KR100257863B1 - 플라즈마 토치 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 아크 토치에 관한 것으로서, 주 전류 조절된 파워 수단(116)이 주 아크 전이에 앞서 파일럿 전류를 조절하는 새로운 전자회로(100) 개념을 가지는 플라즈마 아크 토치에 관한 것이다. 또한 이 회로는 두개의 인덕터를 포함하는데, 이것으로 DC 전류가 초기에 흐르지만, 그러나 하나의 인덕터(130)가 파일럿 아크를 지속시키면서 한편 제2인덕터(130)에서의 전류는 전이된 아크를 발생시키도록 강제하기 위하여 주 아크 전이시 방해되게 된다. 또한, 이에 의하면 절삭 아크(1e) 및 (124)에서의 파일럿 아크를 펄스로 발생시키는 점에서 이점이 있다.

Description

플라즈마 토치 유닛

제1도는 공지의 플라즈마 아크 토치 동작회로의 개략적인 배선도.

제2도는 또다른 공지의 플라즈마 아크 토치 동작회로의 개략적인 배선도.

제2(a)도는 제2도에 사용된 공지의 파일럿 아크 조정회로의 개략적인 배선도.

제2(b)도는 제2도에 사용된 또다른 공지의 파일럿 아크 조정 회로의 개략적인 배선도.

제3도는 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 아크 토치 동작회로를 나타내는 개략적인 배선도.

제4도는 제3도의 회로 내에 구성될 수 있는 본 발명의 변형된 실시예의 개략적인 배선도.

제5(a)도 및 제5(b)도는 본 발명에 대한 더욱 상세한 배선도.

도면, 특히 제1도에는, 참조부호(10)로 표시된 공지의 플라즈마 아크 토치의 개략적인 배선도가 도시되어 있다. 토치(10)는 토치 팁 전극(또는 토치 전극)(12) 및 토치 팁 전극(12)으로부터 이격된 환형(annular) 파일럿 전극(14)을 포함한다. 팁 전극(12)과 파일럿 전극(14) 사이에 연결된 전자 파일럿 회로(P)가 전극들(12 및 14)사이에 전위(electric potential)를 제공하여 파일럿 아크를 발생시키고, 파일럿 아크는 질소 등과 같은 공급 가스를 가열시켜 공지된 바와 같이 이온화시킨다. 제1도는 공지 회로(C)를 도시하고 있다. 공지 회로(C)는 전류 조정 전원수단(16)과 파일럿 조정기 수단(18)을 가지며, 저항 조정 파일럿 아크를 사용한다. 파일럿 조정기 수단(18)은 차단수단(20) 및 이와 직렬 연결된 저항(22)을 포함한다. 고주파 파일럿 개시(initiation) 수단(24)은 제1도에 도시된 바와 같이 파일럿 조정기 수단(18)과 직렬로 배치되며, 팁 전극(12) 또는 파일럿 전극(14)중의 어느 하나 근처에 삽입되어서 파일럿 동작을 시작하기 위한 플라즈마 가스의 조사(investigation)를 개시한다.

전류 감지수단(26)은 파일럿 조정기수단(18)과 병렬로 연결되고, 주 회로(M)의 가공될 금속(28)과 연결된다. 팁 전극(12)이 금속 가공재(28)에 충분히 가깝게 배치되는 경우, 아크가 그 가공재(28)로 전이하여 전류가 주 회로(M)를 통하여 흐르게 되고, 전류감지수단(26)은 전류 차이를 감지하고 파일럿 조정기수단(18)의 차단수단(20)을 개방하여 파일럿 조정기수단(18)을 개방함으로써 파일럿 조정기수단(18)을 차단시킨다.

제1도의 공지 회로(10)와 관련된 하나의 문제는, 파일럿 동작 중에 파일럿 조정기수단(18)이 전류원의 기능을 하기 위해서는 전류 조정 전원수단(16)의 회로 전압이 팁 전극(12)과 파일럿 전극(14) 사이의 토치 파일럿(piloting) 전압보다 커야 한다는 것이다. 이는 공지 회로(10)를 비효율적으로 만들고, 전력이 파일럿 조정기수단(18)에서 열로 소모되도록 한다.

제2도는, 파일럿 회로(P′)의 전자 제어 파일럿 조정기수단(18′)과 병렬 주 회로(M′)를 포함한다는 점에서 제1도의 공지회로와 유사한 또다른 공지회로(10′)를 도시하고 있다. 제2도의 공지회로(10′)도 또한 유사한 전류 작동(current operated) 전원수단(16′), 팁 전극(12′), 파일럿 전극(14′), 전류감지수단(26′), 파일럿 개시수단(24′)(선택적으로 도시된 바와 같이 배치됨) 및 가공재 또는 가공재(28′)를 포함한다.

제2도의 공지회로(10′)와 제1도의 공지회로(10) 사이의 차이점은, 제2전류 조정 제어 루프를 제공하여 하나는 파일럿 아크 동작용으로 다른 하나는 전이된 메인 아크 절삭용으로 이용하도록 하기 위해 전류 감지수단(26′)의 반대측인 전원수단(16′)의 일측을 파일럿 조정기수단(18′)에 연결한 것이다.

제2(a)도는 공지의 파일럿 조정회로(18′a)를 도시하는데, 여기서 파일럿은 선형으로 조정된다; 즉, 파일럿 전류는 선형 소자(3a)의 컨덕턴스를 변화시킴으로써 수요 설정 수단(set demand means)(3d)에 대해 조정되게 된다.

제2(b)도는 또다른 공지의 파일럿 조정회로(18′b)를 도시하는데, 여기서는 파일럿이 스위치 조정된다. 즉, 파일럿은 수요 설정 수단(3d′)에 대해 조정되어 피이드백 루프 내의 스위칭 소자(3g)의 동작주기(duty cycle)를 변화시키게 된다. 어느 구성도 AC계통 변화에 대해 그리고 사용되는 플라스마 가스에 대해 파일럿 아크를 정확히 조정할 수 있다. 그러나, 둘다 토치에 구성요소를 증가시켜 비용이 증가되며 상대적으로 비효율적이다.

제3도는 본 발명의 원리에 따른 바람직한 플라즈마 토치회로(100)를 도시한다. 회로(100)는 토치 팁 전극(112), 파일럿 전극(114), 전류 조정 전원수단(116), 파일럿 조정기수단(118), 선택적 배치 가능한 파일럿 개시수단(124), 전류감지수단(126), 및 금속 가공재(128)를 포함한다. 파일럿 조정기수단(118)은 전류 평활 및 에너지 저장용 인덕터(130)와 직렬 연결된 전자차단기(120) 및 상기 차단기(120)와 병렬로 그리고 상기 인덕터(130)와 직렬로 연결된 프리-휠링(free-wheeling) 다이오드(132)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 전류 감지 수단(126)은 라인(134)을 통하여 차단기(120)를 제어할 뿐 아니라, 라인(138)을 통하여 비교기(136)에 전원수단(116)의 출력을 제어하는 제어신호를 보낸다.

토치 파일럿 과정 중, 차단기(120)는 “온”이며 포화상태에 있게 된다. 금속 가공재(1208) 및 토치 팁 전극(112) 사이에서 관찰되는 전압은 토치 기하구조 및 사용된 플라즈마 가스에 의해 결정되는 파일럿 아크를 유지하는 전압이다. 이 전압은 제1도, 제2도, 제2(a)도, 제2(b)도에 도시된 공지의 토치회로들에서 사용된 개방회로 전압보다 상당히 낮다. 이는, 상기한 바와 같이, 전류 감지수단(126)이 라인(134)을 통해 차단기(120)를 제어할 뿐 아니라 라인(138)을 통해 비교기(136)에 전원수단(116)의 출력을 제어하는 전류 신호를 보내기 때문이다. 토치가 금속 가공재(128)에 충분히 가까워질 때, 전류 감지수단(126)에 의해 이온화 전류가 검출된다. 동작 전류 감지에 응답하여, 감지수단(126)은 라인(134)을 통해 “오프” 또는 고 임피던스 상태가 되도록 차단기(120)를 동작시킨다. 가공재(128)로 아크가 전이될 때, 에너지 저장 인덕터수단(130)과 프리-휠링 다이오드 수단(132)을 통하여 흐르는 전류에 의하여 파일럿 아크가 유지된다. 동시에, 전원 조정기(116)의 평활 인덕터 수단(140)을 통하여 흐르는 전류가 가공재(128)와 토치 팁 전극(112) 사이에서 흐르게 되어 전이된 플라즈마 아크를 유지시키게 된다. 전류의 형태로 흐르는 에너지가 저장 인덕터수단(130)에서 소모되면, 파일럿 아크 전류가 더 이상 흐르지 않게 되어 토치 팁 전극(112)과 파일럿 전극(114) 사이의 파일럿 아크가 스스로 꺼진다. 전류감지수단(126)에서 전이가 검출되는 경우, 파일럿 수요 수단(1e)이 변화되고, 전원수단(116)은 가공재(128)상에서의 토치 동작을 위해 수요되는 데까지 전원을 변화시킨다.

본 발명의 다른 실시예는 파일럿 전류를 부가적으로 펄스하는 것이다.

일정한(constant) 파일럿 수요 수단(1e) 대신에, 여러가지 주파수 및 동작주기에서 수요가 2(또는 그 이상의) 레벨 사이에서 펄스될 수 있다. 펄스가 계속되는 동안에는 파일럿 아크가 지속되며, 파일럿이 꺼지는 경우에 필요한 고주파 아크 개시수단(124)은 필요하지 않다.

이 펄스 특성은 여러 가지 이점을 제공한다. 첫째로, 전이 순간에 가공금속(128)과 토치 팁 전극(112) 사이에 더 큰 스탠드오프(standoff) 간격이 주어진다. 둘째 팁 세척 작용이 이루어진다. 즉, 플라즈마 절삭공정 중에는 녹은 금속이 팁 표면으로 날려서 입자 형태로 부착된다. 동시에, 전극 물질이 토치 전극으로부터 제거되어 내측 팁에 부착된다. 두 오염 형태 모두 팁 개구(orifice)를 변형시킨다. 각 절삭 작용시에 파일럿 아크를 펄스하면, 펄스 지속 시간 동안 상당히 더 많은 전력이 팁 전극(112)에서 소모된다. 이 열적 변화로 인해 내측 팁 및 외측 팁 표면으로부터 금속입자가 제거된다고 생각된다.

제4도에는 작은 저항(142)이 파일럿 조정기수단(118)에 직렬로 추가된 대안적 회로가 도시되어 있다. 이 변형 예는 플라즈마 토치 설계상에서 획득 가능한 스탠드오프를 추가로 개선할 수 있게 된다. 파일럿 전류(1p)는 저항(142)을 통하여 흘러서 전압 강하(1p×R)를 발생시키는데, 이는 토치 팁(112)과 파일럿 전극(114) 사이에서 측정되는 파일럿 전압과 직렬 관계이다. 따라서 금속 가공재 수단(128)과 파일럿 전극수단(114) 사이의 개방회로 전압이 증가하게 되고 전이시의 스탠드오프를 개선한다. 따라서 이 저항에서 소모된 전원은 파일럿 수요와 펄스 지속 시간의 함수이다.

다른 대안적 회로에서는 펄스 절삭 아크 또는 펄스 메인 아크가 제공된다. 전이 전에 파일럿 아크를 펄스로 발생시키는 본 발명으로부터, 아크가 전이된 후에 그리고 전이된 플라즈마 아크가 금속가공재수단(128)을 절삭하는 동안 전류 수요 수단(1e)을 펄스하는 것이 가능하다는 것이 명백해진다. 메인 아크를 펄스하는 것은 몇몇 잠재적인 이점을 제공한다. 첫째, 절삭 변수와 관련하여 적절한 펄스 속도와 동작 주기를 선택함으로써, 전원 소모를 약간 증가시키면서 비례적으로 더 큰 아크 절삭/관통 능력을 제공한다. 둘째, DC 수요 레벨에 응답하여 동작하는 통상의 플라즈마 절삭 시스템에 비해 팁 개구 크기가, 감소될 수 있다. 이는 플라즈마가 더 좁게 집중되도록 하여 결과적으로 절단 폭이 더 작아지게 한다. 펄스의 결과 플라즈마 아크 안정성도 향상된다.

제5(a)도 및 제5(b)도는 상술된 본 발명의 몇몇 기술사상을 구체화하는 더욱 구체적인 전자회로의 개략도이다. 제5도에서 나타내어진 동일 참조 부호는 제3도 및 제4도에 나타낸 동일 회로 구성요소 또는 구성요소 그룹을 나타낸다. 참조부호(120c)는 차단수단(120)용 제어회로를 나타낸다. 전원수단은 제5도에 도시되어 있지 않다.

제3도 내지 제5도에 도시된 새로운 회로들은 본 발명의 목적을 달성시키고 상술된 이점을 제공한다. 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않고도 상기 회로에 대한 여러가지 변형 예가 만들어질 수 있기 때문에, 본 발명의 범위는, 특허법 및 특히 균등론에 의해 해석되는 이하의 특허청구의 범위만에 의하여 결정되어야 한다.

본 발명은 플라즈마 토치분야에 관한 것이며, 특히 개선된 파일럿 아크 및 메인 아크 발생회로를 가지는 플라즈마 토치에 관한 것이다.

전기 아크 토치로도 알려져 있는 플라즈마 토치는, 이온화된 가스입자로 구성되는 플라즈마를 가공재로 향하게 함으로써 가공재에 절삭, 용접등과 같은 공정을 수행하기 위한 것이다. 통상의 단일 가스 플라즈마 토치의 하나가 본원의 양수인에게 양도된 Hatch의 발명인 미합중국 특허 제3,813,510호에 개시되어 있다. 그러한 토치를 기술한 다른 특허로는 미합중국 특허 제4,225,769호; 제4,663,512호; 및 제4,663,515호가 있다. 상기 특허들 전부의 내용이 본원에 참고자료로 사용된다. 상기 특허들에서 설명된 바와 같이, 질소와 같은 이온화될 가스가 토치 메카니즘의 채널을 통하여 공급되어 음으로 하전된 전극의 말단(end) 앞에서 소용돌이치게 된다. 전극 말단 근처에 있는 용접 팁에는 충분히 높은 전압이 가해져서 전극과 용접 팁 사이에 스파크 갭이 점프(jump)되고, 이에 따라 가스를 가열시켜 이온화시킨다. 전극과 용접 팁 사이의 파일럿 DC 전압은 파일럿 아크를 지속시킨다. 갭의 이온화 가스(ionized gas)는 불꽃처럼 보이며 팁의 외부로 뻗어서 조작자가 볼 수 있게 된다. 실용 목적상 동시적으로 여겨질 수 있는 파일럿 아크 및 불꽃의 신장은 갭 내의 전기 -즉, 아크 전류-뿐 아니라 토치로부터 갭으로 가해지는 가스의 압력에 의존한다. 파일럿 아크는, 용접 또는 절삭 공정을 시작하기 전에 토치의 적절한 위치를 조작자가 알 수 있게 해주는 광원을 제공한다. 실제의 경우, 파일럿 아크가 “온”일 때, 토치로부터 외부로 뻗는 루프형 아크가 보일 수 있다. 토치 헤드가 가공재를 향하여 내려옴에 따라, 가공재 전류 경로의 임피던스가 용접 팁 전류 경로의 임피던스보다 더 작기 때문에 파일럿 아크는 전극으로부터 가공재로 점프하게 된다.

통상의 단일 가스플라즈마 토치는 20-40암페어를 제공하는 파일럿 아크 회로를 포함한다. 전극과 용접 팁 사이 갭에 걸친 100-200볼트의 파일럿 아크 전류는 아크가 용접 팁을 넘어서 약 1/4∼1/2인치 정도 더 연장되도록 한다. 그 결과, 아크가 가공재로 점프하기 전에 토치가 가공재로부터 약 1/4∼1/2인치 범위 내로 이동해 있어야 한다. 이는 절삭 또는 용접 공정의 개시를 어렵게 한다.

본 발명의 목적은, 공지의 플라즈마 아크 토치회로보다 더욱 효율적이며, 파일럿 전극과 가공재 사이에서 토치 아크가 전이(transfer)함을 감지하여 전원을 조정하는 플라즈마 아크 토치회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 반도체 스위치와 다이오드 응력, 변압기와 인덕터 설계 및 전체 구성요소의 총수에 따라 전원 조정기(power regulator) 설계를 최적화하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 원활한 전극상 전이 역학(on-plate transfer dynamics)을 가지는 플라즈마 아크 토치를 제공하는 것이다.

대략적으로, 본 발명은 플라즈마 아크 토치용의 새로운 전자회로 기술사상을 가지는데, 이는 전류 조정 전원수단(current regulated power means)이 메인 아크의 전이에 앞서 파일럿 전류를 조정하는 것이다. 또한, 상기 회로는 두개의 인덕터를 포함할 수 있는데, 초기에는 DC 전류가 흐르지만 메인 아크의 전이에 의해 DC 전류가 차단되어 하나의 인덕터가 파일럿 아크를 지속시키는 동안 제2인덕터 내의 전류는 전이된 아크를 확립시키도록 작용한다. 또한 절삭 아크와 파일럿 아크 펄스(pulsing)시에도 유리한 점이 있다.

이들 뿐 아니라 다른 목적 및 효과에 관하여도, 도면을 참조로 하여 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 상세히 설명하기로 한다.

Claims (29)

1. 토치 전극, 파일럿 전극, 상기 전극들 사이에 이온화 가스를 제공하는 수단을 구비하며, 가공재 위에서 동작하는 토치조립체를 가진 형태의 플라즈마 토치 유닛에 있어서, (a) 토치 사용 중에 상기 전극들과 가공재에 조정 전류를 공급하기 위하여, 상기 전극들과 상기 가공재 사이에 전기적으로 연결된 전류 조정 전원수단; (b) 토치 사용 중에 상기 전극들 사이에 전기 아크를 펄스하고 제어하기 위하여, 상기 전류 조정 전원수단과 상기 전극들과 상기 가공재 사이에 전기적으로 연결된 파일럿 아크 제어 수단; (c) 상기 전류 조정 전원수단과 상기 가공재를 전기적으로 연결하는 제1회로; (d) 상기 전류 조정 전원수단과 상기 토치 전극을 전기적으로 연결하는 제2회로; (e) 상기 전류 조정 전원수단, 상기 파일럿 아크 제어 수단, 상기 파일럿 전극을 전기적으로 연결하는 제3회로; (f) 상기 제3회로 중 상기 전류 조정 전원수단과 상기 파일럿 전극 사이에 연결되어 있는 차단수단; (g) 전류를 감지하고 토치 사용에 응답하여 피이드백 신호를 발생시키며 상기 피이드백 신호로 상기 차단수단을 동작시키는 상기 제1회로의 전류 감지 수단; (h) 상기 차단수단과 상기 파일럿 전극 사이에 직렬연결된 인덕터 수단; 그리고 (i) 상기 파일럿 전극으로 전류 전도 경로를 제공하기 위하여 상기 제2회로와 상기 제3회로 사이에 연결된 다이오드 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 수단은 상기 차단수단이 개방되어 있을 때 파일럿 전류를 일시적으로 지속시키기 위하여 상기 전류 조정 전원수단으로부터 상기 인덕터 수단 방향으로만 전류 전도를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1회로와 상기 제3회로 사이에 연결되며, 파일럿 수요에 관련된 전압 강하를 발생시켜, 전극-가공재간 전압을 증가시켜 전이 거리를 증가시키는 저항수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단 내에 제공되며, 상기 전류 감지수단에 의해 검지된 전류에 응답하여 상기 전류 조정 전원수단의 고주파 필터링을 제공하는 제2인덕터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
5. 제4항에 있어서, 상기 전류감지수단은 상기 전류 조정 전원수단에 의해 발생되는 전류를 조정하기 위하여 비교기로 신호를 발생시키며, 상기 토치 전극과 상기 가공재 사이의 아크 펄스를 지속시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단에서의 발생전류도 펄스되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
7. 제6항에 있어서, 상기 전류 감지 수단은 펄스된 파일럿 아크를 제공하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
8. 제6항에 있어서, 상기 전류 감지수단은 펄스된 메인 아크를 제공하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
9. 토치 전극, 파일럿 전극, 상기 전극들 사이에 이온화 가스를 제공하는 수단을 구비하며, 가공재 위에서 동작하는 토치조립체를 가진 형태의 플라즈마 토치 유닛에 있어서, (a) 파일럿 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 파일럿 전극 사이에 조정 전류를 공급하고 메인 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 가공재에 조정 전류를 공급하기 위하여, 상기 전극들과 상기 가공재에 전기적으로 연결된 전류 조정 전원수단; (b) 파일럿 아크 제어 수단이 개방되었을 때 파일럿 전류를 일시적으로 지속시키는 제1파일럿 인덕터와 다이오드를 포함하며, 상기 전류 조정전원수단과 상기 파일럿 전극 사이에 연결되어 있는 파일럿 아크 제어 수단; (c) 상기 전류 조정 전원수단과 상기 토치 전극 사이에 연결된 제2인덕터; 그리고 (d) 상기 전류 조정 전원수단, 상기 제1파일럿 인덕터, 상기 다이오드 사이에 연결되어 있는 차단회로를 포함하며, 상기 차단회로가 개방되었을 때 상기 제1파일럿 인덕터와 상기 다이오드는 상기 토치 전극과 상기 파일럿 전극 사이에 여전히 연결되어 일시적으로 파일럿 전류를 공급하며, 상기 차단회로는 상기 파일럿 아크 제어 회로에 연결되어 상기 제2인덕터에 유도 전압을 발생시키도록 상기 파일럿 아크 제어 회로를 개방할 수 있으며, 상기 유도 전압은 개방 전압보다 커서 상기 가공재와 상기 토치 전극사이에 전류가 흐르도록 하여 파일럿 아크에서 메인 아크로의 전이 개시를 촉진하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
10. 제9항에 있어서, 상기 가공재와 상기 차단회로에 연결되며, 상기 가공재에 흐르는 전류에 응답하여 신호를 발생시켜 상기 차단회로를 활성화하는 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
11. 제9항에 있어서, 상기 파일럿 아크를 위한 조정 전류는 펄스되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
12. 제9항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단에 연결되어 있으며, 상기 파일럿 아크 전류를 펄스하는 펄스회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
13. 제12항에 있어서, 상기 펄스회로는 메인 아크 전류를 펄스하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
14. 토치 전극, 파일럿 전극, 상기 전극들 사이에 이온화 가스를 제공하는 수단을 구비하며, 가공재 위에서 동작하는 토치조립체를 가진 형태의 플라즈마 토치 유닛에 있어서, (a) 토치 사용중에 상기 토치 전극과 가공재에 조정 전류를 공급하기 위한 전류 조정 전원수단으로서, 상기 전류 조정 전원수단과 상기 가공재 사이에 제공된 제1회로에 의해 상기 가공재에 전기적으로 연결되며 상기 전류 조정 전원수단과 상기 토치 전극 사이에 제공된 제2회로에 의해 상기 토치 전극에 전기적으로 연결되는 전류 조정 전원수단; (b) 상기 토치 전극과 상기 파일럿 전극 사이의 전기 아크를 제어하기 위한 파일럿 아크 제어 수단으로서, 상기 전류 조정 전원수단과 상기 파일럿 전극 사이에 전기적으로 연결되고 상기 파일럿 아크 제어 수단과 상기 파일럿 전극 사이에 제공된 제3회로에 의하여 상기 파일럿 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 전류 조정 전원수단과 상기 파일럿 전극 사이에 차단수단을 포함하는 파일럿 아크 제어수단; (c) 상기 제1회로의 전류를 감지하며, 토치 사용에 응답하여 피이드 백 신호를 발생시키는 전류 감지수단; (d) 상기 파일럿 전극으로 전류 전도 경로를 제공하기 위하여 상기 제2회로와 상기 제3회로 사이에 연결된 다이오드 수단; (e) 상기 파일럿 아크 제어수단에 결합되며, 상기 차단수단이 개방되었을 때 일시적으로 파일럿 전류를 지속시키는 제1인덕터 수단; (f) 상기 전류 조정 전원수단 내에 제공되며, 상기 차단수단이 개방되었을 때 개방 전압보다 큰 유도전압으로 전이 아크를 확립시켜서 전류가 상기 가공재와 상기 토치 전극 사이를 흐르도록 하는 제2인덕터 수단; 그리고 (g) 상기 전류 감지수단이 피이드백 신호로 상기 차단수단을 동작시킬 수 있도록, 상기 전류 감지수단과 차단수단 사이에 제공되는 상호연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
15. 제14항에 있어서, 상기 다이오드 수단은 상기 차단수단이 개방되었을 때 파일럿 전류를 일시적으로 지속시키기 위하여 상기 전류 조정 전원수단으로부터 상기 인덕터 수단 방향으로만 전류 전도를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1회로와 상기 차단수단 사이에 전기적으로 연결되며, 파일럿 수요에 관련된 전압 강하를 발생시켜, 전극-가공재간 전압을 증가시켜 전이 거리를 증가시키는 저항수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
17. 제14항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단내에 제공되며, 상기 전류 감지수단에 의해 검지된 전류에 응답하여 상기 전류 조정 전원수단의 고주파 필터링을 제공하는 제2인덕터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
18. 제14항에 있어서, 상기 전류 감지수단은 상기 전류 조정 전원수단에 의해 발생된 전류를 조정하기 위하여 비교기로 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
19. 제14항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단에서의 발생전류가 펄스되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
20. 제14항에 있어서, 상기 전류 감지수단은 펄스된 파일럿 아크를 제공하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
21. 제14항에 있어서, 상기 전류 감지수단은 펄스된 메인 아크를 제공하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
22. 제14항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단은, 파일럿 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 파일럿 전극에 조정 전류를 공급하고 메인 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 가공재에 조정 전류를 공급하기 위하여, 상기 전극들과 상기 가공재에 사이에 전기적으로 연결되며; 그리고 상기 차단수단은, 상기 파일럿 아크 제어 회로에 결합되어 있으며 상기 전류 조정 전원수단과 상기 토치 전극 사이에 연결된 상기 제2인덕터 수단에 개방 전압보다 큰 유도 전압을 발생시키도록 상기 파일럿 아크 제어회로를 개방하여 파일럿 아크에서 메인 아크로의 전이 개시를 촉진하는 차단회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
23. 제22항에 있어서, 상기 파일럿 아크 제어회로는, 상기 차단 회로가 개방되었을 때 일시적으로 파일럿 전류를 지속시키기 위한 인덕터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
24. 제22항에 있어서, 상기 전류 감지수단은, 상기 가공재와 상기 차단회로에 연결되어 있으며 상기 가공재에 흐르는 전류에 응답하여 상기 차단 회로를 활성화시키는 신호를 발생시키는 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
25. 제22항에 있어서, 상기 파일럿 아크를 위한 조정 전류는 펄스되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
26. 제22항에 있어서, 상기 전류 조정 전원수단에 연결되며, 파일럿 아크 전류를 펄스하는 펄스회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
27. 제26항에 있어서, 상기 펄스회로는 메인 아크 전류를 펄스하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
28. 제14항에 있어서, 상기 전극들과 상기 가공재 사이에 결합되어 있는 상기 전류 조정 전원수단은, 파일럿 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 파일럿 전극에 조정 전류를 공급하고 메인 아크를 위해 상기 토치 전극과 상기 가공재에 조정 전류를 공급하며, 상기 전류 조정 전원수단에 결합되어 있으며, 파일럿 아크를 위해 전류를 펄스하도록 동작할 수 있는 펄스회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.
29. 제28항에 있어서, 상기 펄스회로는 메인 아크를 위해 전류를 펄스할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치 유닛.