KR20040082615A - 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파유도 용해로 시스템 - Google Patents

장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파유도 용해로 시스템 Download PDF

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Abstract

장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템에 관한 것이다.
고주파 전원 장치로부터 인가되는 전원을 변압하는 입력 변압기; 상기 입력 변압기와 연결되어 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류기; 상기 정류기와 병렬로 연결되는 공진 콘덴서; 상기 공진 콘덴서와 병렬로 연결되어 상기 직류 전압을 단상 교류 전압으로 변환하는 인버터; 상기 공진 콘덴서 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 단상 교류 전압을 전달받아 교번 자속을 발생시키고, 용해로의 둘레를 감싸고 있는 가열 코일; 상기 인버터로부터 출력되는 순시 전류 및 순시 전압을 이용하여 Q 값을 계산하되, 상기 Q 값이 기설정된 한계치 Q 값을 초과한다고 판단되면 경보 신호를 생성하여 출력하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 용해로에 장입되는 냉재의 양을 적절하게 유지하지 못하거나, 용해로에서 발생하는 공극이 커지게 되는 경우 발생하는 경보음 및 점멸하는 경광등을 통해 작업 효율의 향상 및 공극 폭발로 인한 사고를 방지할 수 있다.

Description

장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템{High Frequency Inducitve Melting Furnace System for Alarming Poor Feeding and Excessive Generation of Air Gap}
본 발명은 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고주파 유도 용해로에 적절한 선택 계수(Q : Quality Factor, 이하 Q라고 칭함) 값을 기 설정하고, 용융 작업 상태에서 인버터(Inverter)에서 출력되는 전류 값 및 전압 값을 검출하여 Q 값이 기 설정된 Q 값을 초과하는 경우 경보등을 점멸하거나 경보음을 출력하여 냉재의 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템에 관한 것이다.
도 1은 고주파 유도 가열의 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
유도 가열이란, 도전성이 있는 물체를 변화하는 자계 가운데 넣어 가열하는 방법을 말하며, 가열되는 물체는 반드시 전도성이 있어야 한다. 특히, 고주파 유도 가열은 고주파 전원(100)으로부터 공급되는 고주파 전류가 가열 코일(110)을 따라 흐르면, 가열 코일(110)에 의해 감겨져 중심부에 위치한 피가열체(120)에 전자 유도 작용으로 인한 와 전류(Eddy Current) 및 히스테리시스(Hysteresis)의 열 손실에 의해 피가열체(120)의 표면이 급속하게 가열되는 현상을 말한다.
이러한 유도 가열을 이용하면 급속 가열 및 국부적인 표면 선택 가열이 가능하고, 연소 가열에서 얻을 수 없는 고온 가열이 가능하다는 성능 측면의 장점, 뛰어난 생산성의 향상, 고품질 보장 및 무공해로 인한 쾌적한 작업 환경의 유지가 가능하다는 품질 측면의 장점 및 에너지 절감, 자동화 및 재활용이 용이하다는 경제성 측면의 장점 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있다.
도 1과 같은 유도 가열의 구조는 1차 권선을 N 턴(Turn) 감고, 2차 권선을 1 턴 감는 변압기와 구조 및 원리가 매우 유사한데, 다만 2차 권선을 단락시킨다는 점이 일반적인 변압기와 다르다. 또한, 일반적인 변압기는 1차 권선과 2차 권선의 자기적 결합도를 높이기 위해 철심을 사용하는 반면, 유도 가열에서는 공심 구조를 갖는 점도 다르다.
도 2는 변압기를 이용하여 나타낸 유도 가열기의 전기적인 등가 회로이다.
도 2에 도시된 용해로(240)의 1차 권선(210)에는 고주파 전원부(200)에서 인가되는 1차 전류 I1이 흐르고, 2차 권선(220)에는 I1에 의해 유도된 2차 전류 I2가 흐른다. 1차 권선(210)이 N 턴 감겨 있다고 가정하면, 2차 권선(220)은 1 턴 감겨 있으므로 변압기의 원리에 의해 I2= N × I1이 된다. 따라서, I2전류가 2차측의 피가열체 등가 저항 R2(230)를 통하여 흐를 경우, 피가열체에서 발생하는 주울(Joule)열은 J2= (I2)2× R2가 된다.
이러한, 고주파 유도 가열 현상은 철이나 니켈 등과 같이 자성체가 아닌 일반 금속에서도 일어나기 때문에, 구리, 알루미늄 등의 비철 금속의 용해나 열처리에도 사용될 수 있다.
하지만, 이러한 고주파 유도 가열 원리를 이용하여 용매인 쇳물 등이 들어 있는 용해로 등의 내부에 소정의 냉재를 넣어 용융하는 공정은, 냉재가 수분이나 휘발성 물질을 함유하고 있는 재료인 경우 냉재에 가해지는 고열로 인해 수분이 끓으면서 수증기가 발생하거나 휘발성 물질이 타면서 가스가 발생하는 경우가 발생한다. 이렇게 용해로 내부에서 발생하는 가스는 용해로의 내부에 다수의 크고 작은 공극을 형성한다.
기존의 용해로의 용융 작업 공정에서는 용해로 내부에 발생하는 공극을 없애기 위해 작업자가 기다란 쇠막대기 등을 이용하여 용해로 내부를 직접 쑤시거나 찔러서 공극을 터뜨려 제거하고 있다. 하지만, 이러한 작업 방법은 공극의 크기가 작은 경우에는 별 문제가 없을 수도 있지만, 공극의 크기가 큰 경우에는 공극이 쇠막대기에 의해 찔러져 폭발하면서 공극의 상부에 있던 쇳물이 튀어 올라 작업자가 튀어 오른 고온의 쇳물에 맞아 큰 화상을 입거나 목숨을 잃는 등 크고 작은 인명사고를 빈번하게 초래한다는 문제점이 있다.
또한, 용해로의 용융 작업을 수행하는 작업자는 용해로 내부의 용융 상태를 수시로 관찰하면서 냉재가 용융되는 양에 따라 추가적인 냉재를 적기에 장입하여(넣어 주어) 유도 가열 공정에서의 쓸모없는 열 손실을 최대한 줄여야 한다. 하지만, 현실적으로 작업자는 용융 작업뿐만 아니라 기타 다른 작업들도 동시에 수행하는 것이 일반적이다. 따라서, 용해로 내부의 용융 상태를 수시로 감독할 수 없어 용해로 내부의 냉재가 상당량 용융되어 추가적인 냉재의 장입이 필요함에도 불구하고 냉재를 적기에 장입하지 못하여 가열 코일에서 발생하는 열 에너지를 그냥 낭비하는 등 작업 효율적인 측면과 에너지 손실 측면에서도 문제점이 발생하고 있다.
다시 말해, 유도 가열을 이용한 용해로 시스템에서 용해로 내부의 공극 발생의 정도 및 냉재의 용융량을 체크하여 작업자에게 경광등이나 경보음 등을 알려주는 시스템이 전혀 구축되어 있지 않다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고주파 유도 용해로에 적절한 선택 계수 값을 기 설정하고, 용융 작업 상태에서 인버터에서 출력되는 전류 값 및 전압 값을 검출하여 Q 값이 기 설정된 Q 값을 초과하는 경우 경보등을 점멸하거나 경보음을 출력하여 냉재의 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 고주파 유도 가열의 원리를 설명하기 위한 예시도,
도 2는 변압기를 이용하여 나타낸 유도 가열기의 전기적인 등가 회로,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 용해로 시스템을 나타낸 회로,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도 용해로 시스템에서 사용되는 Q를 계산하기 위한 RLC 직렬 공진 회로,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 Q 값을 이용하여 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 파악하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 고주파 전원부 110, 370 : 가열 코일
120, 360 : 피가열체 210 : 1차 권선
220 : 2차 권선 230 : 피가열체 등가 저항
240 : 용해로 310 : 입력 변압기
320 : 정류기 330 : 평활부
340 : 공진 콘덴서 350, 410 : 인버터
380 : 출력 전압 검출 센서 390 : 제어기
이를 위하여 본 발명은 고주파 전류에 의한 전자 유도 작용을 이용하여 냉재를 용융하는 고주파 유도 용해로 시스템에 있어서, 고주파 전원 장치로부터 인가되는 전원을 변압하는 입력 변압기; 상기 입력 변압기와 연결되어 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류기; 상기 정류기와 병렬로 연결되는 공진 콘덴서; 상기 공진 콘덴서와 병렬로 연결되어 상기 직류 전압을 단상 교류 전압으로 변환하는 인버터; 상기 공진 콘덴서 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 단상 교류 전압을 전달받아 교번 자속을 발생시키고, 용해로의 둘레를 감싸고 있는 가열 코일; 상기 인버터의 동작 주파스를 조절하고, 상기 인버터로부터 출력되는 순시 전류 값 및 순시 전압 값을 이용하여 Q 값을 계산하되, 상기 Q 값이 기설정된 한계치 Q 값을 초과한다고 판단되면 경보 신호를 생성하여 출력하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 용해로 시스템을 나타낸 회로이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용해로 시스템은 입력 변압기(310), 정류기(320), 평활부(330), 공진 콘덴서(340) 및 인버터(350)를 포함하여 구성되는 전원 장치부와 인버터(350)로부터 입력 전류를 공급받는 가열 코일(370), 가열되는 피가열체(360), 출력 전압 검출 센서(380) 및 제어기(390)를 포함한다.
입력 변압기(310)는 소정의 고주파 전원 장치로부터 입력되는 전원을 적절한 전압으로 변압하여 정류기(320)로 공급하는 기능을 한다. 통상적으로, 입력 변압기(310)로 공급되는 전원은 3상 380V 이상의 전원이 사용된다.
정류기(320)는 입력 변압기(310)로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로정류하는 기능을 수행하고, 입력 전류가 규정치 이상으로 흐르는 경우 입력 전원을 빠르게 차단하는 기능도 부가적으로 수행한다.
평활부(330)는 정류기(320)의 정류 과정에서 생기는 전압 리플(Ripple)을 줄여 안정된 직류를 만들어 주는 기능을 한다.
공진 콘덴서(340)는 후술할 가열 코일(370)과 함께 공진 에너지를 발생시키는 기능을 한다.
인버터(350)는 평활부(330)로부터 공급되는 직류 전압을 가열 코일(370)에 사용 가능한 단상 교류 전압으로 바꾸는 기능을 하는데, 인버터(350)의 동작 주파수를 공진 콘덴서(340)와 가열 코일(370)로 이루어지는 LC 공진회로의 공진 주파수(Resonance Frequency)에 근접시킬수록 피가열체(360)인 용해로에 공급되는 전력이 커지게 된다.
출력 전압 검출 센서(380)는 인버터(350)로부터 출력되는 전압 값을 검출하여 제어기(390)로 전달한다.
제어기(390)는 피가열체(370)에 공급되는 입력 전력을 계산하고, 계산된 입력 전력이 작업자 등에 의해 미리 입력된 소정의 한계치를 넘지 않도록 인버터(350)의 동작 주파수를 조절한다. 또한, 제어기(390)는 전원 장치부 내의 각 장치의 전압 및 전류가 상한치를 초과하는지를 감시하고, 냉각수를 비롯한 각종 감시 장치로부터의 인터락(Interlock) 신호를 전달받아 전원 장치부가 원활한 동작을 하도록 감시 및 제어한다.
한편, 본 발명의 기술 사상에 따르면 제어기(390)는 피가열체(360)인 용해로내부에 장입된 냉재의 용융 정도 및 공극 발생 정도를 실시간으로 파악하여 경광등(392)을 점멸하거나 부저(394)를 이용하여 경보음을 송출하도록 제어하는 기능도 수행한다. 이러한 경보 기능을 수행하기 위해 제어기(390)는 인버터(350)로부터 출력되는 출력 전류(I) 및 출력 전압(V)의 값을 검출하여 Q 값을 계산하고, 계산된 Q 값이 기 설정된 한계치를 초과하는지를 비교기(미도시) 등을 이용하여 판단한다. 만약, 계산한 Q 값이 기 설정된 Q 값을 초과한다고 판단되면, 제어기(390)는 소정의 경보 제어 신호를 생성하여 경광등(392) 및/또는 부저(394)를 구동시킨다.
본 발명의 기술 사상에 따라 도 3의 고주파 유도 용해로 시스템에서 Q를 계산하는 원리에 대해서는 도 4에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도 용해로 시스템에서 사용되는 Q를 계산하기 위한 RLC 직렬 공진 회로이다.
앞에서 설명한 도 3의 고주파 유도 용해로 시스템의 공진 콘덴서(340), 인버터(350), 피가열체(360) 및 가열 코일(370)은 도 4에 도시된 것과 가변 주파수 전원이 연결된 RLC 직렬 공진회로로 등가적으로 나타낼 수 있다. 도 4에서 참조번호 410은 인버터, C(420)는 공진 콘덴서(340)의 커패시턴스, L(430)은 가열 코일(370)의 등가 인덕턴스, RO(440)는 피가열체(360)의 등가 저항이다.
일반적으로, RLC 직렬 공진회로와 같은 무손실 균일 선로에서의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)는 수학식 1과 같이 표현된다.
수학식 1에서 ZO는 특성 임피던스를 나타낸다. 또한, RLC 직렬 공진회로에서의 Q는 수학식 2와 같이 표현된다.
수학식 2에서 R은 C(420) 또는 L(430)의 무효 전력(Reactive Power)이고, P는 RO의 유효(평균) 전력(Average Power)을 나타낸다. 교류 회로에 흐르는 전류에는 전력의 전송에 기여하는 유효 전류 성분과 기여하지 않는 무효 전류 성분이 있는데, 유효 전류 성분의 크기에 전압의 크기를 곱한 값이 유효 전력이고, 무효 전류 성분의 크기에 전압의 크기를 곱한 값이 무효 전력이다. 여기서, 무효 전력을 계산하기 위한 무효 전류 및 전압은 모두 실효(RMS : Root Mean Square)치이다.
일반적으로, Q는 직렬 및 병렬 공진회로에서 공진 현상이 얼마나 잘 일어나는가를 가늠하는 척도이다. 즉, Q 값이 클수록 공진의 범위는 좁아지면서 공진이 더욱 잘 일어나게 된다. 이러한 Q 값은 수학식 2를 보면 알 수 있듯이 무효 전력의 크기에 비례하는데, 도 3의 고주파 유도 용해로 시스템에서의 무효 전력의 손실은 발열하는 가열 코일(370)에서 발생함을 알 수 있다. 즉, 가열 코일(370)에서 발생하는 무효 전력의 손실량이 작을수록 Q 값이 커진다.
한편, 가열 코일(370)은 피가열체(360)인 용해로를 둘러 싸는 모양으로 감겨지는데, 가열 코일(370)에서의 무효 전력의 손실은 피가열체(360)의 내부에 장입되어 있는 냉재의 양 및 공극의 발생 정도에 따라 변한다. 이에 대해서는 도 5에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따라 Q 값을 이용하여 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 파악하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 5a는 가열 코일이 둘레에 감겨진 용해로 내부에 냉재가 장입된 초기 모습이고, 도 5b는 가열 코일에서 발생하는 고온의 열로 인해 용해로 내부의 냉재가 상당량 용융된 모습이다. 도 3에서 설명하였듯이, 가열 코일(370)로 공급되는 입력 전압은 무효 전력을 발생시키는데, 무효 전력의 손실량은 가열 코일(370)이 감싸고 있는 용해로 내부의 냉재의 양이 많을수록 증가할 것이다.
즉, 도 5a의 초기 상태를 보면 모든 가열 코일(370)이 냉재를 감싸고 있어 가열 코일(370)에서 발생하는 열은 많은 양의 냉재를 용융시키는 데 사용되므로 무효 전력의 손실량이 커지게 된다. 따라서, 수학식 2에서 무효 전력(R)의 손실량이 증가하므로 Q 값도 작아진다. 하지만, 도 5b와 같이 냉재가 상당량 용융된 상태에서는 가열 코일(370)에서 발생하는 열이 도 5a보다는 작은 양의 냉재를 용융시키는 데 사용되므로 무효 전력의 손실량은 작아지게 된다. 따라서, 수학식 2에서 도 5a에 비해 분자의 값이 커지므로 Q 값도 커진다.
한편, 도 3의 가열 코일(370)과 같은 공심 코일(Air-Core Coil)에서와 같이 자속이 전류에 비례하는 경우, 코일의 인덕턴스의 크기는 회로의 기하학적 형태 및주위 매질의 자기적 성질에 의해 좌우된다. 즉, 도 5a의 가열 코일(370)은 둘러 싸고 있는 냉재의 양이 많아 공심 코일 본래의 상태라고 보기가 어렵다(인덕턴스의 크기가 작아진다). 하지만, 도 5b와 같이 냉재가 많이 용융되어 가열 코일(370)이 둘러 싸고 있는 냉재의 양이 적을수록 공심 코일 본래의 상태로 변해간다(인덕턴스의 크기가 커져간다). 따라서, 수학식 2에서 도 5b는 도 5a에 비해 코일의 인덕턴스 값이 증가하므로(분자인 L 값이 커지므로) Q 값이 증가하게 된다.
즉, 수학식 2의 무효 전력 및 코일의 인덕턴스 측면 모두에서 살펴본 경우 도 5a에 비해 도 5b의 경우에서 Q 값이 증가함을 알 수 있다.
한편, 도 5c는 공극의 발생없이 냉재가 정상적으로 용융된 상태이고, 도 5d는 냉재의 용융시 가스나 수증기 등의 발생으로 공극이 생긴 상태이다. 도 5c 및 도 5d도 앞에서 설명한 도 5a 및 도 5b와 동일한 원리로 Q 값의 변화를 설명할 수 있을 것이다. 즉, 도 5c의 경우 가열 코일(370)이 둘러 싸는 용융 상태의 물질의 부피가 도 5d의 상태보다 크므로 도 5d의 상태보다 무효 전력의 손실량은 많고, 인덕턴스의 값은 작으므로 Q 값 역시 도 5d의 상태보다 작아진다.
다시 말해, 용해로 내부의 냉재의 양이 적을수록, 발생된 공극의 부피가 클수록 Q 값이 커진다.
이러한 원리를 도 3에 적용하여 도 3을 다시 살펴보면, 제어기(390)는 인버터(350)에서 출력되는 순시치(Instantaneous Value) 전류(I) 및 전압(V)의 값을 이용하여 무효 전력, 유효 전력 및 Q 값을 계산한다. 제어기(390)는 아래의 수학식 3을 이용하여 무효 전력 및 유효 전력을 계산한다.
(3-1)
(3-2)
수학식 (3-1)에서 Irms는 순시치 I의 실효치, Vrms는 순시치 V의 실효치, P는 유효 전력, mean(I×V)은 I×V의 평균치를 의미한다. 즉, P는 교류 파형의 한 주기 동안의 I와 V를 곱한 값의 평균치이다. 제어기(390)는 수학식 3에 따라 계산된 무효 전력을 유효 전력으로 나눔으로써 Q 값을 산출한다.
한편, 제어기(390)에는 제어기(390)가 연결되는 각 용해로마다 다르게 설정된 한계치 Q 값이 미리 입력되어 있다. 이러한 한계치 Q 값은 제어기(390)가 연결되는 각 용해로에서 다수의 용융 실험을 거쳐 계산된 각 정상 상태의 Q 값의 평균치에 소정의 가중치를 부여하여 설정될 수 있다. 예컨대, 실험 결과 정상 상태의 Q 값이 15인 경우에는 여유분을 고려하여 가중치 1.2 정도를 곱한 18을 한계치 Q 값으로 설정하고, 실제 운용 과정에서 제어기(390)가 계산한 Q 값이 한계치를 초과하는 경우에 경광등(392)이 점멸되고, 부저(394)가 울리게 된다.
이러한 작업을 수행하기 위해 제어기(390)에는 입력되는 I 및 V를 이용하여 Irms, Vrms, R, P 및 Q를 계산하기 위한 소정의 프로그램, 계산된 Q 값과 한계치 Q 값을 비교하기 위한 비교기(Comparator)와 같은 비교 모듈, 마이크로프로세서 등이 내장되어 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 기본적으로 Q 값을 이용하여 고주파 유도 용해로 시스템에서의 냉재의 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경고하지만, 여기에 여러 가지 부가 조건을 부여하여 경고 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 고주파 융도 용해로 시스템으로 인가되는 전압의 파워가 정격 파워의 1/3 이상이면서 Q 값이 한계치 이상인 경우에 경고를 알려 주거나, 여러 가지 조건을 고려한 함수 모듈을 부가하여 경고 여부를 판단하게 할 수도 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
앞에서 설명하였듯이, 종래 고주파 유도 용해로 시스템에서는 냉재의 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 알려 주는 경보 시스템이 전혀 구축되어 있지 않았지만, 본 발명에 따르면 선택 계수 Q 값을 이용하여 냉재의 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 실시간으로 체크하여 경보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 이러한 경보 시스템을 통해 냉재의 장입 불량으로 인한 작업 능률의 저하를 방지하고, 과도한 공극 발생을 미연에 방지함으로써 종래 과도한 공극 발생을 미리 알 수 없어 이미 발생한 큰 부피의 공극를 제거하는 작업 도중 빈번하게발생했던 인명 사고를 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 고주파 전류에 의한 전자 유도 작용을 이용하여 냉재를 용융하는 고주파 유도 용해로 시스템에 있어서,
    고주파 전원 장치로부터 인가되는 전원을 변압하는 입력 변압기;
    상기 입력 변압기와 연결되어 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류기;
    상기 정류기와 병렬로 연결되는 공진 콘덴서;
    상기 공진 콘덴서와 병렬로 연결되어 상기 직류 전압을 단상 교류 전압으로 변환하는 인버터;
    상기 공진 콘덴서 및 상기 인버터와 연결되고, 상기 단상 교류 전압을 전달받아 교번 자속을 발생시키고, 용해로의 둘레를 감싸고 있는 가열 코일; 및
    상기 인버터의 동작 주파스를 조절하고, 상기 인버터로부터 출력되는 순시 전류 값 및 순시 전압 값을 이용하여 Q 값을 계산하되, 상기 Q 값이 기설정된 한계치 Q 값을 초과한다고 판단되면 경보 신호를 생성하여 출력하는 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 마이크로프로세서, 상기 순시 전류 값 및 상기 순시 전압 값을 이용하여 상기 Q 값을 계산하기 위한 프로그램 및 상기 Q 값과 상기 한계치 Q값을 비교하기 위한 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 Q 값은 상기 순시 전류 값 및 상기 순시 전압 값으로부터 계산된 무효 전력을 유효 전력으로 나눔으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무효 전력은 순시 전류의 실효치(RMS Value)와 순시 전압의 실효치를 곱하여 산출되고, 상기 유효 전력은 상기 순시 전류 값과 상기 순시 전압 값을 곱하여 한 주기 동안의 평균값(Mean Value)을 취함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 순시 전압 값은 상기 인버터의 출력측에 연결되는 전압 검출 센서를 이용하여 검출하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 한계치 Q 값은 상기 제어기가 설치되는 각각의 상기 용해로마다 한 번 이상의 실험을 통해 결정되는 정상치 Q 값의 평균값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 한계치 Q 값은 상기 정상치 Q 값에 소정의 양(Positive)의 가중치를 부여하여 설정하는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류기에는 상기 교류 전압의 정류 과정에서 발생하는 전압 리플(Ripple)을 줄여 안정된 직류를 만드는 평활부가 연결되는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기에는 상기 경보 신호에 의해 구동되어 점멸 동작을 하는 경광등 및/또는 경보음을 송출하는 부저가 연결되는 것을 특징으로 하는 장입 불량 및 과도한 공극 발생을 경보하기 위한 고주파 유도 용해로 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105605935A (zh) * 2016-01-27 2016-05-25 安庆市鸿裕工业产品设计有限公司 一种中频炉装料易燃易爆防护模块

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03279780A (ja) * 1990-03-27 1991-12-10 Kubota Corp 高周波誘導電気炉
JP2650121B2 (ja) * 1992-05-26 1997-09-03 新日本製鐵株式会社 複式溶解装置の保全方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200448583Y1 (ko) * 2008-04-25 2010-04-26 현대제철 주식회사 전기로의 출강 통보 장치

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