KR100740336B1 - 무정지형 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

무정지형 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정지형 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법
본 발명은 교류 전원을 공급하는 공급전원; 공급전원과 연결되어 교류 전원을 공급받아 고주파의 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원공급모듈; 다수 개의 전원공급모듈과 연결되어, 고주파의 교류 전원을 유도가열 코일로 전달하는 공동회로; 및 다수 개의 전원공급모듈 및 공동회로와 연결되어, 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 특정 전원공급모듈을 공급전원 및 공동회로와 분리하고, 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력을 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 하나의 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에도 유도가열 전원장치의 전원 공급이 중단되지 않으며, 나머지 전원공급모듈만을 이용하여 유도가열 전원장치가 정상적으로 동작할 수 있어, 전원장치의 장애에 자유로운 유도가열 열처리 장치를 구현할 수 있고, 그론 인해 유도가열 열처리 장치가 사용되는 생산 설비의 가동 정지를 방지하여 생산액의 손실을 방지할 수 있다.
유도가열, 유도가열 전원장치, 무정지형, 병렬운전, Induction, Redundancy

Description

무정지형 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법{Fault-Tolerant Type Induction Heating Power Supply and Method for Controlling Same}
도 1은 통상적인 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정상 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도,
도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장애 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
210: 공급전원 220: 제 1 전원공급모듈
230: 제 2 전원공급모듈 240: 제 3 전원공급모듈
250: 제 4 전원공급모듈 260: 공동회로
280: 제어장치 290: 유도가열 코일
본 발명은 무정지형 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유도가열 열처리 장치(Induction Heating Heat Treatment Apparatus)에서 유도가열 코일로 고주파의 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서, 전원장치의 장애로 인해 유도가열 열처리 장치가 가동이 정지되는 것을 방지하고 스위칭 소자의 특성의 차이로 인한 문제를 해소하기 위해, 다수 개의 전원공급모듈을 연결하여 스위칭 소자의 특성의 차이로 인한 문제를 해소하고, 운전 중에 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에도 유도가열 열처리 장치가 정상적으로 운전될 수 있도록 정격 출력에 필요한 수의 전원공급모듈 이상으로 여분의 전원공급모듈을 연결하여, 장애가 발생한 전원공급모듈을 안정적으로 유도가열 전원장치로부터 분리하고 나머지 전원공급모듈만으로도 정격 출력을 유도가열 코일로 공급하며, 장애가 발생한 전원공급모듈을 대기 전원공급모듈로 교체하여 사용할 수 있도록 하는 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
유도가열 열처리 장치는 금속 등의 도전체에 가열코일을 감고, 도전체를 감싸는 가열코일에 고주파의 교류 전류를 흐르게 함으로써, 고주파의 교류 전류로 인해 도전체에 발생하는 와전류 손실과 히스테리시스(Hysteresis) 손실에 따른 저항에 의하여 발생하는 열을 이용하여 도전체를 가열하는 열처리 장치이다. 즉, 유도가열 열처리 장치는 교류 전류에 의해 발생하는 열에너지를 이용하여 피가열(금속 또는 도전체) 물질을 가열함으로써 열처리하는 장치를 말하며, 특히 고주파 전류를 이용한 것을 유도가열 열처리 장치라 한다. 이러한 유도가열 열처리 장치는 전자산업과 반도체산업의 발전으로 소형화, 저전력화하고 있고, 그 신뢰성이 높아지고 있다.
이러한 유도가열 열처리 장치에서 가열코일로 고주파의 교류 전류를 공급하는 장치가 유도가열 전원장치이다. 유도가열 전원장치란 고주파의 교류 전류를 이용하여 고주파의 자기장을 생성함으로써 고주파 자기장으로 통과하는 도체에 유도전류를 유도하여 유도전류를 발생시키는 전원장치이다. 유도가열 열처리 장치는 이와 같이 유도가열 전원장치에 의해 발생한 유도전류가 도체를 통해 흐름으로써 그로 인해 발생한 열로 도체를 가열하는 열처리 장치이다.
통상적으로 유도가열 전원장치는 사용 전원으로부터 50 kHz 또는 60 kHz의 교류 전압원을 공급받아 도체에 유도전류를 발생시키기 위한 주파수의 교류 전원으로 변환하여 가열코일에 공급한다. 유도가열 전원장치는 주로 산업용 생산설비로서 사용된다. 이러한 산업용 생산설비에서 널리 쓰이는 유도가열 전원장치는 장애가 발생하면 해당 생산 라인의 생산을 중단하고, 장애가 발생한 유도가열 전원장치를 수리한 후, 생산 라인을 재가동하는 방식으로 운용된다. 이와 같이 유도가열 전원장치의 장애로 인해 제품을 생산하는 생산 라인의 생산이 중단되면, 그로 인한 손실이 막대해 진다. 즉, 유도가열 전원장치의 장애로 인해 생산이 중단되면, 생산 라인의 시간당 생산량에 비례하여 산업용 생산설비의 생산 손실액이 많이 증가한다. 예를 들면, 대량 생산이 이루어지는 제철소 등의 생산 라인의 경우에는 하루 생산액이 유도가열 전원장치의 가격보다 더욱 높은 경우도 있다. 따라서, 생산설비에서 사용되는 대부분의 유도가열 전원장치의 경우, 장애로 인해 작동이 중단되면 제품의 생산이 중단되기 때문에, 안정적으로 고주파의 교류 전원을 공급할 수 있는 신뢰성을 확보해야 한다.
도 1은 통상적인 유도가열 열처리 장치를 간략하게 나타낸 회로도이다.
통상적인 유도가열 열처리 장치는 입력전원(110), 인버터(120), 변압기(130), 캐패시터(140) 및 가열코일(150)을 포함한다.
입력전원(110)은 직류 전원의 직류 전압을 인버터(120)로 공급하는 전원이다. 인버터(120)는 풀브릿지 형태로 연결된 4 개의 스위칭 소자로 구성되어, 입력전원(110)으로부터 공급되는 직류 전압을 고주파의 교류 전압으로 변환하여 전달한다. 변압기(130)는 인버터(120)와 가열 코일(150)을 연결하여 인버터(120)로부터 전달된 교류전압을 가열 코일(150)로 전달하고, 일차측(즉, 인버터(120))과 이차측(즉, 가열코일(150)) 간을 절연하여 회로를 보호한다.
캐패시터(140)는 가열코일의 인덕턴스와 연동하여 직렬 공진함으로써, 가열코일(150)의 역률을 개선한다. 가열코일(150)은 코일의 인덕턴스와 부하로서의 저항성분을 포함하여 변압기(130)의 2 차측으로부터 전달된 교류 전압을 이용하여 도체에 유도전류를 발생시켜, 도체를 가열한다.
따라서, 입력전원(110)이 인버터(120)로 직류 전압을 공급하면, 인버터(120)는 스위칭 소자를 온/오프하여 온/오프의 주기에 따른 주파수의 교류 전압으로 변환한 후, 변압기(130)로 전달하고, 변압기(130)의 이차측 전압이 캐패시터(140)와 가열코일(150)의 직렬 공진을 통해 역률이 개선되어 가열코일(150)로 전달되고, 가열코일(150)에서 고주파 교류 전류를 도체에 유기시킨다. 여기서 예를 들어, 유도가열 전원장치가 20 kHz의 출력 주파수를 갖는다면, 인버터(120)는 스위칭 소자를 1 초에 20,000 번 스위칭(온/오프)함으로써 주파수가 20 kHz인 교류 전압으로 변환한다.
한편, 인버터(120)에 이용되는 스위칭 소자는 반도체 소자로서 일정한 용량을 갖는다. 즉, 스위칭 소자는 인가될 수 있는 최대 전압(정격 전압)과 도통할 수 있는 최대 전류(정격 전류)가 정해져 있어, 그 용량을 초과하는 전압 또는 전류가 인가되면 내압을 극복하지 못하고 파괴되거나 내부의 발열로 인해 파괴될 수 있다.
유도가열 전원장치에 이용되는 반도체 소자의 이러한 특성으로 인해, 출력 용량이 큰 유도가열 전원장치를 제작하기 위해서는 다수 개의 반도체 소자를 직렬로 연결하여 인가할 수 있는 최대 전압을 높이거나 다수 개의 반도체 소자를 병렬로 연결하여 도통할 수 있는 최대 전류를 높여야 하고, 통상적으로 이러한 방식으로 유도가열 전원장치가 제작되는데, 동작 제어를 위한 기술적인 기타 문제로 인해 반도체 소자를 직렬로 연결하기보다 병렬로 연결하여 반도체 소자의 용량을 증가시키는 방법이 주로 이용된다.
한편, 전술한 바와 같이 다수 개의 반도체 소자를 병렬로 연결하여 이용하기 위해서는 유사한 특성을 갖는 반도체 소자를 연결해야 하고, 각 반도체 소자 간의 구동 시간의 편차도 충분히 단축해야 한다. 만일, 각 반도체 소자의 특성이 상이하고 구동 시간의 편차가 크다면, 다수 개의 반도체 소자에서 열이 발생하거나 내압 이 특정 반도체 소자로 집중되어 반도체 소자가 쉽게 파괴될 수 있다.
이러한 반도체 소자의 특성의 불균형의 문제는 스위칭 주파수가 높을수록 더욱 심각해 진다. 이는 고주파 스위칭이 가능한 반도체 소자일수록, 하나의 반도체 소자를 크게 제작하기 어렵고(통상적으로 물리적인 크기가 커지면 내부의 시간 지연으로 인해 반도체 소자를 고속으로 스위칭하기 어렵기 때문이다.), 구동 시간의 편차가 절대적으로는 유사하더라도 주파수가 높아질수록 구동 시간의 편차의 비율에 따라 구동시간은 상대적으로 크게 나타날 수 있기 때문이다. 예를 들어, 반도체 소자들의 구동 시간 편차가 100 ns라고 가정하면, 주파수가 1 kHz인 경우 구동 시간 1 ms의 0.01 %에 해당하는 구동 시간의 편차이지만 주파수가 100 kHz인 경우 구동 시간 10 us의 1 %가 되어 구동 시간의 편차로 인한 문제가 훨씬 심각해 질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 스위칭 소자의 특성이나 구동 시간의 편차로 인해 큰 출력 용량을 갖는 통상적인 대용량의 유도가열 전원장치는 스위칭 소자의 발열 또는 내압에 대한 내구성 등에 의해 장애가 발생할 확률이 높고, 유도가열 전원장치의 장애는 생산 설비에 있어서 생산 라인의 생산 중단을 야기하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 유도가열 열처리 장치에서 유도가열 코일로 고주파의 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서, 전원장치의 장애로 인해 유도가열 열처리 장치가 가동이 정지되는 것을 방지하고 스위칭 소자의 특성의 차이로 인한 문제를 해소하기 위해, 다수 개의 전원공급모듈을 연결하여 스위칭 소자의 특성의 차이로 인한 문제를 해소하고, 운전 중에 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에도 유도가열 열처리 장치가 정상적으로 운전될 수 있도록 정격 출력에 필요한 수의 전원공급모듈 이상으로 여분의 전원공급모듈을 연결하여, 장애가 발생한 전원공급모듈을 안정적으로 유도가열 전원장치로부터 분리하고 나머지 전원공급모듈만으로도 정격 출력을 유도가열 코일로 공급하며, 장애가 발생한 전원공급모듈을 대기 전원공급모듈로 교체하여 사용할 수 있도록 하는 유도가열 전원장치 및 그를 제어하기 위한 방법을 제공하는 데 그 주된 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유도가열 코일로 고주파 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서, 교류 전원을 공급하는 공급전원; 공급전원과 연결되어 교류 전원을 공급받아 고주파의 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원공급모듈; 다수 개의 전원공급모듈과 연결되어, 고주파의 교류 전원을 유도가열 코일로 전달하는 공동회로; 및 다수 개의 전원공급모듈 및 공동회로와 연결되어, 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 특정 전원공급모듈을 공급전원 및 공동회로와 분리하고, 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력을 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 공급전원, 유도가열 코일, 다수 개의 스위칭 소자를 포함한 다수 개의 전원공급모듈, 다수 개의 절연형 변압기를 포함한 공동회로 및 제어장치를 포함하는 유도가열 전원장치에서, 유도가열 전원장치를 제어하는 방법에 있어서, 제어장치가, (a) 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력의 합을 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키는 단계; (b) 특정 전원공급모듈을 공급전원으로부터 분리하는 단계; 및 (c) 공동회로의 다수 개의 절연형 변압기 중 특정 전원공급모듈과 연결된 절연형 변압기의 일차측의 양단 또는 이차측의 양단을 단락시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치의 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 의하면, 유도가열 코일로 고주파 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서, 교류 전원을 공급하는 공급전원; 교류 전원을 공급받아 직류전원으로 변환하는 다수 개의 정류기, 다수개의 스위칭 소자를 이용하여 직류전원을 고주파 교류 전원으로 변환하여 출력으로 전달하는 다수 개의 인버터 및 공급전원과 정류기 간의 연결을 개폐하는 다수 개의 입력측 스위치를 포함하며, 공급전원과 연결되는 다수 개의 전원공급모듈; 일차측은 다수 개의 전원공급모듈의 각 전원공급모듈과 연결되고 이차측은 각각 직렬로 연결되어 다수 개의 전원공급모듈의 출력의 합을 유도가열 코일로 전달하는 다수 개의 절연형 변압기 및 다수 개의 절연형 변압기의 일차측의 양단 또는 이차측의 양단에 병렬로 연결되어 일차측의 양단 또는 이차측의 양단을 개폐하는 다수 개의 출력측 스위치를 포함하는 공동회로; 및 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력을 특정 전원 공급모듈의 출력만큼 증가시키고, 다수 개의 입력측 스위치, 다수 개의 인버터 및 다수 개의 출력측 스위치를 제어함으로써 특정 전원공급모듈의 출력을 단락시키고, 특정 전원공급모듈을 공급 전원 및 공동회로와 분리하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 공급전원(210), 다수 개의 전원공급모듈(제 1 전원공급모듈(220), 제 2 전원공급모듈(230), 제 3 전원공급모듈(240)) 대기 전원공급모듈(제 4 전원공급모듈(250)), 공동회로(260) 및 제어장치(280)를 포함하고, 유도가열 코일(290), 공진부(290) 및 임피던스 정합부(294)와 연결되어, 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에도 나머지 전원공급모듈을 이용하여 유도가열 코일(290)로 고주파의 교류 전압을 정상적으로 공급하는 전원장치이다.
여기서, 다수 개의 전원공급모듈 즉, 제 1 전원공급모듈(220), 제 2 전원공 급모듈(230) 및 제 3 전원공급모듈(240)은 평상시에는 각 전원공급모듈의 출력의 합이 유도가열 전원장치의 정격 출력만큼이 되도록 각자의 최대 출력보다 낮은 출력으로 운전되고, 특정 전원공급모듈(제 3 전원공급모듈이라 가정함)에 장애가 발생한 경우 나머지 전원공급모듈(제 1 전원공급모듈(220) 및 제 2 전원공급모듈(230))의 출력이 증가되어 각 전원공급모듈의 출력의 합이 유도가열 전원장치의 정격 출력이 되도록 운전된다.
또한, 유도가열 전원장치와는 별도로 대기 전원공급모듈(즉, 제 4 전원공급모듈(250))이 구비되어 장애가 발생한 특정 전원공급모듈을 대체할 수 있도록 한다. 이때, 대기 전원공급모듈이 특정 전원공급모듈을 대체하면, 나머지 전원공급모듈은 다시 평상시의 출력으로 운전된다.
한편, 도 1에서는 다수 개의 전원공급모듈을 제 1 전원공급모듈(220), 제 2 전원공급모듈(230) 및 제 3 전원공급모듈(240)만으로 나타냈지만, 실제로는 N+M 개의 전원공급모듈로 구성될 수 있다. 즉, 유도가열 전원장치의 정격 출력을 내기 위해서는 N 개의 전원공급모듈이 필요하다고 가정하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 N+M 개의 전원공급모듈을 포함하여, 평상시에는 N+M 개의 전원공급모듈로 정격 출력을 공급하며, M 개의 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에는 나머지 N 개의 전원공급모듈만으로 정격 출력을 공급한다.
따라서, N 개의 전원공급모듈 중 1 개의 전원공급모듈에 고장이 발생할 확률이 f라고 하면, N+1 개의 전원공급모듈을 구비한 유도가열 전원장치에서 고장률은 f2가 되고, N+2 개의 전원공급모듈을 구비한 유도가열 전원장치에서 고장률은 f3이 되며, N+M 개의 전원공급모듈을 구비한 유도가열 전원장치에서 고장률은 fM+1이 된다. 따라서, 전원공급모듈 1 개만을 여분으로 둔 N+1 개의 전원공급모듈을 구비한 유도가열 전원장치라고 해도 동작이 멈출 확률은 거의 없다고 할 수 있다.
여기서는, 유도가열 전원장치가 도시한 바와 같이 3 개의 전원공급모듈만을 포함하는 것으로 가정하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 하지만, 이러한 가정은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도가열 열처리 장치는 전술한 바와 같이 N+M 개의 전원공급모듈을 포함할 수 있다.
공급전원(210)은 3 상, 6 상 또는 9 상 등의 교류 전원으로서 일정 주파수의 교류 전압을 각 전원공급모듈로 전달한다. 도 1에서는 공급전원(210)을 3 상의 교류 전원으로 도시했지만, 전술한 바와 같이 6 상 또는 9 상 등 다수 개의 상의 전원이 될 수 있고, 그 경우 각 전원공급모듈의 내부 구성도 그에 따라 달라진다.
제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)은 각각 입력측 스위치, 정류기 및 인버터를 포함하여, 공급전원(210)으로부터 일정한 주파수의 교류 전압이 전달되면, 제어장치(280)의 제어에 따라 정류기를 이용하여 직류 전압으로 정류하고 다시 인버터로 출력하고자 하는 주파수의 교류 전압으로 변환하여 공동회로(260)로 전달하는 전원공급모듈이다. 각 전원공급모듈은 공급전원(210)과 공동회로(260)에 연결되고, 제어장치(280)와 연결되어 각 전원공급모듈의 출력의 합을 공동회로(260)를 통해 유도가열 코일(290)로 전달한다.
제 4 전원공급모듈(250)은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도가열 전원장치와는 별도로 구비되어, 평상시에는 운전하지 않고, 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(230) 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생하여 나머지 두 개의 전원공급모듈만으로 운전될 때, 특정 전원공급모듈을 대체하여 운전되는 대기 전원공급모듈이다.
공동회로(260)는 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)과 연결되어, 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)로부터 전달된 고주파의 교류 전압을 공진부(292) 및 임피던스 정합부(294)를 통해 유도가열 코일(290)로 전달한다. 여기서, 공동회로(260)는 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)과 일차측으로 연결되고, 이차측은 각각 직렬로 연결된 4 개의 절연형 변압기(262, 266, 270)를 포함하고, 각 절연형 변압기(262, 266, 270)에 연결된 3 개의 출력측 스위치(264, 268, 272)를 포함한다.
3 개의 절연형 변압기(262, 266, 270)는 일차측 즉, 각 전원공급모듈측과 이차측 즉, 공동회로(260)의 출력측을 회로에서 분리하여 일 측에서 발생한 상황에 다른 측에 영향을 미치지 않도록 하고, 각 전원공급모듈의 출력을 합하여 최종 출력을 전달하는 역할을 수행한다.
3 개의 출력측 스위치(264, 268, 272)는 각 전원공급모듈에 대응하여 연결된 각 절연형 변압기(262, 266, 270)의 이차측의 양단에 연결되어, 각 전원공급모듈을 회로 즉, 공동회로(260)에서 분리하거나 연결하는 역할을 수행한다. 즉, 3 개의 출력측 스위치(262, 266, 270)는 제어장치(280)의 제어에 따라 온/오프 상태로 제어 됨으로써, 각 절연형 변압기(262, 266, 270)의 이차측의 양단을 단락 또는 단선되도록 함으로써, 장애가 발생한 특정 전원공급모듈을 분리하는 역할을 수행한다.
제어장치(280)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치가 유도가열 코일(290)로 고주파의 교류 전압을 공급할 수 있도록 각 장치를 제어하는 제어 수단으로서, 제어 알고리즘을 탑재한 소프트웨어를 저장한 메모리 및 연산을 수행하여 메모리에 저장된 소프트웨어를 실행하고 각 전원공급모듈(220, 230, 240)과 공동회로(260)를 제어하는 마이크로프로세서 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제어장치(280)는 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)의 각 입력측 스위치(222, 232, 242)를 온 상태로 제어하여 공급전원(210)을 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)로 공급하고, 제 1 인버터(226) 내지 제 3 인버터(246)를 기 구비한 알고리즘에 따라 정상적으로 동작시켜 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)이 정상적인 고주파 교류 전압을 출력하도록 제어한다.
또한, 제어장치(280)는 제 1 출력측 스위치(264) 내지 제 3 출력측 스위치(276)를 오프 상태로 제어하여, 제 1 절연형 변압기(262) 내지 제 3 절연형 변압기(270)의 이차측의 양단을 오픈함으로써, 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)의 출력이 직렬로 연결된 제 1 절연형 변압기(262) 내지 제 3 절연형 변압기(270)의 이차측을 통해 유도가열 코일(290)로 공급되도록 제어한다.
한편, 제어장치(280)는 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모 듈(240) 중 특정 전원공급모듈(제 3 전원공급모듈이라 가정한다.)에 장애가 발생하면 장애가 발생한 특정 전원공급모듈 즉, 제 3 전원공급모듈(240)을 공급전원(210)과 공동회로(260)로부터 분리한 후, 나머지 전원공급모듈 즉, 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 2 전원공급모듈(230)의 출력의 합을 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 증가시켜, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도가열 전원장치가 유도가열 코일(290)로 정격 출력의 고주파의 교류 전압을 전달할 수 있도록 한다.
또한, 제어장치(280)는 장애가 발생한 제 3 전원공급모듈(240)을 공급전원(210)과 공동회로(260)로부터 분리한 후, 나머지 전원공급모듈인 제 1 전원공급모듈(220) 및 제 2 전원공급모듈만으로 운전하는 중에, 제 3 전원공급모듈(240)이 유도가열 전원장치에서 탈착되고 대기 전원공급모듈인 제 4 전원공급모듈(250)이 유도가열 전원장치에 장착되면, 제 4 전원공급모듈(250)을 공급전원(210)과 공동회로(260)와 연결하고, 제 1 전원공급모듈(220) 및 제 2 전원공급모듈(230)의 출력의 합을 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 다시 감소시켜, 평상시와 같이 유도가열 전원장치가 운전될 수 있도록 할 수 있다.
유도가열 코일(290)은 공동회로(260)로부터 고주파의 교류 전압을 인가받아 내부를 통과하는 도체에 유도전류를 야기하여 도체를 가열하는 코일이다.
공진부(292)는 공동회로(260)와 유도가열 코일(290) 사이에 연결되어 유도가열 코일(290)과 직렬공진 또는 병렬공진함으로써 유도가열 코일(290)로 공급되는 고주파의 교류 전압의 역률을 개선한다.
임피던스 정합부(294)는 공진부(292)와 같이, 공동회로(260)와 유도가열 코 일(290) 사이에 연결되어 공동회로(260)와 유도가열 코일(290) 간의 임피던스를 정합하는 역할을 수행한다. 공진부(292)와 임피던스 정합부(294)의 연결 순서는 도시한 바와 반대로 될 수도 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치를 간략하게 블록으로 나타내어 설명했지만, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정상 상태와 장애 상태의 무정지형 유도가열 전원장치를 회로도를 통해 설명한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정상 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정상상태의 무정지형 유도가열 전원장치는 도 2에서 블록 구성도를 통해 설명한 바와 같이, 공급전원(210), 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240), 공동회로(260), 제어장치(280) 및 유도가열 코일(290)을 포함하고, 대기 전원공급모듈인 제 4 전원공급모듈(250)을 추가로 포함할 수 있다.
도 3a에서는 제어장치(280) 및 제어장치(280)와 각 전원공급모듈 간의 결선, 제어장치(280)와 공동회로(260) 간의 결선에 대해서는 도면을 간략하게 도시하기 위해 도시하지 않았지만, 제어장치(280)는 각 입력측 스위치(222, 232, 242), 각 인버터(226, 236, 246) 및 각 출력측 스위치(264, 268, 272)와 연결되어 각 소자들을 온/오프 제어한다.
각 전원공급모듈의 내부 구성은 동일하므로 이하에서는 설명의 편의를 위해 제 1 전원공급모듈의 내부 구성에 대해서만 설명한다. 제 1 전원공급모듈(220)은 제 1 입력측 스위치(222), 제 1 정류기(224) 및 제 1 인버터(226)를 포함한다. 여기서, 제 1 입력측 스위치(222)는 공급전원(210)과 제 1 정류기(224) 간의 결선을 연결 또는 분리하는 스위치로서, 제어장치(280)로부터의 전기적인 신호로 온/오프되며, 도시한 바와 같은 자기접촉기(MC: Magnetic Contactor)나 릴레이(Relay) 또는 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다.
제 1 정류기(224)는 공급전원(210)으로부터 전달된 교류 전압을 정류함으로써 직류 전압으로 변환하여 전달하는 정류 소자로서, 도시한 바와 같이 풀브릿지 형태의 다이오드로 구현될 수도 있고, 하프 브릿지 형태의 다이오드나 위상 제어가 가능한 실리콘 제어 정류기(SCR: Silicon Controlled Rectifier)로 구현될 수도 있다.
제 1 인버터(226)는 전달된 직류 전압을 고주파의 교류 전압으로 변환하여 전달하는 역할을 수행한다. 제 1 인버터(226)를 구성하는 스위칭 소자는 도시한 바와 같이 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구현될 수 있지만, 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: MOS Field Effect Transistor)나 실리콘 제어 정류기(SCR: Silicon Controlled Rectifier) 등 반도체 스위칭 소자 중 하나일 수도 있을 것이다.
공동회로(260)는 제 1 절연형 변압기(262) 내지 제 3 절연형 변압기(270)와 제 1 출력측 스위치(264) 내지 제 3 출력측 스위치(272)를 포함하고, 각 절연형 변압기는 1:1의 권선비를 갖고 일차측과 이차측을 분리하는 역할을 수행한다. 각 출 력측 스위치는 전술한 입력측 스위치와 같은 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있다.
또한, 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 각 전원공급모듈(220, 230, 240)의 입력측 스위치(222, 232, 242)와 정류기(224, 234, 244) 사이에 차단기(310, 330, 350)를 두어 회로 내의 과전류로부터 회로를 보호하도록 할 수 있다. 여기서, 차단기는 퓨즈(Fuse) 또는 과전류 차단기(CB: Circuit Breaker) 등이 될 수 있다.
또한, 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 각 전원공급모듈(220, 230, 240)의 정류기(224, 234, 244)와 인버터(226, 236, 246) 사이에, 평활용 인덕터(Lf1, Lf2, Lf3)와 평활용 캐패시터(Cf1, Cf2, Cf3)를 포함하는 평활회로(320, 340, 360)를 두어 정류기(224, 234, 244)로부터 출력되는 직류를 평활화할 수 있다.
또한, 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 공동회로(260)와 유도가열 코일(290) 사이에 유도가열 코일(290)의 인덕턴스 성분과 직렬 공진하여 유도가열 코일(290)로 공급되는 고주파의 교류 전압의 역률을 개선하기 위한 공진부를 추가로 포함할 수 있는데, 도시한 바와 같이 캐패시터(390)가 직렬로 연결될 수도 있지만, 병렬로 연결될 수도 있고 다른 공진을 위한 소자가 연결될 수도 있다. 또한, 공진부(292)는 공동회로(260) 내에 또는 유도가열 코일(290) 내에 구비될 수도 있을 것이다.
표 1은 도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정 지형 유도가열 전원장치가 정상 상태에서 동작하기 위한 제어장치(280)의 제어 상태를 설명하기 위한 표이다.
Figure 112006026140823-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 제어장치(280)는 정상 상태에서 액티브 전원공급모듈의 각 입력측 스위치와 각 인버터를 온 상태로 제어하고, 각 출력측 스위치를 오프 상태로 제어한다.
이와 같은 경우, 정상 상태의 무정지형 유도가열 전원장치는 공급전원(210)의 교류 전압이 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)로 공급되어, 각 정류기(224, 234, 244)에서 직류 전압으로 정류된 후, 각 평활회로(320, 340, 360)에서 직류 전압을 평활화하여 각 인버터(226, 236, 246)로 전달되고, 각 인버터(226, 236, 246)에서 제어장치(280)의 제어에 따라 각 스위칭 소자(Q11, Q12, Q13, Q14, .... , Q31, Q32, Q33, Q34)를 온/오프 스위칭함에 따라 직류 전압을 고주파의 교류 전압으로 변환한 후, 공동회로(260)로 전달한다.
각 인버터(226, 236, 246)로부터 고주파의 교류 전압을 전달받은 공동회로(260)는 각 절연형 변압기(262, 266, 270)의 이차측으로 고주파의 교류 전압을 전달하고, 제 1 출력측 스위치(262) 내지 제 3 출력측 스위치(270)가 오프 상태이므로, 각 절연형 변압기(262, 266, 270)의 이차측은 직렬로 연결되어 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)의 출력의 합이 공진 캐패시터(390)를 통해 유도가열 코일(290)로 인가된다.
한편, 제어장치(280)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치가 전술한 바와 같이 정상 상태에서 운전하는 중, 계속해서 각 전원공급모듈(220, 230, 240)의 상태를 점검하여 장애가 발생하는지 여부를 확인한다. 만약, 제어장치(280)가 각 전원공급모듈(220, 230, 240)을 점검하여 장애가 발생한 것을 감지하면, 장애가 발생한 특정 전원공급모듈(제 3 전원공급모듈이라 가정한다.)을 도 3b에 도시한 바와 같이 공급전원(210) 및 공동회로(260)와 분리한다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장애 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장애 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도는 도 3a에서 도시한 정상 상태의 무정지형 유도가열 전원장치의 회로도에서 장애가 발생한 특정 전원공급모듈인 제 3 전원공급모듈(240)의 온/오프 제어 상태가 반대가 되었고, 공동회로(260) 내의 제 3 출력측 스위치(270)의 온/오프 제어 상태가 반대가 되었다.
즉, 제어장치(280)는 제 3 전원공급모듈(240)에 장애가 발생한 경우, 나머지 제 1 전원공급모듈(210)과 제 2 전원공급모듈(220)의 출력의 합을 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 증가시킨 후, 표 2에 나타낸 바와 같이 제 3 입력측 스위치(242)를 오프하고 제 3 인버터(246)를 오프 상태로 제어하며 제 3 출력측 스위치(270)를 온 상태로 제어하여 제 3 전원공급모듈(240)을 공급전원(210)과 공동회로(260)로부터 분리한다.
이때, 제어장치(280)가 나머지 전원공급모듈의 출력의 합을 증가시키고, 제 3 전원공급모듈(240)을 공급전원(210)과 공동회로(260)에서 분리하는 과정은 매우 짧은 시간 내에 이루어진다. 즉, 전술한 과정은 유도가열 전원장치가 정상적으로 운전하는 데에 지장이 없을 정도로 짧은 시간 내에 이루어지고, 이는 제어장치(280)의 제어 능력에 따라 좌우될 것이다.
이 경우, 스탠바이 상태로 대기하고 있는 대기 전원공급모듈인 제 4 전원공급모듈(250)을 공급전원(210)과 공동회로(260)에 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 유도가열 전원장치가 나머지 전원공급모듈만으로 운전되고 있는 상태에서, 장애가 발생한 제 3 전원공급모듈을 유도가열 전원장치에서 완전히 탈착한 후, 제 4 전원공급모듈 유도가열 전원장치에 장착하여, 제 4 전원공급모듈(250)의 제 4 입력측 스위치(252)를 온하고 제 4 인버터(256)를 온 상태로 제어하며 제 4 출력측 스위치(274)를 온 상태로 제어하여 제 4 전원공급모듈(250)을 공급전원(210)과 공동회로(260)에 연결할 수 있다. 물론 이 과정에서 제 4 전원공급모듈(250)이 연결된 후, 다시 제 1 전원공급모듈(210)과 제 2 전원공급모듈(220)의 출력의 합을 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 감소시켜야 한다.
표 2는 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치가 장애 상태에서 동작하기 위한 제어장치(280)의 제어 상태를 설명하기 위한 표이다.
Figure 112006026140823-pat00002
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치와 같이 다수 개의 전원공급모듈을 병렬로 연결한 경우, 각 전원공급모듈에 장애가 발생하는 경우는 크게 3 가지 즉, 각 인버터(226, 236, 246)의 각 스위칭 소자 중 한 개의 스위칭 소자가 단락되는 경우, 각 스위칭 소자 중 한 개의 스위칭 소자가 단선되는 경우 및 각 스위칭 소자 중 상하 두 개의 스위칭 소자가 단락 또는 단선되는 경우로 구분할 수 있다.
이하에서는, 제어장치(280)가 각 전원공급모듈(220, 230, 240)과 공동회로(260)를 제어하는 과정에 대해 설명한다. 각 전원공급모듈 중 장애가 발생한 특정 전원공급모듈이 제 3 전원공급모듈(240)이라 가정한다.
제어장치(280)는 각 전원공급모듈 즉, 제 1 전원공급모듈(220) 내지 제 3 전원공급모듈(240)을 평상시에는 정상적으로 제어하는 중(S410), 계속해서 각 전원공급모듈에 장애가 발생하는지 여부를 확인한다(S420).
제어장치(280)는 단계 S420의 확인 결과, 각 전원공급모듈에 장애가 발생하지 않은 경우에는 단계 S410으로 진행하여 계속해서 장애가 발생하는지 여부를 확인하고, 특정 전원공급모듈 즉, 제 3 전원공급모듈(240)에 장애가 발생한 경우에는 유도가열 코일(290)로 공급되는 출력이 감소하지 않도록, 나머지 전원공급모듈 즉, 제 1 전원공급모듈(220)의 출력과 제 2 전원공급모듈(230)의 출력의 합을 분리된 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 증가시킨다(S430). 여기서, 제어장치(280)는 제 1 전원공급모듈(220)과 제 2 전원공급모듈(230)의 각 인버터(246, 256)의 온 듀티(Duty)를 증가시킴으로써 나머지 전원공급모듈(220, 230)의 출력의 합을 증가시킬 수 있다.
나머지 전원공급모듈(220, 230)의 출력의 합을 증가시킨 제어장치(280)는 제 3 인버터(246)를 제어하여 제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시킨다(S440). 즉, 제 3 전원공급모듈에 발생한 장애는 스위칭 소자가 단락 또는 단선되는 것이 대부분이므로, 제 3 전원공급모듈을 유도가열 전원장치의 회로에서 안정적으로 분리하기 위해 제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시킨다.
여기서, 제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시키는 방법은 스위칭 소자의 단락의 상황에 따라 다르다. 즉, 하나의 스위칭 소자가 단락된 경우에는 해당 스위칭 소자(Q31)의 옆의 스위칭 소자(Q32)를 온 상태로 제어(나머지 두 개의 스위칭 소자(Q33, Q34)는 오프 상태로 제어)하여 나란히 배치된 두 개의 스위칭 소자(Q31, Q32)를 통해 공동회로(260) 내의 제 3 절연형 변압기(270)의 일차측과 폐회로를 형성하도록 하여 제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시킨다.
또한, 하나의 스위칭 소자가 단선된 경우에는 해당 스위칭 소자(Q31)의 아래에 나란히 위치한 두 개의 스위칭 소자(Q33, Q34)를 온 상태로 제어(단선된 스위칭 소자(Q31)와 나란히 배치된 스위칭 소자(Q32)는 오프 상태로 제어)하여 나란히 배치된 두 개의 스위칭 소자(Q33, Q34)를 통해 공동회로(260) 내의 제 3 절연형 변압기(270)의 일차측과 폐회로를 형성하도록 하여 제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시킨다. 또한, 두 개 이상의 스위칭 소자가 단락 또는 단선된 경우에는 이미 제 3 전원공급모듈(240)의 출력은 단락되었으나, 제어의 편리성을 위해 나란히 배치된 두 개의 스위칭 소자를 온 상태로 제어하여 제 3 전원공급모듈(240)을 단락 시킨다. 이때, 제 3 절연형 변압기(270)는 일차측으로 흐르는 단락 전류로부터 이차측 즉, 정상적으로 동작하는 공동회로(260)를 보호하는 역할을 수행한다.
제 3 전원공급모듈(240)의 출력을 단락시킨 제어장치(280)는 제 3 전원공급모듈(240)의 제 3 입력측 스위치(242)를 오프 상태로 제어하여, 제 3 전원공급모듈(240)을 공급전원(210)으로부터 분리한다(S450).
또한, 제어장치(280)는 제 3 전원공급모듈(240)에 연결된 제 3 절연형 변압기(270)의 이차측의 양단에 병렬로 연결된 제 3 출력측 스위치(272)를 온 상태로 제어하여 제 3 전원공급모듈(240)을 공동회로(260)로부터 분리한다(S460).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무정지형 유도가열 전원장치는 각 전원공급모듈(220, 230, 240)을 정상적으로 운전하는 도중, 하나의 특정 전원공급모듈(240)에 장애가 발생한 경우에도 전체의 전원장치의 작동이 중단되지 않고, 장애가 발생한 전원공급모듈을 회로로부터 분리하여 나머지 전원공급모듈(220, 230)만으로 정상적으로 작동할 수 있다. 즉, 각 절연형 변압기(262, 266, 270)가 일차측과 이차측을 절연하기 때문에, 절연형 변압기(262, 266, 270)의 이차측을 각 이차측 스위치(264, 268, 272)를 이용하여 단락시키면 일차측의 동작 즉, 각 인버터(226, 236, 246)의 동작은 공동회로(260)에 영향을 미치지 않는다.
한편, 단계 S460과 같이 장애가 발생한 제 3 전원공급모듈(240)을 분리한 후, 스탠바이 상태 대기하는 대기 전원공급모듈인 제 4 전원공급모듈(250)을 회로로 연결할 수 있다. 즉, 장애가 발생한 제 3 전원공급모듈(240)을 유도가열 전원장치로부터 완전히 탈착하고, 제 4 전원공급모듈(250)을 유도가열 전원장치에 장착하여 다시 평상시와 같이 세 개의 전원공급모듈로 정상적으로 운전할 수 있다.
전술한 바와 같이 제 4 전원공급모듈(250)이 유도가열 전원장치에 장착된 경우, 제어장치(280)는 제 4 전원공급모듈 내의 제 4 인버터(256)에서 나란히 배치된 두 개의 스위칭 소자(Q41와 Q42 또는 Q43과 Q44)를 온 상태로 제어하여 두 개의 스위칭 소자를 통해 공동회로(260) 내의 제 4 절연형 변압기(274)의 일차측과 폐회로를 형성하도록 하여 제 4 전원공급모듈(250)의 출력을 단락시킨다(S480).
제 4 전원공급모듈(250)의 출력을 단락시킨 제어장치(280)는 공동회로(260) 내에서 제 4 전원공급모듈(250)과 연결된 제 4 절연형 변압기(274)의 이차측의 양단에 연결된 제 4 출력측 스위치(276)를 오프 상태로 제어하여 제 4 전원공급모듈(250)을 공동회로(260)와 연결한다(S490).
제 4 전원공급모듈(250)을 공동회로(260)와 연결한 제어장치(280)는 제 4 전원공급모듈(250)의 제 4 입력측 스위치(252)를 온 상태로 제어하여 제 4 전원공급모듈(250)을 공급전원(210)과 연결하고(S492), 단계 S480에서 온 상태로 제어한 제 4 인버터(256)의 두 개의 스위칭 소자(Q41와 Q42 또는 Q43와 Q44)의 온 상태를 해제하여 정상적인 동작 제어를 시작한다. 여기서, 정상적인 동작 제어란 제 4 전원공급모듈(250)이 다른 전원공급모듈과 같이 정상적인 고주파의 교류 전압을 출력하도록 기 설정된 알고리즘에 따른 제어를 말한다.
단계 S492와 같이, 제 4 전원공급모듈(250)을 공급전원(210)과 연결한 제어장치(280)는 단계 S470에서 상승시킨 나머지 전원공급모듈 즉, 제 1 전원공급모듈(220)의 출력 및 제 2 전원공급모듈(230)의 출력의 합을 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 감소시킨다(S494). 각 전원공급모듈의 출력은 모두 동일하게 제어되므로, 제 4 전원공급모듈(250)을 회로로 연결한 후, 제 3 전원공급모듈(240)의 출력만큼 감소시켜도 무방하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서, 정류기, 인버터 등을 포함하는 다수 개의 전원공급모듈을 병렬로 구성하고, 공진 캐패시터, 유도가열 코일 등을 공유하는 것으로 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 정류기, 인버터, 공진 캐패시터 등을 병렬로 구성하고, 유도가열 코일 등을 공유하여 구현될 수도 있을 뿐만 아니라, 정류기, 인버터, 공진 캐패시터, 유도가열 코일 등을 병렬로 구성할 수도 있다. 또한, 유도가열 열처리 장치에 구비되는 냉각장치도 전술한 다른 장치와 같이 병렬 또는 공유하여 구성할 수도 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 유도가열 열처리 장치에서 유도가열 코일로 고주파의 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치를 다수 개의 전원공급모듈을 병렬로 연결하여 스위칭 소자의 특성의 차이로 인한 문제를 해소하고, 하나의 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우에도 유도가열 전원장치의 전원 공급이 중단되지 않으며, 나머지 전원공급모듈만을 이용하여 유도가열 전원장치가 정상적으로 동작할 수 있어, 전원장치의 장애에 자유로운 유도가열 열처리 장치를 구현할 수 있고, 그론 인해 유도가열 열처리 장치가 사용되는 생산 설비의 가동 정지를 방지하여 생산액의 손실을 방지할 수 있다.
또한, 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 유도가열 전원장치가 정상적으로 동작하는 과정에서 장애가 발생한 특정 전원공급모듈을 유도가열 전원장치로부터 분리하고, 수리한 후 다시 사용할 수 있다.
또한, 스탠바이 상태로 대기하는 대기 전원공급모듈을 구비한 경우, 장애가 발생한 특정 전원공급모듈을 유도가열 전원장치로부터 분리하고, 대기 전원공급모 듈을 유도가열 전원장치로 연결하여, 나머지 전원공급모듈과 대기 전원공급모듈을 이용하여 유도가열 전원장치를 정상적으로 운전할 수 있다.
또한, 절연형 변압기를 사용하여 입력측과 출력측을 분리함으로써, 특정 전원공급모듈의 장애로 인해 다른 전원공급모듈이나 공동회로, 유도가열 코일 등에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유도가열 전원장치를 다수 개의 전원공급모듈을 병렬로 연결하여 구현함으로써, 유도가열 전원장치의 인버터를 구성하는 스위칭 소자의 특성의 차이와 구동 시간의 편차로 인한 문제를 해결하면서, 각 전원공급모듈의 합만큼의 최대 용량을 출력할 수 있다.

Claims (10)

  1. 유도가열 코일로 고주파 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서,
    교류 전원을 공급하는 공급전원;
    상기 공급전원과 연결되어 상기 교류 전원을 공급받아 고주파의 교류 전원으로 변환하여 전달하는 다수 개의 전원공급모듈;
    상기 다수 개의 전원공급모듈과 연결되어, 상기 고주파의 교류 전원을 상기 유도가열 코일로 전달하는 공동회로; 및
    상기 다수 개의 전원공급모듈 및 상기 공동회로와 연결되어, 상기 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 상기 특정 전원공급모듈을 상기 공급전원 및 상기 공동회로와 분리하고, 상기 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력을 상기 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키는 제어장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수 개의 전원공급모듈은,
    상기 무정지형 유도가열 전원장치의 정격 출력만큼을 최대 출력의 합으로 갖는 N 개의 전원공급모듈과 상기 N 개의 전원공급모듈의 각 전원공급모듈과 동일한 출력을 갖는 M 개의 전원공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무정지형 유도가열 전원장치는,
    스탠바이 상태로 대기하는 적어도 하나 이상의 대기 전원공급모듈을 추가로 포함하되, 상기 제어장치는 상기 특정 전원공급모듈이 분리되면 상기 대기 전원공급모듈을 상기 공급전원 및 상기 공동회로와 연결하고 상기 나머지 전원공급모듈의 출력을 상기 특정 전원공급모듈의 출력만큼 감소시키는 것을 특징으로 무정지형 유도가열 전원장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수 개의 전원공급모듈의 각 전원공급모듈은,
    상기 공급전원을 전달받아 정류하여 직류전원으로 변환하고 전달하는 정류기;
    상기 직류전원을 전달받아 상기 고주파 교류 전원으로 변환하여 상기 공동회로로 전달하는 인버터; 및
    상기 공급 전원과 상기 정류기 간의 연결을 개폐하는 입력측 스위치
    를 포함하되, 상기 제어장치는 상기 인버터의 출력을 단락시키고, 상기 입력측 스위치로 하여금 개폐하도록 제어하여 상기 각 전원공급모듈을 상기 공급전원과 분리하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공동회로는,
    일차측은 상기 다수 개의 전원공급모듈의 각 전원공급모듈과 연결되고 이차 측은 각각 직렬로 연결되어 상기 각 전원공급모듈의 출력의 합을 상기 유도가열 코일로 전달하는 다수 개의 절연형 변압기; 및
    상기 다수 개의 절연형 변압기의 상기 일차측의 양단 또는 상기 이차측의 양단에 각각 병렬로 연결되어 상기 양단을 개폐하는 다수 개의 출력측 스위치
    를 포함하되, 상기 제어장치는 상기 다수 개의 출력측 스위치로 하여금 개폐하도록 제어하여 상기 각 전원공급모듈을 상기 공동회로와 분리하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무정지형 유도가열 전원장치는,
    상기 공동회로와 상기 유도가열 코일 사이에 변성기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 유도가열 코일은,
    상기 유도가열 코일과 공진하는 공진 캐패시터를 추가로 포함하되, 상기 무정지형 유도가열 전원장치는 상기 공진 캐패시터와 상기 유도가열 코일 사이에 변성기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
  8. 공급전원, 유도가열 코일, 다수 개의 스위칭 소자를 포함한 다수 개의 전원공급모듈, 다수 개의 절연형 변압기를 포함한 공동회로 및 제어장치를 포함하는 유도가열 전원장치에서, 상기 유도가열 전원장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제 어장치가,
    (a) 상기 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 상기 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력의 합을 상기 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키는 단계;
    (b) 상기 특정 전원공급모듈을 상기 공급전원으로부터 분리하는 단계; 및
    (c) 상기 공동회로의 상기 다수 개의 절연형 변압기 중 상기 특정 전원공급모듈과 연결된 절연형 변압기의 일차측의 양단 또는 이차측의 양단을 단락시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 단계 (c) 이후에,
    (d) 대기 전원공급모듈의 출력을 단락시키는 단계;
    (e) 상기 공동회로 내의 상기 특정 전원공급모듈과 연결된 절연형 변압기의 일차측의 양단 또는 이차측의 양단을 오픈하는 단계;
    (f) 상기 대기 전원공급모듈을 상기 공급전원과 연결하는 단계;
    (g) 상기 대기 전원공급모듈의 출력을 단락을 해제하여 정상적으로 동작시키는 단계;
    (h) 상기 나머지 전원공급모듈의 출력의 합을 상기 특정 전원공급모듈의 출력만큼 감소시키는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치의 제어 방법.
  10. 유도가열 코일로 고주파 교류 전원을 공급하는 유도가열 전원장치에 있어서,
    교류 전원을 공급하는 공급전원;
    상기 교류 전원을 공급받아 직류전원으로 변환하는 다수 개의 정류기, 다수개의 스위칭 소자를 이용하여 상기 직류전원을 고주파 교류 전원으로 변환하여 출력으로 전달하는 다수 개의 인버터 및 상기 공급전원과 상기 정류기 간의 연결을 개폐하는 다수 개의 입력측 스위치를 포함하며, 상기 공급전원과 연결되는 다수 개의 전원공급모듈;
    일차측은 상기 다수 개의 전원공급모듈의 각 전원공급모듈과 연결되고 이차측은 각각 직렬로 연결되어 상기 다수 개의 전원공급모듈의 출력의 합을 상기 유도가열 코일로 전달하는 다수 개의 절연형 변압기 및 상기 다수 개의 절연형 변압기의 상기 일차측의 양단 또는 상기 이차측의 양단에 연결되어 상기 일차측의 양단 또는 상기 이차측의 양단을 개폐하는 다수 개의 출력측 스위치를 포함하는 공동회로; 및
    상기 다수 개의 전원공급모듈 중 특정 전원공급모듈에 장애가 발생한 경우, 상기 다수 개의 전원공급모듈 중 나머지 전원공급모듈의 출력을 상기 특정 전원공급모듈의 출력만큼 증가시키고, 상기 다수 개의 입력측 스위치, 상기 다수 개의 인버터 및 상기 다수 개의 출력측 스위치를 제어함으로써 상기 특정 전원공급모듈의 출력을 단락시키고, 상기 특정 전원공급모듈을 상기 공급 전원 및 상기 공동회로와 분리하는 제어장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정지형 유도가열 전원장치.
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