전자기 성형 고전압 펄스 파워

규   격   서

2015. 03

목   차

1. 품명

2. 시제작품 개요

3. 시제작품 주요 구성품 및 사양

4. 납품

5. 설치공사

6. 성능보장

7. 기타

1. 품명

고강도 강판이나 알루미늄을 성형하거나 천공하기 위하여 500usec 이내의 펄스폭을 가지는 고전압 대전류 전원을 코일에 흐르게 하여 전자기력을 발생시키는 100kJ급의 전자기 성형 고전압 펄스 파워 시제제품을 위한 제안서임.

2. 시제작품 개요

1.1. 시제작품의 목표

전자기 성형 공정은 강한 전이 자기장을 가공하고자 하는 금속에 직접 작용시켜 금속을 변형시키는 가공 기술로 최근 난성형성 소재의 성형 및 이종 소재의 접합 등에 장점을 가지고 있어 관심이 높아지고 있으며, 기존의 스템핑, 하이드로포밍과 같은 성형 공정을 보조하는 공정으로 이용하여 자동차 부품에 적용하려는 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 특히 롤포밍 공정과 연계하여 자동차 멤버류 부품에 강성 비드를 성형할 수 있는 효율적인 연속 공정으로 각광을 받고 있다.

고강도 소재의 성형을 위한 롤포밍 공정과 연계한 전자기 성형 공정 개발을 위하여 3상 380V 교류전원을 100kJ(최대 120kJ)의 에너지로 변환하여 커패시터 에너지 뱅크에 충전할 수 있는 전자기 성형 용 고전압 펄스 파워가 필요하다. 외부로부터 입력되는 전원을 안정적인 240V, 40A 형태의 전원으로 변환하고, 최대 17kV까지 승압하기 위한 인버터, 승압트랜스, 직류 정류기를 설계, 제작 완료하는 것과 충전 전압의 높은 정밀도와 빠른 충전 속도를 위한 시스템 제어부를 설계 제작하고 작업자가 고전압에 노출되지 않는 안전한 구조로 외부 케이스 제작이 이루어져야 한다.

1.2. 시제작품의 구성

1) 정전압, 정전류 전원 공급 부

2) IGBT Driver 및 DC AC 인버터 부

3) 승압 트랜스 및 AC DC 정류 부

4) 펄스전원 시스템 제어 부

그림 1. 고전압 펄스 파워 내부 구성도

5) 펄스 파워 케이스

그림 2. 고전압 펄스 파워 도면

3. 시제작품 주요 구성품 및 사양

3.1 정전압, 정전류 전원 공급 부

3.1.1. 시스템 개요 및 사양

1) 3상 380V 교류전원을 입력받아 250V, 40A의 정전압, 정전류 전원을 공급한다.

2) 40A 이상의 과전류가 흐를때에는 알람 부저를 이용하여 외부로 알려준다.

3) 외부제어기능으로 시스템 제어부가 출력 전압과 전류를 제어할수 있다.

4) 정밀 가변저항으로 사용자가 원하는 전압과 전류를 출력할 수 있다.

3.1.2. 주요구성품

1) 최대 전압 : 250V

2) 최대 전류 : 40A

3) 자체제어, 외부제어용 변환 스위치

4) 전압 전류 외부 제어용 단자 : 0~5V 전압입력

3.2 IGBT Driver 및 DC AC 인버터 부

3.2.1. 시스템 개요 및 사양

1) 인버터장치를 직류전원을 교류전원으로 변환한다.

2) 인버터 구성은 Full Bridge 혹은 Half Bridge 형태로 구성하며, 고압 커패시터 뱅크에 충전되는 전압의 정밀도과 충전 시간을 고려하여 복합적으로 구성할수 있다.

3) AC 변환 효율의 최적화를 위한 주파수와 펄스폭에 적합한 IGBT Driver의 특성이 요구된다.

3.2.2. 주요구성품

1) IGBT Driver

- 입력전원 : ±15V

- 최대 응답속도 : 0.5us

- 최대절연 전압 : 2500Vrms

- 최대 출력전압 : 40V, 최대 출력전류 : 6A

2) 인버터장치

- 최대 전압 : 1200V, 최대 출력전류 : 100A

- 스위치 손실 에너지 : 16.7mJ

3.3 승압 트랜스 및 AC DC 정류 부

3.3.1. 시스템 개요 및 사양

1) AC로 변환된 정전압, 정전류 전원을 5kW급의 트랜스를 이용하여 17kV(최대 22kV)까지 선형적으로 가변하여 승압할 수 있다.

2) 승압된 전원을 고압 커패시터뱅크에 충전하기 위하여 DC전원으로 정류한다.

3.3.2. 주요구성품

1) 승압 트랜스 : 용량 5kW

2) 고전압 대전류 고속 다이오드

- 최대순전압 : 28,000V x 4EA, 최대역전압 : 28,000V x 4EA,

- 최대순전류 : 6.0A, 최대피크전류 : 300A

- 최대 역회복시간 : 500ns

3.4 펄스 파워 제어 부

3.4.1. 시스템 개요 및 사양

1) 고전압 펄스 파워 전체 시스템을 제어한다.

2) 특히, 작업자가 설정한 전압에 정밀도 ±5%를 가지도록 PWM 제어 모듈과 IGBT Driver를 이용하여 커패시터 뱅크에 에너지를 충전할수 있도록 한다.

3) 리모트 장치의 7인치 LCD와 RS-232 혹은 RS-422 통신을 이용하여 작업자가 실시간으로 충전되는 전압을 모니터링 할수 있으며, 충전, 트리거, 방전의 일련과정을 수동, 자동으로 제어할 수 있도록 한다.

4) 커패시터 뱅크에 있는 4개의 콘덴서를 선택적으로 충전하고 각 콘덴서의 충방전 횟수를 기억하여 콘덴서의 성능향상을 할수 있도록 한다.

5) 코일을 포함하는 기구물 부분에서 스위치 신호가 발생되면 자동으로 충전, 트리거, 방전을 수행하고 수행 완료 후에는 접점신호를 출력하여 완료되었음을 알려준다.

6) 커패시터 뱅크에 고전압이 충전될 때, 트리거될 때에는 전광등과 부저를 이용하여 작업자에게 경고를 알려주고, 방전이 완료될 때까지 경고를 열려준다.

3.4.2. 주요구성품

1) 시스템 제어용 16Bit MCU - dsPIC33FJ급

2) 고전압 피드백 절연 앰프 - ±2,000Vpk 절연 전압

3) 정전압, 정전류 전원장치의 외부 제어용 신호 출력용 절연 앰프

- ±3,500Vpk 절연 내압을 가지며 20kHz의 밴드폭을 가짐.

4) 콘덴서 선택 충전용 제어신호

- 최대전압 30VDC, 최대전류 3A

- 최대접점동작횟수 200,000회

5) 7인치 LCD와의 통신을 위한 부분

- 최대절연전압 : ±15kV

- 최대속도 : 250kbit/s

3.5 고전압 펄스 파워 케이스

3.5.1. 시스템 개요 및 사양

1) 입력된 380V 전원을 17kV(최대 22kV)로 변환하여 출력하는 만큼 작업자의 안정성을 우선으로 하여 설계, 제작한다.

3.5.2. 주요구성품

1) Dimension : H1900 x W750 x D900

2) Weight : 300kg

4. 납품

- 계약 후 90일 이내 (시운전 포함) 납품하여야 한다.

- 납품장소는 당 연구소에서 지정한 장소로 한다.

- 제작 현장에서 사양 성능에 대한 자체 검사를 완료한 후 당연구소에 입고 및

설치가 진행되어야 한다.

- 납품 시 해당 설비에 대한 사용자 교육을 병행 실시하여야 한다.

5. 설치 공사

- 설치 시 당연구소와 사전에 협의하여 기존 장치에 간섭이 없이 설치를 하여

야 하며 작업자의 공간을 확보 할 수 있어야 한다.

6. 성능 보장

-  장비의 무상 보증기간은 검수 후 12개월로 한다.

-  보증 기간 중 설계 및 제작상의 하자로 인한 고장 또는 성능 저하 시 납품

자의 부담으로 즉시 제반의 조치를 취하여 정상화 시켜야 한다.

7. 기 타

-  설비 검수 후 불합격 판정 시 반출 및 재 납품 하여야 하며 이에 대한 불이익은 납품자가 진다.

- 입찰참가자는 연구소에서 추가로 기술검토 관련 자료 요청, 현장 방문 요청 시 성실히 응하여야 한다.