KR20040056238A - 저항 용접기용 정전력 제어장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
현장에 적용시 정비면이나 용용방법 면에서 종래의 방법에 비하여 효과적인 저항 용접기용 인버터 적용 방법에 관한 것이다.
본 발명의 장치는 저항 용접기용 정전력 제어장치에 있어서, 전원이 입력을 받는 사이리스터 정류기(41)와, 상기 사이리스터 정류기(41)의 출력단에 병렬 접속되는 DC 링크 커패시터(42), 전압 검출기(43), 인버터(46) 및 변압기(20)와, 상기 변압기(20)에 병렬 접속되는 2차측 정류기(32) 및 용접기(33)와, 상기 전압 검출기(43)의 출력을 받는 정전압 제어기(44)의 지령에 의하여 전력 제어기(14)가 사이리스터 스위치 구동부(15)를 제어하여 사이리스터 스위치(11)를 조절함으로써 정전력 제어를 하는 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 2차측 전류의 리플이 현저히 줄어들고, 또한 제어주파수를 수 kHz로 높임으로써 변압기 및 2차측 리액터를 소형화 경경량화하는 동시에 높은 제어주파수를 이용한 향상된 제어기법의 적용이 용이하므로, 용접성능이 뛰어나며, 현장의 용접기 등의 고장을 줄일 수 있어서 현장 설비 유지 보수의 어려움을 미연에 방지할 수 있으므로 경제적 유지관리에 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 제철 연속 라인에 사용되는 대형 용접기, 주변의 이동형 아아크 용접기 등 저항 용접기용 정전력 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 매쉬 심(mash seam) 혹은 플래쉬벗(Flashbutt) 등의 저항용접에 있어서 안정적인 전류의 공급이 품질과 직결되므로 매우 중요하며, 이를 위하여 정전력 제어를 하는 것이 보통이다.
종래에는 전력제어를 하는데 있어서, 저항용접인 경우에는 사이리스터를 이용한 AC 스위치인 탭 체인저(31)를 이용하는 방법이 주로 사용되었다.
도 1은 종래의 저항 용접기용 정전력 제어장치의 구성도이다.
종래에는 주로 1차 측에는 사이리스터 스위치(11)를 달고, 상용 주파수 변압기(20)를 통해서 2차 측에서는 탭 체인저(tap changer, 31)로 권선비를 바꾸어 전력을 바꾸고, 2차측 정류기(32)를 이용하여 AC를 DC로 출력하는 방식을 주로 사용하였다. 이때 상기 사이리스터 스위치(11)의 후단에서 전류 검출기(12)를 이용하여 전류를 검출하여 정전류 제어(13)를 하기 위하여 전력 제어기(14)에 지령을 내리면 사이리스터 스위치 구동부(15)에서 사이리스터 스위치(11)를 조절함으로써 정전력 제어를 하고자 하는 구성이었다.
그런데, 이러한 구성과 방법에서는 2차측 전류의 리플이 매우 크고, 또한 제어 주파수가 상용주파수 수준으로 낮아서 높은 제어주파수를 이용한 향상된 제어기법의 적용이 어려운 문제점이 있었다. 따라서 현장의 용접기 등의 고장이 잦아서 현장 설비 유지 보수에 어려움을 초래하며, 특히 탭 체인저(31)를 사용하기 때문에 사이리스터에 비하여 정비가 까다로워서 고장시 복구 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 인버터를 이용하여 적용 주파수를 높임으로써, 2차측 전류의 리플을 현저히 줄이고, 또한 제어주파수를 수 kHz로 높임으로써 변압기 및 2차측 리액터를 소형화 경경량화하는 동시에 높은 제어주파수를 이용한 향상된 제어기법의 적용이 용이하게 하며, 기존의 사이리스터 스위치 방식에 비해서 용접성능이 뛰어나게 하는 저항 용접기용 정전력 제어장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 저항 용접기용 정전력 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 저항 용접기용 정전력 제어장치의 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 사이리스터(Thyrister) 스위치
12 : 전류 검출기
13 : 정전류제어기
14, 45 : 전력제어기
15, 46 : 사이리스터 스위치 구동부
20 : 변압기
31 : 탭 체인저(Tap changer)
32 : 2차측 정류기
33 : 용접기
41 : 사이리스터 정류기
42 : DC 링크 커패시터
43 : 전압 검출기
44 : 정전압제어기
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 장치는
저항 용접기용 정전력 제어장치에 있어서,
전원이 입력을 받는 사이리스터 정류기(41)와,
상기 사이리스터 정류기(41)의 출력단에 병렬 접속되는 DC 링크 커패시터(42), 전압 검출기(43), 인버터(46) 및 변압기(20)와,
상기 변압기(20)에 병렬 접속되는 2차측 정류기(32) 및 용접기(33)와,
상기 전압 검출기(43)의 출력을 받는 정전압 제어기(44)의 지령에 의하여 전력 제어기(14)가 사이리스터 스위치 구동부(15)를 제어하여 사이리스터 스위치(11)를 조절함으로써 정전력 제어를 하는 제어부
로 구성됨을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 방법은
저항 용접기용 정전력 제어방법에 있어서,
입력부로써 사이리스터 정류기를 사용하여 DC 링크 전압을 가변하는 단계와,
인버터의 전력소자는 항상 데드타임을 고려한 풀 도통을 하도록 하여 스위칭으로 인한 고조파 발생을 최소화하는 단계와,
PAM 방식으로 고정된 최대폭으로 출력하도록 하면서 특정 고주수로 인버팅하여 변압기를 넘기도록 하는 단계와,
2차측에서 전류 값을 피이드백하기 위하여 이와 비례관계인 DC 링크 전압값을 가변하며, 상기 DC 링크 전압값을 검출하여 정전압 제어를 하여 전력제어를 하는 단계
로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 장치 및 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 최근에 대전력 소자의 발달로 인하여 인버터 기술의 적용이 확대되고 있는 추세에 따라 이를 일반적인 저항용접에 적용하여 현장의 정비의 어려움 등을 고려한 경제적인 용접 인버터 방식이라고 할 수 있다. 본 발명은 제철소와 같은 라인에 많이 사용 중인 매쉬 심(Mash seam)이나 플래쉬벗(flashbutt) 용접과 같은 저항 용접 방식에 적용 가능한 방식이다.
도 2는 본 발명의 저항 용접기용 정전력 제어장치의 구성도이다.
도면에서 보는 것과 같이, 입력은 예컨대 3상 전원을 이용하며, 사이리스터 정류기(41)를 통해서 입력되는 입력 전압의 위상각이 변화함에 따라서 DC 링크 커패시터(42)의 DC 링크전압이 가변된다. 그리고, 가변된 전압은 다음 단의 인버터(46), 예컨대 IGBT 인버터를 통해서 특정 주파수로 인버팅되어 변압기(20)로 넘어간다.
여기서, 본 발명이 적용되는 분야는 용접 분야로서, 특별히 피용접물이 변경되지 않는 한 고정된 부하이므로 정전류 제어를 위해서 V = IR 을 고려할 때, DC 링크의 전압을 조정하여 궁국적으로 전류제어를 하는 효과를 달성하는 방식이다. 이를 위하여 상기 DC 링크 커패시터(42)의 전압을 전압검출기(43)로 검출하여, 정전압 제어(44)를 하면서 전력 제어기(45)에 지령을 내리면, 전력 제어기(45)는 사이리스터 스위치 구동부(46)을 통하여 사이리스터 정류기(41)를 다시 제어하는 방식으로 동작한다.
이때, 상기 인버터는 PWM 방식이 아니라, 고정된 최대폭으로 출력되도록 하여 스위칭으로 인한 고조파 발생을 최소화하고, DC 링크 전압을 가변하여 정전류를 제어하도록하는 방식, 즉 PAM 인버터 방식으로 정전력 제어를 하도록 구성되어 있으며, 고조파 발생을 최소화하면서 정전류 제어를 가능하도록 하는 방법이다. 상기 인버터 전력 소자는 항상 데드타임을 고려하여 풀 도통으로 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명은 기존의 사이리스터 스위치를 이용한 탭 체인저(31) 방식에 비해서 제어효율 및 용접 성능을 개선하였고, 현장 정비에 익숙한 사이리스터 제어방식을 채택하였으므로 정비 및 유지면에서 경제적이며, 특히 용접 성능까지 개선할 수 있는 우수한 인버터 방식이다. 이 방식은 저항 용접의 경우에 그 용접 방식의 종류와는 무관하게 모든 방식에 적용될 수 있는 기술이다.
따라서, 본 발명에 의하면 2차측 전류의 리플이 현저히 줄어들고, 또한 제어주파수를 수 kHz로 높임으로써 변압기 및 2차측 리액터를 소형화 경경량화하는 동시에 높은 제어주파수를 이용한 향상된 제어기법의 적용이 용이하므로, 기존의 현장의 사이리스터 스위치 방식에 비해서 용접성능이 뛰어나며, 현장의 용접기 등의 고장을 줄이고, 탭 체인저가 없어서 고장시에도 용이하게 보수할 수 있어서 현장 설비 유지 보수의 어려움을 미연에 방지할 수 있으므로 경제적 유지관리에 현저한 효과가 있다.
Claims (2)
- 저항 용접기용 정전력 제어장치에 있어서,전원이 입력을 받는 사이리스터 정류기(41)와,상기 사이리스터 정류기(41)의 출력단에 병렬 접속되는 DC 링크 커패시터(42), 전압 검출기(43), 인버터(46) 및 변압기(20)와,상기 변압기(20)에 병렬 접속되는 2차측 정류기(32) 및 용접기(33)와,상기 전압 검출기(43)의 출력을 받는 정전압 제어기(44)의 지령에 의하여 전력 제어기(14)가 사이리스터 스위치 구동부(15)를 제어하여 사이리스터 스위치(11)를 조절함으로써 정전력 제어를 하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 저항 용접기용 정전력 제어장치.
- 저항 용접기용 정전력 제어방법에 있어서,입력부로써 사이리스터 정류기를 사용하여 DC 링크 전압을 가변하는 단계와,인버터의 전력소자는 항상 데드타임을 고려한 풀 도통을 하도록 하여 스위칭으로 인한 고조파 발생을 최소화하는 단계와,PAM 방식으로 고정된 최대폭으로 출력하도록 하면서 특정 고주수로 인버팅하여 변압기를 넘기도록 하는 단계와,2차측에서 전류 값을 피이드백하기 위하여 이와 비례관계인 DC 링크 전압값을 가변하며, 상기 DC 링크 전압값을 검출하여 정전압 제어를 하여 전력제어를 하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 저항 용접기용 정전력 제어방법.
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