KR950003257B1 - 인버터 용접기에서의 출력 단락 전류 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인버터 용접기에서의 출력 단락 전류 제어장치

제1도는 종래의 출력 단락 전류 제어장치의 회로 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 인버터 용접기의 출력 단락 전류 제어장치의 회로 구성도.

제3도는 본 발명 장치의 동작 설명을 위한 타임 챠트.

제4도는 본 발명 장치의 다른 실시예로서 펄스용접을 가능하게 하는 D/A변환기의 출력 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 레벨 변환부 31 : A/D변환기

32 : 중앙처리부(CPU) 33 : 타이머

34 : 입력조작부 35 : D/A변환기

36 : EEP롬 37 : 램(RAM)

38 : 롬(ROM)

본 발명은 인버터 아크 용접기에 관한 것으로, 특히 출력측이 단락되었을때 전류의 상승속도를 마이크로 프로세서(CPU)를 사용하여 제어해 주므로써 안정된 아크전류 발생으로 용접의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 인버터 용접기의 출력 단락 전류 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 인버터 아크 용접기는 차폐가스, 전류, 전압설정등에 따라서 용접조건이 달라지는 하나 어떤 조건에서든지 정도의 차이는 있지만 아크중에 용접와이어와 모재(용접 대상물)간에 단락되는 경우가 발생하게 되는데, 이때에는 용접와이어와 모재 간의 저항이 제로(0)에 가까워져서 이론적으로는 무한대의 전류가 흐르게 된다. 그러나, 실제적으로는 무한대의 전류가 흐르지 않고 100A/ms-100A/3ms 사이의 전류 상승률을 가지고 전류가 흐르게 되는데, 이는 아크의 안정등에 영향을 미쳐 스패터(spatter)용접, 용단중에 비산하는 슬래그 및 금속입자)가 발생되는 등 용접 품질에 나쁜영향을 주게 된다.

이와같은 점을 고려한 종래 인버터 아크 용접기의 출력 단락 전류 제어장치는 제1도에 나타낸 바와같이 제1 및 제2브릿지 모듈(10)(13)과 인버터(11) 및 트랜스(12)와 평활코일(14)로 된 용접 전류 공급부(5)의 출력단에 용접토치(16)에 공급되는 출력전압/전류를 검출하는 전류/전압 검출기(15)(18)와 출력단락 검출기(20)를 연결하고, 상기 전류, 전압 검출기(15)에서 검출된 2차 전류는 궤환증폭기(19)를 통해 비교기(22)의 비반전 입력단(+)에 궤환 비교 전압으로 인가되고, 출력 단락 검출기(20)를 통해서는 출력 단락 검출신호의 유무에 따라 스위치(SW₂)를 개폐시켜 사용자용 조작스위치(SW₁)의 선택에 따른 전류 상승 RC회로(23)(24)(25)의 설정된 RC값을 비교기(22)의 반전 입력단(-)에 인가되도록 연결구성하며, 상기 비교기(22)는 두입력의 비교차에 따라 PWM 발생회로(21)의 동작유무를 결정하는 로직신호(1 또는 0)를 출력하여 PWM발생회로(21)를 통해 상기 용접 전류 공급부(5)의 인버터(11)을 제어하도록 구성된 것이다. 이와 같이 구성된 종래 인버터 용접기의 출력 단락 전류 제어장치에 대한 동작관계를 살펴보면, 즉 출력 단락 검출기(20)를 통해 용접전류 공급부(5)의 출력단락이 검출되면 출력단락 검출신호에 의해 스위치(SW₂)가 닫힘과 동시 그 출력단락 검출신호는 조작스위치(SW₁)가 지정하는 경로를 따라 선택된 전류 상승 RC회로(23 : 또는 24, 25)에 충전 개시하게 된다.

이와동시에 용접중 단락에 의한 출력단락 검출신호가 비교기(22)의 반전입력단(-)에 입력되면서 이의 비반전 입력단(+)에 용접전류 공급부(5)의 출력전류가 궤환증폭기(19)를 통해 인가된다. 이때 비교기(22)는 두 입력전압을 비교하여 로직신호(1 또는 0)를 출력하게 되는데, 이는 PWM 발생회로(21)의 폐쇄(Shut Down) 입력으로 사용된다. 이에 따라 비교기 PWM 발생회로(21)의 동작이 중지되면 PWM 발생회로(21)는 용접 전류 공급부(5)의 인버터(11) 구동용 펄스를 출력시키지 않게 된다.

따라서, 출력 단락 기간중에는 전류의 상승이 선택된 전류 상승 RC회로(23 또는 24,25)의 RC충전형태에 따라 전류가 상승하게 되는 것이다.

그러나, 이와같은 종래의 출력단자 전류 제어장치는 출력 단락 기간중 RC의 충전형태에 따라 전류상승을 유도하도록 다수의 전류상승 RC회로를 설정하고, 이를 조작스위치를 통해 외부에서 사용자가 선택조절하도록 구성하므로서, 전류의 상승을 다수 종류로 조절하고자 할 경우에는 RC경로를 원하는 수만큼 만들어 주어야 하며, 또한 사용자가 일일이 RC경로를 선택조절해야 하는 번거로움 불편이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점인 외부스위치와 RC 시정수에 의한 선택방식을 탈피하여 설정 용접 전류, 전압을 마이크로 프로세서에 의해 판단하여 출력 단락 전류 제어에 맞는 최적의 기울기를 만들도록 제어하므로서 전류의 상승조절이 자유롭고 용접아크의 우수한 안정성 및 고품질의 용접제품을 얻을 수 있도록 한 인버터 용접기의 출력 단락 전류 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은 용접전류 공급부의 2차측 출력전류를 검출하는 전류검출기와, 이로부터 검출된 출력전류를 궤환 증폭시키는 2차 전류 궤환 증폭기와, 2차측 출력 단락을 검출하는 출력단락 검출기를 구비하고, 검출된 2차측 출력전류와 출력단락 전류를 입력원으로 하는 비교기의 두입력차에 의해 PWM 발생회로의 펄스폭 변조신호 출력을 제어하도록 한 출력 단락 전류 제어회로에 있어서, 상기 2차 전류 궤환 증폭기에서 증폭된 출력전류를 디지탈 신호 변환에 적합하도록 레벨 변환시키는 레벨변환회로와, 레벨변환회로에서 변환된 아날로그 신호를 중앙처리부에서 판독 가능한 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기와, 상기 출력 단락 검출기에서 출력단락 인터럽트가 인가될때마다 타이머에 설정된 주기적 인터럽트로 A/D변환기에서 출력되는 2차측 출력 전류값을 판독하여 롬에 저장된 하한 전류값을 반복 가산하여 점차 출력전류를 일정 기울기로 상승 제어하는 중앙처리부와, 상기 중앙처리부의 셋트신호에 의해 소정의 설정시간마다 다시 중앙처리부에 인터럽트 신호를 송출하는 타이머와, 외부의 조작신호를 중앙처리부에 인터페이스하기 위한 입력부와, 상기 중앙처리부에서 처리된 출력 데이타를 아날로그 신호로 변환하여 비교기의 반전입력단에 인가하는 D/A변환기와, 상기 중앙처리부의 인터럽트 동작 제어프로그램이 저장된 롬과, 상기 중앙처리부에 출력단락 검출기의 인터럽트가 걸릴때마다 A/D변환기에서 출력되는 2차 출력 전류값을 저장하는 메모리 램과, 상기 중앙처리부에서 판독한 A/D변환기의 출력전류 값을 일정 기울기로 잔류 상승시키도록 전류 상승 제어 프로그램 데이타를 갖는 EEP 롬을 구비하여서 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부도면 제2도는 본 발명에 의한 인버터 용접기의 출력 단락 전류 제어장치의 회로구성도를 나타낸 것이다. 용접전류 공급부(5)는 3상 교류 입력을 평활시키는 제1브릿지 모듈(10)과, 이 모듈(10)의 출력단과에 연결되어 PWM 발생회로(21)의 진폭 변조 출력에 따라 스위치 구동하는 인버터(11)와, 이 인버터(11)의 구동으로 아크 용접 전류를 생성하는 변압기(12)와, 이 변압기(12)에서 생성된 2차측 출력전압을 직류로 정류하는 제2브릿지 모듈(13)과, 이 모듈(13)에서 정류된 직류의 고조파 리플성분을 평활시키는 평활코일(14)을 구비하여 구성된다. 도한, 상기 용접 전류 공급부(5)의 인버터(11)에는 PWM 발생회로(21)의 출력신호가 인가되도록 연결되며, 이 PWM 발생회로(21)의 입력단에는 비교기(22)의 출력이 인가되고, 상기 비교기(22)의 비반전 입력단(+)에는 용접전류 공급부(5)의 2차측 전류를 검출하는 전류 검출기(15)와, 이 전류 검출기(15)에서 검출된 2차측 전류를 궤환 증폭시키는 2차 궤환증폭기(19)의 출력이 인가되며, 그의 반전입력단(-)에는 중앙처리부(32)에서 처리된 전류 상승 데이타가 아날로그 변환된 D/A변환기(35)로 출력이 인가되고, 상기 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력은 레벨 변환회로(30)와 A/D변환기(31)를 통해 출력 단락 검출기(20)의 인터럽트 신호와 함께 중앙처리부(32)에 인가되며, 상기 출력 단락 검출기(20)의 입력단에는 용접전류 공급부(5)의 출력단에 게재되어 2차측 출력 단락 상태를 검출하는 전류 검출기(18)와 연결된다.

또한, 상기 중앙처리부(32)는 타이머(33)와 A/D변환기(35) 및 메모리(36-38) 그리고 입력부(34)를 통신버스로 연결구성된 것이다. 이와같이 구성된 본 발명 장치의 동작관계를 제3도 및 제4도를 참조하여 설명한다.

즉, 제2도에서와 같이 용접토치(16)에 설치된 스위치(도시생략)를 온시키면 중앙처리부(32)는 이를 감지하여 타이머(33)에 셋트 신호를 보냄과 동시 이 타이머(33)에서 출력을 받아 용접전류 공급부(5)의 출력전류를 전류검출기(15)를 통해 검출하여 궤환증폭시키는 2차전류 궤환 증폭기(19)의 출력과 가산하여 D/A변환기 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력이 인가되면 비교기(22)는 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력이 인가되면 비교기(22)는 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력값보다 중앙처리부(32)에서 가산 처리된 D/A변환기(35)의 출력값이 더 크므로 출력단 로직은 "로우"레벨이 되어 PWM 발생회로(21)를 동작시킨다. 이에따라 PWM 발생회로(21)는 용접전류 공급부(5)의 인버터(11)를 구동시켜 출력단 용접토치(16)에는 제3도 및 제4도의 (가)와 같은 전압이 인가되어 아크상태를 유지하게 되면서 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력이 서서히 증가하게 된다.

즉, 제3도의 제3(b)도 및 제3(d)도에서 D/A변환기(35)의 출력(a)과 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력(b)을 살펴보는 바와같이 용접 개시후 전류가 상승하는 과정을 알수가 있다. 이와같이 용접 전류 공급부(5)의 출력측이 아크상태를 유지하다고 출력단이 단락되면 출력 단락 검출기(20)는 이를 감지한 인터럽트 신호를 중앙처리부(32)에 보내게 된다. 이의 인터럽트 신호에 의한 중앙처리부(32)는 레벨 변환회로(30)와 A/D변환기(31)를 통해 전송되는 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 2차 출력 전류값을 계속 판독하고 있다가 출력 단락 검출기(20)의 인터럽트가 걸리는 시점에서 최종적으로 판독한 2차 출력 전류값을 메모리 램(37)에 기억시킨다. 이와 동시에 타이머(33)는 셋트 신호에 의해 시간 설정(50)된 일정 주기마다 중앙처리부(32)에 인터럽트를 걸어 출력 단락 검출기(20)의 인터럽트에 의해 메모리 램(37)에 기억된 최종 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 2차 출력 전류값과 시간이 지날수록 증가하도록 설정된 값을 더해서 출력시키며, 그때마다 출력되는 값은 D/A변환기(35)에서 아날로그 값으로 변환하여 비교기(22)의 반전 입력단(-)에 인가시켜 비반전 입력단(+)의 입력값과 비교하게 되는 것이다. 그런후, 중앙처리부(32)는 출력 단락 검출기(20)로부터 출력이 단락된 인터럽트 신호가 계속 인가되고 있는지를 체크하게 된다. 이때에 타이머(33)에서 주기적으로 인터럽트가 걸려오게 되는데, 이때에는 EEP 롬(36)에서 데이타값을 읽어다가 제3도(나)의 d지점의 값과 더해서 D/A변환기(35)에 출력한다. 이에 의한 D/A변환기(35)의 출력은 제3도의 제3(b)도에서 보는 바와같이 출력 단락 검출기(20)의 인터럽트 기간에 g와 같은 형태로 기울기를 갖게 되며, 이의 동작을 반복하다가 출력 단락 검출기(20)의 인터럽트 기간이 종료되면 용접 전류 공급부(5)는 다시 아크발생을 시작한다.

이와 동시에 전류 검출기(15) 및 2차 전류 궤환 증폭기(19)를 통해 2차 출력 전류를 다시 감지하여 전술한 동작설명과 같이 비교기(22)는 "로우"레벨을 출력시켜, PWM 발생회로(21)를 재구동시킴과 동기 중앙처리부(32)는 타이머(33)를 중지시키고 D/A변환기(35)에 제3(b)도의 a와 같은 고전압을 재송출하게 된다. 이때의 동작을 제3도와 관련하여 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 출력 2차 전류(b)와 D/A변환기(35)의 출력 및 비교기(22)의 출력관계를 더욱 자세히 부연하면 다음과 같다. 즉, 용접 전류 공급부(5)의 출력단이 단락되면 출력측에 흐르는 전류는 급상승하게 되며, 이때 중앙처리부(32)는 이를 감지하여 D/A변환기(35)에 그때까지 읽어 들이던 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 2차 전류값이 내보낸다(제3도의 제3(b)도 d참조). 이때 제3(b)도의 d지점인 2차 전류 궤환 값이 D/A변환기(35)의 출력보다 클경우 비교기(22) 출력은 "하이"레벨이 되어 제3(d)도의 e와 같이 PWM 발생회로(21)의 펄스폭 변조발생을 중지시킨다. 이에따라, 용접 전류 공급부(5)의 인버터(11)가 비동작되어 제2부릿지 모듈(13)을 통한 출력단에는 전류가 흐르지 않게 되면서 제3(d)도의 f와 같이 전류가 감소하기 시작한다. 이후, 타이머(33 : 에 설정된 시간(50μsec)이 경과되어 새로운 인터럽트가 걸리면 중앙처리부(32)는 새로운 인터럽트가 걸리기 전의 데이타 값에 EEP롬(36)의 데이타를 더하여 D/A 변환기(35)에 보낸다. 이에따라 2차 전류 궤환 증폭기(5)에서 출력되는 2차 전류 궤환 값이 D/A변환기(35)의 출력값 보다 낮아지게 되므로 비교기(22)의 출력단은 다시 "로우"상태로 되면서 PWM 발생회로(21)의 펄스폭 변조신호 발생을 재개시키게 되어 용접 전류공급부(5)의 출력단 전류가 제3도의 제3(b)도 같은 형태로 다시 상승하게 되는 것이다.

한편, 본 발명 장치의다른 실시예로서 전력 계통을 PWM 발생주파수 조정가능하게 변경한 후 제4도의 제4(a)도 및 제4(b)도와 같이 D/A변환기(35)의 출력을 펄스하한 전류 및 펄스 상한 전류의 값과, 펄스 주파수, 통전시간 등을 중앙처리부(32)에서 계산하여 내보내면 펄스용접이 가능하게 할수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 출력측이 단락되었을때 전류의 상승속도를 마이크로 프로세서(CPU)에 의해 설정전류에 맞는 기울기로 자동조절해 주므로서 용접중 아크의 우수한 안정성 및 고품질의 용접제품을 얻을 수가 있다.

Claims (1)

1. 용접전류 공급부(5)의 2차측 출력전류를 검출하는 전류검출기(15,18)와, 이로부터 검출된 출력전류를 궤환 증폭시키는 2차 전류 궤환 증폭기(19)와, 2차측 출력 단락을 검출하는 출력단락 검출기(20)를 구비하고, 검출된 2차측 출력전류와 출력단락 전류를 입력원으로 하는 비교기(22)의 두입력차에 의해 PWM 발생회로(21)의 펄스폭 변조신호 출력을 제어하도록 한 출력 단락 전류 제어회로에 있어서, 상기 2차 전류 궤환 증폭기(19)의 증폭된 출력전류를 디지탈 신호 변환에 적합하도록 레벨 변환시키는 레벨변환회로(30)와, 레벨변환회로(30)에서 변환된 아날로그 신호를 중앙처리부(32)에서 판독 가능한 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기(31)와, 상기 출력 단락 검출기(20)에서 출력단락 인터럽트가 인가될때마다 타이머(33)에 설정된 주기적 인터럽트로 A/D변환기(31)에서 출력되는 2차측 출력 전류값을 판독하여 롬(38)에 저장된 하한 전류값을 반복 가산하여 점차 출력 전류를 일정기울기로 상승 제어하는 중앙처리부(32)와, 상기 중앙처리부(32)의 셋트신호에 의해 소정의 설정시간마다 다시 중앙처리부(32)에 인터럽트 신호를 송출하는 타이머(33)와, 외부의 조작신호를 중앙처리부(32)에 인터페이스하기 위한 입력부(34)와, 상기 중앙처리부(32)에서 처리된 출력 데이타를 아날로그 신호로 변환하여 비교기의 반전입력단(-)에 인가하는 D/A변환기(35)와, 상기 중앙처리부(32)의 인터럽트 동작 제어프로그램이 저장된 롬(36)과, 상기 중앙처리부(32)에 출력단락 검출기(20)의 인터럽트가 걸릴때마다 A/D변환기(31)에서 출력되는 2차 출력 전류값을 저장하는 메모리 램(37)와, 상기 중앙처리부(32)에서 판독한 A/D변환기(31)의 출력전류 값을 일정 기울기로 전류 상승시키도록 전류 상승 제어 프로그램 데이타를 갖는 EEP 롬(36)을 구비하여서 구성됨을 특징으로 하는 인버터 용접기에서의 출력 단락전류 제어장치.