KR910006099B1 - 아크 용접용 전원의 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

아크 용접용 전원의 제어장치

제1도는 본 발명을 구체화한 실시예의 블록도.

제2도는 제1도중의 출력측 인버터부의 회로구성도.

제3도는 제1도중의 전류제어 회로의 회로구성도.

제4도는 본 발명의 일실시예를 구체화한 블록도.

제5도는 제1도 및 제4도의 실시예의 동작 파형도.

제6도는 종래의 블록도.

제7도는 종래예의 동작 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 입력측 인버터부 4 : 주변압기

6 : 출력측 정류부 7 : 리액터

8 : 콘덴서 9 : 출력측 인터버부

5, 11, 12 : 전류제어계 13 : 전류제어회로

14 : 제1의 전류설정기 15 : 제2의 전류설정기

16, 21, 23 : 구형파 신호발생수단

19 : 제3의 전류설정기 20, 22 : 극성반전 규제수단

24 : 구동회로

본 발명은 아크 용접용 전원, 특히 인버터 제어형 교류 TIG 용접용 전원에 있어, 과대한 과도전압을 발생하는 일 없이 출력전류의 극성반전을 안정, 확실하게 행하는 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

근년에 인버터 제어의 채용에 의하여 소형 경량화를 도모한 교류직류 겸용 아크 용접전원이 실용화되고 있다. 제6도에 그 회로구성을, 제7도에 그 동작파형을 나타낸다.

제6도에 있어서, 상용 전원으로 부터 입력단자(1)에 인가된 교류전압을 입력측 정류부(2)에 의하여 직류로 정류하고, 이것을 입력측 인버터부(3)에서 고주파 교류(예를 들면 20KHz)로 변환하여 주변압기(4)에 인가한다.

주변압기(4)에 의하여 용접에 적합한 전압으로 강압된 교류전압을 전류검출기(5)를 거쳐 출력측 정류부(6), 리엑터(7), 콘덴서(8)에 의하여 평활된 직류로하고, 이것을 출력측 인버터부(9)에서 다시 교류로 변환하여 출력단자(10)로 부터 아크부하(도시 생략)에 공급한다.

여기서 출력교류설정기(14)의 설정치는 전류제어회로(13)를 거쳐 오차 증폭기(12)에서 전류검출기(5)의 검출치와 비교되고, 양자가 동등해지도록 펄스폭 제어회로(11)에서 입력측 인버터부(3)의 출력펄스폭이 제어된다.

한편, 구형파 발생기(16)로 부터는 반전 주파수설정기(17), 정극성 역극성 비율설정기(18)의 설정치에 대응한 반복주파수와 듀티비를 가진 기준구형파 신호가 발생하고, 이 기준구형파 신호의 상승, 하강시에 구동회로(24)를 거쳐 출력측 인버터부(9)가 출력전류의 극성반전을 행한다. 이 관계를 나타낸 것이 제7도이다. 또한, 출력측 인버터부(9)는 제2도에 나타낸 바와 같이 반전용 트랜지스터(T₁∼T₄), 다이오드(D₁∼D₄)를 브릿지 접속하여 구성되고, 상기와 같이 기준 구형파 신호의 상승, 하강에 동기하여 T_1,T₂와 T₃, T₄의 2조의 트랜지스터를 교대로 온·오프 시키면 출력은 교류가 되고, 구형파발생기(16)의 출력을 ＂0＂ 또는 ＂1＂로 유지하여 어느 한조의 트랜지스터를 계속 온으로 유지시키면 출력은 직류가 된다.

제6도에 있어서, 출력전류의 극성반전시에 주변압기(4)로 부터 공급되는 전압만으로서는 아크를 재점호(再点弧) 시킬 수가 없는 경우 부하전류의 급격한 감소에 의하여 출력회로의 리액터(7)에 과도전압이 발생하고, 이 과도전압의 크기는 리액터(7)의 인덕턴스 값과 극성반전시에 흐르고 있는 전류치에 의하여 결정된다. 제6도의 회로에서는 극성반전시의 전류치를 예를 들면 300A 내지 100A 이하까지의 광범위에 걸쳐 변화하고, 이에 대응하여 극성반전시에 리액터(7)에 발생하는 과도전압도 광범위에 걸쳐 변화한다. 이 때문에 과도전압이 과대한 경우, 이것을 흡수하여 출력측 인버터부(9)의 트랜지스터 등의 파괴를 방지하기 위한 대용량의 콘덴서(8)와, 과도전압이 너무작아 콘덴서(8)의 전압이 재점호 전압에 달하지 않는 경우, 아크의 재점호에 필요한 전압(대략 200V 이상)을 공급하는 대용량의 점호보조회로(25)가 필요하게 되어 장치가 고가의 것이 된다. 또, 과대한 과도전압의 발생을 피하려고하면 리액터(7)의 인덕턴스 값에 제한을 받아, 전류리플의 평활화가 충분히 되지 않거나, 콘덴서(8)의 용량을 크게함으로써 출력제어의 응답성이 손상되는 일도 있다.

본 발명의 목적은 과대한 과도전압을 발생하는 일이 없고 안정되고 확실한 극성반전 동작을 행하고, 또 경제적인 인버터 제어형의 아크용접용 전원을 제공하는데 있다.

본 발명은 입력측 인버터부의 고주파 교류 출력을 강압, 정류하여 리액터와 콘데서에 의하여 평활하게 한 직류를 출력 인버터부에서 극성반전시켜 다시 교류로 변환하여 아크 부하에 공급하고, 입력측 인버터부에서 출력 전류를 제어하는 아크용접용 전원에 있어서, 출력전류의 극성반전 직전에 전류제어계의 전류설정치를 절환함으로써 출력전류치를 변화시켜 대략 소정의 전류치가 도되었을 때에 극성반전을 행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아크 용접용 전원의 제어방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명의 소정의 위상차를 갖는 2개의 제어용 구형파신호를 발생하는 수단과, 정상의 출력전류치를 설정하는 제1의 전류설정기와, 극성반전시의 출력전류치를 설정하는 제2의 전류설정기와, 상기 양구형파 신호중 진행하는 위상인 구형파신호의 상승, 하강에 동기하여 전류제어계의 출력전류 설정치를 상기 제1의 전류설정기의 설정치로 부터 상기 제2의 전류설정기의 설정치로 이행시키는 전류제어회로와, 상기 양 구형파신호중 지연되는 위상인 구형파신호의 상승, 하강에 동기하여 출력측 인버터부를 반전 동작시키는 구동회로를 구비하고, 출력전류치가 상기 제2의 전류설정기의 설정치와 거의 같아졌을 때에 출력전류의 극성반전을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 아크용접용 전원의 제어장치이다.

또, 일실시예로서, 상기 발명의 구성요소에 부가하여 상기 제2의 전류설정기의 설정치보다 높은 극성반전시의 상하 전류치를 설정하는 제3의 전류설정기와, 상기 양 구형파 신호의 위상차에 상당하는 지연시간이 경과한 것을 나타내는 신호와 출력전류치가 상기 제3의 전류 설정기의 설정치 이하인 것을 나타내는 신호와의 일치를 조건으로 하여 상기 지연위상 구형파신호를 발생시켜 출력전류의 극성반전을 가능하게 하는 극성반전 규제수단을 구비하여, 출력전류치가 상기 제3의 전류설정기에 설정된 상한 전류치 이하가 아니면 극성반전을 행하지 않도록 구성한다.

본 발명의 대상이 되는 아크 용접용 전원은 출력회로에 전류리플을 평활화 하기 위한 리액터를 삽입하고 있어 출력전류의 극성반전시에는 그때 흐르고 있는 전류치에 따른 과도전압이 리액터에 발생한다. 따라서 본 발명과 같이 출력전류의 극성반전의 직전에 출력전류치를 변화시켜 대략 소정의 전류치에서 극성반전을 행하게 함으로써, 극성반전시에 발생하는 과도전압을 평준화하여 대전류응접시에 과대한 과도전압을 발생하는 일이 없을 뿐만 아니라, 소전류 용접시에도 극성반전시의 과도전압으로 출력회로의 콘덴서를 재점호 전압이상으로 충전하고, 그 전압을 아크부하에 인가함으로써 아크를 안정되게 지속시킬 수가 있다.

본 발명에서는 소정의 위상차를 가진 2개의 구형파 신호를 사용하고, 그중 진행위상의 구형파신호의 상승, 하강시에 출력전류 설정치의 절환을 행하고, 지연위상의 구형파신호의 상승, 하강시에 출력전류의 극성반전을 행하고 있고, 양 구형파신호의 위상차에 상당하는 지연시간은 반전 직전의 출력전류치의 변화에 충분한 시간을 부여한다. 이에 의하여 본 발명의 기능을 용이하게 실현할 수가 있고, 또 상기 지연시간내에 출력전류치를 정상인 출력전류설정치로 부터 극성반전시의 전류설정치에 소정의 시정수에 따라 원활하게 이행시킬 수가 있다.

또한, 일실시예에서는 다시 극성반전시의 상한 전류치를 설정하고, 극성반전 규제수단에 의하여 진행위상 구형파 신호의 상승, 하강으로 부터 양구형파 신호의 위상차에 상당하는 지연시간이 경과했을 때의 출력전류가 극성반전시의 상한 전류치 이하인 것을 조건으로 하여 지상의 구형파신호를 발생시켜 출력측 인버터부를 반전 동작시키도록 하고 있다. 이와 같이 하면 아크 길이의 변화등에 의하여 전류가 과도적으로 급증했을 때에는 정상상태로 복귀할 때까지 반전동작은 행해지지 않아 상기와 같은 비정상시에도 과대한 과도전압이 발생하는 것을 피할 수가 있다.

이하, 본 발명과 실시예를 제1도 내지 제5도에 의하여 설명한다.

제1도는 본 발명을 구체화한 실시예의 회로구성을 블록도로 나타낸 것이다. 제1도에 있어서, 상용전원으로 부터 입력단자(1)에 인가된 교류전압을 입력측 정류부(2)에 의하여 직류로 하고, 이것을 입력측 인터버부(3)에서 고주파교류 (예를 들면 20KHz)로 변환하고 주변압기(4)에 인가하고, 주변압기(4)에 의하여 용접에 적합한 전압으로 강압된 교류전압을 전류검출기(5)를 거쳐 출력측정류부(6), 리액터(7), 콘덴서(8)에 의하여 평활화된 직류로 하고, 이것을 출력측 인터버부(9)에서 다시 교류로 변화하여 출력단자(10)로 부터 아크부하(도시생략)에 공급한다. 이상은 제6도에 나타낸 종래예와 동일하다.

여기서 제1의 전류설정기(14)는 정상의 출력전류치를 설정하기 위한 것이고, 용접조건에 따라 예를 들면 300A로 부터 100A이하까지의 임의의 전류치가 선택가능하다. 이에 대해 제2의 전류설정기(15)는 극성반전시의 전류치(이하 반전전류치라 함)를 설정하기 위한 것으로, 그 설정치는 용접기의 사양에 의하여 결정되는 어떤 소정의 전류치(예를 들면 100A)이고, 가변으로 할 필요는 없다.

상기 각 전류설정기(14, 15)의 설정치는 전압신호로서 전류제어회로(13)에 전달되고, 전류 제어회로(13)에서 선택된 설정치가 오차 증폭기(12)에서 전류검출기(5)의 검출치와 비교되고 양자가 같아지도록 펄스폭 제어회로(11)에 의하여 입력측 인터버부(3)의 출력펄스폭이 제어된다.

한편, 구형파발생기(16)로 부터는 반전주파수 설정기(17), 정극성 역극성 비율설정기(18)의 설정치에 대응하는 반복주파수와 듀티비를 가진 진행위상의 구형파신호(이하, 기준 구형파신호라 함)가 발생한다. 이 구형파발생기(16)는 함수발생기로서 널리 알려져 있는 것이다. 전류제어회로(13)는 기준 구형파신호의 상승, 하강시에 상기한 전류검출기(5)의 검출치와 비교되는 출력전류설정치를 제1의 전류설정기(14)의 설정치로 부터 제2의 전류설정기(15)의 설정치에 소정의 시정수를 가지고 절환한다. 또, 기준 구형파신호의 상승, 하강시로 부터 출력전류치의 변화에 충분한 지연시간(t_D)을 부여하는 지연회로(21)가 있고, 이 지연회로(21)로 부터 지연시간(t_D)이 경과한 것을 나타내는 신호가 출력되면 이것을 받아 구형파발생기(23)로 부터 지연위상인 구형파신호(이하, 지상구형파신호라 함)가 발생한다. 구형파발생기(23)는 지연회로(21)로 부터의 신호에 의하여 세트, 리세트 하는 플립·플롭 등으로 구성되어 있다. 이 지상 구형파신호의 상승, 하강시에 구동회로(24)를 거쳐 제2도에 나타낸 출력측 인터버부(9)의 T₁, T₂와 T₃, T₄의 2조의 트랜지스터를 교대로 온·오프시켜 출력전류의 극성반전을 행한다. 전류제어회로(13)는 구동회로(24)의 동작신호를 받아 전류검출기(5)의 검출치와 비교되는 출력전류 설정치를 제1의 전류검출기(14)의 설정치로 복귀시킨다.

제3도에 전류제어회로(13)의 구성예를 나타낸다. 본 회로는 기준 구형파 신호의 상승, 하강시에 세트되고, 구동회로(24)의 동작시(지상 구형파신호의 상승, 하강시)에 리세트되는 플립·플롭(30), 플립·플롭(30)의 Q 출력에 의하여 온·오프되는 에널로그 스위치(31), 플립·플롭(30)의

출력에 의하여 온·오프되는 애널로그스위치(32, 33), 저항(34, 35), 콘덴서(36)에 의하여 구성되어 있고, 기준 구형파신호의 상승, 하강시에 애널로그스위치(31)가 온, 애널로그스위치(32, 33)가 오프됨으로써, 제1의 전류설정기(14)의 설정치에 대응하는 전압으로 부터 제2의 전류설정기(15)의 설정치에 대응하는 전압으로 저항(34)과 콘덴서(36)의 시정수에 따라 변화하는 전압이 저항(35)을 거쳐 출력전류설정치에 대응하는 신호로서 출력되고, 구동회로(24)의 동작시에 애널로그스위치(32, 33)가 온, 애널로그스위치(31)가 오프됨으로써 저항(34, 35), 콘덴서(36)가 단락(短絡)되어 출력전류설정치는 즉시 제1의 전류설정기(14)의 설정치로 복귀한다.

이상 설명한 실시예의 동작을 도시한 것이 제5도이고, 도면중 출력전류파형인 실선은 정상의 출력전류설정치가 반전전류치보다 큰 경우, 점선은 정상의 출력전류설정치가 반전전류치보다 작은 경우를 나타내고 있다. 어느 경우에도 반전동작시에 리액터(7)에 발생하는 과도전압은 거의 동일하여 콘덴서(8)을 재점호하는데 필요한 전압까지 충전할 수가 있고, 콘덴서(8)를 과도하게 충전하여 출력측 인터버부(9)의 트랜지스터등을 파괴하는 일은 없다.

또한 상기 설명에서는 정극성과 역극성의 출력전류치가 같은 경우에 대하여 설명했으나, 극성에 따라 출력전류치를 변화시키는 것도 구동회로(24)의 동작시로 복귀시키는 출력전류설정치를 절환함으로서 용이하게 실현할 수 있다. 또 구형파 발생기(16, 23)의 출력을 함께 ＂0＂ 또는 ＂1＂ 로 유지하면 출력단자(10)로 부터의 출력은 직류가 된다. 즉, 제1도에 나타낸 아크 용접용 전원은 교류직류 겸용 전원으로서 사용 가능하다.

제4도는 일실시예를 구체화한 회로구성을 블록도로 나타낸 것이다. 도면중 제1도와 대응하는 부분에는 동일부호로 나타내고, 중복되는 설명은 생략한다. 제4도에 있어서 제3의 전류설정기(19)에는 제2의 전류설정기(15)의 반전전류설정치 보다 높은 상한 반전전류치가 설정되어있고, 비교기(20)는 이 설정된 상한 반전전류치와 전류검출기(5)의 검출치를 비교하여 전류검출기가 상한 반전 전류치 이하일 때에 ＂1＂의 신호를 출력한다. 게이트회로(22)는 기준 구형파신호의 상승, 하강시로 부터 소정의 지연시간(t_D)이 경과한 것을 나타내는 지연회로(21)의 출력신호와 전류검출치가 상한 반전전류치 이하임을 나타내는 비교기 (20)의 출력신호가 일치했을때만 구형파형발생기(23)에 신호를 보내어 지상 구형파신호를 발생시킨다. 이에 의하여 제1도의 설명에서 말한 바와 같이 구동회로(24)를 거쳐 출력측 인터버부(9)를 반전동작시킬 수 있게 한다. 이 비교기(20), 게이트회로(22)로 구성되는 극성반전 규제수단의 작용에 의하여 상한 반전전류치를 초과하는 대전류가 흐르고 있는 비정상상태에서 극성반전을 행하였을 때의 과대한 과도전압의 발생을 피할 수가 있다.

본 발명은 각각 이하에 설명하는 바와 같은 특유의 효과를 가진다.

(1)과대한 과도전압을 발생하는 일 없이 안정되고 확실한 출력전류의 극성반전을 행할 수가 있다. 실험에 의하면 정격 300A의 기기에서 반전류치는 100A이고 발생하는 과도전압은 반감한다.

(2) 정상의 출력전류설정치가 반전전류치보다 큰 경우, 극성반전시의 전류 변화폭이 작아지므로 아크 전류의 급격한 변화가 억제되어 아크가 더욱 안정이 된다.

(3) 츨력회로에 삽입하는 리액터, 콘덴서의 선택폭이 넓어져 종래예에 비하여 리액터의 인덕턴스치를 크게, 콘덴서 용량을 작게할 수 있기 때문에 전류리플의 평활기능, 제어응답성이 향상한다.

(4) 제6도에 나타낸 반전보조회로(25)가 불필요해지므로 용접용 전원의 가격 및 치수 중량의 저감을 도모할 수 있다.

(5) 회로구성이 간단하고, 신뢰성이 높고, 또 저렴한 장치에 의하여 본 발명의 기능을 실현할 수가 있다.

(6) 출력전류치의 변화에 충분한 지연시간이 취해져 정상의 출력전류설정치로부터 반전전류치에의 이행이 원활하게 행해진다.

(7) 용접회로에 흐르는 실제전류가 소정치 이하가 아니면 극성반전에 행해지지 않고 아크 길이의 변화에 따른 전류 급증등의 비정상 상태에서의 예기치 못한 과도 전압에 의한 회로 소자의 파괴를 방지할 수가 있다.

Claims (1)

1. 입력측 인버터부의 고주파 교류출력을 강압, 정류하여 리액터와 콘덴서에 의하여 평활하게한 직류를 출력측 인버터부에서 극성반전시켜 다시 교류로 변화하여 아크부하에 공급하고, 입력측 인버터부에서 출력전류를 제어하는 아크 용접용 전원에 있어서, 소정의 위상차를 가진 2개의 제어용 구형파신호를 발생하는 수단과, 정상의 출력전류치를 설정하는 제1의 전류설정기와, 극성반전시의 출력전류치를 설정하는 제2의 전류설정기와, 상기 구형파신호중 진행위상의 구형파신호의 상승, 하강에 동기하여 전류제어계의 출력전류설정치를 상기 제1의 전류설정기의 설정치로 부터 상기 제2의 전류설정기의 설정치로 이행시키는 전류 제어회로와, 상기 양 구형파신호중 지연위상의 구형파신호의 상승, 하강에 동기하여 출력측 인버터부를 반전 동작시키는 구동회로를 구비하고, 출력전류치가 상기 제2의 전류설정기의 설정치와 대략 같아졌을 때에 출력전류의 극성반전을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 아크 용접용 전원의 제어장치.

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