KR100191942B1 - 플라즈마 아크 전원장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 플라즈마 아크 절단장치나 용접기용의 전원장치에 관한다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 전극의 수명을 길게 한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 교류전류를, 입력정류부(11)로 정류한 후, 인버터(12)로 고주파 교류로 변환하여, 변압기(13)으로 변압하고, 출력정류부(14)로 정류한 후, 기동부(15)를 통하여 플라즈마토치(2)의 전극(21)과 워크(3)과의 사이에 공급된다. 그리고 이 전극(21)과 워크(3)과의 사이에 흐르는 전류를, 전류검출부(16)로 검출하고, 이 전류검출부(16)의 출력신호와 기준신호발생부(17)의 기준신호와의 차를 오차증폭부(18)로부터 출력한다. 그리고 이 차가 없어지도록 인버터제어부(19)로 인버터(12)를 제어한다. 또한 상기 기준신호는 미리 정한 직류신호에 주파수 및 진폭을 가변가능한 교류신호를 중첩시킨 신호로, 이 기준신호의 주파수 및 진폭를 가변하는 것에 의하여, 전극(21)과 대상물(3)과의 사이에, 미리 정한 직류전류에 소정의 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시킨 전류를 공급한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 전극의 수명을 길게 할수 있는 전원장치이다.

Description

플라즈마 아크 전원장치

제1도는 본 발명의 한 실시예에 관한 전원장치를 구비한 플라즈마 아크 절단장치의 개략구성을 나타내는 블록도.

제2도는 동 실시예의 전극과 대상물간에 공급하는 출력전류의 파형도.

제3도는 동 실시예의 작업회수에 대한 전극의 소모량을 나타내는 그래프.

제4도는 동 실시예의 전극과 대상물간에 공급하는 출력전류에 포함되는 리플 진폭과 전극수명과의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 플라즈마 아크 절단장치의 개략구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전원장치 2 : 플라즈마 토치

3 : 대상물(워크) 11 : 입력정류부

12 : 인버터 13 : 변압기

14 : 출력정류부 15 : 기동부

16 : 전류검출부 17 : 기준신호발생부

18 : 오차증폭부 19 : 인버터제어부

20 : 플라즈마 아크 21 : 전극

22 : 내고온재료

본 발명은 플라즈마 아크 절단장치나 용접기용의 전원장치에 관한다.

일반적으로 플라즈마 아크 절단장치나 용접기는 플라즈마 아크 전원장치(이하, 전원장치라 칭한다.)로부터 직류전류를 수급하고, 이 직류전류를 플라즈마 부하인 전극과 대상물(워크) 사이에 공급하는 것에 의하여 이 전극과 워크 사이에 플라즈마 아크를 발생시켜 대상물의 절단이나 용접 등의 가공을 행하는 것이다.

제5도는 이 전원장치를 구비한 플라즈마 아크 절단장치의 개략구성을 나타낸다.

동도에 나타내는 바와같이, 전원장치(1)의 양극(+)측 출력은 워크(3)에 접속되어 있다.

한편, 음극(-)측 출력은 플라즈마 토치(2)를 구성하는 원주형의 전극(21)의 일단에 접속되어 있다.

전극(21)은, 예를들면 비교적 높은 도전율을 갖는 금속으로서 형성되어 있고, 타단에는 예를들면 하프늄, 텅스텐, 지르코늄 등의 내고온재료(22)가 매입되어 있다.

또, 이 전극(21)은 노즐(23)에 의하여 커버되고 있고, 이 노즐(23)의 상기 내고온재료(22)측에 위치하는 측에는 노즐구멍(23a)가 천설되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 플라즈마 아크 절단장치에서는, 우선 노즐(23)과 전극(21) 사이의 공간(24)에, 예를들면 압축공기나 산소, 아르곤, 수소, 질소, 등의 플라즈마 가스를 공급한다.

그리고, 전원장치(1)로부터 전극(21)과 워크(3) 사이에 직류전류를 공급한다.

여기서 이 직류전류를 공급하는 최초의 단시간만큼 전극(21)과 워크(3) 사이에 고전압을 공급해서 파일럿 아크를 발생시킨다.

이 파일럿 아크의 발생에 의하여 전극(21)과 워크(3) 사이에 플라즈마 아크(20)이 발생하고, 이에 의하여 워크(3)의 절단작업을 행할 수 있다.

또한, 이 플라즈마 아크(20)은 전극(21)과 내고온재료(22)로부터 발생하고, 노즐(23)의 노즐구멍(23a)를 통하여 워크(3)을 향하여 방사된다.

여기서, 이 플라즈마 아크(20)의 발생원인 전극(21)의 내고온재료(22)는 플라즈마 아크(20)의 발생에 수반하여, 즉, 워크(3)의 절단작업량에 따라서 점점 소모해 간다.

그리고, 이 내고온재료(22)의 소모량, 즉 소모부분(22a)의 소모길이 L이 어는 한계를 넘으면, 최후에는 플라즈마 아크(20)이 발생하지 않게 되고, 즉, 전원(21)의 수명이 다해 버린다.

이와같이 전극(21)의 수명이 다한 경우는 전극(21)을 교환할 필요가 있다.

종래, 이 전극(21)의 내고온재료(22)의 소모량, 즉 전극(21)의 수명은 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급되는 직류전류에 포함되어 있는 리플이 작을수록 전극(21)에의 부담이 작아지게 되고, 이에 의해 절단작업에 대한 내고온재료(22)의 소모량도 작아지게 되고, 즉, 전극(21)의 수명이 길어진 것으로 생각되고 있다.

따라서, 전원장치(1)로부터 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하는 직류전류의 리플을 대단히 적게 하기 위해서 종래 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다.

상기 연구의 하나로서, 종래 전원장치(1)내에 있어서, 교류전원을 정류평활하여 직류화한 후에, 이 직류를 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(이하, IGBT라 칭한다.) 등의 스위칭소자를 고주파스위칭시키는 인버터에 의해 고주파교류로 변환하고, 이 고주파교류를 변압기로 변압한 후, 다시 정류평활하고, 이에 의해 얻어진 직류전류를 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하고 있다.

그리고, 이 직류전류를 검출하고, 이 검출한 신호에 의거하여 상기 인버터를 제어하는 것에 의하여, 상기 직류전류가 일정해지도록 정전류제어를 행하고 있다.

이와같이 인버터를 사용한 정전류제어를 행하는 것에 의하여 리플이 작은 직류 정전류를 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급할 수 있다.

그러나, 전극(21)의 수명을 길게 하기 위해서, 상기 종래기술에 있어서 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하는 직류전류의 리플을 대단히 작아지도록 연구했음에도 불구하고, 절단작업량에 대한 내고온재료(22)의 소모량의 감소, 즉 전극(21)의 수명연장을 확인하는 것이 힘들었다.

역으로 직류전류에 포함되어 있는 리플이 큰 쪽이 전극(21)의 수명이 길어지는 경우도 있었다.

결국, 상기 직류전류에 포함되어 있는 리플이 작을수록 전극(21)의 수명이 길어지는 것은 아닌 것으로 예상된다.

본 발명은 전원장치(1)로부터 공급되는 직류전류에 포함되어 있는 리플의 주파수와 진폭이 내고온재료(22)의 소모량, 즉 전극(21)의 수명과 어떠한 관계가 있는 것인가를 실험에 의하여 명확히 하고, 이 실험결과에 의거하여 전극(21)의 수명을 길게 할 수 있는 조건을 도출해 냄과 동시에 전극(21)의 수명을 길게 할 수 있는 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 제1발명의 전원장치는, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해 상기 전극과 상기 대상물과의 사이에 직류전류를 공급하는 전원장치에 있어서, 주파수가 100Hz 내지 500Hz이고, 전류의 최대치와 최소치와의 차가 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0%보다도 크고 15.5% 이하의 크기의 교류전류를 상기 직류전류에 중첩시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

제2발명의 전원장치는, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해 상기 전극과 상기 대상물과의 사이에 직류전류를 공급하는 전원장치에 있어서, 주파수가 300Hz 내지 500Hz이고, 전류의 최대치와 최소치의 차가 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0%보다도 크고 16.5% 이하의 크기의 교류전류를 상기 직류전류에 중첩시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

제3발명의 전원장치는, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해 상기 전극과 상기 대상물과의 사이에 직류전류를 공급하는 전원장치에 있어서, 주파수가 300Hz 내지 360Hz이고, 전류의 최대치와 최소치와의 차가 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0%보다도 크고 20% 이하의 크기의 교류전류를 상기 직류전류에 중첩시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

제4발명의 전원장치는, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해 상기 전극과 상기 대상물과의 사이에 직류전류를 공급하는 전원장치에 있어서, 주파수가 100Hz 내지 500Hz이고, 전류의 최대치와 최소치와의 차가 상기 직류전류의 전류치에 대하여 10% 크기의 교류전류를 상기 직류전류에 중첩시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

제5발명의 전원장치는, 직류전원을 교류화하는 인버터와, 이 인버터의 교류출력을 정류평활하여 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 공급하기 위한 출력전류를 생성하는 출력생성수단과, 상기 출력전류를 검출하는 전류 검출수단과, 미리 설정한 직류신호에 소정의 교류신호를 중첩시킨 기준신호를 발생하는 기준신호발생부와, 상기 전류검출수단의 출력신호와 상기 기준신호의 차에 의거하여 상기 인버터를 제어하여 상기 출력전류를 미리 정한 일정의 직류전류에 소정의 교류전류를 중첩시킨 상태로 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 기준신호발생부는 상기 기준신호에 포함되어 있는 상기 교류신호의 주파수 및 진폭을 가변할 수 있는 상태로 구성되어 있고, 상기 교류신호의 주파수 및 진폭의 변화에 맞게 상기 교류전류의 주파수 및 진폭이 변화하는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

제6발명의 전원장치는, 제5발명의 전원장치에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 100Hz 내지 500Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 15.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

제7발명의 전원장치는, 제5발명의 전원장치에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 570Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 16.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

제8발명의 전원장치는, 제5발명의 전원장치에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 360Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 20% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명에 관한 전원장치의 일실시예를 제1도 내지 제4도를 참조하여 설명한다.

제1도는 이 전원장치를 구비한 플라즈마 절단장치의 개략구성을 나타내는 블록도이고, 동도에 나타내는 부호 1이 전원장치이다.

동도에 나타내는 바와같이 이 전원장치(1)은, 예를들면 IGBT에 의하여 구성된 인버터(12)를 구성하고 있고, 이 인버터(12)에는 입력단자(12)에 공급되어 있는 예를들면 상용교류전원을 입력정류부(11)에 의하여 정류· 평활하여 얻어진 직류전력이 입력되어 있다.

이 인버터(12)에 입력된 상기 직류전력은 이 인버터(12)에 의하여 고주파 교류로 변환된다.

그리고, 이 고주파교류는 변압기(13)의 일차권선(13a)에 공급되고, 이 변압기(13)에 의하여 변압된 고주파교류가 변압기(13)의 이차권선(13b)에 유기된다.

이 변압기(13)에 의하여 변압된 고주파교류는 출력정류부(14)에 의하여 정류·평활된 후 기동부(15)를 통하여 플라즈마 토치(2)를 구성하는 전극(21)에 공급된다.

또, 상기 전극(21)과 워크(3) 사이에 흐르는 전류를 검출하도록 전류검출부(16)이 설치되어 있고, 이 전류검출부(16)의 출력신호는 오차증폭기(18)에 공급된다.

한편, 이 오차증폭기(18)에는 기준신호발생부(17)로부터 기준신호도 공급되고 있다.

또한, 이 기준신호는 미리 설정한 직류신호에 소정의 교류신호를 중첩시키는 것이고, 기준신호발생부(17)은 이 기준신호에 포함되는 교류신호의 주파수와 진폭을 가변할 수 있도록 구성되어 있다.

오차증폭기(18)은 전류검출부(16)의 출력신호와 상기 기준신호와의 오차를 출력하고, 이 차를 인버터제어부(19)에 공급한다.

이 인버터제어부(19)는 전류검출부(16)의 출력신호와 기준신호가 균등해지도록 인버터(12)를 제어한다.

즉, 이 제어에 의하여 전극(21)과 대상물(3) 사이에 공급되는 공급전류는 제2도에 나타내는 바와같이 미리 정해진 일정의 직류전류 ℓa에 소정의 주파수 f 및 진폭 ℓp를 가지는 교류전류를 중첩시키는 상태로 제어된다.

그리고, 이 교류전류의 주파수 f 및 진폭 ℓP의 제어는 기준신호발생부(17)에 있어서의 기준신호의 주파수 및 진폭을 가변하는 것에 의하여 이루어진다.

또한, 본 실시예의 전원장치(1)에 있어서는 전극(21)에 접속된 기동부(15)측을 음극으로 하고, 대상물(3)에 접속된 전류검출부(16)을 양극으로 하고 있다.

그리고, 이들 이외의 구성, 즉 플라즈마 토치(2)의 구성에 대해서는 제5도에 나타내는 종래의 것과 동일하므로 동등한 부분에는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 상기와 같이 구성된 플라즈마 아크 절단장치의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 노즐(3)과 전극(21) 사이의 공간(24)에, 예를들면 압축공기나 산소, 아르곤, 수소, 질소 등의 플라즈마 가스를 공급한다.

그리고, 전원장치(1)로부터 전극(21)과 워크(3) 사이에 제2도에 나타내는 바와같이, 공급전류를 공급한다.

여기서, 공급전류를 공급하는 최초의 단시간만큼, 기동부(15)로부터 전극(21)과 워크(3) 사이에 고전압을 공급하여 파일럿 아크를 발생시킨다.

또한, 여기서 말하는 상기 단시간이란, 파일럿 아크의 아크 스타트가 양호한 경우는 10μsec 정도이고, 이 경우, 상기 고전압은 단일의 펄스상으로 공급된다.

또, 아크 스타트가 원활하지 않을 경우는 10MHz 내지 20MHz정도이고, 이 경우, 상기 고전압은 2 내지 3MHz정도의 펄스상으로 공급된다.

그리고, 이 파일럿 아크의 발생에 의하여 전극(21)과 워크(3) 사이에 플라즈마 아크(20)이 발생하고, 이에 의하여 워크(3)의 절단작업을 행할 수 있다.

또한, 이 플라즈마 아크(20)은 전극(21)의 내고온재료(22)로부터 발생하고, 노즐(23)의 노즐구멍(23a)를 통하여 워크(3)을 향하여 방사된다.

그리고, 이 플라즈마 아크(20)의 발생원으로 있는 전극(21)의 내고온재료(22)는 플라즈마 아크(20)의 발생에 따라서, 즉, 워크(3)의 절단작업량에 따라서 점차로 소모되어 간다.

여기서, 플라즈마 가스로서 유량이 100리터/분의 압축공기를 사용하고, 플라즈마 아크(20)의 발생원으로 되는 전극(21)의 내고온재료(22)에 하프늄을 사용하고, 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하는 공급전류의 평균전류 ℓa를 70A로 함과 동시에, 이 공급전류에 포함되는 교류전류의 주파수 f 및 진폭 ℓp를 변화시켰을 때의, 워크(3)의 절단작업량에 대한 내고온재료(22)의 소모량 L을 측정한 결과에 대하여, 제3도 및 제4도를 참조하여 설명한다.

또한, 워크(3)의 절단작업량에 대해서는 전원장치(1)을 60초간 온(ON)하는 것에 의하여 플라즈마 아크(20)을 발생시킨 후, 이 전원장치(1)을 80초간 오프(OFF)하여 플라즈마 아크(20)의 발생을 휴지시키는 것으로 하고, 이 온/오프 동작을 1작업단위로 하며, 이 작업단위를 상기 절단작업량의 기준단위로 한다.

그리고, 이 온/오프 동작을 반복하는 것에 의하여 전극(21)을 소모시키고 있다.

또, 교류전류의 진폭 ℓp에 대하여는 절대치에 대한 표현은 아니고, 평균 전류에 대한 비율(이하, 리플율이라 한다) R로 표현한다.

또한, 이 리플율 R은 식 1로 나타낸다.

제3도는 이 플라즈마 아크 절단장치의 절단작업회수를 N에 대한 전극(21)의 소모량(소모길이) L의 변화의 추이를 나타내는 그래프이다.

동도에 실선으로 나타내는 그래프 X는 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하는 공급전류의 리플율 R이 영(R=0), 즉, 상기 공급전류로서 교류성분을 포함하지 않는 직류전류만을 공급한 경우의 작업회수 N에 대한 전극(21)의 소모량 L이 변화의 추이를 나타내는 그래프이다.

이 그래프 X에 의하면, 작업회수 No에서, 전극(21)의 L이 2mm에 달하고 있다.

또한, 작업회수 No는 90회이었다.

그리고, 동도에 나타내는 그래프 Y 및 그래프 Z가 상기 공급전류로서 직류전류에 교류전력을 중첩시킨 경우의 작업회수 N에 대한 전극(21)의 소모량 L의 변화의 추이를 나타내는 그래프이다.

또한, 이 그래프 Y 및 그래프 Z로는 상기 공급전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수 f 및 리플율 R은 각각 달라져 있다.

이 그래프 Y 및 그래프 Z로부터도 알 수 있는 바와같이 공급전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수 f 및 리플율 R이 다르면 작업회수 N에 대한 전극(21)의 소모량 L의 변화량도 달라져 있다.

결국, 그래프 Y는 전극(21)이, 예를들면 L = 2mm 소모할 때까지 작업회수 No보다도 많은 작업회수 Nl회의 작업을 행할 수 있고, 즉, 공급전력으로서 직류전류만을 공급한 경우보다도 전극(21)의 수명이 길어진다.

예를들면, 교류전류의 주파수 f를 300Hz, 리플율 R을 10%로 한 때에, 이 그래프 Y와 같은 결과를 얻을 수 있고, 이때의 작업회수 Nl은 135회로 되었다.

또, 교류전류의 주파수 f를 500Hz, 리플율 R을 10%로 했을 때에도 이 그래프 Y와 같은 결과를 얻을 수 있고, 이때의 작업회수 Nl은 100회로 되었다.

한편, 그래프 Z는 전극(21)이 예를들면 L = 2mm 소모할 때까지 작업회수 No보다도 작은 작업회수 N2회의 작업밖에 행하지 않고, 즉, 공급전류로서 직류전류만을 공급한 경우보다도 전극(21)의 수명은 짧아져 버린다.

예를들면, 교류전류의 주파수 f를 60Hz, 리플율 R을 15%로 했을 때에, 이 그래프 Z와 같은 결과를 얻을 수 있고, 이 때의 작업회수 N2는 70회로 되었다.

또, 이 그래프 Z에 나타내는 상태에 있어서는, 전극(21)-워크(3)간 및 노즐(23)-워크(3)간에 더블워크가 발생하여, 이에 의하여 노즐(23)을 파괴하는 것도 있다.

또한, 더블워크가 발생한 경우에 대해서도 전극(21)의 수명이 다한 것으로 간주한다.

제4도는 제3도에 그래프 X로 나타내는 리플율 R이 영(R=0)의 경우의 전극(21)의 소모량 L이 2mm에 달할 때까지의 작업회수 No을 전극수명 M=100으로 하고, 제3도에 그래프 Y 및 그래프 Z로 나타내는 바와같이 공급전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수 f 및 리플율 R을 변화시킨 때의 전극 수명 7의 변화를 나타내는 그래프이다.

또한, 동도에 나타내는 그래프 A, B, C, D는 각각의 주파수 f가 f=60Hz, 107Hz, 300Hz 내지 360Hz, 500Hz의 교류전류를 각각의 직류전류에 중첩시켰을 때의 그래프이다.

동도의 그래프 A에 나타내는 바와같이, 교류전류의 주파수 f가 60Hz인 경우, 리플율 R이 약 9% 이하에서는 직류전류만을 공급한 경우와 같은 정도의 전극수명 M을 얻었으나, 그 이상에서는 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우보다도 짧아져 버린다.

동도의 그래프 B에 나타내는 바와같이, 교류전류의 주파수 f가 100Hz인 경우의 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우에 비하여, 리플율 R이 약 5%에서 약 1.06배, 10%에서 최고의 약 1.2배, 15%에서 약 1.03배, 15.5%에서 동등하고, 이 15.5% 이상에서 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우보다도 짧아져 버린다.

동도의 그래프 C에 나타내는 바와같이, 교류전류의 주파수 f가 300Hz 내지 360Hz의 어느 경우라도 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우에 비하여, 리플율 R이 약 5%에서 약 1.2배, 10%에서 최고의 약 1.5배, 15%에서 약 1.34배, 20%에서 동등하고, 이 20% 이상에서 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우보다도 짧아져 버린다.

동도의 그래프 D에 나타내는 바와같이, 교류전류의 주파수 f가 500Hz의 경우의 전극수명 7은 직류전류만을 공급한 경우에 비하여, 리플율 R이 약 5%에서 약 1.1배, 10%에서 최고의 약 1.23배, 15%에서 약 1.08배, 16.5%에서 동등하고, 이 16.5% 이상에서 전극수명 M은 직류전류만을 공급한 경우보다도 짧아져 버린다.

즉, 상기와 같이 전극(21)과 워크(3) 사이에 공급하는 공급전류로서, 직류 전류에 주파수가 100Hz 내지 500Hz에서 리플율이 15.5% 이하인 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 상기 공급전류로서 직류전류만을 공급하는 경우보다도 전극의 수명을 길게 할 수 있다.

또, 공급전류로서 직류전류에 주파수가 300Hz 내지 500Hz에서, 리플율이 16.5% 이하인 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 상기의 경우보다도 더욱더 전극의 수명을 길게 할 수 있다.

그리고, 공급전류로서 직류전류에 주파수가 300Hz 내지 360Hz에서, 리플율이 27% 이하인 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 상기의 경우보다도 더욱 더 전극의 수명을 길게 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 플라즈마 가스로서 압축공기를 공급했으나, 이에 한정되지 않고, 산소나, 아르곤가스, 수소, 질소 등을 공급하여도 좋다.

또, 이들의 산소나, 아르곤가스, 수소, 질소 등을 공급한 경우에 대하여도 상기와 같은 결과를 얻었다.

그리고, 인버터(12)를 IGBT에 의하여 구성하였으나, 이에 한정하지 않고, 트랜지스터나 MOS-FET, GTO 등, 다른 제어용소자에 의하여 인버터(12)를 구성하여도 좋다.

또, 플라즈마 아크(20)의 발생원인 전극(21)과 내고온재료(22)로서 하프늄을 사용했으나, 이에 한정하지 않고, 텅스텐이나 지르코늄 등을 사용할 수 있다.

또, 인버터(12)의 입력전원으로서 입력단자(10)으로부터 입력한 상용교류 전원을 입력정류부(11)에 의하여 정류·평활한 직류전력을 사용했으나, 이에 한정하지 않고, 엔진발전기의 출력을 정류한 직류전원이나, 용접용전원장치의 직류전원, 기타의 직류스위칭전원 등의 직류출력을 인버터(12)에 입력하여도 좋다.

제1의 발명에 의하면, 플라즈마부하인 전극과 대상물 사이에는, 직류전류와 이 직류전류에 중첩된 상태로 교류전류가 공급되어 있고, 이에 의하여 전극과 대상물과의 사이에 플라즈마 아크가 발생한다.

또한, 상기한 교류전류의 주파수는 100Hz 내지 507Hz이고, 또 상기 교류전류의 전류의 최대치와 최소치와의 차, 즉, 진폭은 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고, 15.5% 이하의 크기이다.

이와같이 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해서 공급하는 직류전류에 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여 직류전류만을 공급한 경우보다도 플라즈마 아크의 발생에 따른 전극의 소모를 억제하는 것이 실험에 의하여 얻어졌다.

즉, 상기와 같이 전극과 대상물 사이에 공급하는 직류전류에 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여 직류전류만을 공급하는 경우보다도 전극의 수명을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

제2의 발명에 의하면, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에는 직류전류와 이 직류전류에 중첩된 상태로 교류전류가 공급되어 있고, 이에 의하여 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크가 발생한다.

또한, 상기 교류전류의 주파수는 307Hz 내지 500Hz이고, 상기 교류전류의 전류의 최대치와 최소치와의 차, 즉 진폭은 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 16.5% 이하의 크기이다.

이와같이 전극과 대상물과의 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해서 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 제1의 발명보다도 플라즈마의 발생에 따른 전극의 소모를 억제할 수 있는 것이 실험에 의하여 얻어졌다.

즉, 상기와 같이 전극과 대상물 사이에 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 제1의 발명보다도 전극의 수명을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

제3의 발명에 의하면, 플라즈마 부하인 전극과 대상물과의 사이에는, 직류전류와, 이 직류전류에 중첩된 상태로 교류전류가 공급되어 있고, 이에 의하여 전극과 대상물과의 사이에 플라즈마 아크가 발생한다.

또한, 상기 교류전류의 주파수는 300Hz 내지 360Hz이고, 상기 교류전류의 전류의 최대치와 최소치와의 차, 즉 진폭은 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 20% 이하의 크기이다.

이와같이 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해서 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 제2의 발명보다도 플라즈마의 발생에 따른 전극의 소모를 억제할 수 있는 것이 실험에 의하여 얻어졌다.

즉, 상기와 같이 전극과 대상물 사이에 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 제2의 발명보다도 전극의 수명을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

제4의 발명에 의하면, 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에는, 직류전류와 이 직류전류에 중첩된 상태로 교류전류가 공급되어 있고, 이에 의하여 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크가 발생한다.

또한, 상기 교류전류의 주파수는 100Hz 내지 500Hz이고, 또, 상기 교류전류의 전류의 최대치와 최소치와의 차, 즉, 진폭은 상기 직류전류의 전류치에 대하여 10%의 크기이다.

이와같이 전극과 대상물 사이에 플라즈마 아크를 발생시키기 위해서 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여, 직류전류만을 공급한 경우보다도 플라즈마 아크의 발생에 따른 전극의 소모를 억제하는 것이 실험결과로서 얻어졌다.

즉, 상기와 같이 전극과 대상물 사이에 공급하는 직류전류에, 상기 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시키는 것에 의하여 직류전류만을 공급하는 경우보다도 전극의 수명을 길게 할 수 있는 효과가 있다.

또, 상기 교류전류의 주파수범위에 있어서, 이 교류전류의 진폭을 상기의 크기로 했을 때에 플라즈마 아크의 발생에 따른 전극의 소모를 최대로 억제하는 것에 대해서도, 실험에 의해 확인할 수 있었다.

즉, 직류전류에 중첩시키는 교류전류의 진폭을 상기의 크기로 하는 것에 의하여, 이 교류전류의 상기 주파수범위내에 있어서의 전극의 수명을 길게 할 수 있다.

제5의 발명에 의하면, 인버터가 직류전원을 교류화하고, 출력발생수단이 인버터의 교류출력을 정류평활하여 출력전류를 생성한다.

이 출력전류는 플라즈마 부하인 전극과 대상물 사이에 공급되고, 이에 의하여 전극과 대상물 사이에 플라즈마가 발생한다.

또, 상기 출력전류는 전류검출수단에 의하여 검출되어 있고, 제어수단이 이 전류검출수단의 출력신호와 기준신호발생부의 발생하는 기준신호에 의거하여 인버터를 제어한다.

이에 의하여 상기 출력전류는, 미리 정한 일정의 직류전류에 소정의 교류전류를 중첩시킨 상태로 제어된다.

그리고, 상기 기준신호에 포함되어 있는 교류신호의 주파수 및 진폭을 가변하는 것에 의하여, 이 교류신호의 주파수 및 진폭의 변화에 맞게, 상기 출력전류에 포함되어 잇는 교류전류의 주파수 및 진폭을 변화시킬 수 있다.

또한, 이 교류전류의 주파수 및 진폭을 변화시키는 것에 의하여 플라즈마 아크의 발생에 따른 전극의 소모량이 변화하는 것이 실험결과로서 얻어졌다.

즉, 상기 교류전류의 주파수 및 진폭을 변화시키는 것에 의하여 전극의 수명을 제한할 수 있다.

제6의 발명에 의하면, 상기 기준신호에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 변화시키는 것에 의하여, 상기 출력전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 170Hz 내지 500Hz의 범위로 가변할 수 있다.

또, 상기 교류신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여, 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 15.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있다.

이에 의하여, 전극과 대상물과의 사이에 공급하는 직류전류에, 제1의 발명에 있어서의 교류전류와 동등한 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시킬 수 있고, 즉 제1의 발명과 같은 작용 및 효과를 낸다.

또한, 교류전류의 진폭을 직류전류의 전류치에 대하여 10%로 했을 때에, 플라즈마 아크 발생에 따른 전극의 소모를 억제할 수 있고, 즉, 제4의 발명과 같은 작용 및 효과를 낸다.

제7의 발명에 의하면, 상기 기준신호에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 변화시키는 것에 의하여, 상기 출력전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 500Hz의 범위로 가변할 수 있다.

또, 상기 교류신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여, 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 16.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있다

이에 의하여, 전극과 대상물과의 사이에 공급하는 직류전류에, 제2의 발명에 있어서의 교류전류와 동등한 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시킬 수 있고, 즉, 제2의 발명과 같은 작용 및 효과를 낸다.

또, 교류전류의 진폭을 직류전류의 전류치에 대하여 10%로 했을 때에, 플라즈마 아크 발생에 따른 전극의 소모를 최대로 억제할 수 있고, 즉, 제4의 발명에 있어서의 교류전류의 주파수의 가변범위를 300Hz 내지 500Hz로 한 경우와 같은 작용 및 효과를 낸다.

제8의 발명에 의하면, 상기 기준신호에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 변화시키는 것에 의하여, 상기 출력전류에 포함되어 있는 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 360Hz의 범위로 가변할 수 있다.

또, 상기 교류신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여, 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 20% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있다.

이에 의하여 전극과 대상물과의 사이에 공급하는 직류전류에, 제3의 발명에 있어서의 교류전류와 동등한 주파수 및 진폭을 가지는 교류전류를 중첩시킬수 있고, 즉, 제3의 발명과 같은 작용 및 효과를 낸다.

또, 교류전류의 진폭을 직류전류의 전류치에 대하여 10%로 했을 때에, 플라즈마 아크 발생에 따른 전극의 소모를 최대로 억제할 수 있고, 즉, 제4의 발명에 있어서의 교류전류의 주파수의 가변범위를 300Hz 내지 360Hz로 한 경우와 같은 작용 및 효과를 낸다.

Claims (4)

1. 직류전원을 교류화하는 인버터(12)와, 이 인버터(12)의 교류출력을 정류 평활하여 플라즈마 부하인 전극(21)과 대상물(3) 사이에 공급하기 위한 출력전류를 생성하는 출력생성수단과, 상기 출력전류를 검출하는 전류검출수단(16)과, 미리 설정한 직류신호에 소정의 교류신호를 중첩시킨 기준신호를 발생하는 기준신호발생부(17)과, 상기 전류검출수단(16)의 출력신호와 상기 기준신호의 차에 의거하여 상기 인버터(12)를 제어하여 상기 출력전류를 미리 정한 일정의 직류전류에 소정의 교류전류를 중첩시킨 상태로 제어하는 제어수단(19)를 구비하고, 상기 기준신호발생부(17)은 상기 기준신호에 포함되어 있는 상기 교류신호의 주파수 및 진폭을 가변할 수 있는 상태로 구성되어 있고, 상기 교류신호의 주파수 및 진폭의 변화에 맞게 상기 교류전류의 추파수 및 진폭이 변화하는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 전원장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 100Hz 내지 500Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 15.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 전원장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 500Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 16.5% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 전원장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기준신호의 주파수를 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 주파수를 300Hz 내지 360Hz의 범위로 가변할 수 있고, 상기 기준신호의 진폭을 변화시키는 것에 의하여 상기 교류전류의 진폭을 상기 직류전류의 전류치에 대하여 0% 보다도 크고 20% 이하의 크기의 범위내로 가변할 수 있는 상태로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 전원장치.