KR100456329B1

KR100456329B1 - 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로

Info

Publication number: KR100456329B1
Application number: KR10-2002-0023732A
Authority: KR
Inventors: 조광래
Original assignee: 삼성중공업 주식회사; 스웰 주식회사
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2004-11-09
Also published as: KR20030085340A

Abstract

연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로는 인버터 시오투(CO₂) 용접기에서 와이어피더 사이의 연결되는 연장선의 단락이나 단선등의 이상상태를 감지하여 고장을 미연에 방지하기 위한 것이다. 본 발명은 연장선중 모터제어선과 그라운드선의 전압상태를 감지하여 용접이 시작되어도 모터의 출력전압이 상승하지 않으면 단락상태로 보고, 그라운드선에 전압이 걸리면 단선상태로 보아 용접기 동작이 정지되도록 정지신호를 출력하고 램프를 구동시켜 연장선의 이상상태를 표시하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 연장선의 단락이나 단선을 감지하여 용접기의 작동을 차단함으로서 사전에 고장을 방지하여 용접기 내부회로들을 보호할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로{Welding machine protection circuit according to short/disconnection of extension cable}

본 발명은 인버터 시오투(CO₂) 용접기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용접기 본체와 와이어피더 사이의 연결되는 연장선의 단락이나 단선을 감지하여 용접기 작동을 차단하고 이를 경보하므로써 사전에 고장을 방지할 수 있도록 한 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로에 관한 것이다.

일반적으로 용접기(welding machine)라 함은 연강판에서 비철금속까지 판재, 파이프 및/또는 원형 단면의 재료에 결함없이 경납땜하여 소정 구조물을 제작하거나, 제작된 구조물의 손상된 경우 보수작업을 하는데 이용되는 기기이다.

상술한 용접기의 종류로는, 크게 가스용접기와 전기용접기로 나눌 수 있으며, 전기용접은 주로 아크(Arc)용접을 일컷는다. 중공업 분야에서, 중후판의 철판을 용접하기 위하여는 주로 시오투(CO₂) 용접기를 많이 사용한다. CO₂용접기는 용접기와 용접와이어를 공급하는 와이어피더, 그리고 용접토치 등으로 구성되며 용접 토치의 전극에서 연속적으로 용접와이어가 분사되면서 CO₂가스에 싸인 상태에서 전기 아크를 만든다. 이때, 아크의 열은 분사된 와이어가 접합하려는 두 금속 사이에 녹아 붙어 용접이 되는 것이다. CO₂용접기는 제어방식에 따라 SCR방식과 인버터방식으로 구분된다. 용접성은 용접전류가 완전히 직류에 가까울수록 좋은데, SCR CO₂용접기는 직류특성이지만 교류성분이 포함되어 있어 완전한 직류특성에 근접한 인버터방식의 용접기를 적용하여 고속용접을 실현한다. 또한, 변압기 및 리엑터가 소형일수록 전력손실이 적은데, SCR CO₂용접기는 용량이 증가될수록 변압기및 리엑터의 크기와 중량이 증가하여 주파수제어를 통해 변압기 크기를 줄일 수 있는 인버터방식의 용접기를 적용하여 소비전력을 절감한다. 이러한 인버터 용접기는 상용 교류 주파수 60㎐의 일반전원을 입력받아 1차 직류로 전환 후 50,000㎐의 높은 주파수로 변환된 교류전원을 발생시키는 인버터 기능을 통해 발생된 높은 주파수의 교류전원을 변압기를 경유하여 2차 직류로 전환 후 제어기를 이용하여 용접한다.

그런데, 용접 작업 환경의 열악함으로 인하여 용접기와 와이어피더 사이의 연결되는 연장선의 단락이나 단선 사고가 발생된다. 단락발생의 경우 용접기 내부회로에 영향을 주어 고장의 원인이 되기도 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로 용접기 연장선의 단락이나 단선을 감지하여 용접기의 작동을 차단시켜 회로적으로 보호하고, 이를 경보할 수 있도록 한 연장성의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 인버터 시오투(CO₂) 용접기의 외부 연결을 보여주는 상태도,

도 2는 도 1 용접기의 전면 조작판넬을 보여주는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로를 나타내는 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31 : 단선감지부 33 : 단락감지부

331 : 용접시작버튼 333 : 단락판단조건체크기

35 : 정지신호출력부 37 : 연장선이상램프

COMP1,COMP2 : 비교기 INV : 인버터

AND : 논리곱소자 NAND : 부정논리곱소자

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로는, 용접기 본체와 와이어피더 사이의 연결되는 연장선의 이상발생으로부터 용접기를 보호하기 위한 회로에 있어서, 연장선중 모터그라운드선의 전압상태로부터 단선을 감지하기 위한 단선감지부와, 연장선중 모터제어선의 전압상태로부터 단락을 감지하기 위한 단락감지부와, 상기 단선감지부와 단락감지부에서 단선과 단락중 적어도 하나가 감지되면 용접기 동작을 정지시키기 위한 정지신호를 출력하는 정지신호출력부, 및 상기 정지신호출력부에서 출력되는 정지신호에 의해 점등되어 연장선 이상을 경보하는 램프를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용된 인버터 CO₂용접기의 외부 연결도이다.

도 1을 보면, 산업동력인 440V 혹은 220V의 입력전원용 전원분배함(12)과, CO₂가스를 저장하고 있는 가스통(11), 그리고 용접전원공급기인 본체(13)가 서로 연결된다. 용접기 본체(13)는 전원분배함(12)으로부터 전원을 얻으며, 가스통(11)으로부터 CO₂가스가 투입된다. 본체(13) 전면에는 조작판넬(14)이 구비된다. 전면 조작판넬(14)은 다수의 램프와 스위치들, 출력전압 및 전류메타 등으로 구성되며, 도 2에 상세히 도시하였다. 본체(13)에는 연장선(extension cable)(15)을 통해 와이어피더(wire feeder)(16)가 연결된다. 연장선(15)은 보통 짧게는 10M에서 길게는 50M까지 주로 사용한다. 와이어피더(16)에는 와이어모터의 속도 또는 용접전류를 조절하기 위한 볼륨(17)과 전압조절볼륨(18)이 마련된다. 와이어피더(16)상의 볼륨들(17,18)은 원격제어가 가능하다. 와이어피더(16)에는 용접불꽃을 만들어내는 용접토치(welding torch)(20)가 연결되며, 용접토치(20)에는 스위치(19)가 마련된다.

도 2는 도 1 용접기 본체(13)의 전면 조작판넬(14)을 보여주는 상태도이다.

도 2를 보면, 조작판넬(14)의 좌측 상단에 자동누전차단기(141)가 마련되어 전원분배함(12)으로부터의 입력전원을 "온(ON)/오프(OFF)" 한다. 휴우즈(fuse)(142)는 비상시 주제어회로(미도시)의 전원을 차단한다. 도 2의 용접기 조작판넬(14)에는 또한, 전원램프, 온도이상램프, 과부하램프, 연장선이상램프등의 각종 램프메타(143)가 마련된다. 전원램프는 용접기 본체(13)로 입력전원이 들어 올 경우 점등된다. 온도이상램프는 내부온도의 이상 과열시 동작을 차단하고 점등된다. 과부하램프는 용접와이어가 붙어서 용접기 전원이 단락상태로 있거나 와이어를 밀어주는 모터가 과부하시 점등된다. 연장선이상램프는 본 발명의 연장선(15) 단선이나 단락시 이를 경보하기 위한 것이다. 조작판넬(14)의 우측 상단에는 용접전원공급기인 본체(13)의 출력전압 및 전류량을 디지탈형태로 표시하는 전압 및 전류메타(144)가 마련된다. 조작판넬(14)의 하단에는 연장선길이 선택스위치, 용접방식 선택스위치, CO₂/MIG 선택스위치, 가스체크스위치 등 다수의 스위치(145)가 마련된다. 용접방식 선택스위치는 2T(ON-OFF), 4T(토치스위치홀딩), 크레타(crater)처리등을 선택한다. 연장선길이 선택스위치는 본체(13)와 와어피더(16) 사이의 연결되는 연장선(15)의 길이를 10M, 20M, 30M, 40M, 50M의 5단계로 선택하기 위한 스위치로, 이를 이용하여 연장선(15)의 길이에 따른 저항성분으로 인한 용접전압 및 전류(혹은 모터속도)의 손실을 자동 보상할 수 있도록 한다. CO₂/MIG 선택스위치는 MIG시 자동으로 펄스(pluse)기능이 되고 모터의 속도가 빨라지며, CO₂시 정상적인 용접상태이다. 가스체크스위치는 용접전 가스의 연결 유무 확인 및 토치노즐을 세척해주는 스위치이다. 한편, 조작판넬(14)의 우측 하단에는 전압 및 전류 조절을 위한 볼륨(146)이 마련된다. 크레타전압볼륨은 크레타기능 선택시 용접종료전 볼륨값에 의해 전압이 조절된다. 크레타전류볼륨은 크레타기능 선택시 용접종료전 볼륨값에 의해 전류가 조절된다.

도 3은 본 발명에 따른 용접기 보호회로의 회로도를 나타낸다. 도 3에 나타낸 용접기 보호회로는 크게 연장선(15)의 단선 및 단락상태를 감지하기 위한 단선감지부(31) 및 단락감지부(33), 단선 혹은 단락상태 감지시 용접기의 동작을 정지시켜 보호하기 위한 정지신호출력부(35), 그리고 정지신호 출력에 따라 구동되어 연장선(15) 이상을 경보하는 램프(37)로 구성된다. 단선감지부(31)는 모터의 그라운드선(GND)에 걸리는 전압으로부터 단선을 감지하기 위한 비교기(COMP1)를 구비한다. 단락감지부(33)는 용접시작지령을 내리기 위한 용접시작버튼(331), 용접시작버튼(331)의 조작에 따라 입력되는 용접시작신호(START)의 상태를 반전시키기 위한 인버터(INV), 및 모터제어선(MOTOR(+))에 걸리는 전압으로부터 단락을 감지하기 위한 비교기(COMP2)를 구비한다. 단락감지부(33)는 또한, 비교기(COMP2)와 인버터(INV)의 출력신호로부터 단락판단조건을 만족하는 단락상태인지를 체크하기 위한 단락판단조건체크기(333)를 구비한다. 단락판단조건체크기(333)는 부정논리곱소자(NAND)로 이루어진다. 정지신호출력부(35)는 단선감지부(31)와 단락감지부(33)중 적어도 하나에서 감지되면 정지신호를 출력할 수 있도록 논리곱소자(AND)로 이루어진다. 연장선이상램프(37)는 도 2의 용접기 본체(13) 전면 조작판넬(14)상의 램프메터들(143)중 연장선이상램프에 대응하여 연장선(15)의 단선또는/및 단락시 점등되는 LED로 이루어진다. 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로에 대한 동작을 구체적으로 설명한다.

용접기의 연장선(15)은 모터제어선(+)과 그라운드선, 인칭선, 모터속도제어선(CM), 전압(전류)제어선(CV), 가스스위치선(SOL +24V), 볼륨용 -VC선, 토치스위치선, 가우징선택스위치선 등 9가닥으로 구성된다. 9가닥의 연장선(15) 모두가 단락되었다고 했을 때, 과전류로 인한 고장이 발생될 수 있는 선은 모터제어선(+)과 가스스위치선(SOL +24V)이다. 나머지 선들은 신호선으로서, 단락되어도 고장이 발생되지는 않는다. 모터제어선(+)과 가스스위치선(SOL +24V)에 대해서는 각각 과전류가 발생될 경우 이를 감지하여 차단하는 회로가 이미 마련되어 있으므로, 여기서는 언급을 생략한다.

본 발명은 모터제어선(+)과 그라운드선의 전압상태를 감지하여 연장선(15)의 단선 및 단락의 이상상태를 판단한다. 즉, 단선감지부(31)는 비교기(COMP1)를 통해 모터의 그라운드선(GND)에 걸리는 전압과 기준전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 단선을 감지한다. 여기서, 기준전압은 허용오차를 고려하여 +0.2V로 설정한다. 비교기(COMP1)는 모터의 그라운드선(GND)에 걸리는 전압이 기준전압 이하이면 즉, 0V이면 정상으로 감지하여 "하이(High)"레벨의 감지신호를 출력하고 기준전압 이상이면 즉, 그라운드선(GND)에 전압이 생기게 되면 단선으로 감지하여 "로우(Low)"레벨의 감지신호를 출력한다. 단선감지부(31)의 감지신호는 정지신호출력부(35)로 입력된다.

한편, 단락감지부(33)는 용접자의 조작에 따라 용접시작버튼(331)이 눌러지면 "로우(Low)"레벨의 용접시작신호(START)가 입력된다. 용접시작신호(START)는 인버터(INV)에서 "하이(High)"레벨로 상태가 반전된다. 상태반전된 용접시작신호()는 단락판단조건체크기(333)로 입력된다. 단락감지부(33)는 비교기(COMP2)를 통해 모터제어선(+)에 걸리는 전압과 기준전압을 비교하여 그 비교결과에 따라 단락을 감지한다. 비교기(COMP2)는 모터제어선(+)의 전압이 기준전압 이상이면 즉, +전압으로 점점 올라가면 정상으로 감지하여 "로우(Low)"레벨신호를 기준전압 이하이면 즉, +전압으로 오르지 않으면 단락으로 감지하여 "하이(High)"레벨의 감지신호를 출력한다. 단락판단조건체크기(333)는 부정논리곱소자(NAND)를 통해 비교기(COMP2)로부터 인가되는 감지신호와 인버터(INV)로부터 인가되는 상태반전된 용접시작신호()를 부정논리곱연산을 수행하여 용접시작신호가 들어가는데도 모터의 출력이 +전압으로 오르지 않는 단락판단조건을 만족하는 지 체크한다. 단락판단조건체크기(333)의 판단조건은 다음의 표 1로 정리된다.

상태	MOTOR1	START2	OUTPUT3
비정상	H	H	L
무동작	H	L	H
정상동작	L	H	H
인칭(무시)	L	L	H

위의 표 1을 보면, 단락판단조건체크기(333)는 비교기(COMP2)에서 "하이(High)"레벨의 감지신호가 인가되고 인버터(INV)에서 "하이(High)"레벨로 상태반전된 용접시작신호()가 인가되면 비정상상태 즉, 단락으로 판단하여 "로우(Low)"레벨의 신호를 출력한다. 단락판단조건체크기(333)는 비교기(COMP2)에서단락을 감지하여 "하이(High)"레벨의 감지신호가 인가되더라도 인버터(INV)에서 "로우(Low)"레벨의 용접시작신호가 인가되면 용접 동작을 하지 않는 무동작상태로 판단한다. 단락판단조건체크기(333)는 비교기(COMP2)에서 "로우(Low)"레벨의 감지신호가 인가되고 인버터(INV)에서 "하이(High)"레벨의 용접시작신호가 인가되면 용접시작신호가 들어와 모터의 출력이 +전압으로 올라가는 정상상태로 판단한다. 단락판단조건체크기(333)는 비교기(COMP2)에서 "로우(Low)"레벨의 감지신호가 인가되고 인버터(INV)에서 "하이(High)"레벨의 용접시작신호가 인가되면 인칭상태로 판단한다. 단락판단조건체크기(333)는 체크결과 무동작상태나 정상상태, 인칭상태로 판단되면 "하이(High)"레벨의 신호를 정지신호출력부(35)로 출력한다.

정지신호출력부(35)는 논리곱소자(AND)를 통해 단선감지부(31)의 감지신호와 단락감지부(33)의 단락판단조건체크기(333)의 출력신호를 논리곱연산한다. 정지신호출력부(35)의 논리곱소자(AND)는 단선감지부(31)에서 단선이 감지되어 "로우(Low)"레벨신호가 인가되거나 단락판단조건체크기(333)에서 비정상상태로 판단되어 "로우(Low)"레벨신호가 인가될 때 "로우(Low)"레벨의 정지신호를 출력하여 모터출력선의 전류 및 솔레노이드밸브선의 전류가 차단될 수 있도록 하여 고장발생을 방지한다. 정지신호출력부(35)의 "로우(Low)"레벨의 정지신호는 연장선이상램프(37)를 구동시켜 연장선의 이상발생을 경보하여 용접자로 하여금 신속한 조치를 취할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로는, 용접기의 연장선중 모터제어선과 그라운드선의 전압상태로부터 단락이나 단선의 이상상태를 감지하여 모터출력선 및 솔레노이드밸브선의 전류를 차단시켜 고장을 사전에 방지하며, 이상발생을 램프 점등을 통해 경보하므로써, 용접기의 고장원인을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

용접기 본체와 와이어피더 사이의 연결되는 연장선의 이상발생으로부터 용접기를 보호하기 위한 회로에 있어서,

연장선중 모터그라운드선의 전압상태로부터 단선을 감지하기 위한 단선감지부;

연장선중 모터제어선의 전압상태로부터 단락을 감지하기 위한 단락감지부;

상기 단선감지부와 단락감지부에서 단선과 단락중 적어도 하나가 감지되면 용접기 동작을 정지시키기 위한 정지신호를 출력하는 정지신호출력부; 및

상기 정지신호출력부에서 출력되는 정지신호에 의해 점등되어 연장선 이상을 경보하는 램프를 포함하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 1항에 있어서, 상기 단선감지부는 모터그라운드선에 걸리는 전압과 기준전압을 비교하고, 그 비교결과에 따라 단선감지신호를 출력하는 비교기를 구비함을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 1항에 있어서, 상기 단락감지부는

용접시작지령을 내리기 위한 용접시작버튼;

모터제어선에 걸리는 전압과 기준전압을 비교하고, 그 비교결과에 따라 단락감지신호를 출력하는 비교기; 및

상기 용접시작버튼의 조작에 따라 입력되는 용접시작신호와 비교기에서 출력되는 단락감지신호를 입력받아 단락판단조건을 만족하는 지 체크하기 위한 단락판단조건체크기를 구비함을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 3항에 있어서, 상기 용접시작버튼과 단락판단조건체크기 사이에 연결되어, 입력되는 용접시작신호의 상태를 반전시키기 위한 인버터를 더 포함하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 단락판단조건체크기의 상기 단락판단조건은 용접시작신호가 들어가는데도 모터의 출력전압이 오르지 않으면 단락상태로 보는 것을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 5항에 있어서, 상기 단락판단조건체크기는 입력되는 용접시작신호와 비교기의 감지신호를 부정논리곱연산하는 부정논리곱소자(NAND)로 이루어짐을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 1항에 있어서, 상기 정지신호출력부는 상기 단선감지부의 감지신호와 단락감지부의 감지신호를 논리곱연산하는 논리곱소자(AND)로 이루어짐을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.
제 7항에 있어서, 정지신호출력부의 상기 정지신호는 모터출력선 및 솔레노이드밸브의 전류를 차단시키기 위한 신호임을 특징으로 하는 연장선의 단락/단선에 따른 용접기 보호회로.