KR20150053766A

KR20150053766A - Ac 아크 용접 공정들을 제어하기 위한 고/저 임피던스를 제공하는 브리지 회로를 갖는 용접 전원들

Info

Publication number: KR20150053766A
Application number: KR1020157007605A
Authority: KR
Inventors: 로버트 엘 닷지; 조지 비 코프리브나크; 스티븐 알 피터스
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-05-18
Also published as: EP2897754A2; US9120172B2; JP2015530252A; WO2014045111A2; CN104661782A; JP6392759B2; EP2897754B1; BR112015004398A2; WO2014045111A3; CN104661782B; US20140083987A1; KR102118230B1

Abstract

제어 AC 아크 용접 공정들을 제공하는 시스템들 및 방법들. 아크 용접 전원 실시예들에서, 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)의 구성들은 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 용접 전류의 방향 전환을 가능하게 하고, 아크 전류를 급속히 감쇠시키기 위해 하나 이상의 고 임피던스 경로들을 선택적으로 제공한다. 고 임피던스 경로는 소모 전극(E)으로부터 모재(W)로의 용융 금속 볼들의 로우 스패터 이행에 도움을 주고, 또한 용융 금속 볼이 이행될 때 소모 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 유지 또는 복구에 도움을 준다.

Description

AC 아크 용접 공정들을 제어하기 위한 고/저 임피던스를 제공하는 브리지 회로를 갖는 용접 전원들{WELDING POWER SOURCES WITH A BRIDGE CIRCUIT PROVIDING HIGH/LOW IMPEDANCE FOR CONTROLLING AC ARC WELDING PROCESSES}

본 발명은 용접 전원 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 특정의 실시예들은 아크 용접에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 특정의 실시예들은 제어 AC 아크 용접 공정(controlled AC arc welding process)들을 제공하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

특정의 종래 기술의 용접 시스템들은 AC 용접 능력을 제공하기 위해 용접 전원에서 브리지 토폴로지(bridge topology)들을 사용한다. 하프 브리지 토폴로지(half-bridge topology)가 공통 경로를 공유하도록 구성된 듀얼 출력 전류 경로들을 가지는 용접 전원에서 사용될 수 있으며, 따라서 각각의 출력은 공유된 경로에 반대 극성의 흐름을 유발할 수 있다. 실제로는, 많은 용접 전원들이 그와 같이 구성되어 있고, 제2 경로를 완성하기 위해 제2 세트의 정류기 디바이스들의 부가만을 필요로 할 수 있다. 스위치가 각각의 전원 레그(power source leg)의 비공유된 경로에 배치될 수 있고, 연결된 용접 출력 회로 경로를 통과하는 전류 흐름의 방향은 활성 레그(active leg)에 의해 결정된다. 풀 브리지 토폴로지(full bridge topology)는 거의 모든 전원 토폴로지에서 사용될 수 있어, 유연성 및 기존의 설계된 전원들에 부가될 가능성을 제공한다. 풀 브리지 토폴로지는 영 교차 보조 회로(zero cross assisting circuit)의 용이한 구현을 가능하게 한다. 전원 내의 디바이스들을 영 교차 동안 일어나는 고전압 순시치들로부터 보호하기 위해 블로킹 다이오드(blocking diode)가 사용될 수 있다.

예를 들어, 표면 장력 이행 공정(surface tension transfer process)과 같은 특정의 단락 이행 용접 공정(short circuit transfer welding process)들에 대해, 공정에서의 특정의 시점들에서 출력 전류가 특정의 값들로 급속히 감쇠되어야만 한다. DC 포지티브(DC positive) 및 DC 네거티브(DC negative) 응용들에서 출력 전류의 이러한 급속한 감소들을 달성하기 위해 종래의 기술에서 여러 기법들이 적용되었다. 그렇지만, 누설 전류 및 스패터(spatter)를 최소로 유지하면서 그리고 전극으로부터 모재(workpiece)로의 용융 금속 볼(molten metal ball)의 이행 후에 소모 전극과 모재 사이에서 아크가 용이하게 복구(re-establish)할 수 있게 하면서 AC 아크 용접 공정에서 포지티브 방향 및 네거티브 방향 둘 다에서 출력 전류를 급속히 감소시킬 수 있는 것은 어려운 문제이다.

종래의 전통적인 제안된 접근 방법들의 추가적인 제한들 및 단점들은, 이러한 시스템들 및 방법들과 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 나머지에 기재되어 있는 본 발명의 실시예들의 비교를 통해, 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다.

본 발명의 실시예들은 제어 AC 아크 용접 공정(controlled AC arc welding process)들을 제공하는 시스템들 및 방법들을 포함한다. 아크 전류가 0으로 되지 않게 하면서(아크 전류가 0으로 되는 것은 아크를 유지하기 어렵게 만들 것임) 아크 전류를 급속히 감쇠시키기 위해 AC 출력 용접기의 용접 회로에 고 임피던스 경로를 도입시키는 수단이 제공된다. AC 용접, 가변 극성 용접(예컨대, 어느 한 극성에서의 DC 용접) 및 다른 하이브리드 용접 공정이 지원된다. 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로의 구성들은 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 용접 전류의 방향 전환을 가능하게 하고, 아크 전류를 급속히 감쇠시키기 위해 하나 이상의 고 임피던스 경로들을 선택적으로 제공한다. 고 임피던스 경로는 소모 전극으로부터 모재로의 용융 금속 볼(용적(droplet))들의 로우 스패터 이행(low spatter transfer)에 도움을 주고, 또한 용융 금속 볼이 이행된 후에 소모 전극과 모재 사이에서의 아크의 복구 또는 유지에 도움을 준다. 일반적으로, 용적이 소모 용접 와이어 전극(consumable welding wire electrode)의 단부로부터 모재로 이행하려고 할 때 고 임피던스 경로는 전류를 소멸(quench)시킨다(예컨대, 용적을 로우 스패터 방식으로 건너가게 하기 위해 표면 장력이 사용될 수 있다).

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원이다. 용접 전원은 입력 전류를 출력 전류로 변환하도록 구성된 전력 변환 회로를 포함한다. 전력 변환 회로는 하프 브리지 출력 토폴로지에 기초한 변압기일 수 있다. 전력 변환 회로는 DC 출력 토폴로지를 포함할 수 있다. 전력 변환 회로는, 예를 들어, 인버터 기반 회로(inverter-based circuit) 또는 초퍼 기반 회로(chopper-based circuit)일 수 있다. 용접 전원은 또한 전력 변환 회로에 동작가능하게 연결되고 용접 전원의 제어기의 명령으로 용접 전원의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 방향을 전환시키도록 구성된 주 브리지 회로(main bridge circuit)를 포함한다. 주 브리지 회로는, 예를 들어, 하프 브리지 회로로서 또는 풀 브리지 회로로서 구성될 수 있다. 주 브리지 회로는, 예를 들어, 적어도 2개의 스위칭 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 용접 전원은 주 브리지 회로에 동작가능하게 연결되고 용접 전원의 제어기의 명령으로 전력 변환 회로와 용접 출력 회로 경로 사이에 고 임피던스 경로를 도입시키도록 구성된 보조 브리지 회로(auxiliary bridge circuit)를 추가로 포함한다. 보조 브리지 회로는, 예를 들어, 적어도 2개의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나의 저항기를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 저항기의 저항값은 2 오옴 미만 또는 1 오옴 미만일 수 있다. 전력 변환 회로, 주 브리지 회로, 및 보조 브리지 회로는 용접 전원의 제어기의 명령으로 DC 포지티브 용접 작업(DC positive welding operation), DC 네거티브 용접 작업(DC negative welding operation), 및 AC 용접 작업(AC welding operation) 중 임의의 것을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안의 실시예에 따르면, 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로는 용접 전원의 외부에, 예를 들어, 용접 전원에 동작가능하게 연결되는 모듈의 형태로 있을 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원이다. 용접 전원은 입력 전류를 출력 전류로 변환하는 수단, 및 적어도 AC 용접 작업을 제공하기 위해 용접 전원의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 방향을 전환시키는 수단을 포함한다. 용접 전원은 또한 소모 용접 전극의 단부에 있는 용융 금속 볼의 모재 상의 용접 퍼들(weld puddle) 내로의 로우 스패터 웨트인(low spatter wet-in), 및 용융 금속 볼이 모재로 이행된 직후 소모 용접 전극의 단부와 모재 사이에서의 아크의 자동 복구(automatic re-establishment)를 제공하기 위해 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 급속히 감소시키는 수단을 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예는 방법이다. 본 방법은 용접 전원에서 입력 전류를 출력 전류로 변환하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 용접 전원의 제어기의 명령으로 용접 전원의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 방향을 제1 방향으로부터 제2 방향으로 전환시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 제2 방향을 유지하면서 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 감소시키기 위해 용접 전원의 제어기의 명령으로 용접 전원 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 출력 전류를 선택적으로 전환시키는 단계를 추가로 포함한다. 본 방법은 또한 용접 전원의 제어기의 명령으로 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 방향을 제2 방향으로부터 제1 방향으로 전환시키는 단계, 및 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 제1 방향을 유지하면서 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 감소시키기 위해 용접 전원의 제어기의 명령으로 용접 전원 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 출력 전류를 추가로 선택적으로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다. 고 임피던스 경로는 적어도 하나의 스위칭 트랜지스터 및 적어도 하나의 저항기를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원 내에서 용접 출력 전류 파형을 발생시키는 방법이다. 본 방법은 용접 출력 전류 파형의 포지티브 전류 부분 이어서 용접 출력 전류 파형의 네거티브 전류 부분을 발생시키는 단계를 포함한다. 포지티브 전류 부분 및 네거티브 전류 부분 각각은 백그라운드 전류(background current) 섹션 이어서 제1 저전류 천이(low current transition) 섹션 이어서 핀치 전류(pinch current) 섹션 이어서 제2 저전류 천이 섹션 이어서 피크 전류(peak current) 섹션 이어서 테일아웃 전류(tail-out current) 섹션을 포함한다. 제1 저전류 천이 섹션 및 제2 저전류 천이 섹션 각각은, 제각기, 제1 저전류 천이 섹션의 시간 동안 및 제2 저전류 천이 섹션의 시간 동안 용접 전원 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 용접 출력 전류 파형을 전환시킴으로써, 백그라운드 전류 섹션의 레벨보다 영 전류 레벨에 더 가까운 영이 아닌 레벨로 조절된다. 고 임피던스 경로는 적어도 하나의 스위칭 트랜지스터 및 적어도 하나의 저항기를 포함할 수 있다. 용접 출력 전류 파형이 소모 용접 전극 및 모재를 가지는 용접 출력 회로 경로에 인가될 때, 제1 저전류 천이 섹션의 조절된 영이 아닌 레벨은 소모 용접 전극의 단부에 있는 용융 금속 볼의 모재 상의 용접 퍼들 내로의 로우 스패터 웨트인을 제공할 수 있다. 게다가, 용접 출력 전류 파형이 소모 용접 전극 및 모재를 가지는 용접 출력 회로 경로에 인가될 때, 제2 저전류 천이 섹션의 조절된 영이 아닌 레벨은 용융 금속 볼이 소모 용접 전극의 단부로부터 모재로 이행한 직후에 소모 용접 전극의 단부와 모재 사이에서의 아크의 자동 복구를 제공할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원이다. 용접 전원은 AC 용접 출력 전류를 제공하도록 구성된 그리고 AC 용접 출력 전류에 대한 고 임피던스 경로를 선택적으로 제공하도록 추가로 구성된 하이브리드 브리지 회로(hybrid bridge circuit)를 포함한다. 고 임피던스 경로는 적어도 하나의 트랜지스터 스위치 및 적어도 하나의 저항기를 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원이다. 용접 전원은 AC 용접 출력 전류를 제공하도록 구성된 그리고 AC 용접 출력 전류에 대한 저 임피던스 경로 및 고 임피던스 경로를 선택적으로 제공하도록 추가로 구성된 하이브리드 브리지 회로를 포함하고, 여기서 고 임피던스 경로는 저 임피던스 경로의 극성과 흡사하다.

본 발명의 하나의 실시예는 용접 전원이다. 용접 전원은 고 임피던스 경로 및 저 임피던스 경로를 가지는 하이브리드 브리지 회로를 포함하고, 여기서 하이브리드 브리지 회로는 고 임피던스 경로를 통과하는 출력 전류가 용접 전원의 용접 출력에 연결된 부하에 걸리는 전압을 증가시키게 하기 위해 저 임피던스 경로가 선택적으로 차단되도록 구성되어 있다.

본 발명의 예시된 실시예들의 상세가 이하의 설명, 청구범위 및 도면들로부터 더 충분히 이해될 것이다.

도 1은 소모 용접 전극 및 모재에 동작가능하게 연결되는 용접 전원의 한 예시적인 실시예의 개략 블록도.
도 2는 용접 출력 전류 파형의 한 예시적인 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로를 가지는 도 1의 용접 전원의 일부분의 제1 예시적인 실시예의 개략도.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 용접 출력 전류 파형의 AC 버전을 구현할 때 도 3에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 도면.
도 5는 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로를 가지는 도 1의 용접 전원의 일부분의 제2 예시적인 실시예의 개략도.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 용접 출력 전류 파형의 AC 버전을 구현할 때 도 5에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 도면.
도 7은 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로를 가지는 도 1의 용접 전원의 일부분의 제3 예시적인 실시예의 개략도.
도 8a 및 도 8b는 도 2의 용접 출력 전류 파형의 AC 버전을 구현할 때 도 7에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 도면.
도 9는 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로를 가지는 도 1의 용접 전원의 일부분의 제4 예시적인 실시예의 개략도.
도 10a 및 도 10b는 도 2의 용접 출력 전류 파형의 AC 버전을 구현할 때 도 9에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 도면.

이하는 본 개시 내용 내에서 사용될 수 있는 예시적인 용어들의 정의들이다. 모든 용어들의 단수 형태 및 복수 형태 둘 다는 각각의 의미 내에 속한다:

"소프트웨어" 또는 "컴퓨터 프로그램"은, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 컴퓨터 또는 다른 전자 디바이스로 하여금 기능들, 동작들을 수행하게 하고 그리고/또는 원하는 방식으로 거동하게 하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 및/또는 실행가능 명령어들(이들로 제한되지 않음)을 포함한다. 명령어들은 개별적인 애플리케이션들 또는 동적 링크 라이브러리(dynamically linked library)들로부터의 코드를 비롯한 루틴, 알고리즘, 모듈 또는 프로그램과 같은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 소프트웨어도 또한 독립 실행형 프로그램(stand-alone program), 함수 호출, 서블릿, 애플릿, 애플리케이션, 메모리에 저장된 명령어들, 운영 체제의 일부 또는 다른 유형의 실행가능 명령어들과 같은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 통상의 기술자라면 소프트웨어의 형태가, 예를 들어, 원하는 응용의 요구사항들, 소프트웨어가 실행되는 환경, 및/또는 설계자/프로그래머가 원하는 것 등에 의존한다는 것을 잘 알 것이다.

"컴퓨터" 또는 "처리 요소" 또는 "컴퓨터 디바이스"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 데이터를 저장, 검색 및 처리할 수 있는 임의의 프로그램된 또는 프로그램가능 전자 디바이스(이들로 제한되지 않음)를 포함한다. "비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"는 CD-ROM, 이동식 플래시 메모리 카드, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프, 및 플로피 디스크(이들로 제한되지 않음)를 포함한다.

"용접 공구"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용접 전원에 의해 제공되는 전력을 소모 용접 와이어(consumable welding wire)에 인가하기 위해 소모 용접 와이어를 받아들이는 용접 건(welding gun), 용접 토치(welding torch), 또는 임의의 용접 디바이스(이들로 제한되지 않음)를 말한다.

"용접 출력 회로 경로"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용접 전원의 용접 출력의 제1 측면으로부터 제1 용접 케이블(또는 용접 케이블의 제1 측면)을 거쳐 용접 전극까지, (용접 전극과 모재 사이의 단락 또는 아크를 통해) 모재까지, 제2 용접 케이블(또는 용접 케이블의 제2 측면)을 거쳐, 그리고 다시 용접 전원의 용접 출력의 제2 측면까지의 전기 경로를 말한다.

"용접 케이블"은, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전력을 제공하여 용접 전극과 모재 사이에 아크를 생성하기 위해 (예컨대, 용접 와이어 피더를 통해) 용접 전원과 용접 전극 및 모재 사이에 연결될 수 있는 전기 케이블을 말한다.

"용접 출력"은, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용접 전원의 전기 출력 회로 또는 출력 포트 또는 단말들, 또는 용접 전원의 전기 출력 회로 또는 출력 포트에 의해 제공되는 전력, 전압, 또는 전류를 말하는 것일 수 있다.

"컴퓨터 메모리"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 컴퓨터 또는 처리 요소에 의해 검색될 수 있는 디지털 데이터 또는 정보를 저장하도록 구성된 저장 디바이스를 말한다.

"제어기"는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 논리 회로 및/또는 처리 요소들 그리고 용접 전원을 제어하는 데 관여되어 있는 연관된 소프트웨어 또는 프로그램을 말한다.

"신호", "데이터" 및 "정보"라는 용어들은 본 명세서에서 서로 바꾸어 사용될 수 있고, 디지털 또는 아날로그 형태로 되어 있을 수 있다.

"AC 용접"이라는 용어는 본 명세서에서 널리 사용되고, 실제의 AC 용접, 포지티브 극성 및 네거티브 극성 둘 다에서의 DC 용접, 가변 극성 용접, 및 다른 하이브리드 용접 공정들을 말하는 것일 수 있다.

도 1은 소모 용접 전극(E) 및 모재(W)에 동작가능하게 연결되는 용접 전원(100)의 한 예시적인 실시예의 개략 블록도를 나타낸 것이다. 용접 전원(100)은 용접 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 출력 전력을 제공하는 전력 변환 회로(110)를 포함한다. 전력 변환 회로(110)는 하프 브리지 출력 토폴로지에 기초한 변압기일 수 있다. 예를 들어, 전력 변환 회로(110)는, 예를 들어, 용접 변압기의 1차 측면(primary side) 및 2차 측면(secondary side)으로, 각각, 표시되어 있는 입력 전력 측면 및 출력 전력 측면을 포함하는 인버터 유형일 수 있다. 예를 들어, DC 출력 토폴로지를 가지는 초퍼 유형과 같은 다른 유형의 전력 변환 회로들이 또한 가능하다. 와이어 피더(wire feeder)(5)는 소모 용접 와이어 전극(E)을 모재(W) 쪽으로 피드시킨다. 와이어 피더(5), 소모 용접 전극(E), 및 모재(W)는 용접 전원(100)의 일부가 아니고, 용접 출력 케이블을 통해 용접 전원(100)에 동작가능하게 연결될 수 있다.

용접 전원(100)은 파형 발생기(120) 및 제어기(130)를 추가로 포함한다. 파형 발생기(120)는 제어기(130)의 명령으로 용접 파형들을 발생시킨다. 파형 발생기(120)에 의해 발생된 파형은 전력 변환 회로(110)의 출력을 변조시켜, 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 출력 전류를 생성한다.

용접 전원(100)은 전극(E)과 모재(W) 사이의 용접 출력 전압 및 전류를 모니터링하고 모니터링된 전압 및 전류를 다시 제어기(130)에 제공하기 위해 전압 피드백 회로(140) 및 전류 피드백 회로(150)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 파형 발생기(120)에 의해 발생된 용접 파형을 수정하는 것과 관련한 결정을 하기 위해 그리고/또는 용접 전원(100)의 안전한 동작에 영향을 미치는 다른 결정을 하기 위해, 피드백 전압 및 전류가 제어기(130)에 의해 사용될 수 있다.

용접 전원(100)은 또한 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)를 가지는 하이브리드 브리지 회로(180)를 포함한다. 주 브리지 회로(160)는 전력 변환 회로(110)에 동작가능하게 연결되고, 제어기(130)의 명령으로 용접 전원(100)의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 저 임피던스 용접 출력 회로 경로(전극(E) 및 모재(W)를 포함함)를 통해 출력 전류의 방향을 전환시키도록 구성되어 있다. 보조 브리지 회로는 주 브리지 회로에 동작가능하게 연결되고, 제어기(130)의 명령으로 전력 변환 회로(110)와 용접 출력 회로 경로 사이에 고 임피던스 경로를 도입시키도록 구성되어 있다. 하나의 실시예에 따르면, 고 임피던스 경로는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류의 제공된 방향(극성)의 면에서 저 임피던스 경로와 흡사하다. 이러한 하이브리드 브리지 회로들의 상세한 예들 및 동작이 본 명세서에서 나중에 기술된다.

도 2는 용접 출력 전류 파형(200)의 한 예시적인 실시예를 나타낸 것이다. 파형(200)은 STT(surface tension transfer) 공정이라고 알려진 단락 이행 용접 공정에서 사용하도록 설계되어 있다. 파형(200)은 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)을 포함한다. 백그라운드 전류 섹션(210)과 핀치 전류 섹션(220) 사이에 제1 저전류 천이 섹션(215)이 있다. 또한, 핀치 전류 섹션(220)과 피크 전류 섹션(230) 사이에 제2 저전류 천이 섹션(225)이 있다.

파형(200)을 사용하는 용접 작업 동안, 도 2에 예시된 바와 같은 시간 A 동안(즉, 백그라운드 전류 섹션(210) 동안), 소모 용접 전극(260)의 단부에 용융 금속 볼(250)이 생성된다. 도 2에 예시된 바와 같은 시간 B 동안(즉, 제1 저전류 천이 섹션(215) 동안), 용융 금속 볼(260)이 모재(270)에 단락되고 전류가 감소되어, 용융 금속 볼(250)이 모재(270) 상의 퍼들(puddle)에 웨팅(wet)할 수 있게 한다. 도 2에 예시된 바와 같은 시간 C 동안(즉, 핀치 전류 섹션(220) 동안), 용융 금속 볼(250)이 전극(260)의 단부로부터 모재(270) 상의 퍼들 내로 핀치오프(pinch off)하는 것을 돕기 위해 램프형 핀치 전류(ramped pinch current)가 단락에 인가된다. 도 2에 예시된 바와 같은 시간 D 동안(즉, 제2 저전류 천이 섹션(225) 동안), 전류가 감소되어, 용융 금속 볼(250)이 전극(260)으로부터 핀치오프된 후에 전극(260)과 모재(270) 사이에 용접 아크(280)가 용이하게 복구될 수 있게 하여, 단락을 없앤다. 도 2에 예시된 바와 같은 시간 E 동안(즉, 피크 전류 섹션(230) 동안), 복구된 아크의 적절한 아크 길이를 설정하기 위해 그리고 전극의 단부로부터 새로운 용융 금속 볼을 용융시키기 시작하기 위해 피크 전류가 인가된다. 테일아웃 전류 섹션(240) 동안, 발생되는 열이 전류가 피크 전류 레벨로부터 백그라운드 전류 레벨로 천이하는 속도를 제어하는 것에 의해 제어된다. 용접부를 형성하기 위해 용접 공정 동안 파형이 반복된다.

한 예로서, 100 암페어의 백그라운드 전류는 전극과 모재 사이에 아크를 유지하고 모재 가열(base metal heating)에 기여한다. 전극이 모재 상의 용융지(weld pool)에 처음으로 단락된 후에, 고형 단락(solid short)을 보장하기 위해 전류가 신속하게 감소된다. 전기 신호들로부터 액상 가교(liquid bridge)의 네킹(necking)을 모니터링하면서 용융 금속을 용융지 내로 밀어넣기 위해 핀치 전류가 이어서 인가된다. 액상 가교가 끊어지려고 할 때, 전원은 전류를 약 50 암페어로 감소시키는 것으로 반응한다. 아크 복구 직후에, 우발적인 단락을 방지하기 위해 용융지를 밀어 누르는 플라즈마 힘(plasma force)을 생성하기 위해 그리고 퍼들 및 용접 이음부(weld joint)를 가열하기 위해 피크 전류가 인가된다. 지수적 테일아웃 섹션이 총 입열량(heat input)을 조절하기 위해 조정되고, 백그라운드 전류 섹션은 미세한 열 제어로서 역할한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 저전류 천이 섹션(215) 및 제2 저전류 천이 섹션(225)의 전류들이, 용접 전원(100) 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 용접 출력 전류 파형(200)을 전환시키는 것에 의해, 백그라운드 전류 섹션(210)의 레벨보다 영 전류 레벨에 더 가까운 영이 아닌 레벨로 신속히 감소되고 조절된다. 전류를 신속히 감소시키고 낮은 영이 아닌 레벨로 조절하는 것에 의해, 스패터가 감소되고, 용융 금속 볼의 로우 스패터 이행이 용이하게 되며, 아크(280)가 전극(260)과 모재(270) 사이에서 신뢰성있는 방식으로 용이하게 복구된다. 본 발명의 실시예들은, 본 명세서에서 이하에 상세히 기술된 바와 같이, 제어기(130)의 제어 하에서 AC 용접 작업을 제공하는 동안 적절한 때에 고 임피던스 경로에서 스위칭하는 하이브리드 브리지 회로를 제공한다. 본 명세서에 기술된 방법들의 특정의 태양들이 또한 비단락 용접 공정들에 적용될 수 있고, 여기서 용융 금속 볼은 모재를 터치하기 전에 전극으로부터 벗어나고, 아크가 소호(extinguish)되는 일 없이 아크를 가로질러 이행한다. 이러한 비단락 용접 공정들에서, 아크를 유지하면서 아크를 가로지르는 용융 금속 볼의 로우 스패터 이행을 용이하게 하기 위해 하이브리드 브리지 회로의 고 임피던스 경로가 사용될 수 있다.

도 3은 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)를 포함하는 하이브리드 브리지 회로(180)를 가지는 도 1의 용접 전원(100)의 일부분의 제1 예시적인 실시예의 개략도를 나타낸 것이다. 또한 전력 변환 회로(110)의 일부분(310)이 도 3에 예시되어 있고, 여기서 전력 변환 회로(110)는 중앙 탭(center-tapped) 또는 하프 브리지 토폴로지(예컨대, 인버터 기반 회로)이다. 도 3의 하이브리드 브리지 회로(180)는 하프 브리지 토폴로지의 형태로 되어 있고, 여기서 전력 변환 회로(110)는 공통 경로를 공유하도록 구성된 듀얼 출력 전류 경로들을 제공하고, 따라서 각각의 출력 경로는 공유된 경로에 반대 극성의 흐름을 유발할 수 있다. 주 브리지 회로(160)는 스위칭 트랜지스터들(311 및 312)을 포함한다. 보조 브리지 회로(170)는 스위칭 트랜지스터들(313 및 314) 및 저항기(315)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)들이다. 능동 스너버(active snubber)(181)는 출력 회로 경로를 통과하는 출력 전류를 신속하게 떨어뜨리기 위해 브리지 회로(180)에 걸리는 전압을 (예컨대, 300 V와 600 V 사이의 어딘가로) 제한하기 위해 사용된다. 도 3의 하이브리드 브리지 회로(180)는 AC 용접 작업에 대비한 것이고, 도 2, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용접 출력 전류를 스패터 제어를 위해 저 레벨로 조절하기 위해 그리고 용접 공정 동안 특정의 시간 간격으로 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 아크를 복구하기 위해 고 임피던스 경로를 제공한다. 용접 출력 단자들(191 및 192)이 도시되어 있고, 전극(E) 및 모재(W)가 용접 케이블 경로를 통해 연결될 수 있는 용접 전원의 용접 출력을 나타낸다.

도 4a 및 도 4b는 도 2의 용접 출력 전류 파형(200)의 AC 버전을 구현할 때 도 3에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 것이다. 도 4a는 용접 출력 전류 파형(200)의 포지티브 부분 동안의 도 3의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 4a의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(311)는 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(312)는 OFF이다. 그 결과, 도 4a의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 저 임피던스 경로를 통해 흐른다.

전류 감쇠 및 저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 4a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(313)만이 ON이다. 그 결과, 도 4a의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(313) 및 저항기(315)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하(potential drop)를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 하고 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 이것은 전극(E)과 모재(W) 사이에 고전위 상황을 야기하고, 따라서 용접 출력 전류를 공지된 식 V = L(di/dt)(여기서, V는 전압이고, L은 인덕턴스이며, di는 전류의 변화이고, dt는 시간의 변화임)에 따라 신속히 감쇠시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저항기(315)의 값은 2 오옴 미만(예컨대, 1 오옴)이다. 다른 실시예에 따르면, 저항기(315)의 값은 1 오옴 미만(예컨대, 0.5 오옴)이다. 다시 말하지만, 하이브리드 브리지 회로(180)에 의한 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 부하는 전극(E)과 모재(W) 사이의 아크 및 전극(E) 및 모재(W)를 용접 전원에 연결시키는 용접 케이블 경로(즉, 용접 출력 회로 경로)의 저항 및 인덕턴스를 나타낸다. 그렇지만, 전극(E), 모재(W), 및 용접 케이블 경로는 용접 전원의 일부가 아니다. 주 브리지 회로(160)에 보조 브리지 회로(170)를 제공하는 것은 부하를 통과하는 용접 출력 전류의 차단의 보다 나은 제어를 가능하게 한다.

이와 유사하게, 도 4b는 용접 전류 파형의 네거티브 부분 동안의 도 3의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 4b의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(312)는 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(311)는 OFF이다. 그 결과, 도 4b의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다. 전류 감쇠 및 저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 4b의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(314)만이 ON이다. 그 결과, 도 4b의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(314) 및 저항기(315)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 하고 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 다시 말하지만, 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들이 제어기(130)에 의해 제어된다(ON 및 OFF된다).

특정의 실시예들에 따르면, 고 임피던스 경로는 하이브리드 브리지 회로를 통과하는 전류의 제공된 방향(극성)의 면에서 저 임피던스 경로와 흡사하다. 즉, 보조 브리지는 주 브리지의 극성을 따르고, 특정의 때에, 보조 브리지에 의해 제공되는 고 임피던스 경로를 도입시키기 위해 주 브리지가 차단된다. 이러한 모방은 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로의 대응하는 트랜지스터들을 동시에 동일한 방식으로 스위칭하는 것에 의해 달성될 수 있다. 게다가, 이러한 모방은 고 임피던스 경로로의 전환(transition)을 용이하게 하고 그리고/또는 보다 효율적인 타이밍 및 스위칭에 대비한 것이다. 그렇지만, 다른 실시예들은 보조 브리지 회로가 주 브리지 회로의 극성을 따르는 특성을 배제시킬 수 있다.

일반적으로, 용융 금속 볼(250)의 이행 동안, 주 브리지 회로(160)가 열리고, 보조 브리지 회로(170)가, 전류 흐름을 차단시키는 일 없이, 고 임피던스 경로를 제공하게 한다. 보조 브리지 회로(170)가 없는 경우, 능동 스너버(181)를 통해 감쇠 경로만이 있어, 용접 출력 전류가 0으로 떨어질 수 있도록 주 브리지 회로(160)가 완전히 차단될 필요가 있을 것이다. 보조 브리지 회로(170)가 없는 이러한 동작은 요망되는 신뢰성있고 제어되는 로우 스패터 상황들 및 아크 복구를 제공하지 않을 것이다.

도 5는 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)를 포함하는 하이브리드 브리지 회로(180)를 가지는 도 1의 용접 전원(100)의 일부분의 제2 예시적인 실시예의 개략도를 나타낸 것이다. 또한 전력 변환 회로(110)의 일부분(510)이 도 5에 예시되어 있고, 여기서 전력 변환 회로(110)는 DC + 및 DC - 출력(예컨대, 초퍼 기반 회로)을 제공한다. 도 5의 하이브리드 브리지 회로(180)는 거의 모든 전원 토폴로지에서 사용될 수 있는 풀 브리지 토폴로지의 형태로 되어 있어, 유연성 및 기존의 설계된 전원들에 부가될 가능성을 제공한다. 주 브리지 회로(160)는 스위칭 트랜지스터들(511, 512, 513 및 514)을 포함한다. 보조 브리지 회로(170)는 스위칭 트랜지스터들(515, 516, 517 및 518) 및 저항기들(519 및 520)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)들이다. 능동 스너버(181)는 브리지 회로(180)에 걸리는 전압을 제한하기 위해 사용된다. 도 5의 하이브리드 브리지 회로(180)는 AC 용접 작업에 대비한 것이고, 도 2, 도 6a 및 도 6b와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용접 출력 전류를 스패터 제어를 위해 저 레벨로 조절하기 위해 그리고 용접 공정 동안 특정의 시간 간격으로 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 아크를 복구하기 위해 고 임피던스 경로들을 제공한다. 용접 출력 단자들(191 및 192)이 도시되어 있고, 전극(E) 및 모재(W)가 용접 케이블 경로를 통해 연결될 수 있는 용접 전원의 용접 출력을 나타낸다.

도 6a 및 도 6b는 도 2의 용접 출력 전류 파형(200)의 AC 버전을 구현할 때 도 5에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 것이다. 도 6a는 용접 출력 전류 파형(200)의 포지티브 부분 동안의 도 5의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 6a의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(511 및 514)은 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(512 및 513)은 OFF이다. 그 결과, 도 6a의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 6a의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터들(515 및 518)만이 ON이다. 그 결과, 다이오드(505)는 역방향 바이어스되어, 전력 변환 회로로부터의 전류의 흐름을 방지하고, (부하의 인덕턴스로 인해) 부하에 저장된 에너지가 전류원으로서 기능한다. 일반적으로, 도 6a의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 용접 출력 전류이 스위칭 트랜지스터들 내의 풀 브리지 역평행 다이오드들 및 보조 브리지 저항기들을 포함하는 2개의 병렬 회로들을 통해 감쇠된다. 보다 상세하게는, 도 6a의 중간 부분 및 하부 부분에서 실선 화살표들에 의해 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 보조 브리지 회로의 스위칭 트랜지스터들(515 및 518), 보조 브리지 회로의 저항기들(519 및 520), 및 주 브리지 회로의 스위칭 트랜지스터들(512 및 513)의 역평행 다이오드들에 의해 제공된 고 임피던스 경로들을 통해 흐르게 함으로써, 부하에 저장된 에너지가 소산된다. 이것은 전극(E)과 모재(W) 사이에 고전위 상황을 야기하고, 따라서 용접 출력 전류를 공지된 식 V = L(di/dt)(여기서, V는 전압이고, L은 인덕턴스이며, di는 전류의 변화이고, dt는 시간의 변화임)에 따라 신속히 감쇠시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저항기들(519 및 520)의 값은 2 오옴 미만(예컨대, 1 오옴)이다. 다른 실시예에 따르면, 저항기들(519 및 520)의 값은 1 오옴 미만(예컨대, 0.5 오옴)이다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 6a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 또다시, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터들(515 및 518)만이 ON이다. 앞서 기술한 바와 같이, 부하에 저장된 에너지가 소산되면, 다이오드(505)는 순방향 바이어스되고, 또다시 전력 변환 회로로부터 전류가 흐른다. 그 결과, 도 6a의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터들(515 및 518) 및 저항기들(519 및 520)에 의해 제공된 고 임피던스 경로들을 통해 흘러, 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다.

다시 말하지만, 하이브리드 브리지 회로(180)에 의한 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 부하는 전극(E)과 모재(W) 사이의 아크 및 전극(E) 및 모재(W)를 용접 전원에 연결시키는 용접 케이블 경로의 저항 및 인덕턴스를 나타낸다. 그렇지만, 전극(E), 모재(W), 및 용접 케이블 경로는 용접 전원의 일부가 아니다.

이와 유사하게, 도 6b는 용접 전류 파형의 네거티브 부분 동안의 도 5의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 6b의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(512 및 513)은 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(511 및 514)은 OFF이다. 그 결과, 도 6b의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 6b의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터들(516 및 517)만이 ON이다. 그 결과, 다이오드(505)는 역방향 바이어스되어, 전력 변환 회로로부터의 전류의 흐름을 방지하고, (부하의 인덕턴스로 인해) 부하에 저장된 에너지가 전류원으로서 기능한다. 일반적으로, 도 6b의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 용접 출력 전류이 스위칭 트랜지스터들 내의 풀 브리지 역평행 다이오드들 및 보조 브리지 저항기들을 포함하는 2개의 병렬 회로들을 통해 감쇠된다. 보다 상세하게는, 도 6b의 중간 부분 및 하부 부분에서 실선 화살표들에 의해 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 보조 브리지 회로의 스위칭 트랜지스터들(516 및 517), 보조 브리지의 저항기들(519 및 520), 및 주 브리지 회로의 스위칭 트랜지스터들(511 및 514)의 역평행 다이오드들에 의해 제공된 고 임피던스 경로들을 통해 흐르게 함으로써, 부하에 저장된 에너지가 소산된다. 이것은 전극(E)과 모재(W) 사이의 고전위 상황을 야기하고, 따라서 용접 출력 전류를 신속히 감쇠시킨다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 6a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 또다시, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터들(516 및 517)만이 ON이다. 앞서 기술한 바와 같이, 부하에 저장된 에너지가 소산되면, 다이오드(505)는 순방향 바이어스되고, 또다시 전력 변환 회로로부터 전류가 흐른다. 그 결과, 도 6b의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터들(516 및 517) 및 저항기들(519 및 520)에 의해 제공된 고 임피던스 경로들을 통해 흘러, 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다.

도 7은 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)를 포함하는 하이브리드 브리지 회로(180)를 가지는 도 1의 용접 전원(100)의 일부분의 제3 예시적인 실시예의 개략도를 나타낸 것이다. 또한 전력 변환 회로(110)의 일부분(710)이 도 7에 예시되어 있고, 여기서 전력 변환 회로(110)는 초퍼 기반 회로이다. 도 7의 하이브리드 브리지 회로(180)는 거의 모든 전원 토폴로지에서 사용될 수 있는 풀 브리지 토폴로지의 형태로 되어 있어, 유연성 및 기존의 설계된 전원들에 부가될 가능성을 제공한다. 주 브리지 회로(160)는 스위칭 트랜지스터들(711, 712, 713 및 714)을 포함한다. 보조 브리지 회로(170)는 부분 보조 브리지 회로이고, 스위칭 트랜지스터들(715 및 716) 및 저항기들(717 및 718)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)들이다. 능동 스너버(181)는 브리지 회로(80)에 걸리는 전압을 제한하기 위해 사용된다. 도 7의 하이브리드 브리지 회로(180)는 AC 용접 작업에 대비한 것이고, 도 2, 도 8a 및 도 8b와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용접 출력 전류를 스패터 제어를 위해 저 레벨로 조절하기 위해 그리고 용접 공정 동안 특정의 시간 간격으로 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 아크를 복구하기 위해 고 임피던스 경로들을 제공한다. 용접 출력 단자들(191 및 192)이 도시되어 있고, 전극(E) 및 모재(W)가 용접 케이블 경로를 통해 연결될 수 있는 용접 전원의 용접 출력을 나타낸다.

도 8a 및 도 8b는 도 2의 용접 출력 전류 파형(200)의 AC 버전을 구현할 때 도 7에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 것이다. 도 8a는 용접 출력 전류 파형(200)의 포지티브 부분 동안의 도 7의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 8a의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(711 및 714)은 ON이고, 주 브리지 회로(60)의 스위칭 트랜지스터들(712 및 713)은 OFF이다. 그 결과, 도 8a의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 8a의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(716)만이 ON이다. 그 결과, 도 8a의 중간 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(716) 및 저항기(718)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, 제어기는 전류 감쇠 동안 출력 전류가 언제 0에 근접하는지를 예상하고, 주 브리지의 스위치(예컨대, 스위치(711))를 다시 ON시킨다. 예를 들어, 전원은 용접 출력 전류를 모니터링하고 모니터링된 전류를 다시 제어기(130)에 제공하기 위해 전류 피드백 회로(150)를 사용할 수 있다. 일반적으로, 용적 이행 동안, 주 브리지가 열리고 주 감쇠 경로는, 도 8a의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 부분 보조 브리지 및 반대쪽 주 브리지 레그에 있는 스위칭 트랜지스터(712)의 역평행 다이오드를 통과한다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 8a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(711)만이 ON이고, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(716)만이 ON이다. 그 결과, 도 8a의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(716) 및 저항기(718)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 따라서 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저항기들(717 및 718)의 값은 2 오옴 미만(예컨대, 1 오옴)이다. 다른 실시예에 따르면, 저항기들(717 및 718)의 값은 1 오옴 미만(예컨대, 0.5 오옴)이다.

다시 말하지만, 하이브리드 브리지 회로(180)에 의한 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 부하는 전극(E)과 모재(W) 사이의 아크 및 전극(E) 및 모재(W)를 용접 전원에 연결시키는 용접 케이블 경로의 저항 및 인덕턴스를 나타낸다. 그렇지만, 전극(E), 모재(W), 및 용접 케이블 경로는 용접 전원의 일부가 아니다.

이와 유사하게, 도 8b는 용접 전류 파형의 네거티브 부분 동안의 도 7의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 8b의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(712 및 713)은 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(711 및 714)은 OFF이다. 그 결과, 도 8b의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 8b의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(715)만이 ON이다. 그 결과, 도 8b의 중간 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(715) 및 저항기(717)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, 제어기는 전류 감쇠 동안 출력 전류가 언제 0에 근접하는지를 예상하고, 주 브리지의 스위치(예컨대, 스위치(713))를 다시 ON시킨다. 예를 들어, 전원은 용접 출력 전류를 모니터링하고 모니터링된 전류를 다시 제어기(130)에 제공하기 위해 전류 피드백 회로(50)를 사용할 수 있다. 일반적으로, 용적 이행 동안, 주 브리지가 열리고 주 감쇠 경로는, 도 8b의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 부분 보조 브리지 및 반대쪽 주 브리지 레그에 있는 스위칭 트랜지스터의 역평행 다이오드를 통과한다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 8a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(713)만이 ON이고, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(715)만이 ON이다. 그 결과, 도 8b의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(715) 및 저항기(717)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 따라서 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 다시 말하지만, 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들이 제어기(130)에 의해 제어된다(ON 및 OFF된다).

도 9는 주 브리지 회로(160) 및 보조 브리지 회로(170)를 포함하는 하이브리드 브리지 회로(180)를 가지는 도 1의 용접 전원의 일부분의 제4 예시적인 실시예의 개략도를 나타낸 것이다. 또한 전력 변환 회로(110)의 일부분(910)이 도 9에 예시되어 있고, 여기서 전력 변환 회로(110)는 초퍼 기반 회로이다. 도 9의 하이브리드 브리지 회로(180)는 거의 모든 전원 토폴로지에서 사용될 수 있는 풀 브리지 토폴로지의 형태로 되어 있어, 유연성 및 기존의 설계된 전원들에 부가될 가능성을 제공한다. 주 브리지 회로(160)는 스위칭 트랜지스터들(911, 912, 913 및 914)을 포함한다. 보조 브리지 회로(170)는 부분 보조 브리지 회로이고, 스위칭 트랜지스터들(915 및 916) 및 저항기(917)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)들이다. 능동 스너버(181)는 브리지 회로(180)에 걸리는 전압을 제한하기 위해 사용된다. 도 9의 하이브리드 브리지 회로(180)는 AC 용접 작업에 대비한 것이고, 도 2, 도 10a 및 도 10b와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용접 출력 전류를 스패터 제어를 위해 저 레벨로 조절하기 위해 그리고 용접 공정 동안 특정의 시간 간격으로 전극(E)과 모재(W) 사이에 용접 아크를 복구하기 위해 고 임피던스 경로를 제공한다. 용접 출력 단자들(191 및 192)이 도시되어 있고, 전극(E) 및 모재(W)가 용접 케이블 경로를 통해 연결될 수 있는 용접 전원의 용접 출력을 나타낸다.

도 10a 및 도 10b는 도 2의 용접 출력 전류 파형(200)의 AC 버전을 구현할 때 도 9에서의 용접 전원의 일부분의 동작을 나타낸 것이다. 도 9a는 용접 출력 전류 파형(200)의 포지티브 부분 동안의 도 9의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 10a의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(911 및 914)은 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(912 및 913)은 OFF이다. 그 결과, 도 10a의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 10a의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(916)만이 ON이다. 그 결과, 도 10a의 중간 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(916) 및 저항기(917)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, 제어기는 전류 감쇠 동안 출력 전류가 언제 0에 근접하는지를 예상하고, 주 브리지의 스위치(예컨대, 스위치(911))를 다시 ON시킨다. 예를 들어, 전원은 용접 출력 전류를 모니터링하고 모니터링된 전류를 다시 제어기(130)에 제공하기 위해 전류 피드백 회로(150)를 사용할 수 있다. 일반적으로, 용적 이행 동안, 주 브리지가 열리고 주 감쇠 경로는, 도 10a의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 부분 보조 브리지 및 반대쪽 주 브리지 레그에 있는 스위칭 트랜지스터의 역평행 다이오드를 통과한다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 10a의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(911)만이 ON이고, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(916)만이 ON이다. 그 결과, 도 10a의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(916) 및 저항기(917)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 따라서 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저항기(917)의 값은 2 오옴 미만(예컨대, 1 오옴)이다. 다른 실시예에 따르면, 저항기(917)의 값은 1 오옴 미만(예컨대, 0.5 오옴)이다.

다시 말하지만, 하이브리드 브리지 회로(180)에 의한 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 부하는 전극(E)과 모재(W) 사이의 아크 및 전극(E) 및 모재(W)를 용접 전원에 연결시키는 용접 케이블 경로의 저항 및 인덕턴스를 나타낸다. 그렇지만, 전극(E), 모재(W), 및 용접 케이블 경로는 용접 전원의 일부가 아니다.

이와 유사하게, 도 10b는 용접 전류 파형의 네거티브 부분 동안의 도 9의 회로의 동작을 나타낸 것이다. 백그라운드 전류 섹션(210), 핀치 전류 섹션(220), 피크 전류 섹션(230), 및 테일아웃 전류 섹션(240)(도 10b의 상부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(912 및 913)은 ON이고, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터들(911 및 914)은 OFF이다. 그 결과, 도 10b의 상부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 흐른다.

전류 감쇠(도 10b의 중간 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(915)만이 ON이다. 그 결과, 도 10b의 중간 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(915) 및 저항기(917)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 전극(E)과 모재(W) 사이에 높은 전위 강하를 제공하며, 따라서 용접 출력 전류가 신속히 감쇠할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, 제어기는 전류 감쇠 동안 출력 전류가 언제 0에 근접하는지를 예상하고, 주 브리지의 스위치(예컨대, 스위치(912))를 다시 ON시킨다. 예를 들어, 전원은 용접 출력 전류를 모니터링하고 모니터링된 전류를 다시 제어기(130)에 제공하기 위해 전류 피드백 회로(150)를 사용할 수 있다. 일반적으로, 용적 이행 동안, 주 브리지가 열리고 주 감쇠 경로는, 도 10b의 중간 부분에 도시된 바와 같이, 부분 보조 브리지 및 반대쪽 주 브리지 레그에 있는 스위칭 트랜지스터의 역평행 다이오드를 통과한다.

저전류 천이 섹션들(215 및 225)(도 10b의 하부 부분에 있는 파형의 굵은 부분으로 도시됨)의 시간들 동안, 주 브리지 회로(160)의 스위칭 트랜지스터(912)만이 ON이고, 보조 브리지 회로(170)의 스위칭 트랜지스터(915)만이 ON이다. 그 결과, 도 10b의 하부 부분에 실선 화살표들로 나타낸 바와 같이, 용접 출력 전류가 스위칭 트랜지스터(915) 및 저항기(917)에 의해 제공된 고 임피던스 경로를 통해 흐르고, 따라서 용접 출력 전류가 결정된 저레벨로 조절될 수 있게 한다. 다시 말하지만, 용접 출력 전류의 이러한 신속한 감쇠 및 조절은 로우 스패터 상황들 및 전극(E)과 모재(W) 사이에서의 아크의 신뢰성있는 복구에 대비한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 트랜지스터들이 제어기(130)에 의해 제어된다(ON 및 OFF된다).

요약하면, 제어 AC 아크 용접 공정들을 제공하는 시스템들 및 방법들이 개시되어 있다. 아크 용접 전원 실시예들에서, 주 브리지 회로 및 보조 브리지 회로의 구성들은 용접 출력 회로 경로를 통과하는 출력 용접 전류의 방향 전환을 가능하게 하고, 아크 전류를 급속히 감쇠시키기 위해 하나 이상의 고 임피던스 경로들을 선택적으로 제공한다. 고 임피던스 경로는 소모 전극으로부터 모재로의 용융 금속 볼들의 로우 스패터 이행에 도움을 주고, 또한 용융 금속 볼이 이행될 때 소모 전극과 모재 사이에서의 아크의 유지 또는 복구에 도움을 준다.

첨부된 특허청구범위에서, 용어들 "포함하는(including)" 및 "가지는(having)"은 용어 "포함하는(comprising)"의 쉬운 동등어로서 사용되고; 용어 "이 경우(in which)"는 "여기서(wherein)"와 동등하다. 더욱이, 첨부된 특허청구범위에서, 용어들 "제1", "제2", "제3", "상부", "하부", "하단", "상단" 등은 단지 라벨로서 사용되고, 그의 객체들에 수치적 또는 위치적 요구사항들을 부과하기 위한 것이 아니다. 게다가, 첨부된 특허청구범위의 제한들이 수단 + 기능 형식(means-plus-function format)으로 기재되어 있지 않으며, 이러한 청구항 제한들이 명확히 문구 "~하는 수단" 그리고 이어서 추가의 구조가 없는 기능의 서술을 사용하지 않는 한, 미국 특허법 제112조 제6항에 기초하여 해석되어서는 안된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수로 인용되고 단어 "한"("a" 또는 "an")이 선행하는 요소 또는 단계는, 이러한 배제가 명시적으로 언급되어 있지 않는 한, 복수의 상기 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야만 한다. 게다가, 본 발명의 "하나의 실시예"라는 말은 인용된 특징들을 또한 포함하는 부가의 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 특정의 특성을 가지는 한 요소 또는 복수의 요소들을 "구비하는", "포함하는" 또는 "가지는" 실시예들이 그 특성을 갖지 않는 부가의 이러한 요소들을 포함할 수 있다. 더욱이, 특정의 실시예들이 동일한 또는 유사한 요소들을 가지는 것으로 나타내어져 있을 수 있지만, 이것은 단지 예시를 위한 것이고, 이러한 실시예들이, 청구항들에 명시되어 있지 않는 한, 동일한 요소들을 꼭 가질 필요는 없다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "~할 수 있는(may)" 및 "~일 수 있는(may be)"과 같은 용어들은 일련의 상황들 내에서 발생할 가능성; 명시된 특성, 속성 또는 기능의 소유를 나타낼 수 있고; 그리고/또는 피수식 동사와 연관된 능력, 기능 또는 가능성 중 하나 이상을 표현함으로써 다른 동사를 수식할 수 있다. 그에 따라, "~할 수 있는" 및 "~일 수 있는"의 사용은, 일부 상황들에서 피수식 용어가 때로는 적절하지 않지도 않고 할 수도 없으며 적합하지도 않을 수 있다는 것을 고려하면서, 피수식 용어가 표시된 능력, 기능 또는 사용에 대해 명백히 적절하거나, 할 수 있거나, 적합하다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 일부 상황들에서, 사건 또는 능력이 예상될 수 있는 반면, 다른 상황들에서, 사건 또는 능력이 일어나지 않을 수 있으며, 이 구별은 용어 "~할 수 있는" 및 "~일 수 있는"에 의해 포착된다.

이 서면 설명은 최상의 실시 형태를 비롯하여 본 발명을 개시하기 위해 그리고 또한 통상의 기술자가, 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제조 및 사용하는 것과 임의의 포함된 방법들을 수행하는 것을 비롯하여, 본 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용하고 있다. 본 발명의 특허가능 범주는 청구항들에 의해 한정되고, 통상의 기술자에게 안출되는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은, 청구항들의 자구적 표현(literal language)과 구분되지 않는 구조적 요소들을 가지는 경우 또는 청구항들의 자구적 표현과 실질적인 차이점이 없는 등가의 구조적 요소들을 포함하는 경우, 청구항들의 범주 내에 포함되는 것으로 보아야 한다.

본 출원의 청구된 발명 요지가 특정의 실시예들을 참조하여 기술되어 있지만, 통상의 기술자라면 청구된 발명 요지의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변경들이 행해질 수 있고 등가물들로 대체될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 그에 부가하여, 청구된 발명 요지의 범주를 벗어남이 없이 특정의 상황 또는 물질을 청구된 발명 요지의 교시 내용에 적응시키기 위해 많은 수정들이 행해질 수 있다. 따라서, 청구된 발명 요지가 개시된 특정의 실시예들로 제한되지 않고 청구된 발명 요지가 첨부된 청구항들의 범주 내에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 보아야 한다.

5: 와이어 피더
100: 용접 전원
110: 전력 변환 회로
120: 파형 발생기
130: 제어기
140: 전압 피드백 회로
150: 전류 피드백 회로
160: 주 브리지 회로
170: 보조 브리지 회로
180: 하이브리드 브리지 회로
181: 스너버
191: 출력 단자
192: 출력 단자
200: 파형
210: 백그라운드 전류 섹션
215: 제1 저전류 천이 섹션
220: 핀치 전류 섹션
225: 제2 저전류 천이 섹션
230: 피크 전류 섹션
240: 테일아웃 전류 섹션
250: 용융 금속 볼
260: 용접 전극
270: 모재
280: 용접 아크
310: 부분
311: 트랜지스터
312: 트랜지스터
313: 트랜지스터
314: 트랜지스터
315: 트랜지스터
505: 다이오드
510: 부분
511: 트랜지스터
512: 트랜지스터
513: 트랜지스터
514: 트랜지스터
515: 트랜지스터
516: 트랜지스터
517: 트랜지스터
518: 트랜지스터
519: 트랜지스터
520: 트랜지스터
710: 부분
711: 트랜지스터
712: 트랜지스터
713: 트랜지스터
714: 트랜지스터
715: 트랜지스터
716: 트랜지스터
717: 트랜지스터
718: 트랜지스터
910: 부분
911: 트랜지스터
912: 트랜지스터
913: 트랜지스터
914: 트랜지스터
915: 트랜지스터
916: 트랜지스터
917: 트랜지스터
B: 시간
C: 시간
D: 시간
E: 용접 전극
L: 인덕턴스
V: 전압
W: 모재

Claims

용접 전원(100)으로서,
입력 전류를 출력 전류로 변환하도록 구성된 전력 변환 회로(110);
상기 전력 변환 회로(110)에 동작가능하게 연결되고 상기 용접 전원(100)의 제어기(130)의 명령으로 상기 용접 전원(100)의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 방향을 전환시키도록 구성된 주 브리지 회로(main bridge circuit)(160); 및
상기 주 브리지 회로(160)에 동작가능하게 연결되고 상기 용접 전원(100)의 상기 제어기(130)의 명령으로 상기 전력 변환 회로(110)와 상기 용접 출력 회로 경로 사이에 고 임피던스 경로를 도입시키도록 구성된 보조 브리지 회로(auxiliary bridge circuit)(170)를 포함하는, 용접 전원.
제1항에 있어서, 상기 전력 변환 회로(110), 상기 주 브리지 회로(160), 및 상기 보조 브리지 회로(170)는 상기 용접 전원(100)의 상기 제어기(130)의 명령으로 DC 포지티브 용접 작업(DC positive welding operation), DC 네거티브 용접 작업(DC negative welding operation), 및 AC 용접 작업(AC welding operation) 중 임의의 것을 제공하도록 구성되어 있는 것인, 용접 전원.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 변환 회로(110)는 하프 브리지 출력 토폴로지(half bridge output topology)에 기초한 변압기인 것인, 용접 전원.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 변환 회로(110)는 DC 출력 토폴로지를 포함하는 것인, 용접 전원.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 변환 회로(110)는 인버터 기반 회로인 것인, 용접 전원.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 변환 회로(110)는 초퍼 기반 회로(chopper-based circuit)인 것인, 용접 전원.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 브리지 회로(160)는 하프 브리지 회로(half bridge circuit)로서 구성되고, 상기 주 브리지 회로(160)는 풀 브리지 회로(full bridge circuit)로서 구성되며, 그리고/또는 상기 주 브리지 회로는 적어도 2개의 스위칭 트랜지스터들을 포함하는 것인, 용접 전원.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 브리지 회로는 적어도 2개의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나의 저항기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항기의 저항값은 바람직하게는 2 오옴(ohm) 미만이고, 상기 적어도 하나의 저항기의 저항값은 바람직하게는 1 오옴 미만인 것인, 용접 전원.
방법으로서,
용접 전원(100)에서 입력 전류를 출력 전류로 변환하는 단계;
상기 용접 전원(100)의 제어기(130)의 명령으로 상기 용접 전원(100)의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 방향을 제1 방향으로부터 제2 방향으로 전환시키는 단계; 및
상기 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 상기 제2 방향을 유지하면서 상기 출력 전류의 레벨을 조절된(regulated) 영이 아닌(non-zero) 레벨로 감소시키기 위해 상기 용접 전원(100)의 상기 제어기(130)의 명령으로 상기 용접 전원(100) 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 상기 출력 전류를 추가로 선택적으로 전환시키는 단계를 포함하는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 용접 전원의 상기 제어기의 명령으로 상기 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 방향을 상기 제2 방향으로부터 상기 제1 방향으로 전환시키는 단계; 및
상기 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 상기 제1 방향을 유지하면서 상기 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 감소시키기 위해 상기 용접 전원의 상기 제어기의 명령으로 상기 용접 전원 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 상기 출력 전류를 추가로 선택적으로 전환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 고 임피던스 경로는 적어도 하나의 스위칭 트랜지스터 및 적어도 하나의 저항기를 포함하는 것인, 방법.
특히 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라, 용접 전원(100) 내에서 용접 출력 전류 파형을 발생시키는 방법으로서,
상기 용접 출력 전류 파형의 포지티브 전류 부분과, 이에 후속하는 상기 용접 출력 전류 파형의 네거티브 전류 부분을 발생시키는 단계를 포함하고,
상기 포지티브 전류 부분 및 상기 네거티브 전류 부분 각각은 백그라운드 전류(background current) 섹션과, 이에 후속하는 제1 저전류 천이(low current transition) 섹션과, 이에 후속하는 핀치 전류(pinch current) 섹션과, 이에 후속하는 제2 저전류 천이 섹션과, 이에 후속하는 피크 전류(peak current) 섹션과, 이에 후속하는 테일아웃 전류(tail-out current) 섹션을 포함하며,
상기 제1 저전류 천이 섹션 및 상기 제2 저전류 천이 섹션은 각각 상기 제1 저전류 천이 섹션의 시간 동안 및 상기 제2 저전류 천이 섹션의 시간 동안 상기 용접 전원 내의 고 임피던스 경로를 통과하는 상기 용접 출력 전류 파형을 전환시킴으로써, 상기 백그라운드 전류 섹션의 레벨보다 영 전류 레벨에 더 가까운 영이 아닌 레벨로 조절되는 것인, 방법.
제12항에 있어서, 상기 용접 출력 전류 파형이 소모 용접 전극(consumable welding electrode) 및 모재(workpiece)를 가지는 용접 출력 회로 경로에 인가될 때, 상기 제1 저전류 천이 섹션의 상기 조절된 영이 아닌 레벨은 상기 소모 용접 전극의 단부에 있는 용융 금속 볼(molten metal ball)의 로우 스패터 웨트인(low spatter wet-in)을 상기 모재 상의 용접 퍼들(weld puddle)에 제공하는 것인, 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 용접 출력 전류 파형이 소모 용접 전극 및 모재를 가지는 용접 출력 회로 경로에 인가될 때, 상기 제2 저전류 천이 섹션의 상기 조절된 영이 아닌 레벨은 용융 금속 볼이 상기 소모 용접 전극의 단부로부터 상기 모재로 천이(transition)한 직후에 상기 소모 용접 전극의 단부와 상기 모재 사이에서의 아크(arc)의 자동 복구(automatic re-establishment)를 제공하는 것인, 방법.
용접 전원으로서,
입력 전류를 출력 전류로 변환하는 수단;
적어도 AC 용접 작업을 제공하기 위해 상기 용접 전원의 용접 출력에 동작가능하게 연결되는 용접 출력 회로 경로를 통과하는 상기 출력 전류의 방향을 전환시키는 수단;
소모 용접 전극의 단부에 있는 용융 금속 볼의 모재(workpiece) 상의 로우 스패터 웨트인을 용접 퍼들에 제공하기 위해 상기 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 급속히 감소시키는 수단; 및
상기 용융 금속 볼이 상기 모재로 이행한 직후 상기 소모 용접 전극의 단부와 상기 모재 사이에서의 아크의 자동 복구를 제공하기 위해 상기 출력 전류의 레벨을 조절된 영이 아닌 레벨로 급속히 감소시키는 수단을 포함하는, 용접 전원.
용접 전원으로서,
AC 용접 출력 전류를 제공하도록 구성되고, 또한 상기 AC 용접 출력 전류에 대한 고 임피던스 경로를 선택적으로 제공하도록 구성된 하이브리드 브리지 회로(hybrid bridge circuit)를 포함하고, 상기 고 임피던스 경로는 적어도 하나의 트랜지스터 스위치 및 적어도 하나의 저항기를 포함하는 것인, 용접 전원.
용접 전원으로서,
AC 용접 출력 전류를 제공하도록 구성되고, 또한 상기 AC 용접 출력 전류에 대한 저 임피던스 경로 및 고 임피던스 경로를 선택적으로 제공하도록 구성된 하이브리드 브리지 회로(hybrid bridge circuit)를 포함하고, 상기 고 임피던스 경로는 상기 저 임피던스 경로의 극성과 흡사한(mimic) 것인, 용접 전원.
용접 전원으로서,
고 임피던스 경로 및 저 임피던스 경로를 가지는 하이브리드 브리지 회로를 포함하고, 상기 하이브리드 브리지 회로는 상기 고 임피던스 경로를 통과하는 출력 전류가 상기 용접 전원의 용접 출력에 연결된 부하에 걸리는 전압을 증가시키게 하기 위해, 상기 저 임피던스 경로가 선택적으로 차단되도록 구성되어 있는 것인, 용접 전원.