KR100278799B1

KR100278799B1 - 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기 용접방법

Info

Publication number: KR100278799B1
Application number: KR1019970049339A
Authority: KR
Inventors: 황락훈
Original assignee: 황락훈
Priority date: 1997-09-27
Filing date: 1997-09-27
Publication date: 2001-04-02
Also published as: KR19990027007A

Abstract

본 발명은, 3상 교류 전원을 직류전원으로 바꾸어 주기 위해, 3상정류 다이오드와, 스너버 회로를 구비하여 이루어진 전원부; 상기 전원부로부터 직류전원을 입력하여 부하변동에 따른 전압을 제어하고, 부하전류에 의한 고조파전류를 완화하며, 무효전력 및 잡음을 감소시키는 기능을 수행하고, 전원과 동기할 수 있는 시스템을 제어하는 인버어터부; 및 결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 주고, 전류의 끊어짐을 방지하는 출력부를 포함하여 이루어져서, 금속을 모재만으로 하거나 또는 용접하는 금속과 용융점이 거의 같은 첨가 금속을 써 가열하여 금속을 접합하는, 전압형 인버어터를 이용한 아크형 전기용접기에 관한 것이다.

본 발명에서 제시한 PWM제어를 통한 전압형 인버어터 용접기는, 에너지 절감, 소형경량화, 전력요금절감, 고조파 및 전파장애를 제거할 수 있는 전기 용접기이다.

Description

전압형 인버어터를 이용한 아크형 전기용접기 및 이의 용접방법

본 발명은, 용접부위에 최대한 짧은 시간동안만 피크전류를 지속시킴으로써 무효전력 발생과 잡음발생을 억제시킬 수 있는, 전압형 인버어터를 이용한 아크형 전기용접기 및 이의 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속을 모재만으로 하거나 또는 용접하는 금속과 용융점이 거의 같은 첨가 금속을 가열하여 금속을 접합하는 경우 용접기를 사용하게 된다. 이 같은 경우 사용되는 용접방식으로는, 단접 용접, 테르미트(thermit) 용접, 가스 용접, 전기 용접등이 있다.

가스 용접은 인체에 위험성과 환경문제를 가져오므로 대부분 전기 용접을 이용한다. 전기 용접기는 보통 단상 교류방식의 2차회로에 저전압 대전류용의 강압용 변압기를 사용한 교류 아크 용접방식을 채택하고 있다.

상기 전기 용접기는 1무게가 무겁고, 철심에 의하여 무효전력과 잡음이 많이 발생하여 사무자동화 기기나 PC 등 컴퓨터를 많이 사용하는 기기와 통신계통에 막대한 고조파 장애를 초래한다.

아크 용접 방식은, 용접하려는 금속모재와 용접용전극(용접봉 혹은 전극와이어)과의 사이에서 발생한 아크열에 의해 금속을 가열해서 용융접합시키는 방식이다. 이때 전극의 끝은 용융해서 모재쪽으로 이동하여 모재의 용융부와 더불어 냉각후 용착부를 형성한다. 이때 전류는 전극 및 피용접물의 일부에 단자를 접속해서 공급된다. 탄소나 텅스텐 봉과 같이 거의 용융되지 않는 전극을 사용하는 경우에는 전극외에 별도로 첨가봉을 아크 속에 넣어서 모재와 함께 용융시켜 용착부를 만든다.

아크 용접용 전원으로는 교류와 직류가 다같이 사용되는데 특히 직류의 경우에는 모재를 양극으로 한다. 아크전류를 안정하게 접속하여 일정전류로 유지하려면 전원의 외부특성곡선은 수하특성이어야 한다.

교류는 1[Hz]에 두 번씩 전류가 0이 되어 아크가 불안정하지만 직류는 본질적으로 아크가 더 안정하다. 직류는 극성을 적당히 선택할 수가 있으며 특히 아크가 끊어지기 쉬운 소전류의 용접에는 매우 유리하다.

교류아크 용접기는 리액턴스에 의해서 수하특성을 얻을 수 있다. 역률은 일반적으로 40[%]정도로 매우 낮다. 효율도 낮아 보종 70~80[%] 정도이다. 특히 아크의 안정을 필요로 할 때는 고주파전압을 겹쳐서 아크 공간의 도전성을 증가시키는 방법도 사용되고 있다.

직류아크 용접기에서는 50~70[V]의 직류정전압 전원에 직렬저항을 연결해서 수하특성을 얻을 수도 있지만, 저항중의 전력유실이 매우 크게 되므로 외부특성을 가진 특수한 직류발전기를 3상유도 전동기에 직결한 용접기를 사용한다.

용접봉은 모재와의 사이에 아크를 발생시킴과 동시에 그 자신이 용융되어 용접부의 틈새를 메꾸는 역할을 한다. 따라서 그 재료는 모재와 같은 재료이거나 용접 후 유사한 재료로 되는 것이 바람직하다. 일반적으로 모재와 유사한 성분의 선재가 사용되지만 용접봉이 공기중에서 높은 온도를 받게 되면 용착금속내에 산화물 등이 침입되거나 탄소, 규소, 망간 등이 소실되어 재질을 나쁘게 변질시키며, 또 아크도 불안정해지기 쉽다. 그래서 적당히 배합한 용제를 칠한 피복용접봉을 쓰고 있다. 강제용접봉의 피복제로는 붕소,석탄, 탄산석회, 탄산소다. 페로망간, 석면산화티탄물, 유리 등이 배합되며 기타 셀룰로우즈와 같은 유기물이 혼합되는 경우도 있다.

긴 용접봉 즉, 전극와이어를 틀에 감아 놓고 전동기에 의하여 풀어내어 사람의 손을 거치지 않고, 연속적으로 아크용접을 하는 방법을 자동 아크 용접이라 한다. 이 방법의 특징은 용접속도가 빠르며, 용접자의 기능이 용접결과에 영향을 주지 않고 연속하여, 균일한 용접을 할 수 있으며, 용융부의 용입상태가 좋고, 와이어의 낭비가 적으며 동일한 일을 대량으로 할 때 적당하고, 생산비를 절감할 수 있다는 점이다. 자동 아크 용접기는 용접헤드를 용접선을 따라서 전동기로 이동시키는 장치, 전동기로 회전시키는 로울러로 전극와이어를 풀어내는 장치, 전극와이어에 전류를 끌어들이는 장치, 아크를 유지시키기 위하여 전기적으로 아크 길이를 제어하는 장치, 아크를 기동하는 장치로 이루어져 있다.

인버어터 제어형 용접기는 수십 KHz의 고속으로 용접전원을 제어할 수 있다.

싸이리스터방식의 용접기에서는 상용전원에 대한 위상을 제어하기 때문에 출력단 전압에 리플이 크게 생기지만, 인버어터 제어형 용접기에서는 고주파로 PWM제어하기 때문에 출력단의 전압이 거의 직류에 가깝고, 펄스폭이 크면 출력단 전압이 높아지고 펄스 폭이 작으면 출력단 전압이 낮아진다.

이러한 인버어터 제어형 용접기의 장점은 다음과 같다:

-제어 주파수의 증가로 변압기의 체적이 작아져서 용접기의 체적과 중량이 줄어든다.

-제어 주파수의 증가로 단락시 전류의 상승률을 제어하는 파형제어가 가능하 므로 저ㆍ중 전류 영역에서의 아크 안정성이 향상되며 스페터량도 대폭 감소된다.

-고속 용접시에도 아크가 안정하도록 파형 제어함으로써 자동 용접장치에 서의 용접성능을 향상시킨다.

-아크 스타트시의 전류 상승 시간이 짧아 자동 용접시 유리하다.

-Thyristor용접기보다 정격 입력이 적어 에너지 소비량이 작다.

오늘날 용접대상이 되는 구조물의 대형화 추세로 용접의 고속화가 필요하게 되었다. 이에 따라서 용접기로는 인버어터 제어형 용접기가 주류를 이루고 있다. 하지만 용접의 고품질화와 성(省)에너지를 달성할 수 있는 고품질의 전기 용접기가 제공되고 있지 않다는 문제점이 있었다.

상기 문제를 해결하기 위해 80년대초부터 SCR을 주소자로 한 인버어터 제어형 용접기가 개발되었다. 그러나 이 시스템은 전원측에서 고조파가 발생하는 문제점을 갖고 있고, 또 부피와 크기가 크다는 문제점도 갖고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 절감, 소형화 및 경량화 그리고 고조파 및 전파장애를 제거할 수 있는, 전압형 인버어터를 이용한 아크형 전기용접기 및 이의 용접방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 아크형 전기용접기의 일 실시예.

도 2는 도 1의 인버어터 제어부의 블록다이어그램.

도 3은 본 발명에 의한 아크형 전기용접기의 용접방법을 나타내는 흐름도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 정류기 20 : 단상전압형 인버어터

30 : 변압기 40 : 정류기

50 : 결합용 리액터 202 : 드라이브부

204 : 파형 제어부 206 : PWM부

208 : 증폭부 210 : D/A 변환부

212 : CPU 214 : 전압 전류 검출부

216 : 와이어 피더부 218 : 용접 파라미터 설정부

220 : 용접 조건 설정부 302 : PI 제어기

304 : PWM 306 : COMP

308 : 스위치 310 : 비교기

1000 : PWM 파형제어 드라이브부 2000 : 인버어터 제어부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압형 인버어터를 이용한 아크형 전기용접기의 바람직한 실시예는,

3상 교류 전원을 직류전원으로 바꾸어 주기 위해,

3상정류 다이오드와,

스너버 회로를

구비하여 이루어진 전원부;

상기 전원부로부터 직류전원을 입력하여 부하변동에 따른 전압을 제어하고, 부하전류에 의한 고조파전류를 완화하며, 무효전력 및 잡음을 감소시키는 기능을 수행하고, 전원과 동기할 수 있는 시스템을 제어하는 인버어터부; 및

결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 주고, 전류의 끊어짐을 방지하는 출력부를

포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 인버어터부는,

상기 입력부로부터 직류전원을 입력하여 스위칭에 의해 이를 펄스형 교류로 변환하고, 특정 고조파를 제거하는 전력용 트랜지스터;

PWM파형을 제어하기 위한 PWM 제어 드라이브부;

전압·전류 검출값의 크기를 증폭시키기 위한 증폭부;

D/A변환부;

CPU;

표시등이 있어서 입력전압·전류값이상 유무를 확인할 수 있는 전압전류검출부;

재질의 종류나 주어진 재질의 크기등을 설정하는 용접 파라미터 설정부 및

표면 상태 조건이나 습도등을 용접전류의 크기에 따라 설정하는 용접조건 설정부를 구비하여 이루어지는 것이 바람직하며,

상기 출력부는

결합용 특수 변압기;

정류기; 및

전류의 끊어짐을 방지하는 상기 결합용 리액터를 구비하여 이루어지는 것이 바람직하며,

상기 전력용 트랜지스터는 IGBT 또는 GTO 가운데 하나인 것이 바람직하며,

상기 PWM 파형제어 드라이브부는, 인버어터를 구동하기 위한 드라이브부;

파형제어부; 및 PWM부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접방법의 바람직한 실시예는,

용접기를 초기화하는 과정;

모드를 체크하는 과정;

상기 체크과정의 수행결과 용접모드이면, 용접 전류/전압을 설정하고 이를 기억하는 과정;

용접하는 과정;

용접이 끝나면 다시 상기 체크과정을 수행하는 과정;

상기 체크과정의 수행결과 설정모드이면,

설정할 용접 파라미터를 선택하는 과정;

용접 파라미터를 설정하는 과정; 및

설정할 용접 파라미터를 선택하여 상기 체크과정을 수행하는 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 아크형 전기용접기의 단락 기간 동안의 전류제어방법은,

출력단의 전압을 판정하여 상기 전압이 단락 판정 전압 이하가 되면 전압 제어 모드에서 전류제어 모드로 바뀌는 과정;

출력단이 단락되었을 때 전류 피드백을 판정하여 상기 전류 피드백이 파형 제어 기준 파형보다 크면 PWM출력을 차단하고, 용접 전류의 상승률이 기준 파형을 추종하도록 조절하여 스페터의 발생을 줄이는 과정;

패널에 부착된 볼륨을 조절하는 과정; 및

동기화 회로에 있어서 파형 제어시 PWM 출력의 시작과 차단이 항상 교대로 일어나도록 함으로써 주 변압기의 편자화에 셍길 수 있는 소자의 파손을 방지하는 과정을 포함하는 것이 바람직하며,

상기 단락 판정 전압은 용접 전압 설정치에 따라 다르고 이 값은 데이터로 저장되어 있는 것이 바람직하며,

상기 패널에 부착된 볼륨을 조절하는 과정의 수행시 전류의 기울기는 저장된 데이터에 의하여 8단계까지 가변되는 것이 바람직하며,

상기 아크형 전기용접기의 전원장치의 제어방법은, 3상 전원을 입력하여 정류ㆍ평활하여, 직류 전원을 생성하는 과정;

상기 직류 정원을 파워 트랜지스터의 스위칭에 의해서 펄스형 교류로 변환하는 과정;

상기 펄스형 교류를 변압기를 통하여 전력 변환하는 과정;

상기 변압기를 통해 변환된 전원을 변압기 2차측 다이오드를 통하여 정류하는 과정;

상기 다이오드에서 정류된 전원을 리액터를 거쳐 평활하는 과정; 및

상기 리액터를 통과한 직류전력이 용접봉과 모재 사이에 아아크를 발생시키는 과정을 포함하는 것이 바람직하며,

아크 기간 동안의 전압 제어방법은,

PWM방식에 의해 정전압을 제어하는 과정;

Hot 전압을 써서 용접 전압 설정치에 관계없이 아크가 발생할 때까지 최대 전압을 출력하여 아크 스타트를 향상시키는 과정;

전자 중첩 제어를 통해 단락 이행의 용접시 아크 기간동안 용접 전류가 0까지 하강하도록 하여 아크가 끊기는 것을 방지하며, 저전류 영역에서의 아크 안 정성을 높이는 과정; 및

번 백(Burn Back)제어를 통해 아크 스타트 향상을 위하여 용접 종료시와이어 끝에 생기는 용적 크기를 제어하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 아크형 전기용접기의 바람직한 일 실시예를 나타낸다. 그리고 도 2는 도 1의 인버어터 제어부의 내부 구성요소간의 제어회로를 나타낸다. 이하 상기 두 도면을 참조하여 본 발명 용접기의 동작원리에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 전기용접기는, 전력변환부의 인버어터방식으로 PWM(펄스폭)전압형을 채택하여 용접부분에 최대한 짧은 시간동안만 피크전류를 지속시키도록 함으로써 무효전력 발생과 잡음발생을 억제시키고 있다.

용접부에서 지속되어야 하는 전류는 실제로 단락상태가 된다. 그래서 변압기의 2차는 단락되어 있으므로, 변압기 1차측에 상당히 많은 전류를 필요로 하므로 순간적인 단락방지를 위해서 리액터를 삽입한다.

본 발명 용접기는 크게 전원부, 인버어터부, 출력부의 3부분으로 이루어져 있다.

첫째, 전원부에서는 통상 상용전원을 사용한다. 종래의 가동코일형 또는 가동철심형 용접기는 용접부에서 발생되는 사고가 곧바로 전원측에 영향을 주었다. 그러나 본 발명에서는 인버어터부가 있으므로 전류 및 전압 감지장치로 단락사고를 미연에 방지할 수 있다.

둘째, 인버어터부에서 용접하는 동안 단락상태는 허용할 수 없으므로 부하의 돌입전류나 단락에 의한 전압강하가 발생되어선 안된다. 그래서 인버어터부의 구성을 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 혹은 전력 트랜지스터, 또는 GTO를 이용하여 단상전압형 인버어터를 구성하고 전원과 동기를 할 수 있는 시스템을 마이크로프로세서로 제어하도록 한다.

이같은 인버어터부는 부하상태에 관계없이 다음의 기능을 갖는다.

- 부하변동에 따른 전압제어

- 부하전류(용접부에 의한)에 의한 고조파전류 완화

- 무효전력 및 잡음감소

- 빠른 스위칭 속도

셋째, 출력부분은 실제 제품을 만들고 있는 부분이므로 출력임피던스가 비교적 높고 부하의 변화가 빠른 경우에는 과도적인 전류변동이 발생되게 된다.

실제의 인버어터는 전압형으로 되어 있지만 전류동작에 의해서 유지된다고 볼 수 있으므로, 출력부분의 용접상태는 단락과 같은 상태이다. 이런 큰 단락전류의 형태는 출력측 변압기의 1차측에 영향을 줄 수 있으므로 본 발명에서는 결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 준다.

용접기의 주전원측의 전원장치의 인버어터는, 주소자인 IGBT소자를 이용하여 단상 인버어터로 구성하였다. 이 인버어터의 구동회로는 EXB841을 이용하여 구성하였다. 특히, 전원측에서 발생될 수 있는 고조파 성분을 제거하기 위해서 PWM제어 방식을 채택하였다.

도 1의 3상 정류 다이오드의 정격 전압은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 V는 정격전압, ε은 전압변동률, K는 마아진, V_in는 입력전압이다.

그리고 정격전류는 수학식 2와 같다.

I = KI_n/n

여기서 I는 정격전류, I_n은 정격출력전류, n는 변압기권수비이다.

본 발명에서 사용된 인버어터 트랜지스터의 소자는 풀(Full) 브리지 인버어터 방식을 사용한다. 또한 본 발명에서는 전압 상승률을 억제하기 위해 스너버(Snubber) 콘덴서를 사용한다.

스너버 콘덴서의

I₀

는 트랜지스터의 턴 오프시 콜렉터-에미터 사이의 내압 이하로 억제되어야 한다. 상기한 스너버 콘덴서의 용량은 수학식 3과 같이 계산된다.

여기서

C_s

는 스너버콘덴서의 용량,

l

은 주회로의 부유 인덕턴스,

I₀

는 트랜지스터 턴-오프시 콜렉터 전류,

V_CE

는 트랜지스터의 콜렉터와 에미터 사이의 전압,

E_D

는 직류전원전압이다.

또한 스너버저항 R_S는 트랜지스터가 다음의 턴-오프동작을 행하기 전까지 C_S에 축적된 전하를 방전하기 위한 것이다. 이값이 너무 낮으면 스너버회로 전류가 공진하여 턴-오프시 콜렉터 전류의 최대치가 커지게 된다. 이제 도 1의 각 구성부의 기능을 설명한다.

용접 전류 검출부(214), 용접 전압 검출부(214), PWM부(206), 파형 제어부(204)는, 용접 전류가 정해진 일정한 값 이하가 되면 자동적으로 인버어터의 펄스폭을 넓혀 용접 전류가 정해진 값 이하가 되지 않도록 전자 중첩 제어를 수행한다.

전압전류검출부(214)에서 검출된 입력 전원의 변동이 적정 동작 영역을 벗어나서 입력되면 즉시 PWM 출력을 차단하고 CPU(212)를 셧-다운시키고 에러 램프를 점등시킨다.

IGBT는 온·오프를 반복하여 정션에서 발생하는 온도가 일정 온도를 넘어서 면 즉시 PWM 출력을 차단한다. 그리고 IGBT에 흐르는 전류가 트랜지스터의 용량을 넘어서서 소자를 파손시키는 것을 방지하는 회로가 설치되어 있다.

스너버 회로는 충·방전형 RCD 스너버 방식을 채택한다. 이 방식은 RC스너버에 스너버 다이오드를 추가함으로써 스너버 저항값을 크게 할 수 있어서 턴-온 시에 트랜지스터의 부하가 커지는 문제가 없으며, 콜렉터-에미터 사이의 전압 상승률을 억제하는 효과를 갖는다.

스너버 저항 R_s에 대해서는 수학식 4의 관계가 성립한다.

그리고 스너버 회로의 손실은 수학식 5와 같다.

여기서

f

는 주파수,

E_d

는 직류전원전압이다.

스너버 다이오드는 스너버 콘덴서의 단자 전압이 최대값에 도달한 시점에서 역회복한다. 이 역회복 전류가 소멸할 때 전압 변화에 의하여 스너버 다이오드에는 스파이크 모양의 역전압이 인가되어 손실이 발생한다. 즉, 스너버 다이오드의 역회복 시간이 길면 고주파 스위칭동작시에 발생 손실이 커지게 되므로 역회복이 빠른 다이오드를 선정해야 한다.

그리고 1차 코일의 턴수는 수학식 6과 같고, 1차 코일 단면적은 수학식 7과 같다.

1차코일 턴수 N_p= E_inT_D/2B_mA_c

여기서 E_in은 입력전압,

T_D

는 듀티 사이클,

B_m

은 자속밀도,

A_C

는 코어의 단면적이다.

여기서

I_p

는 1차측 전류,

J

는 전류밀도이다.

본 발명에 의한 인버어터형 용접기의 전원장치의 제어방법은, 3상 전원을 입력하여 정류ㆍ평활하여, 직류 전원을 생성하는 과정;

상기 펄스형 교류를 변압기를 통하여 전력 변환하는 과정;

상기 리액터를 통과한 직류전력이 용접봉과 모재 사이에 아아크를 발생시키는 과정을 포함하여 이루어진다.

그리고 본 발명에 의한 용접방법의 아크 기간 동안의 전압 제어방법은,

PWM방식에 의해 정전압을 제어하는 과정;

번 백(Burn Back)제어를 통해 아크 스타트 향상을 위하여 용접 종료시와이어 끝에 생기는 용적 크기를 제어하는 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의한 단락 기간 동안의 전류제어방법은,

출력단의 전압을 판정하여 상기 전압이 단락 판정 전압 이하가 되면 전압 제어 모드에서 전류제어 모드로 바뀌는 과정(이때, 상기 단락 판정 전압은 용접 전압 설정치에 따라 다르고 이 값은 데이터로 저장되어 있다);

패널에 부착된 볼륨을 조절하는 과정(이때 전류의 기울기는 저장된 데이터에 의하여 8단계까지 가변된다); 및

동기화 회로에 있어서 파형 제어시 PWM 출력의 시작과 차단이 항상 교대로 일어나도록 함으로써 주 변압기의 편자화에 셍길 수 있는 소자의 파손을 방지하는 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 의한 용접방법은,

용접기를 초기화하는 과정;

모드를 체크하는 과정;

상기 체크과정의 수행결과 용접모드이면, 용접 저류/전압을 설정하고 이를 기억하는 과정;

용접하는 과정;

용접이 끝나면 다시 상기 체크과정을 수행하는 과정;

상기 체크과정의 수행결과 설정모드이면,

설정할 용접 파라미터를 선택하는 과정;

용접 파라미터를 설정하는 과정; 및

설정할 용접 파라미터를 선택하여 상기 체크과정을 수행하는 과정에 의해 수행된다.

상기 용접방법에서 용접 모드와 용접 파라미터 설정 모드의 체크는, 상기 두 모드 사이의 스위치를 동시에 작동시킴으로써 이루어진다. 즉 용접기에 전원이 공급된 후 초기화 상태에서 용접 작업이 가능한 용접 상태로 동작되며, 스위치를 동시에 동작시켜 이전에 설정된 용접 파라미터를 확인 스위치로 상태를 동작시킬 수 있다. 그리고 용접 작업후 다시 용접 파라미터를 변경하고자 위 상태의 과정을 반복하여 실행한다.

위처럼 동작시키면 고속펄스 설정시 박판의 고속 용접이 가능하고, 정밀한 작업이 가능하며 특히 저속펄스 설정시 후판용접과 폭넓은 용접시에 탁월한 성능을 발휘한다.

본 발명의 인버어터 제어용 용접기 및 이의 용접방법은 기존 SCR방식 용접기와 그의 용접방법에 비해서 다음과 같은 장점을 가진다.

①제어주파수 증가로 변압기 체적이 감소되므로 크기 및 중량이 감소된다.

②제어주파수 증가로 단락시 전류상승률을 제어하는 기능을 확보함으로써 낮 은 전류영역에서도 아크의 안정성이 확보되며 스패터량이 감소 된다.

③고속용접시에도 아크가 안정되도록 파형을 제어함으로써 자동용접장치에 서의 용접성능이 향상된다.

④아크 시작시 전류상승시간이 감소 될 수 있어 자동용접에 유리하다.

⑤싸이리스터 용접기에 비해 정격입력이 에너지를 보존 할 수 있다.

⑥인버어터 제어이기 때문에 기존 용접기에 비해 입력 KVA 1/2, 크기 1/3, 무게 1/5로 감소 되므로 현장작업, 협소한 공간에서 운용할 수 있다.

⑦스타트 전류 업-슬롭 제어가 있어 크레이타 전류 조정이 가능하며 마무리부의 용락방지와 균열을 방지할 수 있다.

⑧전기용접기의 용량이 커져도 많은 잡음이 발생하기 않고, 전파장애와 전원측의 단락상태가 일어나지 않는다.

⑨IGBT의 사용으로 특정 고조파가 제거되고 스위칭 속도가 빠르다.

⑩IGBT와 PWM제어방식이므로 전극봉의 선로가 적고, 제어기능이 간단하여 초보자도 쉽게 용접할 수 있다.

⑪검출부에 표시등이 있어서 입력 전압·전류값 이상시 이상유무 확인이 가능하다.

⑫기동시 매끄러운 제어가 가능하다.

⑬기동시 큰 전류가 흐른다.

Claims

IGBT 모듈을 이용하여 인버터를 제어하는 아크형 전기용접방법에 있어서,

용접기를 초기화하는 단계;

상기 초기화된 용접기의 동작 모드를 체크하는 단계;

상기 체크 결과 용접모드이면 용접 전류/전압을 설정하고 기억하는 단계;

상기 설정된 용접 전류 및 전압에 의하여 아크를 발생시키는 단계;

상기 아크 발생기간동안 전압을 저어하고 단락 기간동안 전류를 제어하고 단락 기간동안 전류를 제어하여 용접을 수행하는 단계;

상기 용접이 끝나면 다시 상기 체크단계로 복귀하는 단계;

상기 체크 결과 설정모드이면 설정할 용접 파라미터를 선택하는 단계;

상기 선택된 용접 파라미터를 설정하는 단계; 및

상기 설정된 용접 파라미터를 선택하여 상기 초기화된 용접기의 동작 모드를 체크하는 단계로 복귀하는 단계를 포함하는, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기 용접기의 용접방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단락 기간동안 전류를 제어하여 용접을 수행하는 단계는,

출력단의 전압을 판정하여 판정된 전압이 단락 판정 전압 이하가 되면, 출력단이 단란된 것으로 판단하여 전압 제어 모드에서 전류제어 모드로 바뀌는 단계;

출력단이 단락되었을 때 피드백 전류를 판정하여 상기 피드백 전류가 파형제어 기준 파형보다 크며, 스패터의 발생을 줄이기 위하여 PWM 출력을 차단하고 용접 전류의 상승률이 기준 파형을 추종하도록 조절하는 단계; 및

주 변압기의 편자화에 발생될 수 있는 IGBT 소자의 파손을 방지하기 위하여, 등가화 회로가 파형 제어시 PWM 출력의 시작과 차단이 항상 교대로 일어나도록 하는 단계를 포함하는, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 용접방법.
제 2 항에 있어서, 상기 단락 판정 전압은 용접 전압 설정치에 따라 다르고 이 값은 데이터로 저장되어 있는 것이 특징인, 전업형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 용접방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용접 전류의 상승률이 기준설 파형을 추종하도록 조절하는 단계는, 용접기의 패널에 부착된 볼륨을 조절하여, 전류의 기울기를 저장된 데이터에 의해 8단계까지 가변시키는 것을 특징으로 하는, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 용접방법.
제 1 항에 있어서, 상기 용접을 수행하는 단계는,

3상 전원을 입력하여 정류 및 평활하여 직류 전원을 생성하는 단계;

상기 생성된 직류 정원을 파워 트랜지스터의 스위칭에 의해서 펄스형 교류로 변환하는 단계;

상기 변환된 펄스형 교류를 변압기를 통하여 전력 변환하는 단계;

상기 변압기를 통해 변환된 전원을 변압기 2차츨 다이오드를 통하여 정류하는 단계;

상기 다이오드에서 정류된 전원을 리액터를 거쳐 평활하는 단계; 및

상기 리액터를 통해 평활된 질류전력이 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시키는 단계를 포함하는, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 용접방법.
제 1항에 있어서, 상기 아크 기간동안 전압을 제어하여 용접을 수행하는 단계는,

아크 스타트를 향상시키기 위하여, 기 설정된 용접 전압 설정치에 관계없이 고열의 아크가 발생할 때까지 최대 전압을 출력하는 단계;

아크가 끊기는 것을 방지하고 저전류 영역에서의 아크 안정성을 높이기 위하여, 전자 중첩 제어를 통해 단락 이행의 용접시 아크 기간동안 용접 전류를 0까지 하강시키는 단계; 및

번백(Burn Back) 제어를 통해 용접 종료시 와이어 끝에 생기는 용적 크기를 제어하는 단계를 포함하는, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 용접방법.