KR102217077B1 - 포터블 용접기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포터블 용접기에 관한 것으로, 본 발명에서는 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할하여 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록>을 추가 배치하고, 이를 통해, 인버터 측으로 입력되는 고 전압의 직류 전력이 N 개의 낮은 단위전압으로 분할될 수 있도록 유도함으로써, 용접기 운영주체 측에서, 별다른 어려움 없이, 인버터의 구성소자를 스위칭 손실이 큰 고 전압용 소자(예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))에서, 스위칭 성능이 우수한 저 전압용 소자(예컨대, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET))로 융통성 있게 교체시키면서, 인버터의 후단에 배치된 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈까지도 효과적으로 축소시킬 수 있도록 유도함으로써, 결국, 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈 증가에 따른 전체적인 제품의 사용품질 저하 문제점을 손쉽게 회피할 수 있도록 가이드 할 수 있다.

Description

포터블 용접기{Portable welding machine}
본 발명은 포터블 용접기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할하여 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록>을 추가 배치하고, 이를 통해, 인버터 측으로 입력되는 고 전압의 직류 전력이 N 개의 낮은 단위전압으로 분할될 수 있도록 유도함으로써, 용접기 운영주체 측에서, 별다른 어려움 없이, 인버터의 구성소자를 스위칭 손실이 큰 고 전압용 소자(예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))에서, 스위칭 성능이 우수한 저 전압용 소자(예컨대, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET))로 융통성 있게 교체시키면서, 인버터의 후단에 배치된 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈까지도 효과적으로 축소시킬 수 있도록 유도함으로써, 결국, 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈 증가에 따른 전체적인 제품의 사용품질 저하 문제점을 손쉽게 회피할 수 있도록 가이드 할 수 있는 포터블 용접기에 관한 것이다.
최근, 철강, 선박 분야의 관련기술들이 급격한 발전을 이루면서, 철강 구조물, 선박 구조물 등의 제작에 근간이 되는 용접관련 기술 또한 빠른 발전을 거듭하고 있다.
예를 들어, 국내등록특허 제10-284597호(명칭: 아크 및 가스용접용 인버터 용접기와 그 용접방법)(2001.4.2.자 공고), 국내등록특허 제10-278799호(명칭: 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기 용접방법)(2001.4.20.자 공고), 국내등록특허 제10-1003980호(명칭: 연료전지로 구동하는 직접 변환 방식의 TIG 용접을 위한 전력변환회로)(2010.12.31.자 공고) 등에는 종래의 용접관련 기술들의 일례가 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 이러한 종래의 용접관련 기술체제 하에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 포터블 용접기(10)는 입력되는 전압을 직류 전력으로 만들어주는 1차 정류기(11), 1차 정류기(11) 측으로부터 출력되는 직류 전력을 용접공정에 필요한 주파수로 변환시켜, 교류 전력으로 변환시켜주는 인버터(12), 인버터(12) 측으로부터 출력되는 전력의 전압을 용접공정에 필요한 전압으로 변환시켜주는 변압기(13), 변압기(13) 측으로부터 출력되는 전력을 직류 전력으로 만들어주는 2차 정류기(14), 2차 정류기(14) 측으로부터 출력되는 전력을 용접대상 모재로 출력시켜주는 출력 인덕터(15), 2차 정류기(14)를 통과한 출력 전력의 전압/전류 특성을 검출하는 전압/전류 검출기(16), 컨트롤러(17)에 의해 제어되며, 상기 전압/전류 검출기(16)에 의해 검출된 전압/전류 특성을 참조하여, 인버터(12)의 출력 전압 오류/오차를 조절해주는 PWM(Pulse Width Modulation) 회로블록(18) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이 경우, 상기 포터블 용접기(10)는 10kW 이상의 고용량을 사용하기 때문에, 380V~440V의 3상 전압을 입력 전압으로 이용하게 된다.
한편, 이러한 종래의 체제 하에서, 상술한 바와 같이, 포터블 용접기(10)는 10kW 이상의 고용량을 사용하기 때문에, 380V~440V의 3상 전압을 입력 전압으로 이용하게 되는 바, 이 경우, 1차 정류기(11) 측으로부터 출력되는 직류 전력은 불가피하게, 540V~630V 정도의 고 전압을 형성할 수밖에 없게 된다.
물론, 이처럼, 1차 정류기(11) 측으로부터 출력되는 직류 전력이 540V~630V 정도의 고 전압을 불가피하게 형성하게 되는 경우, 그 영향은 1차 정류기(11) 후단에 배치된 인버터(12)에 고스란히 미칠 수밖에 없게 되며, 결국, 이 상황 하에서, 용접기 운영주체 측에서는 인버터(12)를 구성하는 스위칭 소자를 고 전압에 견딜 수 있는 소자, 예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 제한되게 선택할 수밖에 없게 된다.
문제는, 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)는 그 특성 상, 스위칭 손실이 매우 커, 20kHz 이상이 스위칭이 어렵다는 문제점을 지니고 있기 때문에, 만약, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 인버터(12)의 구성소자로 채택하게 될 경우, 용접기 운영주체 측에서는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 낮은 스위칭 주파수를 보상하기 위하여, 인버터(12)의 후단에 배치된 변압기(13), 출력 인덕터(15) 등의 사이즈를 불필요하게 증대시켜야 한다는데 있다.
물론, 이처럼, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 스위칭 손실로 인해, 인버터(12)의 후단에 배치된 변압기(13), 출력 인덕터(15) 등의 사이즈가 불필요하게 증대되는 경우, 그 영향으로 인해, 포터블 용접기(10)의 사이즈 역시 불필요하게 증대될 수밖에 없게 되며, 결국, 용접기 운영주체 측에서는 전체적인 제품의 사용품질이 크게 저하되는 피해를 피할 수 없게 된다.
국내등록특허 제10-284597호(명칭: 아크 및 가스용접용 인버터 용접기와 그 용접방법)(2001.4.2.자 공고) 국내등록특허 제10-278799호(명칭: 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기 용접방법)(2001.4.20.자 공고) 국내등록특허 제10-1003980호(명칭: 연료전지로 구동하는 직접 변환 방식의 TIG 용접을 위한 전력변환회로)(2010.12.31.자 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할하여 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록>을 추가 배치하고, 이를 통해, 인버터 측으로 입력되는 고 전압의 직류 전력이 N 개의 낮은 단위전압으로 분할될 수 있도록 유도함으로써, 용접기 운영주체 측에서, 별다른 어려움 없이, 인버터의 구성소자를 스위칭 손실이 큰 고 전압용 소자(예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))에서, 스위칭 성능이 우수한 저 전압용 소자(예컨대, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET))로 융통성 있게 교체시키면서, 인버터의 후단에 배치된 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈까지도 효과적으로 축소시킬 수 있도록 유도함으로써, 결국, 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈 증가에 따른 전체적인 제품의 사용품질 저하 문제점을 손쉽게 회피할 수 있도록 가이드 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 입력되는 전압을 직류 전력으로 만들어주는 1차 정류기와; 상기 1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력을 용접공정에 필요한 주파수로 변환시켜, 교류 전력으로 변환시켜주는 인버터와; 상기 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에 배치되며, 상기 1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할한 후, 분할된 N개의 단위전압을 각각의 인버터 측으로 분배하여 출력하는 전압 균형 분배 블록과; 상기 인버터 측으로부터 출력되는 전력의 전압을 용접공정에 필요한 전압으로 변환시켜주는 변압기와; 상기 변압기 측으로부터 출력되는 전력을 직류 전력으로 만들어주는 2차 정류기와; 상기 2차 정류기 측으로부터 출력되는 전력을 용접대상 모재로 출력시켜주는 출력 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접기를 개시한다.
본 발명에서는 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할하여 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록>을 추가 배치하는 조치를 취하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 인버터 측으로 입력되는 고 전압의 직류 전력은 N 개의 낮은 단위전압으로 분할될 수 있게 되며, 결국, 용접기 운영주체 측에서는, 별다른 어려움 없이, 인버터의 구성소자를 스위칭 손실이 큰 고 전압용 소자(예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))에서, 스위칭 성능이 우수한 저 전압용 소자(예컨대, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET))로 융통성 있게 교체시키면서, 인버터의 후단에 배치된 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈까지도 효과적으로 축소시킬 수 있게 되며, 결국, 변압기, 출력 인덕터 등의 사이즈 증가에 따른 전체적인 제품의 사용품질 저하 문제점을 손쉽게 회피할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 포터블 용접기의 구성을 개념적으로 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 포터블 용접기의 구성을 개념적으로 도시한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 포터블 용접기를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포터블 용접기(100)는 입력되는 전압을 직류 전력으로 만들어주는 1차 정류기(110), 1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력을 용접공정에 필요한 주파수로 변환시켜, 교류 전력으로 변환시켜주는 인버터(120), 인버터(120) 측으로부터 출력되는 전력의 전압을 용접공정에 필요한 전압으로 변환시켜주는 변압기(130), 변압기(130) 측으로부터 출력되는 전력을 직류 전력으로 만들어주는 2차 정류기(140), 2차 정류기(140) 측으로부터 출력되는 전력을 용접대상 모재로 출력시켜주는 출력 인덕터(150), 2차 정류기(140)를 통과한 출력 전력의 전압/전류 특성을 검출하는 전압/전류 검출기(160), 컨트롤러(170)에 의해 제어되며, 상기 전압/전류 검출기(160)에 의해 검출된 전압/전류 특성을 참조하여, 인버터(120)의 출력 전압 오류/오차를 조절해주는 PWM(Pulse Width Modulation) 회로블록(180) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
물론, 이 경우에도, 상기 포터블 용접기(100)는 10kW 이상의 고용량을 사용하기 때문에, 380V~440V의 3상 전압을 입력 전압으로 이용하게 되며, 그 결과, 1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력은 불가피하게, 540V~630V 정도의 고 전압을 형성할 수밖에 없게 된다.
상술한 바와 같이, 종래의 경우, 용접기 운영주체 측에서는 상기 고 전압 입력상황을 고려하여, 인버터(120)를 구성하는 스위칭 소자를 고 전압에 견딜 수 있는 소자, 예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 제한되게 선택하였지만, 이 경우, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 낮은 스위칭 주파수를 보상하기 위하여, 인버터(120)의 후단에 배치된 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈를 불필요하게 증대시켜야 하는 문제점에 수시로 봉착할 수밖에 없었다.
이러한 민감한 상황 하에서, 본 발명에서는 1차 정류기(110) 및 인버터(120) 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할한 후, 분할된 단위전압을 인버터(120) 측으로 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록(190)>을 추가 배치하는 조치를 취하게 된다.
물론, 이러한 전압 균형 분배 블록(190)의 추가 배치 상황 하에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압 V는 동일한 크기를 가지는 2개의 단위전압 V/2 및 V/2로 분할된 후, 인버터(120) 측으로 분배/출력되는 절차를 겪게 된다.
이때, 본 발명에서는 인버터(120)의 개수를 전압 균형 분배 블록(190)에 의해 분할되어 분배되는 단위전압의 개수와 동일한 개수로 배치하는 조치를 강구하게 된다.
이러한 조치에 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전압 균형 분배 블록(190)에 의해 분할되어 분배되는 단위전압의 개수가 2개일 경우, 인버터(120)는 제 1 인버터(120a) 및 제 2 인버터(120b)로 이루어진 2개의 개수를 유지하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전압 균형 분배 블록(190)의 추가 배치를 통해, 예를 들어, 1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압 V를 동일한 크기를 가지는 2개의 단위전압 V/2 및 V/2로 분할시킨 후, 분할 완료된 2개의 단위전압 V/2 및 V/2를 제 1 인버터(120a) 및 제 2 인버터(120b)로 분배/출력시키는 조치를 취하기 때문에, 본 발명이 구현되는 경우, 용접기 운영주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 인버터(120) 측으로 540V~630V 정도의 고 전압이 가해지는 난처한 상황을 손쉽게 회피할 수 있게 된다.
물론, 이 상황 하에서, 용접기 운영주체 측에서는 인버터(120)를 구성하는 스위칭 소자를 고 전압에 견딜 수 있는 소자, 예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 제한되게 선택할 필요 없이, 해당 스위칭 소자를 저 전압용 소자, 바람직하게, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 융통성 있게 교체시킬 수 있게 된다.
이때, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET)는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 달리, 그 스위칭 주파수가 높은 저 내압 고주파 스위치이기 때문에, 인버터(120)를 구성하는 스위칭 소자가 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)에서 MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 교체되는 경우, 용접기 운영주체 측에서는 인버터(120)의 후단에 배치된 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈를 불필요하게 증대시키지 아니하고서도, 일정 수준 이상의 용접절차를 정상적으로 진행시킬 수 있게 된다.
물론, 이처럼, 인버터(120)의 후단에 배치된 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈를 불필요하게 증대시키지 아니하고서도, 일정 수준 이상의 용접절차를 정상적으로 진행시킬 수 있게 되는 경우, 용접기 운영주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 포터블 용접기(100)의 사이즈가 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈 증가에 비례하여 커지는 피해를 손쉽게 회피할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 1차 정류기(110) 및 인버터(120) 사이의 전력공급경로 상에, <1차 정류기(110) 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할하여 분배할 수 있는 전압 균형 분배 블록(190)>을 추가 배치하는 조치를 취하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 인버터(120) 측으로 입력되는 고 전압의 직류 전력은 N 개의 낮은 단위전압으로 분할될 수 있게 되며, 결국, 용접기 운영주체 측에서는, 별다른 어려움 없이, 인버터(120)의 구성소자를 스위칭 손실이 큰 고 전압용 소자(예컨대, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))에서, 스위칭 성능이 우수한 저 전압용 소자(예컨대, MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET))로 융통성 있게 교체시키면서, 인버터(120)의 후단에 배치된 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈까지도 효과적으로 축소시킬 수 있게 되며, 결국, 변압기(130), 출력 인덕터(150) 등의 사이즈 증가에 따른 전체적인 제품의 사용품질 저하 문제점을 손쉽게 회피할 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 용접기가 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
10,100: 포터블 용접기
11,110: 1차 정류기
12,120a,120b: 인버터
13,130: 변압기
14,140: 2차 정류기
15,150: 출력 인덕터
16,160: 전압/전류 검출기
17,170: 컨트롤러
18,180: PWM 회로블록
190: 전압 균형 분배 블록

Claims (3)

  1. 입력되는 전압을 직류 전력으로 만들어주는 1차 정류기와;
    상기 1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력을 용접공정에 필요한 주파수로 변환시켜, 교류 전력으로 변환시켜주는 인버터와;
    상기 1차 정류기 및 인버터 사이의 전력공급경로 상에 배치되며, 상기 1차 정류기 측으로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 동일한 크기를 가지는 N개(N=1,2,3‥‥)의 단위전압으로 분할한 후, 분할된 N개의 단위전압을 각각의 인버터 측으로 분배하여 출력하는 전압 균형 분배 블록과;
    상기 인버터 측으로부터 출력되는 전력의 전압을 용접공정에 필요한 전압으로 변환시켜주는 변압기와;
    상기 변압기 측으로부터 출력되는 전력을 직류 전력으로 만들어주는 2차 정류기와;
    상기 2차 정류기 측으로부터 출력되는 전력을 용접대상 모재로 출력시켜주는 출력 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 용접기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인버터는 MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성되는 것을 특징으로 하는 포터블 용접기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 인버터는 상기 전압 균형 분배 블록에 의해 분할되어 분배되는 단위전압의 개수와 동일한 개수로 배치되는 것을 특징으로 하는 포터블 용접기.
KR1020160057672A 2016-05-11 2016-05-11 포터블 용접기 KR102217077B1 (ko)

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