KR101433368B1 - 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TIG 용접용 용접 토치와 MIG 용접용 용접 토치가 단일의 전원 설비 및 가스 공급 설비를 통해 절환적으로 전원 및 용접 가스를 공급받을 수 있도록 함에 의해, TIG 용접 기능과 MIG 용접 기능의 일체화가 가능하도록 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 아크 용접을 위해 필요한 직류 전원 전류/전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류/전압 값을 보상하는 용접 전원 디바이스, 아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 선택 스위칭부에 각각 공급하는 가스 공급부, MIG 용접 기능 또는 TIG 용접 기능의 선택적인 기능 전환을 위한 스위칭에 의해, 상기 직류 전원 전류/전압이 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 선택적으로 공급되도록 하는 선택 스위칭부, MIG 용접 기능에 따라 MIG 용접 토치 측으로 와이어를 송급하고, 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 인가되는 (+) 극성의 전압을 MIG 용접 토치에 인가하는 와이어 송급 디바이스 및, TIG 용접 기능에 따른 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압으로 변환하여 TIG 용접 토치 및 TIG 용접용 모재에 인가하는 이그니션 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치{Welding Apparatus Having Multi Weld-Processing and Function}

본 발명은 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TIG 용접과 MIG 용접을 위한 전원 공급 계통 및 가스 공급 계통을 단일 장치로 일체화하여 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 아크 용접 시스템은 용접 전원장치와 와이어 송급장치로 이루어져 있으며, 와이어 송급장치의 일측에는 실제 용접 작업을 수행하는 용접 토치가 구비되어 있는데, 용접 전원장치는 와이어 송급장치를 거쳐 용접 토치에 전원을 공급할 수 있도록 되어 있다.

이러한 아크 용접 시스템은 TIG 용접(Tungsten Inert Gas Welding) 방식과, MIG 용접(Metal Inert Gas Welding) 방식으로 분류되는데, 용접 대상의 모재에 대해 아크 용접을 진행하는 경우에는, 우선 TIG 아크 용접 방식에 의해 TIG 아크 용접용 용접 토치를 사용하여 용접 모재에 대한 초벌 용접을 진행하고, 초벌 용접의 진행이 완료되면 이산화탄소(CO2) 가스를 이용하는 별도의 MIG 용접용 용접 토치를 이용하여 모재의 초벌 용접 부위 상에 재벌 용접이 진행하도록 하고 있다.

이러한 아크 용접 시스템은 직류 전원전압에 의해 아크를 발생시키고 있는데, TIG 아크 용접 방식이 적용된 용접 장치의 용접 토치에는 (-) 극성의 전압이 인가되도록 하고, 용접 모재에는 (+) 극성의 전압이 인가되도록 하는 반면에, MIG 아크 용접 방식이 적용된 용접 장치의 용접 토치에는 (+) 극성의 전압이 인가되도록 하고, 용접 모재에는(-) 극성의 전압이 인가되도록 되어 있다.

따라서, 단일의 용접 모재에 대해 TIG 용접 방식에 따른 초벌 용접과, MIG 용접 방식에 따른 재벌 용접을 수행해야 함에도 불구하고, 용접을 완전히 진행하기 위해서는 TIG 용접 방식의 용접 장치와, MIG 용접 방식의 용접 장치를 각각 별도로 구비하여야 한다.

관련 기술로는 국내공개특허 제2012-0075294호(아크용접장치 및 이를 이용한 원주용접 방법)(2012.07.06)가 있다.

그러나, 종래의 아크 용접 시스템에서는 TIG 용접 방식과 MIG 용접 방식이 단일의 용접 모재에 대해 중복적으로 적용해야 하는 상황에서, 용접 토치 및 용접 모재에 인가되는 전압의 극성이 서로 반대이기 때문에, 각각 별도의 TIG 용접용 용접 장치와 MIG 용접용 용접 장치를 구비해야 함에 의해, 용접 장치의 중복 배치에 따른 용접 공간의 제한이 불가피하고, 고가의 용접 장치를 각각 별도로 구비해야 하는데 따른 추가 비용 부담의 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 이루어진 것으로서, TIG 용접용 용접 토치와 MIG 용접용 용접 토치가 단일의 전원 설비 및 가스 공급 설비를 통해 절환적으로 전원 및 용접 가스를 공급받을 수 있도록 함에 의해, TIG 용접 기능과 MIG 용접 기능의 일체화가 가능하도록 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 아크 용접시스템의 용접 전원계통에서 인버터의 스위칭에 의한 스위칭 손실을 최소화하고, 용접 부하의 크기에 따른 대전류의 출력이 방지될 수 있도록 함으로써, 고주파수의 직류 전원 전압 출력에 대한 변환 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크 용접 시스템에서 용접 작업시에 용접 토치에서 발생되는 아크 용접 시간 동안의 짧은 누전 상태의 전류 및 전압 변화를 측정하고, 측정 값에 따라 자동으로 전류 및 전압을 보상하여 줄 수 있도록 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치는, 아크 용접을 위해 필요한 직류 전원 전류 및 전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류 및 전압 값을 보상하는 용접 전원 디바이스, 아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 선택 스위칭부에 각각 공급하는 가스 공급부, MIG 용접 기능 또는 TIG 용접 기능으로의 선택적인 기능 전환을 위한 스위칭에 의해, 상기 직류 전원전류 및 전압이 MIG 용접 토치 및 MIG 용접용 모재 또는 TIG 용접용 모재 및 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 상기 MIG 용접 토치 또는 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하는 선택 스위칭부, MIG 용접 기능에 따라 상기 MIG 용접 토치 측으로 와이어를 송급하고, 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 인가되는 (+) 극성의 전압을 상기 MIG 용접 토치에 인가하는 와이어 송급 디바이스 및, TIG 용접 기능에 따른 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압으로 변환하여 상기 TIG 용접 토치 및 TIG 용접용 모재에 인가하는 이그니션 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 선택 스위칭부는, MIG 용접 기능을 위한 선택 스위칭에 따라, 상기 MIG 용접 토치에 (+) 극성의 직류 전압이 인가되고 상기 MIG 용접용 모재에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되도록 하고, TIG 용접 기능을 위한 선택 스위칭에 따라, 상기 TIG 용접 토치에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되고 상기 TIG 용접용 모재에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접 전원 디바이스는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 아크 용접에 필요한 전압으로 조정하여, 직류 전원 전류 및 전압을 상기 선택 스위칭부에 인가하는 전원 변환 및 공급부, 케이블을 통해 상기 MIG 용접 토치 및 TIG 용접 토치에 인가되는 용접 전류 및 출력 전압이 아크 용접 작업의 진행 시간에 따라 변화되는 상태를 측정하는 전원 측정부, 상기 용접 토치에 의한 아크 용접의 진행에 따라 상기 전원 측정부를 통해 측정되는 용접 전류 및 출력 전압의 변화 값을 근거로 용접 아크의 전압 값을 계산하고, 상기 용접 아크의 전압 값에 따라 용접 전류 및 출력 전압 값을 보상하는 보상 제어를 수행하는 용접 전원 제어부 및, 상기 용접 전원 제어부의 보상 제어에 따라 상기 전원 변환 및 공급부의 출력 전류 및 전압이 보상 출력되도록 동작하는 전원 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전원 측정부는, 상기 용접 토치가 아크 용접을 개시함에 따라 발생되는 짧은 누전 기간 동안의 용접 전류 및 출력 전압의 변화 값을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 용접 전원 제어 모듈은, 상기 전원 측정 모듈로부터 아크 용접의 진행 시간마다 측정한 용접 전류 및 출력 전압을 반복적으로 입력받아, 용접 전류 및 출력 전압의 평균 값을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원 변환 및 공급부는, 전원 입력단의 양단 사이에 병렬 연결되어 전압 변환을 위한 스위칭을 수행하는 제1하프 브리지 인버터(Half Bridge Inverter), 상기 제1하프 브리지 인버터의 후단에서 상기 전원 입력단의 양단 사이에 병렬 연결되어 전압 변환을 위한 스위칭을 수행하는 제2하프 브리지 인버터, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터의 연결단 사이에 병렬 연결되어 전류 부하를 감소시키기 위한 블로킹(Blocking)을 수행하는 파워 블로킹 회로, 상기 파워 블로킹 회로의 출력단과 각 1차 코일의 연결 중심 지점이 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 각 출력단과 대응 연결되는 제1 및 제2전원 변압기, 상기 제1 및 제2전원 변압기의 2차 코일과 연결되어 교류 전압을 정류하는 정류 회로 및, 상기 정류 회로의 출력단에 일단이 연결되고, 타단이 전원 출력단에 연결되어, 직류 출력 전압의 전류 변화에 대해 리액턴스를 발생하는 파워 리액터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 파워 블로킹 회로는, 2개의 제1 및 제2블로킹 커패시터가 서로 직렬 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2블로킹 커패시터의 직렬 연결 지점 사이가 상기 제1 및 제2전원 변압기의 각 1차코일측 연결 중심 지점과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제1전원 변압기의 연결단 사이에는, 작은 부하 전류에서 상기 제1하프 브리지 인버터가 ZVT(Zero Voltage Transition) 상태를 확보할 수 있도록 공진 동작하는 보조 인덕터가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제2하프 브리지 인버터와 상기 제2전원 변압기의 연결단 사이에는, 상기 제1 및 제2전원 변압기의 1차 코일에 대한 자화 전류의 동적 상수 요소 증가를 보상하는 평형 커패시터가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 및 제2전원 변압기의 2차 코일측과 상기 파워 리액터의 사이에는, 상기 정류 회로의 정류 소자들에 대해 소프트 스위칭이 이루어지도록 하고, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 스위칭 소자에 대한 충격 손실(Impact Loss)의 수준을 감소시키는 완충 인덕터가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 CAN 통신을 이용하여 상기 선택 스위칭부를 통한 선택 스위칭에 의해, 상기 MIG 용접 토치 또는 상기 TIG 용접 토치의 용접 동작을 원격 조작하는 리모트 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 아크 용접 시스템에서 TIG 용접 기능과 MIG 용접 기능을 선택 스위치를 이용한 공급 전원 극성의 전환과, 공급 가스의 전환을 통해 단일의 전원 계통 및 단일의 가스 공급 계통을 이용한 TIG, MIG 용접 기능의 일체화가 가능하도록 함에 따라, TIG 및 MIG 용접 기능의 일체형 시스템이 구현됨에 의해 협소한 용접 공간에서도 용접 작업이 용이하게 이루어질 수 있고, TIG 용접 장치 및 MIG 용접 장치를 각각 별도로 구비해야 할 필요가 없기 때문에 대폭적인 비용 절감이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는 용접 시스템의 용접 전원장치에 있어서, 각각의 리딩(Reading) 및 드리븐(Driven) 하프 브리지 인버터의 스위칭 과정에서 발생하는 내부 기생용량과 기생 인덕턴스를 제거할 수 있도록 인버터용 스위칭 트랜지스터가 전압 값이 제로에 가까워 졌을때 스위칭될 수 있도록 하고, 파워 블로킹 커패시터를 통해 용접 부하가 커지더라도 대전류의 발생을 방지할 수 있도록 함에 따라, 인버터의 스위칭 손실을 최소화하고 용접 부하의 크기에 따른 대전류 발생이 방지되어 내부 전력 손실을 최소화시킬 수 있도록 함으로써, 고주파수의 직류 전원 전압 출력에 대한 변환 효율이 대폭 향상될 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는 아크 용접 시스템에 있어서 용접 전원장치로부터 설정 전압이 와이어 송급장치를 통해 케이블을 거쳐서 용접 토치에 공급되는 경우에, 용접 토치에서 와이어의 용융에 의한 용접 시작 시간에 발생되는 짧은 누전 기간 동안의 출력 전압 값이 떨어지는 것을 계산하고, 그 계산 결과에 따라 전류 및 전압 값을 보상해 줄 수 있도록 함에 따라, 아크 용접 작업에 대한 작업 안정성을 확보할 수 있고, 용접 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 용접 전원 디바이스 및 와이어 송급 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 용접 작업 시간 동안에 출력 전압 값이 떨어지는 상태를 측정하는 기능을 나타내기 위한 그래프 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 위상 조절이 가능한 인버터 및 컨버터 기능을 갖춘 전원 변환 및 공급부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 이그니션 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치는, 용접 전원 디바이스(100)와, 리모트 컨트롤러(200), 가스 공급부(300), 선택 스위칭부(400), 와이어 송급 디바이스(600), MIG 용접 토치(700), MIG 용접용 모재(710), 이그니션 디바이스(800), TIG 용접 토치(900), TIG 용접용 모재(910)를 포함한다.

상기 용접 전원 디바이스(100)는 아크 용접을 위해 필요한 전원 전류 및 전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류 및 전압 값을 자동으로 보상하는 것이다.

상기 리모트 컨트롤러(200)는 CAN 통신을 이용하여 상기 선택 스위칭부(400)를 통해서 상기 MIG 용접 토치(700) 또는 상기 TIG 용접 토치(900)의 용접 동작을 원격 조작하기 위한 것이다.

여기서, 상기 리모크 컨트롤러(200)는 원격 조작을 위한 통신 방식으로서 CAN 통신을 이용하는 것으로 하고 있지만, 이에 한정되지는 않는 것으로서 RS485 통신 방식 등을 이용하는 것도 얼마든지 가능하다.

상기 가스 공급부(300)는 아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 각각 개별의 탱크에 저장하고 있는 상태에서, 상기 선택 스위칭부(400)에 상기 이산화탄소 가스 및 아르곤 가스를 각각 공급한다.

여기서, 상기 가스 공급부(300)로부터의 이산화탄소 가스 및 아르곤 가스가 상기 선택 스위칭부(400)에 공급되는 상태에서는, 상기 선택 스위칭부(400)의 선택 스위칭 조작에 따라 상기 MIG 용접 토치(700)에 이산화탄소 가스가 선택적으로 공급되거나, 상기 TIG 용접 토치(900)에 아르곤 가스가 선택적으로 공급될 수 있다.

상기 선택 스위칭부(400)는 상기 용접 전원 디바이스(100)로부터 직류 전원전압을 공급받고, 상기 리모트 컨트롤러(200)로부터의 CAN 통신을 위한 통신 라인이 연결되어 있으며, 상기 가스 공급부(300)로부터 이산화탄소 가스 및 아르곤 가스를 동시에 공급받고 있는 상태에서, MIG 용접 기능 또는 TIG 용접 기능으로의 선택적인 기능 전환을 위한 선택적인 스위칭에 의해, (+) 극성 및 (-) 극성의 직류 전원 전압이 상기 MIG 용접 토치(700) 및 MIG 용접용 모재(710) 또는 TIG 용접용 모재(910) 및 TIG 용접 토치(900)에 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 상기 MIG 용접 토치(700) 또는 TIG 용접 토치(900)에 선택적으로 공급되도록 함과 동시에, 상기 리모트 컨트롤러(200)가 상기 MIG 용접 토치(700) 또는 TIG 용접 토치(900)를 선택적으로 원격 조작할 수 있도록 한다.

상기 와이어 송급 디바이스(600)는 MIG 용접용 와이어의 송급 속도를 제어하여 MIG 용접 토치(700) 측으로 와이어를 송급하고, 상기 용접 전원 디바이스(100)로부터의 (+) 극성의 전압을 케이블을 통하여 상기 MIG 용접 토치(700)에 인가하는 것이다.

상기 MIG 용접 토치(700)는 상기 와이어 송급 디바이스(600)로부터 용접용 와이어가 송급됨과 동시에 (+) 극성의 전압을 인가받고, 이산화탄소 가스를 공급받아 용접 동작을 수행하고, 상기 MIG 용접용 모재(710)는 상기 선택 스위칭부(400)의 스위칭에 따라 접지 케이블을 통해 (-) 극성의 직류 전원 전압을 인가받게 된다.

상기 이그니션 디바이스(800)는 상기 선택 스위칭부(400)에 의한 선택 스위칭에 따라 접지 케이블을 통해서 (-) 극성의 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압(즉, 7,000 ∼ 8,000 V)으로 변환하여 상기 TIG 용접 토치(900)에 인가한다.

상기 TIG 용접 토치(900)는 상기 선택 스위칭부(400)의 선택 스위치 조작에 따라 상기 이그니션 디바이스(800)를 통해 고전압으로 변환된 (-) 극성의 직류 전압을 인가받음과 동시에, 아르곤 가스를 공급받아서 용접 동작을 수행하고, 상기 TIG 용접용 모재(910)는 상기 선택 스위칭부(400)의 스위칭에 따라 접지 케이블을 통해 상기 이그니션 디바이스(800)의 접지 상태에서 고전압으로 변환된 (+) 극성의 직류 전원 전압을 인가받게 된다.

다음에, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 용접 전원 디바이스 및 와이어 송급 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 용접 전원 디바이스(100)는, 전원 변환 및 공급부(10)와, 전원 측정부(20), 용접 전원 제어부(30), 전원 보상부(40)를 포함한다.

상기 전원 변환 및 공급부(10)는 교류전원을 정류 및 평활화하여 직류 전원으로 변환하고, 아크 용접에 필요한 전압으로 전압치를 조정하여 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압을 상기 선택 스위칭부(400)에 인가한다.

여기서, 상기 전원 변환 및 공급부(10)는 상기 전원 보상부(40)에 의한 전원 보상 동작에 의해 전원의 출력 전류 및 출력 전압 값을 각각 보상치에 따라 조정하여 인가한다.

상기 전원 측정부(20)는 상기 선택 스위칭부(400)의 선택 스위칭에 따라 상기 MIG 용접 토치(700) 또는 TIG 용접 토치(900)에 인가되는 용접 전류 및 출력 전압이 아크 용접 작업의 진행 시간에 따라 변화되는 상태를 측정하고, 상기 용접 전류 및 출력 전압의 측정 값을 상기 용접 전원 제어부(30)에 제공한다.

즉, 상기 전원 측정부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 아크 용접 작업의 시작에 따라 아크 용접의 전류 및 전압 값에 의해서 상기 MIG 용접 토치(700) 및 TIG 용접 토치(900)에 연결된 케이블의 자체 저항과 동적 리액턴스에 의한 저항에 의해서 출력 전압 값이 저하되는 상태로 인하여 누전이 이루어지는 T0 ∼ T4 까지의 짧은 기간의 용접 전류 및 출력 전압의 변화 값을 측정하게 되는 것이다.

상기 용접 전원 제어부(30)는 상기 전원 측정부(20)로부터 측정되는 아크 용접 작업 시작시 누전 상태에서의 용접 전류 및 출력 전압의 측정 값을 반복적인 용접 작업때마다 입력받아서 상기 용접 전류 및 출력 전압의 평균 값을 계산하고, 상기 MIG 용접 토치(700) 및 TIG 용접 토치(900)와 연결된 각 케이블의 길이에 따라 결정되는 옴(Ohm) 저항 값과, 유도성 리액턴스 저항 값을 계산하여, 상기 평균 값 및 저항 값을 근거로 하여 용접 아크의 전압 값을 산출함으로써, 상기 용접 아크의 전압 값에 의하여 용접 전류 및 출력 전압의 보상 제어를 수행한다.

여기서, 상기 용접 전원 제어부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전원 측정부(20)로부터 제공되는 아크 용접 시작시의 누전 상태에 따른 용접 전류 및 출력 전류의 변화 값을 제공받아서 하기한 수학식 1과 같이 용접 전류 및 출력 전압의 평균값을 누전 구간의 모멘트 별로 계산한다.

여기서, 상기 "N"은 평균 값의 측정 횟수를 나타내고, 상기 "Vout"은 출력 전압을 나타내며, 상기 "Iout"은 용접 전류를 나타낸다.

도 3에서, "T0"는 아크 용접 시작에 따른 누전 시작 구간을 나타내고, "T1"은 상기 T0로부터 100∼500 밀리초(ms)에 해당하는 첫번째 평균값 계산의 시작 구간을 나타내며, "T2"는 상기 T1으로부터 500∼1,000 밀리초(ms)에 해당하는 첫번째 평균값 계산의 종료 구간(두번째 평균값 계산의 시작 구간)을 나타내고, "T3"은 상기 T2로부터 500∼1,000 밀리초(ms)에 해당하는 두번째 평균값 계산의 종료 구간을 나타내며, "T4"는 아크 용접의 잠시 종료에 따른 누전 기간의 종료 구간을 나타낸다. 또한, "t1"은 아크 용접의 잠시 종료에 따른 잠시 누전 종료 이후 250 마이크로초(㎲)의 간격에서 출력 전압인 "Vout(t)"가 최대 값으로 되는 구간을 나타내고, "t2"는 아크 용접의 잠시 종료에 따른 잠시 누전 종료 이후 250 마이크로초(㎲)의 간격에서 용접 전류인 "△I(t2)"가 최대로 폭락하는 값을 갖는 구간을 나타낸다.

한편, 상기 용접 전원 제어부(30)는 상기 수학식 1에 의해 계산되는 용접 전류 및 출력 전압의 누전 구간 모멘트 별 계산 결과를 근거로 하여 하기한 수학식 2와 같이 상기 MIG 용접 토치(700) 및 TIG 용접 토치(900)에 각각 연결된 케이블의 길이에 따른 자체 옴 저항(R) 값과, 유도성 리액턴스에 따른 저항(L) 값을 각각 계산한다.

여기서, 상기 "i"는 수학식 계산의 순서 번호를 나타내고, 상기 "δ"는 측정시의 임시 간격을 나타내며, 상기 "△I(t)"는 "Iout(t) - Iout(t - δ)"로서 용접 전류의 현재 측정치와 기존 전류 측정치의 차이 값을 나타내고, 상기 "Varc(t)"는 용접 아크의 전압 값을 나타낸다.

이때, 상기 용접 아크의 전압 값(Varc(t))은 하기한 수학식 3에 의해 계산할 수 있다.

따라서, 상기 용접 전원 제어부(30)는 상기 용접 아크의 전압 값(Varc(t))의 계산 결과를 통해서 출력 전압 및 용접 전류 값을 각각 확인할 수 있다.

또한, 상기 전원 보상부(40)는 상기 용접 전원 제어부(30)로부터의 용접 전류 및 출력 전압의 보상 제어치에 따라 상기 전원 변환 및 공급부(10)에서 공급되는 출력 전류 및 전압에 대한 전원 보상을 수행한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 와이어 송급 디바이스(600)는, 송급 제어 모듈(50)과, 와이어 송급 모듈(60), 전원 설정부(80), 표시부(90)를 포함한다.

상기 송급 제어부(50)는 상기 용접 전원 디바이스(100)의 용접 전원 제어부(100)과의 제어 통신에 의해 동작되어 상기 MIG 용접 토치(700)에 송급되는 와이어의 송급 속도 조절 제어 및 와이어의 인칭 제어를 수행한다.

상기 와이어 송급부(60)는 와이어 권취 릴(Wire Reel)과 와이어 드라이브(Wire Drive)로 이루어져서, 상기 송급 제어부(50)의 송급 제어에 따라 와이어를 상기 MIG 용접 토치(700)에 송급하는 역할을 수행한다.

상기 전원 설정부(80)는 해당 와이어 송급 디바이스(600)의 구동에 의해 케이블(70)를 통해 공급되는 전류 및 전압의 설정을 위한 버튼 조작을 수행하고, 상기 표시부(90)는 상기 전원 설정부(80)를 통한 전류 및 전압의 설정 상태를 표시하는 것이다.

상기 케이블(70)은 상기 와이어 송급 디바이스(600)와 MIG 용접 토치(700)의 사이에 일정 길이를 가지고 연장 설치되어, 상기 와이어 송급 디바이스(600)를 통하여 상기 선택 스위칭부(400)의 선택 스위칭에 따라 상기 용접 전원 디바이스(100)로부터 공급되는 (+) 극성의 직류 출력 전압을 상기 MIG 용접 토치(700)에 인가하는 것이다.

한편, 도 2에 도시된 바에 따르면, 상기 용접 전원 디바이스(100)가 동작을 개시하여 전원변환 및 공급부(10)를 통해서 (+) 극성의 전압과 (-) 극성의 전압이 상기 선택 스위칭부(400)에 공급된다.

그 상태에서, 상기 선택 스위칭부(400)의 선택 스위칭에 따라 상기 전원변환 및 공급부(10)로부터의 직류 출력 전압이 상기 MIG 용접 토치(700) 및 MIG 용접용 모재(710) 또는 상기 TIG 용접 토치(900) 및 TIG 용접용 모재(910)에 공급됨에 따라, 해당 MIG 용접 토치(700) 또는 TIG 용접 토치(900)를 통한 아크 용접 작업이 개시되면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 용접 전원 제어부(30)는 상기 전원 측정 부(20)에 의해 측정되는 아크 용접 개시로부터 용접의 잠시 종료 구간에 따른 출력 전압의 변화 값과, 용접 전류의 변화 값을 각각 반복적으로 입력받아서, 용접 전류 및 출력 전압의 각 모멘트 구간별 평균값을 각각 계산하고, 상기 평균값에 의해 상기 MIG 용접 토치(700) 또는 TIG 용접 토치(900)에 연결된 케이블의 자체 옴 저항값과, 유도성 리액턴스 저항 값을 계산한 이후에, 상기 각각의 계산 값을 적용하여 용접 아크의 전압 값을 계산한다.

그에 따라, 상기 용접 전원 제어부(30)는 상기 용접 아크의 전압 값을 계산 함에 의해, 용접 전류와 출력 전압의 변화에 대한 보상 제어치를 산출하여 상기 전원 보상부(40)의 보상 처리 동작에 따라, 상기 전원 변환 및 공급부(10)에 대한 출력 전류 및 출력 전압의 보상이 이루어지도록 한다.

다음에, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 위상 조절이 가능한 인버터 및 컨버터 기능을 갖춘 전원 변환 및 공급부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용접 전원 디바이스(100)에 구성된 전원 변환 및 공급부(10)는, 제1 및 제2전원 입력단(+V1, -V1)의 양단에 연결되어 있는 파워 모듈(Power Module)(10)과, 상기 파워 모듈(10)의 출력단과 연결되고, 그 출력단이 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)에 연결되어 있는 파워 리액터(Power Reactor)(32)를 포함한다.

상기 파워 모듈(10)은, 상기 제1 및 제2전원 입력단(+V1, -V1)의 양단 사이에 제1 및 제2파워 트랜지스터(TR1, TR2)와, 제1 및 제2공진 커패시터(C1, C2)로 이루어진 리딩(Reading) 기능의 제1하프 브리지 인버터(Half Bridge Inverter)와, 제3 및 제4파워 트랜지스터(TR3, TR4)와, 제3 및 제4공진 커패시터(C3, C4)로 이루어진 드리븐(Driven) 기능의 제2하프 브리지 인버터, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터의 사이에 연결되어 있는 파워 블로킹(Power Blocking) 회로(22), 상기 제1하프 브리지 인버터의 출력단와 상기 파워 블로킹 회로(20)의 출력단이 양단에 각각 연결되어 있는 제1전원 변압기(14)와, 상기 제2하프 브리지 인버터의 출력단와 상기 파워 블로킹 회로(20)의 출력단이 양단에 각각 연결되어 있는 제2전원 변압기(12), 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)를 구성하는 변압기 쌍의 제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2)과 연결되어 있는 제1 및 제2정류 다이오드(D1, D2)로 이루어진 정류 회로(Rectifier), 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)를 구성하는 변압기 쌍의 제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2)과 연결되어, 상기 제1 및 제2정류 다이오드(D1, D2)들에 대해 소프트 스위칭이 이루어지도록 하고, 각 파워 트랜지스터(TR1, TR2, TR3, TR4)에 대한 충격 손실(Impact Loss)의 수준을 감소시키며, 전체적인 노이즈 레벨을 감소시키기 위한 완충 인덕터(FT1, FT2) 및 스무딩(Smoothing) 인덕터(18)를 포함한다.

상기 파워 리액터(32)는 입력측에 상기 파워 모듈(10)을 구성하는 정류 회로의 출력단과 상기 완충 인덕터(18)의 출력단이 각각 연결되어 있고, 그 출력측에 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)이 연결되어 있는 상태에서, 상기 파워 모듈(10)로부터의 직류 출력 전압에 포함된 교류전류 또는 전류의 급격한 변화에 대해 큰 유도성 리액턴스를 발생한다.

여기서, 상기 파워 리액터(32)는 상기 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)에 대해 공통의 1코어(Core)를 사용하여 전압 파형을 스무딩(Soothing)시킴에 의해 노이즈를 감소시켜주는 역할을 수행하는 것이다. 따라서, 상기 파워 리액터(32)는 상기 스무딩 인덕터(18)와 동일한 역할을 수행하기 때문에, 해당 스무딩 인덕터(18)를 본 발명의 장치 회로에서 제거하여도 무방하다.

상기 파워 모듈(10)에서, 상기 제1하프 브리지 인버터는 제1파워 트랜지스터(TR1)와 제2파워 트랜지스터(TR2)가 서로 직렬로 연결되어 있는 상태에서, 상기 제1 및 제2전원 입력단(+V1, -V1)의 양단에 대해 병렬로 연결되어 있는데, 상기 제1파워 트랜지스터(TR1)와 제2파워 트랜지스터(TR2)는 전원 전극에 각각 제1공진 커패시터(C1)와 제2공진 커패시터(C2)가 병렬로 연결되어 있다.

상기 제2하프 브리지 인버터는 제3파워 트랜지스터(TR3)와 제4파워 트랜지스터(TR4)가 서로 직렬로 연결되어 있는 상태에서, 상기 전압 입력단(+V1, -V1)의 양단에 대해 병렬로 연결되어 있는데, 상기 제3파워 트랜지스터(TR3)와 제4파워 트랜지스터(TR4)는 전원 전극에 각각 제3공진 커패시터(C3)와 제4공진 커패시터(C4)가 병렬로 연결되어 있다.

한편, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터는 각각 "리딩"과 "드리븐"으로 구분되어 있는데, 이러한 구분은 각 인버터를 구성하는 파워 트랜지스터의 스위칭 동작에 따른 위상 순서에 의해 결정된다.

상기 파워 블로킹 회로(22)는 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터의 사이에서 제1블로킹 커패시터(C5)와 제2블로킹 커패시터(C6)가 서로 직렬로 연결되어 있는 상태에서, 상기 제1 및 제2전원 입력단(+V1, -V1)의 양단에 대해 병렬로 연결되어 있다.

상기 제1전원 변압기(14)는 상기 제1하프 브리지 인버터의 제1파워 트랜지스터(TR1)와 제2파워 트랜지스터(TR2)의 직렬 연결 지점에 해당하는 출력단에 1차 코일(T1-2)의 일단이 연결되고, 그 타단이 상기 파워 블로킹 회로(22)의 상기 제1블로킹 커패시터(C5)와 상기 제2블로킹 커패시터(C6)의 직렬 연결 지점 사이에 연결되어 있다.

또한, 상기 제2전원 변압기(12)는 상기 제2하프 브리지 인버터의 제3파워 트랜지스터(TR3)와 제4파워 트랜지스터(TR4)의 직렬 연결 지점에 해당하는 출력단에 1차 코일(T1-1)의 일단이 연결되고, 그 타단이 상기 파워 블로킹 회로(22)의 상기 제1블로킹 커패시터(C5)와 상기 제2블로킹 커패시터(C6)의 직렬 연결 지점 사이에 연결되어 있다.

즉, 상기 파워 블로킹 회로(22)의 제1블로킹 커패시터(C5)와 상기 제2블로킹 커패시터(C6)의 직렬 연결 지점은 상기 상기 제1전원 변압기(14)와 상기 제2전원 변압기(12)의 각 1차 코일(T1-2, T1-1)과 공통 연결되어 있는 것이다.

한편, 상기 제1하프 브리지 인버터의 출력단과, 상기 제1전원 변압기(14)의 1차 코일(T1-2)의 일단 사이에는 보조 인덕터(16)가 연결되어 있고, 상기 제2하프 브리지 인버터의 출력단과 제2전원 변압기(12)의 1차 코일(T1-1)의 사이에는 평형 커패시터(Balancing Capacitor)(C7)가 연결되어 있다.

상기 제1전원 변압기(14)와 상기 제2전원 변압기(12)로 이루어진 변압기 쌍의 제1출력측 2차 코일(T2-3, T2-4)와 제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2)은, 각각 2개씩의 하프 코일(Half Coil) 형태를 지니고 있고, 상기 제1전원 변압기(14)의 각 하프 코일(즉, 제1출력측 2차 코일(T2-3, T2-4))은 순서에 따라 상기 제2전원 변압기(12)의 각각 상응하는 하프 코일(제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2))과 순서대로 연결되어 있다. 즉, 하나의 하프 코일의 도입부와 다른 하프 코일의 말단부가 함께 연결되어 있는 것이다.

상기 정류 회로를 구성하는 제1 및 제2정류 다이오드(D1, D2)는 상기 제1출력측 2차 코일(T2-3, T2-4)의 코일 도입부로부터 상기 제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2)의 코일 말단부까지 공통적으로 연결되어 있다.

상기 제1 및 제2정류 다이오드(D1, D2)의 공통 연결 지점은 상기 파워 리액터(32)를 매개하여 제1전원 출력단(+V2)과 연결되고, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 출력측 2차 코일과 연결되어 있는 완충 인덕터(18)는 상기 파워 리액터(30)를 매개하여 제2전원 출력단(-V2)과 연결된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전원 변환 및 공급부(10)에 따르면, 제1 및 제2전원 입력단(+V1, -V1)을 통해 인가되는 교류 전원을 변환하기 위해서는, 상기 제1하프 브리지 인버터를 구성하는 제1 및 제2파워 트랜지스터(TR1, TR2)가 먼저 스위칭되고, 상기 제2하프 브리지 인버터를 구성하는 제3 및 제4파워 트랜지스터(TR3, TR4)가 후속적으로 스위칭됨으로써, 제1전원 변압기(14)의 1차 코일(T1-2)의 도입부와 제2전원 변압기(12)의 1차 코일(T1-1)의 말단에 각 하프 브리지 인버터로부터의 출력 교류 전압이 각각 걸리게 된다. 이 때, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일에 각각 걸리는 전압의 형태는 메안더 파(Meander Wave)와 유사한 파형을 갖는다.

그 상태에서, 상기 파워 블로킹 회로(22)를 구성하는 제1블로킹 커패시터(C5)와 제2블로킹 커패시터(C6)의 연결 지점과 연결되어 있는 상기 제 1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일의 결합 중심점에 걸리는 전압은 상기 출력 교류 전압의 1/2에 해당되는 전압값을 갖는다. 즉, 상기 출력 교류 전압의 1/2에 해당되는 전압값은 입력 교류 전압에 대해 0.5×V1과 같이 되고, 해당 전압 위상의 진폭은 ±0.5V1이 되는 것이다.

이러한 전압들은 필요한 레벨까지 변환되고 산술적으로 합산되는데, 순서대로 결합된 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 제1 및 제2출력측 2차 코일(T2-3, T2-4, T2-1, T2-2)의 하프 코일로서의 극성이 고려된다.

상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일에 걸리는 전압에 의해 각각의 제1출력측 2차 코일(T2-3, T2-4)과 제2출력측 2차 코일(T2-1, T2-2)에 인가되는 교류 전원은 상기 완충 인덕터(FT1, FT2)를 통해서 스무딩(Smoothing)이 이루어진 후에, 상기 제1 및 제2정류 다이오드(D1, D2)에 의해 정류되고, 상기 파워 리액터(32)를 거쳐서 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)에 직류 출력 전압(V2)이 얻어진다.

한편, 상기 직류 출력 전압(V2)은 상기 제1하프 브리지 인버터의 각 파워 트랜지스터(TR1, TR2)와 상기 제2하프 브리지 인버터의 각 파워 트랜지스터(TR3, TR4)의 스위칭에 의한 출력 전압 위상들 사이의 위상 이동 조절 각을 조정하는 방식으로 전압 위상이 조절된다.

이 때, 상기 제2하프 브리지 인버터에서의 출력 전압 위상은 상기 제1하프 브리지 인버터에서의 출력 전압 위상에 미치지 못하게 되는데, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터 사이의 위상 이동 조절 각이 제로(Zero)가 될때, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터로부터의 각각의 출력 전압은 동상(Inphase)이 되고, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 각 2차 코일(T2-3, T2-4, T2-1, T2-2)에서의 극성을 고려한 전압의 산술적 합계도 제로가 되기 때문에, 상기 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)으로 출력되는 직류 출력 전압(V2)은 제로가 된다.

또한, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터 사이의 출력 전압의 위상 이동 각이 작은 경우에는, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 각 출력측 2차 코일(T2-3, T2-4, T2-1, T2-2)에서의 극성을 고려하여 전압을 산술적으로 합산한 결과, 충격 계수(Impact Duty Ratio)가 작은 전압의 양극성 펄스가 나타나며, 상기 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)으로 출력되는 직류 출력 전압(V2)은 낮은 레벨을 나타낸다.

그 반면에, 상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터 사이의 출력 전압의 위상 이동 각이 증가하는 경우에는, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 각 출력측 2차 코일(T2-3, T2-4, T2-1, T2-2)에서의 펄스의 충격계수가 증가하고, 그에 따라 상기 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)으로 출력되는 직류 출력 전압(V2)도 증가한다.

그러나, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일(T1-2, T1-1)에 걸리는 전압의 진폭과 형태(진폭은 ±2.5V1, 형태는 메안더 파에 근접함)는 각 1차 코일의 연결 지점이 상기 파워 블로킹 회로(22)의 제1블로킹 커패시터(C5)와 제2블로킹 커패시터(C6)의 연결 지점과 연결되어 있기 때문에 위상 이동 조절 각과 상관 관계가 없게 된다.

이로 인해, 상기 1차 코일에는 직류 자화 전류가 흐르는데, 이는 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일의 자화 인덕터에 저장되면서, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 각 파워 트랜지스터(TR1, TR2, TR3, TR4)가 스위칭되는 동안 각각의 공진 커패시터(C1, C2, C3, C4)를 재충전시키게 되고, 이를 통해 컨버터의 출력 전류가 제로 또는 최소일 때 ZVT(Zero Voltage Transition) 상태가 실현된다.

한편, 상기 제1 및 제2전원 출력단(+V2, -V2)으로의 출력 전류가 증가하면서 자화 인덕터에 저장된 에너지는 불충분하게 되지만, 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일(T1-2, T1-1)의 분산 인덕터에 축적된 에너지가 큰 역할을 하기 시작하여, 해당 파워 모듈(10)의 출력 전류가 크고 위상 이동 조절 각이 클 때 에너지가 각 공진 커패시터(C1, C2, C3, C4)의 재충전 및 ZVT를 확보하기에 충분하게 된다.

하지만, 해당 파워 모듈(10)의 출력 전류가 작아지거나 약 10 ∼ 30% 정도의 중간치인 경우에는, 위상 이동 조절 각이 0 ∼ 20%의 영역으로 존재하게 되고, 상기 제1 및 제2변압기(14, 12)의 자화 인덕터에는 에너지의 대부분이 동일 크기의 부하로 빠져 나가게 되기 때문에 축적 에너지가 부족하고, 부하도 크지 않아서 1차 코일의 전류도 아직 작기 때문에 분산 인덕터에 축적된 에너지도 부족하게 된다.

이는 상기 제1하프 브리지 인버터와 관련이 있는데, 내부의 제1 및 제2파워 트랜지스터(TR1, TR2)가 상기 제2하프 브리지 인버터에서보다 전류가 작을 때 지시된 조건에서 스위칭되기 때문이다.

이를 보상하기 위해, 추가적인 공진 인덕터로서 적용되는 보조 인덕터(16)는 축적되는 부가 에너지가 모든 부하 영역에서 상기 제1하프 브리지 인버터에서도 ZVT 상태에 도달하도록 돕는 역할을 한다.

상기 보조 인덕터(16)는 최고 및 최저 전류의 비율이 최적화될 수 있도록 하기 위해 포화된(Saturated) 상태로 제작될 수 있는데, 이는 작은 부하 전류에서 상기 제1하프 브리지 인버터가 ZVT 상태를 확보할 수 있도록 하고, 부하 전류가 중간일 때는 미약한 정도로 ZVT를 확보하며, 부하 전류가 클 때에는 거의 영향을 미치지 않는다.

한편, 상기 파워 블로킹 회로(22)의 각 제1 및 제2블로킹 커패시터(C5, C6)는 부하가 커진 경우에 대량의 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는데, 이는 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 동작에 따라 순서대로 켜져 있는 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일을 통해서만 전원 전류가 흐르기 때문이다. 이 때문에, 상기 제1 및 제2블로킹 커패시터(C5, C6)들은 용량이 크지 않아도 되고, 그 내부의 손실도 몇 배로 적어진다.

넓은 범위에서 부하가 빠르게 변화하는 조건에서 해당 파워 모듈(10)이 작동하는 경우, 파워 모듈(10)의 내부에는 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 자기회로(Magnetic Cores)가 비대칭 자화 상태로 될 가능성이 있고, 이로 인해 자화 전류가 급증하면서 자기회로 포화 및 하프 브리지 인버터의 파워 트랜지스터에 고장이 발생되거나 파워 트랜지스터의 보호 작용(Protection Operation)을 초래하게 되어 파워 모듈(10)의 작동 중단을 초래할 우려가 있다.

이를 해결하기 위해, 상기 평형 커패시터(C7)는 상기 제1 및 제2전원 변압기(14, 12)의 1차 코일에 대한 자화 전류의 동적 상수 요소 증가를 보상하기 때문에, 각 전원 변압기(14, 12)의 자기회로가 포화 상태로 전환되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치에서 이그니션 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이그니션 디바이스(800)는, 트랜스포머(810)와, 이그니션 동작 처리부(820)를 포함한다.

상기 트랜스포머(810)는 상기 선택 스위칭부(400)의 선택적인 스위칭에 따라 인가되는 예컨대 50 ∼ 120 V의 (-) 극성의 전압을 아크 발생을 위한 고전압으로서 예컨대 7,000 ∼ 8,000 V의 고전압으로 예컨대 3초와 같은 소정 펄스 시간 간격마다 변환하여 상기 TIG 용접 토치(900)에 인가한다.

상기 이그니션 동작 처리부(820)는 상기 트랜스포머(810)에 의해 변환되는 고전압에 대해, 미리 설정된 펄스 시간(예컨대, 3초)과, 개시 시간(Start-Up Time)(예컨대 0.2초), 이그니션 펄스 기간(Ignition Pulse Period)(예컨대, 0.15초), 이그니션 펄스 시간(Ignition Pulse Time)(예컨대, 0.5 마이크로초(μsec))에 따라 변환을 제어하여, 상기 설정 시간 및 설정 기간에 따른 고전압의 이그니션 펄스가 발생되도록 한다.

여기서, 상기 이그니션 동작 처리부(820)에 설정되어 있는 용접 전류의 출력 전압에 따른 듀티비는, 300V에서 60%를 갖고, 200V에서 100%fmf 갖도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 이그니션 디바이스(800)는 편의에 따라 본 발명의 장치에 내부에 일체로 내장되는 내장형으로 제작이 가능하고, 착탈이 가능한 분리형으로도 제작이 가능하며, 상기 용접 전원 디바이스(100) 및 선택 스위칭부(400), 와이어 송급 디바이스(600) 등과 같은 관련 부속 디바이스와는 별도로 제작하여 케이블을 통해 연결하여 사용할 수 있는 외장형으로도 제작이 가능하다.

또한, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 상기 용접 전원 디바이스(100)와, 리모트 컨트롤러(200), 가스 공급부(300), 선택 스위칭부(400), 와이어 송급 디바이스(600), MIG 용접 토치(700), MIG 용접용 모재(710), 이그니션 디바이스(800), TIG 용접 토치(900), TIG 용접용 모재(910)를 포함하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치가 단일개의 장치로 구성되어 있는 것을 일예로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것으로서, 상기 용접 장치를 적어도 2개 이상의 복수개로 연결하여, 용접 현장에서 필요한 용량에 따라 동시에 연계적으로 적용하는 것이 얼마든지 가능함은 물론이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100:용접 전원 디바이스 200:리모트 컨트롤러
300:가스 공급부 500:선택 스위칭부
600:와이어 송급 디바이스 700:MIG 용접 토치
710:MIG 용접용 모재 800:이그니션 디바이스
900:TIG 용접 토치 910:TIG 용접용 모재

Claims (12)

1. 아크 용접을 위해 필요한 직류 전원 전류 및 전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류 및 전압 값을 보상하는 용접 전원 디바이스;
   아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 선택 스위칭부에 각각 공급하는 가스 공급부;
   MIG(Metal Inert Gas) 용접 기능 또는 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접 기능으로의 선택적인 기능 전환을 위한 스위칭에 의해, 상기 직류 전원전류 및 전압이 MIG 용접 토치 및 MIG 용접용 모재 또는 TIG 용접용 모재 및 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 상기 MIG 용접 토치 또는 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하는 선택 스위칭부;
   MIG 용접 기능에 따라 상기 MIG 용접 토치 측으로 와이어를 송급하고, 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 인가되는 (+) 극성의 전압을 상기 MIG 용접 토치에 인가하는 와이어 송급 디바이스; 및
   TIG 용접 기능에 따른 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압으로 변환하여 상기 TIG 용접 토치 및 TIG 용접용 모재에 인가하는 이그니션 디바이스;를 포함하고,
   상기 선택 스위칭부는, MIG 용접 기능을 위한 선택 스위칭에 따라, 상기 MIG 용접 토치에 (+) 극성의 직류 전압이 인가되고 상기 MIG 용접용 모재에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되도록 하고,
   TIG 용접 기능을 위한 선택 스위칭에 따라, 상기 TIG 용접 토치에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되고 상기 TIG 용접용 모재에 (-) 극성의 직류 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
2. 삭제
3. 아크 용접을 위해 필요한 직류 전원 전류 및 전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류 및 전압 값을 보상하는 용접 전원 디바이스;
   아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 선택 스위칭부에 각각 공급하는 가스 공급부;
   MIG(Metal Inert Gas) 용접 기능 또는 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접 기능으로의 선택적인 기능 전환을 위한 스위칭에 의해, 상기 직류 전원전류 및 전압이 MIG 용접 토치 및 MIG 용접용 모재 또는 TIG 용접용 모재 및 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 상기 MIG 용접 토치 또는 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하는 선택 스위칭부;
   MIG 용접 기능에 따라 상기 MIG 용접 토치 측으로 와이어를 송급하고, 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 인가되는 (+) 극성의 전압을 상기 MIG 용접 토치에 인가하는 와이어 송급 디바이스; 및
   TIG 용접 기능에 따른 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압으로 변환하여 상기 TIG 용접 토치 및 TIG 용접용 모재에 인가하는 이그니션 디바이스;를 포함하고,
   상기 용접 전원 디바이스는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고 아크 용접에 필요한 전압으로 조정하여, 직류 전원 전류 및 전압을 상기 선택 스위칭부에 인가하는 전원 변환 및 공급부,
   케이블을 통해 상기 MIG 용접 토치 및 TIG 용접 토치에 인가되는 용접 전류 및 출력 전압이 아크 용접 작업의 진행 시간에 따라 변화되는 상태를 측정하는 전원 측정부,
   상기 용접 토치에 의한 아크 용접의 진행에 따라 상기 전원 측정부를 통해 측정되는 용접 전류 및 출력 전압의 변화 값을 근거로 용접 아크의 전압 값을 계산하고, 상기 용접 아크의 전압 값에 따라 용접 전류 및 출력 전압 값을 보상하는 보상 제어를 수행하는 용접 전원 제어부 및,
   상기 용접 전원 제어부의 보상 제어에 따라 상기 전원 변환 및 공급부의 출력 전류 및 전압이 보상 출력되도록 동작하는 전원 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 전원 측정부는, 상기 용접 토치가 아크 용접을 개시함에 따라 발생되는 짧은 누전 기간 동안의 용접 전류 및 출력 전압의 변화 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 용접 전원 제어 모듈은 상기 전원 측정 모듈로부터 아크 용접의 진행 시간마다 측정한 용접 전류 및 출력 전압을 반복적으로 입력받아, 용접 전류 및 출력 전압의 평균 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 전원 변환 및 공급부는, 전원 입력단의 양단 사이에 병렬 연결되어 전압 변환을 위한 스위칭을 수행하는 제1하프 브리지 인버터(Half Bridge Inverter),
   상기 제1하프 브리지 인버터의 후단에서 상기 전원 입력단의 양단 사이에 병렬 연결되어 전압 변환을 위한 스위칭을 수행하는 제2하프 브리지 인버터,
   상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제2하프 브리지 인버터의 연결단 사이에 병렬 연결되어 전류 부하를 감소시키기 위한 블로킹(Blocking)을 수행하는 파워 블로킹 회로,
   상기 파워 블로킹 회로의 출력단과 각 1차 코일의 연결 중심 지점이 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 각 출력단과 대응 연결되는 제1 및 제2전원 변압기,
   상기 제1 및 제2전원 변압기의 2차 코일과 연결되어 교류 전압을 정류하는 정류 회로 및,
   상기 정류 회로의 출력단에 일단이 연결되고, 타단이 전원 출력단에 연결되어, 직류 출력 전압의 전류 변화에 대해 리액턴스를 발생하는 파워 리액터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 파워 블로킹 회로는 2개의 제1 및 제2블로킹 커패시터가 서로 직렬 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2블로킹 커패시터의 직렬 연결 지점 사이가 상기 제1 및 제2전원 변압기의 각 1차코일측 연결 중심 지점과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1하프 브리지 인버터와 상기 제1전원 변압기의 연결단 사이에는, 작은 부하 전류에서 상기 제1하프 브리지 인버터가 ZVT(Zero Voltage Transition) 상태를 확보할 수 있도록 공진 동작하는 보조 인덕터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2하프 브리지 인버터와 상기 제2전원 변압기의 연결단 사이에는, 상기 제1 및 제2전원 변압기의 1차 코일에 대한 자화 전류의 동적 상수 요소 증가를 보상하는 평형 커패시터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2전원 변압기의 2차 코일측과 상기 파워 리액터의 사이에는, 상기 정류 회로의 정류 소자들에 대해 소프트 스위칭이 이루어지도록 하고, 상기 제1 및 제2하프 브리지 인버터의 스위칭 소자에 대한 충격 손실(Impact Loss)의 수준을 감소시키는 완충 인덕터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
11. 아크 용접을 위해 필요한 직류 전원 전류 및 전압을 공급하고, 아크 용접의 진행에 따라 출력 전압 값이 떨어지는 것을 측정 및 계산하여 전류 및 전압 값을 보상하는 용접 전원 디바이스;
    아크 용접을 위한 이산화탄소(CO2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스를 선택 스위칭부에 각각 공급하는 가스 공급부;
    MIG(Metal Inert Gas) 용접 기능 또는 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접 기능으로의 선택적인 기능 전환을 위한 스위칭에 의해, 상기 직류 전원전류 및 전압이 MIG 용접 토치 및 MIG 용접용 모재 또는 TIG 용접용 모재 및 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하고, 이산화탄소 가스 또는 아르곤 가스가 상기 MIG 용접 토치 또는 TIG 용접 토치에 선택적으로 공급되도록 하는 선택 스위칭부;
    MIG 용접 기능에 따라 상기 MIG 용접 토치 측으로 와이어를 송급하고, 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 인가되는 (+) 극성의 전압을 상기 MIG 용접 토치에 인가하는 와이어 송급 디바이스; 및
    TIG 용접 기능에 따른 상기 선택 스위칭부의 선택 스위칭을 통해 직류 전원 전압을 인가받아서 TIG 용접용 아크 발생을 위한 고전압으로 변환하여 상기 TIG 용접 토치 및 TIG 용접용 모재에 인가하는 이그니션 디바이스;를 포함하고,
    CAN 통신 또는 RS485 통신 중에서 어느 하나의 통신방식을 이용하여 상기 선택 스위칭부를 통한 선택 스위칭에 의해, 상기 MIG 용접 토치 또는 상기 TIG 용접 토치의 용접 동작을 원격 조작하는 리모트 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
12. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 장치가 적어도 2개 이상으로 연결되어 연계적으로 동시 용접 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 용접 기법을 갖춘 용접 장치.
    

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