KR101421935B1 - 피복 아크 용접기의 용접 전류 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 단락 상태를 검출하여서 아크 생성을 제어함으로써 전극과 모재가 달라붙는 현상을 해소하고 아크를 원활하게 생성할 수 있도록 개선한 피복 아크 용접기의 용접 전류 제어 장치를 개시하며, 상기 피복아크 용접기의 용접 제어 장치는, 단락 상태와 비단락 상태에 대응하여 전류 조정 저항값을 변경하여 제공하는 전류 조정 저항 회로; 상기 전류 조정 저항값에 따른 조정 전류를 출력하는 전류 조정 회로; 단락 임펄스 상태, 상기 단락 상태, 무부하 임펄스 상태, 용접 상태에 대응하여 전류 검출 저항값을 변경하여 제공하는 전류 검출 저항 회로; 출력 전압의 레벨에 따라 상기 전류 조정 저항 회로의 상기 전류 조정 저항값의 선택과 상기 전류 검출 저항 회로의 상기 전류 검출 저항값의 선택을 위한 제어 신호를 제공하는 판단부; 출력 전류를 피드백하여서 스위칭에 의하여 전류를 유지하여 출력하는 전류 유지 스위칭 회로; 상기 전류 유지 스위칭 회로에서 출력되는 전류를 상기 전류 검출 저항값에 따른 검출 전류로 출력하는 전류 검출 회로; 상기 조정 전류와 상기 검출 전류를 평균한 값에 대응한 펄스 신호를 출력하는 PWM 회로; 및 상기 펄스 신호에 의하여 용접 전류를 출력하는 출력 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

피복 아크 용접기의 용접 전류 제어 장치{WELDING CURRENT CONTROLLING APPARATUS FOR SHIELDED ARC WELDING MACHINE}

본 발명은 피복 아크 용접기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극의 단락 상태를 검출하여서 아크 생성을 제어함으로써 전극과 모재가 달라붙는 현상을 해소하고 아크를 원활하게 생성할 수 있도록 개선한 피복 아크 용접기의 용접 전류 제어 장치에 관한 것이다.

피복아크 용접기는 피복제를 코팅한 용접봉과 피용접물 사이에 발생한 아크의 열을 이용하여 용접하는 장치이며, 구조용 강을 비롯해서 거의 모든 금속 재료의 용접에 사용된다.

피복아크 용접기는 용접을 위한 용접 전류를 미리 설정하여 사용하도록 구성되는 것이 일반적이다. 그리고, 피복 아크 용접기는 아크를 형성하여 용접하는 것으로, 아크 형성을 위해서 전극과 모재 간의 충분한 조건(전압, 저항 등)이 형성되어야 한다.

그러나, 용접 시작 시점이나 용접 도중에 충분한 조건(전압 등)이 형성되지 않으면 전극과 모재 간의 단락이 형성되고, 결과적으로 용접봉이 모재에 달라붙는 융착 현상이 발생할 수 있다.

상기한 융착 현상은 일차적으로 용접봉의 피복을 손상시키는 문제점을 야기하고 심한 경우 천공과 같은 모재의 손상을 유발하는 원인이 된다.

또한, 피복아크 용접기는 용착 현상이 발생하면 아크를 생성할 수 없다. 그러므로 피복아크 용접기는 정상적인 용접을 수행할 수 없을 뿐만 아니라 용접부에 과열이 발생하고 비정상적인 용접부분을 생성한다. 따라서, 비정상적인 용접 부분에 대한 후처리(그라인딩, 가우징 또는 재가공)가 필요한 후차적인 문제점이 발생한다.

그러므로 종래의 피복아크 용접기는 상기한 융착 현상과 후차적으로 발생하는 문제점에 대한 해소할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

본 발명은 용접 시작 또는 용접 중 용접봉(전극)이 모재에 닿는 순간에 부하 상태를 판단하여 용접봉과 모재 간의 단락 후 용접 전류를 제어하여 융착 현상이 발생하는 것을 해소할 수 있는 피복아크 용접기의 용접 전류 제어 장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 융착을 해소한 후에도 아크를 원활히 생성하도록 전류를 제어하여서 양질의 상태로 용접이 이루어질 수 있는 피복아크 용접기의 용접 전류 제어 장치를 제공함을 다른 목적으로 한다.

본 발명에 따른 피복아크 용접기의 용접 제어 장치는, 단락 상태와 비단락 상태에 대응하여 전류 조정 저항값을 변경하여 제공하는 전류 조정 저항 회로; 상기 전류 조정 저항값에 따른 조정 전류를 출력하는 전류 조정 회로; 단락 임펄스 상태, 상기 단락 상태, 무부하 임펄스 상태, 용접 상태에 대응하여 전류 검출 저항값을 변경하여 제공하는 전류 검출 저항 회로; 출력 전압의 레벨에 따라 상기 전류 조정 저항 회로의 상기 전류 조정 저항값의 선택과 상기 전류 검출 저항 회로의 상기 전류 검출 저항값의 선택을 위한 제어 신호를 제공하는 판단부; 출력 전류를 피드백하여서 스위칭에 의하여 전류를 유지하여 출력하는 전류 유지 스위칭 회로; 상기 전류 유지 스위칭 회로에서 출력되는 전류를 상기 전류 검출 저항값에 따른 검출 전류로 출력하는 전류 검출 회로; 상기 조정 전류와 상기 검출 전류를 평균한 값에 대응한 펄스 신호를 출력하는 PWM 회로; 및 상기 펄스 신호에 의하여 용접 전류를 출력하는 출력 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 저항 조정 회로는, 상기 비단락 상태에 대응하여 선택되는 제1 용접 저항; 상기 단락 상태에 대응하여 선택되는 제1 단락 저항; 및 상기 판단부의 제어 신호에 의하여 상기 단락 상태에 대응하여 상기 제1 단락 저항을 선택하고 상기 비단락 상태에 대응하여 상기 제1 용접 저항을 선택하여서 상기 전류 조정 회로에 연결하는 제1 스위치;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 판단부는 상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호를 출력하며, 상기 단락 검출 신호가 상기 제어 신호로서 상기 제1 스위치에 제공될 수 있다.

그리고, 상기 판단부는, 상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태를 검출하는 단락 센싱 신호를 출력하는 제1 비교기; 및 상기 단락 센싱 신호를 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호로 변환하여 출력하는 상태 판단부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전류 검출 저항 회로는, 상기 단락 임펄스 상태에서 활성화되는 제2 단락 저항; 상기 무부하 임펄스 상태에서 활성화되는 무부하 저항; 상기 단락 상태와 상기 용접 상태에 대응하여 활성화되는 제2 용접 저항;을 포함하며, 상기 제2 단락 저항, 상기 무부하 저항 및 상기 제2 용접 저항은 상기 판단부에서 제공되는 상기 제어 신호에 의하여 어느 하나의 활성화가 선택될 수 있다.

그리고, 상기 판단부는 상기 무부하 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하여서 상기 제2 단락 저항의 활성화를 제어하는 단락 임펄스 제어신호, 상기 단락 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하여서 상기 무부하 저항의 활성화를 제어하는 무부하 임펄스 제어신호, 상기 단락 임펄스 제어 신호와 상기 무부하 임펄스 제어 신호가 비활성화되는 구간에 대응하여 상기 제2 용접 저항을 활성 상태로 제어하는 임펄스 검출 신호를 상기 제어신호로서 제공할 수 있다.

그리고, 상기 판단부는, 상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호와 상기 출력 전압이 미리 설정된 무부하 전압 이상으로 상승하는 상기 무부하 구간 동안 인에이블되는 무부하 검출 신호를 출력하는 부하 판단부; 상기 무부하 검출 신호의 인에이블이 종료되는 시점에 동기되며 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 상기 단락 임펄스 제어 신호를 출력하는 단락 임펄스 타이며; 상기 단락 검출 신호의 인에이블이 종료되는 시점에 동기되어 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 상기 무부하 임펄스 제어신호를 출력하는 무부하 임펄스 타이머; 및 상기 단락 임펄스 제어 신호와 상기 무부하 임펄스 제어 신호가 비활성화되는 구간에 인에이블되는 임펄스 검출 신호를 상기 제2 용접 저항에 제공하는 혼합부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 부하 판단부는, 상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태를 검출하는 단락 센싱 신호를 출력하는 제1 비교기; 상기 출력 전압이 미리 설정된 무부하 전압 이상으로 상승하는 상기 무부하 상태를 검출하는 무부하 센싱 신호를 출력하는 제2 비교기; 및 상기 단락 센싱 신호를 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호로 변환하여 출력하고 상기 무부하 센싱 신호를 상기 무부하 상태 동안 인에이블되는 무부하 검출 신호로 변환하여 출력하는 상태 판단부;를 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 부하 상태의 판단에 따른 용접 전류의 제어에 의하여 융착 현상이 발생하는 것을 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 용접을 위한 아크를 원활히 생성하도록 전류를 제어하여서 양질의 상태로 용접이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피복 아크 용접기의 용접 전류 제어 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 부하 판단부의 상세 회로도.
도 3은 도 1의 실시예를 설명하기 위한 파형도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 전류 조정 저항 회로(10), 전류 조정 회로(12), 전류 검출 저항 회로(14), 부하 판단부(16), 단락 임펄스 타이머(18), 무부하 임펄스 타이머(19), 전류 유지 스위칭 회로(20), 전류 검출 회로(22), PWM 회로(24) 및 출력 회로(26)를 포함한다.

여기에서, 전류 조정 저항 회로(10)는 전류 조정 저항값을 제공하기 위한 것으로서 제1 용접 저항(RW1)과 제1 단락 저항(RS) 및 스위치(S1)를 포함한다.

제1 용접 저항(RW1)은 부하가 비단락 상태일 때 출력 전류를 용접 전류로 조정하기 위하여 선택되는 저항이고, 제1 단락 저항(RS)은 부하가 단락 상태일 때 출력 전류를 단락 전류로 조정하기 위하여 선택되는 저항이다.

단락 전류는 5A(암페어) 내지 25A 정도(보다 바람직하게는 5A 내지 10A)로 예시적으로 설정될 수 있으며, 용접 전류는 50A 내지 300A 정도의 세팅 전류로 예시적으로 설정될 수 있다.

단락 전류는 아크 시작 시점 또는 용접 도중에 단락이 발생하면 용접봉이 모재에 달라붙지 않도록 용접 전류보다 낮은 최소한의 수준으로 용접봉과 모재 사이에 흐르도록 제어되는 전류이다.

따라서, 단락 전류를 조정하기 위하여 구성되는 제1 단락 저항(RS)은 용접 전류를 조정하기 위한 제1 용접 저항(RW1)보다 큰 저항값을 갖도록 구성됨이 바람직하다.

스위치(S1)는 부하가 비단락 상태인 경우에 대응하여 제1 용접 저항(RW1)을 선택하고 부하가 단락 상태인 경우에 대응하여 제1 단락 저항(RS)을 선택하여서 전류조정 저항값을 갖는다.

스위치(S1)는 부하 판단부(16)에서 제공되는 단락 검출 신호(CL)에 의하여 제어된다.

스위치(S1)에 의하여 선택된 제1 단락 저항(RS) 또는 제1 용접 저항(RW1)은 전류 조정 회로(12)에 연결된다. 단락 검출 신호(CL)는 단락 상태와 비단락 상태를 구분하는 제어 신호이다. 상기 비단락 상태는 용접 전류가 출력되는 정상 상태와 무부하 상태를 포함한다.

상기한 단락 검출 신호(CL)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

전류 조정 회로(12)는 전류 조정 저항 회로(10)의 스위치(S1)에 의하여 선택된 전류조정 저항값에 대응하는 조정 정류(IA)를 PWM 회로(24)에 출력하는 구성을 갖는다. 즉, 전류 조정 회로(12)는 단락 상태와 비단락 상태에 대응하여 레벨이 다른 조정 전류(IA)를 출력한다.

전류 검출 저항 회로(14)는 단락 임펄스 상태, 상기 단락 상태, 무부하 임펄스 상태, 용접 상태에 대응하여 변경된 전류 검출 저항값을 전류 검출 회로(22)에 제공한다.

전류 검출 저항 회로(14)는 제2 용접 저항(RW2), 제2 단락 저항(R1) 및 무부하 저항(R2)을 포함한다.

여기에서, 제2 단락 저항(R1)은 단락 임펄스 제어 신호(C1)에 의하여 단락 임펄스 상태에서 활성화되며, 무부하 저항(R2)은 무부하 임펄스 제어 신호(C2)에 의하여 무부하 임펄스 상태에서 활성화되고, 제2 용접 저항(RW2)은 임펄스 검출 신호(CI)에 의하여 단락 상태와 용접 상태에 대응하여 활성화된다.

단락 임펄스 제어 신호(C1)는 무부하 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 신호로서 후술되는 단락 임펄스 타이머(18)에서 제공된다.

그리고, 무부하 임펄스 제어 신호(C2)는 단락 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하여서 무부하 저항의 활성화를 제어하는 신호로서 후술되는 무부하 임펄스 타이머(19)에서 제공된다.

임펄스 검출 신호(CI)는 단락 임펄스 제어 신호(C1)와 무부하 임펄스 제어 신호(C2)가 비활성화되는 구간에 대응하여 활성화되는 신호이다.

상기한 구성을 갖는 전류 검출 저항 회로(14)는 제어신호 즉 단락 임펄스 제어 신호(C1), 무부하 임펄스 제어 신호(C2) 및 임펄스 검출 신호(CI)에 의하여 제2 용접 저항(RW2), 제2 단락 저항(R1) 및 무부하 저항(R2) 중 어느 하나를 전류 검출 회로(22)에 제공하는 구성을 갖는다.

제2 용접 저항(RW2), 제2 단락 저항(R1) 및 무부하 저항(R2) 중 단락 저항(R1)의 저항값이 가장 크고 무부하 저항(R2)의 저항값이 가장 작도록 구성됨이 바람직하다.

상기한 전류 조정 저항 회로(10)와 전류 검출 저항 회로(14)에 제공되는 단락 검출 신호(CL), 단락 임펄스 제어 신호(C1), 무부하 임펄스 제어 신호(C2) 및 임펄스 검출 신호(CI)는 판단부에서 제공된다.

판단부는 부하판단부(16), 단락 임펄스 타이머(18), 무부하 임펄스 타이머(19) 및 혼합부를 포함하여 구성된다.

상기한 구성을 갖는 판단부는 출력 전압의 레벨에 따라 전류 조정 저항 회로(10)의 전류 조정 저항값의 선택과 전류 검출 저항 회로(14)의 전류 검출 저항값의 선택을 위한 제어 신호를 제공한다.

여기에서, 부하 판단부(16)는 출력 전압(Vout)의 레벨에 따라 단락 검출 신호(CL)와 무부하 검출 신호(CH)를 출력하는 구성을 갖는다.

도 2를 참조하여 부하 판단부(16)의 상세한 구성을 설명한다.

부하 판단부(16)는 비교부(30), 비교부(32) 및 상태 판단부(34)를 포함하여 구성될 수 있다.

비교부(30)는 포지티브 단자(+)로 무부하 상태를 판단하기 위한 레벨을 갖는 무부하 기준 전압(VH)이 인가되고 네가티브 단자(-)로 출력 전압(Vout)이 인가되며 무부하 센싱 신호(DH)를 출력하는 구성을 갖는다.

비교부(32)는 포지티브 단자(+)로 단락 상태를 판단하기 위한 레벨을 갖는 단락 기준 전압(VL)이 인가되고 네가티브 단자(-)로 출력 전압(Vout)이 인가되며 단락 센싱 신호(DL)를 출력하는 구성을 갖는다.

무부하 상태를 판단하는 무부하 기준 전압(VH)은 용접 전압으로 세팅된 전압보다 높은 전압으로 설정될 수 있으며, 예시적으로 용접 전압이 20V(볼트) 내지 40V로 설정된 경우, 무부하 기준 전압(VH)은 예시적으로 40V로 설정될 수 있다.

무부하 상태는 도 3을 참조하여 후술되는 바 용접이 개시된 직후 시점과 단락이 발생한 후 아크 형성을 위하여 용접봉을 리프트하는 시점에 형성될 수 있다. 즉, 용접봉과 모재가 떨어진 오픈 루프(Open Loop) 상태에서 형성될 수 있다. 따라서, 무부하 상태에는 피드백 전류가 입력되지 않고 높은 출력 전압(Vout)이 형성된다.

단락 상태를 판단하는 단락 기준 전압(VL)은 용접 전압으로 세팅된 전압보다 낮은 전압으로 설정될 수 있으며, 예시적으로 용접 전압이 20V 내지 40V로 설정된 경우, 단락 기준 전압(VL)은 예시적으로 20V로 설정될 수 있다.

단락 상태는 도 3을 참조하여 후술되는 바와 같이 용접 시작 시점이나 용접 도중에 충분한 조건(전압 등)이 형성되지 않아서 용접봉(전극)이 모재에 일시적으로 달라붙는 상태를 의미한다.

본 발명에 따른 실시예는 단락이 발생한 상태에 대응하여 단락 전류가 용접봉과 모재 사이에 흐르도록 제어하여서 용접봉이 모재에 융착되는 것을 방지하는 기술을 구현한다.

상태 판단부(34)는 무부하 센싱 신호(DH)와 단락 센싱 신호(DL)를 판단하여 무부하 검출 신호(CH)와 단락 검출 신호(CL)를 출력한다.

보다 구체적으로 설명하면, 무부하 상태에 따라서 출력 전압(Vout)이 무부하 기준 전압(VH)보다 높은 경우 무부하 센싱 신호(DH)와 단락 센싱 신호(DL)는 모두 로우 레벨로 출력된다.

출력 전압(Vout)이 무부하 기준 전압(VH)과 단락 기준 전압(VL) 사이의 용접 전압에 해당하면 무부하 센싱 신호(DH)는 하이 레벨로 출력되고 단락 센싱 신호(DL)은 로우 레벨로 출력된다.

그리고, 단락 상태에 따라서 출력 전압(Vout)이 단락 기준 전압(VL)보다 낮은 경우 무부하 센싱 신호(DH)와 단락 센싱 신호(DL)는 모두 하이 레벨로 출력된다.

상태 판단부(34)는 무부하 센싱 신호(DH)와 단락 센싱 신호(DL)가 모두 로우 레벨로 출력되면 무부하 상태로 인식하고 무부하 검출 신호(CH)를 인에이블 상태로 출력한다.

상태 판단부(34)는 무부하 센싱 신호(DH)와 단락 센싱 신호(DL)가 모두 하이 레벨로 출력되면 단락 상태로 인식하고 단락 검출 신호(CL)를 인에이블 상태로 출력한다.

상태 판단부(34)는 무부하 검출 신호(CH)와 단락 검출 신호(CL)를 출력하기 위하여 낸드 회로 및 앤드 회로를 포함할 수 있으며, 제작자에 의하여 다양하게 실시될 수 있다.

한편, 단락 임펄스 타이머(18)는 무부하 검출 신호(CH)를 입력받고 무부하 검출 신호(CH)가 논리적 로우 상태로 폴링되는 시점에 동기하여 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 단락 임펄스 제어 신호(C1)을 출력한다.

그리고, 무부하 임펄스 타이머(19)는 단락 검출 신호(CL)를 입력받고 단락 검출 신호(CL)가 논리적 로우 상태로 폴잉되는 시점에 동기하여 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 무부하 임펄스 제어 신호(C2)를 출력한다.

단락 임펄스 타이머(18)와 무부하 임펄스 타이머(19)는 입력되는 신호(무부하 검출 신호(CH), 단락 검출 신호(CL))의 폴링 시점에 동기되어 일정 시간 인에이블 상태로 펄스를 출력하는 원샷 트리거 회로로 구성될 수 있다.

그리고, 단락 임펄스 타이머(18)와 무부하 임펄스 타이머(19)는 출력 신호를 인에이블 상태로 유지하는 시간은 단락 개시 전 임펄스 전류가 유지되는 시간과 단락 상태에서 리프트에 의하여 아크를 형성하는 시점에 임펄스 전류가 유지되는 시간에 대응되도록 각각 설정됨이 바람직하다.

또한, 혼합부는 임펄스 검출 신호(CI)를 제공하며, 단락 임펄스 제어 신호(C1)를 반전하여 출력하는 인버터(IV1)와 무부하 임펄스 제어 신호(C2)를 반전하여 출력하는 인버터(IV2) 및 인버터들(IV1, IV2)의 출력을 앤드조합하여 출력하는 앤드 게이트(AND)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 전력 유지 스위칭 회로(20)는 출력 전류를 피드백하여 온오프를 반복하는 스위칭을 수행하여서 전류를 일정 수준 이상으로 유지하여서 전류 검출 회로(22)로 제공하는 기능을 갖는다.

전류 검출 회로(22)는 전류 유지 스위칭 회로(20)에서 출력되는 전류를 전류 검출 저항 회로(14)에서 제공하는 전류검출 저항값을 기준으로 검출한 검출 전류(ID)를 출력하는 기능을 갖는다.

그리고, PWM 회로(24)는 전류 조정 회로(12)의 조정 전류(IA)와 전류 검출 회로(22)의 검출 전류(ID)를 평균한 값에 대응한 펄스 신호를 생성하여서 출력 회로(26)로 출력하는 기능을 갖는다.

그리고, 출력 회로(26)는 PWM 회로(24)에서 제공되는 펄스 신호에 의하여 용접 전압과 용접 전류를 구동하여 출력하는 기능을 갖는다.

상술한 도 1 및 도 2와 같이 구성되는 본 발명에 따른 실시예의 동작을 도 3을 참조하여 설명한다.

용접을 위하여 피복아크 용접기의 전원을 턴온하면(T1) 출력 전압은 무부하 전압 이상으로 상승한다.

턴온(T1) 이후 높은 출력 전압(Vout)이 유지되며, 용접봉과 모재가 떨어진 오픈 루프(Open Loop) 상태이므로 피드백 전류가 생성되지 않는다.

초기 무부하 상태(T1-T2 구간)를 거친 후 정상적으로 용접이 진행되면, 용접봉과 모재 사이에 아크가 형성되면서 출력 전압(Vout)은 용접 전압으로 안정화되면서 유지된다(T6-T7 구간).

초기 무부하 상태(T1-T2 구간)에서는 전류 조정 저항 회로(10)는 단락 검출 신호(CL)가 활성화되지 않은 상태이므로 제1 용접 저항(RW1)을 선택하고, 전류 검출 저항 회로(14)는 제2 용접 저항(RW2)를 선택한다.

무부하 상태에서는 피드백 전류가 형성되지 않으며, 아크가 형성되기 시작하면 피드백 전류가 전류 유지 스위칭 회로(20)로 입력되고, 피드백 전류가 전류 검출 회로(22)에서 검출된다.

무부하 상태에서는 출력 전압(Vout)이 부하 판단부(16)의 무부하 기준 전압(VH) 보다 높은 레벨을 갖기 때문에 무부하 검출 신호(CH)가 무부하 상태 동안 인에이블된다.

무부하 상태에서는 피드백 전류가 없기 때문에 전류 조정 회로(12) 및 전류 검출 회로(22)의 동작은 의미가 없다.

상기 무부하 상태 이후 정상적인 아크가 형성되면 출력 전압(Vout)은 용접 전압으로 변경된다. 이때 부하 상태는 무부하 상태나 단락 상태가 아니다. 그러므로 무부하 검출 신호(CH) 및 단락 검출 신호(CL)은 활성화되지 않고, 전류 조정 회로(12)는 제1 용접 저항(RW1)에 따라 조정 전류(IA)를 제공하고, 전류 검출 회로(22)는 제2 용접 저항(RW2)을 기준으로 피드백 전류를 검출한 검출 전류(ID)를 출력한다.

PWM 회로(24)는 정상적으로 제공되는 조정 전류(IA)와 검출 전류(ID)를 평균하고 평균에 대응하는 펄스 신호를 출력 회로(26)로 제공하며, 출력 회로(26)는 용접이 종료될 때까지 아크를 형성하기 위한 용접 전압 및 용접 전류을 유지한다(T6-T7 구간).

이와 달리, 초기 무부하 상태(T1-T2 구간)를 거친 후 아크가 형성되지 않는 경우 단락이 발생하여서 용접봉과 모재가 융착될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 상태에서 단락에 따른 융착 발생을 방지하기 위하여 단락 상태를 센싱하여 단락 전류를 공급하는 구성을 개시한다.

도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

초기 무부하 상태(T1-T2 구간)에서 용접봉과 모재 간의 단락이 발생하면 출력 전압(Vout)이 급격히 떨어지고 순간적인 과전류 흐름이 유발되어서 단락 임펄스 전류가 생성될 수 있다.

초기 무부하 상태(T1-T2 구간) 이후 단락 상태로 진입하면 출력 전압(Vout)은 급격히 강하하여서 무부하 기준 전압(VH)과 단락 기준 전압(VL) 이하로 떨어진다.

일차적으로 무부하 기준 전압(VH) 이하로 출력 전압(VOUT)이 떨어지면(T2), 비교기(30)에서 무부하 센싱 신호(DH)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이되며, 그에 따라서 상태 판단부(34)는 인에이블 상태의 무부하 검출 신호(CH)를 디스에이블시킨다.

상태 판단부(34)에서 출력되는 무부하 검출 신호(CH)가 로우 레벨로 떨어지는 시점에 동기하여 단락 임펄스 타이머(18)는 단락 임펄스 제어 신호(C1)를 생성하여 출력한다.

단락 임펄스 타이머(18)는 일정한 시간 동안 단락 임펄스 검출 신호가 인에이블 상태를 유지하는 원샷 펄스를 출력한다.

단락 임펄스 제어 신호(C1)가 인에이블되면 전류 검출 저항 회로(14)의 제2 단락 저항(R1)이 선택되며, 제2 단락 저항(R1)의 저항값이 전류검출 저항값으로 전류 검출 회로(22)에 제공된다.

그에 따라서 전류 검출 회로(22)는 제2 단락 저항(R1)에 의하여 순간적인 과전류 흐름을 검출하여 억제하기 위한 검출 전류(ID)를 출력한다. 이때, 전류 조정 회로(12)는 단락 검출 신호(CL)이 디스에이블 상태를 유지하므로 제1 용접 저항(RW1)에 따른 조정 전류(IA)를 출력한다.

PWM 회로(24)는 제1 용접 저항(RW1)에 의한 조정전류 저항값을 기준으로 전류 조정 회로(12)에서 제공되는 조정 전류(IA)와 제2 단락 저항(R1)에 의한 전류검출 저항값을 기준으로 전류 검출 회로(22)에서 제공되는 검출 전류(ID)를 평균하고 평균에 대응하는 펄스 신호를 출력 회로(26)로 제공하며, 출력 회로(26)는 순간적인 과전류 흐름이 억제된 용접 전원(WOUT)을 출력한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 실시예는 제2 단락 저항(R1)이 전류 검출 회로(22)에 적용됨으로써 단락 상태로 진입하는 단계에서 발생하는 단락 임펄스 전류가 억제됨으로써 과도한 단락 임펄스 전류에 의하여 용접봉과 모재 간의 융착이 발생하는 것이 방지될 수 있다.

한편, 출력 전압(Vout)이 단락 기준 전압(VL) 이하로 떨어지면(T3), 비교기들(32)의 단락 센싱 신호(DL)가 하이 레벨로 천이되며, 그에 따라서 상태 판단부(34)는 단락 검출 신호(CL)를 인에이블 상태로 천이시킨다.

이때 단락 임펄스 제어 신호(C1)는 정해진 시간을 경과하면서 디스에이블 상태로 천이된다.

전류 조정 저항 회로(10)는 단락 검출 신호(CL)가 인에이블됨에 따라서 제1 단락 저항(RS)을 선택하여 전류조정 저항값을 전류 조정 회로(12)에 제공한다.

단락 임펄스 제어 신호(C1)가 디스에이블됨에 따라서 임펄스 검출 신호(CI)가 인에이블되며, 그 결과 전류 검출 저항 회로(14)는 임펄스 검출 신호(CI)에 의하여 활성화된 제2 용접 저항(RW2)에 의한 전류검출 저항값을 전류 검출 회로(22)에 제공한다.

그에 따라서 전류 조정 회로(12)는 단락 상태에 대응하여서 용접 전류보다 낮은 수준의 일정한 단락 전류가 흐르도록 조정하기 위한 조정 전류(IA)를 출력한다. 이때, 전류 검출 회로(22)는 제2 용접 저항(RW2)에 따른 검출 전류(ID)를 출력한다.

PWM 회로(24)는 제1 단락 저항(RS)에 의한 조정전류 저항값을 기준으로 전류 조정 회로(12)에서 제공되는 조정 전류(IA)와 제2 용접 저항(RW2)에 의한 전류검출 저항값을 기준으로 전류 검출 회로(22)에서 제공되는 검출 전류(ID)를 평균하고 평균에 대응하는 펄스 신호를 출력 회로(26)로 제공하며, 출력 회로(26)는 단락 상태에서 일정한 수준의 단락 전류를 유지하는 용접 전원(WOUT)을 출력한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 실시예는 단락 상태에 대응하여 용접봉과 모재 간에 단락 전류가 일정한 수준으로 흐르도록 유지되므로 용접봉이 모재에 달라붙는 융착이 억제됨과 동시에 안정적인 아크 생성을 위한 환경을 제공할 수 있다.

상기와 같은 용접봉과 모재 간의 단락 전류 흐름은 아크를 형성하기 위하여 용접봉을 리프트하는 시점(T4)까지 유지될 수 있다.

한편, 아크를 형성하기 위하여 용접봉이 리프트되면 용접봉과 모재가 떨어짐에 따라서 출력 전압(Vout)이 급격히 상승한다.

용접봉을 리프트한 후 출력 전압(Vout)은 급격히 증가하여서 단락 기준전압(VL)과 무부하 기준 전압(VH) 이상으로 상승한다.

일차적으로 단락 기준 전압(VL) 이상으로 출력 전압(VOUT)이 상승하면(T4), 비교기(32)에서 단락 센싱 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이되며, 그에 따라서 상태 판단부(34)는 인에이블 상태의 단락 검출 신호(CL)를 디스에이블 시킨다.

단락 검출 신호(CL)가 디스에이블되면 전류 조정 저항 회로(10)는 스위치(S1)의 동작으로 제1 용접 저항(RW1)을 선택하여 전류 조정 회로(12)에 연결한다.

또한, 상태 판단부(34)에서 출력되는 단락 검출 신호(CL)가 로우 레벨로 떨어지는 시점에 동기하여 무부하 임펄스 타이머(19)는 무부하 임펄스 제어 신호(C2)를 생성하여 출력한다.

무부하 임펄스 타이머(19)는 일정한 시간 동안 단락 임펄스 제어 신호가 인에이블 상태를 유지하는 원샷 펄스를 출력한다.

무부하 임펄스 제어 신호(C2)가 인에이블되면 전류 검출 저항 회로(14)의 무부하 저항(R2)이 선택되며, 무부하 저항(R2)의 저항값이 전류검출 저항값으로 전류 검출 회로(22)에 제공된다.

그에 따라서 전류 검출 회로(22)는 무부하 저항(R2)에 의하여 순간적인 과전류 흐름을 검출하여 억제하기 위한 검출 전류(ID)를 출력한다. 이때, 전류 조정 회로(12)는 단락 검출 신호(CL)가 디스에이블 상태를 유지하므로 제1 용접 저항(RW1)에 따른 조정 전류(IA)를 출력한다.

PWM 회로(24)는 제1 용접 저항(RW1)에 의한 조정전류 저항값을 기준으로 전류 조정 회로(12)에서 제공되는 조정 전류(IA)와 무부하 저항(R2)에 의한 전류검출 저항값을 기준으로 전류 검출 회로(22)에서 제공되는 검출 전류(ID)를 평균하고 평균에 대응하는 펄스 신호를 출력 회로(26)로 제공하며, 출력 회로(26)는 용접봉 리프트에 따른 순간적인 과전류 흐름이 억제된 용접 전원(WOUT)을 출력한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 실시예는 무부하 저항(R2)이 전류 검출 회로(22)에 적용됨으로써 용접봉 리프트에 따라 무부하 임펄스 전류가 억제됨으로써 용접봉과 모재 간의 아크를 안정적으로 생성할 수 있다.

한편, 리프트에 따라서 아크가 생성된 후 출력 전압(Vout)은 무부하 기준 전압 이하로 떨어진 후(T6) 안정적인 용접 전압을 유지한다. 이때, 무부하 임펄스 제어 신호(C2)는 디스에이블되고 임펄스 검출 신호(CI)가 인에이블된다.

그러므로, 출력 전압(Vout)이 용접 전압으로 안정화되면서 아크가 발생하여 용접이 이루어지는 구간(T6-T7 구간) 동안, 전류 조정 회로(12)는 제1 용접 저항(RW1)을 전류조정 저항값으로 하여 조정 전류(IA)를 출력하고 전류 검출 회로(22)는 제2 용접 저항(RW2)을 전류검출 저항값으로 하여 검출 전류(ID)를 출력한다.

PWM 회로(24)는 제1 용접 저항(RW1)에 의한 조정전류 저항값을 기준으로 전류 조정 회로(12)에서 제공되는 조정 전류(IA)와 제2 용접 저항(RW2)에 의한 전류검출 저항값을 기준으로 전류 검출 회로(22)에서 제공되는 검출 전류(ID)를 평균하고 평균에 대응하는 펄스 신호를 출력 회로(26)로 제공하며, 출력 회로(26)는 안정적인 용접 전압과 용접 전류를 유지한다.

이때, 용접 전류는 전류 유지 스위칭 회로(20)의 온오프 동작에 의하여 일정한 수준 이상을 유지하도록 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 출력 전압으로 부하 상태를 판단하여서 단락 또는 리프트에 따른 급속한 용접 전류의 상승을 제어하고 단락 상태에 대응하여 단락 전류를 제어함으로써 융착 방지 및 안정적인 아크 생성을 보장할 수 있다.

10 : 전류 조정 저항 회로 12 : 전류 조정 회로
14 : 전류 검출 저항 회로 16 : 부하 판단부
18 : 단락 임펄스 타이머 19 : 무부하 임펄스 타이머
20 : 전류 유지 스위칭 회로 22 : 전류 검출 회로
24 : PWM 회로 26 : 출력 회로
30, 32 : 비교기 34 : 상태 판단부

Claims (8)

1. 단락 상태와 비단락 상태에 대응하여 전류 조정 저항값을 변경하여 제공하는 전류 조정 저항 회로;
   상기 전류 조정 저항값에 따른 조정 전류를 출력하는 전류 조정 회로;
   단락 임펄스 상태, 상기 단락 상태, 무부하 임펄스 상태, 용접 상태에 대응하여 전류 검출 저항값을 변경하여 제공하는 전류 검출 저항 회로;
   출력 전압의 레벨에 따라 상기 전류 조정 저항 회로의 상기 전류 조정 저항값의 선택과 상기 전류 검출 저항 회로의 상기 전류 검출 저항값의 선택을 위한 제어 신호를 제공하는 판단부;
   출력 전류를 피드백하여서 스위칭에 의하여 전류를 유지하여 출력하는 전류 유지 스위칭 회로;
   상기 전류 유지 스위칭 회로에서 출력되는 전류를 상기 전류 검출 저항값에 따른 검출 전류로 출력하는 전류 검출 회로;
   상기 조정 전류와 상기 검출 전류를 평균한 값에 대응한 펄스 신호를 출력하는 PWM 회로; 및
   상기 펄스 신호에 의하여 용접 전류를 출력하는 출력 회로;를 포함함을 특징으로 하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 저항 조정 회로는,
   상기 비단락 상태에 대응하여 선택되는 제1 용접 저항;
   상기 단락 상태에 대응하여 선택되는 제1 단락 저항; 및
   상기 판단부의 제어 신호에 의하여 상기 단락 상태에 대응하여 상기 제1 단락 저항을 선택하고 상기 비단락 상태에 대응하여 상기 제1 용접 저항을 선택하여서 상기 전류 조정 회로에 연결하는 제1 스위치;를 포함하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 판단부는 상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호를 출력하며, 상기 단락 검출 신호가 상기 제어 신호로서 상기 제1 스위치에 제공되는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
4. 제3 항에 있어서, 상기 판단부는,
   상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태를 검출하는 단락 센싱 신호를 출력하는 제1 비교기; 및
   상기 단락 센싱 신호를 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호로 변환하여 출력하는 상태 판단부;를 포함하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
5. 제1 항에 있어서, 상기 전류 검출 저항 회로는,
   상기 단락 임펄스 상태에서 활성화되는 제2 단락 저항;
   상기 무부하 임펄스 상태에서 활성화되는 무부하 저항; 및
   상기 단락 상태와 상기 용접 상태에 대응하여 활성화되는 제2 용접 저항;을 포함하며,
   상기 제2 단락 저항, 상기 무부하 저항 및 상기 제2 용접 저항은 상기 판단부에서 제공되는 상기 제어 신호에 의하여 어느 하나의 활성화가 선택되는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 판단부는 상기 무부하 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하여서 상기 제2 단락 저항의 활성화를 제어하는 단락 임펄스 제어신호, 상기 단락 상태의 검출이 종료되는 시점에 동기되어서 일정 시간 인에이블 상태를 유지하여서 상기 무부하 저항의 활성화를 제어하는 무부하 임펄스 제어신호, 상기 단락 임펄스 제어 신호와 상기 무부하 임펄스 제어 신호가 비활성화되는 구간에 대응하여 상기 제2 용접 저항을 활성 상태로 제어하는 임펄스 검출 신호를 상기 제어신호로서 제공하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
7. 제6 항에 있어서, 상기 판단부는,
   상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호와 상기 출력 전압이 미리 설정된 무부하 전압 이상으로 상승하는 상기 무부하 구간 동안 인에이블되는 무부하 검출 신호를 출력하는 부하 판단부;
   상기 무부하 검출 신호의 인에이블이 종료되는 시점에 동기되며 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 상기 단락 임펄스 제어 신호를 출력하는 단락 임펄스 타이며;
   상기 단락 검출 신호의 인에이블이 종료되는 시점에 동기되어 일정 시간 인에이블 상태를 유지하는 상기 무부하 임펄스 제어신호를 출력하는 무부하 임펄스 타이머; 및
   상기 단락 임펄스 제어 신호와 상기 무부하 임펄스 제어 신호가 비활성화되는 구간에 인에이블되는 임펄스 검출 신호를 상기 제2 용접 저항에 제공하는 혼합부;를 포함하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   
8. 제7 항에 있어서, 상기 부하 판단부는,
   상기 출력 전압이 미리 설정된 단락 전압 이하로 떨어지는 상기 단락 상태를 검출하는 단락 센싱 신호를 출력하는 제1 비교기;
   상기 출력 전압이 미리 설정된 무부하 전압 이상으로 상승하는 상기 무부하 상태를 검출하는 무부하 센싱 신호를 출력하는 제2 비교기; 및
   상기 단락 센싱 신호를 상기 단락 상태 동안 인에이블되는 단락 검출 신호로 변환하여 출력하고 상기 무부하 센싱 신호를 상기 무부하 상태 동안 인에이블되는 무부하 검출 신호로 변환하여 출력하는 상태 판단부;를 포함하는 피복아크 용접기의 용접 제어 장치.
   

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