KR20060102737A

KR20060102737A - Arc jet power supply apparatus

Info

Publication number: KR20060102737A
Application number: KR1020050024637A
Authority: KR
Inventors: 박형진
Original assignee: 주식회사 다원시스
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28
Also published as: KR100710831B1

Abstract

본 발명은 아크젯 전원 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인버터와 전류 제한용 리액터를 이용한 아크젯 전원 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an arcjet power supply, and more particularly, to an arcjet power supply using an inverter and a current limiting reactor.

본 발명은, 출력 주파수가 f이고, 출력 전압이 V이고, 출력 전류가 I인 교류를 공급하는 교류 전원 공급부, 인덕턴스가 L이고, 교류 전원 공급부로부터 공급되는 교류에 대하여 임피던스로 동작하는 리액터 및 리액터를 통하여 인가되는 교류 전원 공급부의 출력 전압을 고압 전압으로 승압시켜 외부 전극으로 인가하여 아크를 발생케 하는 변압기를 포함하며, 리액터의 인덕턴스 L은 상기 변압기의 2차 측 단락 시, 상기 교류 전원 공급부에 정격 전류 I_rate이하의 전류가 흐르도록,

로 선택된다.The present invention provides an AC power supply unit for supplying an alternating current having an output frequency of f, an output voltage of V, and an output current of I, a reactor and a reactor operating at impedance with respect to an alternating current supplied from an AC power supply with an inductance of L. It includes a transformer for boosting the output voltage of the AC power supply applied through the high voltage to apply to the external electrode to generate an arc, the inductance L of the reactor when the secondary side of the transformer short-circuit To flow a current below the rated current I _rate ,

Is selected.

본 발명은 고전압의 인가로 두 전극 사이에 아크가 발생된 단락 상태에서 손실 없이 아크 전류를 제한할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of limiting the arc current without loss in the short-circuit state in which the arc is generated between the two electrodes by the application of a high voltage.

컨버터, 인버터, 리액터, 변압기, 전해 커패시터, 블로킹 커패시터 Converters, Inverters, Reactors, Transformers, Electrolytic Capacitors, Blocking Capacitors

Description

Arcjet Power Supply {ARC JET POWER SUPPLY APPARATUS}

도1은 종래 기술에 따른 아크젯 전원 장치의 주요 구성도,1 is a main configuration of the arc jet power supply according to the prior art,

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크젯 전원 장치 블록 구성도,2 is a block diagram of an arcjet power supply according to an embodiment of the present invention;

도3은 도2의 아크젯 전원 장치의 주요 회로도,3 is a main circuit diagram of the arcjet power supply of FIG.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치로 인가된 고전압에 의해 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태를 도시한 도면,4 is a view illustrating a short circuit state in which arcs are generated at two electrodes due to a high voltage applied to an arcjet power supply according to an embodiment of the present invention;

도5는 도4의 단락 상태에 가스를 주입하여 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가지는 상태를 도시한 도면,FIG. 5 is a view illustrating a state in which an arc generated at two electrodes has an impedance by injecting gas into a short state of FIG. 4; FIG.

도6a는 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태 및 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가진 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 출력 전류(I_o)의 크기를 컴퓨터 시뮬레이션 한 그래프,Figure 6a is a computer simulation of the magnitude of the output current (I _o ) of the arc jet power supply apparatus according to an embodiment of the present invention in the short circuit state and the arc generated in the two electrodes with the impedance of the two electrodes graph,

도6b는 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태 및 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가진 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 출력 전압(V_o)의 크기를 컴퓨터 시뮬레이션 한 그래프이다.Figure 6b is a computer simulation of the magnitude of the output voltage (V _o ) of the arcjet power supply according to an embodiment of the present invention in the short circuit state and the arc generated in the two electrodes with the impedance of the two electrodes. It is a graph.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110 : 컨버터 120 : 인버터110: converter 120: inverter

130 : 리액터 140 :변압기130 reactor 140 transformer

150 : 메인 컨트롤러 160 : 전해 커패시터150: main controller 160: electrolytic capacitor

162 : 블로킹 커패시터162: blocking capacitor

일반적으로, 아크젯(Arc Jet)이란 텅스텐 등으로 만들어진 두 전극 사이에 고전압 전원을 인가하고 이때 발생되는 아크에 질소 또는 산소, 질소 혼합 가스를 주입시켜 플라즈마를 발생시키는 것으로서 글라이드 아크(glide arc)라고도 말하며, 매탄을 수소로 바꾸는 연료개질, 열분해, 코팅 및 국부세정 등에 응용된다.In general, an arc jet is a glide arc that generates a plasma by applying a high voltage power between two electrodes made of tungsten, and injecting nitrogen, oxygen, or nitrogen mixed gas into the arc generated at this time. It is applied to fuel reforming, pyrolysis, coating and local cleaning which converts methane into hydrogen.

이러한 아크젯을 이용하는 전원 장치로서 종래에는 도1에 도시된 바와 같은 구조가 일반적으로 채용되었다. 도시된 바와 같이 종래의 아크젯 전원 장치는 두 전극 사이에 고전압을 발생시키며, 전극에서 발생되는 큰 아크 전류를 전류 제한 저항(R_LIMIT)을 통하여 제한한다. As a power supply apparatus using such an arc jet, a structure as shown in Fig. 1 is generally employed. As shown, the conventional arcjet power supply generates a high voltage between two electrodes, and limits a large arc current generated at the electrode through the current limiting resistor R _LIMIT .

따라서 전류 제한 저항(R_LIMIT)에 의한 손실이 발생하게 되며, 전류 제한 저항 의 전압 강하를 고려하여 보다 큰 전압이 필요한 문제점이 있다.Therefore, a loss occurs due to the current limiting resistor (R _LIMIT ), and there is a problem that a larger voltage is required in consideration of the voltage drop of the current limiting resistor.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 전류 제한 리액터를 이용하여 전류 제한 저항에 의해 전류의 손실이 발생하지 않는 아크젯 전원 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an arcjet power supply device in which a current loss does not occur by a current limiting resistor using a current limiting reactor.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 출력 주파수가 f이고, 출력 전압이 V이고, 출력 전류가 I인 교류를 공급하는 교류 전원 공급부, 인덕턴스가 L이고, 상기 교류 전원 공급부로부터 공급되는 교류에 대하여 임피던스로 동작하는 리액터 및 상기 리액터를 통하여 인가되는 상기 교류 전원 공급부의 출력 전압을 고압 전압으로 승압시켜 외부 전극으로 인가하여 아크를 발생케 하는 변압기를 포함하며, 상기 리액터의 인덕턴스 L은 상기 변압기의 2차 측 단락 시, 상기 교류 전원 공급부에 정격 전류 I_rate이하의 전류가 흐르도록,

로 선택되는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, the present invention provides an AC power supply for supplying an AC having an output frequency of f, an output voltage of V, and an output current of I, an AC having an inductance of L, and an AC supplied from the AC power supply. Reactor operating in impedance with respect to the transformer and a transformer for increasing the output voltage of the AC power supply applied through the reactor to a high voltage to apply to an external electrode to generate an arc, the inductance L of the reactor is the transformer When the secondary side short-circuited, the AC power supply current flows below the rated current I _rate ,

Is preferably selected.

여기에서, 상기 교류 전원 공급부는, 외부 전원으로부터 교류를 입력받아 직류로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 입력받은 직류를 일정 시간 간격으로 스위칭 함으로써 원하는 주파수와 듀티 레이쇼(duty ratio)를 가지는 교류로 변환하여 출력하는 인버터를 포함한다.Herein, the AC power supply unit converts an AC from an external power source into an AC and converts the DC into an AC having a desired frequency and duty ratio by switching the DC input from the converter at a predetermined time interval. And an inverter for outputting.

또한 상기 컨버터와 인버터사이에 상기 컨버터로부터 입력받은 직류를 평활케 하는 전해 커패시터가 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that an electrolytic capacitor that smoothes the direct current received from the converter is connected in parallel between the converter and the inverter.

또한 상기 교류 전원 공급부의 출력 주파수 f가 일정할 때, 상기 교류 전원 공급부의 출력 전류 I는 교류 전원 공급부의 출력 전압 V의 제어를 통하여 제어되는 것이 바람직하다.In addition, when the output frequency f of the AC power supply is constant, the output current I of the AC power supply is preferably controlled through the control of the output voltage V of the AC power supply.

또한 상기 교류 전원 공급부와 리액터사이에 상기 변압기로 유입되는 직류 전압을 차단하기 위한 블로킹 커패시터가 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a blocking capacitor is connected in series between the AC power supply unit and the reactor to block the DC voltage flowing into the transformer.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 블록 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치는 두 전극 사이에 플라즈마가 발생되는데 필요한 에너지를 공급하는 공급원으로서, 컨버터(110), 인버터(120), 리액터(130), 변압기(140), 컨버터 드라이브(151), 인버터 드라이브(152), 고전압 센서(154), 메인 컨트롤러(150) 및 디스플레이(152)를 포함한다.Figure 2 is a block diagram of an arcjet power supply according to an embodiment of the present invention. As shown, the arcjet power supply according to an embodiment of the present invention is a supply source for supplying the energy required to generate a plasma between two electrodes, the converter 110, the inverter 120, the reactor 130, a transformer ( 140, a converter drive 151, an inverter drive 152, a high voltage sensor 154, a main controller 150, and a display 152.

상기 컨버터(converter)(110)는 외부 전원(10)으로부터 교류를 입력받아 직류로 변환하는 정류(rectifying) 기능을 수행한다. 외부 전원(10)은 3상 교류 220V 인 것이 바람직하다. The converter 110 performs a rectifying function of receiving an alternating current from an external power supply 10 and converting it to a direct current. The external power supply 10 is preferably three-phase AC 220V.

상기 인버터(inverter)(120)는 컨버터(110)를 통해 정류된 직류를 교류로 변환한다. 인버터(120)는 직류를 일정 시간 간격으로 스위칭 함으로써, 원하는 주파수와 듀티 레이쇼(duty ratio)를 가지는 교류로 변환할 수 있다. 여기에서 원하는 주파수는 수백 Hz에서 수십 KHz일 수 있다.The inverter 120 converts the direct current rectified through the converter 110 into an alternating current. The inverter 120 may switch the direct current into an alternating current having a desired frequency and a duty ratio by switching the direct current at predetermined time intervals. The desired frequency here can be from several hundred Hz to tens of KHz.

컨버터(110)와 인버터(120)사이에는 컨버터(110)로부터 정류된 직류를 평활케 하는 전해 커패시터(160)가 삽입되어 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.Between the converter 110 and the inverter 120, an electrolytic capacitor 160 for smoothing the direct current rectified from the converter 110 is inserted and connected in parallel.

상기 리액터(reactor)(130)는 교류에서 임피던스(impedance)로 동작하는 구성요소로서, 인버터(120)에 의해 변환된 교류 전류를 제한한다. 리액터(130)의 인덕턴스(inductance)는 아래 수학식 1과 같이 변압기(140)의 2차 측 단락을 기준으로 인버터(120)에 정격 전류 이하의 전류가 흐를 수 있도록 선택될 수 있다. 여기 에서 변압기(140)의 2차 측 단락이란 두 전극(20) 사이에 인가된 고 전압으로 두 전극(20) 사이에 아크가 발생되고, 발생된 아크로 인하여 두 전극(20)이 단락된 상태에서 아크 전류가 흐르는 상태를 의미한다.The reactor 130 is a component that operates from an alternating current to an impedance and limits the alternating current converted by the inverter 120. The inductance of the reactor 130 may be selected to allow a current below a rated current to flow in the inverter 120 based on the secondary side short circuit of the transformer 140 as shown in Equation 1 below. In this case, the secondary side short circuit of the transformer 140 is a high voltage applied between the two electrodes 20, and an arc is generated between the two electrodes 20, and the two electrodes 20 are shorted due to the generated arc. The arc current flows.

수학식 1에서 L은 리액터의 인덕턴스를 나타내며, V는 인버터 출력 전압을 나타내며, f는 인버터 출력 주파수를 나타내며, I_rate는 인버터 정격 전류를 나타낸다. f는 5 KHz 내지 50 KHz 범위를 주파수인 것이 바람직하다.In Equation 1, L denotes the inductance of the reactor, V denotes the inverter output voltage, f denotes the inverter output frequency, and I _rate denotes the inverter rated current. f is preferably a frequency in the range of 5 KHz to 50 KHz.

다시 설명하면, 리액터(130)의 인덕턴스는 인버터 출력 주파수 및 인버터 용량에 따라 결정될 수 있으며, 이때 인버터(120)의 출력 전류는 인버터(120)의 출력 전압을 제어를 통하여 제어할 수 있게 된다.In other words, the inductance of the reactor 130 may be determined according to the inverter output frequency and the inverter capacity, and the output current of the inverter 120 may control the output voltage of the inverter 120 through control.

리액터(130)와 인버터(120) 사이에는 변압기(140)로 유입되는 직류 전압을 차단하기 위하여, 블로킹 커패시터(162)가 직렬로 연결되는 것이 바람직하다. 변압기(140)에 직류 전압이 인가되면, 변압기(140)가 포화되어 변압기(140)의 성질을 잃을 수 있기 때문이다. A blocking capacitor 162 is preferably connected in series between the reactor 130 and the inverter 120 to block the DC voltage flowing into the transformer 140. This is because when the direct current voltage is applied to the transformer 140, the transformer 140 may saturate and lose the properties of the transformer 140.

상기 변압기(transformer)(140)는 인버터(120) 출력 전압을 고압 전압으로 승압시킨다. 변압기(140)의 출력 전압은 두 전극(20) 사이에 공기의 절연이 파괴되어 아크가 발생할 정도의 고전압으로서, 두 전극(140)의 간격에 비례하는 것이 바 람직하다. 예를 들면, 두 전극(20) 간격이 좁으면 작은 전압으로도 아크를 생성할 수 있으므로 변압기(140)의 출력 전압을 작게 할 수 있고, 두 전극(20) 간격이 크면 큰 전압이 필요하므로 변압기(140)의 출력 전압을 크게 한다. The transformer 140 boosts the inverter 120 output voltage to a high voltage. The output voltage of the transformer 140 is high enough to cause an arc of breakdown of air insulation between the two electrodes 20, and is preferably proportional to the distance between the two electrodes 140. For example, if the distance between the two electrodes 20 is narrow, the arc can be generated even with a small voltage, so that the output voltage of the transformer 140 can be reduced, and if the distance between the two electrodes 20 is large, a large voltage is required. The output voltage of 140 is increased.

상기 컨버터 드라이브(converter driver)(151)는 메인 컨트롤러(150)의 제어에 따라 컨버터(110)를 구동하는 회로로서, 컨버터(110)에 외부 교류 전원(10)이 인가되는 초기에는 전해 커패시터(160)로 충전되는 돌입 전류를 제한하기 위하여, 저항을 통하여 전해 커패시터(160)를 충전하고, 초기 충전이 끝나면 사이리스터(thyristor)를 제어하여 손실 없이 전해 커패시터(160)를 충전한다. The converter driver 151 is a circuit for driving the converter 110 under the control of the main controller 150. The converter driver 151 is initially provided with an external AC power supply 10 to the electrolytic capacitor 160. In order to limit the inrush current charged by), the electrolytic capacitor 160 is charged through a resistor, and after the initial charging, the thyristor is controlled to charge the electrolytic capacitor 160 without loss.

상기 인버터 드라이브(inverter driver)(152)는 메인 컨트롤러(150)의 제어에 따라 인버터(120)를 구동하는 회로이며, 상기 고전압 센서(154)는 변압기(140)의 출력 전압을 검출하여 메인 컨트롤러(150)로 전송하는 회로이다. The inverter driver 152 is a circuit for driving the inverter 120 under the control of the main controller 150, and the high voltage sensor 154 detects the output voltage of the transformer 140 to detect the output voltage of the transformer 140. 150) is a circuit for transmitting.

상기 디스플레이(display)(156)는 메인 컨트롤러(150)의 제어에 따라 아크젯 전원 장치의 출력 전류, 출력 전압, 출력 전력 및 셋팅(setting) 값을 사용자에게 제공한다.The display 156 provides a user with an output current, an output voltage, an output power, and a setting value of the arcjet power supply under the control of the main controller 150.

상기 메인 컨트롤러(main controller)(150)는 시퀀스(sequence) 제어, 피드백(feedback) 제어, 컨버터 구동 신호, 인버터 구동 신호 등을 담당하며, 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 동작을 제어하고 디스플레이(156)를 통하여 사용자에게 처리된 정보를 제공할 수 있다.The main controller 150 is responsible for sequence control, feedback control, converter drive signal, inverter drive signal, and the like, and operates an arcjet power supply device according to an embodiment of the present invention. Control and display the processed information to the user via the display 156.

메인 컨트롤러(150)는 DSP(digital signal processor)를 장착한 보드로 구현될 수 있으며, PLC(Power Line Communication), RS232C(Recommended Standard 232 Revision C), RS422 및 RS485 등 인터페이스를 이용한 통신방식으로 상위 시스템인 호스트(host)(30)에 접속되어 통신할 수 있다.The main controller 150 may be embodied as a board equipped with a digital signal processor (DSP). The main controller 150 may be a communication system using an interface such as PLC (Power Line Communication), RS232C (Recommended Standard 232 Revision C), RS422, and RS485. A host 30 may be connected to and communicate with the host.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 동작과정을 도3을 참조하여 설명한다.Next, an operation process of the arcjet power supply apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

도3은 도2의 아크젯 전원 장치의 주요 회로도이다. 도3을 참조하면, 3상 교류 220V와 같은 외부 전원(10)을 컨버터(110)에 인가하면, 컨버터(110)는 교류를 직류로 변환하여 전해 커패시터(160)를 통해 인버터(120)에 전압을 인가한다. 이때, 초기에는 저항(도시되지 않음)을 통해 전해 커패시터(160)를 충전하고, 초기 충전이 끝나면 사이리스터(도시되지 않음)를 사용하여 전해 커패시터(160)를 충전하는 것이 바람직하다.3 is a main circuit diagram of the arcjet power supply of FIG. Referring to FIG. 3, when an external power source 10 such as a three-phase alternating current 220V is applied to the converter 110, the converter 110 converts alternating current into direct current to supply voltage to the inverter 120 through the electrolytic capacitor 160. Is applied. At this time, it is preferable to initially charge the electrolytic capacitor 160 through a resistor (not shown), and to charge the electrolytic capacitor 160 using a thyristor (not shown) after the initial charge is completed.

인버터(120)는 사용자에 의해 설정된 주파수와 듀티 레이쇼로 직류를 교류로 변환하여 리액터(130)를 통하여 변압기(140)에 전압을 인가한다. 변압기(140)에 인가된 전압은 변압기(140)의 승압 작용을 통하여 최종적으로 두 전극(20)에 인가된다. 두 전극(20)에 인가된 전압이 두 전극(20) 사이의 공기의 절연을 파괴할 정도로 큰 경우 두 전극(20) 사이에 아크가 발생되며, 발생된 아크로 인해 두 전극(20) 사이는 단락 상태가 되어 아크 전류가 흐르게 된다. The inverter 120 converts direct current into alternating current with a frequency and duty ratio set by a user and applies a voltage to the transformer 140 through the reactor 130. The voltage applied to the transformer 140 is finally applied to the two electrodes 20 through the step-up action of the transformer 140. If the voltage applied to the two electrodes 20 is large enough to break the insulation of air between the two electrodes 20, an arc is generated between the two electrodes 20, and the generated arc causes a short circuit between the two electrodes 20. In this state, the arc current flows.

이때 리액터(130)의 인덕턴스는 인버터(120) 출력 주파수 및 인버터(120) 용량에 따라 결정될 수 있으며, 리액터(130)는 두 전극(20)의 단락 상태에서 흐르는 아크 전류를 제한할 수 있게 된다. 아크 전류의 제한 과정을 좀 더 상세하게 설명 한다.In this case, the inductance of the reactor 130 may be determined according to the output frequency of the inverter 120 and the capacity of the inverter 120, and the reactor 130 may limit the arc current flowing in the short state of the two electrodes 20. The process of limiting arc current is explained in more detail.

예를들어, 변압기(140)의 1차 측 턴수를 n₁, 2차 측 턴 수를 n₂, 1차 측 전류를 I₁, 2차 측 전류를 I₂라고 하면, 1차 측에 흐르는 전류는 I₁ 은 아래 수학식 2와 같게 되며, 변압기(140)의 2차 측 단락은 변압기(140)의 1차 측 단락과 같게 된다. 여기에서 2차 측 단락은 두 전극(20) 사이에 아크가 발생되는 경우이다For example, if the primary side turn of the transformer 140 is n ₁ , the secondary turn is n ₂ , the primary side current is I ₁ , and the secondary side current is I ₂ , the current flowing to the primary side. I ₁ is equal to Equation 2 below, and the secondary side short circuit of the transformer 140 becomes the same as the primary side short circuit of the transformer 140. Here, the secondary side short circuit is a case where an arc is generated between the two electrodes 20.

따라서 변압기(140)의 1차 측 전류를 제어함으로써 2차 측 전류를 제어할 수 있게 된다.Therefore, the secondary side current can be controlled by controlling the primary side current of the transformer 140.

한편 리액터(130)의 인덕턴스가 수학식 1에 의하여 결정된 경우 인버터(110) 전류 I_inv는 아래 수학식3과 같다. 여기에서 inv는 인버터를 의미하며 L_lim은 리액터의 인덕턴스를 의미한다.Meanwhile, when the inductance of the reactor 130 is determined by Equation 1, the inverter 110 current I _inv is expressed by Equation 3 below. Where inv stands for inverter and L _lim stands for inductance of the reactor.

수학식3을 참조하면, 인버터(110)의 출력 주파수(f_inv)가 일정하면, 리액터(130)의 인덕턴스(L_lim)를 변화시키지 않고 인버터(110)의 출력 전압(V_inv)의 제어를 통하여 인버터(110)의 출력 전류(I_inv) 즉, 변압기(140)의 1차 측 전류를 제어할 수 있다. 따라서 종래에 저항이 사용된 경우와는 달리 추가적인 손실 없이 아크 전류를 제한할 수 있게 된다.Referring to Equation 3, if the output frequency f _inv of the inverter 110 is constant, the control of the output voltage V _inv of the inverter 110 is controlled without changing the inductance L _lim of the reactor 130. The output current I _inv of the inverter 110, that is, the primary side current of the transformer 140 may be controlled. Therefore, unlike the case where a resistor is conventionally used, it is possible to limit the arc current without additional loss.

발생된 아크에 질소 등의 가스를 일정한 압력으로 주입하면 아크는 가스의 압력에 밀려 길이가 길어지면서 임피던스를 가지게 된다. When a gas such as nitrogen is injected into the generated arc at a constant pressure, the arc is pushed by the pressure of the gas to have a long length and an impedance.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치로 인가된 고전압에 의해 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태를 도시하며, 도5는 도4의 단락 상태에 가스를 주입하여 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가지는 상태를 도시한다.FIG. 4 illustrates a short circuit state in which arcs are generated at two electrodes due to a high voltage applied to an arcjet power supply according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 injects gas into the short circuit state of FIG. It shows a state in which the generated arc has an impedance.

한편, 도6a는 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태 및 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가진 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 출력 전류(I_o)의 크기를 컴퓨터 시뮬레이션 한 그래프이고, 도6b는 두 전극에 아크가 발생된 단락 상태 및 두 전극에 발생된 아크가 임피던스를 가진 상태에서 본 발명의 일실시예에 따른 아크젯 전원 장치의 출력 전압(V_o)의 크기를 컴퓨터 시뮬레이션 한 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 6a shows the magnitude of the output current (I _o ) of the arc-jet power supply device according to an embodiment of the present invention in the short-circuit state in which the arc is generated on the two electrodes and the impedance of the arc generated in the two electrodes 6B is a graph illustrating a simulation of the output voltage V _o of an arcjet power supply according to an exemplary embodiment of the present invention in a short circuit state in which two arcs are generated and an arc generated in two electrodes have impedance. A graph showing the size of a computer simulation.

도6a 및 도6b에서, 출력 전압이 0의 크기를 가지는 경우는 아크가 단락된 상태를 의미하고, 출력 전압 일정한 크기를 가지는 경우는 아크가 임피던스를 가지는 경우를 의미한다. 6A and 6B, the case where the output voltage has a magnitude of zero means that the arc is short-circuited, and the case where the output voltage has a constant magnitude indicates a case where the arc has impedance.

도6b에서 아크가 단락된 상태의 전압에 대응하는 도6a의 전류의 크기와 도6b 에서 아크가 임피던스를 가지는 상태의 전압에 대응하는 도6a의 전류의 크기를 비교하여 보면, 아크젯 전원 장치의 출력 전류의 크기에 큰 변화가 없다. 이는 리액터가 아크의 발생으로 두 전극이 단락된 상태에서 흐르는 전류를 효과적으로 제한할 수 있음을 보여준다.When comparing the magnitude of the current of FIG. 6A corresponding to the voltage of the arc shorted state in FIG. 6B with the magnitude of the current of FIG. 6A corresponding to the voltage of the state in which the arc has impedance in FIG. 6B, There is no big change in the magnitude of the output current. This shows that the reactor can effectively limit the current flowing in the short circuit of the two electrodes due to the generation of an arc.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalent claims.

상술한 바와 같은 본 발명의 아크젯 전원 장치는, 고전압의 인가로 두 전극 사이에 아크가 발생된 단락 상태에서 손실 없이 아크 전류를 제한할 수 있는 효과가 있다.The arcjet power supply device of the present invention as described above has the effect of limiting the arc current without loss in the short-circuit state in which the arc is generated between the two electrodes by the application of a high voltage.

Claims

An AC power supply for supplying AC with an output frequency of f, an output voltage of V, and an output current of I;

A reactor having an inductance of L and operating at an impedance with respect to an alternating current supplied from the alternating current power supply; And

A transformer for generating an arc by boosting the output voltage of the AC power supply unit applied through the reactor to a high voltage and applying it to an external electrode;

Including;

The inductance L of the reactor is such that when the secondary side short-circuit of the transformer, a current of rated current I _rate or less flows to the AC power supply unit.

Selected with

Arcjet power supply.

The method of claim 1,

The AC power supply unit,

Converter which receives AC from external power and converts into DC,

An inverter converting the DC input from the converter at predetermined time intervals and converting the AC into an AC having a desired frequency and duty ratio;

Arcjet power supply comprising a.

The method of claim 2,

An electrolytic capacitor that smoothes the direct current received from the converter is connected in parallel between the converter and the inverter.

Arcjet power supply.

The method of claim 1,

When the output frequency f of the AC power supply is constant, the output current I of the AC power supply is controlled by controlling the output voltage V of the AC power supply.

Arcjet power supply.

The method of claim 1,

A blocking capacitor is connected in series between the AC power supply unit and the reactor to block a DC voltage flowing into the transformer.

Arcjet power supply.