KR100421558B1

KR100421558B1 - 삼상직류용접기의 전력제어방법

Info

Publication number: KR100421558B1
Application number: KR10-2001-0015830A
Authority: KR
Inventors: 이진식
Original assignee: 이진식
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2004-03-09
Also published as: KR20020075992A

Abstract

본 발명은 삼상직류용접기에 관한것으로서, 더욱 구체적으로는 대전력용 삼상직류용접기에 사용되는 용접모재조건(용접모재의 용접부 표면상태 및 형상에 의한 접촉저항의 변화)이 일정치 않더라도 용접모재에 항상 동일한 전력을 공급하여 동일한 열량으로 용접하여 양호한 용접을 할 수 있도록 한것이다.

즉, 입력부, 퓨즈, 삼상노이즈필터, 변압기, 필터, 출력부가 차례로 연결되며, 변압기1차부에 삼상SCR모듈을 연결하고 변압기2차부에는 중간탭 전파정류를 연결하여 용접시 부하에 공급하는 전압신호와 전류신호가 필터를 통해 전압이득조절부와 전류이득조절부를 거쳐 곱셈기를 거쳐 기준출력전력설정부에서 설정된 (+)신호와 곱셈기에서 피드백제어된 (-)신호가 비교기1에 비교되어진 신호는 에라엠프를 통하고, 전류상한치설정부에서 설정된 (+)신호와 전류이득부조절부에서 피드백제어된 (-)신호가 비교기2에 비교되어진 신호가 비교기엠프로 통해 에라엠프로 전해진 신호는 SCR제어부를 거쳐 버퍼를 통해 SCR드라이브에서 SCR모듈의 게이트부로 전달되는 것을 특징으로 하는 대전력용 삼상직류용접기.

Description

삼상직류용접기의 전력제어방법{electricity control unit of three-phase direct current a welding machine}

본 발명은 삼상직류용접기에 관한것으로서 특히, 대전력용 삼상직류용접기에 사용되는 용접모재조건(용접모재의 용접부 표면상태 및 형상에 의한 접촉저항의 변화)이 일정치 않더라도 용접모재에 항상 동일한 전력을 공급하여 동일한 열량으로 용접하여 양호한 용접을 할 수 있도록 한것이다.

일반적으로, 전기용접의 기본원리는 줄(Joule)의 법칙에 의한 것으로 저항을 갖고있는 도체에 전류를 흐르게 하면 열이 발생한다. 이 경우, 저항과 전류와 발생하는 열량과의 사이에는 전류가 흐르고 있는 회로에 발생하는 열량 H[J]는 그 회로의 저항을 R[Ω], 전류를 I[A], 전류가 흐른 시간을 t[s]로 하면 H[J]=I²Rt로 나타난다.

저항 R 에 I²Rt[J]의 전기에너지가 주어져 H[J]의 열에너지가 발생하였다고 한다. 이때, 저항 R 에 공급, 또는 소비되는 단위 시간당 일량을 전력이라고 하고, 단위는 와트[W]를 사용한다. 즉, 1W는 1J/s(공률)로서, 1초간당의 공률은 H/t=I²Rt[J/s]이기 때문에 전력 P[W]= I²R이다.

또, 전류가 어떤시간 흘러 이루어진 일의 총량은 전력량[Ws]를 사용한다. 즉, P[W]의 전력을 t초간 사용한 때의 전력량 W는 W[Ws]=Pt=VIt이다.

용접모재에 전류를 흘러 발생되어지는 발열로서 용접을 한다면 그흐르는 전류는 용접모재 양단에 인가된 전압에 의한것인데 만약, 전류를 일정하게 흐르도록 제어하고 동일한 용접모재의 부하[R]조건이라면 항상같은 발열이 이루어질 것이다.

그러나, 용접모재의 부하조건이 변할수 있다는 새로운 가정을 세우게 되면 V(전압) = I(전류)R(저항)이라는 오옴의 법칙에 의해 전압이나 전류가 어느한쪽이 일정하게 고정되기 위해선 다른 한쪽이 변해주어야 한다는 결론이 나오고, 이때 소비되어지는 전력 P[W]= V I 또한 변화가 생긴다고 할수있다.

그러면, 줄의 법칙에 의해 기술된 것처럼 열량 H[J]=I²Rt 식에서 일의단위로 환산하면 전력량 W[Ws]=Pt=VIt 가 되는 것임으로 전력량의 변화가 결국 용접모재의 열량변화를 발생시킨다는 것을 알수있다.

통상적으로 사용되고있는 삼상직류용접기에는 출력전압을 임의로 설정하는탭체인지 방식으로 제어하거나 SCR위상제어를 사용하여 전류를 일정하게 하는 전류제어방식이나 전압을 일정하게 하는 전압제어방식을 사용하였다.

그러나, 이와같은 제어방식은 용접모재의 저항(R)조건이 변동에 따라 전류제어방식의 경우에 전압(V)이 가변되고 전압제어방식의 경우는 전류(I)가 가변하는것을 V = IR 이라는 오옴의 법칙을 통해 알수있다.

따라서, 용접모재의 저항조건이 변동에 따라 전력이 일정하게 이루어질수 없어 부하에 일정한 전력을 공급할 수 없게됨에 따라 열량도 달라짐으로 균일한 용접이 이루어질 수 없어 용접불량이 발생한다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접시 인가되는 전력을 일정하게 하는 전력제어방식을 부가함으로 용접모재의 조건이 일정치 않더라도 용접모재에 항상 동일한 전력을 공급하여 동일한 열량을 용접에 사용할 수 있게 하는것과 변압기2차부의 출력정류방식을 중간탭전파정류의 방식으로 구성하는 것을 안출한 것인데 이를 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 블록도

도 2는 SCR모듈의 전력제어를 위한 게이트 제어용 블록도

도 3은 본 발명의 일실시 예시도

도 4는 종래의 일실시 예시도

*도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력부 2 : 퓨즈

3 : 삼상노이즈필터 4 : 변압기1차부

5 : 변압기 6 : 변압기2차부

7 : LC 필터 8 : 출력부

10 : 부하 42 : 삼상SCR모듈

61 : 중간탭전파정류 62 : 브릿지전파정류

71 : 필터 81 : 전류검출기

A01 : 전압신호 A02,A05 : 필터

A03 : 전압이득조절부 A04 : 전류신호

A06 : 전류이득조절부 A07 : 곱셈기

A08 : 비교기1 A09 : 기준출력전력설정부

A10 : 비교기2 A11 : 전류상한치설정부

A12 : 비교기엠프 A13 : 에라엠프

A14 : SCR제어부 A15 : 버퍼

A16 : SCR드라이브 A17 : 게이트부

입력부(1), 퓨즈(2), 삼상노이즈필터(3), 삼상SCR모듈(42), 변압기(5), 필터(71), 출력부(8)가 차례로 연결되는 대전력용 삼상직류용접기에 있어서, 변압기(5)와 필터(71)사이의 변압기2차부(6)에 중간탭 전파정류(61)를 연결한다.

도 1에서 보는 바와같이 입력부(1)에 삼상(R.S.T)이 연결되고 퓨즈(2)와 삼상노이즈필터(3)를거쳐 삼상SCR모듈(42)에 연결되며, 이때 삼상SCR모듈(42)의 위상제어를 부하(10)의 전력을 입력받아 전력제어된 신호로서 구동하므로 삼상SCR모듈(42)의 출력전압이 부하(10)의 전력이 일정하게끔 변압기1차부(4)에 공급되어지며 변압된 2차전압을 변압기2차부(6)의 중간탭 전파정류(61)를 통해 LC 필터(7)를 통해 부하(10)에 연결되어진다.

또한, 전압신호(A01)와 전류신호(A04)가 필터(A02)(A05)를 거쳐 전압이득조절부(A03)와 전류이득조절부(A06)는 곱셈기(A07)와 연결되어 기준출력전력설정부(A09)와 연결된 비교기1(A08)과 연결되며, 상기 비교기1(A08)은 에라엠프(A13)와 SCR제어부(A14), 버퍼(A15), SCR드라이브(A16), SCR모듈(42)의 게이트부(A17)로 차례로 연결된다

그리고, 상기 전류상한치설정부(A11)와 연결된 비교기2(A10)는 비교기엠프(A12)를 거쳐 에라엠프(A13)에 연결되며 상기 비교기2(A10)는 전류이득조절부(A06)와 연결된다.

이와 같이된 본발명은 도 2에서 보는바와 같이 용접시 부하(10)에 공급하는 전압신호(A01)와 전류신호(A04)가 신호이외의 노이즈를 제거하는 필터(A02)(A05)를 통해 입력된 전압과 전류의 변화된 양의 이득을 제어를 위한 조정부인 전압이득조절부(A03)와 전류이득조절부(A06)를 거쳐 입력된 전류및 전압의 신호를 전력신호로변환시키는 곱셈기(A07)에서 기준출력전력설정부(A09)에서 설정된 (+)신호와 상기 곱셈기(A07)에서 (-)신호인 전력신호가 비교기1(A08)에 비교되어 기준출력보다 이하의 출력이면 증가를 기준출력보다 이상의 출력이면 감소시켜 비교기1(A08)에서 검출된 차이를 증폭하는 에라엠프(A13)를 통해 SCR제어부(A14)에 인가되어지고 버퍼(A15)를 통해 삼상SCR모듈(42)의 게이트부(A17)로 전달된다.

또, 출력전류가 전력소자의 허용전류를 초과하여 출력부(8)의 부하(10)로 흘러가 전력소자(SCR모듈, 전파정류소자)를 파손하는 것을 방지하기위해, 전류상한치설정부(A11)에서 설정된 (+)신호와 전류이득부에서 피드백제어된 (-)신호가 부하(10)에 인가할 전류의 최대 설정치와 실제 부하(10)에 흐르는 전류를 비교하는 비교기2(A10)에 비교되어진 신호가 비교기엠프(A12)로 통해 상기 에라엠프(A13)로 전해진다.

즉, 출력부(8)에 용접모재를 통과하는 전류신호와 용접모재의 양단에 인가되는 전압신호(A01)가 곱셈기(A07)를 통한 전력신호로 환산되어 비교기1(A08)에서 비교된 차이를 증가, 감소시키는 에라엠프(A13)를 통하고 SCR제어부(A14)를 거쳐 일정한 전력을 삼상SCR모듈(42)의 게이트부(A17)로 전달되게 하여 원하는 전력량이 되도록 한다.

또, 정류방식에 있어서 변압기1차부(4)는 삼상SCR위상제어 구조를 채택하고변압기2차부(6)는 중간탭전파정류(61)를 구성함으로서 용접시 용접모재로 흐르는 전류의 경로가 하나의 다이오드를 통해 중간탭전파정류(61)를 연결되는 형식으로 통상의 대전류를 요하는 삼상직류용접기의 정류구조에서 용접모재에서 흐르는 전류가 2개의 다이오드를 통과해야만해 추가적으로 부담되어진 열적손실과 다이오드 전압강하로 인한 전력손실을 반감할수 있게되었다.

일반적으로 실리콘 계열의 다이오드에 전압을 인가시 전위장벽에 해당하는 전압강하분은 최대 2V 까지도 이루어지며 그전압강하분이 저전압 대전류의 전력구조인 용접기에 있어서 엄청난 손실에 해당한다.

그 손실량은 P = VI에 의해 손실되는 것이며 그손실은 열로서 나타나게 되어 그열을 발산하기 위한 냉각구조 또한 추가적으로 부담해야만 하는 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같이 삼상 SCR 위상제어를 전력피드백 제어를 함으로서 출력전력을 일정하게 하여 용접모재의 조건이 일정치 않더라도 용접모재에 항상 동일한 전력을 공급하여 동일한 열량으로 용접하여 양호한 용접을 할 수 있도록 한것이다.

또한, 변압기2차부의 출력정류방식을 중간탭 전파정류의 방식으로 브릿지전파정류에 비해 정류소자의 손실을 반감화 할수 있어 그로인한 발열을 줄이고 효율을 올릴수 있다.

Claims

입력부(1), 퓨즈(2), 삼상노이즈필터(3), 삼상SCR모듈(42), 변압기(5), 필터(71), 출력부(8)가 차례로 연결되는 대전력용 삼상직류용접기에 있어서,

입력부에(1) 삼상(R.S.T)이 연결되고 퓨즈(2)와 삼상노이즈필터(3)를 거쳐 삼상 SCR모듈(42)에 연결되며, 이때 삼상SCR모듈(42)의 위상제어를 부하(10)의 전력을 입력받아 전력제어된 신호로서 구동하므로 삼상SCR모듈(42)의 출력전압이 부하(10)의 전력이 일정하게끔 삼상SCR 전파 위상제어구조를 채택한 변압기1차부(4)에 공급되어지며 변압된 2차전압을 중간탭을 지닌 다이오드 전파 정류구조의 변압기2차부(6)의 중간탭 전파정류(61)를 통해 LC필터(7)를 통해 부하(10)에 연결되어짐을 특징으로 하는 삼상직률용접기의 전력제어방법.
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