KR960001588B1 - 콘덴서형 용접 전원장치 - Google Patents

콘덴서형 용접 전원장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

콘덴서형 용접 전원장치
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 단상식의 콘덴서형 용접 전원장치의 회로구성을 도시한 블록도.
제2도는 제1도의 전원장치에 구비되는 충전제어회로의 구성을 도시한 블록도.
제3도 및 제4도는 제2도의 충전 제어회로의 각부의 신호의 파형을 도시한 신호파형도.
제5도는 충전제어회로의 동작을 설명하기 위해 각부의 신호를 모식적으로 도시한 신호파형도.
제6는 본 발명의 다른 실시예에 의한 충전제어회로의 구성을 도시한 블록도.
제7도는 제6도의 충전제어회로의 일부의 회로의 변형예를 도시한 회로도.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3상식의 콘덴서형 용접 전원장치의 회로구성을 도시한 블록도.
제9도는 종래의 콘덴서형 용접전원장치의 구성을 도시한 블록도.
제10도는 종래의 충전제어회로의 구성을 도시한 블록도.
제11도는 제10도의 충전제어회로의 각부의 신호의 파형을 도시한 신호파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 충전제어회로 104 : 충전트랜스(단성변압기)
106a : 106b : 사이리스터 108 : 정류회로
112, 114 : 콘덴서 120 : 용접트랜스
126, 128 : 피용접물 202 : 충전트랜스(3상변압기)
204 : 정류회로 206 : 콘덴서
212 : 용접트랜스 216, 218 : 피용접물
230 : 충전제어회로
본 발명은 콘덴서형 용접 전원장치에 관한 것이며, 특히 콘덴서의 충전특성의 개선에 관한 것이다.
제9도는, 종래의 일반적인 콘덴서형 용접 전원장치의 구성을 도시한다.
이 도면에 있어서, 충전트랜스(단상변압기)(104)의 1차측 코일에는 입력단자(120a, 102b)에 예컨데 100V의 사용교류전압(E0)이 공급되고, 그 2차측 코일에는 예컨데 400V로 승압된 교류전압(E1)이 얻어진다. 이 교류전압(E1)은 사이리스터(106a 또는 106b)가 온상태로 되어 있을때만 정류회로(108)에 공급된다.
교류전압(E1)의 극성이 플러스이고, 또한 사이리스터(106a)가 온으로 되어 있을때는 트랜스(104)의 2차코일→다이오드(108a)→저항(110)→콘덴서(112, 114)→다이오드(108c)→사이리스터(106a)→트랜스 2차코일의 폐회로를 펄스상의 전류(Ic)가 흐르고, 콘덴서(112, 114)가 1스텝 충전된다.
다음에, 교류전압(E1)의 극성이 마이너스로 변하여, 사이리스터(106a)가 온으로 되면 트랜스(104)의 2차코일→사이리스터(106b)→다이오드(108b)→저항(110)→콘덴서(112, 114)→다이오드(108d)→트랜스 2차코일의 폐회로를 펄스상의 전류(Ic)가 흐르고, 콘덴서(112, 114)가 1스텝 충전된다.
이와같이 하여, 상응 교류주파수의 반주기(50Hz이면 10ms)마다 사이리스터(106a, 106b)가 번갈아 점호(點弧)되어짐으로써 그 점호각에 따른 펄스상의 충전전류(Ic)가 콘덴서(112, 114)에 공급된다. 이 사이리스터 점호제어는, 충전제어회로(13)에서의 점호펄스(Ga, Gb)에 의해 행하여진다.
또, 콘덴서(112, 114)의 충전전압(Ec)은 충전제어회로(130)에 의해 감시되고, 그것이 소정치(Eco)에 달하면 사이리스터의 점호는 정지되고, 충전이 정료하도록 되어 있다.
콘덴서(112, 114)의 충전이 종료된 때에, 용접스타아트회로(170)가 사이리스터(122)를 턴·온시키고, 이것에 의해 이 사이리스터와 용접트랜스(120)의 1차코일에 의해 방전회로가 형성되고, 이 방전회로를 양 콘덴서(112, 114)에서의 방전전류(ID)가 흐른다. 그 결과, 용접트랜스(120)의 2차측에서는 대전류(IW)가 전극(124a, 124b)을 통하여 피용접물(126, 128)에 흐르고, 스폿용접이 행하여진다.
제10도는 충전제어회로(130)의 구성을 도시한다. 또, 제11도는 이 회로구성의 각부의 신호와 충전전류(Ic)의 파형을 도시한다.
제10도에 있어서, PUT(146), 콘덴서(148) 및 저항(150∼156)은 발진회로를 형성하고, 제11도(E)에 도시한 바와 같은 일정주기의 펄스전류(ip)를 출력한다. 이 펄스전류(ip)에 응하여 트랜지스터(160)가 도통됨으로써 트랜스(162)의 2차측에 사이리스터점호펄스(Ga, Gb)가 발생하고, 그 결과 제11(F)에 도시한 바와 같은 펄스상의 충전전류(Ic)가 얻어진다.
클록회로(138)는 전원주파수에 따른 클럭펄스(cK)를 출력한다. 비교기(136)의 출력전압(cO)이 “L”로 되어 있는 동안에는, 이 클록펄스(cK)가 트랜지스터(144)를 도통시킴으로써 PUT회로의 콘덴서(148)를 강제적으로 방전시켜, 이 방전시점에서 콘덴서(148)의 용량과 저항(150)의 저항치에 의해 정해지는 시정수(θ0)의 경과후에 펄스전류(ip)가 발생한다. 이 시정수(θ0)는 사이리스터 점호각을 규정하는 것으로, 충전기간을 통하여 일정하다.
충전전압설정회로(132)는 콘덴서의 충전전압설정치(Eco)를 나타내는 전압 S[Eco]를 비교기(136)의 한쪽이 입력단자에 주고, 충전전압검출회로(134)는 콘덴서의 순시적인 충전전압(Ec)을 나타내는 검출전압 S[Ec]를 비교기(136)의 다른 쪽의 입력단자에 준다. 충전이 행하여지면, 제11도(G)에 도시한 바와 같이 충전전압(Ec)은 거의 대수곡선의 파형을 그리면서 상승하고, 결국에는 설정치(Eco)에 달한다. 이때, 비교기(136)의 출력신호(cO)RK “H”로 변하고(제11도 a), 이것에 의해 PUT회로의 발진이 정지되고(제11도c, D, E), 사이리스터 점호펄스(Ga, Gb)의 출력 나아가서는 충전전류(Ic)의 공급도 종료한다(제11도 a).
그런데 상술한 바와 같은 종래의 용접 전원장치에 있어서는, 정류회로(108)와 콘덴서(112, 114)와의 사이에 저항(110)을 설치하여, 충전회로내를 흐르는 충전전류를 제한하고 있었다. 그러나, 이러한 충전저항(110)과 관련하여 여러 가지의 문제가 있었다.
첫번째로 콘덴서(112, 114)에 축적되는 에너지는 상당히 크고, 따라서 다량의 충전전류가 그곳에 공급되기 때문에, 충전저항(110)에서 생기는 저항 발열은 상당한 것이고, 전력소비효율의 관점에서 바람직하지 못할 뿐만 아니라 그 저항발열을 방열시키기 위한 냉각기구를 구비하지 않으면 안되고, 대형의 용접 전원장치의 경우에는 수냉기구를 설치할 정도였다. 또, 저항(110)자체도 저항발열 때문에 소모도가 심하고, 때때로 새로운 것으로 교환하지 않으면 안되었다.
두번째로, 상술한 바와 같은 종래의 충전제어회로에 의하면, 용접전력을 바꾸면 거기에 따라서 저항(110)을 저항치가 다른 저항으로 교체할 필요가 있고, 취급·조작이 번잡하였다. 예컨대, 용접전력을 크게하기 위해 콘덴서를 병렬로 1개 추가하였다고 하자. 이 경우, 저항(110)의 저항치를 바꾸지 않으면 충전회로의 시정수가 크게 되기 때문에 충전시간, 다시말해 충전전압(Ec)이 설정치(Eco)에 도달할때까지의 소모시간이 길어진다. 따라서, 충전시간을 설정한 바대로 하려면, 저항(110)을 저항치가 작은 다른 저항으로 수작업으로 바꾸든가 또는 스위치로 바꾸지 않으면 안되었다.
또, 상기와 같이 충전전류(Ic)가 충전개시직후에 최대이고 그후 지수함수적으로 감소하는 것과 같은 충전시간특성(제11도 F)은, 저항(110)의 저항발열(전력손실)의 총량(시간적분한 양)을 많게 한다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 상기와 같은 충전저항에 관한 불편을 완전히 해소하는 콘덴서형의 용접 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 콘덴서형 용접 전원장치는, 상용 교류전압을 변압기에 의해 소정의 전압치의 교류전압으로 변환하고, 상기 교류전압을 정류회로에 의해 직류전압으로 변환하고, 상기 직류전압을 콘덴서에 인가하여 상기 콘덴서를 소정의 충전전압까지 충전시키고 나서 상기 콘덴서를 순간적으로 방전시켜 용접전류를 생성하도록 하는 콘덴서형 용접 전원장치에 있어서, 상기 콘덴서를 충전하는 충전회로내에 스위칭수단을 설치하고, 상기 정류회로의 출력단자에 상기 콘덴서를 직접 접속하고, 상기 콘덴서에 상용교류의 각 1주기 또는 각 반주기 마다에 공급되는 충전전류의 양이 충전기간의 대부분에 걸쳐 거의 일정하게 유지되도록 상기 스위칭 수단을 제어하는 충전제어회로를 구비한 구성으로 하였다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 콘덴서형 용접 전원장치는, 콘덴서를 소정의 전압까지 충전시키고 나서 상기 콘덴서를 순간적으로 방전시켜 용접전류를 생성하도록 하는 콘덴서형 용접 전원장치에 있어서, 소정의 주기 마다에 점호펄스에 응답하여 점호하고, 그 점호각에 따라 다른 충전전류를 상기 콘덴서에 공급하는 사이리스터회로와, 상기 콘덴서의 충전전압을 시시각각 검출하는 전압검출회로와, 충전기간의 대부분에 걸쳐 소정의 기울기로 거의 선형적으로 변화하는 기준신호를 발생하는 기준신호 발생회로와, 상기 기준신호와 상기 충전전압의 검출치와의 차를 구하여, 그 차이분을 나타내는 오차신호를 생성하는 오차신호 생성회로와, 상기 오차신호의 크기에 따라서 펄스폭이 변화하는 펄스를 생성하고, 이 펄스를 상기 점호펄스로서 상기 사이리스터회로에 공급하는 점호펄스 생성회로를 구비한 구성으로 하였다.
본 발명에 의하면, 정류회로의 출력단자에 콘덴서가 직접 접속되고, 양자간에 충전용의 특별한 저항은 설치할 수 없다. 그러나, 충전제어회로의 움직임에 의해 충전개시에서 종료까지 정전류로 콘덴서가 충전되고 급격한 대전류가 충전회로내를 흐르는 일은 없다. 또, 충전자항이 없어도 충전회로에 있어서는 변압기나 정류기에 저항성분이 어느정도 포함되어 있어 그들의 저항이 충전전류를 제한하는 역할을 한다.
이하, 제1도 내지 제8도를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도는, 본 발명의 일실시예에 의한 용접 전원장치의 구성을 도시한다. 이 전원장치는 제9도의 종래장치와 같은 타입의 단상식이고, 회로구성의 대부분이 공통되어 있다. 그러나 도시한 바와 같이, 정류회로(108)의 출력단자에 콘덴서(112, 114)가 직접 접속되고 양자가에 충전자항(제9도의 110)이 구비되지 않고, 또 후술하는 바와 같이 충전제어회로(10)의 구성과 작용이 종래의 충전제어회로(130)와는 크게 다르다.
제2도는 충전제어회로(10)의 구성을 도시한다. 이 제어회로(10)에 있어서, 기준파형발생회로(11)는 충전기간중의 마이너스의 극성으로 거의 선형적으로 감소하여 소정시간(Te)으로 소정의 포화치(-EM)에 달하는 것과 같은 기준파형신호(GE)(제3도 a)를 발생한다. 이 포화치(-EM)는 전압설정회로(12)의 출력신호에 의해 규정된다. 충전전압 검출회로(14)는 종래와 같은 것이라도 좋고, 충전기간중에 시시각각으로 변화하는 콘덴서(112, 114)의 순시적인 충전전압(Ec)을 검출하고, 그 검출치를 나타내는 신호 S[Ec]를 출력한다. 이 제어회로(10)에 의하면, 콘덴서 충전전압(Ec)은 제3도(c)에 도시한 바와 같이, 충전기간중에 플러스의 극성으로 거의 선형적으로 상승하여 결국에는 시간(Tg)에서 포화치(설정치)(Eco)에 달한다. 용접의 시작점은 예컨대 시간(Ts)부근에서 행하여진다.
양신호 GE, S[Ec]는 연산증폭기(16, 18)로 이루어지는 버퍼회로 및 저항(20, 22)을 통하여 서로 가산된다. 양신호의 극성이 반대이기 때문에, 이 가산에 의해 양신호의 오차(er)가 얻어진다. 이 오차(er)는 연산증폭기(24), 저항(26), 콘덴서(28)로 이루어지는 반전증폭회로에 의해 반전증폭됨으로써, 제4도(b)에 도시한 바와 같은 오차신호(ER)가 얻어지고, 이 오차신호(ER)는 저항(30)을 통하여 연산증폭기(32)의 반전입력단자에 주어진다. 연산증폭기(32)의 비반전 입력단자에는, 저항(36)을 통하여 3각파 발생회로(34)에서 제5(a)도에 도시한 바와 같은 3각파신호(TR)가 주어진다.
연산증폭기(32)는 비교기로서 동작하고, 비반전 입력신호(TR)의 레벨이 반전입력신호(ER)의 레벨보다도 높을때는 “H”레벨, 그 반대(TR＜ER)일때는 “L”레벨로 되는 것과 같은 직사각형파의 출력신호(GO)(제5도 b)를 발생한다.
본 실시예에서는, 이 출력신호(GO)의 하강이 번갈아 사이리스터 점호펄스(Ga, Gb)를 준다. 이에 의해, 충전전류(Ic)는 제5도(c)에 도시한 바와 같이 되고, 각 펄스(Ic(i))의 점호각은 서서히 작아지고 그 정도만큼 펄스폭이 커진다. 그결과, 펄스전류의 피이크치가 차츰 낮아져도 펄스전류 1개당의 충전량은 거의 일정하게 유지된다. 그리하여, 충전기간의 대부분을 통하여 정전류로 제어된 펄스상의 충전전류(Ic)가 콘덴서(112, 114)에 공급됨으로써, 콘덴서의 충전전압(Ec)은 제3도(c)에 도시한 바와 같은 시간특성에서 거의 직선적으로 상승하여 설정치(cO)에 도달한다.
또, 제5도의 파형은 설명과 이해를 용이하게 하기 위해 모식적으로 그려져 있고, 실제의 파형은 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같은 것이다.
상술한 바와 같은, 충전제어회로(10)의 움직임에 의해 충전기가의 대부분을 통하여 정전류에 제어된 충전전류가 콘덴서에 공급됨으로써, 충전회로에 있어서 과대한 충전전류가 흐르는 것을 억제하기 위해 충전저항은 필요없게 되고, 실제로 본 실시예에서도 충전저항이 구비되어 있지 않다.
따라서, 충전저항에 의한 저항발열의 문제가 해소되고, 잔력소비의 손실이 없어지고, 방열용의 냉각기구를 구비할 필요도 없어진다.
또 용접전력을 바꾸기 위해 콘덴서를 증감했을 경우, 번거로운 충전 저항의 교환이나 교체를 하지 않아도 된다. 이 경우의 본 실시예의 동작은 다음과 같다. 예컨대, 콘덴서(114)를 삭제하여 콘덴서(112)만으로 하면, 용량이 작아지기 때문에 충전속도가 빨라지게 되지만, 그렇게하면 기준신호(GE)와 충전전압(Ec)과의 오차(er)가 감소하고, 나아가서는 오차신호(ER)도 감소하여, 점호각이 커짐으로써, 충전전류(Ic)의 각펄스의 펄스폭이 좁아져서, 펄스 1개당의 충전량이 감소하고, 충전전압(Ec)의 상승률이 억제되고, 결과적으로는 콘덴서(114)가 있을때와 같은 충전속도(시간)가 얻어진다.
또한, 충전저항에 의한 전압강하가 없어지기 때문에, 같은 충전전류를 흐르게 하기 위한 트랜스(104)의 2차측전압이 종래의 전압치보다도 이 전압강하분 만큼 낮아지고, 따라서 트랜스(104)의 소용량화·소형화하는 것이 가능하게 된다.
또, 충전저항이 구비되지 않는다고는 하나 충전회로내에 저항이 전혀 없는 것은 아니고, 충전트랜스(104), 사이리스터(106a, 106b) 및 정류회로(108)의 다이오드(108a∼108d)에 저항분이 어느정도 포함되어 있다. 따라서, 그들 저항분이 충전저항을 대신하여 충전전류를 억제한다. 또, 충전시간중에 그들의 저항분 정도의 저항발열(전력손실)이 생기지만 충전전류(Ic)는 대부분에 있어서 평균화된 정전류이기 때문에, 그들 저항발열의 총량(시간적분된 발열량)은 최소한으로 억제된다.
상술한 실시예에서는, 오차신호(ER)와 3각파 신호(TR)를 연산증폭기로 비교함으로써 사이리스터 점회신호(GO)(Ga, Gb)를 생성하였으나, 제6도에 도시한 바와 같이 PUT 회로를 이용한 것도 가능하다.
이 PUT 회로에서는, 오차신호(ER)를 전류 I[ER]로 변환하고, 이것을 PUT(46)의 애노드와 콘덴서(48)에 공급하도록 되어 있고, 콘덴서(48)의 방전 즉 PUT(46)의 펄스출력은 오차신호(ER)에 따라서 변화하도록 되어 있다. 또 제7도는 제6도의 점선(50)내의 회로의 변형예를 도시하고, 도면중 74는 포토트라이악, 76은 트라이악이다.
제8도는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 용접 전원장치의 구성을 도시한다.
이 전원장치는 3상식이고, 변압기(202)는 1차측 및 2차측을 모두 △결선으로 하고, 예컨대 200V의 3상 상용교류전압(Eab, Ebc, Eca)에 대하여 400V의 3상교류전압(EAB, EBC, ECA)을 출력한다.
정류회로(204)는, 3개의 사이리스터(204a, 204b, 204c)와 3개의 다이오드(204d, 204e, 204f)를 3상혼합브리지 결선하여 이루어진 것이고, 그들의 사이리스터(204a, 204b, 204c)를 번갈아 120°의 위상차로 점호시킴으로써 펄스상의 직류전압을 출력한다.
콘덴서(206)는, 정류회로(204)의 출력단자에 직접 접속되고 정류회로(204)에서 펄스모양의 충전전류(Ic)가 공급된다. 콘덴서(206)의 충전전압은 충전제어회로(230)에 의해 감시되고, 그것이 소정의 전압치에 달하면 사이리스터(204a, 204b, 204c)의 점호가 정지되고, 충전이 종료되도록 되어있다.
충전제어회로(230)는, 상기 제1실시예의 충전제어회로(10)를 3상형상으로 변형한 것이라도 좋고, 콘덴서(206)의 충전전압검출치와 기준파형신호와의 오차에 따른 점호각으로 서로 위상이 120°다른 3개의 점호펄스(Ga, Gb, Gc)를 생성하고, 그들을 사이리스터(204a, 204b, 204c)에 공급한다.
이 제어회로(203)의 동작에 의해 충전기간의 대부분을 통하여 정전류로 제어된 충전전류가 콘덴서에 공급되고, 콘덴서의 충전전압은 거의 직선적으로 상승하여 설정치에 도달한다.
따라서, 충전저항을 만들지 않아도 설정대로의 안정한 충전이 행하여지고, 또 상기 제1실시예와 같이 충전저항의 문제가 모두 해소된다.
또, 콘덴서(206)의 후단에 만들어지는 회로, 예컨대 용접트랜스(212), 용접스타아트회로(204)등은, 각각 상기 제1실시예의 대응하는 구성요소·부품과 같은 구성을 가지고 같은 동작을 행한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 구성됨으로써, 다음과 같은 효과를 나타낸다.
충전개시에서 종료까지 정전류로 콘덴서를 충전시키는 충전제어회로를 만들고, 충전저항을 생략하였으므로, 충전저항의 저항발열에 의한 소비전력의 낭비가 없어짐과 동시에 방열용의 냉각기구도 불필요하게 되고, 또 콘덴서의 증감에 따라 충전저항을 교환하든지 대체할 필요도 없어지고, 또한, 충전저항에 의한 전압강하가 없기 때문에 그만큼 변압기의 출력전압을 낮게할 수가 있고, 따라서 변압기를 소형화·소용량화하는 것이 가능하게 되는 등 큰 이점이 얻어진다.

Claims (2)

  1. 상용교류전압을 변압기에 의해 소정의 전압치의 교류전압으로 변환하고, 상기 교류전압을 정류회로에 의해 직류전압으로 변환하고, 상기 직류전압을 콘덴서에 인가하여 상기 콘덴서를 소정의 충전전압까지 충전시키고 나서 상기 콘덴서를 순간적으로 방전시켜 용접전류를 생성하도록 하는 콘덴서형 용접 전원장치에 있어서, 상기 콘덴서를 충전하는 충전회로내에 스위칭수단을 설치하고, 상기 정류회로의 출력단자에 상기 콘덴서를 직접 접속하고, 상기 콘덴서에 상용교류의 각 1주기 또는 각 반주기 마다에 공급되는 충전전류의 양이 충전기간의 대부분에 걸쳐 거의 일정하게 유지되도록 상기 스위칭수단을 제어하는 충전제어회로를 구비한 것을 특징으로 하는 콘덴서형 용접 전원장치.
  2. 콘덴서를 소정의 전압까지 충전시키고 나서 상기 콘덴서를 순간적으로 방전시켜 용접전류를 생성하도록 하는 콘덴서형 용접 전원장치에 있어서, 소정의 주기 마다에 점호펄스에 응답하여 점호하고, 그 점화각에 따라 다른 충전전류를 상기 콘덴서에 공급하는 사이리스터회로와, 상기콘덴서의 충전전압을 시시각각 검출하는 전압검출회로와, 충전기간의 대부분에 걸쳐 소정의 기울기로 거의 선형적으로 변화하는 기준신호를 발생하는 기준신호 발생회로와, 상기 기준신호와 상기 충전전압의 검출차와의 차를 구하여, 그 차이분을 나타내는 오차신호를 생성하는 오차신호 생성회로와, 상기 오차신호의 크기에 따라서 펄스폭이 변화하는 펄스를 생성하고, 이 펄스를 상기 점호펄스로서 상기 사이리스터회로에 공급하는 점호펄스 생성회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서형 용접 전원장치.
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