KR20100137780A

KR20100137780A - 아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호방법

Info

Publication number: KR20100137780A
Application number: KR1020090055997A
Authority: KR
Inventors: 박응덕; 박기택
Original assignee: 주식회사 강원물산
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-12-31
Also published as: KR101119697B1

Abstract

본 발명은 입력전압의 강하에 의한 시스템 파괴를 보호하는 아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호 방법을 제공하는 것으로, 전원 입력단에 연결된 제1 전원공급부, 다수의 쌍을 이룬 스위칭소자들로 구성되는 유사 사인파의 전원을 발생시키는 AC/DC 변환부, AC/DC 변환부로부터 고주파 소정전압을 증강된 고전압 대 전류를 발생시켜 부하에 인가하는 출력부, 이 출력부로 부터 출력을 검출하여 출력오차신호를 발생시키는 출력검출부, 마이크로프로세서가 출력오차신호를 출력검출부로부터 수신하여 PWM보정 신호를 DC/AC 변환부에 인가하여 작동을 제어하여 고주파전원을 출력하게 하고 입력전압검출부로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호를 수신하여 시스템제어를 하게 한 제어부들로 구성되어서, 입력전원에서 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호에 따라 전압 및 주파수를 표시하고, 출력전원에서 출력오차신호가 발생한 경우 PWM보정신호를 발생시키고, 만일 출력오류신호가 아니라면 소정주파수에서 소정 전압이하 인가를 판단하게 되고 소정전압 이하라면 시스템 정지를 시키고, 그렇지 않다면 시스템 작동을 유지시키도록 한다.

저 전압, PWM, 보정신호, DC/AC변환부

Description

아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호방법 {A low voltage protecting circuit of an arc inverter welder and protecting method therefor}

본 발명은 아크인버터용접기에 관한 것으로, 특히 입력전압의 강하에 의한 시스템 파괴를 보호하도록 한 저전압 보호회로 및 그 보호방법에 관한 것이다.

종래기술로써 대표적인 것은 공개실용신안공보 제2008-5422호에 "절전형 인버터 용접기의 전원변환장치"가 개시되어 있으며, 이 실용신안은 상용 입력 전원을 전압에 관계없이 토치 스위치의 입력에 따라 사이리스터를 통하여 고주파스위칭부에 직류전원이 자동으로 직렬 또는 병렬로 인가 되도록 하여 전력의 사용을 최소로 하고 스위칭소자 IGBT의 수명을 연장하는 절전형 인버터용접기의 전원변환장치에 관한 것이다. 이 전원변환장치는 기본적으로 회로차단기, 브릿지 다이노드, 고주파스위칭부, 고주파 변압기, 다수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등을 구비하고, 사이리스터가 브릿지 다이오드에서 정류된 직류전원을 고주파스위칭부에 인가하도록 한다. 이러한 작동을 위하여, 전원변환장치는 전압비교부와 주파수 검출부를 구비하여 입력단의 브릿지 다이오드의 전압과 주파수를 검출하여 입력전압 과 주파수에 대응하여 시스템 출력전압 및 전류를 제어하도록 하고 있다.

그러나 이 전원변환장치는 다양한 입력전압 실예를 들면 220V, 380V, 440V들에 대응하여 시스템의 작동을 제어하도록 한 것이나, 입력전압의 변동이거나 시스템 작동의 오류에 대한 대책이 없었다.

즉, 용접기의 사용 중에 시스템오류를 일으키는 대표적인 경우가 인버터아크용접기를 사용하기 위하여 용접장소까지 배전반에서 이어지는 케이블이 필요하게 되고 종종 이 케이블이 상당한 거리까지 연장하게 되어 이 케이블로 인하여 상당한 전압 강하가 발생한다. 즉, 상용전류 220V의 경우, 일반적인 인버터 아크 용접기는 250V-185V범위 내에 사용될 수 있으나 배전반에서 멀리 이격된 작업장까지 긴 연장선을 필요로 하게 되고 케이블 상에서 전압 강하가 이루어지게 된다. 이때, 이 용접기의 제어시스템에는 입력전압 170V-160V이 인가되므로 입력전류가 과도하게 요구된다. 이로 인하여 제어 시스템의 인버터 회로의 스위칭소자(IGBT)들이 파손되는 경우가 발생 되었다.

이러한 점을 감안하면 입력 전압의 과도한 전압강하에 따라 발생하는 과전류로부터 시스템을 보호한다면 매우 바람직할 수 있다.

본 발명은 입력전압의 강하에 의한 시스템 파괴를 보호하는 아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 입력전압의 변동뿐만 아니라 출력전압에서의 변동에 따라 시스템을 적절히 제어하고 보호하도록 한 아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 아크인버터용접기의 저전압 보호회로는 고압 정류다이오드로 구성되는 풀 브릿지 정류부와 직류전압을 평활 하는 평활콘덴서로 구성되는 제1 전원공급부, 다수의 쌍을 이룬 스위칭소자들로 구성되며 각 쌍에 제1 PWM 신호와 제2 PWM 신호를 인가하여 소정 전압의 소정 주파수로 되는 유사 사인파의 전원을 발생시키는 AC/DC 변환부, 제1 고압 트랜스포머와 이의 이차 코일측에 연결된 제1 인덕터, 2차 코일측에 연결되고 결합 되는 하나 이상의 다이오드들과 대 용량 제2 인덕터를 구비하여 소정 전압의 대 전류를 발생시켜 부하에 인가하는 출력부, 이 출력부로부터 출력을 검출하여 출력오차신호를 발생시키는 전류 검출부, 전원 입력단의 소정 직류전압의 신호들 간에 피크 치의 간격을 측정하고 전압변동에 따른 입력전압의 검출신호를 수신하는 입력 검출부, 입력주파수를 검출하여 전압 피크 치 변동에 따라 입력전압의 주파수 50 및 60㎐중 어느 하나를 구분하여 표시하 게 한 주파수 검출부와 시스템의 작동을 제어하는 마이크로프로세서, 용접기의 작동신호를 발생시키는 스위칭 검출부와 입력전압, 출력 전압과 전류를 표시하는 표시부를 구비하고, 마이크로프로세서가 출력오차신호를 출력검출부로부터 수신하여 PWM보정 신호를 DC/AC 변환부에 인가하여 작동을 제어하여 고주파전원을 출력하게 하고 전압검출부로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호를 수신하여 시스템제어를 하게 한 제어부들로 구성된다.

전류검출부는 부하출력단에 설치하여 출력전류를 검출하는 전류검출기, 전류검출기로부터 전류를 정류하는 제2 정류기, 제2 정류기로부터 정류된 출력을 증폭하여 소정 전압으로 출력하는 증폭기와 이 증폭기로부터 감지신호와 기준신호를 비교하는 비교기로 이루어진다.

입력검출부는 전원 입력단에 연결된 1차 코일을 가진 제2 트랜스포머, 제2 트랜스포머의 2차 코일에 연결된 제2 정류기와 이 제2 정류기의 출력단에 병렬 연결되는 콘덴서와 직렬저항들로 구성된다.

마이크로프로세서는 50 Hz 및 60Hz에서의 서로 간에 대응하는 비 1:1.16를 갖는 전압 값의 테이블로 되는 메모리를 구비한다.

아크인버터용접기의 저전압 보호방법은 출력오차 신호인가 판단하고, 출력오차 신호인 경우 PWM보정 신호를 발생하여 AC/DC변환부의 작동을 제어하며, 전압검출부로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호를 수신하며, 소정주파수에서 소정전압 이상 인가를 판단하고, 소정전압 이상인 경우 현재 전압 및 주파수를 표시하고, 출력오차신호인 경우 PWM보정신호를 발생시키고, 만일 출력오류신호가 아니라면 소정주파수에서 소정 전압이하 인가를 판단하게 되고 소정전압 이하라면 시스템 정지를 시키고, 그렇지 않다면 시스템 작동을 유지시키는 단계들로 이루어진다.

본 발명의 아크인버터용접기의 저전압 보호회로 및 그 보호 방법은 입력전압의 전압강화에 따른 전압 변동뿐만 아니라 출력전압에서의 변동에 따라 시스템을 적절히 제어하고 보호하도록 한다.

본 발명은 도1에 도시와 같이 제1 전원부(1)를 구비하여 시스템에 인가된 실예를 들면 220V, 380V, 440V을 직류(DC)전압으로 정류하는 제1 전원공급부(1)를 구비한다. 제1 전원공급부(1)는 일반적인 고압 정류다이오드로 구성되는 풀 브릿지 정류부(11)와 직류전압을 평활 하는 평활콘덴서(12)로 구성된다. 이 제1전원공급부(1)는 전원(10)에 의하여 작동한다.

AC/DC 변환부(2)는 다수의 스위칭소자 (IGBT: 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터이나 이후 IGBT라 호칭됨) (Q1∼Q4)들로 구성되며 이들 중 직렬 연결된 IGBT(Q1)및 (Q3)는 이후 기술되는 마이크로프로세서(20)로부터 실예를 들면 20㎑의 제1 PWM 신호(도3, A참조)가 게이트에 인가되어 작동 제어되고 IGBT(Q2)및 (Q4)는 제2 PWM 신호(도3, B참조)가 인가되어 작동된다. 그러므로 AC/DC 변환부(2)는 소정 주파수로 되는 유사 사인파의 소정 전압의 전원을 출력부(3)에 인가한다.

출력부(3)는 고압 트랜스포머(T1)를 구비하며 제1 인덕터(L1)을 경유한 고주파 전압을 대 전류 전원으로 변환시키고, 출력다이오드(D1) 및 (D2)들에 대용량 제2 인덕터(22)를 경유하므로 소정 전압의 전류를 발생시켜 부하(L)에 인가한다.

제어부(4)는 시스템의 작동을 제어하는 마이크로프로세서(20), 용접기의 작동신호를 발생시키는 스위칭 검출부(21)와 입력전압, 출력전압이거나 전류를 표시하는 표시부(22)를 구비 한다.

마이크로프로세서(20)는 전류 검출부(5)로부터 출력오차신호를 수신하는데, 전류검출부(5)는 부하출력단에 설치하여 출력전류를 검출하는 전류검출기(CT), 전류검출기(CT)로부터 전류를 정류하는 제2 정류기(14), 제2 정류기(14)로부터 정류된 출력을 증폭하여 소정 전압으로 출력하는 증폭기(OP1)와 이 증폭기(OPI)로부터 감지신호와 기준신호를 비교하는 비교기(OP2)로 이루어진다. 그러므로 마이크로프로세서(20)는 비교기 (OP2)로부터 신호를 수신하는데 따라 출력오차신호를 보정하는 PWM보정 신호를 DC/AC변환부(2)의 IGBT들에 인가하여 시스템 작동을 제어한다.

한편 마이크로프로세서(20)는 입력검출부(6)로부터 전원 입력단의 소정 직류전압의 신호들 간에 피크 치의 간격을 측정하고 전압변동에 따른 입력전압의 검출신호를 수신한다. 입력검출부(6)는 전원 입력단에 연결된 1차 코일을 가진 제2 트랜스포머(T2), 제2 트랜스포머(T2)의 2차 코일에 연결된 제3 정류기(15)와 정류기 (13)의 출력단에 병렬 연결되는 콘덴서(C2)와 직렬저항(R1)및 (R2)들로 구성된다. 콘덴서(C2)오 직렬저항(R1)은 소정크기의 전압과 주기를 가진 신호를 발생시킨다. 즉, 이 신호는 도 2의 C및 D의 파형도에서와 같이 연속되는 각 파형의 피크 치(V_P1)와 (V_P2)들 간에 주기(t₁) 또는 (t₂)의 갖게 되어 입력전원의 주파수와 변동전압을 나타내는 피크 치를 갖게 된다.

그러므로 마이크로프로세서(20)는 수신된 신호의 전압 피크 치의 변동을 판단하므로 도2의 D에 도시와 같이 입력전압 220V의 변동에 따른 전압강하의 상태를 검출하게 되고 시스템 제어를 하게 된다.

또한, 마이크로프로세서(20)는 주파수검출부(7)를 더 구비할 수 있어 입력주파수를 검출하여 전압 피크 치 변동에 따라 50 및 60㎐시 입력전압을 구분하여 표시하게 한다. 이때 표시되는 전압은 마이크로프로세서(20)의 자체 메모리에 기억된 도2에 테이블에서 알 수 있는 바와 같이 60㎐ 전압과 50㎐ 전압의 1:1.16의 비에 따르게 되고 60㎐에서 216V가 되고 50㎐네서 250V가 대응되고, 또한 60㎐ 입력주파수에서 165V가 시스템 작동 정지 전압으로 되고, 50㎐ 입력 주파수에서 142V가 시스템 작동 정지 전압으로 된다.

주파수검출부(7)는 전압검출부(6)의 제2 트랜스포머(T2)의 2차 측에 저항(R3)과 포토트랜지스터(PQ)가 직렬로 연결되고, 포토트랜지스터(PQ)의 에미터가 접지되고 콜렉터가 저항(R4)에 의하여 전원(Vcc)에 연결된다. 그러므로 포토트랜지스터(PQ)의 작동에 따라 마이크로프로세서(20)는 인가된 입력전원의 주파수를 검출하여 표시부(22)가 표시하게 한다.

마이크로프로세서(20)는 시스템 스위치(13)가 온 되면 시스템의 작동을 제어 하게 되고 이를 도 4를 참조하여 저 전압 보호방법을 설명하여 보면 다음과 같다. 시스템이 온 되면 입력 전원이 정류부(1)에서 정류되고 AC/DC변환부(2)에 인가된다. AC/DC변환부(2)는 제어부(4)의 마이크로프로세서(20)의 제1 및 제2 PWM 제어신호의 작동에 따라 유사 사인파의 소정전압의 출력을 출력부(3)에 인가한다.

전류검출부(5)는 출력부(3)의 출력을 검출하여 출력오차 신호를 발생시켜 마이크로프로세서(20)에 인가한다.

마이크로프로세서(20)는 먼저 단계(101)에서 출력오차 신호인가 판단하고 출력오차 신호인 경우 단계(102)에서 PWM보정 신호를 발생하여 AC/DC변환부(2)에 인가하여 작동을 제어한다. 동시에, 마이크로프로세서(20)는 전압검출부(6)로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부(7)로부터 주파수 검출 신호를 수신한다(단계110). 이후 단계 (111)에서는 소정주파수에서 소정전압 이상 즉 60㎐에서 165V거나 50㎐에서 142V이상 인가를 판단한다. 소정전압 이상인 경우 단계(112)에서 현재 전압 및 주파수를 표시한다. 단계(113)에서는 출력 오차신호인가를 판단하고 출력오차신호인 경우 단계(114)로 이전하여 PWM보정신호를 발생시킨다. 만일 출력오류신호가 아니라면 단계(115)에서는 소정주파수에서 조정전압이하 인가를 판단하게 되고 소정전압 이하라면 단계(116)로 이전하여 시스템 정지를 시키고, 그렇지 않다면 단계(111)로 점프하여 시스템 작동을 유지한다.

시스템 정지 후 단계(117)에서 시스템 리셋인가를 판단하여 리셋인 경우 단 계(113)로 점프하여 정상 작동을 하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 아크인버터 용접기의 저 전압회로를 구비한 일부를 상세히 도시한 불록선도,

도 2는 본 발명에 따른 아크인버터 용접기의 마이크로프로세서의 메모리에 저장된 테이블을 보인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 아크인버터 용접기의 저 전압회로의 작동을 보인 파형도,

도 4는 본 발명에 따른 아크인버터 용접기의 마이크로프로세서의 시스템제어에서 저 전압 입력 보호방법을 나타내는 플로우챠트이다.

주요 도면부호의 간단한 설명

1: 제1 전원공급부 2: AC/DC변환부 3: 출력부

5: 출력 검출부 6: 전압검출부 7: 주파수 조절부

Claims

아크인버터용접기의 저전압 보호회로에 있어서,

고압 정류다이오드로 구성되는 풀 브릿지 정류부와 직류전압을 평활 하는 평활콘덴서로 구성되는 제1 전원공급부,

다수의 쌍을 이룬 스위칭소자들로 구성되며 각 쌍에 제1 PWM 신호와 제2 PWM 신호를 인가하여 소정 전압의 소정 주파수로 되는 유사 사인파의 전원을 발생시키는 AC/DC 변환부,

제1 고압 트랜스포머와 이의 이차 코일측에 연결된 제1 인덕터, 2차 코일측에 연결되고 결합되는 하나 이상의 다이오드들과 대 용량 제2 인덕터를 구비하여 소정 전압의 대 전류를 발생시켜 부하에 인가하는 출력부, 이 출력부로 부터 출력을 검출하여 출력오차신호를 발생시키는 전류 검출부,

전원 입력단의 소정 직류전압의 신호들 간에 피크 치의 간격을 측정하고 전압변동에 따른 입력전압의 검출신호를 수신하는 입력 검출부,

입력주파수를 검출하여 전압 피크 치 변동에 따라 입력전압의 주파수 50 및 60㎐중 어느 하나를 구분하여 표시하게 한 주파수 검출부와

시스템의 작동을 제어하는 마이크로프로세서, 용접기의 작동신호를 발생시키는 스위칭 검출부와 입력전압, 출력 전압과 전류를 표시하는 표시부를 구비하고, 마이크로프로세서가 출력오차신호를 출력검출부로부터 수신하여 PWM보정 신호를 DC/AC 변환부에 인가하여 작동을 제어하여 고주파전원을 출력하게 하고 전압검출부로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호를 수신하여 시스템제어를 하게 한 제어부들로 구성 한 것을 특징으로 하는 아크인버터용접기의 저전압 보호회로.
제1항에 있어서,

전류검출부는 부하출력단에 설치하여 출력전류를 검출하는 전류검출기, 전류검출기로부터 전류를 정류하는 제2 정류기, 제2 정류기로부터 정류된 출력을 증폭하여 소정 전압으로 출력하는 증폭기와 이 증폭기로부터 감지신호와 기준신호를 비교하는 비교기로 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 아크인버터 용접기의 저전압보호회로.
제1항에 있어서,

입력검출부는 전원 입력단에 연결된 1차 코일을 가진 제2 트랜스포머, 제2 트랜스포머의 2차 코일에 연결된 제2 정류기와 이 제2 정류기의 출력단에 병렬 연결되는 콘덴서와 직렬저항들로 구성 한 것을 특징으로 하는 아크인버터용접기의 저전압 보호회로.
제1항에 있어서,

마이크로프로세서는 50Hz 및 60Hz 에서의 서로 간에 대응하는 비 1:1.16 를 갖는 전압 값의 테이블로 되는 메모리를 구비한다.
아크인버터용접기의 저전압 보호방법에 있어서,

출력오차 신호인가 판단하고, 출력오차 신호인 경우 PWM보정 신호를 발생하여 AC/DC변환부의 작동을 제어하며,

전압검출부로부터 입력전원에 대한 입력주파수와 변동전압에 관련된 입력전원의 검출신호와 주파수 검출부로부터 주파수 검출 신호를 수신하며,

소정주파수에서 소정전압 이상 인가를 판단하고, 소정전압 이상인 경우 현재 전압 및 주파수를 표시하고,

출력오차신호인 경우 PWM보정신호를 발생시키고, 만일 출력오류신호가 아니라면 소정주파수에서 소정 전압이하 인가를 판단하게 되고

소정전압 이하라면 시스템 정지를 시키고, 그렇지 않다면 시스템 작동을 유지시키는 단계들로 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 아크인버터용접기의 저전압 보호방법.