KR960004790B1 - 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

단락이행형 아크용접기의 출력제어장치 및 제어방법

제 1 도는 종래의 기술에 의한 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 구성도.

제 2 도는 제 1 도의 단락이행형 아크 용접시의 전압, 전류파형도.

제 3 도는 본 발명에 의한 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 구성도.

제 4 도는 제 3 도의 단락이행형 아크 용접시의 전압, 전류파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제 1 정류부 2 : 콘덴서

3 : 인버터부 4 : 트랜스포머

5 : 제 2 정류부 6 : 리액터

7 : 와이어 송급장치 8 : 토치

9 : 용접물 10 : 전류검출기

11 : 인버터 구동부 12 : 펄스폭변조신호발생부

13 : 단락/아크 절환부 14 : 전류변화율 연산부

15 : 아크시 전압제어커맨드 연산부 16 : 단락시 전압제어커멘드 연산부

17 : 아크시 리액턴스보상 선택부 18 : 단락전압 연산부

19 : 단락시 리액턴스보상 선택부 20 : 와이어 송급제어부

21 : 아크 전압설정부 22 : 용접전류설정부

본 발명은 단락이행형 아크(arc)용접기의 출력제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 특히 용접전류와 아크 및 단락에 따라 적절한 리액턴스(reactance)를 보상하여 용접안정성을 향상시키고 스패터(spatter)를 감소시킴으로써 용접품질을 향상시키기 위한 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

단락이행형 아크용접기의 철 및 비철 금속인 도전체를 전기아크열에 의해 용접하는 산업전기기기로서, 용접품질을 개선하기 위해서는 작업자의 숙련도를 높여야하나 최근들어 용접작업이 3D 산업으로 인식됨으로써 용접작업을 기피하는 현상의 증가하여 숙련된 작업자를 확보하는 것이 매우 어려운 실정이다.

따라서 불균일한 모재조건이나 미숙련자도 양호한 용접품질을 얻기 위해 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 개발에 대한 연구가 진행중인데, 종래의 단락이행형 아크 용접기의 출력제어장치는 제 1 도에 도시한 바와 같이 크게 전원부(A)와, 제어부(B) 및 와이어 송급부(C)로 구성된다.

그리고 상기 전원부(A)는 상용교류를 직류로 정류하기 위한 제 1 정류부(1)와, 상기 제 1 정류부(1)의 출력을 평활화하기 위한 콘덴서(2)와, 평활된 직류를 고주파의교류로 변환하는 인버터부(3)와, 고주파 교류를 용접에 적당한 저전압으로 변경하는 트랜스포머(4)와, 상기 트랜스포머(4)를 통해 변경된 저전압을 다시 정류하는 제 2 정류부(5)와, 상기 제 2 정류부(5)를 통해 정류된 신호를 평활화하기 위한 전류평활용 리액터(6)로 구성되며, 상기 제어부(B)는 용접전류의 패턴을 결정하는 용접전류 설정부(22)와, 상기 용접전류설정부(22)로부터 전류검출기(10)의 궤환받아 단락시 전류제어를 수행하는 전류제어부(23)와, 아크시 전압 커멘드(command)를 설정하기 위한 아크전압설정부(21)와, 용접시 부하전압을 검출하기 위한 전압검출부(24)와, 상기 전압검출부(24)를 통해 검출된 부하전압으로부터 용접중인 부하상태가 단락인지, 또는 아크인지를 판단하여 단락시에는 전류제어부(23)의 출력을 입력받아, 아크시에는 상기 아크전압설정부(21)의 출력을 입력받아 펄스폭변조부(12)로 전송하는 단락/아크 절환부(13)와, 펄스폭변조신호(PWM : Pulse Width Modulation)를 발생하는 펄스폭변조부(12)와, 상기 인버터부(3)를 구동하기 위한 인버터 구동부(11)로 구성되며, 상기 와이어 송급부(C)는 상기 용접저류 설정부(22)의 설정값에 따라 와이어 송급 모터(도시하지 않음)의 속도를 제어하기 위한 와이어 송급 제어부(20)와, 와이어 송급장치(7)로 구성되며, 그외에 용접을 실시하기 위한 토치(torch)(8) 및 용접대상인 모재(9)가 사용된다.

상기와 같이 구성된 종래의 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 동작은 다음과 같다.

먼저 제 2 도의 제2(a)도와 같은 전압이 인가되면 전압검출부(24)를 통해 용접중인 부하 상태가 단락(t1) 또는 아크(t2) 상태인지를 판단하여, 단락시에는 상기 용접전류설정부(22)의 지시값에 따라 용접전류패턴을 결정하고 이를 전류검출부(10)의 출력과 비교하여 전류제어기(23)를 통해 전류를 제어하며, 아크시에는 아크전압설정부(21)의 지시값에 따라 출력값을 출력한다.

그리고 와이어 송급속도는 용접전류설정값으로부터 결정되며, 이에따라 와이어 송급제어부(20)를 통해 와이어 송급장치(7)를 제어한다.

상기와 같은 종래의 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치는 하드웨어적으로 결정된 직류리액터(6)의 고정리액턴스 값에 의해 단락시에는 전류패턴제어를 수행하고, 아크시에는 특정전압을 출력하도록 되어 있는데, 이러한 방법은 상기와 같이 부하전류특성이 아크와 단락을 연속적으로 교번하도록 되어 있기 때문에 용접자가 미숙련공인이거나 모재가 불균일한 상태인 경우에는 급격한 부하전류의 상승 또는 하강이 발생하므로써 전류가 0인 구간(d)이 발생하는등 일정한 아크 발생이 어려우며, 이에따라 스패터가 증가하고 용접품질이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 가변리액턴스를 이용함으로써 급격한 부하전류의 변동을 억제할 수 있는 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치를 효과적으로 제어하기 위한 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치는 사용교류를 다단계를 거쳐, 정류 및 평활한 후 저전압의 직류로 만들어 직류리액터를 통해 토치와 모재간에 인가하는 전원부와, 단락 및 아크가 이정하게 교번하도록 제어하는 제어부와, 와이어를 토치에 공급하는 와이어 송급부로 구성된 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치에 있어서, 상기 제어부는 단락시에 용접전류 설정값에 따른 단락전압을 연산하기 위한 단락전압연산부와, 단락시의 리액턴스 보상분을 선택하기 위한 단락시 리액턴스보상 선택부와, 단락 또는 아크시의 전류변환율을 연산하기 위한 전류변화율 연산부와, 상기 단락전압, 단락시의 리액턴스 보상분 및 단락시의 전류변화율에 따라 단락시 전압제어 커멘드를 연산하기 위한 단락시 전압제어 커멘드 설정부와, 아크시에 용접전류 설정값에 따른 아크전압을 연산하기 위한 아크전압연산부와, 아크시의 리액턴스 보상분을 선택하기 위한 아크시 리액턴스보상 선택부와, 상기 아크전압, 아크시의 리액턴스 보상분 및 아크시의 전류변화율에 따라 아크시 전압제어 커멘트를 연산하기 위한 아크시 전압제어 커멘드 연산부와, 단락이나 아크시에 이에 해당하는 전압제어 커멘드를 선택하기 위한 단락/아크 절환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 제어방법은 사용교류를 다단계를 거쳐, 정류 및 평활한 후 저전압의 직류로 만들어 직류리액터를 통해 토치와 모재간에 인가하며, 별도의 와이어 송급장치에 의해 용제인 와이어를 토치에 공급하여 모재를 용접하는 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 제어방벙에 있어서, 단락시의 단락전압, 리액턴스 보상분 및 단락시의 전류변화율에 따라 단락시 전압제어 커멘드를 연산하고, 아크시에는 아크전압, 아크시의 리액턴스 보상분 및 아크시의 전류변화율에 따라 아크시 전압제어 커멘드를 연산하며, 단락이나 아크시에 각각에 해당하는 전압제어 커맨드를 선택하여 아크 및 단락시에 각각에 대응하는 출력값을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치는 제 3 도에 도시한 바와 같이 전원부(A)는 종래와 동일하게 상용교류를 직류로 정류하기 위한 제 1 정류부(1)와, 상기 제 1 정류부(1)의 출력을 평활화하기 위한 콘덴서(2)와, 평활된 직류를 고주파의 교류로 변환하는 인버터부(3)와, 교주파 교류를 용접에 적당한 저전압으로 변경하는 트랜스포머(4)와, 상기 트랜스포머(4)를 통해 변경된 저전압을 다시 정류하는 제 2 정류부(5)와, 상기 제 2 정류부(5)를 통해 정류된 신호를 평활화하기 위한 전류평활용 리액터(6)로 구성되며, 와이어 송급부(C)도 상기 용접전류 설정부(22)의 설정값에 따라 와이어 송급 모터의 속도를 제어하기 위한 와이어 송급 제어부(20)와, 와이어 송급장치(7)로 구성되며, 그외에 용접을 실시하기 위한 토치(8) 및 용접대상인 모재(9)가 사용된다.

그리고 제어부(B)는 용접전류의 값을 결정하는 용접전류설정부(22)와, 상기 용접전류설정부(22)에서 설정된 용접전류에 따른 단락시의 전압(SV) 커멘드를 연산하는 단락전압연산부(18)와, 단락시의 리액턴스 보상분(L1)을 제공하는 단락시 리액턴스 보상 선택부(19)와, 상기 단락전압연산부(18)와 단락시 리액턴스보상 선택부(19)의 출력과 전류검출기(10)로부터 출력된 전류를 검출받아 전류변화율(dτ/dt)을 연산하는 전류변환율 연산부(14)와, 상기 전류변화율 연산부(14)의 출력으로부터 실정용접전류에 따른 단락시 전압제어 커멘드(SV-L1(dτ/dt))를 연산하는 단락시 전압제어커멘드 연산부(16)와, 아크시 전압(AV)을 설정하기 위한 아크전압설정부(21)와, 설정된 용접전류에 따라 아크시 리액턴스 보상분(L2)을 제공하는 아크시 리액턴스 보상 선택부(17)와, 상기 아크전압설정부(21)와 아크시 리액턴스보상 선택부(17) 및 전류변화율 연산부(14)의 출력으로부터 아크시 전압제어 커멘드(AV+L2(dτ/dt))를 연산하는 아크시 전압제어커멘드 연산부(15)와, 상기 전류변화율 연산부(14)의 출력을 입력으로하여 전류변화율의 극성으로부터 현재 용접중인 부하상태가 단락기간인지 또는 아크기간인지를 판단하고 단락중에는 상기 단락시 전압제어커멘드 연산부(16)의 출력을 선택하여 입력받고, 아크시에는 상기 아크시 전압제어커멘드연산부(15)의 출력을 선택하여 입력받아 이를 펄스폭변조부(12)로 전송하는 단락/아크 절환부(13)와, 상기 단락/아크 절환부(13)의 출력신호에 따라 펄스폭 변조신호를 발생하는 펄스폭변조부(12)와, 상기 펄스폭변조부(12)의 출력신호에 따라 인버터부(3)를 구동하기 위한 인버터 구동부(11)로 구성되며, 동작은 다음과 같다.

먼저 전원부(A)에서는 상기 제 1 정류부(1)에 의해 상용교류를 직류로 변환시키고, 콘덴서(2)를 통해 이를 평황화한 후 인버터부(3)에서 고주파 교류로 변환시키며, 이 고주파의 교류는 트랜스포머(4)에 의해 용접에 적합한 저전압교류로 다시 변환되어 제 2 정류부(5)를 통해 전파정류되고, 최종적으로 리액터(6)를 거쳐 평활화시켜 '+'단자를 통해서는 토치(8)전극에 인가되고, '-'단자를 통해서는 모재(9)와 인가됨으로써 용접을 실시하게 된다.

그리고 제어부(B)에서는 상기 용접전류 설정부(22)에 의해 용접전류가 설정되면, 그에 따라 단락전압연산부(18)에 의해 단락전압커멘드가 연산되고 계속적으로 단락시 리액턴스 보상 선택부(19)에 의해 적절한 리액턴스 보상분(L1)에 선택되며, 이 단락전압커멘드와 리액턴스 보상분 및 전류검출기(10)로부터의 검출신호에 의한 전류변화율 연산부(14)의 전류변환율 연산값이 단락시 전압제어커멘드 연산부(16)로 전송되어 이 단락시 전압커멘드 연산부(16)에 의해 단락시 전압제어커멘드가 연산되어 이 값은 단락/아크절환부(13)로 출력된다.

한편 상기 아크전압 설정부(21)에 의해 아크시 전압커멘드가 설정되고, 설정용접전류에 따른 아크시 리액턴스 보상분(L2)이 아크시 리액턴스보상 선택부(17)에 의해 결정되며 단락시와 마찬가지로 전류변화율 연산부(14)에 의해 전류변화율이 궤환되어 아크시전압 제어 커멘드 연산부(15)에 입력되어 전압 제어커멘드가 연산되며, 이 값은 단락/아크 절환부(13)로 출력된다.

그러면 상기 단락/아크 절환부(13)에서는 상기 전률변환율연산부(14)의 출력값이 +이면 '단락중'임을 판단하고, -이면 '아크중'임을 판단하여 단락중에는 단락시 전압제어커멘드 연산부(16)의 출력을 선택하고, 아크중에는 아크시 전압제어커멘드 연산부(15)의 출력을 선택하여 펄스폭 변조신호발생부(12)로 출력하여, 상기 펄스폭 변조신호 발생부(12)에 발생되는 신호에 따라 인버터구동부(11)를 통해 인버터(3)를 제어한다.

그리고 용재인 와이어는 설정용접전류에 의해 결정된 와이어 송급제어부(20)의 지시값에 의해 와이어 송급장치(7)를 통해 토치(8)에 공급되면 용접이 실시되며, 이때 용접 전류는 제 4 도에 도시한 바와 같이 0이 되는 구간없이 일정하게 단락 및 아크가 교번된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면 단락시와 아크시에 따라 리액턴스를 선택적으로 보상하여 아크중에 급격한 부하전류의 하강 발생을 방지함으로써 작업자의 손떨림이나 또는 모재가 불균일하여도 일정하게 아크/단락을 교번할 수 있으며, 이에따라 용접의 안정성을 향상시키고, 스패터를 감소시켜 용접의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 사용교류를 다단계를 거쳐, 정류 및 평활한 후 저전압의 직류로 만들어 직류리액터를 통해 토치와 모재간에 인가하는 전원부와, 단락 및 아크가 일정하게 교번하도록 제어하는 제어하는 제어부와, 와이어를 토치에 공급하는 와이어 송급부로 구성된 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치에 있어서, 상기 제어부는 단락시에 용접전류 설정값에 따른 단락전압을 연산하기 위한 단락전압연산부와, 단락시의 리액턴스 보상분을 선택하기 위한 단락시 리액턴스보상 선택부와, 단락 또는 아크시의 전류변화율을 연산하기 위한 전류변화율 연산부와, 상기 단락전압, 단락시의 리액턴스 보상분 및 단락시의 전류변환율에 따라 단락시 전압제어 커멘드를 연산하기 위한 단락시 전압제어 커멘드 설정부와, 아크시에 용접전류 설정값에 따른 아크전압을 연산하기 위한 아크전압연산부와, 아크시의 리액턴스 보상분을 선택하기 위한 아크시 리액턴스보상 선택부와, 상기 아크전압, 아크시의 리액턴스 보상분 및 아크시의 전류변환율에 따라 아크시 전압제어 커멘드를 연산하기 위한 아크시 전압제어 커멘드연산부와, 단락이나 이에 해당하는 전압제어커멘드를 선택하기 위한 단락/아크 절환부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치.
2. 사용교류를 다단계를 거쳐, 정류 및 평활한 후 저전압의 직류로 만들어 직류리액터를 통해 토치와 모재간에 인가하며, 별도의 와이어 송급장치에 의해 용재인 와이어를 토치에 공급하여 모재를 용접하는 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 제어방법에 있어서, 단락시의 단락전압, 리액턴스 보상분 및 단락시의 전류변화율에 따라 단락시 전압제어 커멘드를 연산하고, 아크시에는 아크전압, 아크시의 기액턴스 보상분 및 아크시의 전류변화율에 따라 아크시 전압제어 커멘드를 연산하며, 단락이나 아크시에 각각에 해당하는 전압제어 커멘드를 선택하여 아크 및 단락시에 각각 대응하는 출력값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 단락이행형 아크용접기의 출력제어장치의 제어방법.