KR101497152B1

KR101497152B1 - 방전가공기의 직류전압공급장치

Info

Publication number: KR101497152B1
Application number: KR1020080127592A
Authority: KR
Inventors: 김성대
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2015-03-03
Also published as: KR20100069038A

Abstract

본 발명에 따른 방전가공기는, 전압(V1)을 공급하는 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1); 상기 전압(V1)을 공급전원으로 하여 가공물 및 와이어(3)에 1차 펄스전원을 인가하는 1차 펄스전원 발생부(2); 상기 가공물과 상기 와이어 간에 방전이 개시되면 상기 가공물에 2차 펄스전원을 인가하는 2차 펄스전원 발생부(4); 및 상기 2차 펄스전원 발생부(4)에 전압(V2)을 공급하는 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)를 구비하고, 상기 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)는, 출력부 콘덴서(Co)(7)의 전압(V2)과 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과의 차이가 0이 되게 하는 위상각(φ)을 계산하는 PI 제어 알고리즘, 및 상기 위상각(φ)으로 위상 시프트된 PWM 파형을 생성하는 PWM 생성기를 포함하는 제어보드(10)를 구비하고, 상기 PWM 파형을 IGBT 드라이브 회로에 인가하면, 콘덴서(Cd)(12)에 충전된 직류전압의 크기를 진폭으로 하는 펄스로 변환시켜 트랜스포머(Tr)(13)에 전달한 후, 상기 트랜스포머(Tr)(13), 콘덴서(Cr), 다이오드 및 콘덴서(Co)에 의해 전압(V2)이 콘덴서(Cd)에 충전되는 PWM 컨버터 방식(14)을 사용한다.

방전가공기, 직류전압 공급장치, 제어보드, PWM 컨버터

Description

방전가공기의 직류전압공급장치{ELECTRIC DISCHARGE MACHINE}

본 발명은 방전가공기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 공장의 환경과 방전가공기의 구성 사양과 무관하게 출력전압을 안정하게 출력가능함과 동시에, 소형이며 제조단가를 낮춘 고효율성의 방전가공기의 펄스전원발생부용 직류전압 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공기라 함은, 두 방전전극 사이에서 방전을 일으켰을 때 발생하는 전기적 작용을 이용하여 가공물을 가공하는 장치로서, 방전전극으로서 총형 전극을 이용한 총형 방전가공기와, 와이어를 이용한 와이어 방전가공기 등 다양한 형태가 있다. 본 발명은 그 중 방전전극으로서 와이어를 이용한 와이어 방전가공기, 즉 1차 및 2차 펄스전원을 와이어를 통해 가공물에 인가하는 방전가공기에 대하여 개시한다.

종래의 와이어 방전가공기의 가공을 위한 전원장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 가공을 위한 1차 펄스전원 발생부(2)에 직류전압(V1)을 공급하는 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1); 상기 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1)로부터 직류전압(V1)을 공급전원으로 하여 방전제어보드(6)의 제어에 의해 가 공물 및 와이어(3)의 가공물에 1차 펄스전원을 와이어를 통해 인가하는 1차 펄스전원 발생부(2); 상기 가공물과 상기 와이어 간의 기구적 근접에 의해 방전이 개시되는 시점에서 상기 가공물에 2차 펄스전원을 와이어를 통해 인가하는 2차 펄스전원 발생부(4); 및 상기 2차 펄스전원 발생부(4)에 외부가공조건의 선택에 의해 직류전압(V2)을 가변시켜 공급하는 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)를 구비한다.

이와 같은 종래의 방전가공기의 전원장치에 있어서 2차 펄스전원 발생부(4)에 대한 직류전압 공급장치로서 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

2차 펄스전원 발생부의 공급전원으로서, SCR의 게이트를 제어하여 삼상정류기의 출력전압을 조절하는 종래 방식의 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)는, 삼상입력라인과 출력측을 절연시키고, 또한 출력전압을 조절하기 위하여 저주파에서 동작하는 트랜스포머(15)를 반드시 구비해야 한다.

이러한 방식에서의 트랜스포머(15)는, 대형이며, 중량이 크며, 제조 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 저역률 방식을 사용함으로써 저 효율적이고, 발열이 크다라는 단점이 있었다. 또한, 방전가공기를 사용하는 공장의 환경, 즉 삼상입력전원의 사양이나, 방전가공기 자체의 시스템적 구성 사양에 따라서, 이러한 종래 방식을 사용하여 제작한 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)에 의한 출력부 콘덴서(7)의 직류전압(V2)이 설정 출력전압으로 출력되도록 하기 위하여, 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)의 내부에 있는 가변 저항과 같은 미세 조정기로 재 조정해야 하는 번거로움이 있었다. 더욱이, 가공시 2차 펄스전원 발생부(4)의 부하에 의한 부하변동과 같은 영향으로 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)에 의한 출력부 콘덴서(7)의 직류전압(V2)이 설정된 전압에 못미치는 출력을 낸다는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치가 갖는 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 소형이며, 제조원가가 절감되며, 또한 직류전압 공급장치로부터 보다 안정된 출력전압을 용이하게 출력하게 함으로써 효율성이 높은 방전가공기의 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치를 제공하는 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 방전가공기는, 전압(V1)을 공급하는 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1); 상기 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1)로부터의 상기 전압(V1)을 공급전원으로 하여 방전제어보드(6)의 제어에 의하여 가공물 및 와이어(3)에 1차 펄스전원을 인가하는 1차 펄스전원 발생부(2); 상기 가공물과 상기 와이어 간에 방전이 개시되는 시점에서 상기 가공물에 2차 펄스전원을 인가하는 2차 펄스전원 발생부(4); 및 상기 2차 펄스전원 발생부(4)에 전압(V2)을 공급하는 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)를 구비하고,

상기 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)는, 출력부 콘덴서(Co)(7)의 전압(V2)과 내부 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과의 차이가 0이 되도록 하는 위상각(φ)을 계산하는 PI(Proporational-plus-Integral) 제어 알고리즘, 및 상기 위상각(φ)으로 위상 시프트된 PWM 파형을 생성하는 위상 시프트 기능을 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 생성기를 포함하는 제어보드(10)를 구비 하고,

상기 제어보드(10)로부터 위상 시프트된 PWM 파형을 IGBT(Integrated Gate Bipolar Transistor) 드라이브 회로에 인가하면, 삼상 교류입력전원으로부터 콘덴서(Cd)(12)에 충전된 직류전압의 크기를 을 진폭으로 하는 펄스로 변환시켜 트랜스포머(Tr)(13)의 1차측에 입력되어진다. 상기 트랜스포머(Tr)(13)의 2차측으로 전달되어진 펄스전압은 콘덴서(Cr), 다이오드 및 콘덴서(Co)에 의해 전압(V2)이 콘덴서(Cd)에 충전되는 PWM 컨버터 방식(14)을 사용한다.

본 발명의 방전가공기의 펄스전원발생부용 직류전압 공급장치에 의하면, 직류전압 공급장치용의 절연 및 전력전달용 트랜스포머로서 고주파용 트랜스포머(Tr)(13)를 사용하여 저주파용 트랜스포머(Tr)(15) 보다 소형이며, 저렴하고 또한 효율적으로 사용할 수 있으며, 또한 본 발명의 제어보드의 PI 제어 알고리즘으로, 공장의 환경과 펄스전원발생부의 부하변동에 무관하게 안정된 규정 출력전압(V2)을 용이하게 출력할 수 있어, 방전가공기의 효율성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 직류전압 공급장치를 포함하는 방전가공기를 도시하는 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방전가공기의 펄스전원발생부용 직류전압 공급장치에 대해 설명한다. 단, 종래 기술과 유사한 구성요소 및 기능에 관해서는 그 설명을 생략하며, 본 발명의 종래 기술과의 상이점을 중심으로 이하에 상세히 설명한다.

도 1에서, 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)는 2차 펄스전원 발생부(4)의 공급전원으로, 종래의 도 2의 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 이를 대신한 것이며, 출력부 콘덴서(Co)(7)에 직류전압(V2)을 공급하기 위한 장치이다.

본 발명의 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)는, 출력부 콘덴서(Co)(7)의 직류전압(V2)이 안정한 설정전압으로 용이하게 출력되도록 하기 위하여, PI 제어알고리즘을 구비하는 제어보드(10)를 포함하며, 이에 대한 동작을 이하에 설명한다.

상기 제어보드(10)의 프로세서 내 PI 알고리즘은, 출력부 콘덴서(Co)(7)의 전압(V2)과, 외부가공조건에 의해 선택된, 제어보드(10) 내 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref .)(9) 간의 차이가 0이 되도록 하는 위상각(φ)을 계산한다. 다음, 상기 제어보드(10) 내 프로세서가, 이 위상각(φ)으로 위상 시프트된 PWM 파형을 제어보드(10) 내 IGBT 드라이브 회로에 인가하면, IGBT 모듈(11)은, 삼상 교류입력전원으로부터 삼상브리지 다이오드 모듈과 콘덴서(Cd)(12)에 의하여, 콘덴서(Cd)(12)에 충전된 직류전압을 진폭으로 하는 펄스로 변환시키고, 이 펄스를 트랜스포머(Tr)(13)에 전달한다. 이 전달된 펄스는 트랜스포머(Tr)(13), 콘덴서(Cr), 다이오드 및 콘덴서(Co)(7)에 의해 직류전압(V2)이 콘덴서(Cd)에 충전되게 된다.

여기서, 상기 제어보드(10)는, 이 제어보드(10) 내 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과 출력부 콘덴서(Co)(7)의 전압(V2)를 비교하기 위한 비 교기와, 상기 전압(V2Ref.)(9)과의 비교를 위하여 전압(V2)을 피드백하는 피드백 회로를 구비하여야한다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)에 있어서, 삼상브리지 다이오드 모듈과 PWM 컨버터 방식(14)을 이용하기 위해서는, 소형이며, 가볍고, 제작 비용이 저렴할 뿐만 아니라, 높은 효율성을 달성할 수 있는 고주파용 트랜스포머(Tr)(13)를, 방전가공기의 펄스전원발생부용 직류전압 공급장치용으로 적합하도록 권선하여야한다. 즉, 권선시 종래의 컨버터에서 트랜스포머(TR)(15)(도 2)가 누설인덕턴스를 최소화시키는 것과는 달리, 본 발명은, 트랜스포머의 2차측 콘덴서(Cr)와의 공진에 알맞은 누설인덕턴스가 발생하도록 컨버터를 구비하도록 권선하여야한다.

또한, 본 발명에 따르면, 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)에 있어서, 제어보드(10)의 프로세서 내에 PI 제어알고리즘을 구현함으로써, 방전가공기를 사용하는 공장의 환경, 즉 삼상입력전원의 사양이나, 방전가공기 자체의 시스템적 구성 사양에 무관하고, 또한 가공시 2차 펄스 전원 발생부(4)의 부하에 의한 부하변동과 같은 영향에도 무관하도록, 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)에 의한 출력부 콘덴서(Cd)(7)의 전압(V2)이 안정한 설정 출력전압으로 용이하게 출력될 수 있도록 하여, 종래에 직류전압(V2)이 규정전압이 되도록 조정해야 하는 수고로움을 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 방전가공기의 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치를 사용한 결과, 종래의 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(5)의 사용에 비해 약 80% 의 용적축소율 및 약 60%의 원가절감율을 달성할 수 있었다. 또한, 종래의 트랜스포머(TR)(15)의 용적은 45,100㎠인 반면, 본 발명에 따른 절연 및 전력 전달용으로 사용된 트랜스포머(Tr)(13)의 용적은 652㎠로, 종래 기술에 비해 용적이 대폭 감소될 수 있었다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 당업자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 방전가공기의 펄스전원발생부용 직류전압 공급장치는, 직류전압 공급장치용의 절연 및 전력전달용 트랜스포머로서 고주파용 트랜스포머(Tr)(13)를 사용하여 저주파용 트랜스포머(Tr)(13)보다 소형이며, 저렴하고 또한 효율적으로 사용할 수 있고, 또한 본 발명의 제어보드의 PI 제어알고리즘으로 안정된 설정 출력전압(V2)을 용이하게 출력할 수 있어, 방전가공기의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 직류전압 공급장치를 포함하는 방전가공기를 도시하는 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 직류전압 공급장치를 포함하는 방전가공기를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치

2 : 1차 펄스전원 발생부 3: 가공물 및 와이어

4: 2차 펄스 전원 발생부

5, 8: 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치

6: 방전제어보드 7: 출력부 콘덴서

9: 출력설정값 10: 제어보드

11: IGBT 모듈 12: 콘덴서

13: 절연 및 고주파용 트랜스포머 14: PWM 컨버터 방식

15: 절연 및 저주파용 트랜스포머

Claims

전압(V1)을 공급하는 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1);

상기 1차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(1)로부터의 상기 전압(V1)을 공급전원으로 하여 방전제어보드(6)의 제어에 의하여 가공물 및 와이어(3)에 1차 펄스전원을 인가하는 1차 펄스전원 발생부(2);

상기 가공물과 상기 와이어 간에 방전이 개시되는 시점에서 상기 가공물에 2차 펄스전원을 인가하는 2차 펄스전원 발생부(4); 및

상기 2차 펄스전원 발생부(4)에 전압(V2)을 공급하는 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)

를 구비하고,

상기 2차 펄스전원 발생부용 직류전압 공급장치(8)는,

출력부 콘덴서(Co)(7)의 전압(V2)과 내부 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과의 차이가 0이 되도록 하는 위상각(φ)을 계산하는 PI 제어 알고리즘, 및 상기 위상각(φ)으로 위상 시프트된 PWM 파형을 생성하는 위상 시프트 기능을 갖는 PWM 생성기를 포함하는 제어보드(10)

를 구비하고,

상기 제어보드(10)로부터 위상 시프트된 PWM 파형을 IGBT 드라이브 회로에 인가하면, 삼상 교류입력전원으로부터 콘덴서(Cd)(12)에 충전된 직류전압을 진폭으로 하는 펄스로 변환시켜 트랜스포머(Tr)(13)에 전달한 후, 상기 트랜스포 머(Tr)(13), 콘덴서(Cr), 다이오드 및 콘덴서(Co)에 의해 전압(V2)이 콘덴서(Cd)에 충전되는 PWM 컨버터 방식(14)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방전가공기의 직류전압공급장치 .
제 1 항에 있어서, 상기 제어보드(10)는, 상기 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과 전압(V2)을 비교하기 위한 비교기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방전가공기의 직류전압공급장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어보드(10)는, 상기 프로세서에 설정된 출력 설정값의 전압(V2Ref.)(9)과의 비교를 위한 전압(V2)을 피드백하는 피드백 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방전가공기의 직류전압공급장치 .