KR20050121635A

KR20050121635A - 고전류 용접용 전원

Info

Publication number: KR20050121635A
Application number: KR1020040117642A
Authority: KR
Inventors: 도지로버트엘; 쿠켄토드이
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2005-12-27
Also published as: US20050006367A1; MXPA04012579A; CN1712170A; EP1609553B1; KR100643072B1; AU2004237881B2; US7274000B2; JP4246146B2; CN100398244C; AU2004237881A1; TW200600251A; CA2488314C; JP2006007313A; EP1609553A1; CA2488314A1; TWI271256B; BRPI0405980A

Abstract

본 발명은, 전류가 250 암페어 이상인 1차 회로와 최대 전류가 700 암페어 이상인 동작 범위를 갖는 2차 회로를 구비한 출력 변류기의 1차 권선측을 구동시키는 고속 전환 인버터와, 2차 전류를 용접에 적합한 DC 전류로 정류하기 위한 출력 정류기를 포함하는 전기 아크 용접을 위한 인버터 기반의 전원에 관한 것이다.

Description

고전류 용접용 전원{POWER SOURCE FOR HIGH CURRENT WELDING}

본 출원은 2003년 7월 1일자에 출원한 미국 출원 일련 번호 10/615,236호의 계속적 부분 출원이다.

본 출원은 전기 아크 용접 기술에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 용접용 또는 기타 다른 용도의 인버터 기반의 전원에서 이전까지는 달성할 수 없었던 용접 전류를 인버터가 생성할 수 있는 전환 인버터 기반의 전원에 관한 것이다.

본 발명은 잠수 아크 기술을 이용한 전기 아크 용접에 특히 적합한 전원에 관한 것이다. 이러한 형태의 용접 작업에는 종종 1000 암페어 이상의 매우 높은 용접 전류를 필요로 한다. 그 결과, 이러한 용도의 전원은 강력한 변류기를 기반으로 한 입력 전원 장치를 대개 필요로 한다. 최근에, 용접 산업은 큰 부피의 고전력 변류기를 기반으로 한 전원 장치보다는 중량이 적고, 더 좋은 용접 성능, 더 정밀한 파형 제어 기능을 갖는 고속 전환 인버터로 점차 이행되고 있다. 고속 전환 인버터는 반대 방향의 전류를 출력 변류기의 1차 권선을 통과시키는 일련의 페어드 스위치를 포함한다. 변류기의 2차 권선이 출력 정류기에 연결되어, 인버터 기반의 전원의 출력 신호는 대개 DC 전압이다. 그에 따라, 고속 전환 인버터에서의 DC 전압은 출력 변류기와 출력 정류기를 이용해서 DC 출력으로 변환된다. 이 기술은 1990년대 초부터 용접 산업의 표준 기술이 되고 있으며, 용접에 이용된 계획된 인버터 전원의 다수의 특허에 종속되어 있다. 미국 특허 Blankenship 5,349,157호; Blankenship 5,351,175호; Lai 5,406,051호; Thommes 5,601,741호; Kooken 5,991,169호; Stava 6,051,810호; Church 6,055,161호 및 Morguichi 6,278,080호가 현재 전기 아크 용접 분야에 광범위하게 이용되고 있는, 출력 변류기 및 정류기를 이용한 인버터의 모든 예이다. 이들 특허들은 본 발명에 관한 고속 전환 인버터 기반의 전원의 형태를 나타내는 배경 기술로서 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다. 이러한 고효율 전원의 형태의 기원은 출력 전류가 10 암페어 이하로 매우 낮은 조명 및 기타 고정적 부하를 위해 수년 동안 개발된 저전력 회로이다. 그 수년에 걸쳐, 용접 산업에 있어서 기존의 저전류의 고속 인버터 기반의 전원은 출력 전류의 일반적 범위가 200∼300 암페어인 용접 전원으로 변환되고 있다. 저용량 전원이 용접에 필요한 출력 전류를 생성할 수 있는 전원으로 변환하는 데에는 수년 동안 엄청난 비용으로 이루어진 개발 작업이 있었다. 이 개발 작업에 의해 최대 전류 500∼600 암페어 내에서 고출력 전류 용량을 갖는 전기 아크 용접에 적합한 인버터 기반의 전원이 개발되었다. 실제, 미국 오하이오주 클레브랜드에 소재한 Lincoln Electric Company는 500∼600 암페어의 일반적 범위에서 출력 전류 용량을 갖는 전기 아크 용접을 위한 인버터 기반의 전원을 출시하고 있다. 이것은 출력 AC 변류기를 갖는 고속의 전환 인버터를 기반으로 한 고효율 전원의 최고 전류 용량이다. 더 높은 전류는 경제적으로 달성될 수 없었다. 그에 따라, 이들 인버터는 파이프 밀(pipe mill)에서 무거운 파이프 용접을 위한 잠수 아크와 같은 고전류 용접 작업에서 그 자체로는 이용될 수 없었다. 그러한 파이프 밀에서의 잠수 아크 용접에는 AC 전류든 DC 전류든 간에 적어도 약 1000 암페어의 전류를 필요로 하는 각각의 전극과 여러개의 탄뎀 전극이 종종 이용된다. 그에 따라, 인버터 기반의 전원은 탄뎀 전극의 각 전극이 적어도 약 1000 암페어의 용접 전류를 필요로 하기 때문에 파이프 밀의 잠수 아크 용접에는 이용될 수 없었다. Lincoln Electric Company는 잠수 아크 용접 작업 시에 각 전극마다 여러개의 인버터를 사용함으로써 이 문제를 해결하였다. 이 기술은 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되는 Stava 6,291,798호에 전체적으로 개시되어 있다. 여러 인버터들을 조합하여 이용함으로써 파이프 산업은 파이프 부분의 잠수 아크 용접 시에 고효율 인버터 기반의 전원을 이용하게 되었으나, 그것에는 각 전극마다 하나 이상의 개별 전원이 필요하게 되었다. 이것은 고가의 제안이었으나, 정현파 입력 변류기 전원 장치에 기초한 다른 형태의 전원보다 실제적으로 이점이 있었다. 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되는 Stava 6,291,798호는 저전류 인버터 기반의 전원으로 고전류를 달성하는 한가지 방식을 개시하고 있다. Stava 6,365,874호에 개시되어 있는 고출력 전류를 달성하기 위해 함께 연결된 여러개의 저전류 인버터는 인버터로서 칭해진 회로로 나타나 있지만, 본 발명에 관한 회로의 형태는 아니다. Stava 6,365,874호에서 고용량 입력 변류기 및 정류기는 AC 용접 전류를 생성하기 위해 용접 작업을 통해 교호로 전환되는 DC 전압을 생성한다. 이 특허는 전기 아크 용접 용으로 개발된 인버터의 형태와 상이하지만, 고출력 전류를 달성하기 위해 여러개의 인버터를 이용하는 원리를 나타내고 있다. 이러한 형태의 회로는 잠수 아크 용접용의 변류기 기반의 전원을 대신한다. 이 특허는 배경 정보로서 본 명세서에 포함된다. Stava 6,365,874호에 개시된 형태의 회로는 AC 출력 전류가 인버터에 의해 발전되는 본 발명이 지향하는 형태의 인버터의 이용으로 변환될 수 있다. 이 출력 원리는 특정 인버터를 개시하지 않은 Stava 6,111,216호에 개시되어 있다. 이 특허는 참조 문헌으로 포함된다. 이 특허에는 AC 전기 아크 용접용에 정해지지 않은 인버터를 이용하는 원리가 개시되어 있으며, 그 인버터 전류에 상관없이, 극성 반전점에서 고전류가 감소되어 Stava 6,111,216호와 역시 Stava 6,365,874호에 개시된 출력 극성 스위치의 요구 사이즈가 저감된다. 이들 2개의 특허는 AC 출력 전류를 이용하는 경우 본 발명에서 출력 전류의 전환을 제어하는 Stava 6,111,216호에 개시 및 청구된 발명을 실시할 것이기 때문에 배경 정보로서 참조 문헌으로 포함된다. 그러나, 이들 특허는 출력 전환 원리에 관한 개념적인 것이며 어떤 형태의 인버터의 세부 사항에 관한 것이 아니다.

본 발명은 전기 아크 용접에 이용 가능한 원하는 출력 DC 전압을 생성하도록 2차 권선이 정류된 출력 변류기를 갖는 고속 전환 인버터에 관한 것이다. 최근 10년 동안, 이러한 형태의 전원이 전기 아크 용접용으로 변형 및 개발되고 있다. 본 발명은 단일 인버터 기반의 전원의 출력 전류 용량을 사실상 2배화하는 다음 단계를 밟기 위해 이러한 형태의 전원을 추가로 개발한다. 본 발명은 전원에 있어서 여러 변화를 수반하며, 그 변화 중 하나는 전원의 출력에서의 매트릭스 변류기의 이용이고, 이 변류기는 전원의 고전류를 출력 변류기의 1차 권선에서 2차 권선으로 변류시키는 신규한 모듈 원리를 이용한다. 이 변류기에 대한 실제 전기 회로는 변경될 수 있지만, 그 대표 변류기 회로가 본 명세서에 배경 정보로서 참조 문헌으로 포함되는 Blackenship 5,351,175호에 개시되어 있다. 이 변류기 모듈은 변류기의 2차 권선을 형성하는 어셈블리이며, 1차 권선은 그 모듈을 통해 삽입된다. 하나 이상의 모듈이 매트릭스 변류기에 사용된다. 이 기술은 본 명세서에 참조 문헌으로 포함되는 Herbert 4,942,353호에 개시되기 때문에, 매트릭스 변류기의 기술에 대한 설명은 반복하지 않는다. Herbert 5,999,078호에 있어서, 2개의 인접한 자기 코어에는 2차 권선과, 각 모듈이 2차 권선의 절반의 회전수를 포함하는 1차 권선이 설치된다. 이들 모듈은 2차 권선의 일부로서 연결되는 코어를 통해 평평한 도전성 스트림만 제공한다. 1차 권선은 표준 매트릭스 변류기 기술에 따라 모듈을 통해 삽입된다. 주어진 코어에 여러회의 회전수를 갖는 유사한 모듈이 Herbert 6,734,778호에 개시되어 있다. 이들 특허는 매트릭스형 변류기의 2차 권선용으로 이용된 모듈에 관한 종래의 기술을 제시하기 위해 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다.

고용량 전기 아크 용접에 이용되는 표준 인버터 기반의 전원은 변형이 가능하며, 여기서의 변형된 전원은 출력 용접 전류가 700 암페어 이상, 구체적으로 약 1000 암페어인 DC 또는 AC 용접에 이용될 수 있다. 이 기본적 변형은 변류기를 통해 용접 전류의 고전류 이동을 가능하게 하도록 출력 변류기의 2차 권선과 동시에 이용된 신규한 동축 모듈이다. 또, 전원의 입력이 400 볼트 이상의 전압을 갖는 3상 라인 전류에 연결된다. 그에 따라, 보통 수동 회로이지만 능동일 수 있는 정류기 및 역률 보상 입력단에서의 입력 에너지는 비교적 고전압이며, 250 암페어 이상, 양호하게는 300∼350 암페어의 상당히 높은 전류를 갖는다. 이에, 전원의 인버터단은 250 암페어 이상의 전류 용량을 갖는 스위치를 이용하는 것으로 변환되어 출력 변류기의 1차 권선으로의 전류 흐름은 250∼300 암페어이다. 출력 변류기에 신규한 동축 모듈을 구현함으로써, 2차 전류는 대개 1000 암페어가 된다. 이러한 형태의 전류가 잠수 아크 용접에 필요하기 때문에, 고전류 정의에 맞는 전류 레벨이 설계 및 암시되고 있다. 이 원하는 전류 레벨을 얻을 수 있는 인버터 기반의 전원을 설계하는 것이 신규한 원리이다. 700 암페어 이상의 출력 전류를 획득하는 것은 용접 산업에서 이전에 이용 가능한 어떤 출력 전류보다 인버터 기반의 전원의 출력 전류를 상당하게 증가시킨다.

본 발명에 따르면, 전기 아크 용접에 적합한 전원이 제공된다. 이 전원은 출력 변류기의 1차 회로측을 구동시키는 고속 전환 인버터를 포함하고, 상기 출력 변류기의 1차 회로는 250 암페어 이상의 전류에서 동작하고, 상기 출력 변류기의 2차 회로는 최대 전류가 700 암페어 이상인 전류 레벨에서 동작한다. 이 인버터는 파형 기술을 이용해서 컨트롤러가 지시하는 펄스폭 변조기의 제어 하에서 페어드 스위치의 펄스폭 변조를 이용한다. 전원은 2차 전류를 전기 아크 용접에 적합한 DC 전압으로 정류하는 출력 정류기를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 잠수 아크 용접 방법이 제공되며, 이 방법은, 3상 전압이 400 VAC 이상인 전원 장치를 정류하여 DC 신호를 얻는 단계와, 그 DC 신호를 전압 레벨이 400 VDC 이상인 DC 버스로 역률 보상하는 단계와, DC 버스를 고속 전환함으로써 DC 버스를 최대 전류 레벨이 250 암페어 이상인 AC 전류로 인버팅하는 단계와, AC 신호를 700 암페어 이상의 용접 최대 전류 레벨로 변류시키는 단계와, 용접 전류를 잠수 아크 전극에 접속하는 단계와, 전극을 경로를 따라 이동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 DC 전류와 AC 전류 중 하나에서 선택적으로 행해진다. AC 전류 모드에서 행해질 때, 상기 인버팅 단계의 전류 레벨은 Stava 6,111,216호에 교시된 AC 전류의 각각의 극성 반전 전에 감소된다. 이 특허는 일반적인 전환 원리에 관한 것이며, 특정 형태의 인버터에 관한 것이 아니다.

본 발명의 주요 목적은 펄스폭 변조를 이용하여, 이전까지 달성 불가능하였던 700 암페어 이상의 용접 전류를 획득하도록 전원을 설계한 인버터 기반의 전원을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전술한 바와 같이, 출력 변류기의 1차 권선측 상의 약 300 암페어를 상기 출력 변류기의 2차 권선측 상의 약 1000 암페어 이상으로 변환시키는 인버터 출력 변류기에 대한 동축의 모듈 2차 권선을 포함하는 전원을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 용접 작업에 이용되는 적어도 약 700 암페어의 용접 전류의 개발을 수반하는 잠수 아크 용접 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 직경이 0.09 인치를 초과하는 전극과 함께 DC 또는 AC MIG 용접에 이용될 수 있다.

이들 및 다른 방법과 장점은 첨부하는 도면을 참조한 다음의 설명으로부터 분명해 질 것이다.

본 발명은 전극(E)과 워크피스(W) 간의 갭에서의 전기 아크 용접용의 전원(S)에 관한 것이며, 이 전원은 250 암페어 이상의 용량을 갖는 스위치와, 40㎑의 일반 범위의 전환 주파수에서 동작하는 고속 전환 인버터(300)를 포함한다. 양호한 인버터(300)의 세부 사항은 도 1에 도시된 전원(S)에 대하여 도 1b에 도시되어 있다. 이 실시예의 제어 구조가 도 1a에 개략적으로 예시되어 있다. 이제 양호한 실시예의 전원(S)을 참조하면, 전원의 입력단은 전압이 400 볼트 AC를 초과하는 3상 라인 전류이다. 3상 전원(310)은 정류기(312)에 의해 정류되어 라인(320)에 DC 신호를 생성하고, 이 DC 신호는 표준 역률 보상단 또는 회로(330)의 입력측으로 향한다. 이 회로(330)는 수동인 것이 좋으며, 표준 기술에 따라 개략적으로 표시된 인덕터(332)와 커패시터(334)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 라인(340, 342) 양단에 제1 DC 버스를 생성하도록 능동의 역률 보상단(330)에 마찬가지로 적용될 수 있다. 이 DC 버스는 라인(320)에서 피크 전압과 거의 같은 전압을 갖는다. 라인(340, 342)에서 역률 보상된 미리 규정된 DC 버스가 고속 전환 인버터(300)에서의 입력이다. 입력단(310)에 고입력 전압을 제공함으로써, 고전류 및 고전력이 DC 버스(340)에서 이용 가능하여 인버터(300)에서의 극도의 고용량 스위치가 출력 변류기(350)에 고전류를 제공한다. 변류기(350)의 1차 권선(352)은 전류가 300 암페어의 일반 범위에 있는 약 40㎑의 전환 주파수의 교류 전류를 갖는다. 도 11 내지 도 18에 도시하는 신규한 모듈식 매트릭스 변류기를 제공함으로써, 변류기(350)의 2차단은 1차측으로부터 전류를 인수 3∼5배로 증가시킬 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 1차측, 즉 권선(352)과 2차측, 즉 네트워크(360) 간에 전류가 약 3배 증가한다. 그에 따라, 1차 권선(352)에서 300 암페어 이상의 입력 전류는 도 11 내지 도 18에 도시된 모듈을 이용하는, 권선(A1, A2, A3)으로서 도시되는 2차 네트워크 또는 매트릭스 변류기(360)에 약 1000 암페어를 생성한다. 인버터(300)에서의 스위치 쌍의 듀티 사이클은 2차 네트워크(360)에서 전류 흐름을 약 50 및 1000 암페어 사이에서 가능하게 한다. 이 듀티 사이클은 5%와 100% 사이에 있을 수 있다. 변류기(350)의 출력이 정류기(370)에 의해 정류되어 리드(380)에는 포지티브 전압이 생성되고 리드(382)와 중앙 접지(384)에는 네거티브 전압이 생성된다. 그러므로, 전원(S)은 단(310)의 고입력 라인 전압을 전류 범위가 50 암페어 내지 약 1000 암페어인 라인(380, 382)의 제어 DC 전압으로 변환한다. DC 버스(380, 382) 상에서의 전압은 DC 버스(340, 342) 상에서의 전압보다 실질적으로 낮다. 실제로, 이 전압은 100VDC보다 낮다. 표준 용접 기술에 따르면, 용접은 출력 리드(380, 382) 양단에서 전극(E)과 워크피스(W)에 의해 직접 수행될 수 있으나, 본 발명의 양호한 실시예에서의 전원은 DC 용접 모드와 AC 용접 모드 모두에서 동작할 수 있는 특성을 가진 고전류 용량 전원이다. 이 선택도를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 출력 DC 버스(380, 382)에 의해 구동되는 표준 극성 스위치(390)를 포함한다. 이 극성 스위치(390)는 DC 포지티브, DC 네거티브, 또는 AC에서 설정되는 특성이 있다. 극성 스위치(390)에 의해 선택되는 동작의 실제 모드와 상관없이, 본 발명의 양호한 실시예에서의 파형은 미국 오하이오주 클리브랜드에 소재하는 Lincoln Electric Company가 개척한 파형 기술에 의해 제어된다. 이러한 형태의 제어 시스템은 도 1a에 개략적으로 예시하는 구성품을 포함하고, 여기서 전류 측정 션트(400)는 표준 파형 발생기(410)로부터 제2 입력(410A)을 갖는 에러 증폭기(420)로 향하는 출력 리드(402)를 갖는다. 그에 따라, 전원(S)에 의해 수행되는 용접 작업에서의 파형 및 전류는 피드백 라인(402)에서의 실제 전류와 비교함으로써 발생기(410)로부터 출력된 파형 프로파일에 의해 제어된다. 에러 증폭기(420)로서 개략적으로 도시된 비교기는 제어 시스템에서 소프트웨어 구성품이고, 이 비교기는 라인(422) 상에 신호를 출력한다. 라인(422) 상의 신호 레벨은 인버터(300)에서 다양한 스위치 쌍의 듀티 사이클을 제어한다. 실제 제어는 발진기(432)에 의해 구동된 펄스폭 변조기(430)를 통해 이루어진다. 출력(434) 상의 신호는 도 1b에 가장 잘 도시되어 있는 인버터(300)의 컨트롤러(C)로 향한다. 물론, 피드백 제어는 용접 프로세스의 아크 전압, 아크 전류 또는 아크 전력일 수 있다. 가장 흔한 피드백 파라미터인 피드백 전류 제어는 본 발명의 양호한 실시예에서 파형 기술 제어를 나타내는 예시적인 목적으로만 개시된다. 컨트롤러(C), 펄스폭 변조기(430) 및 파형 발생기(410)는 DC 버스(340. 342) 또는 전원(S)의 다른 DC 전압에 연결된 버크(buck) 컨버터에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 예시된 실시예에 있어서, 전원(S)을 제어하는 데 이용된 회로 기판용 제어 전압은 입력 전원 장치(310)의 단상에 의해 구동된 전원 장치(PS)(440)에 의해 제공된다. 전원 장치(440)는 약 15VDC의 제어 전압을 라인(442)에 생성하여 전원(S)에 이용된 다양한 컨트롤러를 구동시킨다. 극성 스위치가 AC 모드에서 동작하는 경우, 약 1000 암페어의 크기를 가질 수 있는 전류는 포지티브 극성과 네거티브 극성 간에 시프트된다. Stava 6,111,216호에 개시되어 있는 바와 같이, 극성 스위치(390)에는 라인(450)이 제공되어 이 라인의 극성 반전 신호가 인버터(300)로 향하게 된다. 극성 스위치가 극성을 변경하는 경우, 인버터는 위상이 다운된다. 이에, 이 신호는 인버터(300)의 출력 전류 크기를 저레벨로 저감시키는데, 이 저레벨은 0∼200 암페어일 수 있다. 극성 스위치(350)는 실제 극성 반전이 이루어지기 전에 라인(380, 382)의 전류가 설정 레벨로 감소될 때까지 대기한다. 이것이 이전 Stava 특허에 상세하게 설명되어 있는, 도 9 및 도 10에 도시한 표준 기술이며, 상기 특허는 이 출력 원리에 관한 것이며 인버터 그 자체의 상세를 나타내지는 않는다.

도 1b에서, 스위치(SW1, SW2)는 게이트 라인(460, 462)에 의해 연합하여 작동된다. 이 스위치들은 상기 라인 상에서의 신호들의 듀티 사이클 관계를 변경하는 PWM에 의해 제어된다. 같은 방법에 있어서, 스위치(SW3, SW4)는 라인(470, 472)의 신호를 게이트함으로써 연합하여 동작된다. 이것은 펄스폭 변조기(430)로부터 라인(434)의 신호에 따라 전환 게이트가 컨트롤러(C)로부터 출력되는 완전 브릿지 고속 전환 인버터 네트워크이다. 이 스위치는 약 50 암페어와 1000 암페어 사이에서 출력 전류를 제어하는 듀티 사이클로 약 40㎑의 주파수에서 동작한다. 커패시터(480)는 인버터(300)용 DC 버스를 구성하는 리드(340, 342) 양단의 전압을 안정시킨다. 본 발명이 나타내는 구현에 따라 전원(S)을 구성함으로써, 전원은 700 암페어 이상의 최대 전류 레벨, 실제로 적어도 약 1000 암페어를 갖는 DC 또는 AC의 용접 전류를 출력할 수 있다. 이것은 고속 전환 인버터 이전에는 절대 이루어지지 않았으며, 1980년대에 존재한 저부하 인버터를 취해서 그것들을 지금까지 달성하지 못한 출력 전류를 갖는 고용량 산업 전원으로 변환시키는 장점을 구성한다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 양호한 실시예가 약간 변형된, 능동 스너버(snubber)(500)가 극성 스위치(390)에서 스위치 각각의 양단에 접속되는 실시예를 나타낸다. 이들 스너버는 동일하기 때문에, 극성 스위치(SW5) 양단의 하나의 스너버만이 도 10에 도시되어 있다. 표준예에 따르면, 다이오드(502)가 커패시터(504)에 직렬로 연결되어 있다. 커패시터의 전압은 스위치(SW5) 양단의 전압이다. 커패시터 양단의 이 전압은 스위치(508)를 제어하는 검출기(506)에 의해 감지된다. 커패시터(504)의 전압이 주어진 레벨로 진행하는 경우, 그 전압은 스위치(508)를 닫음으로써 저항기(510)를 통해 방전된다. 도 9에서 펄스(600, 602)는 극성 스위치(309)의 AC 동작을 나타내는 펄스이다. 극성이 반전되는 것을 나타내는 신호가 라인(450)에 있는 경우에, 인버터(300)는 점(610)에서 낮아지거나 떨어진다. 그 후 전류는 소정의 설정된 전류 레벨(612)에 이를 때까지 감소한다. 그 때, 전류가 실제로 반전된다. 출력 전류가 1000 암페어라면, 그 전류(612)는 300 암페어일 수 있다. 그에 따라, 전류는 양 f만큼 저감되고 레벨 e로서 표현된 크기를 갖는 전류에서만 전환이 일어난다. 이것은 용접 전류의 약 500∼600 암페어 이상을 생성하는 용접 전원이 없는 경우에, Stava 6,111,216호에 개시된 시스템을 구현한 것이다. 스너버 회로(500)를 이용하여, 전류 반전 레벨(612)이 조정될 수 있다. 이 반전 레벨은 극성 스위치(390)에서 스위치 양단에 스너버가 없는 경우에 낮다. 능동 스너버(500)를 이용하여, 포지티브 펄스(600)의 전환점 전류(612)와 네거티브 펄스(602)의 전환점 전류(614)를 더 높은 레벨로 조정할 수 있다. 전원(S)의 출력이 가변 주파수에서 동작하기 때문에, 극성 스위치(390)에서의 스위치들은 스너버를 포함할 수 있거나, 그 스위치들이 능동 스너버 회로(500)를 포함할 수 있거나, 어떤 스너버도 이용하지 않을 수 있다. 스너버링 루틴의 선택은 전류 반전이 극성 스위치(390)에 의해 실제 수행되는 반전 전류점(612, 614)을 결정한다. 도 9와 도 10의 설명은 본 발명에 필수적인 것이 아니라 본 발명을 실시하는 데 이용될 뿐이다. 동일한 것들이 발생기(410)의 다수의 용접 파형에 적용된다. 도 3 내지 도 7은 파형 발생기(410)를 이용한 파형 기술에 의해 발생될 수 있는 다양한 형태의 AC 파형을 나타낸다. 도 3에서, AC MIG 파형(700)은 일 주기(a)를 갖고 포지티브 부분(702)과 네거티브 부분(704)을 포함한다. 부분(702)의 진폭 또는 크기가 x이다. 네거티브 진폭이 y이다. 이 예에서, 더 높은 네거티브 암페어수가 파형(700)에 의해 제공된다. 그 정반대가 도 4에 도시한 파형(710)에 적용되고 여기서 포지티브 부분(712)의 크기(x)가 네거티브 부분(714)의 크기(y)보다 크다. 포지티브 및 네거티브 부분 각각은 파형 발생기(410)의 제어 하에서 파형 기술을 이용해서 인버터(300)의 출력을 펄스폭 변조하는 일반 특성에 따라 복수의 소전류 펄스(z)에 의해 형성된다. 그 전류가 사인파를 2배화한 것이라면, 이것은 본 발명의 양호한 실시예에 채용된 파형 기술을 이용해서 행해질 수 있다. 그러한 결과가 도 5에 예시되어 있으며, 여기서 파형(720)은 포지티브 정현파 부분(722)과 네거티브 정현파 부분(720)을 갖는다. 스위치(390)를 이용한 파형(720)의 포지티브 부분과 네거티브 부분 간의 반전 극성이 필요하기 때문에, 파형은 대개 도 9에 도시한 전류 반전점이 되는 거의 수직적인 전이 부분(726, 728)을 포함한다. AC 용접 파형의 듀티 사이클은 도 6에 나타낸 바와 같이 변할 수 있으며, 여기서 파형(730)은, 일반적인 진폭은 같으나 타이밍 또는 듀티 사이클이 상이한 포지티브 부분(732)과 네거티브 부분(734)을 갖는다. 부분(732)은 시간 길이(c)를, 부분(734)은 시간 길이(d)를 갖는다. 파형의 실제 프로파일에서의 변화와 함께 진폭 및 듀티 사이클에서의 변화를 설명하였다. 도 7은 포지티브 부분(742, 752)과 네거티브 부분(744, 754)을 포함하는 파형(740, 750)을 나타낸다. 파형(740)은 저주파수(f1)를 갖고, 파형(750)은 고주파수(f2)를 갖는다. 도 3 내지 도 7은 전원(S)에 이용된 양호한 제어 구성에 의해 구현될 수 있는 다수의 AC 파형을 나타낸다. DC 용접이 수행되는 경우에, 파형 프로파일은 표준 제어 기술에 따라 파형 발생기(410)에 의해 제어될 수 있다. 도 3 내지 도 7과 도 9 및 도 10은 본 발명의 양호한 실시예의 약간의 변형과 동작 구성품에 관한 것이며, 본 발명의 구현을 제한하려는 것이 아니다.

본 발명은 각 용접 동작 시의 전류가 650 암페어 이상의 일반적 범위에서 크기를 갖는 잠수 아크 용접과 같이, 권선의 직경이 0.090∼0.300 인치의 범위에 있는 대형 직경 전극 권선을 이용한 용접에 주로 사용될 수 있다. 전원(S)은 여러개의 전극이 용접 동작을 수행하기 위하여 탄뎀에 이용되는 경우, 특히 무거운 제조품에 대한 용접 시에 각각의 전극에 적용될 수 있다. 잠수 아크 용접에 본 발명을 이용하는 원리는 기본 전극이 단일 전극(E)인 도 2와 도 8에 개략적으로 예시되어 있다. 도 2에서 워크피스(800)는 전원(S)의 출력 단자(392)에 연결된 전극(E)과 퇴적된 플럭스 베드(802)를 이용해서 용접되는 파이프 결합부이다. 이 결합부는 파이프 밀에서 이음부(seam)이거나 또는 단부 용접될 수 있다. 워크피스(800)를 화살표(804)로 나타내는 전원에 대하여 이동시킴으로써, 전극(E)이 용융되어 이동하는 워크피스 상에 용융된 금속이 퇴적된다. 이것이 표준 잠수 아크 기술이다. 물론, 어떤 상황에서는 파이프의 용접이 AC MIG 프로세스로서 하나 이상의 전극을 이용하는 분야에서 행해진다. 전원(S)이 대략 1000 암페어의 용량을 갖기 때문에, 본 발명의 자연 발생 특징은 각 전극이 약 300 암페어보다 적은 전류를 필요로 하는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 전극(E) 외에 3개의 전극(810, 812, 814)이 도시되어 있다. 전원(S)의 안정된 성질이 4개의 전극을 구동시킬 수 있으며, 그 전극 각각은 일련의 인덕터(820, 822, 824, 826)를 사용해서 약 200 암페어의 용접 전류를 갖는다. 이에, 하나의 전극이 워크피스(800)에 대하여 쇼트되는 경우에, 다른 전극이 계속해서 용접을 수행할 수 있다. 하나의 전원을 이용한 여러 전극의 동작이 전원(S)의 고전류 용량에 의해 가능하다. 이 용량은 인덕터에서의 에너지 저장을 가능하게 하여 하나의 쇼트 회로가 다른 전극으로부터의 모든 전류를 고갈시키지 않을 것이다. 도 2에서의 여러개의 인덕터의 개략적인 예시는 고용량 전원(S)을 갖는 이점을 설명하고자 함이다. 전원(S)은 단일 전극(E)과 이용되는 것이 좋으나, 다수개의 전극 용접이 전원(S)으로 행해질 수 있다. 이것은 AC이든 DC이든 간에 특히 MIG 용접에 유용하다. 본 발명은 파이프 밀에서의 단일 전극(E)에, 그리고 파이프 밀 또는 그 분야에서의 다수개의 전극에 이용된다.

전원(S)를 이용한 잠수 아크 용접 방법을 도 8의 흐름도(900)와 같이 나타내고 있다. 본 발명의 양호한 방법에 따르면, 400 볼트 AC의 3상 라인 전압이 블록(902)에 나타내는 바와 같이 정류된다. 블록(902)의 정류된 출력은 블록(904)과 같이, 능동 또는 양호하게는 수동 역률로 역률 보상된다. 역률 보상 회로(904)의 DC 출력은 블록(906)이 나타내는 바와 같이 300 암페어 이상의 전류 등급을 갖는 AC 신호로 변환된다. 이 고전류는 700 암페어 이상의 레벨로, 대개 1000 암페어의 범위로 증가한 전류를 갖는 2차 권선 AC 신호로 변류된다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 변류기 비율은 약 3:1 내지 4:1 사이이다. 블록(908)에 나타내는 변류 동작으로부터의 고전류는 블록(910)에 의해 나타내는 바와 같이 정류되어, AC 또는 DC 용접 전류를 야기하는 극성 스위치로 향하는 DC 버스를 생성한다. 이 전류는 블록(912)에 나타내는 바와 같이 최대 약 1000 암페어의 크기를 갖는다. 이 높은 용접 전류는 도 2에 나타내는 잠수 아크 전극(E)에 접속된다. 전극은 대개 그 직경이 0.090 내지 0.300의 범위에 있다. 이것은 블록(914)로 나타낸다. 본 발명은 그에 따라 약 0.100보다 큰 직경을 갖는 전극을 이용한 용접에 대개 적용될 수 있다. 그에 따라, 고전류 전원에 의해 구동된 전극은 블록(918)에 나타낸 바와 같이 입자상 플럭스(802)와 함께, 블록(916)에 나타내는 것처럼 워크피스를 따라 이동한다. 이런 식으로, 단일 인버터를 잠수 아크 용접을 수행하는 데 이용한다. 잠수 아크 용접 프로세스에 필요한 전류를 생성하기 위하여 2개의 별도의 인버터 전원을 조합할 필요가 없다.

과거의 고속 전환 인버터를 700 암페어 이상, 대개 1000 암페어 범위에서 출력 용접 전류를 갖는 전원으로 변환하는 것은 도 1에 나타낸 바와 같이 전원(S)의 매트릭스 2차 권선(360)의 모듈식 구성을 이용하여 가능하다. 그에 따라, 출력 2차 권선은 도 1b에 개략적으로 나타내는 바와 같이 여러개의 부분(A1, A2, A3)으로 분리된다. 변류기(350)의 2차측은 도 11 내지 도 18에 나타내고 설명하는 바와 같이, 복수의 모듈(A)을 이용해서 구성된다. 여러개의 모듈(A)은 1차 권선이 2개 이상의 모듈(A)을 통해 삽입되는 매트릭스 변류기에 이용된다. 각각의 모듈은 동일하므로, 하나의 모듈로서 그리고 변류기(350)의 출력에 이용되도록 조합되는 것으로서 설명될 것이다.

모듈(A)은 제1 튜브(12)가 커넥터 홀(16)을 갖는 하부 탭(14)에서 종결되는 제1 어셈블리(10)로 구성된다. 튜브(12)의 중앙 통로(18)는 모듈(A)이 제1 어셈블리(10)만 포함하는 경우에 1차 권선 통로로서 이용된다. 후술하겠지만, 양호한 실시예는 대개 구리로 구성되어 서로의 둘레에 끼워지는 2개의 동축의 도전성 튜브를 끼워서 형성된 2개의 어셈블리를 갖는다. 제1 어셈블리(10)의 제2 튜브(20)는 하부 커넥터 홀(24)과 단자 탭(22)을 포함하고, 중앙의 원통형 통로(26)를 갖는다. 튜브(12)를 튜브(20)에 대하여 고정시키기 위해, 튜브들이 평행하게 이격된 관계에 있도록 제1 점퍼 스트랩(30)이 설치된다. 스트랩(30)에서의 2개의 공간 홀이 튜브(10, 20)의 제1 단부를 둘러싸게 되어 용접 결합부(32)가 튜브를 홀에 고정시킨다. 지금까지 전술한 바와 같이, 점퍼 스트랩은 튜브들의 한 단부에 있고, 그 튜브들은 제2 단부들이 각각 돌출 탭(16, 22)을 갖도록 평행하게 이격되어 있다. 후술하겠지만, 어셈블리(10)만 이용할 수 있으나, 양호한 실시예에서는 튜브(12) 내에 끼워지도록 더 작은 직경의 튜브를 갖는 어셈블리(10)와 사실상 동일한 제2 어셈블리(40)가 필요한 동축 관계를 수반한다. 어셈블리(40)는 권선(P)을 수용하는 중앙 통로(48)와 커넥터 홀(46) 및 하부 탭(44)을 갖는 제3 튜브(42)를 포함한다. 제4 튜브(50)가 커넥터 홀(54)과 하부 탭(52)를 구비하여 제3 및 제4 튜브는 튜브(42, 50)의 상단 또는 제1 단부를 둘러싸는 이격된 개구가 설치된 제2 점퍼 스트랩(60)에 의해 결합될 수 있다. 튜브 둘레에서 용접 결합부(62)는 튜브를 점퍼 스트랩(60)의 홀에 결합시킨다. 이 제2 어셈블리는 튜브(42, 50)의 직경이 튜브(12, 20)의 직경보다 실질적으로 작다는 점을 제외하고 제1 어셈블리와 상당히 유사하다. 튜브들 간의 원통 갭에는 Normex 절연체 슬리브부, 또는 원통(70, 72)이 설치된다. 이 원통형 졀연체 슬리브부는 모듈(A)의 기본 구성품을 구성하는 동축 튜브들을 전기적으로 절연시킨다. 플라스틱 단부 캡(80, 82)에 있어서 캡(80)에는 횡단으로 이격된 2개의 홈부(84)가, 캡(82)에는 2개의 이격된 홈부(86)가 설치된다. 이들 홈부(84, 86) 중 단 하나만 도 12에 도시한다. 다른 홈부들은 동일하기 때문에 설명할 필요가 없다. 모듈(A)의 좌측의 동축 어셈블리의 구성은 도 12에 단면으로 도시한 우측의 동축 어셈블리의 구성과 실제로 동일하다. 도시한 바와 같이, 캡 홈부(84, 86) 사이에는 복수의 도우넛 형상의 페라이트 링 또는 자기 코어(90∼98)가 설치된다. 코어를 중심에 두기 위해서 다수의 실리콘 워셔(100)가 제공되어 헤드(112)를 갖는 볼트(110)가 단부 캡을 함께 클랩핑한다. 이 작용은 이격된 링을 모듈(A)의 동축 튜브 둘레에 유지시킨다. 동축 튜브를 갖는 어셈블리(10, 40)는 아치형의 1차 권선 가이드(122)를 갖는 상위 플라스틱 선단부(120)에 의해 모듈(A) 상에 유지된다. 그 선단부는 횡단으로 이격된 볼트(124)에 의해 단부 판(82) 상에 유지된다. 선단부(120)는 측방향으로 이격된 슬롯(126, 128)을 포함하여 그 선단부는 이격된 점퍼 스트랩(30, 60) 상에 위치하게 됨으로써 어셈블리(10, 40)의 하나의 엣지로부터 중심 위치로 이동될 수 있다. 그 모듈의 중심에서, 플라스틱 선단부는 단부 캡(82)에 볼트 고정된다. 이것은 도 12에 도시하는 위치에서 어셈블리(10, 40)를 모듈(A) 상에 클램핑하고 스트랩(30, 60)을 이격된 관계로 유지시킨다. 동축 튜브는 단부 캡(80, 82)에서 각각 원형 홈부(84, 86)와 동심의 홀(80a, 82a)에 의해 정렬된다. 이들 홀 중 2개는 단부 캡 각각에 위치한다. 워셔(100)는 코어 링(90∼98)에 의해 형성된 원통에 동축 튜브를 그 중심에 위치시킨다.

모듈(A)은 인버터의 1차 권선에 의해 구동되는 고주파 변류기의 2차 권선으로서 연결된다. 이 전기 구성은 홀(132, 134. 136)을 갖는 중앙 탭 커넥터(130)에 의해 직렬로 어셈블리(10, 40)를 연결하는 것을 필요로 한다. 리벳(140)은 홀(132)과 탭(52)을 연결하고, 리벳(142)은 홀(136)과 탭(14)을 연결한다. 중앙 탭(130)을 안정화시키기 위해서, 트랩의 단부에는 도 12에 가장 잘 도시되어 있는 원통의 날개부(144, 146)가 설치된다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 모듈(A)은 다이오드(152, 154)와 출력 단자(156)를 갖는 정류기(150)에 연결된다. 이 구성으로, 단일 동축 모듈은 1차 권선, 즉 권선(P)이 원통형 통로(48, 56)를 통과 삽입되어, 그 모듈은 고주파 변류기의 2차 권선이 된다. 이것은 전기 아크 용접기에 채용되는 경우에 본 발명을 전형적으로 이용한 것이 된다. 본 실시예의 개략 배선도가 도 14에 예시되어 1차 권선(P)과 2차 권선(12/20, 42/50)을 나타낸다.

모듈(A)의 변형에 따르면, 도 15에 도시하는 모듈(A')은 단자 단부(16, 24)를 형성하는 도전성 튜브(12, 20)만으로 된 튜브 어셈블리(10)만 포함한다. 이들 단자는 출력 단자(162, 164)를 갖는 전파(全波) 정류기(160) 양단에 접속된다. 튜브(12, 20)는 단일 튜브일 수 있으나, 본 발명에서는 2개의 튜브가 인덕턴스를 최소화하는데 이용되어 인버터로부터의 1차 권선은 중앙 권선 수용 개구(18, 26)를 통과하여 점퍼(30) 둘레에 있게 된다.

복수의 모듈(A)이 구성되어 도 16에 전극(E)과 워크피스(W)로 표시되는 용접기에 고주파 변류기를 제공한다. 전원(S)에 이용된 이 매트릭스 변류기 원리는 도 16 내지 도 18에 개략적으로 예시되어 있고, 이들 도면에서 모듈(A1, A2, A3)은 도 18에 도시한 다중 모듈 어셈블리의 한 단부의 단부 스트랩(190, 192)에 의해, 다른 단부 상에서의 단부 스트랩(194, 196)에 의해 서로 결합된다. 볼트는 모듈(A1, A2, A3) 둘레에 프레임을 클램핑 및 조립하여 도 18에 도시하는 바와 같은 구성이 되며, 도 18에서 각각의 통로 세트(48, 56)는 평행하고 나란한 관계로 정렬된다. 도 18에 도시한 어셈블리에 대한 배선도가 도 16에 도시되어 있고, 이 도 16에서 단자(156)는 단자(170)과 평행하게 연결되고 중앙 탭(148)은 단자(172)에 병렬로 연결된다. 하나 이상의 인버터의 1차 권선이 도 17의 배선도에 개략적으로 도시되어 있다. 인버터(200)는 1차 권선(P1)에 AC 전류를 생성한다. 같은 방법으로, 인버터(202)는 1차 권선(P2)에 AC 전류를 제공한다. 이들 2개의 1차 권선은 모듈(A1, A2, A3)을 통해 삽입된다. 실제로, 2개의 1차 권선이 도 18의 매트릭스 변류기에 이용되나, 단일 권선 역시 이러한 형태의 매트릭스 변류기에 이용된다. 도 16 내지 도 18은 도 11 내지 도 13의 동축의 2차 변류기 모듈(A)이 단일 2차 권선으로서 또는 매트릭스 변류기에서의 평행한 2차 권선으로서 이용될 수 있다는 것만 예시하고 있다. 다른 구성은 인버터(300)와 극성 스위치(390) 사이에서 변류기(350)용 2차 권선으로서 모듈(A)을 이용한다. 모듈(A)에서 튜브식의 동축 도전체는 개별 튜브의 중심축 둘레에서 가늘고 긴 리본 나선에 의해 대체될 수 있다. 그러한 나선 구성도 동심 튜브 간에 동축 관계를 여전히 제공한다. "튜브"란 용어는 지금까지 전술한 바와 같이 연속적인 튜브 도전체를 정의하지만, 다른 실시예에서 이용되는 나선 튜브를 나타낼 수도 있다.

변류기(350)의 2차 권선(360)에 신규한 동축 모듈을 이용함으로써, 스위치(SW1∼SW4)의 전류 등급을 약 300 암페어 레벨까지 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 인버터(300)의 출력은 펄스폭 변조기(430)가 나타내는 상태로 완전하게 등급 상승한 전류를 갖는다. 이것은 1차 권선(352)에 350 암페어를 생성한다. 동축 매트릭스 변류기를 이용하여 달성된 회전수 비 3:1 내지 4:1로, 용접용 출력 전류는 약 1000 암페어에 이른다. 이것은 용접 산업에서 절대 이루어질 수 없었던 것이며 보통 저전력 인버터 기반의 전원을 1000 전류 잠수 아크 용접 방법을 구동할 수 있는 산업적 전원의 완전히 새로운 형태로 변환시킨다. 양호한 실시예는 듀티 사이클을 조정하는 펄스폭 변조기에 의해 제어될 수 있다. 이와 다르게, 일부 용접 인버터에서 행해지는 위상 시프트를 조정하는 펄스폭 변조기에 의해서도 제어될 수 있다.

도 1은 본 발명의 양호한 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 1a는 본 발명의 양호한 실시예에 이용된 파형 기술 제어 방식의 부분적 논리도이다.

도 1b는 본 발명의 양호한 실시예에 이용된 신규한 출력 변류기와 고속 전환 속도 인버터단의 개략 배선도이다.

도 2는 본 발명을 이용함에 따른 추가 이점을 나타내는 잠수 아크 용접에 이용되는 본 발명의 개략도이다.

도 3 내지 도 7은 본 발명을 이용함으로써 달성될 수 있는 대표적 형태의 전류 패턴 및 프로파일의 전류 그래프이다.

도 8은 잠수 아크 용접에 본 발명의 양호한 실시예를 이용한 방법의 흐름도이다.

도 9는 Stava의 미국 특허 6,11,216호(이하, Stava 6,11,216호로 기재)에 개시 및 청구된 기술을 채용하는 본 발명의 양태를 나타내는 전류 그래프이다.

도 10은 도 9에 개략적으로 나타낸 극성 반전 전류의 레벨을 조정하기 위한 본 발명의 양호한 실시예의 변형을 나타내는 배선도이다.

도 11은 본 발명의 양호한 실시예에 이용된 모듈의 그림도이다.

도 12는 동심 튜브 구성의 부분적 단면을 나타내는, 도 11의 모듈의 측입면도이다.

도 13은 도 11과 도 12에 도시된 모듈의 전류 흐름을 나타내는 개략적 배선도이다.

도 14는 평행한 동심 튜브 모듈을 통과하여 삽입된 단일 1차 권선과 결합된, 도 11 내지 도 13에 도시한 모듈의 배선도이다.

도 15는 전파 출력 정류기와 2개의 평행 튜브를 이용하는 변형 모듈을 나타내는 도 13과 유사한 개략적 배선도이다.

도 16은 전기 아크 용접기용 전원의 출력 변류기의 출력으로서 연결된, 도 11 내지 도 13에 도시한 3개의 모듈을 나타내는 배선도이다.

도 17은 도 16에 개략적으로 표현하였고 도 11 내지 도 13 및 도 18에 상세하게 도시한, 모듈에 삽입된 1차 권선 및/또는 권선들에 이용되는 고속 전환 인버터의 개략 배선도이다.

도 18은 도 11 내지 도 13에 나타낸 것으로서 도 1의 전원에 이용 가능한 복수의 모듈을 이용하는 도 16에 도시된 바와 같이 연결된 3개의 모듈의 그림도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300: 고속 전환 인버터

310: 3상 전원

312, 370: 정류기

330: 역률 보상 회로

390: 극성 스위치

410: 파형 발생기

430: 변조기

432: 발진기

Claims

전기 아크 용접용 전원으로서,

전류가 250 암페어 이상인 1차 회로와, 최대 전류가 700 암페어 이상인 동작 범위를 갖는 2차 회로를 구비한 출력 변류기의 1차 권선측을 구동시키는 고속 전환 인버터와,

2차 전류를 용접에 적합한 DC 전류로 정류시키기 위한 출력 정류기를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제1항에 있어서, 상기 2차 회로는 다수개의 개별 용접 모듈을 포함하고, 그 각각의 모듈은 소정의 전류 용량을 가지며, 평행하게 연결되어 전체 출력 용접 전류가 상기 개별 용접 모듈의 전류의 합이 되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, 상기 모듈 각각은 제1 및 제2 단부를 갖는 제1 도전성 튜브와, 상기 제1 도전성 튜브와 전체적으로 평행하게 인접 배치되고 제1 및 제2 단부를 가지며, 상기 1차 회로의 하나 이상의 1차 권선을 수용하는 가늘고 긴 중앙 통로를 갖는 제2 도전성 튜브와, 튜브들 각각을 둘러싸는 자기 코어와, 상기 튜브들의 제1 단부를 결합하는 점퍼 스트랩과, 상기 튜브들의 제2 단부에서 커넥터를 형성하는 회로를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제3항에 있어서, 상기 자기 코어 각각은 상기 튜브들 중 하나의 둘레에 복수의 도우넛 형상의 링을 각각 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제4항에 있어서, 평행한 튜브들의 중앙 통로 사이에 가이드 면을 갖는 상기 점퍼 스트랩 위에 마련된 선단편을 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제3항에 있어서, 평행한 튜브들의 중앙 통로 사이에 가이드 면을 갖는 상기 점퍼 스트랩 위에 마련된 선단편을 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제6항에 있어서, 제1 및 제2 단부를 갖는 제3 도전성 튜브와, 제1 및 제2 단부를 갖는 제4 도전성 튜브와, 상기 제3 및 제4 튜브의 제1 단부들을 서로에 대하여 그리고 제1 및 제2 튜브에 대하여 평행한 관계로 결합하는 제2 점퍼 스트랩을 포함하는 도전성 어셈블리로서, 상기 제3 및 제4 평행 튜브는 상기 제1 및 제2 튜브의 통로에 각각 끼워지고, 상기 제1 및 제2 점퍼 스트랩이 서로 이격되어 있는 상기 1차 회로의 1차 권선 또는 권선들을 수용하는 가늘고 긴 통로를 갖는 것인 도전성 어셈블리와, 상기 제1 및 제3 튜브 사이에 있는 제1 튜브식 절연체와, 상기 제2 및 제4 튜브 사이에 있는 제2 튜브식 절연체와, 상기 도전성 어셈블리를 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부에 결합하여 상기 튜브들을 직렬 회로가 되게 하는 중앙 탭 커넥터를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부와 상기 제3 및 제4 튜브 중 하나의 한 단부는 정류기에 연결되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제7항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩 사이에 개재된 절연체를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제4항에 있어서, 제1 및 제2 단부를 갖는 제3 도전성 튜브와, 제1 및 제2 단부를 갖는 제4 도전성 튜브와, 상기 제3 및 제4 튜브의 제1 단부들을 서로에 대하여 그리고 제1 및 제2 튜브에 대하여 평행한 관계로 결합하는 제2 점퍼 스트랩을 포함하는 도전성 어셈블리로서, 상기 제3 및 제4 평행 튜브는 상기 제1 및 제2 튜브의 통로로 각각 끼워지고, 상기 제1 및 제2 점퍼 스트랩이 서로 이격되어 있는 상기 1차 회로의 1차 권선 또는 권선들을 수용하는 가늘고 긴 통로를 갖는 것인 도전성 어셈블리와, 상기 제1 및 제3 튜브 사이에 있는 제1 튜브식 절연체와, 상기 제2 및 제4 튜브 사이에 있는 제2 튜브식 절연체와, 상기 도전성 어셈블리를 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부에 결합하여 상기 튜브들을 직렬 회로가 되게 하는 중앙 탭 커넥터를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부와 상기 제3 및 제4 튜브 중 하나의 한 단부는 정류기에 연결되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제10항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩 사이에 절연체를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제3항에 있어서, 제1 및 제2 단부를 갖는 제3 도전성 튜브와, 제1 및 제2 단부를 갖는 제4 도전성 튜브와, 상기 제3 및 제4 튜브의 제1 단부들을 서로에 대하여 그리고 제1 및 제2 튜브에 대하여 평행한 관계로 결합하는 제2 점퍼 스트랩을 포함하는 도전성 어셈블리로서, 상기 제3 및 제4 평행 튜브는 상기 제1 및 제2 튜브의 통로로 각각 끼워지고, 상기 제1 및 제2 점퍼 스트랩이 서로 이격되어 있는 상기 1차 회로의 1차 권선 또는 권선들을 수용하는 가늘고 긴 통로를 갖는 것인 도전성 어셈블리와, 상기 제1 및 제3 튜브 사이에 있는 제1 튜브식 절연체와, 상기 제2 및 제4 튜브 사이에 있는 제2 튜브식 절연체와, 상기 도전성 어셈블리를 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부에 결합하여 상기 튜브들을 직렬 회로가 되게 하는 중앙 탭 커넥터를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 튜브 중 하나의 제2 단부와 상기 제3 및 제4 튜브 중 하나의 한 단부는 정류기에 연결되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제13항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩 사이에 개재된 절연체를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제6항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩은 중앙 탭인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제5항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩은 중앙 탭인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제4항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩은 중앙 탭인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제3항에 있어서, 상기 점퍼 스트랩은 중앙 탭인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, 상기 모듈 각각은 튜브식 절연체에 의해 분리되는 동심의 끼워진 도전성 튜브의 제1 동축 세트와, 튜브식 절연체에 의해 분리되는 동심의 끼워진 도전성 뷰트의 제2 동축 세트와, 상기 세트 각각을 둘러싸는 자기 코어로서, 세트 각각은 상기 1차 회로의 적어도 하나의 1차 권선을 수용하는 가늘고 긴 중앙 통로를 갖는 것인 자기 코어, 및 상기 세트의 튜브들을 직렬 회로가 되게 연결하는 도전체를 포함하는 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, 상기 고속 전환 인버터는 20㎑ 이상의 주파수에서 동작하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제1항에 있어서, 상기 고속 전환 인버터는 20㎑ 이상의 주파수에서 동작하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, 전압이 약 400VAC 이상인 3상 입력 전원 장치를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제1항에 있어서, 전압이 약 400VAC 이상인 3상 입력 전원 장치를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제24항에 있어서, 상기 입력 전원 장치와 상기 인버터 사이에 개재된 역률 보상 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제25항에 있어서, 상기 역률 보상 회로는 수동 회로인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제23항에 있어서, 상기 입력 전원 장치와 상기 인버터 사이에 개재된 역률 보상 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제27항에 있어서, 상기 역률 보상 회로는 수동 회로인 것인 전기 아크 용접용 전원.
제28항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제29항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제30항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제29항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제27항에 있어서, 상기 인버터는 상기 펄스폭 변조기가 구동하는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제33항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제34항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제33항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제26항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제37항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제38항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제37항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제25항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제41항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제42항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제41항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제24항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제45항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제46항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제45항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제23항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제49항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제50항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제49항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제22항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제53항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제54항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제53항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제21항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제57항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제58항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제57항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제61항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제62항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제61항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제1항에 있어서, 상기 인버터는 펄스폭 변조기에 의해 제어되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제65항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 상기 인버터의 위상 시프트를 제어하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제66항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제65항에 있어서, 상기 펄스폭 변조기는 파형 발생기에 의해 구동되는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제65항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제61항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제57항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제53항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제49항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제45항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제41항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제37항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제33항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제29항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제28항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제27항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제26항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제25항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제24항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제23항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제22항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제21항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제2항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제1항에 있어서, DC 전압은 DC 모드 및/또는 AC 모드에서 동작하는 극성 스위치로 향하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제88항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제87항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제65항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제61항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제24항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제22항에 있어서, 상기 전원은 잠수 아크 전극과 이동 장치에 연결되어 상기 전극을 용접되는 워크피스에 비례해서 이동하게 하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제88항에 있어서, 상기 극성 스위치는 AC 용접 시에 극성 반전이 있는 경우에 극성 반전 신호를 생성하여, 그 극성 반전 신호를 상기 인버터에 접속하는 회로와, 상기 극성 반전 신호에 응답하여 상기 변류기의 1차 전류를 저감시키는 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
제87항에 있어서, 상기 극성 스위치는 AC 용접 시에 극성 반전이 있는 경우에 극성 반전 신호를 생성하여, 그 극성 반전 신호를 상기 인버터에 접속하는 회로와, 상기 극성 반전 신호에 응답하여 상기 변류기의 1차 전류를 저감시키는 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 전원.
워크피스 상에서의 경로를 따른 잠수 아크 용접 방법으로서,

(a) 전압이 400VAC 이상인 3상 전원 장치를 정류하여 DC 신호를 획득하는 단계와,

(b) 상기 DC 신호를 전압 레벨이 400VDC 이상인 DC 버스로 역률 보상하는 단계와,

(c) 상기 DC 버스를 고속 전환함으로써 상기 DC 버스를 최대 전류 레벨이 250 암페어 이상인 AC 신호로 인버팅하는 단계와,

(d) 상기 AC 신호를 최대 전류 레벨이 700 암페어 이상인 용접 전류로 변류시키는 단계와,

(e) 상기 용접 전류를 상기 워크피스로부터 이격된 잠수 아크 전극에 접속하는 단계와,

(f) 상기 전극을 상기 워크피스에 비례하고 그리고 상기 경로를 따라 이동시키는 단계를 포함하는 잠수 아크 용접 방법.
제97항에 있어서, 상기 용접 전류는 DC 및 AC 전류 사이에서 선택되는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제97항에 있어서, 상기 용접 전류는 상기 용접 전류의 극성 반전이 교호하는 AC 전류인 것인 잠수 아크 용접 방법.
제99항에 있어서, 극성 반전 전에 상기 인버팅 단계에서의 전류 레벨을 저감시키는 단계를 포함하는 잠수 아크 용접 방법.
제97항에 있어서, 상기 전극은 그 직경이 적어도 0.090 인치인 것인 잠수 아크 용접 방법.
경로를 따른 잠수 아크 용접 방법으로서,

(a) 전압이 400VAC 이상인 3상 전원 장치를 정류하여 DC 신호를 획득하는 단계와,

(b) 상기 DC 신호를 전압 레벨이 400VDC 이상인 DC 버스로 역률 보상하는 단계와,

(c) 상기 DC 버스를 고속 전환함으로써 상기 DC 버스를 최대 전류 레벨이 250 암페어 이상인 AC 신호로 인버팅하는 단계와,

(d) 상기 AC 신호를 최대 전류 레벨이 700 암페어 이상인 용접 전류로 변류시키는 단계와,

(e) 상기 용접 전류를 직경이 0.090 이상인 잠수 아크 전극에 접속하는 단계와,

(f) 상기 전극을 상기 경로를 따라 이동시키는 단계를 포함하는 잠수 아크 용접 방법.
제102항에 있어서, 상기 용접 전류는 DC 및 AC 전류 사이에서 선택되는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제102항에 있어서, 상기 용접 전류는 상기 용접 전류의 극성 반전이 교호하는 AC 전류인 것인 잠수 아크 용접 방법.
제104항에 있어서, 극성 반전 전에 상기 인버팅 단계에서의 전류 레벨을 저감시키는 단계를 포함하는 잠수 아크 용접 방법.
제102항에 있어서, 상기 전극은 그 직경이 적어도 0.090 인치인 것인 잠수 아크 용접 방법.
제102항에 있어서, 상기 변류 단계는 적어도 3개의 2차 권선이 병렬로 연결된 변류기에 의해 이루어지는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제107항에 있어서, 상기 변류 단계는 한 극성에서 전류용 제1의 1차 권선과 반대 극성으로 전류용 제2의 1차 권선을 갖는 변류기에 의해 이루어지는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제102항에 있어서, 상기 변류 단계는 한 극성에서 전류용 제1의 1차 권선과 반대 극성으로 전류용 제2의 1차 권선을 갖는 변류기에 의해 이루어지는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제109항에 있어서, 상기 1차 권선에서의 전류는 그 1차 권선의 대향 단부 상에 있는 한 쌍의 스위치의 듀티 사이클에 의해 결정되는 것인 잠수 아크 용접 방법.
제108항에 있어서, 상기 1차 권선에서의 전류는 그 1차 권선의 대향 단부 상에 있는 한 쌍의 스위치의 듀티 사이클에 의해 결정되는 것인 잠수 아크 용접 방법.