KR100774921B1

KR100774921B1 - 저항용접전원장치

Info

Publication number: KR100774921B1
Application number: KR1020010014339A
Authority: KR
Inventors: 와타나베미키오
Original assignee: 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2007-11-09
Also published as: EP1136171A2; EP1136171A3; JP2001259860A; KR20010093054A; CN1314227A; JP4420520B2; US20010023857A1

Abstract

저항용접용의 전기 에너지를 전하로서 축적하기 위한 콘덴서를 효율적으로 충전하는 것이다. 상기 전원장치에 있어서, 콘덴서(12)를 충전하기 위한 충전회로(30)는, 트랜스(32),정류회로(34), 스위칭소자(36), 인덕턴스 코일(38)및 환류 다이오드(40)를 포함하고 있다. 정류회로(34)는, 트랜스(32)의 2차측에서 얻어지는 교류전원전압E1을 전(全)파정류하여, 직류전압을 출력한다. 스위칭소자(36)가 온 또는 도통하면, 정류회로(34)의 정극측의 출력단자34a→스위칭소자(36)→ 인덕턴스코일(38)정류회로(34)의 부극측의 출력단자(34b)의 회로(43)로 직류전류(Ic)가 흐르도록 되어있다. 그리고, 스위칭소자(36)가 온상태로부터 오프상태가 되면 ,인덕턴스코일(38),콘덴서(12)및 다이오드(40)로 이루어지는 폐회로(46)내에서 인덕턴스코일(38)에 근거하는 전류(Id)가 다이오드(40)의 순방향(順方向)으로 환류(還流)하고, 이 환류 전류(Id)에 의해서 콘덴서(12)가 충전된다.

Description

저항용접전원장치{Device power supply for resistance welding}

도 1은 본발명의 1 실시형태에 의한 저항용접전원장치의 회로구성을 나타내는 회로도이다.

도 2는 실시형태의 저항용접전원장치에 있어서의 전원전압검출부의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 3은 실시형태의 저항용접전원장치내의 각부의 전압 또는 신호의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 4는 실시형태에 있어서의 교류전원전압의 전파(全波)정류파형과 충전부의 충전전류의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 5는 종래의 저항용접전원장치의 회로구성을 나타내는 회로도이다.

도 6은 종래의 저항용접전원장치에 있어서의 충전전류의 파형을 나타내는 파형도이다.

<부호의 설명>

12 콘덴서 14, 16 용접전극

18 스위칭소자 20 용접통전제어부

30 충전부 32 트랜스

34 정류회로 36 스위칭소자

38 인덕턴스코일 40 다이오드

43 정류출력회로 46 환류회로

48 충전제어부 52 전류센서

60 전원전압검출부

본발명은, 저항용접을 위한 전원장치에 관하며, 특히 용접 에너지가 되는 전력을 콘덴서에 일단 축적하는 방식의 전원장치에 관한 것이다.

도 5 에, 종래의 이러한 종류의 저항용접전원장치의 회로구성을 나타낸다.

이러한 전원장치에서는, 교류전원 라인(100)에서 상용주파수의 단상교류전원전압(Eo)을 트랜스(l02)를 통하여 정류회로(104)에 입력하고, 정류회로(104)로부터 출력되는 직류전압으로 저항(106)을 통하여 콘덴서(108)를 충전하고, 스위치(110)를 닫고서 콘덴서(108)의 충전에너지를 용접전극(112,114)측의 회로로 방전시켜, 피용접재(W1, W2)에 용접전류(iw)를 공급하도록 하고 있다.

정류회로(l04)는, 2개의 사이리스터(S1,S2)와 2개의 다이오드(Dl,D2)를 브릿지접속하여 이루어지는 단상혼합 브릿지 정류회로로서 구성되며, 트랜스(102)로부터의 교류전원전압을 전(全)파정류하여 직류전압으로 변환한다. 여기서, 사이리스터(S1,S2)는, 도시하지않는 점호회로에 의해 상용주파수의 각 반 사이클(CY)마다 교대로 점호제어된다. 이것에 의해, 각 반 사이클(CY)마다 위상제어된 직류의 충전 전류(ic)가 콘덴서(108)에 공급된다.

트랜스(l02)는, 교류전원 라인(100)으로부터의 교류전원전압(Eo)을 하강시키기 위한 변압기로서 기능할 뿐만 아니라, 콘덴서(108)의 축적 에너지를 저항용접에 직접 사용할 때 안전면에서, 본 장치를 교류전원 라인(100)으로부터 전기적으로 절연하는 역할을 갖고 있다.

상기한 바와같이, 종래의 저항용접전원장치에서는, 콘덴서(108)에 저항용접의 에너지(전력)를 축적하기위해서, 상용주파수의 각 반 사이클(CY)마다 정류회로(104)의 사이리스터(Sl,S2)의 점호에 의해서 위상제어된 충전전류(ic)를 콘덴서(108)에 공급하도록 하고 있다.

그렇지만, 도 6에 나타내는 바와같이, 충전개시(t0)로부터 시간이 지남에 따라 각 반 사이클(CY)마다 충전전류(ic)(1), (ic)(2), (ic)(3), ····의 통류기간(Tl), (T2), (T3), ···이 점차로 짧아짐과 동시에 피이크값(P1),(P2),(P3),····이 점차로 저하한다고 하는 문제가 있다.

보다 상세하게는, 정류회로(104)의 출력전압에 대하여 반대기전력으로서 작용하는 콘덴서(l08)의 충전전압이 충전 사이클을 포갬에 따라서 점차 증대하기 때문에, 각 반 사이클(CY) 의 내에서 정류회로(104)의 출력전압이 콘덴서(108)의 충전전압을 상회하는 시간 즉, 통류기간(T)이 사이클중앙부에 모이도록 하여 점차 좁아지며, 그것에 따라 전류피이크값(P)도 점차 낮아 된다. 즉,충전전류(ic)의 실효치가 점차 작게 된다.

이와 같이, 종래의 저항용접전원장치는, 콘덴서(108)에 공급되는 충전전류(ic)가 맥류로서 더군다나 시간이 지남에 따라서 점차로 작아지기 때문에, 충전효율이 낮다. 트랜스(102)의 용량을 크게 하고, 정류회로(104)에 입력하는 정류전의 교류전압의 실효치를 크게 함으로써 충전속도를 올릴 수도 있다.

그러나, 충전효율이 낮기 때문에, 트랜스가 대형화할 수록 트랜스 사용율이 낮아지며, 자원, 소비전력, 장치공간,비용등의 면에서 낭비가 심해진다.

본발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 저항용접용의 전기 에너지를 전하로서 축적하기 위한 콘덴서를 효율적으로 충전하도록 한 저항용접전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본발명은, 저항용접용의 에너지를 전하로서 축적하기 위한 콘덴서에 대한 충전 효율을 개선함으로써, 교류전원 라인으로부터 교류전원전압을 받아들이기 위한 트랜스의 사용율의 향상 및 소형화를 실현하는 저항용접전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본발명의 저항용접전원장치는, 피용접재에 가압접촉하는 한 쌍의 용접전극사이에 용접전류를 흘려보내고 상기 피용접재를 저항용접하기 위한 저항용접전원장치에 있어서, 상기 한 쌍의 용접전극에 각각 전기적으로 접속되며, 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 및 제2 전극사이에 저항용접용의 에너지를 전하로서 축적하는 콘덴서와, 상기 콘덴서와 상기 용접전극과의 사이에 전기적으로 접속되는 제1 스위칭수단과, 저항용접의 통전을 위한 상기 제1 스위칭수단을 스위칭제어하는 제1 제어수단과, 상용주파수의 교류전원전압을 정류하 여 직류전압을 출력하는 정류회로와, 일단이 상기 정류회로의 한쪽 출력단자에 전기적으로 접속되며,타단이 상기 정류회로의 다른쪽의 출력단자와 상기 콘덴서의 제1 전극에 전기적으로 접속되는 인덕턴스 코일과, 상기 정류회로의 출력단자와 상기 인덕턴스 코일과의 사이에 전기적으로 접속되는 제2 스위칭수단과, 상기 콘덴서를 충전하기 위한 상기 제2 스위칭수단을 스위칭제어하는 제2 제어수단과, 상기 인덕턴스코일에 전류를 환류시키는 방향으로, 한쪽 단자가 상기 인덕턴스 코일의 일단에 전기적으로 접속되며, 다른쪽의 단자가 상기 콘덴서의 제2 전극에 전기적으로 접속되는 정류소자를 구비하는 구성으로 했다.

본발명의 저항용접전원장치에서는, 제2 제어수단의 스위칭제어에 의해, 제2 스위칭수단이 온되면, 정류회로의 출력단자로부터 온상태의 제2 스위칭수단을 통하여 인덕턴스 코일에 직류의 전류가 흐르고, 이 전류에 의해서 인덕턴스 코일에 전자 에너지가 축적된다. 그리고, 제2 스위칭수단이 온상태로부터 오프상태로 바뀌면, 인덕턴스 코일, 콘덴서 및 정류소자로 이루어지는 폐회로내에서 인덕턴스 코일의 전류가 정류소자의 순방향으로 환류하고, 이 환류하는 전류에 의해서 콘덴서가 충전된다. 콘덴서의 충전전압이 설정치에 달했다면, 제2 스위칭수단에 대한 스위칭제어를 멈춰도 좋다. 한편, 제 1 제어수단의 스위칭제어에 의해, 상기 제 l 스위칭수단이 온하면, 콘덴서에 전하로서 축적되어 있던 전기 에너지가 이 제 1 스위칭수단을 통하여 용접전극측으로 방전되며, 이 방전전류가 용접전류로서 용접전극사이의 피용접물을 흐름으로써 피용접물이 저항용접된다. 본발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 제 2 제어수단이, 상기 교류전원전압을 검출 하고, 상기 교류전원전압의 위상을 나타내는 전원전압검출신호를 생성하는 전원전압검출수단과, 상기 제2 스위칭소자를 흐르는 전류를 검출하고, 상기 전류 파형을 나타내는 전류검출신호를 생성하는 전류검출수단과, 상기 전원전압 검출신호와 상기 전류검출신호에 따라서 상기 전류의 위상이 상기 교류전원전압의 위상과 거의 일치하도록 상기 제2 스위칭수단을 상용주파수보다도 높은 소정의 주파수로 스위칭제어하는 수단을 갖는 구성이어도 좋다.이러한 구성에 의하면, 충전전류가 전원전압과 실질적으로 동상(同相)으로 흐르기때문에, 충전회로의 역율이 높고, 충전효율이 개선된다. 또한, 충전전류는 맥류가 아니라, 거의 연속적으로 흐르기 때문에, 전류 피이크값을 낮추어 설정할 수가 있다. 따라서, 교류전원 라인으로부터 교류전원전압을 받아들이기 위한 트랜스의 소형화 또는 트랜스사용율의 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 제2 제어수단이, 상기 교류전원전압을 검출하여, 상기 교류전원전압의 전(全)파정류파형을 나타내는 전원전압검출신호를 생성하는 전원전압검출수단과, 상기 제2 스위칭소자를 흐르는 전류를 검출하여, 상기 전류의 파형을 나타내는 전류검출신호를 생성하는 전류검출수단과, 상기 전원전압 검출신호와 상기 전류검출신호를 토대로 상기 전류의 위상 및 파형이 상기 교류전원전압의 전파정류파형의 위상 및 파형과 거의 겹치도록 상기 제2 스위칭수단을 상용주파수보다도 높은 소정의 주파수로 스위칭제어하는 수단을 갖는 구성이어도 좋다.

이 구성에 의하면, 충전전류가 전원전압과 위상뿐만 아니라 파형도 마찬가지 로 하기 때문에, 한층 향상된 역율 또는 충전효율을 실현할 수 있다. 한편, 이 구성에 있어서는, 교류전원전압의 파형 그 자체가 충전 피이드백제어의 기준치가 되기 때문에, 교류전원 라인상의 전압변동을 보정하는 것이 바람직하다.

본발명의 바람직한 일태양에 의하면, 상기 전원전압검출수단이, 상기 교류전원전압을 신호레벨로 변압하는 트랜스와, 상기 트랜스의 2차측에서 얻어지는 교류전원전압을 전파정류하는 정류회로와, 상기 정류회로의 출력신호로 극성반전, 적분 및 레벨변환을실시하는 보정회로와, 상기 정류회로의 출력신호와 상기 보정회로의 출력신호를 승산하여 상기 전원전압검출신호를 출력하는 승산회로를 갖는다.

이하, 도 l ∼도 4 를 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1 에, 본발명의 일실시형태에 의한 저항용접전원장치의 회로구성을 나타낸다. 상기 전원장치는, 용접부(10)에 저항용접용의 에너지(전력)를 공급하기 위한 콘덴서(12)를 갖고 있다.

용접부(10)는 한 쌍의 용접전극(14,16)으로 구성된다. 이들의 용접전극(14,16)은, 물리적으로는 가압부(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 저항용접시에 이 가압부로부터의 가압력에 의해서 피용접물(W1,W2)에 양측으로부터 가압접촉한다.

콘덴서(12)는 저압대용량형의 콘덴서를 1개 또는 복수개 병렬접속하여 이루어지며, 정극측의 전극(12a)은 용접통전용의 스위칭소자(18)를 통하여 한쪽의 용접전극(14)에 전기적으로 접속되며, 부극측의 전극(12b)은 다른쪽의 용접전극(16)에 전기적으로 접속되어 있다.

스위칭소자(18)는, 트랜지스터 예를들면 FET (전계효과 트랜지스터)로 이루어지며, 용접통전중에 용접통전제어부(20)에 의해 구동회로(22)를 통하여 스위칭제어되도록 되어 있다.

상기 실시형태에 있어서의 용접통전제어부(20)는, PWM(펄스폭변조)방식의 정전류 제어에 의해 용접전류(Iw)를 임의의 설정치 또는 파형으로 제어할 수 있게 되어 있다. 이 정전류 제어에 있어서 용접전류(Iw)를 피이드백하기위해서, 콘덴서(12)와 용접전극(14,16)과의 사이의 회로(도체)에는 예를들면, 트로이달 코일로 이루어지는 전류센서(24)가 설치되어 있으며, 이 전류센서(24)의 출력신호(전류검출신호)를 기초로 전류측정회로(26)가 용접전류(Iw)의 측정치 예를들면 실효치를 구하고, 구한 전류측정치(SIw)를 용접통전제어부(20)에 부여하도록되어 있다. 더욱이,용접통전제어부(20)에는, 클럭회로(28)로부터 PWM용의 소정주파수(예를들면 10kHz)의 클럭신호(CK0)가 주어짐과 동시에, 입력부(도시하지 않음)로부터 용접전류(Iw)의 설정치 또는 파형 데이터(IWD)가 주어진다.

상기 전원장치에 있어서, 콘덴서(12)를 충전하기 위한 충전회로(30)는, 트랜스(32),정류회로(34), 스위칭소자(36), 인덕턴스코일(38)및 환류 다이오드(40)를 포함하고 있다.

트랜스(32)는,1차 코일이 상용주파수의 단상교류전원전압(Eo)을 배전하는 교류전원라인(42)에 접속되며,2차 코일이 정류회로(34)의 입력단자에 접속되어 있다. 정류회로(34)는, 예를들면 4개의 다이오드(도시하지 않음)를 브릿지접속하여 이루어지는 단상전파정류회로로 이루어지며,트랜스(32)의 2차측에서 얻어지는 교류전원전압(E1)을 전파정류하여, 직류전압을 출력한다.

정류회로(34)의 한 쌍의 출력단자중, 정극측의 출력단자(34a)는 스위칭소자(36)를 통하여 인덕턴스코일(38)의 일단에 접속되며, 부극측의 출력단자(34b)는 그라운드전위에 접속(접지)됨과 동시에, 인덕턴스 코일(38)의 타단과 콘덴서(l2)의 정극측의 전극(l2a)에 접속되어 있다. 스위칭소자(36)가 온 또는 도통하면, 정류회로(34)의 정극측의 출력단자(34a)→스위칭소자(36)→ 인덕턴스 코일(38)→정류회로(34)의 부극측의 출력단자(34b)의 회로(43)로 직류전류(Ic)가 흐르도록 되어있다. 또, 정류회로(34)의 출력단자(34a,34b)사이에는 평활용의 콘덴서(44)가 접속되어 있다.

다이오드(40)는, 애노드단자가 콘덴서(12)의 부극측의 전극(12b)에 접속되며,캐소드단자가 인덕턴스 코일(38)의 일단에 접속되어 있다. 스위칭소자(36)가 온 상태로부터 오프상태가 되면,인덕턴스 코일(38), 콘덴서(12) 및 다이오드(40)로 이루어지는 폐회로(46)내에서 인덕턴스코일(38)을 토대로 한 전류(Id)가 다이오드(40)의 순방향으로 환류하며, 이 환류하는 전류(Id)에 의해서 콘덴서(12)가 충전되도록 되어 있다.

즉, 스위칭소자(36)가 온하고 있는 동안은 정류회로(34)의 출력회로(43)내에서 흐르는 전류(Ic)에 의해서 인덕턴스 코일(3)에 전자 에너지가 축적되며, 스위칭소자(36)가 온에서 오프로 바뀌면 인덕턴스코일(38)의 전자 에너지가 환류회로(46)내에서 환류하는 전류(Id)를 통해서 콘덴서(12)의 정전 에너지(전하)로 변환되게 되어 있다.

스위칭소자(36)는, 트랜지스터 예를들면 FET로 좋으며, 충전 통전중에 충전제어부(48)에 의해 구동회로(50)를 통하여 스위칭제어된다.

충전제어부(48)는, 교류전원라인(42)상의 교류전원전압(Eo)의 위상 및 파형을 기준으로 하며, 직접적으로는 상기 정류출력회로(43)내의 전류(Ic)를, 간접적으로는 환류회로(46)내의 전류 (Id)를 PWM 방식으로 정전류 제어한다.

상기 정전류 제어에 있어서 전류(Ic)를 피이드백하는 하기 위하여, 정류출력회로(43)에 예를 들면 CT코일로 이루어지는 전류센서(52)가 설치되어 있다. 전류(Ic)가 흐르면, 전류센서(CT 코일)(52)와 다이오드(53)와 저항(54)으로 형성되는 폐회로(전류센서에 홀CT등을 사용한 경우는 다이오드(53)는 불필요)에 전류(Ic)와 서로 닮은 파형을 갖는 전류가 흐르고, 노드(N)에 전류(Ic)와 서로 닮은 파형을 갖는 전압신호 즉 전류검출신호(vc)가 얻어진다. 이 전류검출신호(vc)는, 저항(56)과 콘덴서(58)로 이루어지는 로 패스 필터를 통하고,피이드백 그라운드신호(SIc)로서 충전제어부(48)에 인가된다. 한편, 충전제어부(48)에는, 전원전압 검출부(60)로부터 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형을 나타내는 전원전압 검출신호가 기준신호(Sref)로서 인가된다.

전원전압검출부(60)에는, 교류전원라인(42)상의 교류전원전압(Eo)이 트랜스(59)에 의해 신호레벨의 교류전압(eo)으로 변압된 후에 입력된다. 전원전압 검출부(60)는, 교류전원전압(Eo)와 서로닮은 교류전압(eo)을 토대로 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형을 나타내는 전원전압검출신호(Sref)를 생성한다. 당연히, 저항용접장치가 설치되는 일반의 공장에서는 배전선 또는 교류전원 라인에 다수의 전기 기기나 전기기계가 접속되기 때문에, 교류전원 라인상에서 상당한 크기의 전압변동이 발생하기 쉽다.

본 실시형태에서는, 전원전압검출부(60)에 그와 같은 전압변동을 보정하는 기능을 갖게 한다.

도 2에 전원전압검출부(60)의 구성예를 나타낸다.

도 3에 전원전압검출부(60)내의 각부의 전압 또는 신호의 파형을 나타낸다.

상기 전원전압검출부(60)에서는, 정류회로(62)가 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형을 나타내는 전원전압검출신호를 생성하기 위한 원래의 전원전압검출회로를 구성하며, 다른 부분은 전원전압 변동을 보정하기 위한 보정회로(64)를 구성하고 있다.

정류회로(62)는, 예를들면 4개의 다이오드(도시하지 않음)를 브릿지접속하여 이루어지는 단상전파정류회로로 이루어지며,트랜스(59)로부터의 교류전원전압(eo)을 전파정류하여, 도 3(A)에 나타내는 것 같은 전파정류파형의 직류전압(Va)을 출력한다. 정류회로(62)의 출력전압(Va)은, 교류전원 라인(42)상의 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형을 정확히 나타내는 전원전압검출신호이다. 그렇지만, 교류전원 라인(42)상의 전압변동을 충실히 반영하기 때문에, 이것을 피이드백제어의 기준신호로 했다면, 도리어 제어계(충전제어부(48))에 외란을 일으킬 우려가 있다.

정류회로(62)의 부극측 출력단자는 그라운드전위에 접속(접지)되어 있으며, 정극측의 출력단자측에 얻어지는 전원전압검출신호(Va)는, 아날로그승산기(66)의 한쪽 입력단자에 입력됨과 동시에, 저항(68)을 통하여 연산증폭기(70)의 반전입력단자(-)에 입력된다.

연산증폭기(70)의 비반전입력단자(+)는 그라운드전위에 접속되고, 연산증폭기(70)의 반전입력단자(-)와 출력단자와의 사이에는 저항(72)이 접속되어 있다.

이러한 구성에 의해, 연산증폭기(70)는 반전증폭기로서 기능하게 되어 있다.

또한, 연산증폭기(70)의 반전입력단자(-)와 출력단자와의 사이에는 콘덴서(74)가 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 연산증폭기(70)는 적분기로서도 기능하게 되어 있다.

더욱이,직류전원(76)으로부터의 부극성의 직류전압(-Vs)이 저항(78)을 통하여 연산증폭기(70)의 반전입력단자(-)에 접속되어 있다.

이 구성에 의해, 연산증폭기(70)는 아날로그가산기로서도 가능하게 되어 있다.

정류회로(62)로부터의 전파정류파형신호(Va)는, 연산증폭기(70)로서 반전증폭, 적분 및 가산의 3개의 신호처리를 동시에 받는다. 우선, 반전증폭에 의해, 정극성의 전파정류파형신호(Va)는, 도 3의(B)에 나타내는 것 같은 부극성의 전파정류파형신호(Vb)로 극성변환된다. 적분에 의해, 이 부극성의 전파정류파형신호(Vb)는, 도 3의(C)에 나타내는 것 같은 완만한 진폭의 부극성전압(Vc)으로 평활화된다. 그리고, 가산에 의해, 부극성전압(Vc)은 직류전압(Vs)만큼 전압레벨이 상승하며, 도 3의(D)에 나타내는것 같은 정극성의 직류전압(Vd)으로 극성변환된다.

연산증폭기(70)의 출력단자에는 이 정극성의 직류전압(Vd)가 얻어진다.

연산증폭기(70)로부터 출력되는 전압(Vd)은, 보정신호로서 승산기(66)의 다른쪽의 입력단자에 주어진다. 승산기(66)는, 양 입력신호(Va,Vd)를 아날로그승산하여, 승산출력신호를 상기기준신호(Sref)로서 충전제어부(48)(도1)에 부여한다.

상기 교류전원라인(42)상에서 전압변동이 발생하면 도 3(A)에 나타내는 것과 같이 정류회로(62)의 출력전압(Va)에도 동일한 전압변동 예를 들면 DR0가 생긴다. 이 전압 변동 DR0는 상기한 바와같은 연산증폭기(70)에 있어서의 반전증폭, 적분 및 가산의 3개의 신호처리를 거침으로써 도 3의(B),(C),(D)에 나타내는 것 같은 전압변동 DR1→ DR2→ DR3으로 변한다. 최종적인 전압 변동 DR3는, 원래의 전압변동 DR0과 변동정도가 비례하며, 변동방향은 반대방향이 된다. 이것에 의해, 원전압변동 DR0을 포함하는 정류회로(62)의 출력전압(Va)에 상기 신호처리된 전압 변동 DR3를 포함하는 연산증폭기(70)의 출력신호(Vd)가 서로 교차하는 것으로, DR0이 DR3로 상쇄(보정)되어, 승산출력신호(Sref)는 전압변동이 없는 전파정류파형을 안정적으로 보호 유지한다.

이와 같이, 교류전원라인(42)상에서 전압변동이 발생하더라도, 본실시형태의 전원전압검출부(60)에 있어서는, 보정회로(64)의 기능에 의해 그 전원전압 변동을 효과적으로 없앨수 있으며,교류전원전압(Eo)의 원래의 전파정류파형을 정확히 나타내는 기준신호(Sref)를 생성할 수가 있다.

또한 도 1에 있어서, 충전제어부(48)에는, 클럭회로(80)로부터 PWM 제어의 기본 사이클을 규정하는 소정주파수(예를들면 10kHz)의 클럭신호CK1가 주어진다. 또한, 비교기(82)의 한쪽의 입력단자에 콘덴서(12)의 부극측의 전극(12b)의 전압 즉 부극성의 충전전압(-Vg)이 부여됨과 동시에, 비교기(82)의 다른쪽의 입력단자에 직류전원(84)으로부터의 가변조정가능한 부극성의 콘덴서충전 설정전압(-Vref)이 인가되며, 비교기(82)의 출력신호(CO)가 충전제어부(48)에 인가된다. 비교기(82)는, 콘덴서(12)의 충전전압(Vg)(절대치)가 충전설정전압(Vref)(절대치)보다도 높을 때는 출력신호(CO)를 L레벨로 하며, 그 반대(Vg<Vref)일 때는 출력신호(CO)를 H레벨로 한다.

충전제어부(48)는, 비교기(82)의 출력신호(CO)를 충전전압감시신호로서 입력하고, CO가 H레벨이 되면 (Vg<Vref의 때),충전부(30)를 통전시켜, 즉 스위칭소자(36)를 스위칭제어하여 콘덴서(12)를 충전시킨다.

보다 상세하게는, 클럭신호(CK1)의 각 사이클마다 충전전류검출부(52∼58)로부터의 전류검출신호(SIc)를 전원전압검출부(60)로부터의 기준신호(Sref)와 비교하여 오차를 구하고, 다음 사이클에서는 전(前)사이클에 있어서의 오차를 영에 가깝게 하도록 온시간(pulse폭)으로 스위칭소자(36)를 온으로 한다.

상기한 바와같이, 스위칭소자(36)가 온하면, 정류회로(34)의 출력측에서 전류(Ic)가 흐르고, 인덕턴스 코일(38)에 전자 에너지가 축적된다. 여기서, 이 전류(Ic)가 흐르는 회로(43)내에는 콘덴서(12)가 포함되어 있지 않기 때문에, 콘덴서(12)의 충전전압이 반대기전력으로서 정류회로(34)의 출력단자(34a,34b)에 작용하는 일은 없다. 이와 같이, 콘덴서(12)의 충전전압의 영향을 받지 않기 때문에, 전류(Ic)를 안정적으로 정전류 제어하고, 나아가서는 인덕턴스코일(38)의 전자 에너지를 통하여 콘덴서(l2)에 공급되는 전류(Id)를 안정적으로 정전류 제어 할 수가 있다.

도 4에, 본실시형태에 있어서의 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형(기준신호Sref)와 충전부(30)의 충전전류(Id)(Ic)의 파형을 나타낸다. 본실시형태에 있어서는, 콘덴서(12)에 공급되는 충전전류(Id)가 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형(정류회로(34)의 출력전압에 상당)에 대하여 위상을 맞출 뿐만 아니라, 파형도 맞추고 있기 때문에, 지극히 높은 역율을 실현할 수가 있다.

또한, 상용주파수의 각 반 사이클에 있어서 충전전류(Id)는 맥류가 아니라, 정전류 제어로 연속적으로 흐르기 때문에, 전류 피이크치를 종래보다도 훨씬 낮은 값으로 설정할 수가 있다. 이 때문에, 충전 트랜스(32)는 높은 사용효율로 가동되기 때문에, 소형의 트랜스라도 실용상 임의의 충전 전압 또는 임의의 충전속도에 충분히 대응할 수가 있다.

상기한 실시형태에서는 충전부(30)의 충전전류(Id)(Ic)의 위상 및 파형을 교류전원전압(Eo)의 전파정류파형의 위상 및 파형에 맞추었지만, 위상만을 맞추고, 파형을 전혀 별개의 것(예를들면 장방형 또는 사다리꼴파형등)으로 제어할 수도 있다.

그 경우, 전원전압검출부(60)는, 교류전원전압(Eo)의 위상을 검출하는 회로를 포함하며, 더욱이 충전제어부(48)에 대한 기준신호(Sref)의 파형을 개별로 형성하기 위한 파형발생회로를 사용해도 좋다.

상기한 실시형태에서는 용접통전용의 스위칭소자(18)를 고주파수로 스위칭 제어했지만, 스위칭소자(18)를 일종의 가변저항기로서 지속적으로 온 동작시키도록 스위칭제어도 가능하다.

상기한 실시형태에서는 단상의 교류전원전압을 사용했지만, 3상의 교류전원 전압을 사용하는 것도 가능하다.

그 경우, 트랜스(32)및 정류회로(34)는 3상형이 된다.

용접부(10)도 여러가지의 변형이 가능하고, 상기 실시형태에 있어서와 같은 스폿용접에 한하지 않고, 예를들면 시리즈용접등도 가능하다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 저항용접전원장치에 의하면, 저항용접용의 전기 에너지를 전하로서 축적하기 위한 콘덴서를 효율적으로 충전할 수가 있으며, 더욱이 교류전원 라인으로부터 교류전원전압을 받아들이기 위한 트랜스의 사용율의 향상 및 소형화를 실현할 수가 있다.

Claims

피용접재에 가압접촉하는 한 쌍의 용접 전극간에 용접전류를 흘려보내 상기피용접재를 저항용접하기 위한 저항용접전원장치에 있어서,

상기 한 쌍의 용접전극에 각각 전기적으로 접속되는 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1및 제2 전극사이에 저항용접용의 전기 에너지를 전하로서 축적하는 콘덴서와,

상기 콘덴서와 상기 용접전극과의 사이에 전기적으로 접속되는 제1 스위칭수단과,

저항용접의 통전을 위해 상기 제1 스위칭수단을 스위칭제어하는 제1 제어수단과,

상용주파수의 교류전원전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 정류회로와,

일단이 상기 정류회로의 한쪽 출력단자에 전기적으로 접속되며, 타단이 상기 정류회로의 다른쪽의 출력단자와 상기 콘덴서의 제1 전극과 전기적으로 접속되는 인덕턴스코일과,

상기 정류회로의 출력단자와 상기 인덕턴스 코일과의 사이에 전기적으로 접속되는 제2 스위칭수단과,

상기 콘덴서를 충전하기 위한 상기 제2 스위칭수단을 스위칭제어하는 제2 제어수단과, 상기 인덕턴스코일에 전류를 환류시키는 방향으로, 한쪽 단자가 상기 인덕턴스코일의 일단에 전기적으로 접속되며, 다른쪽 단자가 상기 콘덴서의 제2 전극 에 전기적으로 접속되는 정류소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 저항용접전원장치.
제 1 항에 있어서,

1차 코일이 상기 교류전원전압을 배전하는 교류전원 라인에 전기적으로 접속되며, 2차 코일이 상기 정류회로의 입력단자에 전기적으로 접속되는 트랜스를 구비하는 것을 특징으로 하는 저항용접전원장치.
제 1 항 또는 2 항에 있어서,

상기 제2 제어수단이,

상기 교류전원전압을 검출하여, 상기 교류전원전압의 위상을 나타내는 전원전압 검출신호를 생성하는 전원전압 검출 수단과,

상기 제 2 스위칭 소자를 흐르는 전류를 검출하여, 상기 전류의 파형을 나타내는 전류검출신호를 생성하는 전류검출수단과,

상기 전원전압 검출신호와 상기 전류검출신호에 따라서 상기 전류의 위상이 상기 교류전원전압의 위상과 거의 일치하도록 상기 제2 스위칭수단을 상용주파수보다도 500배 또는 1000배 높은 주파수로 스위칭제어하는 수단을 갖는 저항용접전원장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제2 제어수단이,

상기 교류전원전압을 검출하여, 상기 교류 전원전압의 전파정류파형을 나타내는 전원전압 검출신호를 생성하는 전원전압검출수단과,

상기 제2 스위칭소자를 흐르는 전류를 검출하여, 상기 전류의 파형을 나타내는 전류검출신호를 생성하는 전류검출수단과,

상기 전원전압 검출신호와 상기 전류검출신호에 따라서 상기 전류의 위상 및 파형이 상기 교류전원전압의 전파정류파형의 위상 및 파형과 거의 겹치도록 상기 제2 스위칭수단을 상용주파수보다도 500배 또는 1000배 높은 주파수로 스위칭제어하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 저항용접전원장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 전원전압검출수단이,

상기 교류전원전압을 신호레벨로 변압하는 트랜스와,

상기 트랜스의 2차측에서 얻어지는 교류전원전압을 전파정류하는 정류회로와,

상기 정류회로의 출력신호에 대하여 극성반전, 적분 및 레벨변환을 실시하는 보정회로와,

상기 정류회로의 출력신호와 상기 보정회로의 출력신호를 곱하여 상기 전원전압검출신호를 출력하는 승산회로를 갖는 것을 특징으로 하는 저항용접전원장치.