KR100744022B1 - 용접기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기공학에 관한 것으로, 특히 정류기를 이용하여 3상 네트워크에 접속되어 있으며, 고주파 교류 전압으로의 중간 변환 기능을 갖는 DC-DC 컨버터를 기반으로 제작되는 용접기에 관한 것이다. 브리지 인버터를 포함하는 전압 변환기는 정류기를 통해 3상 네트워크에 접속되어 있으며, 아크 점화 장치는 브리지 인버터의 키중 하나에 접속되어 있다. 브리지 인버터의 키는 일정 주파수의 펄스와 위상 변이된 펄스에 의해 제어되며, 이펄스의 위상 변이각의 값은 출력 전압 센서, 출력 전류 센서, 전력 센서와 과열 방지 센서에 의해 검출되는 신호를 이용하여 마이크로프로세서에 의해 계산된다. 부가적으로, 본 발명의 용접기는 인버터 스위치의 작동 신뢰성 증가, 최대 허용 주파수 증가를 통한 인버터의 작동 성능 극대화와 제어부로의 전력 공급시 전력 손실의 최소화와 같은 특징들을 제공한다. 이러한 특징들에 의해 장비의 신뢰성 증대, 전력 손실과 무게 및 크기의 감소와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 조선, 기계, 건설 등과 같은 광범위한 산업현장에서 효과적으로 사용될 수 있다.
용접기, 브리지 인버터, 고주파 전력 트랜스포머, 전력 센서, 과열 방지 센서, 전압 센서

Description

용접기 {WELDING MACHINE}
도 1은 본 발명에 따른 용접기의 블록도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 주전원 스위치 2 : 전력 필터
3 : 정류기 4 : 저전력 공급 유닛
5 : 브리지 인버터 6 : 고주파 전력 트랜스포머
7 : 출력 정류기 8 : 출력 필터
9 : 아크 점화 블럭 10 : 마이크로 컨트롤러
11 : 수동 설정 및 디지털 표시 유닛
12 : 브리지 인버터 키 드라이버 13 : 전력 센서
14 : 과열 방지 센서 15 : 출력 전류 센서
16 : 출력 전압 센서 17, 18, 19 : 커패시터
20, 21 : 제1 하프 브리지 22, 23 : 제1 하프 브리지
24 : 제어 유닛
본 발명은 전기공학에 관한 것으로, 특히 정류기를 이용하여 3상 네트워크에 접속되어 있으며, 고주파 교류 전압으로의 중간 변환 기능을 갖는 DC-DC 컨버터를 기반으로 제작되는 용접기에 관한 것이다.
티클러(Tickler)와 펄스 위상 제어 어셈블리로 사용되는 싸이리스터 정류기 스택 어셈블리를 구비하는 싸이리스터 정류 방식의 용접기가 널리 알려져 있다 (VINOGRADOV V.S. Arc automatic and machine welding equipment and technologies.- Moscow, 1997, pages 99~106). 이 용접기의 단점은 단위 출력과 효율이 낮다는 점이며, 결과적으로 무게와 크기가 크다는 점이다.
이러한 기술적 해결책으로 입력측 정류기와 브리지 인버터 및 출력측 정류기를 구비하는 용접기가 있다. 브리지 인버터의 제어는 마이크로 컨트롤러에 의해 설정되며 입출력 전압 레벨과 출력 전류에 따라 결정되는 주파수인 진폭 변조된 임펄스에 의해 이루어진다. 공지의 용접기는 또한 아크 점화 블럭을 구비한다(RU12755U1, 1/27/2000, MKI7N02M7/48).
상기된 공지의 용접기의 단점은 아크 점화 블럭의 입력단이 마이크로 컨트롤러를 포함하는 모든 제어 유닛 소자에 전원을 공급하는 저전력 공급 유닛에 접속되어 있다는 점에서 기인한다. 따라서, 아크 점화 블럭이 동작하는 동안에 발생된 가파른 상승 에지의 임펄스가 저전력 공급 유닛으로 입력되고, 제어 유닛 소자의 오작동을 유발시킬 수 있다.
직류 전원 공급부를 사용하려면, 아크 점화 블럭이 그 트랜스포머의 입력단으로 전압 펄스를 생성하여 입력시키는 입력 소자를 구비하여야 하는데, 이는 아크 점화 블럭의 설계를 더욱 복잡하게 한다.
더욱이, 상이한 동작 모드에서는 브리지 인버터의 키 스위칭 주파수가 변하기 때문에 필터와 전력 트랜스포머의 크기를 증가시키는 모든 동작 모드에서 최고의 고주파수를 제공할 수 없다. 따라서, 브리지 인버터의 키 스위칭이 과도하게 작동되어 전원의 스위칭 손실이 증가하고 키의 동작 모드를 어렵게 만드는 결과를 초래한다.
본 발명의 목적은 상기된 단점을 제거하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 직렬 접속된 전력 필터, 입력측 정류기와 브리지 인버터를 구비하는 용접기에 있어서, 브리지 인버터의 입력단에 병렬 접속된 필터 커패시터; 1차 권선이 브리지 인버터의 대각선으로 마주보는 한쌍의 접합부에 접속되고 2차 권선이 직렬 접속된 출력측 정류기, 출력 전류 센서와 출력 전압 센서를 이용하여 용접기의 출력단에 접속된 고주파 전력 트랜스포머; 출력단이 용접기의 출력단에 접속된 아크 점화 블럭; 전력 센서; 브리지 인버터 키의 온도를 감시하는 과열 방지 센서; 출력 전압 센서; 수동 설정 및 디지털 표시 유닛, 마이크로 컨트롤러, 브리지 인버터 키 드라이버를 구비하는 제어 유닛을 구비하되; 수동 설정 및 디지털 표시 유닛의 출력단과 전력 센서, 과열 방지 센서, 출력 전류 센서, 출력 전압 센서의 출력단은 마이크로 컨트롤러의 입력 포트에 접속되고; 마이크로 컨트롤러의 출력 포트는 수동 설정 및 디지털 표시 유닛의 입력단과. 브리 지 인버터 키의 제어 입력단에 출력단이 접속된 브리지 인버터 키 드라이버의 입력단에 접속되며; 아크 점화 블럭의 입력단은 디커플링 커패시터를 이용하여 브리지 인버터 키 중 하나의 전원 출력단에 접속되고; 브리지 인버터의 입력 전압을 제어하는 전력 센서는 브리지 인버터의 입력단에 병렬 접속되며; 브리지 인버터 키 드라이버는 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 구형파 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 위상 변이된 구형파 펄스를 갖는 일정한 스위칭 주파수에서 각 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭시키는 역위상(anti-phase) 신호를 제공하고; 위상 변이각의 값은 지속적으로 추적되는 출력 전류 신호 및 출력 전압 센서과 전력 센서의 출력단의 신호를 이용하여 마이크로 컨트롤러의 마이크로프로세서에 의해 계산되어 대응하는 마이크로 컨트롤러의 출력 포트에 제어 신호로써 제공되며; 브리지 인버터의 하프 브리지의 키를 제어하는 구형파는 제로 레벨에서 펄스간의 간격을 가짐으로써 브리지 인버터의 양측 하프 브리지의 키가 모두 폐쇄되는 시간 구간을 제공한다.
일정한 주파수에서의 전압 조정과 브리지 인버터의 키를 스위칭시키는 상대적인 존속 기간은 아크 점화 블럭이 브리지 인버터에 접속되는 것을 허용하여 아크 점화 블럭 설계의 간결성을 제공하고 용접기의 신뢰성을 증대시킨다. 또한, 아크 점화 블럭의 트랜스포머의 1차 권선의 자기 인덕턴스는 무부하 운전시나 낮은 부하 전류에서도 브리지 인버터 키의 전력 손실을 최소화시키는 0V에서의 스위칭 모드를 가능하게 한다. 이것이 기술적 결과이다.
아크 점화시의 고각(high-angle) 특성을 제공하기 위하여 아크 점화 블럭은 1, 2차 권선간에 낮은 전자기 유도 결합을 갖는 고주파 저전력 트랜스포머를 구비하며, 1차 권선의 출력단은 아크 점화 블럭의 입력단에 접속된다.
또한, 아크 점화 블럭의 입력단은 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 키에 접속된다.
아울러 출력 전류 유지 모드에서 모니터링 회로 속도의 재조정 원인을 제거하고 설정된 특성을 향상시키기 위하여, 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 구형파 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스의 위상각 값을 산출하기 위하여 다음의 식(1)이 사용될 수 있다.
Figure 112006039290698-pat00001
(1)
여기서,
SD1 - 전력 센서의 출력 전류 신호값
SD1norm - 전원 라인의 정해진 전압에서의 전력 센서의 출력 전류 신호값
SD3 - 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
SD3set - 설정된 출력 전류값에서의 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
kD3, kD1 - 특정 용접기의 파라미터를 고려하여 실험적으로 사전 측정된 대응하는 신호의 영향 계수이다.
그리고 출력 전압 유지 모드에서 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 구형파 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스의 위상각의 값을 산출하기 위하여 다음의 식(2)가 사용될 수 있다.
Figure 112006039290698-pat00002
(2)
여기서,
SD1 - 전력 센서의 출력 전류 신호값
SD1norm - 전원 라인의 전해진 전압에서의 전력 센서의 출력 전류 신호값
SD3 - 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
SD4set - 설정된 출력 전류값에서의 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
kD1, kD3, kD4 - 실험적으로 사전 측정된 대응하는 신호의 영향 계수
n - 전력 트랜스포머의 변환비
η- 용접기 효율
UVD - 출력 정류 다이오드의 전압 강하
UVT - 브리지 인버터 키의 전압 강하이다.
제어 가능한 키중 하나의 온도가 설정된 제한 값을 초과할 때의 과열을 방지하기 위하여 폐쇄(Closing) 신호가 모든 인버터 키로 전달된다.
또한 용접기는 저전력 공급 유닛을 포함하는데, 브리지 인버터 키 드라이버, 마이크로 컨트롤러, 수동 설정 및 디지털 표시 유닛의 메인 입력단은 저전력 공급 유닛의 출력단에 접속되고, 저전력 공급 유닛의 출력단(출력 전압 12V)은 다이오드와 전류 제한 저항을 이용하여 직렬로 용접기의 출력 단자에 접속된다.
대기 모드시에 작업자의 신체에 이상이 없는 값까지 용접기의 출력전압을 낮추고, 첫번째 접촉시에 전극이 모재에 고착되는 현상을 방지하며, 또한 용접 초기 단계에 원하는 파라미터를 얻기 위해서는 마이크로 컨트롤러에 입력된 특정 프로그램을 이용하여 용접이 이루어지지 않는 대기 모드시에 브리지 인버터의 네개의 키를 모두 록킹시키는 기능을 제공하는 것이 바람직하다.
용접 시작시 전극이 용접될 모재에 닿으면, 마이크로 컨트롤러는 브리지 인버터의 제2 하프 브리지 키를 스위칭시키고, 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 키는 접속을 차단시킨다. 그리고, 전극을 모재로부터 1~10mm 이격시킨 후, 아크 점화시에 마이크로 컨트롤러는 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 접속을 제공하고, 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스의 위상 변이각 값을 제어한다. 따라서, 마이크로 컨트롤러는 아크 점화 특성과 용접 초기 제어 프로세스를 제공한다.
출력 정류기의 전류 손실을 줄이기 위하여 쇼트키 전력 다이오드(Schottky Power diode)를 구비한다.
전력 트랜스포머는 공지된 플레이너(planar) 기술로 제작된 권선을 갖는 저전위 E형 페라이트 코어를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 권선의 낮은 누설 인덕턴스와 권선간의 높은 자기 결합은 제시된 트랜스포머가 높은 변환 주파수(15kW 이상의 출력 전압에서 100kHz)에서 고효율(99%까지)로 작동 가능하게 한다.
또한, 제시된 트랜스포머는 초소형-초경량 특성(10~20W/g)과 낮은 레벨의 전자기 외란을 갖는다. 상기된 기술에 대한 정보는 페이튼 그룹(Payton Group)의 웹사이트(http://www.paytongroup.com)에서 찾을 수 있다.
무게-크기 특성을 낮추고 오염 방지 및 습기와 빗물로부터 보호하기 위하여 제안된 용접기는 서로 단열된 방열기를 구비하는 강제 공냉 시스템과 함께 제공되는데, 분리된 각각의 방열기에는 입력측 정류기, 브리지 인버터, 출력측 정류기가 위치하며, 강제 공냉 시스템의 냉기가 흐르는 지역의 외측에 모든 전기 전력 소자와 제어 유닛이 장착된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 용접기의 블록도이다.
용접기는 380V/50Hz 3상 네트워크에 용접기를 접속시키는 자동 주전원 스위치(1) 형태의 전력 커넥터를 구비한다. 자동 주전원 스위치(1)의 출력단은 전력 필터(2)의 입력단에 접속되고, 전력 필터의 출력단은 3상 다이오드 브리지 형태의 입력측 정류기(3)의 입력단에 접속된다. 입력측 정류기(3)의 출력단은 브리지 인버터(5)의 입력단에 접속되며, 또한 고용량 필터 커패시터(17)에 접속된다.
브리지 인버터(5)는 그 입력단에 병렬로 접속된 두개의 하프 브리지로 구성되어 있는데, 제2 하프 브리지는 직렬로 접속된 한쌍의 키(20, 21) 형태로 구성되 고, 제1 하프 브리지는 직렬로 접속된 한쌍의 키(22, 23) 형태로 구성된다.
브리지 인버터(5)의 입력 전압 레벨을 제어하는 전력 센서(13)가 브리지 인버터(5)의 입력단에 병렬로 접속된다. 고주파 전력 트랜스포머(6)의 1차 권선은 디커플링 커패시터(18)를 이용하여 브리지 인버터의 출력 다이어고널(ac diagonal)에 접속되며, 고주파 전력 트랜스포머(6)의 2차 권선은 출력측 정류기(7)의 입력단에 접속된다.
출력측 정류기(7)의 출력단은 출력 전류 센서(15)와 출력 필터(8)를 통해 용접기의 출력단에 접속된다. 출력 전압 센서(16)는 출력 필터(8)의 양(+) 입력단과 용접기의 음(-) 출력단 사이에 접속된다. 온도 제어를 위해 과열 방지 센서(14)가 브리지 인버터(5)의 키(20~23)의 방열판에 접속된다. 아크 점화 블럭(9)의 입력단은 디커플링 커패시터(19)를 통해 브리지 인버터(5)의 제2 하프 브리지의 키(21)에 병렬로 접속된다.
용접기의 제어는 마이크로 컨트롤러(10), 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11), 브리지 인버터(5)의 키 드라이버(12)를 구비하는 제어 유닛(24)에 의해 수행된다. 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)의 출력단과 센서(13~16)의 출력단이 마이크로 컨트롤러(10)의 입력 포트에 접속된다. 마이크로 컨트롤러(10)의 출력 포트는 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)의 입력단과 브리지 인버터 키 드라이버(12)의 입력단에 접속된다. 브리지 인버터 키 드라이버(12)의 출력단은 대응하는 키(20~23)의 제어 입력단에 접속된다. 저전력 공급 유닛(4)의 입력단은 입력측 정류기(3)의 출력단에 접속된다.
브리지 인버터 키 드라이버(12)와 마이크로 컨트롤러(10) 및 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)의 주전원 입력단은 저전력 공급 유닛(4)의 출력단에 접속된다(도시안됨). 또한, 저전력 공급 유닛(4)의 출력단을 직렬로 접속된 다이오드와 리미트 저항을 이용하여 용접기의 출력단에 접속하는 것도 가능하다(도시안됨).
아크 점화 블럭(9)은 1, 2차 권선간의 약한 자기 결합을 가지며, 또한 1차 권선의 조절 자화(adjusted magnetization) 및 누설 인덕턴스 특성을 갖는 고주파 저전력 트랜스포머를 기초로 제작된다. 이 트랜스포머의 1차 권선의 입력단은 아크 점화 블럭의 입력단을 형성하고, 이 트랜스포머의 2차 권선은 아크 점화 블럭 정류기와 아크 점화 블럭 필터를 통해 아크 점화 블럭의 출력단에 접속된다.
브리지 인버터 키 드라이버(12)는 각각 두개의 역위상 출력단을 구비하는 두개의 구형파 발생기의 형태로 제작되는데, 첫번째 구형파 발생기의 동기 신호 입력단은 주파수 발생기에 직접 연결되고, 또 다른 구형파 발생기의 동기 신호 입력단은 위상 변이 유닛을 통해 연결된다. 스위칭시 제어 펄스의 작은 간격은 0V에서 브리지 인버터의 키 스위칭 모드를 제공한다. 위상 변이 유닛의 위상 변이값 제어 입력단이 드라이버의 입력단이다. 구형파 발생기의 출력단은 드라이버의 출력단을 형성한다. 본 발명에서 사용되는 기타 구성 요소는 이미 널리 알려져 있는 것이다.
용접기는 다음과 같이 동작한다. 자동 주전원 스위치(1)의 회로 단락시 3상 네트워크 전압이 전력 필터를 통해 입력측 정류기(3)의 입력단과 제어 유닛(24)의 모든 회로에 전원을 공급하는 저전력 공급 유닛(4)으로 공급된다. 입력측 정류기(3)의 출력단에서 출력되는 정류 전압은 브리지 인버터(5)의 입력단과 키(20~23) 의 전원 출력단으로 공급되며 필터 커패시터(17)를 충전시킨다. 어셈블링(assembling) 동안에 프로그램 설정이 이행되도록 저전력 공급 유닛(4)의 출력단으로부터 제어부(13)의 마이크로 컨트롤러(10)의 주전원 입력단으로 전압(UⅡ) 공급이 시작된다. 첫 단계에서 프로그램은 마이크로 컨트롤러(10)의 작업능력을 확인한다.
다음 단계에서 용접기의 초기 동작 조건의 체킹이 이루어지는데, 용접기의 동작 조건을 제어하는 전력 센서(13)의 신호를 판독한다. 상기된 센서들의 정보가 입력 포트를 통해 마이크로 컨트롤러(10)의 메인 메모리로 전달된다. 네트워크 기능이 적절히 동작하고 과열이 없다면, 필요한 출력 전압과 전류 정보가 마이크로 컨트롤러(10)의 입력 포트를 통해 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)으로 전달된다.
전달된 정보는 마이크로 컨트롤러(10)의 마이크로 프로세서에서 프로그램에 의해 처리되는데, 상기 프로그램은 출력 다이어고널에 대한 브리지 인버터의 입력 전압의 접속 및 차단에 필요한 전류 시간 비를 산출하고, 이 값을 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이를 정의하는 키 드라이버 제어신호로 변환하는 입력 포트로 전송한다.
마이크로 컨트롤러의 입력 포트를 통해 측정 및 설정된 출력 전압 및 전류값을 표시하는 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)을 위한 제어 신호가 출력된다. 용 접기의 동작 알고리즘은 센서(13~16)의 신호와 동작 모드를 설정하는 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)의 신호에 좌우된다. 용접 대기 모드시 브리지 인버터(5)는 오프된다(4개의 키는 닫혀있다). 12V 전압이 저전력 공급 유닛(4)으로부터 다이오드와 리미트 저항을 통해 용접기의 출력단으로 공급된다(최대 출력 전류는 저항에 의해 100mA 이하로 제한된다).
마이크로 컨트롤러(10)는 센서(16)를 이용하여 출력전압을 지속적으로 제어한다(측정은 1msec 간격으로 수행). 용접이 시작되면(용접봉과 모재가 접촉하는 순간) 출력전압(0~5V 까지)은 감소한다. 이러한 변동이 감지되면 마이크로 컨트롤러(10)는 브리지 인버터의 제2 하프 브리지(키(20, 21))를 스위칭하는데, 트랜스포머(6)는 차단되고 점화 블록(9)의 트랜스포머는 접속되어 전압이 점화 블록으로부터 용접기의 출력단으로 공급되며, 8A의 낮은 기동 전류가 용접봉을 통해 모재로 흐르기 시작한다. 모재로부터 용접봉을 소정 거리(1~10mm) 이격시키면 점화 블록(9)의 전압-전류 특성에 따라 아크가 발생하기 시작하며, 출력전압은 15~80V(용접봉과 모재의 간격에 따라)까지 증가한다. 마이크로 컨트롤러(10)는 아크를 검출하고 브리지 인버터의 제2 하프 브리지를 연결하며, 전력 트랜스포머가 작동하기 시작한다.
브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이각을 제어하며 마이크로 컨트롤러(10)는 아크 점화 특성과 용접의 초기 시작 단계를 제어한다. 용접 출력 전류 유지 모드에서 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이각(φ1) 은 [식1]에 따라 정의된다.
용접 출력 전압 유지 모드에서 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이각(φ1)은 [식2]에 따라 정의된다.
수동 아크 소화 명령인 경우(출력 전압이 0.5초 이상 60V를 초과한 경우)나 용접 공정이 종료된 경우(신호가 제어 버튼으로부터 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)으로 공급되는 경우) 마이크로 컨트롤러는 전력 발생기를 차단하고, 대기 모드로 들어간다.
용접기가 동작하는 동안 전력선(센서(13))의 프로세스 기능과 브리지 인버터의 키(센서(14))의 온도는 지속적으로 제어되며, 안전 모드를 이탈하는 경우에 마이크로 컨트롤러(10)는 브리지 인버터(5)의 스위칭 오프 신호를 생성하며, 관련된 정보가 수동 설정 및 디지털 표시 유닛(11)의 정보 보드에 표시된다.
키(20~23)중 어느 하나에 대한 과열 보호가 감지되면 마이크로 컨트롤러(10)는 규정된 시간 동안 키(20~23)을 록시키는 신호를 생성하고, 브리지 인버터의 출력 전압은 0V가 된다.
과열된 용접기 소자의 냉각은 강제 공냉 방식으로 이루어진다. 열을 발산하는 각각의 소자(입력측 정류기(3), 브리지 인버터(5), 출력측 정류기)는 서로 단열된 방열기 상에 위치한다. 제어부(12)와 전력 소자의 모든 도전부는 강제 공냉 시 스템의 냉각 공기가 흐르는 영역의 외측에 설치된다.
본 발명에 따르면 장비의 신뢰성 증대, 전력 손실과 무게 및 크기의 감소와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 조선, 기계, 건설 등과 같은 광범위한 산업현장에서 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 직렬 접속된 전력 필터, 입력측 정류기와 브리지 인버터를 구비하는 용접기에 있어서, 브리지 인버터의 입력단에 병렬 접속된 필터 커패시터; 1차 권선이 브리지 인버터의 대각선으로 마주보는 한쌍의 접합부에 접속되고 2차 권선이 직렬 접속된 출력측 정류기, 출력 전류 센서와 출력 전압 센서를 이용하여 용접기의 출력단에 접속된 고주파 전력 트랜스포머; 출력단이 용접기의 출력단에 접속된 아크 점화 블럭; 전력 센서; 브리지 인버터 키의 온도를 감시하는 과열 방지 센서; 출력 전압 센서; 수동 설정 및 디지털 표시 유닛, 마이크로 컨트롤러, 브리지 인버터 키 드라이버를 구비하는 제어 유닛을 구비하되; 수동 설정 및 디지털 표시 유닛의 출력단과 전력 센서, 과열 방지 센서, 출력 전류 센서, 출력 전압 센서의 출력단은 마이크로 컨트롤러의 입력 포트에 접속되고; 마이크로 컨트롤러의 출력 포트는 수동 설정 및 디지털 표시 유닛의 입력단과. 브리지 인버터 키의 제어 입력단에 출력단이 접속된 브리지 인버터 키 드라이버의 입력단에 접속되며; 아크 점화 블럭의 입력단은 디커플링 커패시터를 이용하여 브리지 인버터 키 중 하나의 전원 출력단에 접속되고; 브리지 인버터의 입력 전압을 제어하는 전력 센서는 브리지 인버터의 입력단에 병렬 접속되며; 브리지 인버터 키 드라이버는 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 구형파 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 위상 변이된 구형파 펄스를 갖는 일정한 스위칭 주파수에서 각 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭시키는 역위상(anti- phase) 신호를 제공하고; 위상 변이각의 값은 지속적으로 추적되는 출력 전류 신호 및 출력 전압 센서과 전력 센서의 출력단의 신호를 이용하여 마이크로 컨트롤러의 마이크로프로세서에 의해 계산되어 대응하는 마이크로 컨트롤러의 출력 포트에 제어 신호로써 제공되는 것을 특징으로 하는 용접기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 용접 출력 전류 유지 모드에서 상기 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이각(φ1)을 산출하기 위하여 다음의 [식1]이 사용하는 것을 특징으로 하는 용접기.
    Figure 112007038978286-pat00003
    (1)
    여기서,
    SD1 - 전력 센서의 출력 전류 신호값
    SD1norm - 전원 라인의 정해진 전압에서의 전력 센서의 출력 전류 신호값
    SD3 - 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
    SD3set - 설정된 출력 전류값에서의 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
    kD3, kD1 - 특정 용접기의 파라미터를 고려하여 실험적으로 사전 측정된 대응하는 신호의 영향 계수.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 용접 출력 전압 유지 모드에서 상기 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 제어하는 펄스의 위상 변이각(φ2)을 산출하기 위하여 다음의 [식2]이 사용하는 것을 특징으로 하는 용접기.
    Figure 112007038978286-pat00004
    (2)
    여기서,
    SD1 - 전력 센서의 출력 전류 신호값
    SD1norm - 전원 라인의 전해진 전압에서의 전력 센서의 출력 전류 신호값
    SD3 - 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
    SD4set - 설정된 출력 전류값에서의 출력 전류 센서의 출력 전류 신호값
    kD1, kD3, kD4 - 실험적으로 사전 측정된 대응하는 신호의 영향 계수
    n - 전력 트랜스포머의 변환비
    η- 용접기 효율
    UVD - 출력 정류 다이오드의 전압 강하
    UVT - 브리지 인버터 키의 전압 강하.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 제어 가능한 브리지 인버터의 키 중에 어느 하나의 온도가 설정된 제한 값을 초과할 때 과열을 방지하기 위하여 폐쇄 신호를 모든 인버터의 키로 전달하는 것을 특징으로 하는 용접기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 브리지 인버터의 키를 제어하는 구형파는 시간 간격을 제공하기 위하여 스위칭 순간에 휴지기(interval/pause)를 갖되, 이때 상기 브리지 인버터의 키들이 록킹되어 0V 하에서도 상기 브리지 인버터의 키의 스위칭 모드를 보장하는 것을 특징으로 하는 용접기.
  6. 제 1 항에 있어서, 아크 점화 블럭은 1, 2차 권선간에 낮은 전자기 유도 결합을 갖는 고주파 저전력 트랜스포머로 제작되며, 1차 권선의 출력단이 아크 점화 블럭의 입력단인 것을 특징으로 하는 용접기.
  7. 제 6 항에 있어서, 아크 점화 블럭의 입력단은 디커플링 커패시터를 이용하여 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 키중 하나에 접속된 것을 특징으로 하는 용접기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 아크 점화 블럭의 트랜스포머 1차 권선의 자기 인덕턴스는 0V와 무부하 운전 및 낮은 부하 전류하에서 가능한 브리지 인버터의 키 스위칭 모드에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 용접기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접기는,
    상기 브리지 인버터 키 드라이버, 마이크로 컨트롤러, 수동 설정 및 디지털 표시 유닛으로 전원을 공급하는 저전력 공급 유닛을 더 포함하고,
    상기 저전력 공급 유닛의 출력단(출력 전압 12V)은 다이오드와 전류 제한 저항을 이용하여 상기 용접기의 출력 단자에 접속되며,
    상기 마이크로 컨트롤러는 대기 모드시 작업자의 신체에 이상이 없는 값까지 상기 용접기의 출력전압을 낮추고, 첫번째 접촉시 전극이 모재에 고착되는 현상을 방지하며, 용접 초기 단계에 원하는 파라미터를 얻기 위해서 상기 마이크로 컨트롤러에 입력된 특정 프로그램을 이용하여 용접이 이루어지지 않는 대기 모드시에 상기 브리지 인버터의 네개의 키를 모두 록킹시키는 기능을 제공하고, 용접 시작시 전극이 용접될 모재에 닿으면 상기 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 키를 턴-온시키고 상기 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 키를 턴-오프시키며, 전극을 모재로부터 1~10mm 이격시킨 상태에서 아크 점화시 상기 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 접속을 제공하고, 상기 브리지 인버터의 제2 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스와 관련된 브리지 인버터의 제1 하프 브리지의 한쌍의 키를 스위칭 제어하는 펄스의 위상 변이각 값을 제어하여 아크 점화 특성과 용접 초기 제어 프로세스를 제공하는 것을 특징으로 하는 용접기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 출력측 정류기는 쇼트키 고전력 다이오드를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 용접기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 트랜스포머는 플레이너(planar) 기술로 제작된 권선을 기초로 하는 저전위 E형 페라이트 코어로 제작된 것을 특징으로 하는 용접기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접기는,
    서로 단열된 복수의 방열기를 구비하는 강제 공냉 시스템을 더 포함하고,
    상기 복수의 방열기는 상기 입력측 정류기, 브리지 인버터, 출력측 정류기에 각각 위치하며,
    상기 강제 공냉 시스템의 냉기가 흐르는 영역의 외측은 모든 전력-전자 소자와 상기 제어 유닛에 위치하는 것을 특징으로 하는 용접기.
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