Inveter Arc 용접기

 

인버터 아크(inverter arc) 용접기의 기본 원리와 특성에 대해서 설명하시오

 

1) 인버터 제어방식 아크 용접기의 기본 원리

    입력된 교류 전류는 먼저 정류기와 평활회로에 의해서 직류로 만들어진 다음 전력 제어 소자(Power Transistor 또는 IGBT 등)에 의해서 고속제어되어 Pulse형 교류 파형을 만든 다음 주전력 변압기로 용접에 필요한 전압까지 강압시키게 된다. 강압된 고주파 전류는 2차측 정류기에 의해서 다시 정류된 다음 reactor를 거쳐 용접부에 안정된 직류 전력의 형태로 공급하게 된다.

    이때 전력제어의 주파수와 사용될 소자의 선정 및 수량은 주전력 회로의 방식과 용접현상 제어의 기본 사상에 의하여 결정된다. (그림 1, 2 참조)

  (1) 인버터 용접기는 인버터부에서 상용 전원을 수 khz ∼ 수 십khz의 고주파 교류로 변환해서 변압기로 입력하고, 변압기의 출력을 다시 직류로 정류해서 용접용 전원을 얻는 장치이다

  (2) 용접 전원의 출력제어는 변압기 1차측의 인버터부에서, 2차측은 단지 정류 작용만 한다. 

 2) 특성

    우수한 아크 특성과 smooth한 아크 스타트, 안정된 용접조건, 에너지 절감, 자동화에 적합함

  (1) 고속 응답(제어)에 대한 용접 성능의 향상으로 고속용접과 고효율화를 가져온다. thyristor 제어식의 경우 응답속도는 상용주파수의 수배 정도가 한정이다. 인버터 제어식은 주파수를 많이 높일 수 있으므로 응답속도가 현저하게 상승한다.

    - 아크 안정성 개선 : 고속제어로 1/1000초 정도의 단락현상을 동반한 복잡한 용접현상을 제어할 수 있다.

    - 아크 시작의 개선 : 와이어와 모재의 접촉 순간 와이어 접촉부분만 빠르게 녹여 부드러운 아크 기둥이 실현되므로 순간 아크 시작율이 상승되었다.

    - 아크 추종성의 향상 : 용접 전류의 고속, 고정밀도 제어가 가능한 것을 응용하여 고속 용접시의 아크 안정화로 thyristor 제어형의 3배 정도 용접속도 개선

  (2) 소형 경량화가 가능하다 : 인버터 제어식에서는 변압기를 상용주파수의 수십-수백배에서 동작시켜 주므로 thyristor 제어식보다 소형 경량화할 수 있고 출력 전류의 ripple 주파수가 높고 스위칭 OFF 시간이 짧기 때문에 출력측 평활로의 인덕턴스가 적어도 되므로 직류 리액터의 소형 경량화도 가능해진다.

  (3) 전원을 저입력, 절전화가 가능하다. 변압기 등이 소형이므로 손실이 적어지고 저입력이 된다. 또한 1차측 제어이므로 기본적인 소전력형 회로 구성이 되어있고 용접작업 중단시의 무부하 전력을 차단, 권선 사용량 감소로 권선의 전력 손실이 크게 감소한다.  종래의 사이리스터 기기는 대형이며, 내부 손실이 크고 효율이 약 40%정도지만, 인버터의 경우는 70 ∼ 80%로 효율이 높다. 

  (4) 가격이 높다.

  (5) 출력의 펄스 제어가 가능하다. 종래의 thyristor 제어 방식에서는 펄스 전류 주파수가 1차측 전원 주파수인 상용 주파수의 배수에 고정되어 있고 펄스 파형이 정현파이므로 그 피크 전류와 펄스시간의 제어는 원리상 곤란하다. 그러므로 알루미늄합금, 스테인리스강의 낮은 펄스 용접법으로 국한되어 사용되고 있다.  그러나 Invertor 제어 펄스 전원은 이 단점을 해소하고 성능도 부가되었다.

  3) 인버터 방식의 종류

  (1) FET invertor        (2) SCR invertor        (3) MOSFET invertor

  (4) GTO invertor        (5) Transistor invertor 

  (6) IGBT invertor : power MOS FET의 고속 스위칭 성능과 Bipolar 트랜지스터의 고전압. 대전류 처리 능력을 합께 가진 첨단 인버터 소자로 전력 변환 장치의 소형 경량화, 고성능화를 실현하는 획기적인 소자임