KR100349963B1 - 고전류 용접 전원 장치 및 용접 전류 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피가공물과 용접 관계에 있는 인덕터 및 전극을 포함하는 직렬 회로를 통과하는 트레일링 오프 상태와 최대 전류 레벨을 가진 연속적인 전류 펄스로용접 전류를 생성하는 용접 전원 장치에 관한 것으로, 이 용접 전원 장치는, (a) 전원에 접속되는 입력단과, 인버터가 온일때 제1 전기 극성을 갖는 제1 단자와, 인버터가 온일 때 제2 전기 극성을 갖는 제2 단자 및 상기 전류 펄스를 오프 상태로 시프트하기 위해 인버터를 턴오프하여 단자들로부터 전류를 제거하도록 하는 오프 신호를 발생시키는 제어기를 포함하는 인버터 스테이지와; (b) 제1 논리 신호의 생성시 제1 단자로부터의 전류를 통과시키는 전도 상태와, 제2 논리 신호의 생성시 전류를 차단하는 비전도 상태를 갖는 트랜지스터계 스위치를 구비하는 전력 스위칭 스테이지를 포함하며; 또한 상기 용접 전류의 순간값을 측정하는 센서와, 순간 전류가 최대 전류 레벨보다 실질적으로 작은 선택된 값일 때 저전류 신호를 생성하는 비교기와 오프 신호의 발생후에 저전류 신호의 생성시 제2 논리 신호를 생성하는 회로 또는 프로그램을 포함하여, 용접 전류가 대략 상기 선택된 값일 때 상기 트랜지스터계 스위치가 전도 상태에서 비전도 상태로 스위치되게 한다.

Description

고전류 용접 전원 장치 및 용접 전류 생성 방법{HIGH CURRENT WELDING POWER SUPPLY}
본 발명은 전기 아크 용접에 관한 것으로, 특히 연속적인 전류 펄스로 높은 용접 전류를 생성하기 위한 개선된 용접 전원 장치에 관한 것이다.
본 발명은 3상 입력 전원을 용접 작업의 전극과 피가공물(workpiece)의 사이에 전류가 흐르도록 인버터의 AC 출력이 정류될 수 있는 부하 연결 변압기로 전환시키기 위해 트랜지스터 스위치형 인버터를 사용한다. 이러한 인버터는 용접 작업시에 흐르는 용접 전류의 크기를 조절하기 위해 18kHz 이상에서 동작되는 펄스폭 변조기를 사용한다. 이러한 인버터는 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 일반적으로 Blankenship에게 허여된 미국 특허 제 5,349,157 호 및 제 5,351,175 호에 개시되어 있다. 상기 특허들은 인버터의 출력 변압기에 대한 고주파 펄스폭 변조기 직류 펄스에 의해 제어되는 전류를 가진 3상 인버터를 나타내는 배경 기술 정보로서 참조에 의해 이 명세서에 통합되어 있다. 이러한 특허들은 용접 작업시에 사용되는 인버터 출력 전류를 제어하기 위해 에러 증폭기를 구비한 펄스폭 변조기를 사용하는 3상 인버터의 개념을 설명하고 있다.
AC 용접 작업, 특히 AC MIG 용접을 위해, 일반적인 양의 단자와 일반적인 음의 단자를 형성하기 위해 출력 변압기 상에 2차 권선을 가진 트랜지스터 스위칭 네트워크형 인버터의 출력 스테이지에 출력 연결 변압기를 사용하는 것이 제안되었다. IGBT 등과 같은 2 개의 트랜지스터계 스위치와 인덕터를 사용함으로써, 용접 작업시에 양의 전류 펄스가 생성되고 음의 전류 펄스가 뒤따른다. 양의 전류 펄스는 인버터 출력에서의 양의 단자를 전극과 피가공물을 통해 음의 단자 또는 접지 단자에 연결시키는 제1 스위치를 폐쇄함으로써 생성된다. 전류 흐름을 반전시키고 음의 전류 펄스를 발생시키기 위해, 용접 작업은 제2 트랜지스터계 스위치에 의해 인버터 출력의 음의 단자에 접속된다. 각각의 트랜지스터계 스위치는 전류 유지 인덕터의 일부분과 함께 전극 및 피가공물과 직렬 접속되어 있다. 교대로,제2 스위치가 개방될때 제1 스위치를 폐쇄하고 제2 스위치가 폐쇄될 때 제1 스위치를 개방시킴으로써, AC 용접 공정이 이루어진다. 이러한 공정은 연속적인 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스를 포함한다. AC 용접 공정을 위한 이러한 기술은 상당히 성공적인 것으로 판명되었지만, 용접 전류가 높을 때, 즉 약 200암페어 이상일 때에, 제1 및 제2 트랜지스터계 스위치와 병렬로 접속되는 완충기(snubber)가 매우 고가이며 상당히 크다. 이러한 완충기는 하나의 펄스가 턴오프되고 다음 펄스가 턴온될 때 스위치를 지나는 고전압을 유지시키기 위한 것이다. 높은 용접 전류에 대한 이러한 인버터 전원 장치는 하나의 극성에서 반대 극성으로의 스위칭 동작동안 고전압이 적당하게 조절되는 한 AC 아크 용접에 성공적이다. 그러나, 높은 용접 전류를 위하여 인버터계 전원 장치를 사용하는 것은 명백한 단점이다.
펄스폭 변조기에 의해 동작되는 스위치형 인버터에 의해 생성되는 높은 용접 전류를 스위칭할 때에 전류가 극성들 사이에서 스위치되어야 하는 속도와 용접 작업에서 발생하는 유도 리액턴스로 인하여 고전압이 발생되는 것으로 밝혀졌다. 상기 언급된 형태의 AC 용접기에서 양극성과 음극성사이의 시프트동안 유도된 전압은 유도 리액턴스와 전류의 도함수와의 곱과 같다. 그러므로, 그러한 전압을 억제하는 것은 매우 어려울 것이다. 이런 이유로, 다양한 설계의 에너지 흡수 완충기 회로가 높은 용접 전류를 양극성과 음극성 사이에서 스위치할 때 유도된 전압을 감소시키거나 제어하기 위해 사용되었다. 여기서 고전류란 일반적으로 약 200 암페어이상을 의미하며 1,000~1,200 암페어 이상일 수도 있다. 이러한 고전압을 조정하기 위해 필요한 완충기 회로는 모두 고손실 및/또는 고비용의 것이다. 이 고전압은 스위칭 동작 동안 단위 시간당 순간 전류의 변화에 의해 증배된 용접 회로의 인덕턴스이다. 인버터 출력에서 용접 작업에 사용되는 트랜지스터가 전도를 중지하기 위해 스위치를 턴오프하는 데에는 일정 시간이 필요하기 때문에, 완충기에 의해 조정되어야 하는 유도 전압은 스위치가 턴오프하기 시작하여 온과 오프사이에서 변화할 때의 전류의 크기에 비례한다. 그러한 이유로, 종래에는, 전기 아크 용접기와 같은 고전류 스위치 응용에서 사용되는 회로는 일반적으로 스위치가 턴오프될 때 발생하는 고전압 스파이크를 억제하기 위해 상기 기재된 바와 같은 정교한 완충기 설계를 필요로 하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 실시하기 위해 사용되는 인버터 스테이지와 출력 스위칭 네트워크의 개략적인 배선도.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 역 스위칭 네트워크를 도시하는 도 1에 도시된 전원 장치의 간략화된 배선도.
도 2는 인버터 오프 신호와 제1 및 제2 커맨드 신호를 생성하기 위해 바람직한 실시예에서 사용되는 제어 장치의 논리 네트워크를 도시하는 배선도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 실시함으로써 생성되는 여러 가지 파형을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 기본 양상을 설명하기 위한 AC 용접 전류 파형을 개략적으로 도시한 그래프.
도 5 내지 도 7은 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에서 AC 용접용 전류 파형을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예의 변형예를 도시한 개략적인 배선도.
도 9는 도 8에 도시된 바람직한 실시예의 변형예에 의해 생성된 전류의 파형을 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 400: AC 용접 전원 장치
12: 인버터 스테이지
14, 18: 정류기
20: AC 입력
30: 트랜지스터 스위칭 네트워크
32: 부하 변압기
70: 제어기
170, 420: 발진기
402: 인버터
412: 논리 네트워크
본 발명에 의해, 인버터 스테이지의 출력단에서의 고전류를 스위칭할 때의 순간 전압은 스위칭 인버터를 동작시키는 펄스폭 변조기, 특히 3상 전원에 의해 구동되는 형태의 AC 용접기에서 현저하게 감소된다. 본 발명은 1200 암페어의 AC 인버터계 전원 장치로 테스트되며 이 전원 장치의 출력 전류는 용접 전류의 극성을 반전시키기 위해 스위치가 각각의 전류 펄스의 트레일링 에지에서 턴오프되기 전에 150 암페어로 감소된다. 하나의 스위치가 턴오프될때, 다른 스위치는 턴온되어 반대 극성의 전류 펄스를 생성하며, 이 반대 극성의 전류는 150 암페어로 즉시 시프트한 후에 용접 회로내의 인덕터를 통해 반대 방향의 최대 전류까지 빠르게 시프트한다. 고전류 펄스를 오프로 스위칭하기 전에 인버터를 턴오프함으로써, 제거되는 펄스 형태의 전류는 저전류 레벨로 빠르게 감소된다. 결과적으로, 극성들 사이의 스위칭은 저전류 값에서 성취되며, 이 예에서 상기 저전류 값은 150 암페어로 설정된다. 이 예에서, 스위치가 턴오프될 때 스위치 양단의 유도 전압은 현저하게 감소된다. 그러므로, 1200 암페어에서 완충기는 전류의 스위치 값이 낮게 설정될 때 제거될 수 있다. 완충기 전압력은 완충기의 전력 조정 요구를 증대시키지 않고도, 더 높은 AC 스위칭 주파수를 허용하기 위해 감소된다.
본 발명에 따르면, 최대 전류 레벨 및 트레일링 오프 상태를 갖는 연속적인 전류 펄스에서 용접 전류를 생성하기 위한 용접 전원 장치는 개선된다. 그러므로, 바람직한 실시예에서 연속하는 양 및 음의 전류 펄스를 포함하는 각각의 전류 펄스는 일반적으로 약 200 암페어 이상의 최대 전류 레벨로 시프트한다. 전원 장치는 바람직하게는 3상인 전원에 접속된 입력단과, 인버터가 온일 때 제1 전기 극성을 갖는 제1 단자와, 인버터가 턴온될 때 제2 전기 극성을 갖는 제2 단자 및 접지 단자를 구비한 인버터 스테이지를 포함한다. 본 발명에서, 인버터 스테이지를 턴오프하여, 단자들로부터 고전류를 제거하기 위해 제어기는 오프 신호를 발생시킨다. 인버터 스테이지의 비작동(deactivation)은 전류 펄스를 오프 상태로 시프트한다. 인버터 스테이지가 턴오프될 때, 펄스 형태의 전류는 0 전류로 감소한다. 전원 장치를 정상적으로 사용할 때, 인버터 스테이지는 온 상태를 유지하고 음극성에서 양극성으로 시프트하기 위해 출력 스위치가 사용된다. 이것이 본 발명의 배경 기술에서 제시된 문제점을 초래한다.
본 발명에 따르면, 출력 스위치가 극성을 반전시키기 위해 사용되더라도, AC 아크 용접기에서 사용하기 위한 전류를 생성하는 인버터 스테이지는 턴오프되어 극성 반전이 될 때 전류가 0 전류로 소멸하도록 한다. 저전류 값에 도달될 때, 스위치는 반전되어 존재하는 전류 펄스를 종료하고 즉시 반대 극성의 다음 전류 펄스를 생성한다. 스위치는 2개의 트랜지스터계 스위치를 포함하는 전력 스위치 네트워크내에 있으며, 2개의 트랜지스터계 스위치는 각각 제1 논리 신호의 생성시 단자들 중의 하나로부터의 전류를 통과시키는 전도 상태와 제2 논리 신호의 생성시 전류 흐름을 차단하는 비전도 상태를 갖는다. 본 발명은 단일 극성의 펄스만을 생성하는 단일 출력 전력 스위치를 사용할 수 있다. 그러므로, 넓은 의미로, 본 발명은 인버터 스테이지를 턴오프하는 단계, 전류 펄스가 선택된 전류 레벨로 감소하는 단계 및 출력 전력 스위치를 스위치 오프하여 전류 펄스를 종료시키는 단계를 포함한다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예는 AC 아크 용접에 사용된다. 여기에는 2개의 전류 펄스가 있다. 하나의 출력 전력 스위치가 턴온될 때 다른 출력 전력 스위치는 턴오프되고, 그 역도 가능하여 반대 극성의 전류 펄스가 연속적으로 생성된다. 각각의 전류 펄스는 펄스 형태의 전류를 감소시키기 위해 필요한 짧은 시간동안 인버터를 턴오프함으로써 생성되는 트레일링 에지를 갖는다. 그러므로, 전류 펄스는 제2 논리 신호를 스위치에 공급하고 이 스위치를 비전도 상태로 시프팅함으로써 종료된다. 실제로, 단일 스위치 DC 유닛이던지 2개의 스위치 AC 유닛이던지간에 각각의 전력 스위치에 대한 제1 논리 신호는 스위치를 턴온시키는 논리값 1이다. 논리값 0은 스위치 또는 스위치들을 턴오프시키는 제2 논리 신호이다.
본 발명에 따르면, 용접 전류의 순간값을 측정하기 위해 센서가 사용되며, 순간 전류가 전류 펄스의 최대 전류 레벨보다 충분히 작은 선택된 값일 때 저전류 신호를 생성하기 위해 비교기가 사용되며, 회로 또는 프로그램은 인버터 스테이지를 턴오프하기 위한 신호의 발생후에 저전류 신호의 발생시에 스위치를 턴오프하는 제2 논리 신호를 생성한다. 2개의 스위치가 AC 용접에 사용되면, 하나의 전류 펄스가 그 전력 스위치에 의해 턴오프될 때, 다음 전류 펄스는 턴온되고 인버터 스테이지가 이어서 역으로 턴온될 때 전류는 즉시 최대 전류로 상승한다. 인버터는 극성 반전 전의 짧은 시간 주기 동안만 턴오프된다. 인버터 형태의 출력 인덕턴스는 통상적으로 작은 값이기 때문에, 출력 전류는 빠르게 변화할 수 있다. 다음 전류 펄스는 최대 전류로 진행하고 다음 전류 반전 단계까지 최대 전류를 유지하고 있다.
인버터 스테이지는 먼저 턴오프되고 스위치는 극성을 반대로 한다. 인버터가 턴오프되는 것에 응답하여 전류가 선택된 값으로 감소한 후에, 2개의 극성들 사이의 실제적인 스위칭이 이루어진다. 스위치 양단의 유도 전압은 일정 인덕턴스에 의해 증배된 스위칭시의 전류의 함수이기 때문에, 교번하는 스위치 반전 동작동안 전류 변화의 현저한 감소는 유도 전압을 크게 감소시킨다. 저용량 완충기를 사용하거나 또는 완충기 없이도 1000∼1200 암페어가 스위칭될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이것이 반대 극성의 전류 펄스를 생성하기 위해 고주파 인버터 스위칭 네트워크 및 출력 스위치를 사용하는 형태의 AC 용접기의 개선점이다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 본 발명의 인버터 스테이지는 단상 또는 다상 입력중의 하나에 의해 전력이 공급된다. 본 발명은 3상 입력에 대해 사용될 수 있기 때문에, 용접 동작은 쉽게 균형이 잡혀지는 반면, 고전류 용접에 사용되는 이러한 형태의 종래의 스위칭 유닛은 결과적으로 불균형 전력을 제공하는 단상 전원 장치이다. 이러한 불균형은 본 발명에서 사용되는 고전류 레벨에서 더욱 문제시된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 인버터 스테이지는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함한다. 이러한 펄스폭 변조기는 인버터 스테이지내의 스위치를 높은 비율로 동작시킨다. AC 용접기의 평균 용접 전류는 표준 인버터의 실시에 따른 펄스폭 변조기의 듀티 사이클을 변화시킴으로써 용접 작업용 평균 전류를 제어하기 위해 에러 증폭기에 전달된다. 본 발명을 사용하여 전원 장치의 출력에서 생성된 전류 펄스는 약 400Hz 이하로 비교적 낮다. 사실상, AC 용접 동작은 범용 범위인 40Hz~200Hz 에서 이루어지고, 이것은 인버터 스테이지의 고주파 동작과 대비된다.본 발명의 다른 양상에 따르면, 개선된 전원 장치는 단일 극성 펄스 또는 교번 극성 펄스를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 용접기는 DC 음의 모드와, DC 양의 모드 또는 AC 모드를 갖는다. 모든 모드에서, 인버터 스테이지는 턴오프되어, 최대 전류에서 선택된 저전류 값으로 감소되게 하며, 이때에 전류 펄스를 생성하는 스위치를 개방함으로써 전류 펄스가 종료된다. AC 동작 모드에서 극성을 반전시키는 속도가 AC 용접 동작의 주파수를 결정하기 때문에, 전압 제어 발진기 또는 유사한 소프트웨어 프로그래밍이 용접 펄스 주파수를 변화시키는 데에 사용되지만, 동일한 주파수가 인버터 스테이지를 동작시키는 펄스폭 변조기에서도 사용된다. 그러므로, AC 용접 주파수는 단순히 발진기의 속도를 변화시킴으로써 쉽게 조절되고, 다른 회로 또는 프로그램은 극성 스위칭 네트워크를 제어한다.
본 발명은 전류 펄스의 종료시에 펄스 전류를 약 200 암페어 이하의 레벨로, 바람직하게는 100~150 암페어의 범용 범위 이내의 레벨로 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 전류 펄스의 트레일링 에지를 종료하는 이러한 저 전류 스위칭은 전류 펄스의 최대 전류가 1000~1200 암페어일 때에도 사용될 수 있다. 지금까지, 이러한 고전류 AC 전원 장치에는 고가의 초대형 완충기가 필요했다.
본 발명에 따르면, 반대 극성의 전류 펄스가 제1 커맨드 신호와 제2 커맨드 신호 사이에서 스위칭함으로써 생성된다. 하나의 커맨드 신호는 하나의 스위치를 턴온시키고 다른 커맨드 신호는 다른 스위치를 턴오프시킨다. 이는 전류 펄스의 극성을 반전시킨다. 시간 지연 회로는 커맨드 신호가 출력 용접 동작의 극성을 반전시키도록 스위칭되기 전에 인버터 스테이지를 턴오프시키기 위해 사용된다.
본 발명에서, 제1 및 제2 논리 신호는 단일 스위치와 관련되어 있다. 논리값 1(제1 논리 신호)은 스위치를 턴온시키고 논리값 0(제2 논리 신호)은 스위치를 턴오프시킨다. 물론 논리 신호들의 디지털 값은 반전될 수 있다. AC 동작 모드에는 제1 및 제2 커맨드 신호가 있다. 이러한 2개의 커맨드 신호는 하나의 스위치를 턴온시키고 다른 스위치를 턴오프시키는 신호이다. 이러한 커맨드 신호는 동일한 논리값이 아니며 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 플립플롭의 Q 및단자에 의해 발생된다. 하나의 스위치가 턴온될 때 다른 스위치는 턴오프된다. 이것이 커맨드 신호의 동작이다. 논리 신호는 논리값 1이 스위치를 턴온시키고 논리값 1이 스위치를 턴오프시킬 때 단일 스위치와 관련된다. 그러므로, 각각의 커맨드 신호는 이 커맨드 신호에 의해 제어되는 각각의 스위치의 전도 상태를 나타내는 2개의 논리 신호를 갖는다. 커맨드 신호가 요청될 때, 이는 일반적으로 스위치가 논리 신호를 턴온한다는 것을 의미한다.
본 발명의 주요 목적은 약 200 암페어의 고전류 레벨을 가진 전류 펄스를 연속하여 생성하고 전원 장치가 변경되도록 전력 스위치를 턴오프하여 이 전류 펄스를 종료시키는 용접 전원 장치를 제공하는 것으로써, 전력 스위치를 턴오프하는 것은 펄스가 종료되는 전류의 최대값보다 충분히 낮은 저전류 레벨에서 발생한다.
본 발명의 다른 목적은 전원 장치가 높은 최대 전류를 가진 교류 펄스를 포함하는 상기 기재된 바와 같은 전기 아크 용접용의 새로운 AC 전원 장치를 제공하는 것이다. 개방되는 전력 스위치에 전원 장치의 고전류보다 현저히 낮은 전류가 흐를때 하나의 전력 스위치를 개방하고 다른 전력 스위치를 폐쇄함으로써 교류 펄스는 반전된다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 기재된 바와 같이 3상 전원에 접속되고 펄스폭 변조기에 의해 고주파에서 동작되는 인버터 스테이지에 의해 전원 장치가 구동되며, 이 고주파 인버터 스테이지가 저주파 AC 용접 동작을 위한 전류를 공급하는 전원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 기재된 전류 펄스를 연속적으로 생성하기 위한 개선된 용접 전원 장치를 제공하는 것으로서, 이 전원 장치는 IGBT 와 같은 트랜지스터계 스위치를 사용하고, 극성 반전 스위치가 턴오프될 때 저용량 완충기가 필요하거나 완충기가 필요없다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 기재된 바와 같이, 전류 펄스를 연속적으로 생성하기 위한 AC 용접 전원 장치를 제공하는 것으로서, 이 전원 장치는 약 20 kHz 이상의 주파수와 약 200 암페어 이상의 최대 전류에서 동작되는 인버터 스테이지에 의해 구동되는 40~60 kHz 정도의 출력 주파수에서 동작할 수 있다. 상기 AC 용접 전원 장치는 높은 출력 전류 레벨에서 저주파 출력 전류의 출력 특성을 가진 고주파 인버터 변환의 이점을 포함하는 전기 아크 용접용의 새로운 AC 전원 장치이다.
본 발명의 상기 목적 및 이점은 도면을 참조한 하기의 설명으로부터 더 명백해 질 것이다.
도면은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하기 위한 목적으로 도시된다. 도 1 및 도 1a는 교류를 전극 E 와 접지된 피가공물 W를 통해 통과시키기 위한 AC 용접 전원 장치(10)를 도시한다. 전원 장치(10)는 정류기 입력단(14)을 가진 표준 인버터 스테이지(12)를 사용하며 피가공물 W의 용접 동작을 수행하는 전원 장치(10)의 전류 펄스를 생성하는 출력 스위칭 네트워크(16)에 높은 레벨의 DC 전류를 제공한다. 네트워크(16)의 입력단을 형성하는 DC 출력 단자를 제공하기 위해, 전파 정류기(18)는 인버터 스테이지에 접속되고, 정류기(14)로의 다상 입력 전압은 200 암페어를 초과하는 높은 최대 전류 레벨, 바람직하게는 1000~1200 암페어 정도의 높은 최대 전류 레벨을 갖는 DC 전류원으로 변환된다.
인버터 스테이지(12)는 관련 기술 분야에서 표준적인 것이며, DC 링크(22)를 부하 변압기(32)의 1차 권선(34)을 통해 교류 펄스를 제공하기 위한 트랜지스터 스위칭 네트워크(30)로 향하게 하는 정류기(14)로의 입력을 형성하는 다상 전원 장치로서 도시된 AC 입력(20)을 포함한다. 2차 권선(36)은 그 중앙 탭 지점(38)이 접지되고 그 양단부가 용접 동작의 피가공물 W에 접속된다. 트랜지스터 스위칭 네트워크는 1차 권선(34)내에 교류 펄스를 생성하기 위한 MOSFET 스위치 또는 다른 유사한 트랜지스터형 스위치를 포함한다. 출력 변압기(32)는 매우 낮은 인덕턴스를 가지므로 네트워크(30)는 매우 빠르게 턴오프될 수 있다. 스위치 네트워크의 이러한 빠른 온 오프는 오하이오주 클리브랜드에 소재한 Lincoln Electric Company 에서 시판되는 표준 STT 용접기와 같은 용접 전원 장치에서 광범위하게 사용되고 있고, 참조로 여기에 통합되어 있는 스티브에 의한 특허 제 5,001,326 호에 설명되어 있다. 낮은 인덕턴스를 가지며 매우 빠르게 턴오프할 수 있는 컨버터 스테이지의 개념은 공지되어 있다. 상기 종래의 특허 및 여기에 참조로 통합되어 있는 다른 특허에서 도시되어 있는 바와 같이, 스위칭 네트워크(30)는 18kHz 이상에서, 바람직하게는 상기 스티브 특허에 개시된 바와 같이 20~40 kHz 에서 동작되는 표준 펄스폭 변조기(40)에 의해 동작된다. 컨버터 또는 인버터를 형성하는 트랜지스터 스위칭 네트워크의 펄스폭 변조 제어기는 표준 기술이며, 인버터 스테이지의 출력 전류는 전원 장치(10)의 소망 출력 전류를 나타내는 전압 또는 디지털 워드를 가진 입력 라인(52)상의 전압 레벨에 응답하여 실행되는 소프트웨어일 수 있는 에러 증폭기(50)로부터의 라인(42)상의 전압에 의해 제어된다. 본 발명에서 바람직한 전류 레벨은 약 200 암페어 이상의 값으로 설정된다. 입력 라인(52)상의 표시 신호와 입력 라인(54)상의 전압 신호 또는 디지털 워드의 형태인 전원 장치의 평균 출력 전류는 증폭기(50)에 의해 비교된다. 전류 측정 분로(60)로부터의 전압은 라인(62)내의 순간 전류값을 나타내는 값을 갖는다. 전류 평균화 회로(64)는 아날로그 또는 디지털 값인 라인(62)내의 순간 전류값을 평균한다. 전류 평균화 회로(64)는 증폭기(50)의 입력 라인(54)내의 평균 전류 표시 전압 신호 또는 워드를 생성한다. 전술한 바와 같이, 인버터 스테이지는 표준 기술을 포함한다. 본 발명의 양상에 따라서, 컴퓨터의 소프트웨어 또는 아날로그 회로일 수 있는 제어기(70)는 표준 제어 개념에 따라서 라인(52)상에 표시 전압을 생성하지만, 라인(52)의 전압 또는 워드에 더하여, 제어기(70)는 또한 라인(72)에 인버터 오프 신호를 제공한다. 라인(72)상의 논리값 1은 펄스폭 변조기를 즉시 비활성화시켜서 정류기(18)에 전류를 더이상 공급하지 않도록 인버터 상태(12)를 턴오프한다. 제어기(70)는 라인(80, 82)에 스위치 커맨드 신호를 생성하고, 제1 논리값, 즉, 논리값 1은 대응하는 출력 전력 스위치를 즉시 턴온시키고, 제2 논리값, 즉, 논리값 0은 대응하는 출력 전력 스위치를 즉시 턴오프시킨다. 전파 정류기(18)는 중앙 탭 지점(38) 및 피가공물 W에 접속되는 양전류 단자(90)와, 음전류 단자(92) 및 접지 또는 공통 단자(94)를 형성하기 위한 다이오드(D1~D4)를 포함한다. 전원 장치(10)는 전극(E)과 피가공물 W사이에 고전류 펄스를 생성하기 위해 출력 스위칭 네트워크(16)를 사용한다. 도시된 바와 같이, IGBT 형태의 제1 트랜지스터계 스위치 SW1 는 라인(80)상의 커맨드 신호를 수신할 때 폐쇄된다. 스위치 SW1가 폐쇄되면 출력 인덕터(110)의 양의 세그먼트(112)를 지나 용접 공정의 아크를 통과하여 양의 단자(90)로부터 전류 펄스를 생성한다. IGBT 형태의 제2 트랜지스터계 스위치(SW2)는 인덕터(110)의 음의 세그먼트(114)를 지나는 음 전류 펄스를 생성하기 위해 라인(82)의 논리값 1을 수신할 때 폐쇄되며, 정류기(18)의 음의 단자(92)는 인버터 스테이지(12)의 출력을 형성한다. 완충기(100, 102)는 스위치(SW1, SW2)의 양단에 각각 병렬로 접속된다. 본 발명의 기본적인 양상을 실행하지 않으면, 이러한 완충기는 매우 크기가 클 것이고 초고전압을 다루어야 하는데, 왜냐 하면 유도 전압이 인덕터 세그먼트(112, 114)의 값과 전류의 미분값 또는 순간 변화값과 같기 때문이다. 전류가 1000~1200 암페어의 범위 이내라면, 짧은 턴오프 시간은 높은 di/dt 를 제공한다. 유도 전압은 매우 높으며 완충기(100, 102)에 의해 수용되어야 한다. 이제까지 고전류 AC 용접 작업시 사용되는 것으로 설명한 본 발명의 전원 장치는 새로운 것이며 200 암페어를 넘는 고전류, 실제로는 1000 암페어를 넘는 고전류를 취급할 수 있다. 이는 MIG 용접용의 AC 용접기에서 이점이 된다. 그러나, 본 발명의 주요한 특징은 완충기(100, 102)의 크기 및/또는 필요성을 감소시킨다는 것이다.
본 발명에 따르면, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 인버터 스테이지(12)의 네트워크(30)는 라인(80, 82)내의 논리값 또는 커맨드 신호가 반전되기 전에 즉시 라인(72)내의 신호에 의해 턴오프된다. 그러므로, 스위치(SW1, SW2)의 전도 상태가 반전되기 전에 전류 공급이 턴오프된다. 이러한 제어 동작을 성취하기 위해 많은 구조들이 사용될 수 있다. 이러한 구조들은 하드와이어드, 소프트웨어 또는 그들의 결합물일 것이다. 예컨대, 하드와이어드 제어 회로 또는 장치(150)는 도 2에 도시된 논리 네트워크를 포함한다. 제어 장치 또는 논리 네트워크로부터의 출력 펄스는 도 3의 상부에 도시된 전류 그래프의 결과적인 교류 펄스(P1, P2)와 함께 도 3에 시간 좌표 그래프로 도시되어 있다. 도시된 제어 회로 또는 장치(150)에서, 논리 네트워크는 라인(80)에 접속된 Q 단자와 라인(82)에 접속된단자를 가진 플립플롭(160)을 포함한다. 이 플립플롭은 소프트웨어일 수 있으며 다른 일치하지 않는 장치에 의해 구현될 수 있다. 이들 단자들상의 논리값은 도 3의 그래프 200 및 202로 도시되어 있다. 하나의 커맨드 신호가 논리값 1일때, 다른 커맨드 신호는 논리값 0이다. 결과적으로, 하나의 스위치(SW1, SW2)가 턴오프될때, 다른 스위치는 즉시 턴온된다. 이러한 스위칭 동작은 전기 아크 용접에 사용하기 위한 펄스(P1, P2)를 포함하는 AC 출력을 생성하기 위해 펄스들의 극성을 반전시킨다. 플립플롭(160)의 데이터 단자(D)는 소프트웨어로 구현될 수 있는 발진기(170)의 출력 라인(172)에 접속된다. 플립플롭(160)의 데이터 단자(D)상의 2진 논리값은 그래프 206으로 도시되어 있으며 라인(172)에서 나타나는 발진기(170)의 출력을 구성한다. 논리값을 D 단자에서 Q 단자로 이동시키기 위해, 클록 펄스는 전압 레벨 비교기(180)의 출력(182)에 접속된 것으로 도시되어 있는 클록 단자(CK)에서 수신되어야 한다. 이러한 논리 장치는 아날로그 방식 및 아날로그 부호로 도시되어 있지만, 디지털 회로도 사용된다. 플립플롭(160)은 플립플롭(160)의 출력 및 라인(80, 82)에 그래프(200, 202)로 도시된 바와 같은 논리값을 제공하는 표준 실시 형태에 따라 동작한다. 이들 라인들상의 논리값은 스위치(SW1, SW2)를 각각 제어한다. 도 3에서, 클록 펄스(204a)는 그래프(206)에 도시된 데이터 D가 논리값 0일때 나타난다. 이 클록 동작에 의해 그래프(200, 202)에 도시된 바와 같이, 커맨드 신호 라인(80) 상에 논리값 0이 나타나고 커맨드 신호 라인(82)상에 논리값 1이 나타난다. 그러므로, 점(200a)에서, 스위치(SW1, SW2)의 전도 상태는 반전된다. 이것은 펄스(P1)에서 펄스(P2)까지 전류를 시프트시켜, 양극 전류 펄스(P1)와 음극 전류 펄스(P2)사이에 극성 반전을 제공한다. 라인(80, 82)상의 커맨드 신호는 그래프(206)가 논리값 1에 있을 때 클록 펄스(204b)를 수신하는 시점(200b)에서 다시 반전된다. 그러므로, 전류 펄스의 극성은 음극 펄스(P2)에서 양극 펄스(P1)까지 다시 반전된다. 다음 클록 펄스(204c)후에, 다른 전류 극성 반전이 발생한다. 그러므로, 플립플롭(160)은 전원 장치(10)의 출력에서 AC 용접 전류를 생성한다. 도 3에 그래프(206)로 도시된 신호를 생성하는 발진기(170)는 표준 전압 제어 발진기이며, 라인(174)상의 전압 입력은 출력(172)에서의 펄스의 주파수를 변화시킨다. 이러한 발진기 속도의 변화는 도 3의 상부 그래프에 도시된 펄스의 극성에 대한 반전 주파수를 변화시킨다. 유사한 방식으로, 라인(176)상의 전압을 변화시킴으로써 발진기(170)의 듀티 사이클이 변화될 수 있다. 듀티 사이클은 도 3에 50%로 도시되어 있다. 라인(176)의 전압을 변화시킴으로써, 표준 실시 형태에 따라서, 발진의 듀티 사이클을 변화시켜 전원 장치(10)의 AC 출력에서 전류 펄스의 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다.
도 3의 그래프(204)에 도시된 라인(182)의 클록 펄스는 입력 라인(184, 186)상의 전압을 비교함으로써 생성된다. 입력 라인(184)은 분로(60)에서 감지된 용접 작업에서의 순간 아크 전류이다. 입력단(186)상의 전압은, 바람직하게는 100~150 암페어의 범위 이내에 있으며 일반적으로는 200 암페어 이하로 선택된 값인 라인(184)상의 전압에 대응하도록 설정된 가감 저항기(188)의 출력이다. 순간 전류가 가감 저항기(188)에 의해 설정된 선택된 값(100 암페어로 도시되어 있음) 이하일 때 논리값 1이 라인(182)상에 나타난다. 도 3의 그래프 204를 다시 참조하면, 펄스(204a~204c)는 비교기(180)가 입력단(186)에서 선택된 값 이하의 전류를 나타내는 논리값 1을 출력하는 동안의 시간을 나타낸다. 라인(62)에서의 순간값을 읽고 이 값을 플립플롭(160)을 클록킹하기 위해 사용함으로써, 극성의 변화가 100 암페어 이하에서만 발생하는 것이 보장된다. 이러한 특징은 본 발명의 한가지 양상에 불과하다. 스위치(SW1, SW2)의 극성 반전에 앞서 라인(72)의 논리값 1에 의해 인버터 스테이지(12)를 턴오프하는 것이 또한 필요하다. 본 발명의 이러한 양상은 다양한 구성에 의해 성취가능하며, 이들 구성중의 하나가 논리 네트워크(210)로서 도 2에 도시되어 있다. 이 논리 네트워크는 인버터(212)를 사용하여 라인(172a)상에 나타나는 바와 같이 라인(172)상의 논리값을 반전시킨다. NAND 게이트(230)는 도 3의 그래프(202)에 도시된 라인(82)상의 논리값을 가진 입력단(232)을 갖는다. NAND 게이트(230)로의 다른 입력단은 도 3의 그래프(206)인 라인(172)이다. 그래프(202, 206)의 논리값이 둘다 논리값 1일 때, 논리값 0이 라인(234)에 나타난다. 이는 NAND 게이트(250)의 출력단인 라인(72)에 논리값 1을 생성한다. 유사한 방식으로, NAND 게이트(240)는 라인(80)에 접속되고 도 3에 그래프(200)로 도시되어 있는 입력(242)을 갖는다. 라인(172a)상의 논리값이 반전된 발진기가 도 3의 그래프(202)에 도시되어 있다. 논리값 1이 그래프(200, 220)상에 모두 나타날때, 논리값 0은 게이트(240)의 출력단(244)에서 나타나며 라인(72)상에 논리값 1을 생성한다. 라인(72)상의 논리값은 도 3의 그래프(222)에 도시된 인버터 오프 신호이다. 이 인버터 오프 신호는 발진기 그래프(206)가 논리값을 변경하자마자 발생한다. 인버터(212)는 인버터 스테이지(12)를 턴오프하는 신호의 적절한 생성을 위해 논리 네트워크(210)에 사용된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 오프 신호(222a~222c)는 클록 펄스(204a~204c)가 스위치(SW1, SW2)를 반전시키기 바로 전에 발생한다. 그러므로, 인버터는 턴오프되고 펄스(222a~222c)동안 오프된 채 유지된다. 플립플롭(160)의 출력단에서의 논리값은 다음 클록 펄스가 발생할 때까지 변화할 수 없다. 상부 그래프에 도시된 전류는 반전점(200a)이 그래프의 점(302)에 도달할 때까지 라인(300)을 따라 감소한다. 그후에, 그래프(200, 202)에 도시된 바와 같이 라인(80, 82)상의 논리값을 변화시킴으로써 극성의 빠른 반전이 발생한다. 이것은 점(302)과 점(304) 사이에서 발생하는 것으로 표시되어 있는 IGBT 본래의 일정한 천이 시간을 필요로 한다. 인버터 스테이지(12)는 다시 턴온되고 전류가 라인(306)을 따라 최대 레벨로 증가된다. 이러한 동일한 동작은 도 3에 도시된 바와 같이 전류 펄스(P1, P2)의 극성이 각각 반전하는 동안 발생한다. 점(302)과 점(304) 사이에는 스위치(SW1, SW2)의 본래의 스위칭 시간에 의해 초래되는 매우 짧은 지연이 존재한다. 이러한 스위치는 정류되지 않았음을 나타내는 트랜지스터 베이스이다. 실제적으로, 이들 스위치는 IGBT이다. 트랜지스터계 스위치를 사용할 때 스위칭 에너지는 스위칭 동작 동안 손실되지 않는다. 물론, 하나의 단자상의 논리값에 따라 전도 상태를 변화시키는 다른 빠른 스위칭 장치도 100 암페어를 넘을 수 있는 고전류를 취급할 수 있다면 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.
본 발명은 교류 펄스(P3, P4)로서 도 4에 도시된 AC 전류로 개략적으로 설명된다. 이 도면에서, 인버터 오프 신호는 펄스(P3)의 점(320)에서 발생한다. 전류가 100 암페어로 도시되어 있는 선택된 저전류값에 의해 결정된 낮은 값에 도달할 때까지 전류는 출력 인덕터를 통해 라인(322)을 따라 감소한다. 이 전류는 펄스(P3)에 대해 1200 암페어의 최대 전류값보다 실질적으로 낮다. 스위치 반전점(324)에서, 스위치(SW1, SW2)는 라인(80, 82)상의 논리값에 따라 반전된다. 반전이 발생할 때, 전류가 음의 최대 레벨까지 구동되는 점(332)에 대한 이론상의 조건인 대략 수직선(330)을 따라 표시된 바와 같은 펄스(P4)가 즉시 생성된다. 스위치가 폐쇄되자마자, 전류는 단단하게 결합된 중앙 탭 인덕터에 의해 반대 극성의 동일한 레벨로 시프트된다. 점(334)과 점(336) 사이에서 0을 통한 천이가 발생한다. 본 발명은 전류가 선택된 값들사이에서 빠르게 시프트하지 않는 결과로 음 또는 양의 출력 회로에서 표준 직렬 인덕터로 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 AC 전류는 대표적인 것이며, 인버터 스테이지를 턴오프하는 것과, 전류가 선택된 값으로 소멸할 때까지 기다리는 것 및 고전류 펄스의 극성이 반전되도록 스위치를 반전시키는 것을 포함하는 본 발명의 기본 개념을 도시한다. 전술된 바와 같이, 출력 펄스의 주파수 및 듀티 사이클은 도 2에서 발진기(170)로서 개략적으로 도시된 소프트웨어를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 이러한 특징은 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에서, 펄스 P5와 P6사이의 듀티 사이클은 50%이다. 하부 그래프에 도시된 바와 같이, 펄스 P7와 P8사이의 듀티 사이클은 20%이며, 주파수는 동일하게 유지된다. 도 6에서, 펄스 P9와 P10사이의 50% 듀티 사이클이 증가된 주파수로 인하여 더 작은 개별 펄스를 생성하도록 주파수가 증가된다. 이러한 증가된 주파수는 도시된 듀티 사이클을 변화시킬 수 있으며 펄스 P11는 펄스 P12에 대해 20% 듀티 사이클을 갖는다. "듀티 사이클"이란 용어는 여기서 양 전류 펄스와 음 전류 펄스 사이의 상대적인 시간을 나타내는 것으로 사용된다. 이러한 불균형 상태는 한 방향으로의 전도가 반대 방향으로의 전도와 실질적으로 다르므로 다른 용접 작업시 유리하다. 다른 양태에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 진폭을 변화시키는 것도 가능하며, 펄스 P13의 진폭 a는 펄스 P14의 진폭 b보다 실질적으로 작다. 이러한 개념은 한 방향의 전류가 다른 방향의 전류보다 더 높도록 한다. 물론, 펄스(P5~P14)는 본 발명에 의한 것이지만, 펄스의 종료는 인버터 스테이지를 먼저 턴오프하고 스위치(SW1, SW2)를 반전시킴으로써 이루어진다. 교류 펄스의 상대적인 형태에서의 다른 변화가 실시될 수 있다.
바람직한 실시예의 다른 변형이 도 8 및 도 9에 도시되어 있으며, 여기서 용접 전원 장치(400)는 도 9에 도시된 바와 같이 일련의 단일 극성 펄스 P20를 생성한다. 본 발명의 이러한 변형예에서, 하나의 스위치(SW3)만이 전극 E와 접지된 피가공물 W 사이의 아크를 통해 펄스를 진행시키기 위해 사용된다. 이러한 변형예에 의해, 고전류가 낮게 선택된 값으로 감소하도록 인버터를 턴오프시키고 IGBT 와 같은 전력 스위치를 턴오프시키는 기본 개념이 명백하게 설명된다. 본 발명의 새로운 개념은 고전류 펄스를 턴오프시키고 고주파 인버터에 의해 구동되는 형태의 용접 전원 장치에서 전력 스위치를 턴오프시키는 것이다. 이러한 변형예에서, 인버터(402)는 전류 펄스 P20이 인덕터(404)를 통과하여 전극 E 및 접지된 피가공물 W를 지나도록 단일 스위치(SW3)에 의해 제어되는 출력을 갖는다. 라인(410)의 커맨드 신호는 스위치(SW3)가 온일 때 논리값 1을 가지며 스위치가 오프일때 논리값 0을 갖는다. 라인(410)의 논리값은 스위치를 턴온하기 위한 라인(414)상의 논리값과 스위치를 턴오프하기 위한 라인(416)상의 논리값을 입력으로 갖는 논리 네트워크(412)에 의해 제어된다. 소프트웨어일 수 있는 제어 네트워크는 라인(424)의 논리값에 의해 표시되는 바와 같이 인버터(402)를 턴온 또는 턴오프하기 위한 출력(422)을 갖는 하드와이어드 발진기(420)로 도시된다. 스위치(SW3)가 계속해서 온 상태이면, 사각파 전류 펄스가 전극 E에서 나타날 것이다. 인버터가 턴온될 때, 스위치(SW3)는 라인(414)상의 논리값에 의해 턴온된다. 그러나, 인버터가 턴오프될 때, 스위치(SW3)는 즉시 턴오프되지는 않는다. 스위치(SW3)를 턴오프시키기 위해서는 라인(416)상의 논리 신호가 필요하다. 이러한 논리 신호는 발진기(420)로부터의 논리값을 반전시키기 위한 인버터(432)를 갖는 AND 게이트(430)의 출력이다. 이 반전된 논리값은 게이트(430)의 입력단에서 라인(432a)에 나타난다. 게이트(430)로의 다른 입력은 분로(446)에 의해 측정되는 순간 용접 전류에 의해 제어되는 전류 센서(444)로부터 라인(442)의 제1 전압 입력을 갖는 비교기(440)의 출력(440a)이다. 비교기(440)로의 제2 입력은 100 암페어와 같은 선택된 전류값을 나타내는 전압 또는 워드를 갖는 라인(450)상의 전압이다. 그러므로, 인버터(402)가 턴오프될 때, 논리값 1이 라인(432a)에 나타난다. 전류가 라인(450)상의 전압에 의해 결정된 레벨까지 감소되자 마자, 논리값 1이 게이트(430)의 제2 입력(440a)에 나타난다. 이는 스위치(SW3)를 개방하여 전류 펄스를 종료시키기 위해 논리값 1이 라인(416)상에 나타나게 한다. 그러므로, 발진기가 턴온될 때 스위치(SW3)는 턴온된다. 이는 펄스 P20의 리딩 에지로서 도 9에 도시되어 있다. 본 발명은 점(460)에 도시된 바와 같이, 인버터(402)를 턴오프하는 단계를 포함한다. 스위치(SW3)를 지나는 전류는 라인(462)을 따라 감소한다. 감소하는 순간 아크 전류가 100 암페어로 표시된 선택된 값에 도달할 때, 게이트(430)는 스위치(SW3)를 턴오프시키는 논리값 1을 생성한다. 본 발명의 이러한 변형예는 단일 펄스 전원 장치 형태의 본 발명의 주요 양태를 설명하기 위해 제공된다. 펄스 P20는 발진기(420)의 주파수에 의해 결정되는 주파수로 발생하며 도 2를 참조하여 설명한 발진기(170)에 따라 동작되는 발진기의 듀티 사이클을 갖는다. 그러므로, 단일 열(series)의 펄스가 본 발명을 사용하여 생성되거나, 또는 용접 교류가 생성될 수 있다.
전류 펄스가 종료되기 전에 고전류 펄스가 선택된 값으로 감소한다는 개념을 제외하고, 일반적으로 표준 기술을 통합한 본 발명의 바람직한 실시예는 다양하게 변화될 수 있다. 고전류 용접 전원 장치에서 사용될 때, 이러한 개념은 큰 이점이 있으며 도 1에 도시된 완충기(100, 102)의 비용을 감소시켜, 고전류 용접 전원 장치의 비용을 감소시킨다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인버터 스테이지의 출력단에서의 고전류를 스위칭할 때의 순간 전압은 스위칭 인버터를 동작시키는 펄스폭 변조기, 특히 3상 전원에 의해 구동되는 형태의 AC 용접기에서 현저하게 감소된다. 그러므로, 완충기의 비용을 감소시켜 저렴한 고전류 용접 전원 장치를 제조할 수 있다.

Claims (80)

  1. 최대 전류 레벨 및 트레일링 오프 상태를 가진 연속적인 전류 펄스로 용접 전류를 생성하기 위한 용접 전원 장치로서, 상기 전류 펄스는 피가공물과 용접 관계에 있는 전극 및 인덕터를 포함하는 직렬 회로를 통과하고; 상기 전원 장치는 전원에 접속되는 입력단, 인버터가 온일 때 제1 전기 극성을 갖는 제1 단자, 인버터가 온일 때 제2 전기 극성을 갖는 제2 단자, 및 상기 전류 펄스를 오프 상태로 시프트하기 위해 인버터를 턴오프하여 상기 단자들로부터 전류를 제거하도록 오프 신호를 발생시키는 제어기를 구비하는 인버터 스테이지와, 제1 논리 신호의 생성시 상기 제1 단자로부터의 전류를 통과시키는 전도 상태와 제2 논리 신호의 생성시 전류를 차단하는 비전도 상태를 가진 트랜지스터계 스위치를 구비하는 전력 스위칭 스테이지를 포함하는 것인 용접 전원 장치에 있어서,
    상기 용접 전류의 순간값을 측정하기 위한 센서와, 상기 순간 전류가 상기 최대 전류 레벨보다 작은 선택된 값일 때 저전류 신호를 생성하는 비교기와, 오프 신호의 생성후에 저전류 신호의 생성시 상기 제2 논리 신호를 생성하는 회로 또는 프로그램을 포함하며,
    상기 트랜지스터계 스위치는 상기 용접 전류가 대략 상기 선택된 값을 가질 때 상기 전도 상태로부터 상기 비전도 상태로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 용접 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원은 3상 전원인 것인 용접 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인버터 스테이지는 고주파 전류 펄스를 수신하는 1차 권선과 전류 펄스를 상기 단자들에 제공하는 2차 권선을 구비한 출력 변압기를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전류 펄스는 모두 정해진 전기 극성을 갖는 것인 용접 전원 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 연속 펄스는 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스 사이에서 교호하는 펄스를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전원은 3상 전원인 것인 용접 전원 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  15. 제10항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스를 생성하는 수단과 상기 펄스의 주파수를 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 사이의 상대적인 시간을 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스를 생성하는 수단과 상기 전류 펄스의 주파수를 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  21. 제10항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 상대적인 진폭을 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 사이의 상대적인 시간을 조정하는 수단을 더 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  25. 제1항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 200 암페어 이하인 것인 용접 전원 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 100~150 암페어의 범용 범위내에 있는 것인 용접 전원 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 전원은 3상 전원인 것인 용접 전원 장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  30. 제25항에 있어서, 상기 연속 펄스는 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스 사이에서 교호하는 펄스를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  31. 인버터에 의해 연속적인 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스를 생성하고, 제1 커맨드 신호의 수신시 제1 트랜지스터계 스위치를 폐쇄함으로써 상기 양의 전류 펄스가 피가공물과 직렬로 접속된 제1 인덕터 세그먼트 및 전극을 통과하고 제2 커맨드 신호의 수신시 제2 트랜지스터계 스위치를 폐쇄함으로써 상기 음의 전류 펄스가 제2 인덕터 세그먼트 및 상기 전극을 통과하게 하는 용접 전원 장치에 있어서,
    상기 제1 커맨드 신호와 제2 커맨드 신호 사이에서 상기 전류 펄스의 극성을 반전시키도록 스위칭하는 반전 수단과, 상기 커맨드 신호가 반전되기 전에 상기 인버터를 턴오프시키는 지연 수단을 구비한 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 전원 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 지연 수단은 전류 펄스가 선택된 전류값으로 하강할때를 결정하는 수단과 상기 전류 펄스가 상기 선택된 값으로 하강할 때 상기 반전 수단을 동작시키는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  33. 제31항에 있어서, 상기 인버터는 다상 전원에 접속되는 입력을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 인덕터 세그먼트는 단일 인덕터의 일부분인 것인 용접 전원 장치.
  35. 제31항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접전원 장치.
  37. 제31항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  38. 제32항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  39. 제32항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  40. 제31항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 200 암페어 이하인 것인 용접 전원 장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 100~150 암페어의 범용 범위 이내인 것인 용접 전원 장치.
  42. 제32항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 200 암페어 이하인 것인 용접 전원 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 100~150 암페어의 범용 범위 이내인 것인 용접 전원 장치.
  44. 제31항에 있어서, 상기 반전 수단은 논리 플립플롭이며, Q 논리는 상기 제1 신호이며,논리는 상기 제2 커맨드 신호인 것인 용접 전원 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 지연 수단은 발진기 출력이 상기 논리 신호 중 하나와 결합되어 상기 논리 신호 중 다른 하나를 개시하기 전에 상기 인버터를 턴오프시키는 논리 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  46. 제31항에 있어서, 상기 지연 수단은 발진기 출력이 상기 커맨드 신호 중 하나와 결합되어 상기 커맨드 신호 중 다른 하나를 개시하기 전에 상기 인버터를 턴오프시키는 논리 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  47. 제31항에 있어서, 상기 지연 수단은 순간 용접 전류를 감지하는 수단과, 상기 순간 전류가 선택된 값일 때 상기 반전 수단을 동작시키는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  48. 최대 전류 레벨과 트레일링 오프 상태를 갖는 연속적인 전류 펄스로 용접 전류를 생성하는 방법으로서, 상기 전류 펄스는 피가공물과 용접 관계에 있는 인덕터 및 전극을 구비하는 직렬 회로를 통과하고; 전원에 접속된 입력단, 인버터가 온일 때 제1 전기 극성을 갖는 제1 단자, 상기 인버터가 온일 때 제2 전기 극성을 갖는 제2 단자 및 상기 전류 펄스를 오프 상태로 시프트하기 위해 상기 인버터를 턴오프하여 상기 단자들로부터 전류를 제거하도록 오프 신호를 발생시키는 제어기를 구비하는 인버터 스테이지와, 제1 논리 신호의 생성시 상기 제1 단자로부터의 전류를 통과시키는 전도 상태와 제2 논리 신호의 생성시 전류를 차단하는 비전도 상태를 갖는 트랜지스터계 스위치를 구비하는 전력 스위칭 스테이지를 포함하는 용접 전원 장치에서의 용접 전류 생성 방법에 있어서,
    (a) 상기 용접 전류의 순간값을 측정하는 단계와;
    (b) 상기 순간 전류가 상기 최대 전류 레벨보다 작은 선택된 값일 때 저전류 신호를 생성하는 단계와;
    (c) 상기 용접 전류가 상기 선택된 값에 있을 때 상기 트랜지스터계 스위치가 상기 전도 상태에서 상기 비전도 상태로 스위칭되도록, 오프 신호의 발생 후에 저전류 신호가 생성될 때 상기 제2 논리 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 전류 생성 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 전원은 3상 전원인 것인 용접 전류 생성 방법.
  50. 제48항에 있어서, 상기 인버터는 18kHz 이상의 주파수에서 동작되는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전류 생성 방법.
  51. 제48항에 있어서, 상기 전류 펄스는 400Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전류 생성 방법.
  52. 제48항에 있어서, 상기 연속적인 펄스는 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스 사이에서 교호하는 펄스를 포함하는 것인 용접 전류 생성 방법.
  53. 제48항에 있어서,
    (d) 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스를 생성하는 단계와 상기 전류 펄스의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것인 용접 전류 생성 방법.
  54. 제48항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 200 암페어 이하인 것인 용접 전류 생성 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 선택된 전류값은 100~150 암페어의 범용 범위 이내인 것인 용접 전류 생성 방법.
  56. 인버터에 의해 연속적인 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스를 생성하는 방법으로서, 상기 양의 전류 펄스는 제1 커맨드 신호의 수신시 제1 트랜지스터계 스위치를 폐쇄함으로써 피가공물과 직렬로 접속된 제1 인덕터 세그먼트 및 전극을 통과하고 상기 음의 전류 펄스는 제2 커맨드 신호의 수신시 제2 트랜지스터계 스위치를 폐쇄함으로써 제2 인덕터 세그먼트 및 상기 전극을 통과하는 것인 전류 펄스 생성 방법에 있어서,
    (a) 상기 전류 펄스의 극성을 반전시키기 위해 상기 제1 커맨드 신호와 제2 커맨드 신호 사이에서 스위칭을 행하는 단계와;
    (b) 상기 커맨드 신호가 스위칭되기 전에 상기 인버터를 턴오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 펄스 생성 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    (c) 상기 전류 펄스가 선택된 전류값으로 하강할 때를 결정하는 단계와;
    (d) 상기 전류가 상기 선택된 값으로 하강할 때 상기 반전 동작을 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것인 전류 펄스 생성 방법.
  58. 전극과 접지된 피가공물의 AC 고전류 아크 용접을 위한 용접 전원 장치로써, 상기 전원 장치는 양의 단자, 음의 단자 및 접지 단자를 구비하여 AC 전압을 적어도 200 암페어의 최대 전류를 갖는 DC 전류원으로 변환시키는 인버터 및 출력 스위칭 네트워크를 포함하며; 상기 출력 스위칭 네트워크는 상기 양의 단자, 제1 인덕터 세그먼트, 상기 전극 및 상기 접지된 피가공물과 직렬로 접속된 제1 트랜지스터계 스위치와, 상기 음의 단자, 제2 인덕터 세그먼트, 상기 전극 및 상기 접지된 피가공물과 직렬로 접속된 제2 트랜지스터계 스위치와, 전기 아크 용접을 위해 교번하는 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스를 가진 용접용 AC 고전류를 생성하기 위해 제1 스위치 반전점에서 교대로 상기 제1 스위치를 턴온시키고 상기 제2 스위치를 턴오프시키며 제2 스위치 반전점에서 상기 제2 스위치를 턴온시키고 상기 제1 스위치를 턴오프시키는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 전원 장치.
  59. 제58항에 있어서, 상기 인버터는 낮은 인덕턴스를 가지며 인버터 오프 신호의 수신시 상기 인버터를 턴오프시키는 수단 및 상기 반전점에 앞서 상기 인버터 오프 신호를 생성하는 제어 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  60. 제59항에 있어서, 상기 반전점을 200 암페어 이하의 선택된 전류값으로 설정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  61. 제58항에 있어서, 상기 인버터는 18 kHz 보다 큰 고주파에서 동작되는 펄스폭 변조된 스위칭 네트워크를 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스는 400 Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  63. 제58항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스는 400 Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  64. 제59항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스는 400 Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  65. 제63항에 있어서, 상기 인버터 최대 전류는 1000 암페어보다 큰 것인 용접 전원 장치.
  66. 제64항에 있어서, 상기 인버터 최대 전류는 1000 암페어보다 큰 것인 용접 전원 장치.
  67. 제62항에 있어서, 상기 인버터 최대 전류는 1000 암페어보다 큰 것인 용접 전원 장치.
  68. 제61항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스는 400 Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  69. 제60항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스 및 음의 전류 펄스는 400 Hz 이하의 주파수를 갖는 것인 용접 전원 장치.
  70. 제58항에 있어서, 상기 전류 펄스의 주파수를 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  71. 제63항에 있어서, 상기 전류 펄스의 주파수를 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  72. 제64항에 있어서, 상기 전류 펄스의 주파수를 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  73. 제58항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스 사이의 상대적인 시간을 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  74. 제59항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스 사이의 상대적인 시간을 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  75. 제58항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 상대적인 진폭을 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  76. 제59항에 있어서, 상기 양의 전류 펄스와 음의 전류 펄스의 상대적인 진폭을 조정하는 수단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  77. 제58항에 있어서, 상기 인버터는 다상 전원에 접속되는 입력단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  78. 제59항에 있어서, 상기 인버터는 다상 전원에 접속되는 입력단을 포함하는 것인 용접 전원 장치.
  79. 제58항에 있어서, 상기 인덕터 세그먼트는 단일 인덕터의 일부분인 것인 용접 전원 장치.
  80. 제59항에 있어서, 상기 인덕터 세그먼트는 단일 인덕터의 일부분인 것인 용접 전원 장치.
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