JPS6241837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サイリスタを用いてサイリスタの導
通角位相制御により溶接電圧の調整を行う直流ア
ーク溶接機に関するものである。

第１図は、従来からよく用いられているサイリ
スタの導通角位相制御により溶接電圧の調整を行
う相間リアクトル付三相二重星型整流方式の直流
アーク溶接機の一例である。図において、１は三
相交流用主変圧器一次側巻線である。２ａ〜２ｆ
は三相交流用主変圧器二次側巻線であり、２ａ，
２ｂ，２ｃの各相電圧は互いに120゜ずつの位相
差があり、２ｄ，２ｅ，２ｆの各相電圧も互いに
120゜ずつの位相差がある。またそれぞれの巻線
の中性点が結ばれており、２ａと２ｄ、２ｄと２
ｅ、２ｃと２ｆは互いに逆の極性になるような巻
線方向に巻かれており、結局２ａ〜２ｆの各相電
圧は互いに60゜ずつ位相差がある。３ａ〜３ｆは
主変圧器の二次側巻線の各相にそれぞれ陰極側を
接続した溶接電圧調整用サイリスタであり、サイ
リスタ３ａ〜３ｃの陽極同志および３ｄ〜３ｆの
陽極同志は接続されており、その中間に相間リア
クトル４が接続されている。そして相間リアクト
ル４の中性点に直流リアクトル５が接続され、こ
の直流リアクトル５と主変圧器二次側巻線２ａ〜
２ｆの中性点との間に溶接負荷６を接続して相間
リアクトル付二重星型整流回路を構成している。
また、保護ヒユーズ７を介して一次入力側と接続
されている巻線８は、サイリスタ３ａ〜３ｆの点
弧を一次側三相交流電圧に同期させる働きをなす
三相交流用補助変圧器（単相トランスを３個使用
することもある）の一次側巻線であり、９ａ，９
ｂ，９ｃはその二次側巻線である。

１０はサイリスタ３ａ〜３ｆの導通角を制御す
るゲート点弧回路であつて、ゲート配線１１によ
りサイリスタ３ａ〜３ｆと結ばれる（図において
は図を明瞭にするため接続を省いている）。また
１２は主変圧器および制御回路の開閉を行う入力
開閉器であり、保護ヒユーズ７はゲート点弧回路
１０および三相交流用補助変圧器の保護をする。

従来このように三相交流主変圧器にサイリスタ
を応用して、サイリスタの導通角制御により溶接
電圧を可変する直流アーク溶接機においては、前
記保護ヒユーズ７のうち１本が溶断した場合、あ
るいは入力開閉器１２の三接点のうちの一接点の
投入不良などにより、溶接機が完全な三相入力で
運転されなかつた場合、小電流溶接時は溶接アー
クが不安定になるので発見が比較的容易である
が、大電流溶接時は溶接アークが結構安定に持続
するので、そのまま運転を続けられることが多
い。この場合、保護ヒユーズ７の溶断あるいは入
力開閉器１２の接点投入不良など種々のトラブル
状況によつて異なるが、通常６本のサイリスタの
うち２本または４本が導通していることが多い。
このとき不導通になつたサイリスタがそのときま
で分担していた電流が、他の導通しているサイリ
スタに分かれて流れ込むため、導通しているサイ
リスタおよびそのサイリスタと結ばれている主変
圧器二次側巻線に定格値以上の電流が流れて異常
な温度上昇を引き起こし、単なる保護ヒユーズの
溶断やあるいは開閉器の接点投入不良が、連鎖的
にサイリスタを破壊したり、ついには主変圧器を
焼損に至らしめるという大事故をしばしば引き起
こしていた。

第１図によつて具体的に数値をもつて説明する
と、いま溶接電流300A定格の溶接機において、
最大定格である300Aの溶接電流を流していた場
合、第１図の６本のサイリスタ３ａ〜３ｆおよび
主変圧器二次側巻線２ａ〜２ｆはそれぞれ50Aの
分担電流（サイリスタ３ａ〜３ｆや二次側巻線２
ａ〜２ｆにとつては、この50Aが上限定格であ
る）を負担していることになる。そしてもしも３
本の保護ヒユーズ７のうち一本が溶断したりする
と、ゲート点弧回路に動作不良が生じて、ゲート
点弧信号が切れてしまつて不導通になるサイリス
タが生じる。いま例えばサイリスタ３ａ，３ｄが
不導通になつたとし、それにもかかわらずいまま
で通り300Aの溶接を続けたとすれば、それまで
サイリスタ３ａ，３ｄおよび主変圧器二次側巻線
２ａ，２ｄで分担していた50Aずつ合計100Aの
電流を他のサイリスタ３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆお
よび他の主変圧器二次側巻線２ｂ，２ｃ，２ｅ，
２ｆが余分に分担しなければならない。その場
合、導通しているサイリスタ３ｂ，３ｃ，３ｅ，
３ｆおよび主変圧器二次側巻線２ｂ，２ｃ，２
ｅ，２ｆは、この100A分を平等に分担するわか
ではなく、極端な不平衡な分担になるが、波形率
が非常に悪くなつて負担が急激に増加する。した
がつてそのまま溶接を続けていると、サイリスタ
３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆおよび主変圧器二次側巻
線２ｂ，２ｃ，２ｅ，２ｆは異常な温度上昇が続
き、やがて許容温度を越えてサイリスタは連鎖的
に破壊し主変圧器は焼損に至る。

本発明は、このような単なる保護ヒユーズの溶
断や、入力開閉器の接点投入不良などによつて、
溶接機が完全な三相交流入力でない状態で運転を
続けられた場合に、サイリスタを連鎖的に破壊し
たり、ついには主変圧器を焼損に至らしめるとい
う大事故を防止する回路を提案することにある。

以下本発明の詳細を図面により説明する。第２
図は、本発明の一実施例であつて、第２図の回路
図中の番号は、第１図の回路図のそれと対応させ
てあり、１は三相交流用主変圧器一次側巻線、２
ａ〜２ｆは互いに60゜ずつ位相差を持つ三相交流
用主変圧器二次側巻線、３ａ〜３ｆは溶接電圧調
整用サイリスタ、４は相間リアクトル、５は直流
リアクトル、６は溶接負荷、７は保護ヒユーズ、
８は三相交流用補助変圧器の一次側巻線、９ａ，
９ｂ，９ｃは同じく三相交流用補助変圧器の二次
側巻線、１０はサイリスタ３ａ〜３ｆの導通角を
制御するゲート点弧回路、１１はサイリスタのゲ
ートへ接続するゲート配線（第２図においては図
を明瞭にするため接続を省いている）、１２は主
変圧器および制御回路の開閉を行う入力開閉器で
ある。１３は本発明によつて新しく追加された制
御回路であつて、ゲート配線１１の中間にそれぞ
れ挿入されたリレーCRの常時閉接点CRbが、保
護ヒユーズ７の溶断や、入力開閉器１２の接点投
入不良の際に、すぐさま開いてすべてのサイリス
タの点弧を停止させ、溶接機の運転を停止させ
る。

いま入力開閉器１２が投入され、三相用補助変
圧器の三つの相の二次側巻線９ａ〜９ｃにすべて
電圧が出ている場合を考えてみる。三つの相の二
次側電圧のうち、二次側巻線９ａに生じる二次側
電圧はダイオードD₁を通して半波整流され、コ
ンデンサC₁によつて平滑される。この平滑され
た電圧はツエナーダイオードZD₁（平滑電圧の3/
４程度のツエナー電圧を持つツエナーダイオード
を選定しておく）と抵抗R₁を通してスイツチン
グ素子としてのトランジスタQ₁にベース電流を
流すので、トランジスタQ₁はONする（抵抗R₂は
トランジスタQ₁を安定に動作させるバイアス抵
抗である）。

同様に他の二つの相の二次側巻線９ｂ，９ｃに
生じる二次側電圧もそれぞれ半波整流および平滑
され、それぞれスイツチング素子としてのトラン
ジスタQ₁′およびQ₁″にベース電流を流すので、
トランジスタQ₁′およびQ₁″はONする。このよう
にしてすべてのトランジスタQ₁，Q₁′，Q₁″がON
しているときは、直流電圧源Vcから抵抗R₃，
R₃′，R₃″を通して流れる電流はそれぞれトランジ
スタQ₁，Q₁′，Q₁″の方へ流れ込むため、ダイオ
ードD₂，D₂′，D₂″を通してトランジスタQ₀へ流
れ込むベース電流は零である（抵抗R₀はトラン
ジスタQ₀を安定に動作させるバイアス抵抗であ
る）。したがつてトランジスタQ₀はOFFしてお
り、リレーCRのコイルには電流が流れず、リレ
ーCRは動作しない。リレーCRが動作していない
場合は、リレーCRの常時閉接点CRbも閉じてい
るので、サイリスタ３ａ〜３ｆのゲートはゲート
配線１１およびリレーCRの常時閉接点CRbを通
してゲート点弧回路１０と接続されて、サイリス
タは通常通り点弧する。

しかしながら、もしも保護ヒユーズ７のうち一
本が溶断したり、あるいは入力開閉器１２の三接
点のうちの一接点の投入不良などにより、補助変
圧器に完全な三相交流入力が入らなくなつて、例
えば補助変圧器二次側巻線９ａの二次側電圧が零
になつたり、あるいは半減したりすると、ダイオ
ードD₁を通してコンデンサC₁で平滑される電圧
も零もしくは半減するので、トランジスタQ₁に
ベース電流は流れない（ツエナーダイオードZD₁
のツエナー電圧は、コンデンサC₁の通常の平滑
電圧の3/4程度の電圧を送定してあるので、半減
した場合にはツエナーダイオードによつて、トラ
ンジスタQ₁へ流れ込むベース電流が阻止され
る）。

したがつてこのとき、トランジスタQ₁がOFF
となるので、直流電圧源Vcより抵抗R₃およびダ
イオードD₂を通して、トランジスタQ₀へベース
電流が流れ込んで、トランジスタQ₀がONする。
トランジスタQ₀がONすると、リレーCRのコイ
ルに電流が流れてリレーCRが動作し、リレーCR
の常時閉接点CRbが開いてサイリスタ３ａ〜３ｆ
のゲートはゲート点弧回路１０と遮断されるの
で、サイリスタ３ａ〜３ｆはすぐに不導通とな
り、溶接が停止する。

同様に補助変圧器二次側巻線９ｂの二次側電圧
が零もしくは半減すると、トランジスタQ₁′が
OFFになつてトランジスタQ₀がONする。また同
様に補助変圧器二次側巻線９ｃの二次側電圧が零
もしくは半減してもトランジスタQ₁″がOFFにな
つて、やはりトランジスタQ₀がONする。トラン
ジスタQ₀がONすれば、リレーCRのコイルに電
流が流れてリレーCRが動作し、リレーCRの常時
閉接点CRbが開いてサイリスタ３ａ〜３ｆのゲー
トはゲート点弧回路１０と遮断されるので、サイ
リスタ３ａ〜３ｆはすぐに不導通となり、溶接が
停止する。

したがつて補助変圧器二次側巻線９ａ，９ｂ，
９ｃのいずれかの二次側電圧が零もしくは半減す
ると、必ずトランジスタQ₀がONとなり、リレー
CRが動作して、サイリスタ３ａ〜３ｆのゲート
点弧回路を遮断し、溶接機の運転を停止すること
ができる。

このように本発明は、単なる保護ヒユーズの溶
断や、入力開閉器の接点投入不良などによつて、
溶接機が完全な三相交流入力でない状態で運転を
続けられた場合に、サイリスタを連鎖的に破壊し
たり、ついには主変圧器を焼損に至らしめるとい
う大事故を未然に防止することができるので、機
器の信頼性や安全性に寄与するところ極めて大で
ある。

なお第２図中、保護ヒユーズ７のうち一本が溶
断したり、あるいは入力開閉器１２の三接点のう
ち一接点の投入不良などによつて、補助変圧器に
完全な三相交流入力が入らなくなつても、補助変
圧器の三つの相の二次側電圧のうち、必ず一つの
相の２次側電圧は全々影響を受けないことを考慮
して第２図の制御回路１３のD₁″，ZD₁″，C₁″，
R₁″，R₂″，Q₁″，R₃″，D₂″を省き、二つの相だけ
の二次側電圧を検出することによつて、リレー
CRを動作させることも可能である。また第２図
中、サイリスタ３ａ〜３ｆのゲートとゲート点弧
回路１０の遮断を、リレーCRの接点などを介さ
ないで、直接トランジスタQ₀でゲート点弧回路
１０のゲート信号を短絡することも可能である。

なお第３図は、本発明を三相交流用主変圧器の
一次側にサイリスタを接続して二次側電圧の調整
を行う直流アーク溶接機に適用したものであつ
て、第３図中の番号は、第２図の回路図のそれと
対応させてある。ただし、２は主変圧器二次側巻
線、４′は主変圧器二次側電圧を全波整流するダ
イオードである。そしてその動作は第２図の場合
と全く同様であるので、説明は省略する。

以上のような構成よりなる本発明の直流アーク
溶接機によれば、単なる保護ヒユーズの溶断や入
力開閉器の接点投入不良などによつて溶接機が完
全な三相交流入力でない状態で運転を続けられた
場合に、サイリスタを連鎖的に破壊したり、つい
には主変圧器を焼損に至らせるという大事故を発
生させることなく、サイリスタの導通角位相制御
により溶接電圧の調整を機器の信頼性や安全性を
向上させて行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から用いられている三相交流用主
変圧器の二次側にサイリスタを接続して溶接電圧
の調整を行う直流アーク溶接機の一例の電気回路
図、第２図は第１図の直流アーク溶接機に本発明
を適用した直流アーク溶接機の一実施例の電気回
路図、第３図は三相交流用主変圧器の一次側にサ
イリスタを接続して溶接電圧の調整を行う直流ア
ーク溶接機の一例に本発明を適用した直流アーク
溶接機の他の実施例の回路図である。 １……三相交流用主変圧器一次巻線、２，２ａ
〜２ｆ……同二次側巻線、３ａ〜３ｆ……サイリ
スタ、６……溶接負荷、７……保護ヒユーズ、８
……三相交流用補助変圧器の一次巻線、９ａ，９
ｂ，９ｃ……同二次巻線、１０……ゲート点弧回
路、１２……入力開閉器、１３……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 三相交流用変圧器の二次側もしくは一次側に
   接続したサイリスタと、このサイリスタの導通角
   を制御して溶接電圧の調整を行うゲート点弧回路
   と、前記三相交流用主変圧器と並列に接続した前
   記ゲート回路の駆動用電源として用いる三相交流
   用補助変圧器と、この三相交流用補助変圧器の三
   つの相もしくは二つの相の二次側電圧をそれぞれ
   別個に半波もしくは全波整流する整流回路と、こ
   の整流回路それぞれにツエナーダイオードを介し
   て接続され前記整流回路によつて別個に整流され
   た二次側電圧の大きさによりON−OFFするスイ
   ツチング素子と、このスイツチング素子のON−
   OFF状態により前記サイリスタをゲート点弧回
   路から遮断するスイツチング回路とで構成したこ
   とを特徴とする直流アーク溶接機。