JPH0215311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は交流アーク溶接機用電撃防止装置、特
に電撃の危険性の高い交流アーク溶接作業を安全
に行うのことのできる電撃防止装置に関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 交流アーク溶接機用の電撃防止装置として、第
１図に示すような、逆並列接続された１対のシリ
コン制御整流素子SCR₁，SCR₂を溶接用変圧器
WTの一次コイルに直列に接続し、それらを位相
制御することによつて溶接電流を調整できる構成
の装置が提供されている。

まず、この交流アーク溶接機用の電撃防止装置
の構成ならびにその作用について説明する。

この電撃防止装置において、溶接用変圧器WT
の一次側に並列に接続されて、二次側に低電圧を
供給するとともに、シリコン制御整流素子SCR₁，
SCR₂の位相制御用電圧を供給する補助変圧器
ATと、溶接用変圧器WTの二次側に挿置された
変流器CTおよびその二次側に整流器Rf₁を介し
て接続されているコンデンサC₁，C₂とともに、
溶接装置の起動および遅延の両作用を行うための
リレーＸを有する電流検出回路と、リレーＸの接
点Xa₁によりシリコン制御整流素子SCR₁，SCR₂
の位相制御を行うための、主としてツエナーダイ
オードZD、可変抵抗VRおよびコンデンサC₃よ
りなる可変時定数回路と、シリコン制御整流素子
SCR₁，SCR₂の位相制御用可変周期パルスの発振
をする単接合トランジスタUJTと、パルストラ
ンスPTを有するゲート回路とを備えている。ま
た、１，２は交流電源端子、３は溶接棒、４は母
材である。

つぎにこの装置の作用について説明する。溶接
開始前には溶接棒３が母材４から離れているため
に変流器CTが無電流であり、リレーＸが励磁さ
れていない。そのため接点Xa₁は開いており、単
接合トランジスタUJTはほとんど無電流でトラ
ンジスタTR₁，TR₂は遮断状態にある。したがつ
て、パルストランスPTにパルス出力がなく、シ
リコン制御整流素子SCR₁，SCR₂は遮断状態にあ
り、溶接用変圧器WTの一次側は電源から遮断さ
れている。他方、一次側がつねに電源に接続され
ている補助変圧器ATの二次側はリレーＸの接点
Xb₁を経て溶接棒３と母材４に接続され、補助変
圧器ATの巻数比で決まる低電圧が溶接棒３と母
材４との間に発生し、感電を防止するとともに、
溶接の起動ができるようになつている。そして、
溶接を開始するために溶接棒３を母材４に接触さ
せると、補助変圧器ATの二次巻線５が短絡され
て変流器CTの一次側に短絡電流が流れ、その二
次電流は整流器Rf₁で整流されてリレーＸを励磁
し、コンデンサC₁によりリレーＸが確実に動作
する。このリレーＸの励磁により接点Xb₁が開い
て補助変圧器ATの二次回路が開路され、補助変
圧器ATが作動から除外されると同時に、接点
Xa₁の閉成によりツエナーダイオードZD、可変
抵抗VRおよびコンデンサC₃からなる時定数回路
により決まる時定数で単接合トランジスタUJT
がパルスを発生し、トランジスタTR₁，TR₂が瞬
時通電する。このパルスはパルストランスPTを
通してシリコン制御整流素子SCR₁のゲートG₁・
カソードK₁間および同SCR₂のゲートG₂・カソー
ドK₂間にそれぞれ位相制御用パルスとして印加
される。それによりこれらシリコン制御整流素子
SCR₁，SCR₂は交互にターンオンし、溶接用変圧
器WTが電源に接続され、可変抵抗VRで決まる
溶接電流での溶接が可能となるのである。

最後に溶接を終了し、溶接棒３を母材４から引
離すと、溶接中、接点Xa₂の閉合により充電され
ていたコンデンサC₂が放電を開始し、変流器CT
の二次電流がなくなつた後も一定時間リレーＸを
励磁し続け、この遅延時間中、再度溶接棒３を母
材４に近づけると、容易に高電圧で溶接を再開す
ることができる。また、完全に溶接をしない場合
には、この遅延時間後、リレーＸが開放されて最
初の溶接開始前の状態に戻り、溶接棒３と母材４
との間には再び感電のおそれのない低い電圧が発
生し、溶接起動待機の状態となる。

しかしながら、このような交流アーク溶接機用
電撃防止装置には、つぎのような課題が残されて
いる。

(1) 電撃防止装置の始動感度が主に低電圧供給用
補助変圧器ATや溶接用変圧器WTの二次側に
挿置した変流器CTの電気的特性により固定さ
れ、広範囲な交流アーク溶接作業に対して幾種
類かの電撃防止装置が必要であるので、機種の
統一、標準化の面で製造上はなはだ不都合であ
つた。

つまり電撃防止装置の始動感度とは電撃防止
装置が起動し溶接が開始できる電撃防止出力回
路つまり溶接用変圧器二次側端子間の最大のイ
ンピーダンスをいい、この始動感度が高いほど
作業性がよく、母材４が電気絶縁性の高い錆や
防錆塗膜などで若干被われていても溶接の起動
ができるが、二次出力ケーブル間の絶縁劣化な
どで容易に電撃防止装置が起動してしまい、電
撃防止機能が若干損なわれる。また逆に始動感
度が低いと、電撃防止機能については十分全う
されるものの、溶接開始が円滑に行えず、いち
じるしく作業性が低下する。

このようなことから、屋外作業が多く、特に
海水などによる二次ケーブル間の絶縁劣化の発
生しやすい造船所などでは、低い始動感度の電
撃防止装置が用いられ、また、屋内作業が多か
つたり、防錆塗膜処理のされている母材を多く
溶接したりする所では、高い始動感度の電撃防
止装置が使用されることが多い。このため、電
撃防止装置を幾種類かを提供する必要がある。

(2) 溶接休止中、溶接起動に必要な低電圧を溶接
用変圧器WTの二次側に供給するための補助変
圧器ATが必要で、また補助変圧器ATのない
場合には、二次側に分圧回路を設ける必要があ
り、そのため組立工数を多く要し、製造コスト
も高い。

(3) リレー接点Xb₁のような、電撃防止装置の起
動に伴い補助変圧器ATや分圧回路を溶接用変
圧器WTの二次側から除外するための接点が必
要で、また接点Xb₁は起動時の短絡電流を遮断
するのでその消耗も早い。このため、接点Xb₁
の補修が必要であり、電撃防止装置の維持管理
コストが高くつく。

(4) 電源端子１，２間の電源電圧の変動により補
助変圧器ATの二次側巻線５に発生する電圧も
変動する。したがつて、溶接休止中、溶接用変
圧器WTの二次側に供給される溶接起動用低電
圧も変動して電撃防止装置の始動感度が大きく
変化し、電撃防止装置の使用においてその安全
性の信頼性が低い。

(5) ゲート回路のコンデンサC₃は、溶接開始直
後にはほとんど充電されていず、電撃防止装置
の起動により接点Xa₁が閉成されて可変抵抗
VRとの時定数で定まる時間で充電され、それ
から単接合トランジスタUJTによるパルス発
振が開始される。このため、電撃防止装置の起
動時、すぐにはゲート回路からはパルス出力が
得られず、シリコン制御整流素子SCR₁，SCR₂
が遮断状態を続け、溶接の起動にかなりの時間
を要し、溶接を円滑に開始ができない。

発明の目的 本発明は、電撃防止装置の始動感度の切換えを
可能にし、広範囲の交流アーク溶接作業に対して
電撃防止装置機種の統一、標準化を図るととも
に、容量の大きい補助変圧器や分圧回路をなくし
て製造工数およびコストの低減を図り、溶接開始
時の短絡電流遮断用接点およびゲート回路の接点
を不要にして電撃防止機能の維持・管理工数を低
減するとともに、電源電圧の変動に対する電撃防
止装置の始動感度の安定化を図り安全性を向上さ
せ、かつ溶接開始時の作業性を向上させることに
より、上述の課題を解決した電撃防止装置を提供
しようとするものである。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明の交流アー
ク溶接機用電撃防止装置は、溶接用変圧器と、こ
の溶接用変圧器の一次側あるいは二次側に直列に
接続された、シリコン制御整流素子の逆並列接続
体と、溶接用変圧器の二次側に接続された溶接用
ホルダーおよび母材と、溶接用変圧器の出力端と
溶接用ホルダーあるいは母材との間に接続され
た、出力電流検出用の変流器とを有する交流アー
ク溶接機において、その一次側に接続された降圧
トランスと、この降圧トランスの二次側に接続さ
れた定電圧制御回路および定電流制御回路と、こ
れら定電圧制御回路および定電流制御回路にそれ
ぞれ常閉接点および常開接点が接続されたリレー
と、このリレーの常閉接点および常開接点の接続
点に接続された、位相制御用パルスをシリコン制
御整流素子の各ゲート・カソード間に印加するゲ
ート回路と、変流器の出力が供給される、始動感
度に応じて増幅率が変更可能な電流検出回路と、
この電流検出回路の出力電圧をあらかじめ設定さ
れている基準電圧と比較する電圧比較回路と、こ
の電圧比較回路の出力が印加される、リレーのオ
フ遅延回路とを備えているものである。実施例の
説明 以下、本発明の一実施例につき第２図を参照し
て説明する。

図において、１，２は電源端子、３は溶接棒、
４は母材である。

交流アーク溶接機１８は、逆並列接続された１
対のシリコン制御整流素子SCR₁，SCR₂を溶接用
変圧器WTの一次コイルに直列に接続し、これら
のシリコン制御整流素子SCR₁，SCR₂を位相制御
することによつて溶接電流および無負荷時の二次
電圧を調整する。定電圧制御回路１１および定電
流制御回路１２はそれぞれリレーCRの常閉接点
CR―１ｂおよび常開接点CR―１ａを介してゲー
ト回路１３に選択的に接続される。そしてゲート
回路１３の出力パルスはシリコン制御整流素子
SCR₁，SCR₂の各ゲートG₁，G₂とカソードK₁，
K₂との間に加えられる。なお、前記出力パルス
の周期は、リレーCRの常閉接点CR―１ｂ、常開
接接点CR―１ａを介して接続されている定電圧
制御回路１１または定電流制御回路１２の出力電
圧により制御される。そして、定電圧制御回路１
１は、交流アーク溶接機１８の一次側と並列に接
続された降圧トランスDTの二次側に接続され、
その二次側の電圧を内部の基準電圧と比較して、
溶接休止時、交流アーク溶接機１８の二次側に一
定の低電圧が出力されるようゲート回路１３に対
して制御電圧を出力する。したがつて、電源電圧
Vsの変動に対しても、交流アーク溶接機１８の
二次側にはつねに一定の低電圧が出力されること
になる。また、低電流制御回路１２は、溶接時、
溶接用変圧器WTの二次側に直列に接続された分
流器SHからのフイードバツグ電圧を増幅し整流
した後、溶接電流調整用可変抵抗VR₄により設定
される基準電圧と比較しながら溶接電流が一定と
なるようゲート回路１３に対して制御電圧を出力
する。

なお、CTは前記交流アーク溶接機の二次側に
挿置された変流器、R₅〜R₈はリレーCRの常閉接
点CR―２ｂあるいは常開接点CR―２ａを介して
前記変流器CTの出力側に直列に接続される抵抗、
またVR₁〜VR₃は演算増幅器を使用した、電圧増
幅回路１４の増幅率を決定するための可変抵抗、
二つのSWは変流器CTの出力側に接続された抵
抗R₅〜R₈を切換え、電圧増幅回路１４の増幅率
を切換えるスイツチである。これらの抵抗R₅〜
R₈、スイツチSW、常閉接点CR―１ｂ、常開接
点CR―１ａ、可変抵抗VR₁〜VR₃および電圧増
幅回路１４で本実施例の電流検出回路１９を構成
する。

１５は整流回路、１６は電圧比較回路、１７は
単安定マルチバイブレータである。Ｒは抵抗、Ｃ
はコンデンサで、その抵抗値および容量値を選ぶ
ことにより信号の遅延時間を自由にすることがで
きる。そして、単安定マルチバイブレータ１７と
抵抗Ｒ、コンデンサＣ、トランジスタTrにより
リレーCRのオフ遅延回路２０を構成する。なお、
ＤはリレーCR開路時の逆起電力バイパス用ダイ
オード、Ｅは単安定マルチバイブレータ１７およ
びリレーCRの動作用直流電源である。

つぎに本実施例の作用を説明する。

(1) 溶接休止時 変流器CTは無電流であり、リレーCRはトラ
ンジスタTrにより開路状態になつていて、リ
レーCRの各接点は第２図に示すとおりの状態
になつている。したがつて、定電圧制御回路１
１がゲート回路１３に接続されており、定電圧
制御回路１１からの制御電圧により前記一対の
シリコン制御整流素子SCR₁，SCR₂にゲート回
路３から出力パルスが加えられ、定電圧制御回
路１で設定される感電事故の危険のない低い電
圧（第３図参照）が溶接棒３と母材４との間に
出力される。

(2) 溶接開始時 溶接棒３を母材４に接触させると、交流アー
ク溶接機１８の二次側が短絡される。すると、
変流器CTの入力側に短絡電流が流れて、変流
器CTの出力側に接続された電源検出回路１９
の抵抗R₅に電圧が発生する。この電圧は、電
圧増幅回路１４および整流回路１５を経て、電
圧比較回路１６であらかじめ与えられている基
準電圧と比較される。それが基準電圧を越えた
場合には、電圧比較回路１６よりオフ遅延回路
２０の単安定マルチバイブレータ１７に出力パ
ルスが送られ、単安定マルチバイブレータ１７
はそのの立上りあるいは立下がりを検出して、
抵抗ＲとコンデンサＣとで設定されている遅延
時間、トランジスタTrに出力し続ける。これ
によつて、トランジスタTrは遮断状態から導
通状態になり、リレーCRが通電状態となつて
動作する。そして、リレーCRの励磁によつて
ゲート回路１３が定電圧制御回路１１から定電
流制御回路１２に接続されるとともに、変流器
CTの出力側に接続された電流検出回路１９の
抵抗R₅〜R₇のいずれかが抵抗R₈に接続される。
また、変流器CTの出力側に接続された電流検
出回路１９の抵抗R₈に発生する電圧が増幅さ
れ整流された後、電圧比較回路１６の基準電圧
を越えない場合にはリレーCRが動作せず、各
接点は第２図に示す状態を続ける。したがつ
て、出力側に接続された抵抗R₅〜R₇および電
圧増幅回路１４の増幅率設定用の可変抵抗VR₁
〜VR₃を変えることにより、変流器CTの出力
側に発生する電圧を、自由に電圧比較回路１６
の基準電圧を越えさせたり、また越えられなく
することができ、それによりリレーCRを自由
に動作させることができる。このことから、あ
らかじめ抵抗R₅〜R₇や可変抵抗VR₁〜VR₃の
値を設定しておくことにより、交流アーク溶接
機１８の二次側の短絡時のインピーダンスが変
化しても、それに合う抵抗値をスイツチSWに
より選定することによつてリレーCRの動作を
制御し、溶接を開始できるようにしたり、それ
をできないようにしたりすることができる。

このようにして、電撃防止装置の始動感度を
自由にしかも実用上支障なく変更および固定す
ることができる。

(3) 溶接時 溶接を開始すると変流器CTの入力側に溶接
電流が流れる。これによつて、変流器CTの出
力側に接続された抵抗R₈を、電圧増幅回路１
４の出力電圧が電圧比較回路１６の基準電圧を
越えるように設定しておくと、単安定マルチバ
イブレータ１７は抵抗ＲとコンデンサＣとで決
まる遅延時間出力を出し続ける。そして、この
遅延時間を電源の周期より長くなるように設定
しておくと、実質的には単安定マルチバイブレ
ータ１７は出力パルスを出し続けてトランジス
タTrが導通状態を続ける。したがつて、リレ
ーCRが励磁され続け、定電流制御回路１２に
よる定電流制御がなされて、溶接が持続する
（第３図参照）。

なお、溶接時と溶接休止時でリレーCRの常
閉接点CR―２ｂ、常開接点CR―２ａを使つて
変流器CTの出力側に接続された抵抗R₅〜R₇を
抵抗R₈に切換えるのは、次の理由からである。
溶接開始時の変流器CTの入力側の短絡電流が
比較的小さいのに対して、溶接時変流器CTの
入力側の溶接電流が大きいため、変流器CTが
飽和状態となつて抵抗R₅〜R₇に溶接を持続す
るだけの十分な出力電圧が得られない。そこ
で、十分な出力電圧が得られるよう抵抗R₅〜
R₇より大きな値の抵抗R₈に接続するのである。

(4) 溶接終了時 溶接が終了して溶接棒３を母材４から引離す
と、変流器CTの一次側の電流がなくなる。し
たがつて、変流器CTの出力側に接続された抵
抗R₈には電圧が印加されなくなり、単安定マ
ルチバイブレータ１７への信号伝達もなくな
る。しかし、単安定マルチバイブレータ１７は
信号がなくなつた後も、抵抗ＲとコンデンサＣ
とで設定された遅延時間の間、出力パルスを出
し続ける。これによつて、溶接終了後も一定時
間すなわち上記時間トランジスタTrが導通状
態を保持し、リレーCRが励磁されたままとな
る。そして、この遅延時間後に第２図に示す状
態に戻つて溶接休止状態となる（第３図参照）。

発明の効果 以上のように、本発明よれば、次のような優れ
た効果を奏する。

(1) ひとつの電撃防止装置においてあらかじめ幾
種類かの始動感度を設定でき、溶接作業に応じ
て使い分けすることができるとともに、機種の
統一と標準化とが図れる。

(2) 溶接起動に必要な低電圧を溶接用変圧器の二
次側に供給するための、容量の大きい補助変圧
器や分圧回路が不要であり、製造コストおよび
組立工数の低減が図れる。

(3) 電撃防止の起動に伴う補助変圧器や分圧回路
の溶接用変圧器からの切離しに使用する電流遮
断用リレー接点が不要となり、製造コストの低
減および接点の補修など電撃防止装置の維持管
理費の低減が図れ、また寿命も増大する。

(4) 溶接休止中、定電圧制御回路によりつねに溶
接用変圧器二次側に一定の定電圧が供給されて
いるため、電源電圧の変動による電撃防止装置
の始動感度の変化がなく、電撃防止装置使用上
きわめて高い安全性が確保できる。

(5) ゲート回路は溶接休止中もつねに動作状態に
あり、電撃防止装置の起動と同時に円滑な溶接
が開始できる。

なお、これらの効果は、上述した１対のシリコ
ン制御整流素子を実施例で述べたような溶接用変
圧器の一次側だけでなく、その二次側に接続して
使用しても得られることは言うまでもないことで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流アーク溶接機用電撃防止装
置の一例の回路図、第２図は本発明の一実施例に
おける交流アーク溶接機用電撃防止装置の回路
図、第３図は第２図の各部電圧波形図である。 １，２……電源端子、WT……溶接用変圧器、
SCR₁，SCR₂……シリコン制御整流素子、３……
溶接棒、４……母材、CT……変流器、１１……
定電圧制御回路、１２……定電流制御回路、１３
……ゲート回路、１４……電圧増幅回路、１５…
…整流回路、１６……電圧比較回路、１７……単
安定マルチバイブレータ、１８……交流アーク溶
接機、１９……電流検出回路、２０……リレー
CRのオフ遅延回路、DT……降圧トランス、R₅
〜R₈……抵抗、VR₁〜VR₃……可変抵抗、SW…
…スイツチ、VR₄……溶接電流調整用可変抵抗、
Ｒ……遅延時間設定用の抵抗、Ｃ……遅延時間設
定用のコンデンサ、Tr……トランジスタ、CR…
…リレー、CR―１ａ，CR―１ｂ，CR―２ａ，
CR―２ｂ……リレーCRの接点、Vs……溶接用
電源電圧、Ｅ……直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接用変圧器と、前記溶接用変圧器の一次側
   あるいは二次側に直列に接続された、シリコン制
   御整流素子の逆並列接続体と、前記溶接用変圧器
   の二次側の一端に接続された溶接用ホルダーと、
   前記溶接用変圧器の二次側の他端に接続された母
   材と、前記溶接用変圧器の出力端と前記溶接用ホ
   ルダーあるいは母材との間に接続された、出力電
   流検出用の変流器とを有する交流アーク溶接機に
   おいて、前記交流アーク溶接機の一次側に接続さ
   れた降圧トランスと、前記降圧トランスの二次側
   に接続された定電圧制御回路および定電流制御回
   路と、前記定電圧制御回路および前記定電流制御
   回路にそれぞれ常閉接点および常開接点が接続さ
   れたリレーと、前記常閉接点および前記常開接点
   の接続点に接続された、位相制御用パルスを前記
   シリコン制御整流素子の各ゲート・カソード間に
   印加するゲート回路と、前記変流器の出力が供給
   される、始動感度に応じて増幅率が変更可能な電
   流検出回路と、前記電流検出回路の出力電圧をあ
   らかじめ設定されている基準電圧と比較する電圧
   比較回路と、前記電圧比較回路の出力が印加され
   る、前記リレーのオフ遅延回路とを備えているこ
   とを特徴とする交流アーク溶接機用電撃防止装
   置。