용접산업은 조선, 플랜트, 자동차, 전기, 전자 등 다양한 제조업분야의 뿌리산업이다. 산업고도화와 품질고급화에 따라 용접방법과 용접기의 발전도 필요하다. 서브머지드(SAW)아크용접은 후판의 용접방법으로, 산업현장의 생산성 향상을 위해 수요가 확산되고 관련기술도 고도화되고 있다. 최근에 세계최고기술인 AC/DC SAW용접기의 인버터기술과 복합펄스기술이 소개되었다. 현재 사용이 많은 ...
용접산업은 조선, 플랜트, 자동차, 전기, 전자 등 다양한 제조업분야의 뿌리산업이다. 산업고도화와 품질고급화에 따라 용접방법과 용접기의 발전도 필요하다. 서브머지드(SAW)아크용접은 후판의 용접방법으로, 산업현장의 생산성 향상을 위해 수요가 확산되고 관련기술도 고도화되고 있다. 최근에 세계최고기술인 AC/DC SAW용접기의 인버터기술과 복합펄스기술이 소개되었다. 현재 사용이 많은 사이리스터(SCR)형 SAW 용접기에 비해 인버터의 모든 장점을 가지면서 용접속도가 높고 용접비드가 미려하고 침투력 조절이 쉬운 장점을 선보였다. 이를 기반으로 "서브머지드 용접전원용 고효율 다중인버터 시스템에 대한 연구"를 하기위해 연구목적을 다음의 3개 항목으로 설정하고 실험을 하여 결과를 고찰하였다. ① 50[kW]급의 3개로 구성된 다중인버터 토플로지 개발로 출력정밀도와 효율을 실험 고찰한다. ② 최대100[Hz]의 복합펄스 출력의 구현이 가능한지를 실험 고찰한다. ③ 복합펄스의 병렬운전의 가능성을 실험 고찰한다. 위 연구목적을 위하여 3개의 인버터용접전원을 구성하고 DSP 기반의 디지털로 설계하며, DC부와 AC부의 제어를 동기화하여 제어한다. 3개의 토플로지로 구성된 다중인버터는 일차측의 DC전원으로 2개의 25[kW]급 직렬 풀브리지 토플로지를 구현하여, 정전압과 정전류 제어의 1000[A]출력전류에서 1[%]이내 오차의 출력균일도를 얻었고 고효율의 측정실험을 하였고, 이차측의 하프브리지 토플로지로서 AC복합펄스의 주파수를 50[Hz]에서 100[Hz]까지 가변하고 펄스폭은 25[%]에서 75[%]까지, 일차측의 출력전류와 펄스폭이 동기화되어 DC오프셋은 25[%]에서 75[%]까지 가변되는 출력으로 최대 1000[A]의 AC/DC 출력전류를 얻을 수 있는지를 실험하고 복합펄스의 병렬운전을 실행하여 실험하였다. 실험을 위해 SAW 용접시스템으로 토치이송캐리지와 용접공정 제어를 위한 상위제어기를 포함하며 와이어공급과 플럭스 제어 및 소프트웨어의 개발까지 시스템을 구축하였다. 실험결과를 위해 SAW용접이론 및 SCR제어와 PWM제어를 비교하고 대전력 토폴로지이론을 연구하였다. 이 기술을 기반으로 각 단계별 설계를 하여 그 기준에 따라 시료를 제작하고 실험을 행하고 최종적으로 위의 3가지 연구목적에 접근되었는지 수치적 확인을 하였고 용접실험을 행하여 용접품질을 확인한 결과 균일한 상태를 확인하였다. 본 연구결과의 이득은 하나의 완성된 SAW용접기로서 대전력 다중인버터 기술을 설계하고 아크부하의 복합펄스를 구현하는 시료를 개발하였고 용접분야에 새로운 기술을 제시하는 역할을 하게 되었다. 복합 펄스의 구현은 성공적이나 이를 이용한 용접특성의 변화를 분석하기 위한 연구는 용접분야에서 계속 연구해야 할 과제라고 본다.
용접산업은 조선, 플랜트, 자동차, 전기, 전자 등 다양한 제조업분야의 뿌리산업이다. 산업고도화와 품질고급화에 따라 용접방법과 용접기의 발전도 필요하다. 서브머지드(SAW)아크용접은 후판의 용접방법으로, 산업현장의 생산성 향상을 위해 수요가 확산되고 관련기술도 고도화되고 있다. 최근에 세계최고기술인 AC/DC SAW용접기의 인버터기술과 복합펄스기술이 소개되었다. 현재 사용이 많은 사이리스터(SCR)형 SAW 용접기에 비해 인버터의 모든 장점을 가지면서 용접속도가 높고 용접비드가 미려하고 침투력 조절이 쉬운 장점을 선보였다. 이를 기반으로 "서브머지드 용접전원용 고효율 다중인버터 시스템에 대한 연구"를 하기위해 연구목적을 다음의 3개 항목으로 설정하고 실험을 하여 결과를 고찰하였다. ① 50[kW]급의 3개로 구성된 다중인버터 토플로지 개발로 출력정밀도와 효율을 실험 고찰한다. ② 최대100[Hz]의 복합펄스 출력의 구현이 가능한지를 실험 고찰한다. ③ 복합펄스의 병렬운전의 가능성을 실험 고찰한다. 위 연구목적을 위하여 3개의 인버터용접전원을 구성하고 DSP 기반의 디지털로 설계하며, DC부와 AC부의 제어를 동기화하여 제어한다. 3개의 토플로지로 구성된 다중인버터는 일차측의 DC전원으로 2개의 25[kW]급 직렬 풀브리지 토플로지를 구현하여, 정전압과 정전류 제어의 1000[A]출력전류에서 1[%]이내 오차의 출력균일도를 얻었고 고효율의 측정실험을 하였고, 이차측의 하프브리지 토플로지로서 AC복합펄스의 주파수를 50[Hz]에서 100[Hz]까지 가변하고 펄스폭은 25[%]에서 75[%]까지, 일차측의 출력전류와 펄스폭이 동기화되어 DC오프셋은 25[%]에서 75[%]까지 가변되는 출력으로 최대 1000[A]의 AC/DC 출력전류를 얻을 수 있는지를 실험하고 복합펄스의 병렬운전을 실행하여 실험하였다. 실험을 위해 SAW 용접시스템으로 토치이송캐리지와 용접공정 제어를 위한 상위제어기를 포함하며 와이어공급과 플럭스 제어 및 소프트웨어의 개발까지 시스템을 구축하였다. 실험결과를 위해 SAW용접이론 및 SCR제어와 PWM제어를 비교하고 대전력 토폴로지이론을 연구하였다. 이 기술을 기반으로 각 단계별 설계를 하여 그 기준에 따라 시료를 제작하고 실험을 행하고 최종적으로 위의 3가지 연구목적에 접근되었는지 수치적 확인을 하였고 용접실험을 행하여 용접품질을 확인한 결과 균일한 상태를 확인하였다. 본 연구결과의 이득은 하나의 완성된 SAW용접기로서 대전력 다중인버터 기술을 설계하고 아크부하의 복합펄스를 구현하는 시료를 개발하였고 용접분야에 새로운 기술을 제시하는 역할을 하게 되었다. 복합 펄스의 구현은 성공적이나 이를 이용한 용접특성의 변화를 분석하기 위한 연구는 용접분야에서 계속 연구해야 할 과제라고 본다.
The welding industry is an infra structural industry in the manufacturing sector such as shipbuilding, plant, automobile, electronics and electrics. It is highly demanded to improve existing welding devices and methods in accordance with the advancement of industrial standards and high quality deman...
The welding industry is an infra structural industry in the manufacturing sector such as shipbuilding, plant, automobile, electronics and electrics. It is highly demanded to improve existing welding devices and methods in accordance with the advancement of industrial standards and high quality demand. Submerged Arc Welding (SAW) is a welding method for thick plate welding which recently became widely demanded in order to improve welding productivity, causing other related technology required to develop as well. Recently, AC/DC SAW inverter technology combined with composite pulse has been recognized as the highest welding technology in the world, since it was introduced. It has powerful features such as high speed, accurate beads, and easy penetration control as well as containing all the merits of Thyristor(SCR) SAW which is currently being used in common. In this research based on this circumstance, "A Study on the Multi-Inverter System with High Efficiency for Submerged Arc Welding Machine", three research purposes as follows will be examined through various experiments and the result analysis: ① Experimental study of the output precision and power efficiency with the development of the three-level multi-inverter topology of 50[kW]. ② Experimental study of the possibility for the implementation of complex pulse output up to 100[Hz]. ③ Experimental study of the possibility for the parallel operation of complex pulse. For the purposes of this research, three inverter-welding power sources with digital circuits based on DSP were installed and DC and AC controls with synchronization were set. The multi-inverter with three topologies implemented serial two 25[kW] full-bridge topologies from the primary DC input power to obtain output uniformity with a margin of error of 1[%], while maintaining current output as 1000[A] with constant voltage and current output controls. By varying AC frequency from 50[Hz] to 100[Hz] and pulse width from 25[%] to 75[%] as the second side of half-bridge topology, it was examined whether it is possible to obtain maximum 1000[A] AC/DC output current in synchronization of the pulse width having DC offset in the range of 25[%] to 75[%] and the primary current output, paired with parallel operations of complex pulse. For this experiment, SAW system was established to contain transfer carriages, wire feeds, a flux controller for welding process, a host controller and related software. In order to analyze the results of this experiment, SCR control and PWM control were compared with analysis of SAW theoretical study and the theory of power topology. Based on the technique, each step was designated to produce each sample and to measure quantitative metrics in order to approach thethree research purposes and confirm the uniform status of welding quality in multiple experiments. This research shows that the SAW welding machine performs to design high power multi-inverter technology and to implement samples with complex pulse of arc load in a complete form and also plays a role of suggesting new technology in the welding field. Although it was successful to implement complex pulses, there are still challenges to be continuously researched to analyze characteristic changes in the welding process caused by them.
The welding industry is an infra structural industry in the manufacturing sector such as shipbuilding, plant, automobile, electronics and electrics. It is highly demanded to improve existing welding devices and methods in accordance with the advancement of industrial standards and high quality demand. Submerged Arc Welding (SAW) is a welding method for thick plate welding which recently became widely demanded in order to improve welding productivity, causing other related technology required to develop as well. Recently, AC/DC SAW inverter technology combined with composite pulse has been recognized as the highest welding technology in the world, since it was introduced. It has powerful features such as high speed, accurate beads, and easy penetration control as well as containing all the merits of Thyristor(SCR) SAW which is currently being used in common. In this research based on this circumstance, "A Study on the Multi-Inverter System with High Efficiency for Submerged Arc Welding Machine", three research purposes as follows will be examined through various experiments and the result analysis: ① Experimental study of the output precision and power efficiency with the development of the three-level multi-inverter topology of 50[kW]. ② Experimental study of the possibility for the implementation of complex pulse output up to 100[Hz]. ③ Experimental study of the possibility for the parallel operation of complex pulse. For the purposes of this research, three inverter-welding power sources with digital circuits based on DSP were installed and DC and AC controls with synchronization were set. The multi-inverter with three topologies implemented serial two 25[kW] full-bridge topologies from the primary DC input power to obtain output uniformity with a margin of error of 1[%], while maintaining current output as 1000[A] with constant voltage and current output controls. By varying AC frequency from 50[Hz] to 100[Hz] and pulse width from 25[%] to 75[%] as the second side of half-bridge topology, it was examined whether it is possible to obtain maximum 1000[A] AC/DC output current in synchronization of the pulse width having DC offset in the range of 25[%] to 75[%] and the primary current output, paired with parallel operations of complex pulse. For this experiment, SAW system was established to contain transfer carriages, wire feeds, a flux controller for welding process, a host controller and related software. In order to analyze the results of this experiment, SCR control and PWM control were compared with analysis of SAW theoretical study and the theory of power topology. Based on the technique, each step was designated to produce each sample and to measure quantitative metrics in order to approach thethree research purposes and confirm the uniform status of welding quality in multiple experiments. This research shows that the SAW welding machine performs to design high power multi-inverter technology and to implement samples with complex pulse of arc load in a complete form and also plays a role of suggesting new technology in the welding field. Although it was successful to implement complex pulses, there are still challenges to be continuously researched to analyze characteristic changes in the welding process caused by them.
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