KR100402181B1

KR100402181B1 - 아크 이용기기용 전원장치

Info

Publication number: KR100402181B1
Application number: KR10-2001-0064193A
Authority: KR
Inventors: 모리구치하루오; 이케다데스로; 이시이히데오
Original assignee: 가부시키가이샤 산샤덴키세이사쿠쇼
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-10-17
Also published as: US20020056708A1; KR20020037674A; CN1159126C; CN1353027A; JP2002144033A; US6498320B2

Abstract

복수의 상용교류전원으로 각각이 이루어지는 고압계 및 저압계 상용교류전원의 어느 것인가가 전원단자(1a 내지 1c)에 접속된다. 정류기(4)가 전원단자(1a 내지 1c)에 접속된 상용교류전원의 상용교류전압을 정류하고, 2개의 출력단자(4P, 4N)간에 정류전압을 생성한다. 출력단자(4P, 4N)간에 정류전압을 생성한다. 출력단자(4P, 4N)간에 승압컨버터(8a, 8b)를 직렬 또는 병렬로 전환스위치부(18)를 접속한다. 승압컨버터(8a, 8b)의 출력측에 인버터(30, 40)가 설치되며, 승압컨버터(8a, 8b)의 직류전압을 고주파전압으로 변환한다. 인버터(30, 40)의 고주파전압이 변압기(50, 52)에 의해 변압되며, 이를 정류기(54, 56)와 리액터(58)가 직류전압으로 변환하고, 출력단자(60P, 60N)에 공급한다. 전원단자(1a 내지 1c)에 접속된 상용교류전원이 고압계일 때, 전환스위치 제어부(66)에 의해 전환스위치부(18)이 승압컨버터(8a, 8b)를 직렬로 출력단자(4P, 4N)간에 접속하고, 상용교류전원이 저압계일 때, 전환스위치부(18)가 승압컨버터(8a, 8b)를 병렬로 출력단자(4P, 4N)간에 접속한다.

Description

아크 이용기기용 전원장치{POWER SOURCE DEVICE FOR APPLIANCE USING ARC}

본 발명은, 아크 이용기기, 예를 들면 직류 아크 용접기, 직류 아크 절단기 또는 방전등 점등장치 등의 전원장치에 관한 것이며, 특히 상이한 2종류 이상의 교류전압의 어느 것에도 동작 가능한 것에 관한 것이다.

아크 이용기기용의 전원장치는, 예를 들면 400V계의 고전압계 상용교류전원의 어느 것인가와 함께 사용되는 것인바, 예를 들면 200V계의 저압계 상용교류전원의 어느 것인가와 함께 사용될 수가 있다.

저압계 상용교류전원은, 출력전압이 예를 들면 200V, 208V, 230V, 240V 등인 복수의 상용교류전원으로 이루어진다.

고압계 상용교류전원은, 출력전압이 예를 들면 380V, 400V, 415V, 440V, 460V 등인 복수의 상용교류전원으로 이루어진다.

특히, 해외에서는, 동일 영역 내에 고전압계의 상용교류전원과 저전압계의 상용교류전원이 복잡하게 뒤얽혀 있는 일이 있다.

이러한 지역에서는 어느 상용교류전원의 전압에 맞는 전원장치를 사용하면 좋은가를, 사용자가 판별하기 힘들 수가 있다.

또, 메이커도 고전압계용의 전원장치와 저전압계용의 전원장치를 각각 제조하여, 비축하지 않으면 안된다.

마찬가지로, 대리점도 복수 종류의 전원장치를 비축하지 않으면 안된다.

메이커에 있어서나 대리점에 있어서나, 복수 종류의 전원을 준비한다는 것은, 비용 및 공간적으로 부담이 크다.

그래서, 1대의 전원장치이면서, 고전압계 및 저전압계 어느 것인가의 상용교류전원에 의해서도 작동 가능한 전원장치가 요구되고 있다.

이 전원장치의 일예가 일본국 특개평 11-77302호 공보에 개시되어 있다.

이 전원장치는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전원단자(1a∼1c)에 공급된 상용교류전원전압이 개폐기(2)를 통하여 입력측 정류기(4)에 공급되며, 여기서 정류된다.

정류전압은, 승압컨버터(8)에 의해 승압된다.

승압컨버터(8)는, 리액터(10), IGBT(12), 전류검출기(14) 및 역류방지용 다이오드(16)를 포함하고, 출력단자(P, N)간에 승압한 전압을 발생한다.

출력단자(P, N)간에 접속된 전환스위치부(18), 예를 들면 상시 개방스위치(20a), 상시 폐쇄스위치(20b), 상시 개방스위치(20c)의 전환에 의해, 출력단자(P, N)간에 평활콘덴서(22, 24)가 직렬 또는 병렬로 접속된다.

평활콘덴서(22)의 양단간에는 인버터(30)가 접속되며, 평활콘덴서(24)의 양단간에는 인버터(40)가 접속되어 있다.

인버터(30, 40)는, IGBT(32a, 32b, 42a, 42b), 콘덴서(34a, 34b, 44a, 44b), 플라이 휠 다이오드(36a, 36b, 46a, 46b)로 이루어지는 하프 브릿지 형이다.

이들 인버터(30, 40)의 출력전압인 고주파전압은, 변압기(50, 52)에 공급되며, 여기서 변압된 후, 다이오드(54a, 54b, 56a, 56b)에 의해 구성된 출력측 정류기(54, 56)에 의해 정류되며, 평활용 리액터(58)에 의해 평활되어, 출력단자(60P, 60n)로부터 부하에 공급된다.

부하에 흐르는 전류는 전류검출기(62)에 의해 검출되며, 이 검출신호에 기초하여 제어기(64)가 IGBT(32a, 32b, 42a, 42b)의 도통기간을 제어하여, 부하전류가 일정하게 된다.

전환스위치부(18)의 제어는, 전환제어부(66)가 행한다.

전환제어부(66)는, 전원단자(1a, 1b)간의 전압을 검출하고, 고전압계의 상용교류전원이 접속되어 있는 경우, 상시 개방스위치(20a, 20c)를 개방하고, 상시 폐쇄스위치(20b)를 폐쇄한다.

이에 의해, 콘덴서(22, 24)가 출력단자(P, N)간에 직렬로 접속된다.

또한, 저전압계의 상용교류전원이 접속되어 있는 경우, 상시 개방스위치(20a, 20c)를 폐쇄하고, 상시 폐쇄스위치(20b)를 개방한다.

이에 의해 콘덴서(22, 24)가 병렬로 출력단자(P, N)간에 접속된다.

승압컨버터(8)는, 컨버터제어부(68)에 의해 제어된다.

고압계의 기준신호원(70a)이 상시 폐쇄스위치(20e)를 통하여 컨버터제어부(68)에 설치되며, 저압계의 기준신호원(70b)이 상시 개방스위치(20d)를 통하여 컨버터 제어부(68)에 설치되어 있다.

전원단자(1a∼1c)에 고압계의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속되어 있을 때에도, 전환제어부(66)는 상시 폐쇄스위치(20e)를 폐쇄한 상태, 상시 개방스위치(20d)를 개방한 상태를 유지하여, 승압컨버터(8)가 출력단자(P, N)간에 고압계의 상용교류전원 중 최대전압 460V의 루트 2배의 전압, 약 640V를 발생하도록, 컨버터 제어부(68)가 승압컨버터(8)를 제어한다.

이 때, 상시 개방스위치(20a, 20c)가 개방되고, 상시 폐쇄스위치(20b)가 폐쇄되어 있으므로, 각 콘덴서(22, 24)는 직렬로 접속되며, 각 인버터(30, 40)에 입력되는 전압은, 약 320V이다.

또, 전류검출기(14)가 생성하는 전류검출신호에 기초해서도, 컨버터제어부(68)는 승압컨버터(8)를 제어하고 있으며, 역율의 개선을 행하고 있다.

한편, 전원단자(1a∼1c)에 저압계의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속되어 있을 때, 전환제어부(66)는, 상시 폐쇄스위치(20e)를 개방하고, 상시 개방스위치(20d)를 폐쇄한다.

이에 의해, 승압컨버터(8)가, 출력단자(P, N)간에 약 320V의 전압이 발생하도록, 컨버터 제어부(68)가 승압컨버터(8)를 제어한다.

이 때, 상시 개방스위치(20a, 20c)가 폐쇄되고, 상시 폐쇄스위치(20b)가 개방되어 있으므로, 각 콘덴서(22, 24)는 병렬로 접속되며, 각 인버터(30, 40)에 입력되는 전압은, 약 320V이다.

이 때에도, 역율의 개선이 행해지고 있다.

이와 같이 고압계 및 저압계의 어느 것인가의 상용교류전원이 전원단자(1a∼1c)에 접속되어 있어도, 인버터(30, 40)에 인가되는 전압은 약 320V이다.

따라서, 인버터(30, 40)의 IGBT에는, 예를 들면, 컬렉터·이미터 간의 전압이 약 600V의 범용의 것을 사용할 수가 있다.

그러나, 승압컨버터(8)에 사용하는 IGBT(12)에는, 최대 640V의 전압이 인가되므로, 범용형이 아닌 이미터·컬렉터 전압이 1200V 이상의 것을 사용하지 않으면 안된다.

또, 1대의 승압컨버터(8)에 의해 2대의 인버터(30, 40)에 전류를 공급하고있으므로, IGBT(12)가 ON·OFF되는 때, IGBT(12)에는 큰 전류가 흘러, 대용량의 IGBT를 사용하지 않으면 안된다.

즉, IGBT에는, 범용품을 사용할 수가 없다.

본 발명은, 승압컨버터에 사용되는 반도체스위칭소자에 범용형의 것을 사용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 본 발명의 일실시형태의 아크 이용기기용 전원장치의 회로도.

도 2는, 도 1의 아크 이용기기용 전원장치의 전환제어부의 상세한 회로도.

도 3은, 종래의 아크 이용기기용 전원장치의 회로도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1a∼1c. 전원단자 4. 입력측 정류기

8a, 8b. 승압컨버터 18. 전환스위치부

30, 40. 인버터(직류-고주파변환기)

50. 52. 변압기

54, 56. 출력측 정류기(고주파-직류변환기)

66. 전환스위치 제어부

본 발명에 의한 아크 이용기기용 전원장치는, 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속되는 전원단자를 갖고 있다.

제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹은, 출력전압이 다른 복수의 상용교류전원으로부터 각각이 이루어진다.

제 1의 상용교류전원 그룹의 상용교류전원의 출력전압은, 제 2의 상용교류전원 그룹의 각 출력전압의 약 2배이다.

정류수단이, 전원단자에 접속된 상용교류전원의 상용교류전압을 정류하여, 2개의 출력단자간에 정류전압을 생성한다.

전환스위치부가, 정류수단의 2개의 출력단자간에 2개의 승압컨버터를 직렬 및 병렬 중 선택된 상태로 접속한다.

각 승압컨버터의 출력측에 각각 직류-고주파변환기가 설치되며, 이들 직류-고주파변환기는, 입력된 전압을 고주파전압으로 변환한다.

이들 직류-고주파변환기로부터의 고주파전압이 변압기의 1차측에 공급되어 있다.

변압기의 2차측에 유기된 고주파전압을 직류전압으로 고주파-직류변환기가 변환하여, 2개의 부하출력단자에 공급한다.

상기 전원단자에 접속된 상용교류전원이 제 1상용교류전원 그룹에 속할 때, 전환스위치부가 각 승압컨버터를 직렬로 상기 2개의 출력단자간에 접속하도록, 전환스위치 제어부가 상기 전환스위치부를 제어하고, 상기 전원단자에 접속된 상용교류전원이 제 2상용교류전원 그룹에 속할 때, 상기 전환스위치부가 각 직류-고주파변환기를 병렬로 상기 2개의 출력단자간에 접속하도록 전환스위치 제어부가 전환스위치부를 제어한다.

이와 같이 구성한 전원장치에서는, 제 1의 상용교류전원 그룹의 상용교류전원이 전원단자에 접속되었을 때, 전환스위치 제어부가, 승압컨버터를 직렬로 정류수단의 2개의 출력단자간에 직렬로 접속한다.

또, 제 2의 상용교류전원 그룹의 상용교류전원이 전원단자에 접속되었을 때, 전환스위치 제어부가, 승압컨버터를 병렬로 정류수단의 2개의 출력단자간에 병렬로 접속한다.

제 1의 상용교류전원 그룹의 각 상용교류전원의 출력전압은, 제 2의 상용교류전원 그룹의 각 상용교류전원의 출력전압의 약 2배이므로, 승압컨버터에 공급되는 최대 전압은, 승압컨버터가 직렬 및 병렬 어느 것인가에 접속되어 있어도, 제 1의 상용교류전원 그룹의 상용교류전원의 최고전압의 약 1/2로 되어, 승압컨버터가 갖는 반도체스위칭소자의 내전압을 저하시킬 수가 있다.

2개의 승압컨버터는, 전원단자에 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹의 어느것인가의 상용교류전원이 접속되어 있을 때에도, 대응하는 직류-고주파변환기에 거의 동일한 직류전압을 공급하도록 제어수단에 의해 제어되고 있다.

따라서, 직류-고주파변환기가 반도체스위칭소자를 포함하는 경우, 상기 직류 전압에 견디는 내전압을 갖는 반도체스위칭소자를 직류-고주파변환기에 사용하면 된다.

또는, 각 승압컨버터는, 제 1 상용교류전원 그룹 중 최고출력전압의 상용교류전원이 전원단자에 접속되어 있을 때, 이 최고출력전압의 정류전압의 약 1/2 값의 전압을 대응하는 직류-고주파변환기에 공급하고, 다른 상용교류전원이 전원단자에 접속되어 있을 때, 상기 약 1/2 값의 전압을 대응하는 직류-고주파변환기에 공급하도록, 제어수단에 의해 제어된다.

이와 같이 구성하면, 각 승압컨버터가 구비하고 있는 반도체스위칭소자는, 제 1 상용교류전원 그룹의 최고 출력전압의 1/2 전압에 견딜수 있는 것이라면 되어, 특별히 내전압이 높은 반도체스위칭소자를 사용할 필요 없이, 범용형의 반도체스위칭소자를 사용할 수 있다.

(실시예)

본 발명의 제 1 실시형태의 아크 이용기기용 전원장치는, 예를 들면 아크 용접기의 전원장치이다.

이 전원장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이 전원단자(1a∼1c)를 갖고 있다.

이들 전원단자(1a∼1c)에는, 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속된다.

제 1의 상용교류전원 그룹에는, 예를 들면 출력전압이 380V, 400V, 415V, 440V, 460V인 고압계의 복수의 상용 3상 교류전원이 포함되어 있다.

제 2의 상용교류전원 그룹에는, 예를 들면 출력전압이 200V, 208V, 230V, 240V인 저압계의 복수의 상용 3상 교류전원이 포함되어 있다.

제 1의 상용교류전원 그룹의 각 전압은, 제 2의 상용교류전원 그룹의 각 전압의 약 2배이다.

전원단자(1a∼1c)에 공급된 상용교류전원은, 입력개폐기(2)를 통하여 정류수단, 예를 들면 입력측 정류기(4)에 공급되며, 여기서 정류된다.

정류기(4)는, 브릿지 접속된 6개의 정류 다이오드(4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f)를 갖고 있다.

정류기(4)의 정류전압은, 2개의 출력단자(4P, 4N)에 출력된다.

이들 출력단자(4P, 4N) 간에 전환스위치부(18)가 접속되어 있다.

전환스위치부(18)는, 출력단자(4P)로부터 출력단자(4N)로 향하여 순서대로 상시 개방스위치(20a), 상시 폐쇄스위치(20b), 상시 개방스위치(20c)를 직렬로 접속한 것이다.

상시 폐쇄스위치(20b) 및 상시 개방스위치(20c)의 상호 접속점과, 출력단자(4P) 사이에 승압컨버터(8a)가 접속되어 있다.

같은 모양으로 상시 폐쇄스위치(20b)와 상시 개방스위치(20a)의 상호 접속점과, 출력단자(4N) 사이에 승압컨버터(8b)가 접속되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 상시 개방스위치(20a, 20c)가 개방되며, 상시폐쇄스위치(20b)가 폐쇄되어 있을 때, 출력단자(4P, 4N)간에 승압컨버터(8a, 8b)가 직렬로 접속된다.

상시 개방스위치(20a, 20c)가 폐쇄되며, 상기 폐쇄스위치(20b)가 개방되어 있을 때, 출력단자(4P, 4N)간에 승압컨버터(8a, 8v)가 병렬로 접속된다.

이와 같은 상시 개방스위치(20a, 20c) 및 상시 폐쇄스위치(20b)의 개폐제어는, 전환스위치 제어부(66)에 의해 행해진다.

승압컨버터(8a)는, 출력단자(4P)에 일단이 접속된 리액터(10a)를 갖고 있다.

이 리액터(10a)의 타단과, 상시 폐쇄스위치(20b)와 상시 개방스위치(20c)의 상호 접속점 사이에 반도체스위칭소자의 도전로, 예를 들면 IGBT(12a)의 이미터-컬렉터 도전로가 접속되어 있다.

리액터(10a)의 타단에는 역류방지 다이오드(16a)의 애노드가 접속되며, 그 캐소드가 평활용 콘덴서(22)의 일단에 접속되어 있다.

평활용 콘덴서(22)의 타단은, 상시 폐쇄스위치(20b)와 상시 개방스위치(20c)의 상호 접속점에 접속되어 있다.

승압컨버터(8b)는, 상시 개방스위치(20a)와 상시 폐쇄스위치(20b)의 상호 접속점에 일단이 접속된 리액터(10b)를 갖고 있다.

리액터(10b)의 타단과 출력단자(4N) 사이에, 반도체스위칭소자의 도전로, 예를 들면 IGBT(12b)의 이미터-컬렉터 도전로가 접속되어 있다.

리액터(10b)의 타단에는 역류 방지용 다이오드(16b)의 애노드가 접속되며, 캐소드는 평활용 콘덴서(24)의 일단에 접속되어 있다.

이 콘덴서(24)의 타단은 출력단자(4N)에 접속되어 있다.

승압컨버터(8a)의 콘덴서(22)의 양단간의 전압은 검출한 전압검출신호를 생성하는 전압검출기(26a)가, 콘덴서(22)의 양단간에 접속되어 있다.

마찬가지로 승압컨버터(8b)의 콘덴서(24)의 양단간의 전압을 검출한 전압검출신호를 생성하는 전압검출기(26b)가, 콘덴서(24)의 양단간에 설치되어 있다.

이들 전압검출기(26a, 26b)로부터의 전압검출신호는, 승압컨버터 제어부(68a)에 공급되고 있다.

또, 승압컨버터(8a)를 흐르는 전류를 검출한 전류검출신호를 생성하는 전류검출기(14a)가, 상시 폐쇄스위치(20b) 및 상시 개방스위치(20c)의 상호 접속점과, IGBT(12a)의 이미터 사이에 설치되어 있다.

마찬가지로, 승압컨버터(8b)를 흐르는 전류를 검출한 전류검출신호를 생성하는 전류검출기(14b)가, 출력단자(4N)와 IGBT(12b)의 이미터 사이에 접속되어 있다.

이들 전류검출기(14a, 14b)로부터의 전류검출신호도, 승압컨버터 제어부(68a)에 공급되고 있다.

승압컨버터 제어부(68a)는, 기준신호원(72)으로부터 공급된 기준신호가 나타내는 전압에, 콘덴서(22, 24)의 전압이 균등하게 되도록, 전압검출신호와 기준신호에 기초하여 IGBT(12a, 12b)의 도통기간을 제어하는 제어신호를 IGBT(12a, 12b)의 제어전극, 예를 들면 게이트에 공급한다.

이 기준신호는, 예를들면 약 320V의 전압을 나타낸다.

또, 승압컨버터 제어부(68a)는, 전류검출신호 및 전압검출신호에 기초하여,승압컨버터(8a)를 흐르는 전류와 콘덴서(22)의 전압의 위상차가 작게 되도록, 또한 승압컨버터(8b)를 흐르는 전류와 콘덴서(24)의 전압의 위상차가 작게 되도록, IGBT(12a, 12b)의 도통기간을 제어한다.

콘덴서(22)의 양단간 전압은, 직류-고주파변환기, 예를 들면 인버터(30)에 공급된다.

인버터(30)는, 하프 브릿지형의 것으로서, 직렬로 접속된 콘덴서(34a, 34b)를 갖고 있다.

콘덴서(34a, 34b)의 직렬회로는, 콘덴서(22)에 병렬로 접속되어 있다.

또한, 인버터(30)에서는, 반도체스위칭소자의 도전로, 예를 들면 IGBT(32a, 32b)의 이미터-컬렉터 도전로가 직렬로 접속되며, 이들이 콘덴서(34a, 34b)에 병렬로 접속되어 있다.

IGBT(32a, 32b)의 이미터-컬렉터 도전로에 역병렬로 플라이 휠 다이오드(36a, 36b)가 접속되어 있다.

인버터(30)의 출력단자가 되는 IGBT(32a)의 이미터와 IGBT(32b)의 컬렉터의 접속점, 및 콘덴서(34a, 34b)의 접속점은, 변압기(50)의 1차측 권선의 양단에 접속되어 있다.

인버터(40)도 하프 브릿지형의 것으로서, 직렬로 접속된 콘덴서(44a, 44b)를 갖고, 이들은 콘덴서(24)에 병렬로 접속되어 있다.

인버터(40)는, 반도체스위칭소자의 도전로, 예를 들면 IGBT(42a, 42b)의 이미터-컬렉터 도전로의 직렬회로를 갖고, 이 직렬회로는, 콘덴서(44a, 44b)의 직렬회로에 병렬로 접속되어 있다.

IGBT(42a, 42b)의 이미터-컬렉터 도전로에 각각 역병렬로 다이오드(46a, 46b)가 접속되어 있다.

인버터(40)의 출력단자가 되는 IGBT(42a)의 이미터와 IGBT(42b)의 컬렉터의 접속점, 및 콘덴서(44a, 44b)의 접속점은, 변압기(52)의 1차 권선에 접속되어 있다.

변압기(50, 52)의 2차 권선에는, 각각 고주파-직류변환기, 예를 들면 출력측 정류기(54, 56)가 접속되어 있다.

출력측 정류기(54, 56)는, 변압기(50, 52)의 2차 권선의 양단에 애노드가 접속된 정류다이오드(54a, 54b, 56a, 56b)를 포함하고, 이들 다이오드(54a, 54b, 56a, 56b)의 캐소드는, 상호 결합되며, 평활용 리액터(58)를 통하여 부하출력단자(60P)에 접속되어 있다.

또, 부하출력단자(60N)는, 변압기(50, 52)의 2차 권선의 중간 탭에 접속되어 있다.

부하출력단자(60P, 60N)에 부하, 예를 들면 아크 용접기가 접속된다.

출력단자(60N)와 변압기(50, 52)의 2차 권선의 중간 탭 사이에, 부하를 흐르는 부하전류를 나타내는 부하전류검출신호를 생성하는 부하전류검출기(62)가 설치되어 있다.

이 부하전류검출신호가, 인버터제어부(64)에 공급되며, 인버터제어부(64)는, 이 부하전류검출신호에 기초하여, 부하에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류가 되도록, IGBT(32a, 32b, 42a, 42b)의 도통기간을 제어하는 제어신호를, IGBT(32a, 32b, 42a, 42b)의 제어전극, 예를 들면 게이트에 공급한다.

전환스위치 제어부(66)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 입력단자(100a, 100b)를 갖고, 이들 입력단자(100a, 100b)는, 개폐기(2)를 통하여 전원단자(1a, 1b)에 접속되어 있다.

전원단자(1a, 1b)간에는, 전환스위치부(102)가 설치되어 있다.

전환스위치부(102)에서는, 전원단자(1a)로부터 전원단자(1b)로 향하여 상시 개방스위치(102a), 상시 폐쇄스위치(102b), 상시 개방스위치(102c)가 직렬로 접속되어 있다.

전원단자(100a)는, 변압기(104)의 2개의 1차 권선(104P1, 104P2) 중, 1차 권선(104P1)의 일단에 접속되어 있다.

1차 권선(104P1)의 타단은, 상시 폐쇄스위치(102b)와 상시 개방스위치(102c)의 접속점에 접속되어 있다.

다른 하나의 1차 권선(104P2)의 일단은 상시 개방스위치(102a)와 상시 폐쇄스위치(102b)의 접속점에 접속되며, 타단은 전원단자(100b)에 접속되어 있다.

따라서, 상시 개방스위치(102a, 102c)가 개방되며, 상시 폐쇄스위치(102b)가 폐쇄되어 있을 때, 1차 권선(104P1, 104P2)은 직렬로 접속된다.

또한, 상시 개방스위치(102a, 102c)가 폐쇄되며, 상시 폐쇄스위치(102b)가 개방되어 있을 때, 1차 권선(104P1, 104P2)은 병렬로 접속되어 있다.

변압기(104)의 2차 권선(104S)의 양단간에는 직류변환기(106)가 접속되어 있다.

직류변환기(106)는, 브릿지 접속된 4개의 정류다이오드(106a, 106b, 106c, 106d)를 갖고 있으며, 2차 권선(104S)에 유기된 단상 교류전압을 정류하여, 2개의 출력단자(106P, 106N)간에 정류전압을 공급한다.

출력단자(106P, 106N)간에 직렬로 평활콘덴서(108a, 108b)가 접속되어, 정류전압을 평활하고 있다.

출력단자(106P, 106N)간에 직렬로 제너다이오드(108)와 저항기(110)의 직렬회로가 접속되어 있다.

제너다이오드(108)는, 그 캐소드가 출력단자(106P)에 접속되며, 애노드가 저항기(110)에 접속되어 있다.

제너다이오드(108)와 저항기(110)는, 입력단자(100a, 100b)에 고압계가 접속되었을 때, 제너다이오드(108)가 도통하도록 값이 선택되어 있다.

제너다이오드(108)의 애노드와 저항기(110)의 접속점이, 반도체스위칭소자의 제어전극, 예를 들면 FET(112)의 게이트에 접속되어 있다.

FET(112)의 드레인은, 저항기(114, 116)의 직렬회로를 통하여 출력단자(106P)에 접속된다.

또, FET(112)의 소스는, 출력단자(106N)에 접속되어 있다.

저항기(114)와 저항기(116)의 접속점과, 출력단자(106N) 사이에 저항기(118)가 접속되어 있다.

저항기(116)와 저항기(118)의 접속점이, 반도체스위칭소자의 제어전극, 예를들면 FET(120)의 게이트에 접속되어 있다.

저항기(118)에 병렬로 콘덴서(122), 제너다이오드(124)가 접속되어 있다.

이 FET(120)의 도전로, 예를 들면 드레인-소스 도전로는, 릴레이 구동 코일(126)과 직렬로 접속되며, 출력단자(106P, 106N)간에 접속되어 있다.

릴레이 구동코일(126)은, 이에 전류가 흐를 때, 상시 개방스위치(102a, 102c)를 폐쇄하고, 상시 폐쇄스위치(102b)를 개방한다.

동시에, 상시 개방스위치(20a, 20c)를 폐쇄하고, 상시 폐쇄스위치(20b)를 개방한다.

릴레이 구동코일(126)에 병렬로 보호용 다이오드(128)가 접속되어 있다.

보호용 다이오드(128)의 캐소드가 접속되어 있는 릴레이 구동코일(126)의 단부가 자기 보호회로(130)의 PNP트랜지스터(132)의 이미터에 접속되며, 그 이미터는 저항기(134)를 통하여 이 트랜지스터(132)의 베이스에 접속되어 있다.

이 베이스는 또한 저항기(136)를 통하여 보호용 다이오드(128)의 애노드가 접속되어 있는 릴레이 구동코일(126)의 단부에 접속되어 있다.

보호용 다이오드(128)의 애노드는 또한 NPN 트랜지스터(138)의 컬렉터에 접속되며, 그 이미터는 다이오드(140)를 통하여 변압기(104)의 2차 권선(104S)의 중간 탭에 접속되어 있다.

트랜지스터(138)의 베이스는, 저항기(142)를 통하여 트랜지스터(132)의 컬렉터에 접속되며, 또한 저항기(144)를 통하여 이미터에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 전원장치에서는, 전원단자(1a∼1c)에, 고압계 상용교류전원, 예를 들면 최고전압인 460V의 상용교류전원이 접속된 것으로 한다.

이 때, 릴레이구동코일(126)에는 전류가 흐르고 있지 않기 때문에, 상시 개방스위치(102a, 102c)가 개방되고, 상시 폐쇄스위치(102b)가 폐쇄되어, 1차 권선(104P1, 104P2)이 직렬로 접속되며, 460V의 전압이, 직렬로 접속된 1차 권선(104P1, 104P2)에 공급된다.

2차 권선(104S)에 유기된 교류전압이 직류변압기(106)에 의해 직류전압으로 변환된다.

이 직류전압은 제너다이오드(108)와 저항기(110)의 직렬회로에 인가되며, 제너다이오드(108)가 도통하여, FET(112)가 도통하며, FET(120)의 게이트 전압은, 저항기(114), FET(110)을 통하여 접지되어, FET(120)은 비도통으로 된다.

그 결과, 릴레이구동코일(126)에는 전류가 흐르지 않고, 상시 개방스위치(102a, 102c)가 개방, 상시 폐쇄스위치(102b)가 폐쇄상태를 유지한다.

동시에, 릴레이 구동코일(126)에 의해 제어되는 전환스위치부(18)의 상시 개방스위치(20a, 20c)가 개방, 상시 폐쇄스위치(20b)가 폐쇄상태를 유지한다.

그 결과, 승압컨버터(8a, 8b)가 출력단자(4P, 4N)에 직렬로 접속되며, 460V의 루트 2배의 전압(=약 640V)가 직렬로 접속된 승압컨버터(8a, 8b)에 공급된다.

그 결과, 승압컨버터(8a, 8b)의 트랜지스터(12a, 12b)의 부담 전압은 약 320V이다.

이 전압이 인가될 때에는, 승압컨버터(8a, 8b)는 승압을 행하지 않고, 인버터(30, 40)에 각각 약 320V의 전압을 공급한다.

또, 고압계의 다른 전압의 상용교류전원이 입력단자(1a∼1c)에 접속된 경우에도, 마찬가지로 승압컨버터(8a, 8b)가 직렬로 접속되어, 승압컨버터(8a, 8b)에는 각각 320V 보다 낮은 전압이 인가되고, 이를 약 320V로 승압하여, 인버터(30, 40)에 공급한다.

동시에 승압컨버터(8a, 8b)에서는, 이들을 흐르는 전류의 역률을 개선한다.

이와 같이 고압계의 상용교류전원 중 어느 것인가가 전원단자(1a∼1c)에 접속되어 있어도, 인버터(30, 30)에는, 약 320V의 전압이 공급된다.

인버터(30, 40)는, 공급된 직류전압을 고주파전압으로 변환하여, 변압기(50, 52)에 공급한다.

이들 고주파전압은, 변압기(50, 52)에 의해 변압되고, 출력측 정류기(54, 56)에 의해 정류되며, 평활리액터(58)에 의해 평활화되어, 출력단자(60P, 60N)로부터 부하에 공급된다.

이때, 부하에 흐르는 전류가 부하전류검출기(62)에 의해 검출되며, 이 부하전류가 미리 정해진 값이 되도록, 인버터(30, 40)의 IGBT(32a, 32b, 42a, 42b)의 도통기간을 제어한다.

전원단자(1a∼1c)에 저압계의 상용교류전원이 접속되었을 때, 그 전압은, 직렬 접속된 1차 권선(104P1, 104P2)에 공급되며, 2차 권선(104S)에 변압된 교류전압이 유기된다.

이 교류전압은, 직류변환기(106)에 의해 직류전압으로 변환되어, 제너다이오드(108)와 저항기(110)의 직렬회로에 인가된다.

이 때, 제너다이오드(108)의 양단간에 인가된 전압이 미리 정해진 값 보다도 작아, 제너다이오드(108)는 비도통이다.

저항기(118)의 양단간에 전압이 발생하고, FET(120)가 도통하여, 릴레이 구동코일(126)에 전류가 흐른다.

상시 개방스위치(102a, 102c)가 폐쇄되고, 상시 폐쇄스위치(102b)가 개방되어, 1차 권선(104P1, 104P2)이 병렬로 접속되므로서, 2차 권선(104S)에 유기되는 전압이 크게 된다.

또, 릴레이 구동코일(126)에 전류가 흐르는 것에 의해, 트랜지스터(132)가 도통하고, 또한 트랜지스터(138)가 도통하여, 릴레이구동코일(126)의 전류가 트랜지스터(138)를 통하여 2차 권선(104S)의 중간탭에 흐른다.

따라서, 어떠한 원인으로 FET(120)가 비도통이 되어도, 릴레이구동코일(126)에는, 전류가 계속하여 흘러, 릴레이 구동코일(126)은 자기 유지된다.

한편, 릴레이구동코일(126)에 전류가 흐르는 것에 의해, 상시 개방스위치(20a, 20c)가 폐쇄되고, 상시 폐쇄스위치(20b)가 개방되어, 승압컨버터(8a, 8b)는, 입력측 정류기(4)의 출력단자(4P, 4N)에 병렬로 접속된다.

그리고, 승압컨버터(8a, 8b)는, 공급된 전압을 각각 약 320V로 승압하여, 인버터(30, 40)에 공급한다.

따라서, 고압계 및 저압계 어느 것인가의 상용교류전원을 사용하고 있을 때에도, 승압컨버터(8a, 8b)의 IGBT(12a, 12b)에는, 최대 약 320V의 전압 밖에 인가되지 않는다.

그러므로, IGBT(12a, 12b)에는, 그 이미터-컬렉터 내(耐)전압이 약 600V의 범용형의 것을 사용할 수가 있다.

인버터(30, 40)로부터의 고주파전압은, 변압기(50, 52)에 의해 변압되고, 출력측정류기(54, 56)에 의해 정류되며, 평활리액터(58)에 의해 평활된 후, 부하출력단자(60P, 60N)로부터 부하에 공급된다.

이 경우, 인버터(30, 40)의 IGBT(32a, 32b, 42a, 42b)는, 부하에 흐르는 전류가 일정하게 되도록, 도통기간이 제어된다.

이와 같이, 고압계 및 저압계 어느 것인가의 상용교류전원이 전원단자(1a∼1c)에 접속되는가에 따라, 승압컨버터(8a, 8b)를 직렬 또는 병렬로 접속하도록 구성하고 있으므로, 승압컨버터(8a, 98b)에 사용되는 IGBT(12a, 12b)에는, 최대라도 약 320V의 전압밖에 인가되지 않아, IGBT(12a, 12b)에는 범용형의 것을 사용할 수가 있다.

상기 실시형태에서는, 상용교류전원에 3상 상용교류전원을 사용하였지만, 단상교류전원을 사용할 수도 있다.

또, 전환제어부(66)에는, 도 2에 나타내는 바와 같은 구성의 것을 사용하였지만, 예를 들면 하이로우미터(high low meter)나 릴레이의 동작 전압의 상이를 이용한 것도 사용할 수도 있다.

또한, 승압컨버터(8a, 8b)의 출력전압의 설정을, 상용교류전원이 고압계의 경우라도, 저압계의 경우라도, 1개의 기준신호원(72)에 의해 행해지고 있다.

이 경우, 인버터(30, 40)에 공급하는 전압을 같은 전압으로 할 수가 있다.

그러나, 인버터(30, 40)에 공급하는 전압이 약간 달라도 되는 경우에는, 승압컨버터(8a, 8b) 각각에 대하여 기준신호원을 설정하여도 된다.

또, 인버터(30, 40), 승압컨버터(8a, 8b)에는 반도체스위칭소자로서, IGBT를 사용하였지만, 그에 대신하여 FET, 바이폴라 트랜지스터 등을 사용할 수도 있다.

또한, 직류-고주파변환기로서 인버터를 사용하였지만, 이에 대신하여 초퍼나 포워드 방식의 것을 사용할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 승압컨버터에 사용하는 반도체스위칭소자에, 특별히 내압이 큰 것을 사용할 필요가 없이, 범용의 반도체스위칭소자를 사용할 수가 있다.

또, 각 승압컨버터는, 이들에 대응하는 직류-고주파변환기에 흐르는 전류만을 부담하면 되고, 도 3의 승압컨버터와 같이 1대로 2대의 인버터에의 전류를 부담할 필요가 없어, 소용량의 반도체스위칭소자를 사용할 수가 있다.

Claims

출력전압이 다른 복수의 상용교류전원으로 각각이 이루어지는 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹으로서,

제 1의 상용교류전원 그룹의 상기 상용교류전원의 출력전압은, 제 2의 상용교류전원 그룹의 각 출력전압의 약 2배이며, 이들 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속되는 전원단자와,

전원단자에 접속된 상용교류전원의 상용교류전압을 정류하여, 2개의 출력단자간에 정류전압을 생성하는 정류수단과,

2개의 승압컨버터와,

상기 2개의 출력단자간에 상기 2개의 승압컨버터를 직렬 및 병렬 중 선택된 상태로 접속하는 전환스위치부와,

상기 각 승압컨버터의 출력측에 각각 설치되며, 입력된 승압컨버터로부터의 직류전압을 고주파전압으로 변환하는 2개의 직류-고주파변환기와,

이들 직류-고주파변환기로부터의 고주파전압이 1차측에 접속된 변압기와,

변압기의 2차측에 유기된 고주파전압을 직류전압으로 변환하여, 2개의 부하출력단자에 공급하는 고주파-직류변환기와,

상기 전원단자에 접속된 상용교류전원이 제 1 상용교류전원 그룹에 속할 때, 상기 전환스위치부가 상기 2개의 승압컨버터를 직렬로 상기 2개의 출력단자간에 접속하도록 상기 전환스위치부를 제어하고, 상기 전원단자에 접속된 상용교류전원이제 2 상용교류전원 그룹에 속할 때, 상기 전환스위치부가 상기 2개의 승압컨버터를 병렬로 상기 2개의 출력단자간에 접속하도록 상기 전환스위치부를 제어하는 전환스위치 제어부를 구비하는 아크 이용기기용 전원장치.
제 1항에 있어서,

상기 2개의 승압컨버터는, 상기 전원단자에 제 1 및 제 2의 상용교류전원 그룹의 어느 것인가의 상용교류전원이 접속되어 있을 때에도, 대응하는 직류-고주파변환기에 거의 동일한 정류전압을 공급하도록 제어수단에 의해 제어되는 아크 이용기기용 전원장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 승압컨버터는, 제 1 상용교류전원 그룹 중 최고출력전압의 상용교류전원이 상기 전원단자에 접속되어 있을 때, 이 최고출력전압의 정류전압의 약 1/2 값의 전압을 대응하는 직류-고주파변환기에 공급하고, 다른 상용교류전원이 상기 전원단자에 접속되어 있을 때, 상기 약 1/2 값의 전압을 대응하는 직류-고주파변환기에 공급하도록, 제어수단에 의해 제어되는 아크 이용기기용 전원장치.