[논문]단일전류센서를 적용한 대용량 서브머지드 아크 용접 시스템

반충환; 은종목; 조영훈; 최규하

단일전류센서를 적용한 대용량 서브머지드 아크 용접 시스템
A Single Current Sensor-Based High-Power Submerged Arc Welding System 원문보기

반충환 (건국대학교) , 은종목 (파워웰) , 조영훈 (건국대학교) , 최규하 (건국대학교)

In this paper, a studied the SAW system being developed shipbuilding and plant industry with changing welding method to progress productivity. It studies a SAW system using one sensor instead previous one which is using two sensors. It suggests SAW system which has AC output with high current makes high speed welding and DC output with accurate arcing makes detailed control.

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문제 정의

본 논문에서는 PIPO를 적용한 풀브릿지 컨버터의 출력에 듀티비와 주파수 변동이 가능한 하프 브릿지 인버터 토폴로지를 적용하여 시뮬레이션과 프로토타입을 제작하여 실험하였다. 향후 하프브릿지 인버터의 옵셋 제어와 실제 용접 상황을 모의하여 SAW 시스템에서 용접부까지 수십 미터의 케이블을 적용하여 성능을 검증할 예정이다.

제안 방법

시스템 구성은 삼상 다이오드 정류부와 풀브릿지 컨버터를 PIPO(Parallel Input Parallel Output) 방식으로 적용하였고 풀브릿지 컨버터 후단에 하프 브릿지 인버터를 적용하여 설계하였다. 또한 풀브릿지 컨버터의 후단에서 하나의 센서로 양의 주기와 음의 주기의 전류값을 센싱받으며, 하프브릿지 인버터의 스위치 동작에 따라 AC 모드와 DC 모드가 가능하게 설계하였다.
이에 본 논문에서는 자동화 용접 중 한 분야인 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding) 시스템에 관한 연구를 진행하였으며, 제안된 대용량 SAW 시스템은 50[kW]로 설계되었다. 시스템 구성은 삼상 다이오드 정류부와 풀브릿지 컨버터를 PIPO(Parallel Input Parallel Output) 방식으로 적용하였고 풀브릿지 컨버터 후단에 하프 브릿지 인버터를 적용하여 설계하였다. 또한 풀브릿지 컨버터의 후단에서 하나의 센서로 양의 주기와 음의 주기의 전류값을 센싱받으며, 하프브릿지 인버터의 스위치 동작에 따라 AC 모드와 DC 모드가 가능하게 설계하였다.
자동화 용접중 한 분야인 서브머지드 아크 용접은 미세한 플럭스 속에 전극 와이어를 넣어 아크를 발생시켜 아크열로 이들을 용융시켜 용접을 하는 방법이다. 이에 본 논문에서는 자동화 용접 중 한 분야인 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding) 시스템에 관한 연구를 진행하였으며, 제안된 대용량 SAW 시스템은 50[kW]로 설계되었다. 시스템 구성은 삼상 다이오드 정류부와 풀브릿지 컨버터를 PIPO(Parallel Input Parallel Output) 방식으로 적용하였고 풀브릿지 컨버터 후단에 하프 브릿지 인버터를 적용하여 설계하였다.
2차 정류부 전파 다이오드는 우형社의 DB2F200P6S를 사용하였고, 고주파 변압기는 중성점 탭을 사용하였다. 하프 브릿지 인버터의 스위치는 용접 시 아크와 출력 케이블에 의해 생기는 유도성 역기전력으로 인해 높은 써지 전압이 발생하므로 이를 고려 하여 SKM600GB126D를 병렬로 추가 연결하여 사용하였다.

대상 데이터

이 시스템의 정격 사양은 표 1에 나타내었으며, 이 시스템에서 사용되어진 3상 다이오드 정류부는 우형社의 MDS 100 15(1600V 100A)를 사용하였고 풀브릿지 컨버터의 스위치는 세미크론社의 SKM300GB125D을 사용하였다. 2차 정류부 전파 다이오드는 우형社의 DB2F200P6S를 사용하였고, 고주파 변압기는 중성점 탭을 사용하였다. 하프 브릿지 인버터의 스위치는 용접 시 아크와 출력 케이블에 의해 생기는 유도성 역기전력으로 인해 높은 써지 전압이 발생하므로 이를 고려 하여 SKM600GB126D를 병렬로 추가 연결하여 사용하였다.
본 논문에서 사용된 50[kW] SAW 시스템은 그림 1과 같이 PIPO 방식으로 구성되어진 3상 다이오드 정류부와 풀브릿지 컨버터와, 풀브릿지 컨버터의 출력부에서 하프브릿지 인버터로 구성되어진다. 이 시스템의 정격 사양은 표 1에 나타내었으며, 이 시스템에서 사용되어진 3상 다이오드 정류부는 우형社의 MDS 100 15(1600V 100A)를 사용하였고 풀브릿지 컨버터의 스위치는 세미크론社의 SKM300GB125D을 사용하였다.
본 논문에서 사용된 50[kW] SAW 시스템은 그림 1과 같이 PIPO 방식으로 구성되어진 3상 다이오드 정류부와 풀브릿지 컨버터와, 풀브릿지 컨버터의 출력부에서 하프브릿지 인버터로 구성되어진다. 이 시스템의 정격 사양은 표 1에 나타내었으며, 이 시스템에서 사용되어진 3상 다이오드 정류부는 우형社의 MDS 100 15(1600V 100A)를 사용하였고 풀브릿지 컨버터의 스위치는 세미크론社의 SKM300GB125D을 사용하였다. 2차 정류부 전파 다이오드는 우형社의 DB2F200P6S를 사용하였고, 고주파 변압기는 중성점 탭을 사용하였다.

후속연구

본 논문에서는 PIPO를 적용한 풀브릿지 컨버터의 출력에 듀티비와 주파수 변동이 가능한 하프 브릿지 인버터 토폴로지를 적용하여 시뮬레이션과 프로토타입을 제작하여 실험하였다. 향후 하프브릿지 인버터의 옵셋 제어와 실제 용접 상황을 모의하여 SAW 시스템에서 용접부까지 수십 미터의 케이블을 적용하여 성능을 검증할 예정이다.

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