電源装置の出力電圧のゼロ電圧の検出に基づいて行うようにすることで、補助コンデンサの充電電圧の制限がなされる通常アーク制御に速やかに切り替えることが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のアーク溶接用電源装置によれば、アークスタート時の制御の見直しを図り、簡易にアークスタート性を向上することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態におけるアーク溶接用電源装置を示す回路図である。

【図2】アークスタート制御にかかる電源装置各所の波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、アーク溶接用電源装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、アーク溶接機１０は、これに用いるアーク溶接用電源装置１１のプラス側の出力端子ｏ１に溶接トーチＴＨの電極ＷＥを接続し、マイナス側の出力端子ｏ２に溶接対象（母材）Ｍを接続して、電源装置１１にて生成した直流出力電力に基づいて電極ＷＥの先端にてアークを生じさせ、溶接対象Ｍのアーク溶接を行うものである。アーク溶接機１０は、例えば消耗電極式のアーク溶接機であり、電極ＷＥとして用いるワイヤ電極がアークにより消耗するため、該電極ＷＥをその消耗に応じて送給する送給装置ＷＦを用いる。

【0017】

アーク溶接用電源装置１１は、入力変換回路１２、補助回路１３、インバータ回路１４、トランスＩＮＴ、及び出力変換回路１５を備え、入力される商用交流電力からアーク溶接に適した直流出力電力を生成する。

【0018】

入力変換回路１２は、ダイオードブリッジ回路よりなる一次側整流回路ＤＲ１にて構成され、三相の商用交流電力を直流電力に変換する。直流入力電力は、後段の補助回路１３及びインバータ回路１４に供給される。

【0019】

先にインバータ回路１４について、インバータ回路１４は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子よりなる第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のフルブリッジ回路にて構成されている。因みに、第１上アームに第１スイッチング素子ＴＲ１が、第１下アームに第２スイッチング素子ＴＲ２が、第２上アームに第３スイッチング素子ＴＲ３が、第２下アームに第４スイッチング素子ＴＲ４がそれぞれ配置されてなる。各スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４には、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ４が逆接続されている。第１及び第２スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２間のインバータ回路１４の出力端子と、第３及び第４スイッチング素子ＴＲ３，ＴＲ４間の出力端子は、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１（漏れインダクタンスＬａを含む）と接続される。

【0020】

そして、インバータ回路１４は、第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４が組となり、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３が組となって、各組が交互にスイッチング動作することで、入力変換回路１２（一次側整流回路ＤＲ１）から補助回路１３を介して入力される直流電力を高周波交流電力に変換し、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に供給する。これらスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のスイッチング動作は、制御回路２０から入力される制御パルス信号に基づいて行われる。

【0021】

次にインバータ回路１４の前段の補助回路１３について、補助回路１３は、一次側整流回路ＤＲ１とインバータ回路１４との間に設けられている。一次側整流回路ＤＲ１の出力側（インバータ回路１４の入力側）の電源線間に先ず第１及び第２平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が直列接続されている。その後段の各電源線上に第５及び第８スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８がそれぞれ接続され、その後段の電源線間に第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７が直列接続されている。これら第５〜第８スイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子よりなり、各スイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８には、それぞれダイオードＤ５〜Ｄ８が逆接続されている。第１及び第２平滑コンデンサＣ１，Ｃ２間の接続点と第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７間の接続点とは互いに接続されている。第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７の後段の電源線間には補助コンデンサＣ３が接続され、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と並列接続されている。

【0022】

そして、補助回路１３は、インバータ回路１４の第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４に対して第５スイッチング素子ＴＲ５が組となり、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３に対して第８スイッチング素子ＴＲ８が組となって、スイッチング動作を行う（図２参照）。

【0023】

即ち、第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオンと同期して第５スイッチング素子ＴＲ５がオンすることで、ダイオードＤ７を含む経路にて第１平滑コンデンサＣ１の充電電圧がトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に印加される。また、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３のオンと同期して第８スイッチング素子ＴＲ８がオンすることで、ダイオードＤ６を含む経路にて第２平滑コンデンサＣ２の充電電圧がトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に印加される。つまり、一次側整流回路ＤＲ１の出力電圧の半電圧である各平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電圧を交互にトランスＩＮＴに印加する態様の本実施形態の電源装置１１は、高電圧の商用交流電圧に対応する電源装置として構成されている。

【0024】

また、第５及び第８スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８は、組をなす第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と同時にオンし、オフ時は同組のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフに先立ってオフする（この場合、ゼロ電圧オフ）。その後、補助コンデンサＣ３の充電電力の消費を待ってからスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４がゼロ電圧にてオフされるソフトスイッチング制御が行われる。このソフトスイッチング制御により、スイッチング損失の低減が図られている。

【0025】

また、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７は、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ後に生じる還流電流による補助コンデンサＣ３の充電経路を形成するためのスイッチング動作を行う。本実施形態では、アークスタート制御時とそれ以降の通常アーク制御時とでそのスイッチング制御（補助コンデンサＣ３の充電態様）を異ならせている。これについては後述する。そして、これらスイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８のスイッチング動作は、制御回路２０から入力される制御パルス信号に基づいて行われる。

【0026】

トランスＩＮＴの二次側では、インバータ回路１４にて生成された高周波交流電力が所定電圧に変換され、二次側コイルＬ２から出力される。二次側コイルＬ２には、出力変換回路１５が接続される。

【0027】

出力変換回路１５は、二次側整流回路ＤＲ２、直流リアクトルＤＣＬ、平滑コンデンサＣ４、及び抵抗Ｒ１を備えている。二次側整流回路ＤＲ２は、一対のダイオードを用いた全波整流回路よりなり、各ダイオードのアノードが二次側コイルＬ２の両側端子にそれぞれ接続され、各ダイオードのカソードは共に直流リアクトルＤＣＬの一端に接続されている。直流リアクトルＤＣＬの他端は、電源装置１１のプラス側の出力端子ｏ１に接続されている。電源装置１１のマイナス側の出力端子ｏ２は、二次側コイルＬ２の中間端子と接続されている。直流リアクトルＤＣＬの後段の電源線間には、平滑コンデンサＣ４と抵抗Ｒ１とがそれぞれ接続されている。このような出力変換回路１５は、トランスＩＮＴの二次側コイルＬ２からの高周波交流電力をアーク溶接用の直流出力電力に変換し、出力端子ｏ１，ｏ２から出力する。

【0028】

電源装置１１には、ＣＰＵ等を含む制御回路２０が備えられている。制御回路２０は、電源装置１１の出力側電源線上に設置した電流検出器２１からの出力信号に基づいて出力電流Ｉｏを検出し、この出力電流Ｉｏや出力電圧Ｖｏ等を含む各種パラメータに基づいてその時々で適切な出力を行うための内部演算を行っている。制御回路２０は、先ずインバータ回路１４のスイッチング制御としてＰＷＭ制御を実施しており、その時々でスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオンデューティが適切となるような制御パルス信号のオンパルス幅の設定（算出）を行っている。

【0029】

また、制御回路２０は、補助回路１３に対して、インバータ回路１４（スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４）の制御パルス信号のオンパルス幅の設定に連動して、第５及び第８スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８の制御パルス信号のオンパルス幅の設定と、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７の制御パルス信号のオンパルス幅の設定とを行う。

【0030】

先ず第５及び第８スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８について、制御回路２０は、組をなす第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４と同時にオンし、オフ時は同組のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフに先立ってオフする制御パルス信号を設定する。即ち、制御回路２０は、スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８及びダイオードＤ６，Ｄ７を用いた平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の各充電電圧のインバータ回路１４への交互の供給と共に、スイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８によるスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のソフトスイッチング制御を行う。

【0031】

また、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ後には、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１の漏れインダクタンスＬａによる還流電流が生じ、この還流電流による補助コンデンサＣ３の充電がなされる。この補助コンデンサＣ３の充電動作において、制御回路２０は、アークスタート制御時と通常アーク制御時とでその充電態様を異ならせている。

【0032】

次に、本実施形態の動作（作用）を説明する。
［通常アーク制御］
本制御では、図２に破線にて示すように、第６スイッチング素子ＴＲ６は、第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３のオフ直前から次の第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオン所定時間後まで継続してオンされる。また、第７スイッチング素子ＴＲ７は、第１及び第４スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ４のオフ直前から次の第２及び第３スイッチング素子ＴＲ２，ＴＲ３のオン所定時間後まで継続してオンされる。制御回路２０は、このような動作を行わせる制御パルス信号を設定する。

【0033】

つまり、本制御時では、第１〜第４スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ後に生じる還流電流にて、補助コンデンサＣ３が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の各充電電圧以上の過充電状態となることを防止すべく、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７がオンされて、還流電流の余剰分が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２より入力側に回生される。

【0034】

ところで、アークスタートの際に、上記のように第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７を動作させると、補助コンデンサＣ３の充電電圧の上昇が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の各充電電圧までで頭打ちとなる。補助コンデンサＣ３の充電電圧は、図２のＶ（Ｃ３）として示している。図２のＶ（Ｃ３）の破線にて示すように、補助コンデンサＣ３の充電電圧が頭打ちとなることがわかる。そのため、インバータ回路１４の動作によりトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に印加される電圧も図２のＶ（ＩＮＴ）の破線にて示すように頭打ちとなる。因みに、図２のＩ（ＩＮＴ）は、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に流れる電流である。

【0035】

そして、トランスＩＮＴの一次側コイルＬ１の印加電圧が頭打ちとなる結果、出力電圧Ｖｏが図２の破線にて示す通常水準の電圧値で推移するが、アークスタート性を向上するには、出力電圧Ｖｏをより高電圧とすることが必要である。そこで、アークスタートの際には、通常アーク制御と異なるアークスタート制御が実施される。

【0036】

［アークスタート制御］
本制御では、図２に実線にて示すように、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７はオフに固定される。

【0037】

つまり、本制御時では、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７のオフにより、入力側に回生するはずの還流電流の余剰分を含めて補助コンデンサＣ３の充電がなされ、補助コンデンサＣ３が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の各充電電圧以上の過充電状態とされ、補助コンデンサＣ３の充電電圧が高められる。補助コンデンサＣ３の充電電圧は、図２のＶ（Ｃ３）の実線にて示すように、通常アーク制御（破線）よりも高められていることがわかる。尚、補助コンデンサＣ３を過充電とするが、このアークスタートにかかる時間は僅かであるため、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ８に対する耐圧等への影響は極めて小さい。

【0038】

そして、補助コンデンサＣ３の充電電圧は高くなることから、インバータ回路１４の動作によりトランスＩＮＴの一次側コイルＬ１に印加される電圧も図２のＶ（ＩＮＴ）の実線にて示すように高くなるため、出力電圧Ｖｏは同図２の実線の如く、通常水準よりも高電圧となる。そのため、溶接トーチＴＨの電極ＷＥの先端から適切な初期アークが生じ易くなり、アークスタートが速やかに行われる。因みに、アークスタートは、溶接トーチＴＨの電極ＷＥを溶接対象Ｍに一旦接触させて行われる。

【0039】

そして、制御回路２０は、アーク溶接開始時において先ずアークスタート制御を実施し、電流検出器２１による出力電流Ｉｏの検出から、アーク発生相当の電流値（数アンペア）を超えたことを検出した場合に、アークスタート制御から通常アーク制御に切り替えるようになっている。以降は、第６及び第７スイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７が動作して補助コンデンサＣ３の過充電の防止がなされる。

【0040】

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）インバータ回路１４の前段の補助回路１３にて、インバータ回路１４のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４に先立ってスイッチング素子ＴＲ５，ＴＲ８がオフするソフトスイッチング動作の際に補助コンデンサＣ３の充電電力が消費され、スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４のオフ後に生じる還流電流にて補助コンデンサＣ３の充電が行われる。通常アーク制御では、補助回路１３の対応するスイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７がオンされて補助コンデンサＣ３を充電する還流電流の余剰分が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２より入力側に回生される回生動作が行われ、補助コンデンサＣ３の充電電圧Ｖ（Ｃ３）の制限がなされる。これに対し、アークスタート制御では、補助回路１３のスイッチング素子ＴＲ６，ＴＲ７がオフに固定されて回生動作が禁止され、余剰分を含む還流電流を以て補助コンデンサＣ３が充電されてその充電電圧Ｖ（Ｃ３）が高められる。制御回路２０は、通常アーク制御とアークスタート制御とが切替可能に構成され、アークスタート時において、通常アーク制御に切り替えられるアークが生じたとみなす判定とするまで、補助コンデンサＣ３の充電電圧を高くする、即ちアークが生じ易い状況となる電源装置１１の出力電圧Ｖｏを高くするアークスタート制御を実施する。このようなアークスタート制御を組み込むことで、簡易にアークスタート性を向上することができる。

【0041】

（２）制御回路２０は、アークが生じたとみなす判定について、電源装置１１の出力電流Ｉｏのアーク発生相当の電流値の検出に基づいて行っている。そのため、アーク発生の判定がより確実に行われることとなり、アークスタート制御から通常アーク制御への切り替えをより適切に行うことができる。

【0042】

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・制御の切り替えに用いるアークが生じたとみなす判定について、電源装置１１の出力電圧Ｖｏのゼロ電圧の検出に基づいて行うようにしてもよい。即ち、アークスタート時において、溶接トーチＴＨの電極ＷＥが溶接対象Ｍに一旦接触させるため、その接触の際に電源装置１１の出力電圧Ｖｏが一旦ゼロ電圧になる。これを踏まえ、アークが生じたとみなす判定をその電源装置１１の出力電圧Ｖｏのゼロ電圧の検出に基づいて行うこともできる。この場合、補助コンデンサの充電電圧Ｖ（Ｃ３）の制限がなされる通常アーク制御に速やかに切り替えることが可能である。

【0043】

また、アークが生じたとみなす判定を上記した出力電流Ｉｏや出力電圧Ｖｏの検出以外で行って制御を切り替えるようにしてもよい。例えば、時間計時により制御を切り替えてもよい。

【0044】

・電源装置１１の回路構成を適宜変更してもよい。例えばスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ８にＩＧＢＴ以外の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
また、インバータ回路１４を４個のスイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ４を用いたフルブリッジ回路にて構成したが、その他のスイッチング回路にて構成してもよい。

【0045】

また、補助回路１３を４個のスイッチング素子ＴＲ５〜ＴＲ８等を用いて構成したが、その他の構成としてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

【0046】

（イ）上記課題を解決するアーク溶接用電源装置において、
前記インバータ回路は、第１〜第４スイッチング素子を用いるフルブリッジ回路にて構成され、
前記補助回路は、前記インバータ回路の入力側の一対の電源線間に直列接続される前記平滑コンデンサとしての第１及び第２平滑コンデンサと、その後段の各電源線上にそれぞれ接続される前記第１補助スイッチング素子としての第５及び第８スイッチング素子と、その後段の電源線間に直列接続される前記第２補助スイッチング素子としての第６及び第７スイッチング素子と、その後段の電源線間に接続される前記補助コンデンサとを備え、第１及び第２平滑コンデンサ間と第６及び第７スイッチング素子間とが互いに接続されて構成されたことを特徴とするアーク溶接用電源装置。

【0047】

（ロ） トランスの二次側においてアーク溶接用の直流出力電力の生成に用いる高周波交流電力を生じさせるべく、そのトランスの一次側にてスイッチング素子の動作により直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路に入力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ及びその後段に補助コンデンサを並列に備えると共に両コンデンサ間に第１及び第２補助スイッチング素子を備え、前記入力される直流電力を前記インバータ回路に伝達する第１補助スイッチング素子を前記インバータ回路のスイッチング素子に先立ってオフすることでその後の前記補助コンデンサの充電電力の消費を待ってからの前記インバータ回路のスイッチング素子のオフに繋げるためのソフトスイッチング動作と、前記インバータ回路のスイッチング素子のオフ後に生じる還流電流にて前記補助コンデンサの充電を行う際のその余剰分を第２補助スイッチング素子のオンにより入力側に回生させる経路を形成する回生動作とを行う補助回路と
を備えたアーク溶接用電源装置の制御方法であって、
前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオンさせる回生動作を行い前記補助コンデンサの充電電圧を制限する制御を含む通常アーク制御と、前記補助回路の第２補助スイッチング素子をオフさせて回生動作を禁止し前記還流電流及びその余剰分を以て前記補助コンデンサを充電してその充電電圧を高める制御を含むアークスタート制御とを用い、アークスタート時にはアークスタート制御を実施し、アークが生じたとみなす判定に基づいて通常アーク制御に切り替えることを特徴とするアーク溶接用電源装置の制御方法。

【符号の説明】

【0048】

１１ アーク溶接用電源装置
１３ 補助回路
１４ インバータ回路
２０ 制御回路
ＩＮＴ トランス
ＴＲ１〜ＴＲ４ 第１〜第４スイッチング素子（インバータ回路のスイッチング素子）
ＴＲ５，ＴＲ８ 第５，第８スイッチング素子（第１補助スイッチング素子）
ＴＲ６，ＴＲ７ 第６，第７スイッチング素子（第２補助スイッチング素子）
Ｃ１，Ｃ２ 第１，第２平滑コンデンサ（平滑コンデンサ）
Ｃ３ 補助コンデンサ
Ｖ（Ｃ３） 充電電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｉｏ 出力電流

【図1】

【図2】