아크 용접 인버터의 종류: 용접 전문가가 꼭 알아야 할 5가지 사항
효율적이고 신뢰할 수 있으며 다양한 기능을 갖춘 장치로 용접 공정을 개선할 수 있다고 상상해 보세요. 아크 용접 인버터는 사이리스터와 같은 첨단 기술을 통해 용접 산업을 혁신하고 있습니다.
현대 용접이 어떻게 이러한 정밀도와 효율성을 달성하는지 궁금한 적이 있나요? 아크 용접 인버터가 그 열쇠를 쥐고 있을지도 모릅니다. 이 장치는 전기 에너지를 변환하여 강력한 용접 아크를 생성하고 복잡한 용접 조건에 동적으로 적응합니다. 이 글에서는 인버터의 작동 방식, 주요 구성 요소, 작동 원리에 대해 알아보세요. 마지막에는 아크 용접 인버터가 어떻게 용접 성능을 향상시켜 다양한 산업 분야에서 없어서는 안 될 필수품이 되는지 이해하게 될 것입니다. 정밀 용접을 가능하게 하는 놀라운 기술에 대해 자세히 알아보세요.
아크 용접 인버터의 정의:
직류(DC)와 교류(AC) 사이의 변환을 반전이라고 합니다. 이 변환을 수행하는 장치를 인버터라고 합니다. 용접 아크에 전기 에너지를 공급하고 아크 용접 공정에 필요한 전기적 성능을 갖춘 인버터를 아크 용접 인버터라고 합니다.
아크 용접 인버터의 특수성:
용접용 전원 공급 대상은 특수 아크 부하, 특히 단락 전환이 있는 아크 용접의 경우 인버터가 지속적으로 변화하는 강렬한 동적 부하를 견뎌야 하는 특수 아크 부하입니다. 작업 조건은 매우 복잡합니다.
주요 구성 요소에는 전원 공급 시스템, 전자 전력 시스템, 전자 제어 시스템, 피드백 회로, 주어진 회로 및 용접 아크가 포함됩니다.
다이어그램에서 아크 용접 인버터의 주요 구성 요소와 그 기능은 다음과 같습니다:
인버터 주 회로: 전원 공급 시스템, 전자 전력 시스템, 용접 아크로 구성되며 전기 에너지의 전송 및 변환을 담당합니다.
전자 제어 시스템: 아크에 필요한 변동 법칙에 따라 전자 전력 시스템(인버터 주 회로)에 충분한 스위치 펄스 신호를 제공하여 인버터 주 회로의 작동을 구동합니다.
피드백 및 주어진 시스템: 검출 회로(M), 주어진 회로(G), 비교 및 증폭 회로(N) 등으로 구성됩니다. 전자 제어 시스템과 함께 아크 용접 인버터의 폐쇄 루프 제어를 실현하고 필요한 외부 및 동적 특성을 얻을 수 있습니다.
아크 용접 인버터의 기본 원리는 그림 1에 표시된 블록 다이어그램으로 요약할 수 있습니다.
전원 공급 시스템에서는 220V(또는 3상 380V)의 단상(또는 3상) 50Hz 또는 60Hz AC 네트워크 전압을 입력 정류기(UR1)와 필터(LC1)에서 정류 및 필터링하여 인버터 주 회로에 필요한 약 310V(또는 3상 정류의 경우 약 520V)의 부드러운 직류 전압을 얻습니다.
그런 다음 DC 전압은 전자 전력 시스템의 인버터 주 회로 Q에서 고전력 스위칭 전자 장치(사이리스터, 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터 또는 IGBT 등)의 교대 스위칭 작용에 의해 수 킬로헤르츠에서 200 킬로헤르츠 범위의 고주파 교류 전압으로 변환됩니다.
그 후, 전압은 고(중)주파수 변압기(T)를 통해 용접에 적합한 수십 볼트로 강압된 다음 아크에 필요한 외부 및 동적 특성으로 강하됩니다. 용접 프로세스 는 제어 구동 회로와 전자 제어 시스템의 피드백 및 주어진 회로(M, G, N 등)와 용접 회로의 임피던스를 통해 얻을 수 있습니다.
용접에 직류가 필요한 경우, 고(중)주파수 AC는 출력 정류기 U와 인덕턴스 L2 및 커패시터 C2의 필터에 의해 DC 출력으로 변환됩니다.
아크 용접 인버터의 정류 프로세스는 다음과 같이 간단하게 설명할 수 있습니다: 교류 입력 → 직류로 정류 → 고/중주파 교류 변환 → 전압 감소 → 교류 출력 → 다시 직류로 정류.
아크 용접 인버터에 사용할 수 있는 인버터 구조에는 세 가지 유형이 있습니다:
아크의 요구 사항을 충족하기 위해 용접 프로세스아크 용접 인버터의 전기 출력 특성(성능)은 그에 상응하는 적응성을 가져야 합니다. 전기 출력 특성에는 주로 외부 특성, 조정 성능 및 동적 특성이 포함됩니다.
아크 용접 인버터는 전자 제어 시스템과 전류-전압 피드백을 사용하여 전자 전력 시스템(인버터)의 폐쇄 루프 제어를 수행하여 다양한 외부 특성 곡선 모양을 얻습니다.
아크 용접 인버터의 기본 원리 블록 다이어그램(그림 1)을 기반으로 아크 용접 인버터의 폐쇄 루프 제어 시스템은 그림 2와 같이 블록 다이어그램과 방정식을 사용하여 설명할 수 있습니다.
폐회로 제어 시스템의 균형 관계는 다음과 같이 설정됩니다: 아크 전압(Uf)를 음으로 피드백하고, 출력 전압을 샘플링(일반적으로 전압 분배기를 통해)하여 피드백 양(mUf)에 비례합니다. 아크 전류(If)도 음으로 피드백되고, 출력 전류가 샘플링(일반적으로 션트 또는 홀 소자에 의해)되어 피드백 양(nIf)에 비례합니다. 피드백 수량 mUf 및 nIf 를 아크 전압 설정 값(Ugu)와 아크 전류 설정 값(Ugi), 그 결과 K1(Ugu-mUf) 및 K2(Ugi-n) 출력을 출력합니다. 마지막으로 제어 전압(Uk)을 합성 및 증폭을 통해 얻은 다음 제어 구동 회로에 입력하여 전자 전력 시스템(인버터) 작동을 구동합니다.
정전압, 정전류 및 소프트 드롭 특성을 얻습니다:
1 - 정전압 특성
2 - 정전류 특성
3 - 소프트 드랍 특성
4 - 외부 드래그 특성이 있는 정전류
아크 용접 인버터의 외부 특성 곡선의 원리를 통해 정전압 특성의 주어진 전압 값에 대해 출력 아크 전압의 크기가 결정된다는 것을 추론 할 수 있습니다. 즉, 주어진 전압이 높으면 아크 전압도 높으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 예를 들어 Ugu1 < Ugu2인 경우 그림 4a와 같이 외부 특성 곡선은 곡선 1에서 곡선 2로 이동하고 안정 동작 지점은 A1에서 A2로 이동합니다.
정전류 특성의 경우, 주어진 전류에 대한 전압 값의 크기에 따라 출력 용접 전류의 크기가 결정됩니다. 즉, Ugi가 크면 출력 용접 전류도 커지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 예를 들어 Ugi1 < Ugi2인 경우 그림 6-4b와 같이 외부 특성 곡선은 곡선 1에서 곡선 2로 이동하고 안정 작동 지점은 AI에서 A2로 이동합니다.
일반적으로 다양한 유형의 아크 용접 인버터는 용접 공정의 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 외부 특성 제어 및 공정 매개 변수 조정을 달성하기 위해 다양한 규제 시스템을 채택합니다. 다양한 유형의 아크 용접 인버터의 작동 원리를 하나씩 소개합니다.
아크 용접 인버터를 용융 액적과 관련된 단락 전환이 있는 아크 용접 공정에 사용하는 경우, 동적 특성에 대한 엄격한 요구 사항을 적용해야 합니다. MAG/CO2 용접의 단락 전환에 영향을 미치는 주요 파라미터는 단락 전류의 상승률(disd/dt)는 시간 상수 T(T=L'/R)와 직접적으로 관련이 있습니다.f여기서 L' 는 용접 회로의 등가 인덕턴스, Rf는 아크 저항). Rf 는 용접 전류에 따라 달라지며 임의로 변경할 수 없지만, L'은 용접 회로에 인덕터를 추가하여 변경할 수 있습니다. 또한, 디sd/dt는 폐쇄 루프 시스템의 시간 상수를 조정하여 변경할 수 있습니다.
일반적으로 아크 용접 인버터의 동적 특성을 개선하고 제어하는 방법에는 두 가지가 있습니다:
일반적으로 아크 용접 인버터는 세 가지 조정 제어 모드를 사용하여 외부 특성, 조정 특성(공정 파라미터 조정)을 제어하고 출력 펄스 파형을 형성합니다:
일반적으로 사용되는 몇 가지 기본 형태의 인버터 주 회로가 그림 6에 나와 있습니다.
a) 싱글 엔드 포워드 유형
b) 하프 브리지 유형
c) 풀 브리지 유형
d) 병렬 유형.
싱글 엔드 포워드 인버터 메인 회로:
그림 6a에서 볼 수 있듯이 전원 스위칭 트랜지스터(전자 스위치 기호로 표시됨) V1 및 V2는 중간 주파수에서 주기적으로 켜지고 꺼짐으로써 입력 DC 전압을 간헐적인 중간 주파수 전압으로 반전시킵니다. 그런 다음 전압은 중간 주파수 트랜스포머 T에 의해 강압되고, 고속 다이오드 VD1에 의해 정류되고, 인덕터에 의해 필터링되어 아크에 DC 전압으로 출력됩니다. 두 개의 스위칭 트랜지스터가 동시에 입력 전압을 견디기 때문에 상대적으로 낮은 전압 저항이 필요하므로 중/소형 전력 인버터에 적합합니다.
하프 브리지 인버터 주 회로:
그림 6b에서와 같이 입력 DC 전압은 두 세트의 전해 커패시터로 균등하게 나뉩니다. 두 개의 전원 스위칭 트랜지스터 V1과 V2가 교대로 켜지고 꺼지면서 직사각형 파형의 AC 전압이 형성됩니다.
T에 의해 강압된 후 VD1과 VD2에 의한 전파 정류가 DC 출력을 생성합니다. VD1과 VD2는 출력 전압 진폭의 두 배를 견딜 수 있는 고속 다이오드여야 합니다. V1과 V2는 1Ud/2만 견딜 수 있으며 상대적으로 낮은 전압 저항 요구 사항을 가지고 있습니다.
풀브리지 인버터 메인 회로:
그림 6c와 같이 반대쪽 브리지 암에 있는 두 쌍의 전원 스위칭 트랜지스터 V1, V4 및 V2, V3은 중간 주파수에서 주기적으로 켜지고 꺼집니다. 나머지 작동은 하프 브리지와 동일합니다. 전원 스위칭 트랜지스터는 또한 특정 전압만 견딜 수 있으므로 중전력과 고전력 용접 요구 사항에 적합합니다.
병렬 인버터 주 회로:
그림 6d에서 볼 수 있듯이 이러한 유형의 주 회로는 푸시풀 인버터 주 회로라고도 합니다. 전원 스위칭 트랜지스터 V1 및 V2는 중간 주파수에서 주기적으로 켜지고 꺼집니다.
T에 의해 강압된 후 VD1과 VD2는 전파 정류를 수행하여 DC 전압을 출력합니다. 스위칭 트랜지스터는 두 배 이상의 전압을 견뎌야 하므로 높은 전압 저항이 필요합니다. 일반적으로 사이리스터형 인버터에만 사용됩니다.
아크 용접 인버터의 전자 제어 시스템에는 실제로 전자 제어 회로와 구동 회로가 모두 포함됩니다. 이들은 아크 용접 인버터의 전기적 성능을 달성하기 위한 또 다른 중요한 구성 요소입니다. 따라서 이러한 회로의 기능 요구 사항과 이러한 요구 사항을 더 잘 충족하는 방법에 대한 깊은 이해가 필요합니다.
전자 제어 회로의 역할은 아크 용접 인버터의 구동 회로에 가파른 선행 및 후행 에지, 180°의 위상차, 대칭성, 가변 폭 또는 위상 전환을 갖춘 한 쌍의 직사각형 펄스 트레인(사이리스터 인버터 제외)을 제공하는 것입니다.
하프 브리지 및 풀 브리지 인버터와 같은 일부 인버터의 경우 펄스 트레인을 서로 분리해야 합니다. 싱글 엔드 인버터의 경우 한 세트의 펄스만 필요합니다.
설계 목표는 쌍을 이루는 펄스 전압의 유무, 좁은 펄스와 넓은 펄스, 펄스 폭의 변화량 또는 펄스 주파수 또는 위상 변화, 기본 펄스 폭, 최소 펄스 폭, 펄스 폭이 최소에서 정격 폭으로 증가하는 속도 사이의 관계, 최소 및 정격 펄스 주파수 사이의 관계를 통해 달성할 수 있습니다.
보다 구체적으로 제어 회로에는 다음과 같은 기본 기능이 있어야 합니다:
기타 기능:
제어 회로에서 제공하는 펄스 제어 신호에는 충분한 전력이 있어야 합니다. 그러나 스위칭 튜브의 유형, 모델 및 용량이 다양하기 때문에 드라이브 펄스 신호에 필요한 전력 요구 사항도 다릅니다.
인버터 주 회로 유형에 따라 드라이브 펄스 신호에 대한 절연 요구 사항도 다릅니다.
예를 들어 풀 브리지 및 하프 브리지 인버터 주 회로에서 높은 전위와 낮은 전위에 위치한 스위칭 튜브는 드라이브 펄스 신호의 안정적인 절연이 필요합니다.
사이리스터 기반 인버터와 트랜지스터 기반 인버터의 구동 회로는 서로 다른 특성과 요구 사항을 가지고 있습니다.
사이리스터 기반 인버터의 구동 회로에 대한 요구 사항:
트랜지스터 기반 인버터의 구동 회로에 대한 요구 사항:
트랜지스터 기반 인버터의 구동 회로의 역할은 제어 회로의 펄스 출력을 고전압 스위칭 튜브를 여기시키기에 충분한 수준으로 증폭하는 것입니다. 제공되는 구동 펄스의 진폭과 파형은 포화 전압 강하, 저장 시간, 개폐 시 콜렉터 또는 이미터의 전압 및 전류 상승 및 하강 속도와 같은 트랜지스터의 작동 특성과 관련이 있으며 이는 손실 및 열 발생에 직접적인 영향을 미칩니다.
구동 회로는 PWM 인버터의 성능을 결정하는 주요 요소 중 하나입니다.
기존 아크와 비교 용접력 50Hz 또는 60Hz의 주파수를 사용하여 에너지를 전송하고 전기 파라미터를 변경하는 소스인 아크 용접 인버터는 에너지 전송 및 변환을 위해 주파수를 수천에서 20만Hz로 높입니다.
이러한 주파수 증가로 아크 용접 인버터는 고효율 및 에너지 절약, 경량 및 재료 절약 설계, 빠른 동적 응답, 우수한 전기 및 용접 공정 성능 등 구조 및 성능 측면에서 뛰어난 기능을 제공합니다.
특히 아크 용접 변압기, DC 아크 용접 발전기, 실리콘 아크 용접 정류기 및 사이리스터 아크 용접 정류기와 같은 기존 아크 용접 전원과 비교할 때 아크 용접 인버터는 다음과 같은 중요한 특징과 장점을 가지고 있습니다:
아크 용접 인버터는 여러 가지 방식으로 분류할 수 있습니다:
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우수한 전기적 성능, 우수한 제어 성능, 다양한 형태의 출력 특성, 다양한 유형의 아크 전압 및 전류 파형 (DC, 펄스, 직사각형 파 AC), 우수한 동적 특성으로 인해 아크 용접 인버터는 최대 1000A 이상의 용접 전류를 출력 할 수 있습니다.
따라서 기존의 모든 아크 용접 전원을 거의 대체할 수 있으며 수동 금속 아크 용접, TIG 용접, MAG/C02/MIG/플럭스코어 와이어 용접 등 다양한 아크 용접 방식에 사용할 수 있습니다, 플라즈마 아크 용접 및 절단, 서브머지드 아크 자동 용접, 로봇 용접 등이 있습니다.
특히 작업 공간이 제한적이거나 높은 고도에서 작업하거나 전기 공급이 부족하여 이동식 용접기가 필요한 경우 다양한 금속 재료와 합금을 용접할 수 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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