JPWO2010061421A1 - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

変圧器（２０）の２次側に設けられた溶接出力を制御するための半導体素子（３０ａ〜３０ｆ）の両端電圧を検出する電圧検出部を備え、
変圧器に交流電力が供給されているときに半導体素子の両端電圧が通常電圧よりも低いあるいは零であることを電圧検出部により検出すると、制御部（９０）が、スイッチ部（１５）を開動作して変圧器への交流電力の供給を遮断する溶接装置であって、電圧検出部がダイオード素子（Ｄ１〜Ｄ６）で構成され、制御部が半導体スイッチング素子（３００，３０１）で構成されている。
当該構成により、半導体素子の故障に伴い、溶接装置を構成する構成部品へ故障が拡大することを、簡単な構成かつ低コストで防止することができる。

Description

本発明は、半導体素子を用いる溶接装置であって、この半導体素子の故障検出を行う溶接装置に関する。

近年、世界的に機器の安全に対する取り組みが強化されている。溶接装置に使用されているサイリスタなどの半導体素子が短絡故障した場合、半導体素子だけの故障にとどまらず、変圧器などの構成部品を同時に焼損させてしまうことがある。そこで、半導体素子が故障短絡した場合の保護の方法が検討されている。

図４は、従来の溶接装置の概略構成図である。図４において、この従来の溶接装置には、サイリスタによる二重星形整流回路が用いられている。この二重星型整流回路は、溶接装置の入力電源を開閉する入力開閉器１と溶接変圧器２とを有する。また、溶接変圧器２は１次巻線２ａと２次巻線２ｂとを備えている。さらに、溶接変圧器２の出力を整流する電力半導体素子であるサイリスタ３ａ〜３ｆを備える。なお、二重星型整流回路が構成されているため、６個のサイリスタ３ａ〜３ｆが並列に接続されている。

電流制限抵抗およびダイオードと直列に接続されたフォトカプラの発光側素子４ａ〜４ｆが、サイリスタ３ａ〜３ｆと並列あるいは逆並列に接続されている。そして、矢印に付した符号Ｋ１〜Ｋ６は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図５は従来の溶接装置の電圧検出部の構成図である。図５において、フォトカプラの受光側素子５ａ〜５ｆの出力が、電圧調整抵抗を介してシーケンス回路を構成するＡＮＤ素子６ａ〜６ｃの入力に接続されている。フォトカップラの受光側素子５ａ〜５ｆのいずれが一つでも受光されない場合、ＡＮＤ素子６ｅの出力はＧＮＤ(接地)出力となる。

図６は従来の溶接装置における入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。なお、図４、図５において矢印で付した符号ｍ１〜ｍ３は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図６において、制御部９は、常開接点（ａ接点）を備えた第１のリレー７と第２のリレー８を有している。第１のリレー７の常開接点は、接続点１ｃと接続されている。また、第２のリレー８の常開接点は、入力開閉器１の接点を動作させるための入力開閉器１のコイル部１ａを介して接続点１ｂと接続されている。

第１のリレー７の常開接点と第２のリレー８の常開接点がオンする（接点が閉じる）ことにより、接続点１ｃと接続点１ｂが接続された状態になると、コイル部１ａに電流が流れて入力開閉器１は閉状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。一方、第１のリレー７の常開接点あるいは第２のリレー８の常開接点がオフする（接点が開く）ことにより、接続点１ｃと接続点１ｂがコイル部１ａを介して接続されない状態になると、コイル部１ａに電流が流れず入力開閉器１は開状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

起動用スイッチ１０がオフの状態では、第１のリレー７のコイルには電流が流れず、第１のリレー７はオフ状態で、接続点１ｃと接続点１ｂの接続は切断された状態となる。従って、入力開閉器１は開状態となる。一方、起動用スイッチ１０をオンにすると、第１のリレー７のコイルに所定の電流が流れ、第１のリレー７がオンとなり、第２のリレー８もオン状態のため、入力開閉器１は閉状態となる。

このような構成により、サイリスタ３ａ〜３ｆのうちいずれか１個あるいは複数のサイリスタ３ａ〜３ｆが短絡故障したときは、対応するフォトカプラの受光側素子５ａ〜５ｆがオフ状態となる。そして、この状態がＡＮＤ素子６ａ〜６ｃにより検知され、第１のリレー７と第２のリレー８を介して入力開閉器１が開状態になる。従って、一次側からの電力供給が遮断され、短絡故障した溶接装置が保護される。なお、この技術内容は特許文献１に開示されている。

しかしながら、このような従来の溶接装置においては、異常検知を行なうシーケンス回路にＡＮＤ素子６ａ〜６ｃを使用しているため、ＡＮＤ素子を駆動するための別電源が必要となる。さらに、ＡＮＤ素子はノイズに弱く、供給される別電源よりやや高いノイズが加わるとすぐに誤動作するおそれがある。

また、従来の溶接装置の制御部９には、ａ接点を備えた第１のリレー７と第２のリレー８が用いられ、起動用スイッチ１０のオン／オフごとにリレーが作動する。起動用スイッチ１０は頻繁にオン／オフされるので、ａ接点で使用される第１のリレー７、第２のリレー８とも、その寿命は極めて短くなり、長時間の信頼性が保証しにくくなる。信頼性を確保するために、しばしばリレー交換が必要となるので、工数、コストがかなりかかってしまう。
国際公開公報ＷＯ２００８／０７２３８７Ａ１

本発明の溶接装置は、半導体素子が故障したときに、簡単かつ低コストで溶接装置の入力電源を遮断し、故障の拡大を防止する。

本発明の溶接装置は、変圧器と、変圧器の１次側に設けられており変圧器に対して交流電力を供給または遮断するためのスイッチ部と、変圧器の２次側に設けられており溶接出力を制御するための半導体素子と、半導体素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部の出力結果に基づき前記スイッチ部を制御する制御部と、を備える。そして、電圧検出部は、ダイオード素子で構成され、変圧器に前記交流電力が供給されているときに半導体素子の両端電圧が通常電圧よりも低いかまたは零であることを検出する。また、制御部は、半導体スイッチング素子で構成され、スイッチ部を開動作して前記変圧器への交流電力の供給を遮断する。

このような構成によって本発明の溶接装置は、半導体素子の電圧を監視し、半導体素子の両端電圧が零かあるいは通常電圧よりも低くなったときに入力電源を遮断して、溶接装置への入力電源の供給を遮断することにより、故障の拡大の防止を簡単な構成かつ低コストで実現することができる。

図１は本発明の実施の形態における溶接装置の概略構成図である。 図２は本発明の実施の形態における溶接装置の電圧検出部の構成図である。 図３は本発明の実施の形態における溶接装置の入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。 図４は従来の溶接装置の概略構成図である。 図５は従来の溶接装置の電圧検出部の構成図である。 図６は従来の溶接装置における入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。

符号の説明

１，１５ 入力開閉器
１０，１００ 起動用スイッチ
２，２０ 溶接変圧器
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ サイリスタ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ フォトカプラの発光側素子
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ フォトカプラの受光側素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ ダイオード素子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ ＡＮＤ素子
７ 第１のリレー
８ 第２のリレー
９，９０ 制御部
３０，３００，３０１，５００ 半導体スイッチング素子

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における溶接装置の概略構成図である。本実施の形態は、溶接装置に多く用いられているサイリスタによる二重星形整流回路に本発明を適用している。

図１に示すように、この二重星型整流回路は、溶接装置の入力電源を開閉する入力開閉器１５と溶接変圧器２０とを有し、溶接変圧器２０は１次巻線２０ａと２次巻線２０ｂとを備えている。さらに、溶接変圧器２０の出力を整流する電力半導体素子であるサイリスタ３０ａ〜３０ｆを備える。なお、二重星型整流回路が構成されているため、６個のサイリスタ３０ａ〜３０ｆは並列に接続されている。

また、電流制限抵抗およびダイオードと直列に接続されたフォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆが、サイリスタ３０ａ〜３０ｆと並列あるいは逆並列に接続されている。なお、図１で矢印に付した符号Ｐ１〜Ｐ６は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図２は本発明の実施の形態における溶接装置の電圧検出部の構成図である。図２において、ｑ２は、この電圧検出部の出力電圧を示す。フォトカプラの受光側素子５０ａ〜５０ｆの出力は、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のカソード側に接続されている。また、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のアノード側は、全て半導体スイッチング素子５００のベースに接続されている。＋Ｖ１は、電源電圧を示す。

図３は本発明の実施の形態における溶接装置の入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。図３において、ｑ１は、この制御部の出力電圧を示す。矢印で付した符号ｑ１、ｑ２は、それぞれ図１、図２における同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。＋Ｖ２は電源電圧を示す。

本発明の溶接装置の制御部９０の主要部分は、半導体スイッチング素子３００、３０１で構成される。起動用スイッチ１００は、常閉接点（ｂ接点）を備えたリレースイッチである。半導体スイッチング素子３００のベースには、電圧検出部の出力結果（ｑ２）が入力される。半導体スイッチング素子３０１は、半導体スイッチング素子３００のオン／オフの状態および起動用スイッチ１００のオン／オフの状態に基づき制御される。

半導体スイッチング素子３０１の出力ｑ１がハイ状態（抵抗３０２に電流が流れている状態）の場合、出力ｑ１と接続されているコイル部１０ａは、入力開閉器１５が開状態となるように動作する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

逆に、半導体スイッチング素子３０１の出力ｑ１がロー状態（抵抗３０２に電流が流れていない状態）の場合、出力ｑ１と接続されているコイル部１０ａは、入力開閉器１５が閉状態となるように動作する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。

次に、本発明の溶接装置の正常な動作について説明する。

正常動作状態において、サイリスタ３０ａ〜３０ｆは全て逆方向に電圧（通常電圧）が発生している。よって、これらに対応するフォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆは、全て発光している。従って、これらの発光側に対応するフォトカプラの受光側素子５０ａ〜５０ｆは全て導通状態を保持している。

このとき、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のカソード側は全て一定の電位（電源電圧＋Ｖ１に近い値）を有するので、Ｄ１からＤ６までのどのダイオード素子も導通しない。よって、半導体スイッチング素子５００はオフ状態である。従って、電圧検出部の出力ｑ２の電圧は、ＧＮＤ電位（接地電位）となる。そして、ＧＮＤ電位が制御部９０内の半導体スイッチング素子３００のベースに入力される。よって、半導体スイッチング素子３００はオフ状態である。

ここで、ｂ接点スイッチである起動用スイッチ１００がオフ(閉状態)の場合、半導体スイッチング素子３０１のベースには抵抗３０３、３０４で分圧された一定の電位が入力される。よって、半導体スイッチング素子３０１はオン（導通状態）となる。従って、制御部９０の出力ｑ１は、一定の電圧を有する。このとき、抵抗３０２に電流が流れてこの一定の電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は開状態を保持する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

一方、ｂ接点スイッチである起動用スイッチ１００がオン(開状態)の場合、半導体スイッチング素子３０１のベースは抵抗３０４を介してＧＮＤ電位となる。よって、半導体スイッチング素子３０１はオフ（非導通状態）となる。従って、制御部９０の出力ｑ１は、抵抗３０２を介してＧＮＤ電圧を有する。このとき、ＧＮＤ電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は閉状態を保持する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。この状態で、溶接物２００が溶接される。

以上の動作は、起動用スイッチ１００のオン／オフに基づいた正常な機能を呈している。

次に、本発明の溶接装置の異常状態での動作について説明する。

異常状態とは、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのいずれか１個あるいは複数個が故障し、故障したサイリスタのアノード・カソード間が短絡した状態をいう。この場合、短絡故障したサイリスタはカソードに印加される電圧を阻止できなくなる。そして、故障したサイリスタと、２次巻線２ｂに接続された別のサイリスタとにより、溶接変圧器２の２次巻線２ｂに短絡回路が構成され、サイリスタ３０ａ〜３０ｆおよび溶接変圧器２に過大電流が流れる。さらに、その状態が継続する場合、溶接変圧器２の２次巻線２ｂおよび１次巻線２ａを焼損に至らしめることになる。

上記のような状態を防ぐために、本発明の実施の形態における溶接装置では、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのアノード・カソード間電圧をダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６を用いて監視する構成としている。サイリスタ３０ａ〜３０ｆのアノード・カソード間電圧を監視するため、それぞれのサイリスタ３０ａ〜３０ｆに並列あるいは逆並列になるように、フォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆを接続する。

ここで、例えば、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのうちサイリスタ３０ａが短絡故障したとき、サイリスタ３０ａのアノード・カソード間電圧は零あるいは通常電圧より低い電圧となる。すると、サイリスタ３０ａのアノード・カソード間に接続されたフォトカプラの発光側素子４０ａに電流が流れなくなり、発光側素子４０ａは発光しなくなる。よって、これに対応するフォトカプラの受光側素子５０ａはオフ（非導通状態）となる。

その結果、電圧検出部のダイオード素子Ｄ１のカソード側がＧＮＤ電位になる。よって、半導体スイッチング素子５００がオン(導通状態)となり、電圧検出部の出力ｑ２は、一定の電圧を有する。

この一定の電圧は、制御部９０の半導体スイッチング素子３００のベースに印加される。よって、半導体スイッチング素子３００はオン（導通状態）となり、半導体スイッチング素子３０１のベースには、抵抗３０５、３０４の分圧により、一定の電圧が与えられる。従って、半導体スイッチング素子３０１は導通状態となり、抵抗３０２に電流が流れ、制御部９０の出力ｑ１は、一定の電圧を有する。

このとき、抵抗３０２に電流が流れてこの一定の電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は開状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されなくなる。

ここで重要なことは、起動用スイッチ１００がオンであっても、オフであっても、入力開閉器１５は開状態になるということである。すなわち、異常状態が検出された場合、強制的に、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態をつくることができる。なお、上記説明では、サイリスタ３０ａのみが短絡故障した場合を想定したが、これ以外のサイリスタ３０ｂ〜３０ｆのいずれが短絡故障しても上記と同様の動作をする。

また、本発明の溶接装置において、このような異常状態を検知する電圧検知部は、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６で構成され、ＡＮＤ素子が全く使われていない。従って、ＡＮＤ素子を駆動するための別電源が不要である。さらに、ダイオード素子は、ノイズに強く、ＡＮＤ素子を使用する場合と比較すると、異常状態を誤って検出するおそれが極めて小さい。

さらに、本発明の溶接装置の制御部９０は、半導体スイッチング素子３００、３０１で構成され、ａ接点のリレーは全く使われていない。従って、起動用スイッチ１００が頻繁にオン／オフされても、長時間制御部の信頼性が確保できる。半導体スイッチング素子の寿命は、ａ接点のリレーの寿命と比べてはるかに長いので、部品交換等の工数、コストを著しく低減できる。

なお、本発明の溶接装置に使用する起動用スイッチ１００はｂ接点のリレーとして機能しているので、ａ接点として使用する場合よりも長寿命である。

なお、本実施の形態は、三相入力のサイリスタによる二重星型整流回路について述べたが、他の整流回路構成および単相入力の整流回路、他の制御素子よりなる半導体回路にも適用することができる。

本発明は、溶接装置に用いる半導体素子の故障による被害拡大を低コストかつ簡単な構成で未然に防止することができ、安全性を向上させる溶接装置として産業上有用である。

本発明は、半導体素子を用いる溶接装置であって、この半導体素子の故障検出を行う溶接装置に関する。

近年、世界的に機器の安全に対する取り組みが強化されている。溶接装置に使用されているサイリスタなどの半導体素子が短絡故障した場合、半導体素子だけの故障にとどまらず、変圧器などの構成部品を同時に焼損させてしまうことがある。そこで、半導体素子が故障短絡した場合の保護の方法が検討されている。

図４は、従来の溶接装置の概略構成図である。図４において、この従来の溶接装置には、サイリスタによる二重星形整流回路が用いられている。この二重星型整流回路は、溶接装置の入力電源を開閉する入力開閉器１と溶接変圧器２とを有する。また、溶接変圧器２は１次巻線２ａと２次巻線２ｂとを備えている。さらに、溶接変圧器２の出力を整流する電力半導体素子であるサイリスタ３ａ〜３ｆを備える。なお、二重星型整流回路が構成されているため、６個のサイリスタ３ａ〜３ｆが並列に接続されている。

電流制限抵抗およびダイオードと直列に接続されたフォトカプラの発光側素子４ａ〜４ｆが、サイリスタ３ａ〜３ｆと並列あるいは逆並列に接続されている。そして、矢印に付した符号Ｋ１〜Ｋ６は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図５は従来の溶接装置の電圧検出部の構成図である。図５において、フォトカプラの受光側素子５ａ〜５ｆの出力が、電圧調整抵抗を介してシーケンス回路を構成するＡＮＤ素子６ａ〜６ｃの入力に接続されている。フォトカップラの受光側素子５ａ〜５ｆのいずれが一つでも受光されない場合、ＡＮＤ素子６ｅの出力はＧＮＤ(接地)出力となる。

図６は従来の溶接装置における入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。なお、図４、図５において矢印で付した符号ｍ１〜ｍ３は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図６において、制御部９は、常開接点（ａ接点）を備えた第１のリレー７と第２のリレー８を有している。第１のリレー７の常開接点は、接続点１ｃと接続されている。また、第２のリレー８の常開接点は、入力開閉器１の接点を動作させるための入力開閉器１のコイル部１ａを介して接続点１ｂと接続されている。

第１のリレー７の常開接点と第２のリレー８の常開接点がオンする（接点が閉じる）ことにより、接続点１ｃと接続点１ｂが接続された状態になると、コイル部１ａに電流が流れて入力開閉器１は閉状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。一方、第１のリレー７の常開接点あるいは第２のリレー８の常開接点がオフする（接点が開く）ことにより、接続点１ｃと接続点１ｂがコイル部１ａを介して接続されない状態になると、コイル部１ａに電流が流れず入力開閉器１は開状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

起動用スイッチ１０がオフの状態では、第１のリレー７のコイルには電流が流れず、第１のリレー７はオフ状態で、接続点１ｃと接続点１ｂの接続は切断された状態となる。従って、入力開閉器１は開状態となる。一方、起動用スイッチ１０をオンにすると、第１のリレー７のコイルに所定の電流が流れ、第１のリレー７がオンとなり、第２のリレー８もオン状態のため、入力開閉器１は閉状態となる。

このような構成により、サイリスタ３ａ〜３ｆのうちいずれか１個あるいは複数のサイリスタ３ａ〜３ｆが短絡故障したときは、対応するフォトカプラの受光側素子５ａ〜５ｆがオフ状態となる。そして、この状態がＡＮＤ素子６ａ〜６ｃにより検知され、第１のリレー７と第２のリレー８を介して入力開閉器１が開状態になる。従って、一次側からの電力供給が遮断され、短絡故障した溶接装置が保護される。なお、この技術内容は特許文献１に開示されている。

しかしながら、このような従来の溶接装置においては、異常検知を行なうシーケンス回路にＡＮＤ素子６ａ〜６ｃを使用しているため、ＡＮＤ素子を駆動するための別電源が必要となる。さらに、ＡＮＤ素子はノイズに弱く、供給される別電源よりやや高いノイズが加わるとすぐに誤動作するおそれがある。

また、従来の溶接装置の制御部９には、ａ接点を備えた第１のリレー７と第２のリレー８が用いられ、起動用スイッチ１０のオン／オフごとにリレーが作動する。起動用スイッチ１０は頻繁にオン／オフされるので、ａ接点で使用される第１のリレー７、第２のリレー８とも、その寿命は極めて短くなり、長時間の信頼性が保証しにくくなる。信頼性を確保するために、しばしばリレー交換が必要となるので、工数、コストがかなりかかってしまう。

国際公開公報ＷＯ２００８／０７２３８７Ａ１

本発明の溶接装置は、半導体素子が故障したときに、簡単かつ低コストで溶接装置の入力電源を遮断し、故障の拡大を防止する。

本発明の溶接装置は、変圧器と、変圧器の１次側に設けられており変圧器に対して交流電力を供給または遮断するためのスイッチ部と、変圧器の２次側に設けられており溶接出力を制御するための半導体素子と、半導体素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部の出力結果に基づき前記スイッチ部を制御する制御部と、を備える。そして、電圧検出部は、ダイオード素子で構成され、変圧器に前記交流電力が供給されているときに半導体素子の両端電圧が通常電圧よりも低いかまたは零であることを検出する。また、制御部は、半導体スイッチング素子で構成され、スイッチ部を開動作して前記変圧器への交流電力の供給を遮断する。

このような構成によって本発明の溶接装置は、半導体素子の電圧を監視し、半導体素子の両端電圧が零かあるいは通常電圧よりも低くなったときに入力電源を遮断して、溶接装置への入力電源の供給を遮断することにより、故障の拡大の防止を簡単な構成かつ低コストで実現することができる。

本発明の実施の形態における溶接装置の概略構成図 本発明の実施の形態における溶接装置の電圧検出部の構成図 本発明の実施の形態における溶接装置の入力開閉器の制御を行う制御部の構成図 従来の溶接装置の概略構成図 従来の溶接装置の電圧検出部の構成図 従来の溶接装置における入力開閉器の制御を行う制御部の構成図

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における溶接装置の概略構成図である。本実施の形態は、溶接装置に多く用いられているサイリスタによる二重星形整流回路に本発明を適用している。

図１に示すように、この二重星型整流回路は、溶接装置の入力電源を開閉する入力開閉器１５と溶接変圧器２０とを有し、溶接変圧器２０は１次巻線２０ａと２次巻線２０ｂとを備えている。さらに、溶接変圧器２０の出力を整流する電力半導体素子であるサイリスタ３０ａ〜３０ｆを備える。なお、二重星型整流回路が構成されているため、６個のサイリスタ３０ａ〜３０ｆは並列に接続されている。

また、電流制限抵抗およびダイオードと直列に接続されたフォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆが、サイリスタ３０ａ〜３０ｆと並列あるいは逆並列に接続されている。なお、図１で矢印に付した符号Ｐ１〜Ｐ６は、それぞれ同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。

図２は本発明の実施の形態における溶接装置の電圧検出部の構成図である。図２において、ｑ２は、この電圧検出部の出力電圧を示す。フォトカプラの受光側素子５０ａ〜５０ｆの出力は、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のカソード側に接続されている。また、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のアノード側は、全て半導体スイッチング素子５００のベースに接続されている。＋Ｖ１は、電源電圧を示す。

図３は本発明の実施の形態における溶接装置の入力開閉器の制御を行う制御部の構成図である。図３において、ｑ１は、この制御部の出力電圧を示す。矢印で付した符号ｑ１、ｑ２は、それぞれ図１、図２における同じ符号の矢印どうしが接続されていることを示している。＋Ｖ２は電源電圧を示す。

本発明の溶接装置の制御部９０の主要部分は、半導体スイッチング素子３００、３０１で構成される。起動用スイッチ１００は、常閉接点（ｂ接点）を備えたリレースイッチである。半導体スイッチング素子３００のベースには、電圧検出部の出力結果（ｑ２）が入力される。半導体スイッチング素子３０１は、半導体スイッチング素子３００のオン／オフの状態および起動用スイッチ１００のオン／オフの状態に基づき制御される。

半導体スイッチング素子３０１の出力ｑ１がハイ状態（抵抗３０２に電流が流れている状態）の場合、出力ｑ１と接続されているコイル部１０ａは、入力開閉器１５が開状態となるように動作する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

逆に、半導体スイッチング素子３０１の出力ｑ１がロー状態（抵抗３０２に電流が流れていない状態）の場合、出力ｑ１と接続されているコイル部１０ａは、入力開閉器１５が閉状態となるように動作する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。

次に、本発明の溶接装置の正常な動作について説明する。

正常動作状態において、サイリスタ３０ａ〜３０ｆは全て逆方向に電圧（通常電圧）が発生している。よって、これらに対応するフォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆは、全て発光している。従って、これらの発光側に対応するフォトカプラの受光側素子５０ａ〜５０ｆは全て導通状態を保持している。

このとき、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６のカソード側は全て一定の電位（電源電圧＋Ｖ１に近い値）を有するので、Ｄ１からＤ６までのどのダイオード素子も導通しない。よって、半導体スイッチング素子５００はオフ状態である。従って、電圧検出部の出力ｑ２の電圧は、ＧＮＤ電位（接地電位）となる。そして、ＧＮＤ電位が制御部９０内の半導体スイッチング素子３００のベースに入力される。よって、半導体スイッチング素子３００はオフ状態である。

ここで、ｂ接点スイッチである起動用スイッチ１００がオフ(閉状態)の場合、半導体スイッチング素子３０１のベースには抵抗３０３、３０４で分圧された一定の電位が入力される。よって、半導体スイッチング素子３０１はオン（導通状態）となる。従って、制御部９０の出力ｑ１は、一定の電圧を有する。このとき、抵抗３０２に電流が流れてこの一定の電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は開状態を保持する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態となる。

一方、ｂ接点スイッチである起動用スイッチ１００がオン(開状態)の場合、半導体スイッチング素子３０１のベースは抵抗３０４を介してＧＮＤ電位となる。よって、半導体スイッチング素子３０１はオフ（非導通状態）となる。従って、制御部９０の出力ｑ１は、抵抗３０２を介してＧＮＤ電圧を有する。このとき、ＧＮＤ電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は閉状態を保持する。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給される状態となる。この状態で、溶接物２００が溶接される。

以上の動作は、起動用スイッチ１００のオン／オフに基づいた正常な機能を呈している。

次に、本発明の溶接装置の異常状態での動作について説明する。

異常状態とは、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのいずれか１個あるいは複数個が故障し、故障したサイリスタのアノード・カソード間が短絡した状態をいう。この場合、短絡故障したサイリスタはカソードに印加される電圧を阻止できなくなる。そして、故障したサイリスタと、２次巻線２ｂに接続された別のサイリスタとにより、溶接変圧器２の２次巻線２ｂに短絡回路が構成され、サイリスタ３０ａ〜３０ｆおよび溶接変圧器２に過大電流が流れる。さらに、その状態が継続する場合、溶接変圧器２の２次巻線２ｂおよび１次巻線２ａを焼損に至らしめることになる。

上記のような状態を防ぐために、本発明の実施の形態における溶接装置では、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのアノード・カソード間電圧をダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６を用いて監視する構成としている。サイリスタ３０ａ〜３０ｆのアノード・カソード間電圧を監視するため、それぞれのサイリスタ３０ａ〜３０ｆに並列あるいは逆並列になるように、フォトカプラの発光側素子４０ａ〜４０ｆを接続する。

ここで、例えば、サイリスタ３０ａ〜３０ｆのうちサイリスタ３０ａが短絡故障したとき、サイリスタ３０ａのアノード・カソード間電圧は零あるいは通常電圧より低い電圧となる。すると、サイリスタ３０ａのアノード・カソード間に接続されたフォトカプラの発光側素子４０ａに電流が流れなくなり、発光側素子４０ａは発光しなくなる。よって、これに対応するフォトカプラの受光側素子５０ａはオフ（非導通状態）となる。

その結果、電圧検出部のダイオード素子Ｄ１のカソード側がＧＮＤ電位になる。よって、半導体スイッチング素子５００がオン(導通状態)となり、電圧検出部の出力ｑ２は、一定の電圧を有する。

この一定の電圧は、制御部９０の半導体スイッチング素子３００のベースに印加される。よって、半導体スイッチング素子３００はオン（導通状態）となり、半導体スイッチング素子３０１のベースには、抵抗３０５、３０４の分圧により、一定の電圧が与えられる。従って、半導体スイッチング素子３０１は導通状態となり、抵抗３０２に電流が流れ、制御部９０の出力ｑ１は、一定の電圧を有する。

このとき、抵抗３０２に電流が流れてこの一定の電圧がコイル部１０ａに印加されるので、入力開閉器１５は開状態となる。すなわち、入力電源が溶接変圧器２に供給されなくなる。

ここで重要なことは、起動用スイッチ１００がオンであっても、オフであっても、入力開閉器１５は開状態になるということである。すなわち、異常状態が検出された場合、強制的に、入力電源が溶接変圧器２に供給されない状態をつくることができる。なお、上記説明では、サイリスタ３０ａのみが短絡故障した場合を想定したが、これ以外のサイリスタ３０ｂ〜３０ｆのいずれが短絡故障しても上記と同様の動作をする。

また、本発明の溶接装置において、このような異常状態を検知する電圧検知部は、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ６で構成され、ＡＮＤ素子が全く使われていない。従って、ＡＮＤ素子を駆動するための別電源が不要である。さらに、ダイオード素子は、ノイズに強く、ＡＮＤ素子を使用する場合と比較すると、異常状態を誤って検出するおそれが極めて小さい。

さらに、本発明の溶接装置の制御部９０は、半導体スイッチング素子３００、３０１で構成され、ａ接点のリレーは全く使われていない。従って、起動用スイッチ１００が頻繁にオン／オフされても、長時間制御部の信頼性が確保できる。半導体スイッチング素子の寿命は、ａ接点のリレーの寿命と比べてはるかに長いので、部品交換等の工数、コストを著しく低減できる。

なお、本発明の溶接装置に使用する起動用スイッチ１００はｂ接点のリレーとして機能しているので、ａ接点として使用する場合よりも長寿命である。

なお、本実施の形態は、三相入力のサイリスタによる二重星型整流回路について述べたが、他の整流回路構成および単相入力の整流回路、他の制御素子よりなる半導体回路にも適用することができる。

本発明は、溶接装置に用いる半導体素子の故障による被害拡大を低コストかつ簡単な構成で未然に防止することができ、安全性を向上させる溶接装置として産業上有用である。

１，１５ 入力開閉器
１０，１００ 起動用スイッチ
２，２０ 溶接変圧器
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ サイリスタ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ フォトカプラの発光側素子
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ フォトカプラの受光側素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ ダイオード素子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ ＡＮＤ素子
７ 第１のリレー
８ 第２のリレー
９，９０ 制御部
３０，３００，３０１，５００ 半導体スイッチング素子

Claims (2)

1. 変圧器と、
   前記変圧器の１次側に設けられており前記変圧器に対して交流電力を供給または遮断するためのスイッチ部と、
   前記変圧器の２次側に設けられており溶接出力を制御するための半導体素子と、
   前記半導体素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の出力結果に基づき前記スイッチ部を制御する制御部と、を備え、
   前記電圧検出部は、ダイオード素子で構成され、
   前記電圧検出部が、
   前記変圧器に前記交流電力が供給されているときに前記半導体素子の両端電圧が通常電圧よりも低いかまたは零であることを検出すると、
   前記制御部が、
   前記スイッチ部を開動作して前記変圧器への前記交流電力の供給を遮断することを特徴とする
   溶接装置。
2. 前記制御部は、半導体スイッチング素子で構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の溶接装置。

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