KR100550145B1

KR100550145B1 - 저항용접 전원장치

Info

Publication number: KR100550145B1
Application number: KR1019980044057A
Authority: KR
Inventors: 죠우찌 다까시; 미끼오 와다나베
Original assignee: 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2006-05-03
Also published as: JPH11129077A; EP0913224A2; CN1121297C; US6321167B1; KR19990037249A; EP0913224A3; CN1215642A

Abstract

콘덴서식의 저항 용접 전원 장치에 있어서, 전력 공급 효율을 향상시키고, 커다란 용접 전류나 긴 통전 시간을 가능하게 한다.

이 저항 용접 전원 장치는, 용접 에너지를 전하로서 저축하는 대용량 콘덴서(20)와, 이 콘덴서(20)를 소정의 전압까지 충전 하는 충전부(18)와 콘덴서(20)와 편측의 용접 전극(24)과의 사이에 전기적으로 접속된 트랜지스터군(22)과, 용접 통전중에 이 트랜지스터군(22)을 소정의 주파수로 스위칭 동작시켜서 용접 전류(I)를 제어하는 제어부(30)를 가지고 있다. 충전부(18)는 충전 트랜스(14)와 정류 회로(16)를 가지고 있다. 제어부(30)는, 구동회로 (44)를 통하여 트랜지스터군(22)의 스위칭 동작을 제어하는 주제어부(32)를 포함할 뿐만 아니라, 용접 전류, 전극간 전압 또는 용접 전력에 대해 피이드백 제어를 하기 위한 각종 센서, 측정 회로 또는 연산 회로를 포함한다.

Description

저항용접 전원장치

본 발명은, 저항 용접을 위한 전원 장치에 관한 것이며, 특히 용접 전류를 트랜지스터로 제어하는 방식의 전원 장치에 관한 것이다.

종래의 트랜지스터식 저항 용접 전원 장치는, 용접 에너지를 저축하는 콘덴서와 용접 전극과의 사이에 용접 트랜스를 개재시키지 않고 실질적으로 트랜지스터만을 개재시켜, 콘덴서의 방전에 의한 용접 전류를 트랜지스터로 제어하는 방식의 전원 장치이다. 이 방식은, 용접 전류의 동작이 빠를 뿐더러 업슬로프나 다운슬로프등의 파형 제어를 임의로 할 수 있으므로, 파인스포트 용접(정밀 소형 저항 용접)에 유리하게 되어 있다.

통상, 이러한 종류의 전원 장치에서는, 통전중에 용접 전류 또는 전극간 전압이 변화하더라도 용접 열량이 일정하게 유지되도록 피이드백 방식의 정전력 제어를 하도록 하고 있다. 이 피이드백 제어를 위하여, 전원 회로에 션트저항을 삽입하여 용접 전류를 검출함과 동시에, 용접 전극 또는 그 지지부재에 전압 센스선을 접속하여 용접 전극간의 전압을 검출하고, 용접 전류 검출값 및 전압 검출값으로부터 용접 전력을 연산하도록 하고 있다. 한편, 트랜지스터에는, 대전류에 견딜수 있는 FET나 IGBT등의 파워 트랜지스터를 사용하고, 더구나 병렬 접속된 수십개의 트랜지스터 군으로서 구성되어 있다.

종래의 이러한 종류의 저항 용접 전원 장치에서는, 콘덴서와 용접 전극과의 사이에서 트랜지스터군을 일종의 가변 저항기로서 동작시키는 것으로, 예를 들면 상기한 바와같이 용접 전력이 설정값과 일치하도록 용접 전류를 제어한다. 이 때문에 콘덴서로부터 방전(공급)되는 에너지의 대부분이 트랜지스터군에 있어서 저항 발열로서 무용하게 소비되며, 전력 공급 효율이 낮다고 하는 문제가 있다. 이처럼 효율이 낮기 때문에 대전류나 긴 통전 시간이 어렵다고 하는 결점이 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로,

전력 공급 효율을 향상시키고, 커다란 용접 전류나 긴 통전 시간을 가능하게 하는 콘덴서식의 저항 용접 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명중 청구항 1에 기재된 발명은, 피용접재에 가압접촉하는 한 쌍의 용접전극 사이에 용접 전류를 흐르게 하여 상기 피용접재를 저항 용접하기 위한 저항 용접 전원 장치에 있어서,

일단이 한쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되며, 용접 에너지를 전하로서 저축하는 콘덴서와, 상기 콘덴서를 충전하기위한 충전 수단과, 제 1 단자가 상기 콘덴서의 다른 단에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 다른 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되어 있는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제어 단자에 전기적으로 접속되며, 미리 설정한 통전 기간동안에 상기 트랜지스터를 소정의 주파수로 스위칭 제어하는 제어수단을 구비하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 2 항 기재의 발명은, 청구항 1 에 기재의 발명에 있어서,상기 트랜지스터는 상호 병렬 접속된 여러개의 트랜지스터로 이루어지는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 3 항 기재의 발명은, 피용접재에 가압 접촉하는 한 쌍의 용접 전극간에 용접 전류를 흘려서 상기 피용접재를 저항 용접 하기위한 저하용접 전원 장치에 있어서,용접 에너지를 전하로서 저축하는 콘덴서와,상기 콘덴서를 충전하기 위한 충전 수단과,제 1 단자가 한 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 상기 콘덴서의 일단에 전기적으로 접속되어 있는 제 1 트랜지스터와, 제 1 단자가 상기 콘덴서의 다른 단에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 다른 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되어 있는 제 2 트랜지스터와, 제 1 단자가 다른 쪽의상기 용접 전극에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 상기 콘덴서의 일단에 전기적으로 접속되어 있는 제 3 트랜지스터와,

제 1 단자가 상기 콘덴서의 다른 단에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 한 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되어 있는 제 4 트랜지스터와,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 트랜지스터 각각의 제어 단자에 전기적으로 접속되며, 미리 설정한 통전 기간 동안에 상기 제 1 및 제 2 의 트랜지스터 혹은 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 소정의 주파수로 스위칭 제어하는 제어수단를 구비하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 4 항에 기재의 발명은, 청구항 3 에 기재의 발명에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 트랜지스터 각각은 서로 병렬 접속된 여러개의 트랜지스터로 이루어지는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 5 항에 기재의 발명은, 청구항 제 1 항 내지 제 4 항의 발명의 기술구성에 있어서, 상기 충전 수단이, 상용 주파수의 교류 전원 전압을 소정의 전압까지 강압하는 트랜스와, 상기 트랜스로부터의 교류 전압을 정류하여 직류의 전압을 출력하는 정류 회로를 포함하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 6 항에 기재의 발명은, 청구항 제 3 항 또는 제 4 항에 있는 발명의 구성에 있어서, 상기 제어 수단이, 1회의 저항 용접을 위한 통전 시간을 구성하는 제 1 및 제 2의 통전 기간중, 상기 제 1의 통전 기간에서는 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 오프 상태로 유지한 채, 상기 제 1 및 제 2의 트랜지스터를 스위칭 제어하고, 상기 제 2 의 통전 기간에서는 상기 제 1 및 제 2 의 트랜지스터를 오프 상태로 유지한 채 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 스위칭 제어하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 7 항에 기재의 발명은, 청구항 제 1 항 또는 제 3 항의 발명의 구성에 있어서, 상기 제어 수단이, 상기 통전 기간 동안에 상기 용접 전류를 측정하는 전류 측정 수단과, 소망의 용접 전류 설정값을 부여하는 전류 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전류 측정 수단으로부터의 용접 전류 측정치를 상기 용접 전류 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전류 비교수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 8 항에 기재의 발명은, 청구항 제 1 항 또는 제 3 항의 발명의 구성에 있어서, 상기 제어 수단이, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전극간의 전압을 측정하는 전압 측정 수단과, 소망의 전극간 전압 설정값을 부여하는 전압 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전압 측정 수단으로부터의 전극간 전류 측정치를 상기 전극간 전압 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전압 비교수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 9 항에 기재의 발명은, 청구항 제 1 항 또는 제 3 항의 발명의 구성에 있어서, 상기 제어 수단이, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전류를 측정하는 전류 측정 수단과, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전극간의 전압을 측정하는 전압 측정 수단과, 상기 전류 측정 수단으로부터의 용접 전류 측정치와 상기 전압 측정 수단으로부터의 전극간 전류 측정치를 토대로 상기 용접 전극간에 공급되는 용접 전력을 연산하는 전력 연산 수단과, 소망의 용접 전력 설정값을 부여하는 전력 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전력 연산 수단으로부터의 용접 전력 연산값을 상기 용접 전력 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전력 비교 수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 구성으로 하였다.

또한, 청구항 10 항 에 기재의 발명은, 청구항 제 7 항 내지 제 9 항의 발명의 기술구성에 있어서,

상기 제어 수단이, 통전 기간의 개시 직후에 커다란 펄스폭을 가지는 저주파 펄스를 1개 또는 여러개 출력하고 나서 소정의 고주파수로 전환하여 상기 펄스폭 제어를 하는 구성으로 하였다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에 본 발명의 일실시예에 따른 저항 용접 전원 장치의 구성을 나타낸다.

이 저항 용접 전원 장치는, 용접 에너지를 전하로서 저축하는 대용량 콘덴서(20)와, 이 콘덴서(20)를 소정의 전압까지 충전하는 충전부(18)와, 콘덴서(20)와 편측의 용접 전극(24)과의 사이에 전기적으로 접속되며, 한편 서로 병렬 접속된 여러개의 트랜지스터(트랜지스터군)(22)와, 용접 통전중에 트랜지스터군(22)을 소정의 주파수로 스위칭 동작시켜서 용접 전류(I)를 제어하는 제어부(30)를 가지고 있다.

충전부(18)는, 충전 트랜스(14)와 정류 회로(16)를 가지고 있다. 충전 트랜스(14)는 일차측 코일이 주전원 스위치(12)를 통하여 상용 주파수의 교류 전원(10)(예를 들면 200V 전압)에 접속되어 있으며,이차측 코일로부터 예를 들면 30V로 강압한 전압을 출력한다. 정류 회로(16)는, 2개의 사이리스터(S)와 2개의 다이오드(D)를 브릿지 접속하여 이루어지는 단상 혼합 브릿지 정류회로이며, 충전 트랜스(14)로부터의 교류 전압을 정류하여 직류 전압으로 변환하고, 콘덴서(20)를 소정의 전압 예를 들면 24V까지 충전한다. 한편, 사이리스터(S)는 상용 교류 전원(10)의 사이클에 동기하여 충전용의 점호 회로(도시않음)에 의해 점호 제어된다.

콘덴서(20)는, 저압 대용량형의 콘덴서를 1개 또는 여러개 병렬 접속했기 때문에 예를 들면 1, 2F 정도의 용량을 가진다.

트랜지스터군(22)은, 여러개 예를 들면 25개의 FET(전계 효과 트랜지스터)또는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)등의 고속형 트랜지스터TR1,TR2,...TRn을 병렬 접속하여 이루어지며, 각 트랜지스터TRi의 제 1 단자(예를 들면 콜렉터 또는 드레인)은 콘덴서(20)의 편측의 단자에 전기적으로 접속되며, 제 2 단자(에미터 또는 소스)는 편측의 용접 전극(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 트랜지스터TRi의 제어단자(베이스 또는 게이트)는 구동 회로(44)의 출력 단자에 접속되어 있다 .

용접 전극(24,26)은 가압 기구에 결합되어 있으며, 용접중은 피용접재(W1,W2)에 가압 접촉하도록 되어 있다. 한편, 용접 전극(26)은 콘덴서(20)의 반대측의 단자에 전기적으로 접속되어 있다.

제어부(30)는, 구동 회로(44)를 통하여 트랜지스터군(22)의 스위칭 동작을 제어하는 주제어부(32)를 포함할 뿐만 아니라, 용접 전류, 전극간 전압 또는 용접 전력에 대해 피이드백 제어를 하기 위한 각종 센서, 측정 회로 또는 연산 회로를 포함하고 있다.

이 구성에서는, 용접 전류(I)를 흐르는 도체에 전류 센서 예를 들면 트로이달 코일(34)가 설치되며, 이 전류 센서(34)의 출력 단자에 전류측정 회로(36)가 접속 되어 있다. 또한, 양 용접 전극(24,26)에 전압 센스선(38)을 통하여 전압 측정 회로(40)가 접속되어 있다. 더욱이, 전류 측정 회로(36) 및 전압 측정 회로(40)의 출력 단자에 전력 연산 회로(42)가 접속되어 있다.

전류 측정 회로(36)는, 전류 센서(34)의 출력 신호를 토대로 스위칭 주파수의 각 1 사이클마다에 용접 전류(I)의 실효값 또는 평균값을 전류 측정값으로서 구하고, 각 전류 측정값(IM)을 주제어부(32)에 인가한다.

전압 측정 회로(40)는 전압센스선(38)을 통하여 얻어지는 전극간 전압 검출 신호를 토대로 스위칭 주파수의 각 1 사이클마다 전극간 전압(V)의 실효값 또는 평균값을 전극간 전압 측정치로서 구하고, 각 전압 측정값(VM)을 주제어부(32)에 인가한다.

전력 연산 회로(42)는, 전류 측정 회로(36)로부터의 전류 측정값과 전압 측정 회로(40)로부터의 전극간 전압 측정값으로부터 각 1 사이클마다의 용접 전력을 연산하고, 그 용접 전력 연산값(PM)을 주제어부(32)에 인가한다.

한편, 전류 측정 회로(36), 전압 측정 회로(40) 및 전력 연산 회로(42)는 아나로그 회로 또는 디지털 회로 어느 것이라도 좋으며, 아나로그 회로로 구성한 경우는, 그 출력 신호(측정값, 연산값)을 A-D 변환기로 디지털 신호로 변환한 후 주제어부(32)에 공급해도 좋다.

주제어부(32)는, 마이크로 프로셋서(CPU) 또는 전용 로직 회로등으로 구성해도 좋으며, 후술하는 바와같이 설정부, 시퀀스 제어부, PWM제어부등의 모든 기능을 포함한다.

입력부(46)는, 키보드나 마우스등의 포인팅·디바이스 및 소요 인터페이스 회로로 구성되며, 통전 시간, 펄스폭 초기값, 용접 전류, 전극간 전압, 용접 전력등의 각종 조건의 설정값을 데이터로서 입력한다. 입력부(46) 및 입력된 데이터는 주제어부(32)내의 메모리에 유지된다.

제 2 도에 주제어부(32)의 기능적 구성을 블록도로 나타낸다.

주제어부(32)는 기능적으로는, 입력부(46)로부터 입력된 각종 조건의 설정값(데이터)을 각부에 인가하는 설정부(50)와, 통전시간의 제어를 하는 시퀀스 제어부(52)와, 피이드백 제어를 위하여 각종 측정값또는 연산치를 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 비교부(54)와, 이 비교부(54)로부터 얻어지는 각종 비교오차의 하나를 선택하기 위한 셀렉터부(62)와, 이 셀렉터부(62)에서 선택된 비교 오차에 따라 다음 사이클의 제어 펄스폭을 구하고, 이 펄스폭을 가지는 제어펄스(CP)를 생성하는 PWM펄스 생성부(64)를 가지고 있다.

비교부(54)는 전류 측정 회로(36)로부터의 용접 전류 측정값(IM)을 용접 전류 설정값(IS)과 비교하여 전류 비교 오차(ERI)를 구하는 전류 비교부(56)와 전압 측정 회로(40)로부터의 전극간 전압 측정값(VM)을 전극간 전압 설정값(VS)과 비교하여 전압 비교 오차(ERV)를 구하는 전압 비교부(58)와, 전력 연산 회로(42)로부터의 용접 전력 연산치(PM)를 용접 전력 설정값(PS)과 비교하여 전력 비교 오차(ERP)를 구하는 전력 비교부(60)를 포함한다.

설정부(50)로부터 인가되는 설정값(IS, VS,PS)는 소망의 값을 얻는 일정값이라도 좋으며, 혹은 소망의 파형으로서 시간적으로 값이 임의로 변화하는 파형값이라도 좋다.

셀렉터부(62)에서 전류 비교부(56)로부터의 전류 비교 오차(ERI)가 선택되었을 때는, PWM펄스 생성부(64)에 있어서 용접 전류(I)를 용접 전류 설정값(IS)과 일치시키기 위한 제어펄스(CP)가 생성된다. 또한, 전압 비교부(58)로부터의 전압 비교 오차(ERV)가 선택되었을 때는, 전극간 전압(V)을 전극간 전압 설정값(VS)과 일치시키기 위한 제어펄스(CP)가 생성된다. 또한, 전력 비교부(60)로부터의 전력 비교 오차(ERP)가 선택되었을 때는, 용접 전력(P)를 용접 전력 설정값(PS)과 일치시키기 위한 제어펄스(CP)가 생성된다.

PWM펄스 생성부(64)는, 셀렉터부(62)로부터의 비교 오차 신호(ER)를 받아들일 뿐만 아니라, 제어펄스(CP)의 주파수(스위칭 주파수)(f)를 규정하는 고주파수 예를 들면 20kHz의 클럭(CK)을 클럭회로(도시않음)로부터 받아들이고, 시퀀스 제어부(52)에 의한 제어하에서 통전 기간중에 작동한다.

제 3 도에 이 저항 용접 제어 장치의 작용의 일예를 나타낸다. 제 3 도에 있어서, 각 통전 기간(TE1, TE2, TE3,,,)은 설정부(50)에 등록되어 있는 통전 시간 설정값에 따라 시퀀스 제어부(52)가 PWM 펄스 생성부(64)를 동작시키는 시간으로서 정의 된다. 또한, 각 휴지 시간(TH1, TH2,...)은 설정부(50)에 등록되어 있는 휴지 시간 설정값에 따라 시퀀스 제어부(52)가 PWM 펄스 생성부(64)를 정지시켜두는 시간이다.

각 통전 기간(TE)동안, PWM 펄스 생성부(64)로부터 상기 스위칭 주파수(f)(20kHz)로 제어펄스(CP)가 출력되며, 이 제어펄스(CP)에 감응하여 구동회로(44)가 트랜지스터군(22)의 전 트랜지스터(TR1,TR2,...TRn)을 동시에, 즉 같은 타이밍으로 스위칭 구동한다.

이와같이 하여, 트랜지스터군(22)의 모든 트랜지스터(TR1,TR2,..TRn)가 스위칭 동작하는 것에 의해, 콘덴서(20)가 트랜지스터군(22)을 통하여 용접 전극(24,26) 및 피용접재(W1,W2)측에 방전하고, 직류의 용접 전류(I)가 흐른다.

이때, 트랜지스터군(22)에 있어서는, 각 트랜지스터(TRi)가 높은 주파수로 온·오프를 반복하고, 더구나 온할 때는 포화 상태에서 도통하기 때문에, 저항 발열이 적어지고, 여기서 낭비하는 전력이 감소한다. 이 때문에, 콘덴서(20)로부터 공급(방전)되는 에너지를 효율좋게 피용접재(W1,W2)측으로 공급할 수 가 있으며, 커다란 용접 전류(I)를 흐르게 할 수도, 혹은 1회당 통전 기간(TE)를 길게 할 수도 있다.

또한, 피이드백 방식의 PWM제어로 제어 펄스의 펄스폭을 가변 제어하므로, 용접 전류(I), 전극간 전압(V),용접 전력(P)의 파형을 임의 패턴으로 제어할 수도 있다.

또한, 용접 전류(I)의 작동에 있어서는, 제 4 도에 도시하는 바와같이, 통전 기간(TE)의 개시 직후에 최초로 출력되는 제어펄스의 펄스폭(펄스폭 초기값)을 최대 펄스폭 부근으로 설정하는 것으로 작동 시간을 짧게 할 수 있다.

혹은, 제 5 도에 도시하는 바와같이, 통전 기간의 개시 직후에 스위칭 주파수(f)의 최대 펄스폭(tc)를 초과하는 펄스폭(ts)를 가지는 펄스를 1개 또는 여러개 출력하고 나서 스위칭 주파수(f)로 변환하여 PWM제어를 하도록 해도 좋다. 이 방식은, 작동 속도를 보다 한층 향상시키는 것이 가능하며, 용접 전류(I)를 커다란 전류값으로 설정했을 때에 유리하다.

이처럼, 이 저항 용접 제어 장치는, 작동 특성이 우수하며, 파형 제어가 가능할 뿐만 아니라, 전력 공급 효율이 좋고, 커다란 용접 전류, 긴 통전 시간을 취할 수 있기 때문에, 정밀 소형 저항 용접에 있어서 다양한 금속재(피용접재)에 적응하고, 신뢰성 높은 용접 품질을 보증할 수 있다.

제 6 도에 본 발명의 다른 실시예에 의한 저항 용접 전원 장치의 구성을 나타낸다. 도면중, 상기 제 1 실시예의 전원 장치와 동일한 구성·기능을 가지는 동일 부호를 부여한다.

이 저항 용접 전원 장치는, 4쌍의 여러개의 트랜지스터(트랜지스터군)(22A, 22A´,22B, 22B´)를 가지고 있다.

제 1 트랜지스터군(22A´)은 소정수 예를 들면 25개의 FET 또는 IGBT등의 고속 트랜지스터TRA1´∼TRAn을 병렬 접속하여 이루어지며, 각 트랜지스터(TRAi)의 제1 단자는 한쪽의 용접 전극(26)에 전기적으로 접속되며, 제 2 단자는 콘덴서의 한쪽 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 트랜지스터(TRAi´)의 제어단자는 구동 회로(44B)의 출력 단자에 접속되어 있다. 제어 단자는 구동 회로(44A)의 출력 단자에 접속되어 있다.

제 2 트랜지스터군(22A)은 소정수 예를 들면 25개의 FET 또는 IGBT등의 고속 트랜지스터TRA∼TRAn을 병렬 접속하여 이루어지며, 각 트랜지스터(TRAi)의 제 1 단자는 콘덴서(20)의 다른 쪽의 단자에 전기적으로 접속되며, 제 2 단자는 다른 쪽의 용접 전극(24)에 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 각 트랜지스터(TRAi)의 제어단자는 구동 회로(44A)의 출력 단자에 접속되어 있다.

제 3 트랜지스터군(22B´)은, 소정수 예를 들면 25개의 FET 또는 IGBT등의 고속 트랜지스터TRB1´∼TRBn´을 병렬 접속하여 이루어지며, 각 트랜지스터(TRBi´)의 제1 단자는 다른 쪽의 용접 전극(24)에 전기적으로 접속되며, 제 2 단자는 콘덴서의 한 쪽의 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 트랜지스터(TRBi´)의 제어단자는 구동 회로(44B)의 출력 단자에 접속되어 있다.

제 4 트랜지스터군(22B)은 소정수 예를 들면 25개의 FET 또는 IGBT등의 고속 트랜지스터TRB1∼TRBn을 병렬 접속하여 이루어지며, 각 트랜지스터TRBi의 제1 단자는 콘덴서(20)의 다른 쪽의 단자에 전기적으로 접속되며, 제 2 단자는 한쪽의 용접 전극(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 트랜지스터(TRBi)의 제어단자는 구동 회로(44B)의 출력 단자에 접속되어 있다.

이 저항 용접 전원 장치에 있어서, 주제어부(32)는, 제 1 및 제 2의 트랜지터군(22A´,22A)과 제 3 및 제 4의 트랜지스터군(22B´,22B)을 별개의 구동회로(44A,44B)를 통하여 선택적으로 스위칭 동작시키는 것과 같은 제어를 한다.

제 1 및 제 2 의 트랜지스터군(22A´,22A)을 선택적으로 스위칭 동작시킬 때는, 용접전극(24, 26) 및 피용접재(W1,W2)와 정방향의 용접전류(IA)가 흐른다. 이 모드는, 상기한 제 1 실시예에 의한 전원 장치에 상당한다.

또한, 제 3 및 제 4 의 트랜지스터군(22B´,22B)을 선택적으로 스위칭 동작시킬 때는, 역방향의 용접전류(IB)가 흐른다.

이 저항 용접 전원 장치는, 2점 동시 접합형의 저항 용접(시리즈 용접)에 적용하기에 아주 좋은 것이다.

이하에, 제 7 내지 제 9 도에 대해 시리즈 용접에 적용한 경우의 작용을 설명한다.

예를 들면, 제 7 도에 도시한 바와같은 피용접재(W1,W2)에 대해 씨임용접을 할 경우는, 입력부(46) 및 주 제어부(32)에 있어서, 1회의 저항 용접을 위한 통전 시간을 제 1 및 제 2 의 통전 기간(TA, TB)로 2분할하여 설정한다.

그리고, 제 8 도에 도시하는 바와 같이, 제 1 통전 기간(TA)에서는, 제 1 및 제 2 의 트랜지스터(22A´,22A)군만을 PWM제어로 연속적으로 스위칭 동작시키고, 제 2 통전 기간(TB)에서는 제 3 및 제 4 의 트랜지스터군(22B´,22B)만을 PWM 제어로 연속적으로 스위칭 동작시킨다. 통상은, 정전류 제어를 하여 용접 전류를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

따라서, 제 8 도에 도시하는 바와같이, 제 1 의 통전 기간(TA)에서는 거의 대형상의 전류파형을 가지는 정극성의 용접 전류(IA)가 흐른다. 이 경우, 제 7 A도에 도시하는 바와같이, 용접 전류(IA)는 용접 전극(24) →피용접재(W1) →제 1 용접개소(Pa)→피용접재(W2)→제 2 용접개소(Pb)→피용접재(W1) →용접전극(26)의 경로로 흐른다. 즉, 제 1 용접개소(Pa)에서는 피용접재측(W1)으로부터 피용접재(W2)측으로 용접전류(IA)가 흐르고, 제 2의 용접개소(Pb)에서는 피용접재측(W2)으로부터 피용접재(W1)측으로 용접전류(IA)가 흐른다. 이것에 의해, 예를 들면 제 1 용접개소(Pa)에서는 열을 흡수하는 페르체 효과가 발생하는 한편, 제 2의 용접 개소(Pb)에서는 열을 발생하는 페르체 효과가 일어난다.

이렇게하여, 제 1 통전 기간(TA)에서는, 제 1 용접 개소(Pa)의 나겟Na보다도 제 2 용접 개소(Pb)의 나겟Nb쪽이 큰 성장률로 성장한다. 이 결과, 제 1 통전 기간(TA)의 종료시에는, 제 7B 도에 도시하는 바와 같이 나겟Nb가 나겟Na보다도 상대적으로 커져있다. 이 시점에서의 양 나겟(Na,Nb)의 사이즈의 차는, 피용접재(W1,W2)의 재질이나 판 두께, 제 1 통전 기간(TA)의 기간, 설정 전류값등에 의존한다.

그러나, 제 8 도에 도시하는 바와같이, 제 2의 통전 기간(TB)에서는, 제 3 및 제 4의 트랜지스터군(22B´,22B)이 스위칭 동작하는 것으로, 거의 대형상의 전류 파형을 가지는 부극성의 용접전류(IB)가 흐른다. 이 경우는, 제 7C 도에 도시하는 바와같이, 용접전류(IB)는 용접 전극(26)→피용접재(W1)→제 2 용접개소(Pb)→피용접재(W2)→제 1 용접개소(Pa)→피용접재(W1) →용접전극(24)의 경로로 흐른다. 즉, 제 1 피용접개소(Pa)에서는 피용접재(W2)측으로부터 피용접재(W1)측으로 용접전류(IB)가 흐르고, 제 2 용접개소(Pb)에서는 피용접재(W1)측으로부터 피용접재(W2)측으로 용접 전류(IB)가 흐른다. 이것에 의해, 이번에는, 제 1 용접개소(Pa)에서 열을 발생하는 페르체 효과가 생기는 한편으로, 제 2 용접 개소(Pb)에서 열을 흡수하는 페르체 효과가 생기게 된다. 이 때문에, 제 2 통전 기간(TB)에서는, 제 1 용접 개소(Pa)의 나겟(Na)쪽이 제 2 용접 개소(Pb)의 나겟(Nb)보다도 크게 성장한다.

이 결과, 제 2 통전 기간(TB)이 종료한 시점, 즉 모든 통전 시간이 종료한 시점에서는, 제 7 D도 도시하는 바와같이, 제 1 용접 개소(Pa)의 나겟(Na)과 제 2 용접개소(Pb)의 나겟(Nb)을 거의 같은 크기로 성장시킬수 있다.

단, 일반적으로는, 제 1 통전 기간(TA)에 용접부에 이미 나겟이 어느 정도 형성되어 있고 통전로의 저항치가 낮아져 있으며, 이것에 의해 발열 효율이 낮아지기 때문에, 제 2 통전 기간(TB)의 나겟(Na,Nb)의 성장 속도는 제 1 통전 기간(TA)때 보다도 느리고, 따라서 양 나겟(Na,Nb)간의 성장 속도의 차(Na〉Nb)는 제 1 통전 기간(TA)의 시차(Na〈Nb)보다도 적다. 이 결과, 제 2 통전 기간(TB)에 있어서 제 1 통전 기간(TA)과 같은 시간이 경과하더라도 나겟(Na)은 나겟(Nb)을 따라 잡지 못하는 수가 있다.

이와같은 경우에는, 제 9 도에 도시하는 바와같이, 제 2 통전 기간(TB)을 제 1 통전 기간(TA)보다도 소정 시간(TK)만큼 긴 기간에 설정하는 것으로, 이 연장 기간(TK)에서 나겟(Na)이 나겟(Nb)을 따라 잡게 할 수가 있다. 이 추적 조건을 채우기 위한 연장 기간(TK)은 피용접재(W1,W2)의 재질이나 판 두께, 제 1 통전 기간(TA)의 기간, 설정 전류값등의 용접 조건에 의존하는 것이며, 테스트 통전등을 토대로한 경험값으로서 결정되어도 좋다.

이 결과, 제 2 통전 기간(TB)이 종료한 시점에서는, 제 7D 도에 도시하는 바와같이, 제 1 용접 개소(Pa)에 있어서의 나겟(Na)과 제 2 용접개소(Pb)에 있어서의 나겟(Nb)과는 확실히 거의 동일 크기로 성장해 있다. 따라서 제 1 용접 개소(Pa)와 제 2 용접 개소(Pb)로 거의 균등한 용접강도가 얻어진다.

혹은 다른 방법으로서, 제 2 통전 기간(TB)의 용접 전류(IB)의 전류값을 제 1 통전 기간(TA)에 있어서의 용접 전류(IA)의 전류값 보다도 커다란 값으로 설정하는 것에 의해서도 상기와 동일한 나겟 보상을 행할 수가 있다.

이 저항 용접 제어 장치에서도, 작동 특성이 뛰어나며, 파형 제어가 가능할 뿐만 아니라, 전력 공급 효율이 높고, 큰 용접 전류, 긴 통전 시간을 취할 수 있기 때문에 상기한 시리즈 용접과 같은 정밀 소형 저항 용접에 있어서 다양한 금속재에 적응하고, 신뢰성이 높은 용접 마무리를 보증할 수 있다.

상기한 실시예에서는, 단상의 상용 교류 전원(10)을 사용하였지만, 3상의 상용 교류 전압을 입력하도록 충전부(18)의 구성을 변형할 수 있다.충전부(18)에 있어서, 콘덴서(20)의 단자 전압(충전 전압)을 검출하는 전압 검출 회로를 설치하고, 전압 검출값을 설정 전압값과 비교하여 콘덴서(20)의 충전을 제어하는 충전 제어부를 설치해도 좋다.

또한,상호 병렬 접속된 여러개의 트랜지스터로 이루어지는 각 트랜지스터군(22)(22A,22A´,22B,22B´)을 전류 용량의 커다란 단일 트랜지스터로 바꾸는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시예의 제어부(30)의 구성도 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면 전류 센서(34)에 션트 저항을 사용할 수도 있다. 전류, 전압 및 전력등의 측정·연산에는 여러 가지의 방법·회로가 사용 가능하다. 주제어부(32)의 기능도 하드웨어적 또는 소프트 웨어적으로 여러 가지 변형이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 저항 용접 전원 장치에 의하면, 콘덴서와 용접 전극과의 사이에 트랜지스터를 접속하고, 용접 통전 중 이 콘덴서를 소정의 주파수로 스위칭 제어하는 것에 의해 용접 전류 혹은 용접 전력등을 제어하도록 하였기 때문에, 트랜지스터의 무용한 소비 전력을 줄이고 전력 공급 효율을 향상시킬 수가 있으며, 큰 용접 전류나 긴 통전 시간을 얻을 수가 있다.

제 1 도는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저항 용접 전원 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

제 2도는 실시예의 전원 장치의 주 제어부의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.

제 3 도는 실시예의 전원 장치의 작용의 일예를 나타내는 파형도이다.

제 4 도는 실시예의 용접 전류의 작동 방법의 일예를 나타내는 파형도이다.

제 5 도는 실시예의 용접 전류의 작동 방법의 다른 예를 나타내는 파형도이다.

제 6 도는 다른 실시예의 저항 용접 전원 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

제 7 도는 제 6 도의 전원 장치를 시리즈 용접에 적용한 경우의 용접부의 작용을 나타내는 부분 단면도이다.

제 8 도는 제 6 도의 전원 장치를 시리즈 용접에 적용한 경우의 제어 펄스 및 용접 전류의 제어 방법을 나타내는 파형도이다.

제 9 도는 제 6 도의 전원 장치를 시리즈 용접에 적용한 경우의 제어 펄스 및 용접 전류의 제어 방법(나겟 보상 방법)을 나타내는 파형도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10 : 상용 교류 전원

14 : 충전 트랜스

16 : 정류회로

18 : 충전부

20 : 콘덴서

22 : 트랜지스터군

22A,22A´,22B,22B´: 트랜지스터군

24,26 : 용접 전극

30 : 제어부

32 : 주제어부

36 : 전류 측정 회로

40 : 전압 측정 회로

42 : 전력 측정 회로

TR1, TR2,...TRn : 트랜지스터

Claims

피용접재에 가압 접촉하는 한 쌍의 용접 전극간에 용접 전류를 흘려서 상기 피용접재를 저항 용접 하기 위한 저항용접 전원 장치에 있어서,용접 에너지를 전하로서 저축하는 콘덴서와,상기 콘덴서를 충전하기 위한 충전 수단과,제 1 단자가 한쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 상기 콘덴서의 일단에 전기적으로 접속되어 있는 제 1 트랜지스터와, 제 1 단자가 상기 콘덴서의 다른 단에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 다른 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되어 있는 제 2 트랜지스터와, 제 1 단자가 다른 쪽의상기 용접 전극에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 상기 콘덴서의 일단에 전기적으로 접속되어 있는 제 3 트랜지스터와,

제 1 단자가 상기 콘덴서의 다른 단에 전기적으로 접속됨과 동시에 제 2 단자가 한 쪽의 상기 용접 전극에 전기적으로 접속되어 있는 제 4 트랜지스터와,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 트랜지스터 각각의 제어 단자에 전기적으로 접속되며, 미리 설정한 통전 기간 동안에 상기 제 1 및 제 2 의 트랜지스터 혹은 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 소정의 주파수로 스위칭 제어하는 제어수단을 구비하고,

상기 제어 수단이, 1회의 저항 용접을 위한 통전 시간을 구성하는 제 1 및 제 2의 통전 기간 중, 상기 제 1의 통전 기간에서는 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 오프 상태로 유지한 채, 상기 제 1 및 제 2의 트랜지스터를 스위칭 제어하고, 상기 제 2의 통전 기간에서는 상기 제 1 및 제 2 의 트랜지스터를 오프 상태로 유지한 채 상기 제 3 및 제 4의 트랜지스터를 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 트랜지스터 각각은 서로 병렬 접속된 여러개의 트랜지스터로 이루어지는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 충전 수단이, 상용 주파수의 교류 전원 전압을 소정의 전압까지 강압하는 트랜스와, 상기 트랜스로부터의 교류 전압을 정류하여 직류의 전압을 출력하는 정류 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단이, 상기 통전 기간 동안에 상기 용접 전류를 측정하는 전류 측정 수단과, 소망의 용접 전류 설정값을 부여하는 전류 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전류 측정 수단으로부터의 용접 전류 측정치를 상기 용접 전류 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전류 비교수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단이, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전극간의 전압을 측정하는 전압 측정 수단과, 소망의 전극간 전압 설정값을 부여하는 전압 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전압 측정 수단으로부터의 전극간 전류 측정치를 상기 전극간 전압 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전압 비교수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단이, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전류를 측정하는 전류 측정 수단과, 상기 통전 기간중에 상기 용접 전극간의 전압을 측정하는 전압 측정 수단과, 상기 전류 측정 수단으로부터의 용접 전류 측정치와 상기 전압 측정 수단으로부터의 전극간 전류 측정치를 토대로 상기 용접 전극간에 공급되는 용접 전력을 연산하는 전력 연산 수단과, 소망의 용접 전력 설정값을 부여하는 전력 설정 수단과, 상기 주파수의 각 단위 사이클마다에 상기 전력 연산 수단으로부터의 용접 전력 연산값을 상기 용접 전력 설정값과 비교하여 비교오차를 구하는 전력 비교 수단과, 상기 비교 오차에 따라 다음의 단위 사이클에 있어서의 스위칭·온 시간의 펄스폭을 제어하는 펄스폭 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 수단이, 통전 기간의 개시 직후에 커다란 펄스폭을 가지는 저주파 펄스를 1개 또는 여러개 출력하고 나서 소정의 고주파수로 전환하여 상기 펄스폭 제어를 하는 것을 특징으로 하는 저항 용접 전원 장치.