JPS6056480A - 交流ア−ク溶接機用電撃防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は特に電撃の危険性の高い交流アーク溶接作業を
安全に行うための交流アーク溶接機用電撃防止装置に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の交流アーク溶接機用電撃防止装置は第１図のよう
に溶接用変圧器ＷＴの１次回路に直列に、逆並列に接続
した一対のシリコン制御整流素子５ＧＲ１，５ＧＲ２の
位相制御とすることによって溶接電流の調整ができる溶
接装置に対する電撃防止装置が提供されている。以下に
この交流アーク溶接機用電撃防止装置の構成ならびにそ
の作用と間：低点について説明する。

まずこの交流アーク溶接機用電撃防止装置は溶接用変圧
器ＷＴの１次回路に並列に接続されて２次回路に低電圧
を供給するとともに前記一対のシリコン制御整流素子５
ＣＲ１，ＥＩＲ２の位相制御用電圧を供給する補助変圧
器ＡＴと、前記溶接用変圧器ＷＴの２次回路に挿設した
変流器ＣＴおよび前記交流器ＣＴの２次回路に整流器ｆ
１を経て接続されるコンデンサＣＩ、０２とともに溶接
装置の起動と遅延の両件用を行うリレーＸを有する電流
検出回路と、前記リレーＸの接点Ｘａ＋により前記一対
のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，５ＯＲ２の位相制御
を行うため主としてツェナーダイオードＺＤ、可変抵抗
ＶＲ，コンデンサＣ３よりなる可変時定数回路および一
対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，５ＯＲ２の位相制
御用可変周期パルスの発振を行う単接合トランジスタＵ
ＪＴおよびパルストランスＰＴを有するゲート回路から
構成されている。また１、２は交流電源端子、３は溶接
棒、４は母材である。つぎに作用を説明する０溶接開始
前は溶接棒３が母ｆＡ４から離れているため変流器ＣＴ
が無電流であり、リレーＸは励磁されていない。そのた
め接点Ｘａ＋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ＴＲ＋、ＴＲ２は遮断状
態にある。したがってパルストランスＰＴにパルス出力
はねく一対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，５ＣＲ２
は遮断状態にあり、浴接用変圧器ＷＴ０１次回路は電源
から遮断されている。他方１次側が常に電源へ接続され
ている補助変圧器ＡＴの２次側はリレーＸの接点Ｘｂ＋
を経て溶妾棒３と母材４へ接続され、補助変圧器ＡＴの
巻数比できまる低電圧が溶接棒３と母材４の間に発生し
感電を防止するとともに溶接起動ができるようになって
いる。そして溶接を開始するため溶接棒３を母材４に接
触させると、補助変圧器ＡＴの２次巻線５が短絡されて
ＣＴの１次側に短絡電流が流れ、その２次電流は整流器
Ｒｆ＋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は確実に動作する。このリレーＸの励磁に
より接点Ｘｂ＋が開放し補助変圧器ＡＴの２次回路が開
路され補助変圧器ＡＴは作動から除外されると同時に接
点Ｘａ＋の閉成によりツェナーダイオードＺＤ、可変抵
抗ＶＲ，コンデンサＣ３より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ｔＪＪＴがパルスを発生
し、トランジスタＴ　Ｒ＋　、　Ｔ　Ｒ２は瞬時通電す
る。そしてこのパルスはパルストランスＰＴを通じて一
対のシリコン制御整流素子５ＯＲ１，５ＧＲ２へ位相制
御用パルスとして送られ一対のシリコン制御整流素子５
ＯＲ１，５ＣＲ２は交互にターンオンし、溶接用変圧器
ＷＴは電源に接続され、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から引離すと溶液
中接点ＸＩＬ２の閉合により充電されていたコンデンサ
Ｃ２は放電を開始し変流器ＧＴの２次電流がなくなった
あとも一定時間すレー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により
溶接を再開することができ、また完全に溶接をしない場
合はこの遅延時間後リレーＸの励磁は開放されて最初の
溶接開始前の状態にもどって溶接構３．母材４間にはふ
たたび１色電のおそれのない低い電圧が発生し溶接起動
まちの状態になるのである。

しかしながら前記従来例で示した交流アーク溶接機用電
撃防止装置にはつぎのような問題点がある。

（Ｉ）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２次回路に挿設した変
流３ｉン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幾種類かの電撃防止装置が必要で
機種の統一、標準化の面で製造上甚だ不都合であった。

つま９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２次端子間の最大のインピーダンスをいい、この始動
感度が高い程作業性がよく、シたがって母材４が電気絶
縁性の高い錆や防錆塗膜などで若モ被われていても溶接
の起動ができるが２次出カ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装置が若
干損なわれる。また逆に始動感度が低いと？１１．！１
ｇ防止機能は十分全うされるが溶接開始が円滑に行うこ
とができず著しく作業性が低下する。そのため屋外作業
が多く特に海水などによる２次ケーブル間の絶縁劣化の
発生しやすい造船Ｊ）＋などでは低い始動感度の電撃防
止装置が用いられ、１だ屋内作業が多かったり防錆塗膜
処理のされている母材を多く溶接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提供する必要があり問題点となっ
ていた。

（１１）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２次回路に供給するための補助変圧器ＡＴ
が必要で１だ補助変圧器ＡＴのない場合には２次回路に
分圧回路を設ける必要があり製造コストおよび組立工数
面で不利益であった。

（ｒｌ：）ＩＪレー接点Ｘｂ＋のように電撃防止装置の
起動に伴い補助変圧器ＡＴや分圧回路を溶接用変圧器Ｗ
Ｔの２次回路から除外するだめの接点が必要で、また接
点Ｘｂ＋は起動時の短絡電流の遮断を行うため接点の消
耗も早い。このため接点Ｘｂ＋の補修が必要であり、電
撃防止装置の維持管理コストが増大した。

＜Ｖ）　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２次側巻線５に発生する電圧も変動する。

したがって溶接休止中、溶接用変圧器ＷＴの２次回路に
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
安全性の面で甚だ不都合であった。

（ψ　溶接開始後のゲート回路のコンデンサＣ５にはほ
とんど充電されておらず、電撃防止装置の起動により接
点Ｘａ＋が閉成されて可変抵抗ＶＲとコンデンサＣつの
時定数で定まる時間で充電され単接合トランジスタＵ　
Ｊ　Ｔによりパルス発振を行う。との／こめ電撃防止装
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
れず前記一対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，５ＯＲ
２は遮断状態を続は溶接の起動に少なからず時間がかか
り甚だ円滑に溶接開始ができなかった０ 発明の目的 本発明は前記従来の問題点を解消し、電撃防止装置の始
動感度のり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ｆ：なくし製造工数
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を目
的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明は溶接用変圧器の１
次回路あるいは２次回路に直列に、逆並列接続した一対
のシリコン制御整流素子を接続し、前記一対のシリコン
制御整流素子を定電圧制御回路と定電流制御回路および
ゲート回路を介し位相制御することにより出力電圧や溶
接電流の調整が可能な交流アーク溶接機を構成し、前記
交流アーク溶接機の１次回路または２次回路の電流を検
出する電流検出回路を設け、前記電流検出回路に増幅率
可変な電圧増幅回路、整流回路、電圧比較回路、信号遅
延回路およびリレー駆動回路を順次直列に接続し、前記
リレー駆動回路により溶接休止時と溶接時でそれぞれ異
なる前記一対のシリコン制御整流素子の位相制御用パル
スを出力する前記ゲート回路をそれぞれ前記設定電圧制
御回路あるいは前記定電流回路に選択的に接続したもの
である。この構成により一対のシリコン制御整流素子の
導通角を変化させて溶接休止中、交流アーク溶接機の２
次端子間に安定な低電圧を供給するとともに前記電圧増
幅回路の増幅率を変えることによシ溶接開始時の始動感
度を変えるものである。

実施例の説明 以下、本発す］の一実施例につき図面の第２図に沿って
説明する。

１、　２．　３．４は従来と同様の電源端子、電源端子
、溶接棒、旬１オである。交流アーク溶接機としては、
溶接用変圧器ＷＴの１次回路に直列に、逆並列に接続し
た一対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，５ＣＲ２ｆ：
接続し、この一対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１，，
５ＣＲ２を位相制御することによって溶接電流および無
負荷時の２次電圧の調整ができる。１１．１２．１３は
それぞれ定電圧制御回路、定電流制御回路およびゲート
回路である。そして定電圧制御回路１１および定電流制
御回路１２はそれぞれリレーＯＲの常閉接点ＣＲ−１ａ
および常開接点０Ｒ−１ａを介してゲート回路１３に選
択的に接続されている。そしてゲート回路１３の出力パ
ルスは一対のシリコン制御整流素子ＳＣ；Ｒ１，５ＧＲ
２の各ゲートＧ１．Ｇ２〜カソードに１．　Ｋ２間に加
えられる。なお前記出力パルスの周期は、リレーＯＲの
常閉接点ＣＲ−１ｂ、常開接点０Ｒ−１ａを介して接続
されている定電圧制御回路１１または定電圧制御回路１
２の出力電圧により制御される。そして定電圧制御回路
１１は、溶接用変圧器ＷＴの１次回路と並列に接続され
る降圧トランスＤＴの２次回路に接続され、その２次回
路の電圧を内部の基準電圧と比較して溶接休止時、溶接
用変圧器ＷＴの２次回路に一定の低電圧が出力されるよ
うゲート回路１３に対し制御電圧を出力する。したがっ
て電源電圧Ｖｓの変動に対しても溶接用変圧器Ｗ　Ｔの
２次側には、常に一定の低電圧が出力されることになる
。

また定電流制御回路１２は、溶接時、溶接用変圧器ＷＴ
の２次回路に直列に接続された分流器ＳＨからのフィー
ドバック電圧を増巾・整流後、溶接電流調整用可変抵抗
ＶＲａ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に対し制御電圧が出
力される。

なおＣＴは前記交流アーク溶接機の２次回路に挿設され
た変流器、Ｒ５−Ｒ８はリレーＯＲの常閉接点０Ｒ−２
ｂあるいは常開接点０Ｒ−２ａを介して前記変流器ＧＴ
の２次回路に直列に接続される抵抗、またＶＲ＋〜ＶＲ
５はＯＰアングを使用した電圧増「１］回路４の増巾率
を決定する可変抵抗、ＳＷは前記変流器ＣＴの２次回路
に接続される抵抗や電圧増幅回路１４の増巾率を切換え
るスイッチである０以上の変流器ＣＴ、抵抗Ｒ５〜Ｒａ
、内ッチＳＷ、常閉接点０Ｒ−１ｂ＋　常開接点０Ｒ−
１ａで本実施例の電流検出回路を構成する。また１５．
１６．１７はそれぞれ整流回路、電圧比較回路、単安定
マルチバイブレータ、Ｒ，Ｃは信号の遅延時間を設定す
る抵抗およびコンデンサで、Ｒ−Ｃの値を適当に選ぶこ
とにより自由に遅延時間を設定することができる。そし
て前記単安定マルチバイブレータ１７と抵抗Ｒとコンデ
ンサＣにより信号遅延回路を構成する。また単安定マル
チバイブレータ１７の出力側にリレー駆動用回路として
トランジスタＴｒを接続し、リレーＯＲへの通電を制御
する。なおり、ＥはそれぞれリレーＣＲ開路時の逆起電
力バイパス用ダイオードおよび単安定マルチバイブレー
タ１ＴおよびリレーＯＲの動作用直流電源である。

つき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ＧＲはトランジスタ
Ｔｒにより開路状態になっていてリレーＯＲの各接点は
第２図の通りの状態になっている。したがって、定電圧
制御回路１１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５ＣＲ１，５ＣＲ２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電圧（第３図参照）が、溶接棒
３．母材４間に出力される。

（１１）溶接開始時 溶接を開始するため溶接棒３を母材４に接触させると溶
接用変圧器ＷＴの２次回路が短絡され変流器ＣＴの１次
側に短絡電流が流れ、変流器ＣＴの２次回路に接続され
る抵抗Ｒ５に電圧が発生する。この電圧は、電圧増巾回
路１４および整流回路１５を経て電圧比較回路６で予め
与えられた基準電圧と比較され基準電圧を越えた場合に
は電１ｉ比較回路１６より単安定マルチバイブレータ１
了に出力パルスが送られ、その出力パルスの立」二りあ
るいは立下がりを検出して単安定マルチバイブレータ１
７は、Ｒ−Ｃで設定されている遅延時間、トランジスタ
Ｔｒに出力を出しつづける。これによってトランジスタ
Ｔｒは遮断状態から導通状態になりリレーＯＲが通電状
態となって動作する。そしてリレーＯＲの励磁によって
ゲート回路１３は定電圧制御回路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２次回路に接
続される抵抗はＲ５−Ｒ７から抵抗Ｒ８に接続される。

また変流器ＧＴの２次回路に接続される抵抗Ｒ８に発生
する電圧が増＋１１・整流後、電圧比較回路１６の基準
電圧を越えない場合はリレーＯＲは動作せず各接点は第
２図の状態を続ける。したがって、変流器ＣＴの２次Ｉ
１１に発生する電圧は２次側に接続される抵抗Ｒ５〜Ｒ
７および電圧増巾回路１４の増巾率設定用の可変抵抗Ｖ
Ｒ＋〜ＶＲ３を変えることにより自由に電圧比較回路１
６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、リレーＣＲを自由に動イ乍させることができ
る。このことから予め抵抗Ｒ５〜Ｒ７や可変抵抗ＶＲ＋
〜ＶＲ３の値を設定しておくことにより溶接用変圧器Ｗ
Ｔの２次回路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ッチＳＷにより選定することに
よってリレーＯＲの動作を制御し溶接の開始ができると
ともに溶接を開始できなくすることができるのである。

以上のことから電撃防止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のである。

６１１）溶接時 溶接開始に」：って変流３ＣＴの１次側には常に溶接電
流が流れる。これによって変流器ＣＴの２次側に接ｂ″
しされる負荷Ｒ８には電圧増巾回路１４の増巾後常に電
圧比較回路６の基準電圧を越える電圧か発生するＬうに
設定しておくと単安定マルチバイブレータ１７は遅延時
間の間出力を出しつつける。そしてこの遅延時間を電掠
の周期より長くなるようにＲ，Ｃを設定しておくと実質
的には単安定マルチパイプレーク１７と出力パルスを出
しつづけてトランジスタＴｒは導通状態をつづける。し
たがってリレーＯＲは励磁されｈ；け、定′１概流制御
回路１２による定電流制御かなされ、溶接が持続するの
である（第３図参照）。

なお溶接時と溶接休止時でリレーＯＲの常閉接点０Ｒ−
２ｂ、常開接点ｃ　Ｒ−２ａを使ッテ変流器ＧＴの２次
回路に接続される負荷Ｒ５〜Ｒ７、Ｒｅを切換えるのは
、溶接開始時の変流器ＣＴの１次回路の短絡電流は比較
的小さいのに対し、溶接時変流器ＣＴの１次回路の溶接
電流が大きいため、変流器ＣＴが飽和状態となって抵抗
Ｒ５〜Ｒ７に溶接を接続するだけの十分な出力電圧が得
られないので、十分な出方電圧が得られるようＲ５−Ｒ
７より大きな値の抵抗Ｒ８に接続するものである。

（Ｖ）　溶接終了時 溶接が終了し溶接棒３を母材４から引離すと変流器ＣＴ
の１次側の電流がなくなる。したがって、変流器ＣＴの
２次側の回路に接続した抵抗Ｒ８には電圧が発生しなく
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
くなった後もＲ−Ｃｉで設定した時間出力パルスを出し
つづける。これによって溶接終了後も一定時間すなわち
Ｒ−Ｃできまる遅延時間トランジスタＴｒは導通状態を
保持し変流器ＯＲは励磁されたま捷となる。そしてこの
遅延時間後に第２図の状態に戻り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によれば、つぎのような優れた効果
を奏するものである。

（１）了め幾種類かの電撃防止始動感度が設定でき１、
溶接作業に応じて使い分けできるとともに機種の統一・
標準化が図れる。

（１１）溶接起動に必安な低電ＩＥを溶接用変圧器の２
次回路に供給する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。

ΦＯ電撃防止の起動に伴うｉｍ記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
など電撃防止の維持慎理費の低減が図れ、また寿命も増
大する。

（φ　溶接休止中、定電圧制御回路により常に溶接用変
圧器２次側にニ定の低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の始動感度の変化がなく電撃防
止使用上きわめて高い安全性が確保できる。

（Ｖ）　ゲート回路は溶接休止中も常に動作状態にあり
電撃防止の起動と同時に円滑な溶接が開始できる。

なお以上の効果は一対のシリコン制御整流素子５ＣＲ１
，５ＣＲ２を溶接用変圧器ＷＴの２次回路に接続しても
、また変流器ＣＴが溶接用変圧器ＷＴの１次回路に挿設
されても得られるものである０

【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。 ２・・・・・・電源端子、ＷＴ・・・・・溶接用変圧器
、５ＣＲ１，５ＣＲ２・・・・・・シリコン制御整流素
子、Ｇ１゜Ｇ２・・・・・・ゲート、Ｋｌ、に２・・・
・・・カソード、３・・・・・・溶接棒、４・・・・・
・母１オ、ＯＴ・・・・・・変流器、１１・・・・・・
定電圧制御回路、１２・・・・・・定電流制御回路、１
３・・・・・・ゲート回路、１４・・・・・・電圧比較
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
、ＤＴ・・・・・・降圧トランス、ＳＨ・・・・・・分
流器、Ｒｓ〜Ｒ８・・・・・・抵抗、ＶＲｊ〜ＶＲｓ・
・・・・可変抵抗、ＳＷ・・・・・・スイッチ、ＶＨ２
・・・・・・溶接電流調整用可変抵抗、Ｒ・・・・・抵
抗、Ｃ・・・・・・コンデンサ、Ｔｒ・・・・・・トラ
ンジスタ、ＣＲ・・・・・・リレー、０Ｒ−１ａ、０Ｒ
−１ｂ、ＣＲ−２ａ、０Ｒ−２ｂ・・・・・・リレーＯ
Ｒの接点、ｖＳ・・・・・・溶接用電源電圧、Ｅ・・・
・・・直流電源。 代理人の氏名　弁即士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接用変圧器の１次回路あるいは２次回路に直列に、逆
   並列接続した一対のシリコン制御整流素子を接続し、前
   記一対のシリコン制御整流素子を定電圧制御回路と定電
   流制御回路およびゲート回路を介し位相制御することに
   より出力電圧や溶接電流の調整が可能な交流アーク溶接
   機を構成し、前記交流アーク溶接機の１次回路または２
   次回路の電流を検出する電流検出回路を設け、前記電流
   検出回路に増巾率可変な電圧増巾回路、整流回路。 電圧比較回路、信号遅延回路およびリレー駆動回路を順
   次直列に接続し、前記リレー駆動回路により溶接休止時
   と溶接時でそれぞれ異なる前記一対のシリコン制御整流
   素子の位相制御用パルスを出力する前記ゲート回路をそ
   れぞれ前記定電圧制御回路あるいは前記定電流制御回路
   に選択的に接続した交流アーク溶接機用電撃防止装置。