KR101633222B1 - 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 - Google Patents
교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101633222B1 KR101633222B1 KR1020150045103A KR20150045103A KR101633222B1 KR 101633222 B1 KR101633222 B1 KR 101633222B1 KR 1020150045103 A KR1020150045103 A KR 1020150045103A KR 20150045103 A KR20150045103 A KR 20150045103A KR 101633222 B1 KR101633222 B1 KR 101633222B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- terminal
- current
- control
- voltage
- phase transformer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
본 발명의 특징에 따르면, 상용전원의 각 상에 연결되는 제1단자, 제2단자 및 제3단자를 포함하는 복수의 제어소자(110); 1차측과 2차측이 각각 Y결선되며 1차측의 각 입력단이 상기 제어소자(110)에 연결되는 3상변압기(TR1) 및, 상기 상용전원의 3상 중에서 상기 제2단자의 후단에서 분기된 2상이 1차측에 연결되고 2차측의 일단은 상기 3상변압기(TR1)의 2차측 Y결선의 중성점에 연결되며 타단은 (-)출력단에 연결된 단상변압기(TR2)를 포함하는 변압회로부(120); 각각의 애노드는 상기 3상변압기(TR1)의 2차측의 각 단자에 연결되며 각각의 캐소드는 (+)출력단에 병렬로 연결된 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)와, 상기 단상변압기(TR2)의 2차측 타단에 애노드가 연결되며 캐소드는 (+)출력단에 연결된 제4다이오드(D4) 및, 상기 2차측 Y결선의 중성점과 상기 (+)출력단의 사이에 설치된 평활콘덴서(C)를 포함하는 정류회로부(130); 출력단에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 전원감지부(141); 및 상기 전원감지부(141)의 검출결과를 피드백하여 전압제어신호 또는 전류제어신호를 생성하며, 생성된 각 제어신호를 상기 제어소자(110)의 제3단자로 출력하는 제어회로부(140);를 포함하되, 상기 정류회로부(130)의 후단에는 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 직류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 정류변조부(151)와, 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 교류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 교류변조부(152) 및, 상기 직류펄스파와 교류펄스파를 합성하여 혼합펄스파를 출력하는 펄스합성부(153)가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치가 제공된다.
Description
본 발명은 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황산용액 등의 전해액에 침지된 알루미늄 소재에 직류와 교류가 중첩된 형태의 전원을 공급하여 소재의 표면에 산화알루미늄(Al2O3) 등의 산화피막이 형성되도록 표면처리하는데 이용되는 양극산화용 전원공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄은 물리, 화학적 성질이 연약하여 그대로 사용할 경우 쉽게 변질 또는 부식되는 특징이 있다. 그러나 알루미늄의 표면에 산화피막을 형성하면 본래의 성질보다 수십 내지 수백 배의 강도, 내마모성, 내식성, 전기절연성을 가지게 될 뿐만 아니라 표면을 미려하고 다양한 색상으로 처리하여 상품적 가치를 높일 수 있다.
알루미늄 산화피막의 구조는 켈러(Keller)의 육각주모델에 의해 설명될 수 있는데, 이 모델은 도 1에 나타낸 바와 같이 알루미늄의 표면에 장벽층이 형성되고 그 상부에 세공을 갖는 육각주가 치밀하게 형성된 것으로 설명한다. 따라서 알루미늄 산화피막은 매우 가늘고 긴 세공이 많이 포함되어 있음을 알 수 있다.
이러한 알루미늄 산화피막이 성장하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 전류 i와 시간 t의 대수(log)관계를 나타낸 도 2에 나타낸 바와 같이, a영역에서는 알루미늄 표면에 균일하고 얇은 장벽층이 형성되고, b영역에서는 장벽층의 체적팽창으로 그 표면에 요철이 발생하고 이로 인해 전류밀도가 불균일해지기 시작한다. 이어서 전류밀도의 불균일로 인해 전류밀도가 큰 부분에 전기장의 작용과 전해액의 용해작용으로 c영역에 나타낸 바와 같이 세공이 생기게 된다. 계속하여 피막이 성장함과 동시에 세공도 갈수록 깊어지게 된다.
이 중에서 c단계까지의 과정이 피막의 성질에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 특히 장벽층의 균일도에 따라 산화피막의 균질도, 광택, 내마모성 등의 특성이 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다.
이러한 알루미늄 산화피막은 자연상태에서도 대기 중의 산소와 반응하여 형성되지만 그 두께가 매우 얇고 치밀하지 못하기 때문에 높은 내마모성, 내식성, 절연성능을 기대하기는 어렵다. 따라서 충분한 두께와 치밀한 산화막을 얻기 위해서는 화학적 또는 전기화학적 방법을 통해 인위적으로 산화피막을 형성해야 한다.
현재 가장 많이 사용되는 방법은 전기화학적 방법인 양극산화법이다. 양극산화법은 전해액(주로 황산용액)에 알루미늄을 침지한 상태에서 알루미늄을 양극으로 하여 전류를 공급하면 양극 주변에서 발생한 산소가 알루미늄과 반응하여 표면에 산화알루미늄(Al2O3)의 피막이 형성되는 방법이다.
따라서 양극산화법을 위해서는 적절한 파형과 전류를 처리조에 제공해주는 전원공급장치가 필요하다.
한편 알루미늄 산화피막은 그 두께가 대략 20㎛ 이하이면 연질, 그 이상 30㎛이하이면 중질, 30㎛ 이상이면 경질로 분류 되는데, 최근에는 내마모성이나 높은 절연성을 갖는 경질 산화피막에 대한 공업적 요구가 크게 증하고 있다.
그런데 알루미늄 산화피막은 그 두께가 두꺼워질수록 전기저항이 증가하므로 전기저항을 극복하기 위하여 과도한 전압을 인가하면 산화피막의 버닝현상이 나타나거나 전력소모가 증가하고 안전사고의 위험이 높아지는 등의 문제가 발생한다.
따라서 산화피막의 두께가 증가할수록 정밀한 출력제어가 가능한 고성능의 전원공급장치가 요구된다. 일례로 종래에는 직류나 교류만을 출력하는 전원공급장치들이 사용되어 왔으나 최근 경질 양극산화 분야에서는 교류와 직류를 중첩하여 출력하는 전원공급장치가 많이 사용되고 있다.
도 3는 이러한 전원공급장치의 일 예를 나타낸 것이다. 이를 살펴보면, 제1 변압기(TR1)는 3상을 2상으로 변환하는 스코트결선 변압기이며 1차측의 상용교류전원 R상, S상을 2차측의 다이오드 D1, D2에서 2상 정류하여 직류로 바꾼 다음 콘덴서(C)에 저장하고, 1차측의 상용교류전원 T상이 단상의 제2변압기(TR2)를 통해 변환된 2차측의 교류를 콘덴서(C)에 충전된 직류전원에 가함으로써 직류에 교류파형을 중첩하여 출력한다.
그런데 도 3의 전원공급장치는 직류를 만드는 제1 변압기(TR1)가 스코트결선을 포함하기 때문에 3상(R,S,T) 중에 2상(R,S)만 정류하여 직류화하므로 직류에 많은 리플이 포함된다. 따라서 리플을 평활시키는 콘덴서(C)의 용량이 커질 수밖에 없고 1차측을 싸이리스터(SCR-1, SCR-2, SCR-3)로 위상제어할 때 스코트결선의 특성상 상전류의 불평형이 커서 변압기 자체에 흐르는 순환전류 때문에 전력손실이 커지고 과전류에 대비하여 변압기의 크기가 상당히(약 3배) 커져야 하는 문제점을 안고 있다.
한편 도 4은 종래 양극산화용 전원공급장치의 다른 예를 나타낸 것으로서, 등록특허 제10-0991265호(2010.11.01 공고)에 개시된 금속의 아노다이징 처리용 직류 및 교류 중첩 정류장치이다. 이에 따르면 제1 변압기(TR1)가 3상 전파정류기 결선으로 1차측의 상용류전원 R, S, T상을 2차측의 다이오드(D1 ~ D6)에서 3상 전파정류하여 직류로 바꾼 다음 콘덴서(C)에 저장한다. 또한 1차측의 상용교류 전원 R상 및 T상은 단상의 제2변압기(TR2)를 통해 변환되고 2차측의 교류는 탭절환기(Tap Selector)를 통해 전압 조정된 후 콘덴서(C)에 충전된 직류에 중첩되어 출력된다.
그런데 상기 등록특허의 정류장치에서는 교류를 발생시키는 단상의 제2변압기(TR2)의 2차측에 탭절환기를 설치하여 전압을 조정해야 하는데, 탭절환기에는 적게는 500암페어(A)에서 많게는 10000암페어(A)의 대전류가 흘러야 하므로 전류용량을 대비하여 장치를 매우 크게 제작해야 하므로 실제 구현이 어려운 문제가 있다. 또한 도 5에 나타낸 바와 같이 출력 전압파형이 0점 이하로 내려가는 구간이 나타나므로 이 구간에서는 부하에 역전류가 흘러 산화피막의 표면이 오히려 전기 분해되므로 피막두께를 증가시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄 소재에 전원을 공급함에 있어서 직류와 교류를 중첩하여 출력하고 전압과 전류를 순차적으로 제어함으로써 전력소비를 줄이고 역전류 및 과전류로 인한 피막의 용해현상을 방지하며 피막의 균열이나 경도저하 등의 부작용을 방지할 수 있는 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 산화피막에 비해 형성 두께가 더욱 두껍게 형성할 수 있으며 경도, 내마모성, 굴곡강도 등의 기계적 특성과 내식성 및 절연성을 극대화할 수 있는 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 상용전원의 각 상에 연결되는 제1단자, 제2단자 및 제3단자를 포함하는 복수의 제어소자(110); 1차측과 2차측이 각각 Y결선되며 1차측의 각 입력단이 상기 제어소자(110)에 연결되는 3상변압기(TR1) 및, 상기 상용전원의 3상 중에서 상기 제2단자의 후단에서 분기된 2상이 1차측에 연결되고 2차측의 일단은 상기 3상변압기(TR1)의 2차측 Y결선의 중성점에 연결되며 타단은 (-)출력단에 연결된 단상변압기(TR2)를 포함하는 변압회로부(120); 각각의 애노드는 상기 3상변압기(TR1)의 2차측의 각 단자에 연결되며 각각의 캐소드는 (+)출력단에 병렬로 연결된 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)와, 상기 단상변압기(TR2)의 2차측 타단에 애노드가 연결되며 캐소드는 (+)출력단에 연결된 제4다이오드(D4) 및, 상기 2차측 Y결선의 중성점과 상기 (+)출력단의 사이에 설치된 평활콘덴서(C)를 포함하는 정류회로부(130); 출력단에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 전원감지부(141); 및 상기 전원감지부(141)의 검출결과를 피드백하여 전압제어신호 또는 전류제어신호를 생성하며, 생성된 각 제어신호를 상기 제어소자(110)의 제3단자로 출력하는 제어회로부(140);를 포함하되, 상기 정류회로부(130)의 후단에는 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 직류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 정류변조부(151)와, 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 교류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 교류변조부(152) 및, 상기 직류펄스파와 교류펄스파를 합성하여 혼합펄스파를 출력하는 펄스합성부(153)가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제어회로부(140)는, 설정시간 동안 정전압 제어를 통해 알루미늄 소재에 전원을 공급하여 상기 알루미늄 소재의 표면에 산화피막을 형성하며, 상기 산화피막이 형성된 알루미늄 소재에 설정시간 동안 정전류 제어를 통해 형성된 산화피막을 성장시키는 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제어회로부(140)는, 설정된 제1주기동안 정전압 제어를 통해 제1전압의 전원을 공급하며, 상기 제1주기와 연속하는 제2주기동안 상기 제1전압보다 상대적으로 높은 제2전압의 전원을 공급하도록 설정된 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치가 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면,
첫째, 정전압 제어를 하는 전처리 단계에서는 균일하고 치밀한 장벽층이 형성되므로 산화피막의 안정적인 품질을 확보할 수 있고, 정전류 제어를 하는 피막성장단계에서는 전류량에 따른 피막두께 및 공정시간을 예측하는 것이 가능하므로 공정관리가 용이해지는 장점이 있다.
둘째, 정전압 제어만 하는 종래 방식에 비하여 피막형성 속도를 획기적으로 높일 수 있고, 전처리를 통해 산화피막이 안정된 두께로 형성된 이후에 정전류 제어방식으로 전원이 공급되므로 산화피막의 용해나 균열을 방지할 수 있다.
셋째, 종래의 산화피막에 비해 형성 두께가 더욱 두껍게 형성할 수 있으며 경도, 내마모성, 굴곡강도 등의 기계적 특성과 내식성 및 절연성을 극대화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 알루미늄 산화피막의 구조 및 성장원리를 나타낸 개략도,
도 3 및 도 4는 종래의 양극산화용 전원공급장치의 회로구성을 나타낸 회로도,
도 5는 종래의 양극산화용 전원공급장치로부터 출력되는 출력파형을 나타낸 그래프,
도 6은 정전압 제어에 따른 전압전류곡선을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치의 회로구성을 나타낸 회로도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치로부터 출력되는 출력파형을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류변동 정전류 제어시 산화피막의 두께와 전류와의 관계를 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류변동 정전류 제어시 산화피막의 두께와 전류와의 관계를 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치를 제어하기 위한 제어방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 4는 종래의 양극산화용 전원공급장치의 회로구성을 나타낸 회로도,
도 5는 종래의 양극산화용 전원공급장치로부터 출력되는 출력파형을 나타낸 그래프,
도 6은 정전압 제어에 따른 전압전류곡선을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치의 회로구성을 나타낸 회로도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치로부터 출력되는 출력파형을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류변동 정전류 제어시 산화피막의 두께와 전류와의 관계를 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류변동 정전류 제어시 산화피막의 두께와 전류와의 관계를 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치를 제어하기 위한 제어방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)는, 알루미늄 소재에 산화피막 형성을 위한 전원을 공급함에 있어서 직류와 교류를 중첩하여 출력하고 전압과 전류를 순차적으로 제어함으로써 전력소비를 줄이고 역전류 및 과전류로 인한 산화피막의 용해현상을 방지하며 피막의 균열이나 경도저하 등의 부작용을 방지할 수 있는 전원공급수단으로서, 도 7에 도시된 바와 같이,제어소자(110), 변압회로부(120), 정류회로부(130), 전원감지부(141), 제어회로부(140) 및 펄스합성수단을 포함하여 구비된다.
먼저, 상기 제어소자(110)는 변압회로부(120)의 1차측에 설치되어 상용전원(R,S,T)의 입력을 제어하는 소자로서, 상용전원의 각 상(R,S,T)마다 설치된 사이리스터(SCR-1, SCR-2, SCR-3)를 이용할 수 있으며, 이 밖에 IGBT 등의 다른 소자가 회로배치하여 대체사용이 가능하다.
상기 변압회로부(120)는 3상변압기(TR1) 및 단상변압기(TR2)를 포함하여 구비되며, 상기 3상변압기(TR1)는 1차측과 2차측이 각각 Y결선되며 1차측의 각 입력단이 상기 제어소자(110)에 연결된다.
또한, 상기 단상변압기(TR2)는 상용전원의 3상 중에서 상기 제2단자의 후단에서 분기된 2상이 1차측에 연결되고 2차측의 일단은 상기 3상변압기(TR1)의 2차측 Y결선의 중성점에 연결되며 타단은 (-)출력단에 연결된다.
상기 정류회로부(130)는 복수 개의 다이오드(D1 내지 D5)와 평활콘덴서(C)로 이루어지는 정류회로로서, 도 7에 도시된 바와 같이 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)의 각 애노드는 3상변압기(TR1)의 2차측의 각 상에 연결되며 캐소드는 (+)출력단에 서로 병렬로 연결된다. 또한, 제4다이오드(D4)의 애노드는 단상변압기(TR2)의 2차측 권선의 타단에 연결되어 (-)출력단과 등전원가 되며 캐소드는 (+)출력단에 연결된다.
더불어, 상기 평활콘덴서(C)의 (+)극은 (+)출력단에 대하여 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)와 병렬로 연결되고, (-)극은 3상변압기(TR1)의 2차측 Y결선의 중성점에 연결된다.
상기 전원감지부(141)는 제어회로부(140)가 제어소자(110)를 제어하는데 필요한 기초데이터를 제공하는 감지수단으로서, 출력단(OUPUT)에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하여 제어회로부(140)로 전송한다.
상기 제어회로부(140)는 전원감지부(141)의 검출결과를 피드백하여 전압제어신호 또는 전류제어신호를 생성하며, 생성된 각 제어신호를 제어소자(110)의 제3단자로 출력한다.
즉, 상기 제어회로부(140)는 출력단(OUTPUT)의 전압 또는 전류를 검출하는 검출결과를 피드백 받아 소정의 제어신호를 제어소자(110)로 전송함으로써 출력단의 전류 또는 전압을 제어한다.
또한, 상기 제어회로부(140)는 공정 초기에는 설정시간 동안 정전압 제어를 통해 알루미늄 소재에 전원을 공급하여 상기 알루미늄 소재의 표면에 산화피막을 형성하며, 상기 산화피막이 형성된 알루미늄 소재에 설정시간 동안 정전류 제어를 통해 형성된 산화피막을 성장시킨다. 따라서, 상기 제어회로부(140)는 전류제어기능과 전압제어기능을 하드웨어적이거나 소프트웨어적으로 구비한다.
더불어, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)에서는 상용교류전원의 R,S,T상이 3상변압기(TR1)를 통해 변환된 후 2차측에서 정류회로부(130)의 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)를 거치면서 반파 정류되어 평활콘덴서(C)에 직류로 저장되며, 1차측의 상용교류전원 R상 및 T상은 단상변압기(TR2)를 통해 2차측의 교류로 변환된 후 평활콘덴서(C)에 충전된 직류에 교류파형을 중첩하여 출력한다.
특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)를 사용하면, 도 8의 출력파형에 나타낸 바와 같이 전압파형이 0이하로 내려가지 않도록 클램핑되며, 이로 인해 산화피막이 역전류로 인해 용해되는 현상이 방지되는 효과를 구현할 수 있다. 도 8에서 상부의 그래프는 전압파형을 나타낸 것이고 하부의 그래프는 전류파형을 나타낸 것이다.
한편, 상기 제어회로부(140)는, 설정시간 동안 정전압 제어를 통해 알루미늄 소재에 전원을 공급하여 상기 알루미늄 소재의 표면에 산화피막을 형성하며, 상기 산화피막이 형성된 알루미늄 소재에 설정시간 동안 정전류 제어를 통해 형성된 산화피막을 성장시키도록 설정된다.
또한, 상기 제어회로부(140)는, 설정된 제1주기동안 정전압 제어를 통해 제1전압의 전원을 공급하며, 상기 제1주기와 연속하는 제2주기동안 상기 제1전압보다 상대적으로 높은 제2전압의 전원을 공급하도록 설정될 수 있다.
이에 대한 구체적인 구현방식은 후기에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)는 혼합펄스파를 출력하기 위한 펄스합성수단이 구비된다. 보다 구체적으로 설명하면 상기 정류회로부(130)의 후단에는 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 직류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 정류변조부(151)와, 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 교류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 교류변조부(152) 및, 상기 직류펄스파와 교류펄스파를 합성하여 혼합펄스파를 출력하는 펄스합성부(153)가 각각 배치된다.
여기서, 상기 정류변조부(151)는 단일의 정류장치로 구성되거나 각각 독립적으로 작동되는 2개 이상의 정류장치로 구성될 수 있으며, 상기 펄스합성부(153)는 정류변조부(151)를 구성하는 각 정류장치로부터 변조되어 출력되는 각 직류펄스파를 합성하여 직류/직류 혼합펄스파를 출력하거나, 직류펄스파와 교류변조부(152)로부터 출력되는 교류펄스파를 합성하여 직류/교류 혼합펄스파를 출력하는 기능을 수행한다.
도시되지 않았으나, 상기 제어회로부(140)는 정류변조부(151) 및 교류변조부(152)와 별도의 신호라인으로 신호연결되어 정류변조부(151) 및 교류변조부(152)의 작동을 제어하여 출력되는 혼합파형의 특성을 제어함으로써 보다 다양한 물성을 가지는 산화피막을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)를 통해 합성된 혼합펄스파를 이용하여 알루미늄 소재의 표면상에 형성한 산화피막은 그 기계적, 화학적 특성이 종래의 직류전원이나 직류펄스파를 이용하여 형성한 산화피막에 비해 현저하게 향상될 수 있다. 특히, 피크전압을 펄스의 시작점에 가지는 직류/교류 혼합펄스파를 이용하여 산화피막을 형성할 경우, 300㎛에 달하는 두께를 가지면서도 매우 균일한 조직을 갖는 양극산화막을 형성할 수 있으며, 이러한 양극산화막은 경도나 내마모성과 같은 기계적 특성에 있어서도 종래에 얻을 수 없는 현저한 효과를 제공할 뿐만 아니라 내식성에 있어서도 대폭 증대시킬 수 있다.
다음으로는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극산화용 전원공급장치(100)를 이용하여 알루미늄 소재에 전원을 공급하기 위한 제어방법을 설명하기로 한다.
도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원공급 제어방법은 정전압 제어하는 전처리 단계(S210)와 정전류 제어하는 피막성장 단계(S220)순으로 이루어진다.
먼저, 상기 전처리 단계(S210)는 알루미늄의 표면에 장벽층(도 1 및 도 2 참조)이 형성되고 그 상부에 약 10㎛ 이내, 바람직하게는 4~5㎛의 산화피막이 형성될 때까지 진행하는 것이 바람직하다. 전처리 단계는 정전압 제어방식으로 전원이 공급되며, 처음부터 끝까지 일정한 전압을 공급하는 것보다 전압을 점차로 상승시키는 것이 바람직하다. 예를 들어 1V, 3V, 5V, 7V, 9V의 전압을 각 10초 동안 인가하는 것이 바람직하다.
상기 전처리 단계(S210)는 정전압 제어이기 때문에 피막두께나 공정시간을 정확히 예측하기 어렵기는 하지만 비교적 얇은 피막을 형성하는 단계이므로 처리시간을 실험적으로 결정할 수 있다.
또한 100㎛ 내외의 경질 산화피막에 비해 전처리 단계에서 형성되는 피막의 두께는 상대적으로 매우 얇기 때문에 피막성장단계에서 산화피막의 전체 두께와 공정시간을 전류제어를 통해 충분히 예측할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 실험결과를 나타낸 그래프로서, 전처리 단계(S210)를 거친 알루미늄 시료를 30, 40, 50, 60, 70, 80A의 정전류에서 각각 피막성장 단계(S220)를 수행한 결과를 나타낸 것이다. 이 실험에서는 18dm2의 알루미늄 시료, 16% 황산용액을 사용하였으며, 처리조의 온도는 12±1도 이고 공정시간은 1,500sec 동안으로 하였다. 또한 전처리 단계는 1V 에서 1분, 3V에서 1분, 5V에서 1분, 7V에서 30초, 8V에서 30초, 9V에서 10초, 10V에서 10초 동안 진행하였다.
위 그래프에서 알 수 있듯이 전류가 증가함에 따라 산화피막의 두께는 비례하여 증가하며, 따라서 전류량과 공정시간을 통해 산화피막의 두께를 정확히 예측하는 것이 가능함을 알 수 있다.
정전류 제어의 경우에도 제어상의 필요에 따라 설정된 주기마다 전류를 변동시킬 수 있다. 도 10은 이러한 경우를 나타낸 전압전류그래프로서 ①,②,③,④는 전류의 변화를 나타낸 것이고, ⓐ,ⓑ,ⓒ,ⓓ는 각각 전류에 대응하는 전압의 변화를 나타낸 것이다. 각 경우에 형성된 산화피막의 두께는 각각 50㎛,80㎛,100㎛,120㎛ 이다.
도 10의 아래 도표를 살펴보면, ④의 경우에 대한 ①,②,③의 평균전류의 비율은 각각 44,8%, 66.1%, 83.8%이고, ④의 경우에 대한 ①,②,③의 피막두께의 비율은 각각 41.6%, 66.6%, 83.3% 이다. 즉, 평균전류와 피막두께가 근사적으로 비례하는 것으로 나타난다.
따라서 정전류 제어 과정에서 전류를 변동시키는 경우에도 전류제어를 통해 피막두께를 예측 가능하게 형성할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110...제어소자 120...변압회로부
130...정류회로부 140...제어회로부
141...전원감지부 151...정류변조부
152...교류변조부 153...펄스합성부
130...정류회로부 140...제어회로부
141...전원감지부 151...정류변조부
152...교류변조부 153...펄스합성부
Claims (3)
- 상용전원의 각 상에 연결되는 제1단자, 제2단자 및 제3단자를 포함하는 복수의 제어소자(110);
1차측과 2차측이 각각 Y결선되며 1차측의 각 입력단이 상기 제어소자(110)에 연결되는 3상변압기(TR1) 및, 상기 제1단자의 후단과 제3단자의 후단에서 각각 분기된 2개의 상이 1차측에 연결되고 2차측의 일단은 상기 3상변압기(TR1)의 2차측 Y결선의 중성점에 연결되며 타단은 (-)출력단에 연결된 단상변압기(TR2)를 포함하는 변압회로부(120);
각각의 애노드는 상기 3상변압기(TR1)의 2차측의 각 단자에 연결되며 각각의 캐소드는 (+)출력단에 병렬로 연결된 제1다이오드 내지 제3다이오드(D1 내지 D3)와, 상기 단상변압기(TR2)의 2차측 타단에 애노드가 연결되며 캐소드는 (+)출력단에 연결된 제4다이오드(D4) 및, 상기 2차측 Y결선의 중성점과 상기 (+)출력단의 사이에 설치된 평활콘덴서(C)를 포함하는 정류회로부(130);
출력단에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 전원감지부(141); 및
상기 전원감지부(141)의 검출결과를 피드백하여 전압제어신호 또는 전류제어신호를 생성하며, 생성된 각 제어신호를 상기 제어소자(110)로 출력하는 제어회로부(140);를 포함하되,
상기 정류회로부(130)의 후단에는 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 직류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 정류변조부(151)와, 상기 제어회로부(140)의 제어신호에 따라 교류펄스파의 주기 또는 진폭을 변조하여 출력하는 교류변조부(152) 및, 상기 직류펄스파와 교류펄스파를 합성하여 혼합펄스파를 출력하는 펄스합성부(153)가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 제어회로부(140)는, 설정시간 동안 정전압 제어를 통해 알루미늄 소재에 전원을 공급하여 상기 알루미늄 소재의 표면에 산화피막을 형성하며,
상기 산화피막이 형성된 알루미늄 소재에 설정시간 동안 정전류 제어를 통해 형성된 산화피막을 성장시키는 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 제어회로부(140)는, 설정된 제1주기동안 정전압 제어를 통해 제1전압의 전원을 공급하며, 상기 제1주기와 연속하는 제2주기동안 상기 제1전압보다 상대적으로 높은 제2전압의 전원을 공급하도록 설정된 것을 특징으로 하는 양극산화용 전원공급장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150045103A KR101633222B1 (ko) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150045103A KR101633222B1 (ko) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101633222B1 true KR101633222B1 (ko) | 2016-06-23 |
Family
ID=56353529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150045103A KR101633222B1 (ko) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101633222B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100099904A (ko) * | 2009-03-04 | 2010-09-15 | 코스트 주식회사 | 양극산화용 전원공급장치, 양극산화법 및 양극산화막 |
| KR100991265B1 (ko) | 2010-07-19 | 2010-11-01 | 정윤창 | 금속의 아노다이징 처리용 직류 및 교류 중첩 정류장치 |
| KR20110058761A (ko) * | 2011-04-29 | 2011-06-01 | 코스트 주식회사 | 양극산화용 전원공급장치, 양극산화법 및 양극산화막 |
| KR20120049033A (ko) * | 2010-11-08 | 2012-05-16 | 코스트 주식회사 | 발포 알루미늄 및 그 제조방법 |
-
2015
- 2015-03-31 KR KR1020150045103A patent/KR101633222B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100099904A (ko) * | 2009-03-04 | 2010-09-15 | 코스트 주식회사 | 양극산화용 전원공급장치, 양극산화법 및 양극산화막 |
| KR100991265B1 (ko) | 2010-07-19 | 2010-11-01 | 정윤창 | 금속의 아노다이징 처리용 직류 및 교류 중첩 정류장치 |
| KR20120049033A (ko) * | 2010-11-08 | 2012-05-16 | 코스트 주식회사 | 발포 알루미늄 및 그 제조방법 |
| KR20110058761A (ko) * | 2011-04-29 | 2011-06-01 | 코스트 주식회사 | 양극산화용 전원공급장치, 양극산화법 및 양극산화막 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100482867C (zh) | 在金属表面获得陶瓷涂层的氧化电解方法 | |
| US3669856A (en) | Process for the production of colored protective coatings on articles of aluminum or aluminum alloys | |
| KR100991265B1 (ko) | 금속의 아노다이징 처리용 직류 및 교류 중첩 정류장치 | |
| JPH0747838B2 (ja) | チタンまたはその合金の通電量制御による着色法 | |
| KR101633222B1 (ko) | 교류직류중첩법을 이용한 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 | |
| KR101344246B1 (ko) | 알루미늄 양극산화용 전원공급장치 및 제어방법 | |
| CN101851770A (zh) | 阳极氧化物涂层和阳极氧化方法 | |
| EP0056478B1 (en) | Process for electrolytically colouring a piece of aluminium or aluminium alloy | |
| US5963435A (en) | Apparatus for coating metal with oxide | |
| Solanki | High power factor high-current variable-voltage rectifiers | |
| KR101138208B1 (ko) | 단상변압기를 이용한 직류-교류 중첩식 양극 산화피막처리용 정류장치 | |
| KR101765873B1 (ko) | 전류밀도조절기능과 dc전원(직류전원), 그리고 dc(직류)-ac(교류) 중첩전원을 겸비한 도금 및 양극산화피막처리용 정류장치와 이를 이용한 제조방법 | |
| JP2010075022A (ja) | 電力変換装置 | |
| KR101622375B1 (ko) | 직교류 비대칭 전원을 이용한 알미늄 소재의 전기착색시스템 및 그 제어방법 | |
| KR101655134B1 (ko) | 금속의 아노다이징 피막처리 전용 직류 및 교류 중첩 정류장치 | |
| SU1113431A1 (ru) | Установка дл питани гальванических ванн | |
| SU1038387A1 (ru) | Устройство дл питани гальванических ванн асимметричным током | |
| Davies | The Effect of Current Source on the Properties of Chromium Electroplate | |
| CN219576880U (zh) | 一种具有新型供电方式的碳素电锻炉系统 | |
| KR101908405B1 (ko) | 아노다이징 처리용 전원 제어 장치 및 그 방법 | |
| RU2573821C2 (ru) | Способ управления в режиме рекуперативного торможения многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя | |
| SU706469A2 (ru) | Устройство дл питани гальванических ванн периодическим током с обратным импульсом | |
| Jensen | High Frequency Pulse Anodising of Aluminium for Decorative Applications | |
| RU2181392C1 (ru) | Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов | |
| SU1125303A1 (ru) | Установка дл питани гальванических ванн асимметричным током |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190329 Year of fee payment: 4 |