KR20080005422U

KR20080005422U - 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치

Info

Publication number: KR20080005422U
Application number: KR2020080014308U
Authority: KR
Inventors: 최재민
Original assignee: 최재민
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2008-11-17
Also published as: KR200454038Y1

Abstract

본 발명은 인버터 용접기에 있어서 외부의 상용 입력 전원을 전압에 관계없이 어떠한 상용교류 전원이 입력되어도 토치스위치의 입력과 브릿지 정류회로에서 출력된 직류 전원에 연결된 사이리스터의 구동에 따라 직류 전원을 직렬 또는 병렬로 고주파 스위칭부에 자동으로 인가되게 하여 용접에 필요한 직류 전압의 출력을 제어하는 상용교류 전원 입력이 자유롭고 절전을 제공하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 상용교류 전원에 연결되어 B상의 유무를 구분하는 B상 검출부와, 상기 상용교류 전원을 전원트랜스의 입력 전압에 맞게 인가하는 트라이액으로 구성된 전원트랜스 입력제어부와, 상기 전원트랜스를 통하여 공급되는 입력 전압을 기준 전압과 비교하여 상용교류전압의 크기를 검출하는 전압 비교부와, 상기 전원트랜스의 출력인 저압 교류 전원에서 교류 파형을 절연하여 입력받아 주파수를 검출하는 주파수 검출부, 토치스위치의 상태를 검출하는 토치스위치 절연 입력부, 상기 전압 비교부, 주파수 검출부, B상 검출부, 토치스위치 절연 입력부를 통해 상태를 입력받는 마이크로프로세서와, 상기 마이크로프로세서의 프로그램된 출력에 따라 사이리스터를 자동으로 구동하는 사이리스터 구동부와 입력되는 상용교류 전압과 주파수 등, 제어 상황에 따르는 상태를 표시하는 표시부, 상기 상태를 다른 제어 보드와 송수신하는 통신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

인버터 용접기, 전원 변환 장치, 사이리스터, 주파수, 단자박스, 토치스위치, 전원트랜스

Description

절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치 { Conversion equipment of the power saved type inverter welding machine of electricity}

본 발명은 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 입력 전원을 전압에 관계없이 자유롭게 입력받도록 하여 작업자의 사용에 편리함을 더하고 단자박스의 결선 오류에서 생기는 기기의 고장을 없게 하며 기동전류와 사용전류를 제어하여 전력 손실을 최소화할 수 있는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속으로 된 기계나 건축 구조물을 조립하거나 금속부분을 접합할 때 종래에는 볼트와 너트 등으로 조립하거나 접합하여 사용되었으나 부품 및 자 재의 절감, 중량의 감소 생산성 등의 증대를 위해 전기 용접기(Electric Welding Machine)가 많이 사용되고 있다. 종래의 일반적인 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 각 구성요소의 역활 및 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 1은 종래 기술에 따른 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 회로 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 외부에서 입력되는 상용 교류 전원(1)을 켜고 끄는 회로차단기(2) 직류로 변환하는 브릿지 다이오드(3), 정류된 직류 전원을 고주파 교류 전원으로 변환하기 위한 IGBT(6)을 포함하는 고주파 스위칭부(4, 5), 직류전원을 평활 하는 커패시터(7), 고주파 스위칭부(4, 5)에 직류 전원을 직렬 또는 병렬로 연결해주는 단자박스(8) 및 고주파 변압기(9)의 조합으로 이루어진다. 상기 정류부는 브릿지 다이오드(2) 및 커패시터(7)로 구성되며, 상기 브릿지 다이오드(3)로 입력되는 교류 전원을 정류하는 역할을 하며 상기 정류부에서 만들어진 직류는 상용 교류 입력 전원의 전압에 따라 단자박스(8)에서 직렬 또는 병렬로 결선 되어 고주파 스위칭부(4, 5)에 인가 되도록 한다. 또한, 상기 고주파 스위칭부(4, 5)에서 스위칭소자인 IGBT(6)로 스위칭 된 직류 전원이 고주파 변압기(9)를 통하여 고속다이오드(10)의 정류를 통해 용접에 필요한 소정의 직류 전원이 출력된다. 이와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 있어서, 작업자가 상용 교류 입력 전원의 전압을 항상 확인하고 상기 단자박스(8)에서 수동으로 결선을 해주어야 하는 불편함이 있으며 상용 교류 입력 전원을 미처 확인하지 못하여 단자박스(8)의 결선 오류로 인해 기기가 고장 나는 문제점이 있고 또한, 상기 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 직류 전원이 고주파스위칭부(4, 5)에 상시 인가되게 되어 있어서 전력의 효 율이 저하되고 그로 인해 스위칭소자인 IGBT(6)가 수명이 짧아지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 상용 입력 전원을 입력 전압에 관계없이 토치스위치의 입력에 따라 사이리스터를 통하여 고주파 스위칭부에 직류 전원이 자동으로 직렬 또는 병렬로 인가되도록 하여 전력의 사용을 최소화하고 작업자의 불편함을 해소하며 스위칭소자인 IGBT의 수명을 연장하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상용 교류 전원 입력단과 상기 입력단에서 하나의 상인 B상에 접속되어 상용 교류 입력 전원이 단상인지 삼상인지를 구분하게 하는 B상 검출부; 상기 상용 교류 입력단에 연결되어 저압의 교류 전원으로 변환하는 전원트랜스; 상기 전원트랜스의 출력에 연결되어 제어 장치에 안정된 직류 전압을 공급해주는 전원부; 상기 전원부의 전압과 기준전압을 비교 검출하는 전압 비교부; 상기 전원트랜스의 출력에서 상기 상용교류 전원 주파수를 검출하는 주파수 검출부; 고주파 스위칭부에 직류 전원을 직렬 또는 병렬로 연결하는 사이리스터; 토치스위치의 누름을 입력받는 토치스위치 절연 입력부; 상기 전압비교부의 신호와 토치스위치의 입력에 따라 사이리스터의 구동 신호를 출력하는 사이리스터 구동부; 상기 전압 비교부의 신호에 연동하여 표시부에 표시 신호를 출력하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세 서의 입출력 상태를 다른 제어 보드로 송수신하는 통신부; 상기 마이크로프로세서의 출력에 따라 전원트랜스의 입력에 상용 교류 전원이 연결 되게 하는 전원 입력 제어부; 상기 마이크로프로세서의 상태에 따라 상태나 기기 이상 시 이를 표시하기 위한 표시부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 다음과 같은 효과가 있다. 고주파 스위칭부에 인가되는 직류 전원을, 입력되는 상용 교류 전원의 입력과 토치 스위치의 입력에 의해 사이리스터가 자동으로 직렬 또는 병렬로 연결되게 하여 사용자의 편리성을 극대화하며, 그로 인해 사이리스터의 동작시에만 고주파 스위칭부에 직류 전원을 공급하게 되어 무 부하시나 미사용시의 불필요한 전력손실을 줄일 수 있으며 고가의 스위칭 소자인 IGBT의 수명을 연장하게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치를 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 구성과 마찬가지로 기본적으로 회로차단기(2), 브릿지 다이오드(3), 고주파 스위칭부(4, 5), 고주파변압기(9), IGBT(6), 커패시터(7), 고속 다이오드(10)를 포함한다. 이에 더해 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 사이리스터(20, 21, 22), 전압 비교부(34), B상 검출부(35), 사이리스터 구동부(36), 전 원 트랜스 입력제어부(30), 전원 트랜스(31), 전원부(32), 주파수 검출부(33), 마이크로프로세서(37), 통신부(39), 표시부(40), 토치스위치 절연 입력부(38)를 더 포함하여 이루어진다. 상기 사이리스터(20, 21, 22)는 상기 브릿지 다이오드(3)의 정류된 직류 전원을 고주파 스위칭부(4, 5)에 인가하는 역할을 한다. 상기 사이리스터(20, 21, 22)가 동작하기 위해 다른 제어부의 역할 및 동작에 대해 정리하면 다음과 같다. 상기 전원트랜스 입력제어부(30)는 초기에 외부로부터 입력되는 교류 전원을 입력받아 전원트랜스(31)에 연결되게 하는 역할을 하며 전원부(32)를 통해 제어장치에 필요한 직류 전원을 공급한다. 상기 직류 전원이 공급이 되면 마이크로프로세서(37)가 동작을 하고 그 직류전압을 기준전압과 비교하여 전압비교부(34)에서 출력되어 마이크로프로세서(37)가 입력되는 교류전압이 몇 볼트인지를 알게 한다. 상기 주파수 검출부(33)는 상기 전원트랜스(31)의 출력단에 연결되어서 절연 회로로 펄스화 된 신호를 마이크로프로세서(37)로 인가하고 그 신호를 마이크로프로세서(37)에서 수초 간 계수하여 50HZ와 60HZ의 구분을 하게 된다. 상기 B상 검출부(35)는 상용 교류 전원의 B상과 다른 한 상을 절연되게 입력받아 마이크로프로세서(37)로 인가하여 입력이 1이면 삼상이고 0이면 단상이라는 판단을 하게 된다. 상기 표시부(40)는 마이크로프로세서(37)에서 입출력되는 상태를 작업자가 확인할 수 있게 하는 역할을 하며 입력되는 상용교류전압의 볼트, 주파수, 삼상과 단상인지를 FND로 이루어진 표시창에 표시한다. 상기 통신부(39)는 상기 마이크로프로세서(37)에서 입출력되는 여러 가지 상태를 다른 제어 보드와 통신으로 주고 받는 역할을 하며 기기의 이상이나 고장이 나면 마이크로프로세서(37)에서 사이리스터(20, 21, 22)와 전원트랜스 입력제어부(30)의 동작을 제어하여 기기의 보호를 할 수 있게 한다. 상기 토치스위치 절연입력부(38)는 토치스위치의 상태를 검출하여 마이크로프로세서(37)를 통해 사이리스터 구동부(36)를 구동하게 하여 사이리스터(20, 21, 22)가 동작하도록 하는 역할을 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 회로 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상용전원 입력이 220V일 때의 직류 전압의 병렬 연결과 전류의 흐름을 나타낸 참고도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상용전원 입력이 380V, 440V일 때의 직류 전압의 직렬 연결과 전류 흐름을 나타낸 참고도이다. 이하에서는, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 상용교류 입력에 따른 제어회로의 동작 순서를 도 6에 도시한 바로 살펴보기로 한다. 상용교류 전원(1)이 회로차단기(2)를 통해 인가되면 전원트랜스 입력제어부(30)의 트라이액1을 통하여 전원트랜스(31)로 전원이 공급된다. 그 후 전원부(32)에서 필요한 직류전원을 제어부에 공급을 하고 마이크로프로세서(37)가 동작을 한다. 상기 마이크로프로세서(37)는 포트 및 변수의 초기화 과정을 거치고 전압비교부(34)를 통해 출력된 값을 입력 포트로 읽어서 전원트랜스 입력제어부(30)의 트라이액을 그 입력에 대응하여 제어를 한다. 두 개의 전압비교기에서 출력된 값을 가지고 그 값이 2일 때는 440V, 1일 때는 380V, 0일 때는 220V로 판단을 하게 되고 그 값을 전압변수에 저장한다. 상기의 동작이 마치고 나면 전원트랜스(31)의 저압 교류 출력에 연결된 주파수 검출부(33)를 통해서 입력되는 신호를 수초의 시간 내에 읽어와 입력된 신호의 갯수를 계수하여 상용교류 전원의 주파수 를 판단하고 이값을 주파수변수에 저장한다. 예를 들어 1초에 신호가 60개가 입력되면 60HZ이고, 50개가 입력되면 50HZ인것을 알 수 있다. 다음, 상기 상용교류 전원의 B상에 연결되어 절연된 회로로 구성된 B상 검출부(35)에서 출력된 신호를 마이크로프로세서(37)의 포트로 입력받아 1이면 삼상이고 0이면 단상인 것을 알 수 있고 삼상 변수에 그 상태를 저장한다. 다음, 토치스위치의 상태를 토치스위치 절연입력부(38)를 통해 입력받아 토치스위치의 입력이 온이면 전압비교부(34)의 출력을 읽어와서 그 값이 0이면 사이리스터1(20)과 사이리스터2(21)를 켜고 사이리스터3(22)는 꺼서 브릿지 다이오드(3)에서 인가되는 직류전원을 고주파 스위칭부(4, 5)에 병렬 연결하게 되고, 그 값이 1이나 2면 사이리스터3(22)을 켜고 사이리스터1(20)과 사이리스터2(21)는 꺼서 브릿지 다이오드(3)에서 인가되는 직류전원을 고주파 스위칭부(4, 5)에 직렬 연결하게 된다. 다음, 다른 제어 보드와의 통신을 하여 다른 제어 보드에서 송신하는 에러코드를 수신한 후 그 수신한 코드를 에러변수에 저장하고 에러변수의 값에 따라 에러변수가 0이면 정상 동작이므로 표시 및 통신루틴으로 가고 에러변수가 0이 아닌 다른 값일 경우 사이리스터(20, 21, 22)를 모두 끄고 에러번호를 FND로 이루어진 표시부(40)에 깜빡임으로 표시하고 종료한다. 상기 에러변수가 0일 경우 정상적인 동작이므로 표시 및 통신 루틴으로 가서 FND로 이루어진 표시부(40)에 표시를 한다. 예를 들면 다음과 같다. 전압변수가 2일 때는 440을 표시 후 통신부(40)를 통해 송신하고, 전압변수가 1일 때는 380을 표시 후 통신부(39)를 통해 송신하며, 전압변수가 0일 때는 220을 표시 후 통신부(39)를 통해 송신한다. 주파수변수가 1이면 F60으로 표시하고 주파수변수가 0이 면 F50으로 표시한 후 통신부(39)를 통해 송신한다. 삼상변수가 1이면 3PH를 표시하고 삼상변수가 0이면 1PH를 표시한 후 통신부(39)를 통해 송신한다. 상기 통신부로 송신된 값들은 다른 제어 보드에서 고주파 스위칭부(4, 5)의 IGBT(6)의 제어 주파수를 변경하는 등의 용도로 쓰이게 된다. 상기의 과정이 끝나면 다시 토치스위치의 상태를 토치스위치 절연입력부(38)를 통해 입력받아 상기와 같은 동작을 반복하게 된다. 이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치의 동작을 설명하였다. 상기에 설명한 바로 입력되는 상용 교류 전원의 입력과 토치 스위치의 입력에 의해 사이리스터(20, 21, 22)가 자동으로 직렬 또는 병렬로 연결되게 하여 사용자의 편리성을 극대화하며, 그로 인해 사이리스터(20, 21, 22)의 동작시에만 고주파 스위칭부(4, 5)에 직류 전원을 공급하게 되어 무 부하시나 미사용시의 불필요한 전력손실을 줄일 수 있으며 고가의 스위칭 소자인 IGBT(6)의 수명을 연장하게 됨을 알 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인버터 용접기의 전원변환장치의 회로 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환

장치의 회로 구성도.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절전형 인버터 용접기의 전원 변환

장치의 제어 회로 구성도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상용전원입력이 220V일 때의 직류

전압의 연결과 전류의 흐름을 나타낸 참고도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상용전원입력이 380V, 440V일 때의

직류 전압의 연결과 전류 흐름을 나타낸 참고도.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동작 순서도.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시부의 FND 표시 참고도.

Claims

절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치에 있어서;

상기 고주파 스위칭부에 직류전원을 직렬 또는 병렬로 연결하는 사이리스터;

상기 사이리스터를 제어하기 위해 펄스 트랜스로 구성되고 절연되는 게이트 구동 전압을 만드는 사이리스터 구동부;

상기 상용교류 전원에 연결되어 B상의 유무를 구분하는 B상 검출부;

상기 상용교류 전원을 전원트랜스의 상용교류 전원 입력을 전압에 맞게 인가하는 트라이액으로 구성된 전원트랜스 입력제어부;

상기 전원트랜스에서 출력된 저압 교류 전원에 연결되고 절연되어 상기 교류 전원의 주파수를 검출하는 주파수 검출부;

상기 전원부의 출력과 기준전압을 비교하여 상용교류 전원의 전압을 측정하 는 전압비교부;

상기 토치스위치의 상태를 절연하여 입력받는 토치스위치 절연입력부;

상기 전압과 주파수 그리고 삼상과 단상의 상태와 에러상태를 FND로 표시하 는 표시부;

상기 전압과, 주파수, 상 입력 등의 상태와 FND표시, 통신, 사이리스터의

제어 등 프로그램되어 동작하는 마이크로프로세서;

상기 여러 가지의 상태를 다른 제어 보드와 송수신하는 통신부로 구성함을

특징으로 하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 고주파 스 위칭부에 브릿지 다이오드를 통해 만들어진 직류전원을 상태에 따라 직렬 또 는 병렬로 연결하는 사이리스터를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전 형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 사이리스 터를 구동하기 위해 펄스트랜스로 절연하여 게이트 구동전압을 만드는

사이리스터 구동부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형 인버터

용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 상용 교류 전원의 다른 한 상과 B상에 연결되고 전파정류되어 절연되는 B상의

유무를 구분하는 B상 검출부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형

인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 상용 교류 전원에 연결되어 전원트랜스에 상용교류 전원을 전압에 맞게 인가하는 트라이액으로 구성된 전원트랜스 입력제어부를 더 포함하여 구성함을 특징으 로 하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 전원 트랜스에서 출력된 저압 교류 전원에 연결되고 절연되어 상기 교류 전원의

주파수를 검출하는 주파수 검출부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는

절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 전원 부의 출력과 일정한 기준전압을 전압비교기로 비교하여 상용교류 전원의 전 압을 측정하는 전압비교부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형

인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 토치 스위치의 상태를 절연하여 입력받는 토치스위치 절연입력부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 입력 된 전압과 주파수 그리고 삼상과 단상의 상태와 에러상태를 FND로 표시하는 표시부를 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 전압 과, 주파수, 상 입력 등의 상태와 FND표시, 통신, 사이리스터의 제어 등

프로그램되어 동작하는 마이크로 프로세서를 더 포함하여 구성함을 특징으로

하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.
제 1항에 있어서 상기 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치는 상기 여러 가지의 기기 상태나 에러를 다른 제어 보드와 송수신하는 통신부를 더

포함하여 구성함을 특징으로 하는 절전형 인버터 용접기의 전원 변환 장치.