极性感测焊丝馈送器系统和方法

文档序号:3111444
极性感测焊丝馈送器系统和方法
【专利摘要】焊丝馈送器包括被构造成朝向焊接应用驱动焊丝的焊丝馈送驱动器和被耦合到且被构造成控制焊丝馈送驱动器的送丝控制电路。焊丝馈送器包括:被构造成经由具有限定极性的输入连接从焊接电源接收极化输入功率并将该极化输入功率转换成焊接输出的功率转换电路;被构造成在被连接到输入连接时检测极化输入功率的极性的感测电路;以及焊接过程控制电路。该焊接过程控制电路被耦合到功率转换电路和感测电路。所述焊接过程控制电路被构造成只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率。
【专利说明】极性感测焊丝馈送器系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年6月8日提交的题为“POLARITY SENSING WELDING WIREFEEDER SYSTEM AND METHOD (极性感测焊丝馈送器系统和方法)”的美国临时申请序号61/657,481的优先权和权益,该专利申请出于一切目的被通过引用整体地结合到本文中。

【背景技术】
[0003]本发明总体上涉及焊接系统,并且更具体地涉及极性感测焊丝馈送器系统和方法。
[0004]焊接系统支持多种过程,诸如金属惰性气体(MIG)焊接、钨极隋性气体(TIG)焊接、粘焊等,其可在诸如恒流或恒压之类的不同模式下操作。诸如锅炉维修、造船厂作业、建筑等某些焊接应用可将焊接部位或工件定位于与焊接电源相距远距离处。
[0005]电源电缆从焊接电源向焊炬供应极化输入功率。焊炬和工件具有不同的极性。对于某些焊接应用而言可能期望焊炬带正电,而对于其他焊接应用而言可能期望焊炬带负电。遗憾的是,电源电缆可能被错误地与不正确的极性耦合。


【发明内容】

[0006]下面概述在范围方面与最初要求保护的发明等同的某些实施例。这些实施例并不意图限制要求保护的发明的范围,而是这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。事实上,本发明可涵盖多种形式,其可类似于或不同于下面所阐述的实施例。
[0007]在一个实施例中,焊丝馈送器包括被构造成朝向焊接应用驱动焊丝的焊丝馈送驱动器和被耦合到焊丝馈送驱动器的送丝控制电路。送丝控制电路还被构造成控制焊丝朝向焊接应用的驱动。焊丝馈送器还包括功率转换电路、感测电路以及焊接过程控制电路。功率转换电路被构造成经由具有限定极性的输入连接从焊接电源接收极化输入功率并将该极化输入功率转换成焊接输出。感测电路被构造成在被连接到所述输入连接时检测极化输入功率的极性。该焊接过程控制电路被耦合到功率转换电路和感测电路。所述焊接过程控制电路被构造成只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率。
[0008]在另一实施例中,焊接系统包括:被构造成提供极化输入功率的焊接电源;和焊丝馈送器,该焊丝馈送器被构造成经由电源电缆而耦合到焊接电源且远离焊接电源定位并经由电源电缆接收极化输入功率。焊丝馈送器包括被构造成朝向焊接应用驱动焊丝的焊丝馈送驱动器和被耦合到焊丝馈送驱动器的送丝控制电路。送丝控制电路还被构造成控制焊丝朝向焊接应用的驱动。焊丝馈送器还包括功率转换电路、感测电路以及焊接过程控制电路。功率转换电路被构造成经由具有限定极性的输入连接从焊接电源接收极化输入功率并将该极化输入功率转换成焊接输出。感测电路被构造成在被连接到所述输入连接时检测极化输入功率的极性。该焊接过程控制电路被耦合到功率转换电路和感测电路。所述焊接过程控制电路被构造成只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率。
[0009]在另一实施例中,操作焊丝馈送器的方法包括在具有限定极性的输入连接处从电源接收极化输入功率并检测极化输入功率的极性。操作焊丝馈送器的方法还包括只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率并向被耦合到焊丝馈送器的焊炬提供焊丝。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]当参考附图来阅读以下详细描述时,本发明的这些及其他特征、方面以及优点将得到更好的理解,在所述附图中相同的附图标记遍及各图表示相同部分,并且在所述附图中:
[0011]图1是根据本公开的各方面的具有焊接电源和高级过程送丝器的焊接系统的框图;
[0012]图2是图1的高级过程送丝器的实施例的框图;
[0013]图3是根据本公开的各方面的高级过程送丝器的正面立体图;
[0014]图4是图3的高级过程送丝器的实施例的顶视图;
[0015]图5是根据本公开的各方面的采用功率转换电路、继电器电路、感测电路以及送丝组件的高级过程送丝器的实施例的框图;
[0016]图6是图5的继电器电路的实施例的示意图;
[0017]图7是用于使用高级过程送丝器来产生受控波形输出的过程的实施例的流程图;
[0018]图8是用于感测被供应给高级过程送丝器的输入功率的极性的过程的实施例的流程图;
[0019]图9A是用于对高级过程送丝器的继电器电路进行致动的过程的实施例的流程图的第一部分;
[0020]图9B是用于对高级过程馈送器的继电器电路进行致动的过程的图9A的流程图的第二部分;
[0021]图10是用于调整高级过程送丝器的功率转换电路的过程的实施例的流程图;
[0022]图11是总线电压、输入电流、输出电压和输出电流相对于时间的图表;
[0023]图12是总线电压、输入电流、输出电压和输出电流对比时间的另一图表;
[0024]图13是用于在部件到焊接电源的运行或连接期间控制功率到诸如送丝器或悬挂件之类的焊接部件的施加的示例性电路的图;
[0025]图14是用于控制到焊接悬挂件的合闸电流的示例性电路的略微更详细的图;以及
[0026]图15是用于控制到焊丝馈送器的合闸电流的示例性电路的类似详图。

【具体实施方式】
[0027]图1是对焊接应用进行供电的焊接系统10的实施例的框图。如图所示,焊接系统10包括焊接电源12和耦合焊炬14。焊接电源12向焊炬14供应输入功率。焊炬14可以是基于期望的焊接应用而被构造成用于粘焊、钨极隋性气体(TIG)焊接或气体金属极弧焊(GMAff)的焊炬。在某些实施例中,焊接电源12向被耦合到焊炬14的悬挂件16供应输入功率,该焊炬14被构造成用于粘焊和TIG焊接。操作员供应用于粘焊或TIG焊接的填料金属(如果有的话)。可将悬挂件16构造成控制电源12和/或将焊接参数通知给操作员。在其他实施例中,焊接电源12向标准送丝器18供应输入功率。标准送丝器18向被构造成用于GMAW焊接或焊剂芯弧焊(FCAW)的焊炬14供应输入功率和填充金属。在某些实施例中,焊接电源12向高级过程送丝器20供应输入功率。高级过程送丝器20被构造成将焊接电源12的输入功率转换成焊接输出。在某些实施例中,高级过程送丝器20的焊接输出可以是受控波形焊接输出。受控波形焊接输出包括适合于脉冲焊接过程或短路焊接过程的焊接输出。
[0028]焊接电源12被耦合到交流(AC)源22,诸如供应初级功率的电网或引擎驱动发电机。焊接电源12可将初级功率处理成经由电源电缆24而被供应给焊炬14的输入功率。在某些实施例中,电源电缆24包括第一端子26和第二端子28,其中,一个端子具有正极性且另一个具有负极性。功率转换电路30将AC电流转换成作为直流(DC)或AC的输入功率。功率转换电路30可包括能够按照焊接系统12的需求的规定对功率进行转换的电路元件,诸如变压器、开关、升压转换器、逆变器等。在某些实施例中,功率转换电路30被构造成将初级功率转换成近似80V DC输入功率以对悬挂件16、标准送丝器18以及高级过程送丝器20进行供应。输入功率可在约50至120V DC之间。
[0029]焊接电源12包括控制电路32和操作员接口 34。控制电路32控制焊接电源12的操作,并且可从操作员接口 34接收输入,通过该操作员接口,操作员可选择焊接过程(例如,粘焊、TIG、MIG)并输入该输入功率的期望参数(例如,电压、电流、特定脉冲或非脉冲焊接体系等)。可将控制电路32构造成接收并处理关于系统12的性能和需求的多个输入。控制电路102可包括易失性或非易失性存储器,诸如ROM、RAM、磁存储器、光存储器或其组合。另外,可将多种控制参数连同代码一起存储在存储器中,所述代码被配置成在操作期间提供特定输出(例如,使极性反向、预充电电容器、使气体能够流动等)。
[0030]焊接电源12可包括被耦合到控制电路32的极性反向电路36和通信电路38。极性反向电路36在被控制电路32引导时使第一和第二端子26、28的极性反向。例如,当电极具有称为DC电极负(DCEN)的负极性时,诸如TIG焊接之类的某些焊接过程可启用期望的焊接。当电极具有称为DC电极正(DCEP)的正极性时,诸如粘焊或GMAW焊接之类的其他焊接过程可启用期望的焊接。当在TIG焊接过程与GMAW焊接过程之间切换时,可将极性反向电路36构造成使极性从DCEN反向成DCEP。操作员可手动地使极性反向,或者控制电路32可引导极性反向电路36响应于通过通信电路38接收到的信号而使极性反向。通信电路38被构造成与焊炬14、悬挂件16、标准送丝器18、高级送丝器20和/或被耦合到电源电缆24的其他设备通信。在某些实施例中,通信电路38被构造成通过用来供应输入功率的焊接电源电缆24而发送和/或接收命令和/或反馈信号。在其他实施例中,将通信电路38构造成与另一设备进行无线通信。
[0031]包括悬挂件16、标准送丝器18以及高级过程送丝器20的设备通过输入端子40来接收输入功率,该输入端子40被构造成与电源电缆24的第一和第二端子26、28親合。在某些实施例中,第一端子26被构造成与输入端子40相连且第二端子28被构造成与被親合到工件44的夹持件42相连。在某些实施例中,输入端子40具有带限定极性的输入连接,该输入连接被构造成耦合到相同极性的各第一和第二端子26、28,并且夹持件42耦合到悬挂件16或送丝器18。高级过程送丝器20被构造成用输入端子40而耦合到第一和第二端子26、28,并且夹持件42被耦合到高级过程送丝器20。
[0032]对于某些焊接过程(例如,TIG、GMAW)而言,在焊接期间利用保护气体。在某些实施例中,如短划线中所示,焊接电源12包括被构造成控制来自气源48的气流的一个或多个气体控制阀46。气体控制阀46可由控制电路32控制。可将焊接电源12耦合到一个或多个气源48,这是因为某些焊接过程可利用与其他不同的保护气体。在某些实施例中,焊接电源12被构造成经由组合输入电路50来为气体供应输入功率。在其他实施例中,气体控制阀46和气源48可与焊接电源12分离。例如,可将气体控制阀46设置在标准或高级送丝器18、20内。图1中所示的标准和高级送丝器18、20被耦合到被构造成向焊接应用供应气体和焊丝54的GMAW焊炬52。
[0033]图2图示出用于将输入功率转换成受控波形焊接输出的高级过程送丝器20的实施例的框图。高级过程送丝器20通过被耦合到过程电路56的输入端子40而从焊接电源接收输入功率。在某些实施例中,用长电源电缆远离焊接电源来操作高级过程送丝器20。过程电路56可包括诸如继电器电路、电压和电流感测电路、功率储存电路等能够感测并控制由高级过程送丝器20接收的输入功率的电路。过程电路56向功率转换电路58传送输入功率。
[0034]功率转换电路58被构造成将来自焊接电源的输入功率转换成适合于执行焊接应用的焊接输出。功率转换电路58可包括诸如升压转换器、降压转换器、内部总线、总线电容器、电压和电流传感器等能够将输入功率转换成焊接输出的电路元件。在某些实施例中,由高级过程送丝器20接收到的输入功率是在大约20V至120V、大约40V至100V或大约60V至80V之间的DC电压。参考输入功率所使用的术语大约可意指在5伏内或期望电压的百分之十内。可将功率转换电路58构造成将输入功率转换成受控波形焊接输出,诸如脉冲焊接过程或短路焊接过程(例如,调节金属沉积(RMD?))。设置在高级过程送丝器20内的功率转换电路58在没有来自焊接电源与高级过程送丝器20之间的电源电缆的衰减的情况下供应用于焊接应用的焊接输出。这增加了供应给焊炬的受控波形焊接输出的响应时间和准确度。增加受控波形焊接输出的响应时间可确保在焊接期间的指定时间向焊炬供应期望的焊接输出波形。例如,RMDTM焊接过程利用具有在短路周期内的指定时间点改变的电流波形的受控波形焊接输出。增加受控波形焊接输出的响应时间还可改善波形脉冲的时序以产生期望焊接。
[0035]在某些实施例中,将功率转换电路58构造成向送丝组件60提供焊接输出。送丝组件60向焊炬供应焊丝54以用于焊接操作。送丝组件60包括诸如线轴、送丝驱动器、驱动辊以及送丝控制电路的元件。送丝组件60沿着焊接电缆62向焊炬馈送焊丝54。通过被耦合到焊炬的焊接电缆62和/或被耦合到工件的工作电缆64来供应焊接输出。
[0036]高级过程送丝器20的当前设想实施例具有过程操作员接口 66和控制操作员接口68以用于控制焊接系统的参数。过程操作员接口 66被耦合到过程电路56以用于通过焊丝尺寸、焊丝类型、材料以及气体参数的选择进行的焊接过程(例如脉冲、短路、FCAW)的操作员选择和调整。过程操作员接口 66被耦合到送丝组件60以用于控制向焊炬供应焊丝54。控制操作员接口 68被耦合到过程电路56以调整用于焊接应用的电压、安培数、送丝速度以及弧长。在某些实施例中,过程操作员接口 66和控制操作员接口 68是单独接口,每个均具有各自的控制电路。另选地,过程操作员接口 66和控制操作员接口 68可具有公共控制电路和/或形成公共控制和过程操作员接口。过程操作员接口 66和/或控制操作员接口 68可包括易失性或非易失性存储器(诸如ROM、RAM)、磁存储器、光存储器或其组合。另外,可将多种参数连同代码一起存储在存储器中,该代码被配置成在操作期间提供用于默认参数的特定输出。
[0037]过程接口 66被构造成接收输入,诸如焊丝材料(例如,钢、铝)、焊丝类型(例如,实心、有芯)、焊丝直径、气体类型等。在接收到输入时,过程电路56被构造成确定用于焊接应用的受控波形焊接输出。例如,过程电路56至少部分地基于通过过程接口 66接收到的输入来确定用于受控波形焊接输出过程的脉宽、相对脉冲振幅和/或波形。送丝组件60可被构造成基于接收到的输入基于存储在存储器中的代码或指令来供应焊丝54。送丝组件60被耦合到过程操作员接口 66和控制操作员接口 68以便控制供应为用于焊接操作的焊丝54。送丝组件60至少部分地基于经由过程操作员接口 66或操作员接口 68而接收到的操作员输入来调整参数以便向焊炬供应焊丝54。控制操作员接口 68被构造成接收用于参数的操作员输入,所述参数诸如为安培数、电压、极性、送丝速率、弧长、过程类型(例如,RMD?、脉冲焊接)等。在某些实施例中,控制操作员接口被构造成在不影响受控波形焊接输出的形状的情况下调整受控波形焊接输出的功率。过程电路56至少部分地基于经由控制操作员接口 68接收到的操作员输入而调整功率转换电路58和送丝组件60。在某些实施例中,耦合到过程电路56的通信电路70被构造成通过用来提供输入功率的电源电缆而发送和接收命令和/或反馈信号。通信电路70使得过程操作员接口 66和/或控制操作员接口 68能够控制焊接电源。例如,过程操作员接口 66和/或控制操作员接口 68可被构造成控制由焊接电源供应的输入功率的安培数、电压或其他参数。在某些实施例中,过程电路56在不限于在操作员接口 34(图1)上设定的参数的情况下远离焊接电源而控制焊接电源。也就是说,过程电路56和通信电路70使得操作员能够以等同于焊接电源的操作员接口 34的控制优先级通过高级过程送丝器20而远程地控制焊接电源。
[0038]高级过程送丝器20的某些实施例包括用于沿着气体管线74向焊炬提供气体的阀门组件72。阀门组件72可由如短划线控制线所示的过程电路56和/或送丝组件60控制。例如,可将阀门组件72构造成在焊接应用之前和之后向焊炬供应气体。在某些实施例中,阀门组件72被构造成在从过程操作员接口 66或控制操作员接口 68接收到净化命令时净化气体管线74。
[0039]图3图示出设置在外壳76中的高级过程送丝器20的实施例的正面立体图,该外壳76具有与控制操作员接口 68分离的过程操作员接口 66。在某些实施例中,高级过程送丝器20被设置在外壳76中,外壳76具有外壳底座78和外壳盖80以在外壳76被关闭时针对操作环境而屏蔽送丝组件60。外壳76可以是基本上便携式的(例如,手提箱式馈送器)并被构造成用于到远离焊接电源的焊接应用的手动操作员传送。为了明了起见而用短划线示出了外壳盖80以示出设置在该外壳内的送丝组件60的实施例。
[0040]可如图3中所示地将控制操作员接口 68设置在外壳76外面。控制操作员接口68可包括一个或多个拨号盘82、一个或多个显示器84以及一个或多个按钮86。在某些实施例中,可将拨号盘82构造成调整输入功率或焊接输出的电压和/或安培数、焊丝速度或弧长或其组合。一个或多个按钮86可使得操作员能够选择先前存储在存储器中的过程类型、操作员偏好或过程参数或其组合。控制操作员接口 68可使得能够实现存储在存储器中的过程参数的操作员选择,诸如用于所选的受控波形焊接过程的先前选择安培数和焊丝速度。可将显示器84构造成显示已调整的过程参数和/或所选择的过程类型(例如RMD?、脉冲焊接、FCAW, MIG)。在某些实施例中,可将一个或多个显示器84、灯或其他设备构造成提供操作员可感知通知以通知操作员所耦合的电源电缆的极性是否对应于各输入端子40。
[0041]高级过程送丝器20的实施例包括设置在外壳76内以对送丝驱动器90进行供应的焊丝54的一个或多个线轴88。焊丝54被牵拉通过送丝驱动器90和输出端子91而被拉到焊接电缆62。在某些实施例中,气体管线74可如图所示地位于焊接电缆62内。工作电缆64被親合到输出端子91。
[0042]图4图示出具有设置在外壳76内的过程操作员接口 66的高级过程送丝器20的实施例的顶视图。过程操作员接口 66可包括一个或多个按钮92和一个或多个指示器94以接收和显示焊丝和材料参数。在某些实施例中,可将过程操作接口 66可构造成接收气体参数。可将过程操作员接口 66的一个或多个按钮92构造成接收输入,所述输入诸如为焊丝材料(例如,钢、铝)、焊丝类型(例如,实心、有芯)、焊丝直径、气体类型等。在某些实施例中,可不如通过控制操作员接口 68的控制参数那么频繁地调整焊丝和/或气体参数。例如,可将过程操作员接口 66设置于在焊接期间常闭的外壳内。作为另一示例,可主要在改变焊丝54的线轴88时调整过程操作员接口 66。指示器94可包括显示器、灯或被构造成提供指示所选焊丝和/或气体参数的操作员可感知通知的其他器件。送丝驱动器90的两个或更多个驱动轮98被构造成沿着焊接电缆62指引焊丝54通过输出端子91。
[0043]图5图示出具有过程电路56、功率转换电路58以及送丝组件60的高级过程送丝器20的实施例的框图。可将高级过程送丝器20的实施例耦合到具有电感100的长电源电缆24。如可感知的,电源电缆24可以是常规电源电缆24。如上文所讨论的,高级过程送丝器20可远离焊接电源定位。例如,可将高级过程送丝器20设置在距离焊接电源12大约30至200英尺、大约50至150英尺或大约100至150英尺之间。在某些实施例中,远程定位的高级过程送丝器可位于与焊接电源12不同的建筑物、结构或房间中。电感100可在使用期间随着电源电缆24被盘绕、延伸和移动而改变。
[0044]功率转换电路58被构造成从电源电缆24接收输入功率并将该输入功率转换成焊接输出。功率转换电路可在不考虑电源电缆24的电感100的情况下将输入功率转换成焊接输出。过程控制电路102至少部分地基于从过程操作员接口 66和/或控制操作员接口68接收到的参数而控制功率转换电路58。过程控制电路102控制升压转换器104和降压转换器106以将输入功率转换成焊接输出。可在升压转换器104与降压转换器106之间设置内部总线108。在本文中为了明了起见而仅讨论一个升压转换器104和降压转换器106,然而,功率转换电路58的其他实施例可具有一个或多个升压转换器104和/或一个或多个降压转换器106。升压转换器104和降压转换器106被构造成将输入功率转换成适合于受控波形焊接过程的焊接输出,诸如对于RMDTM和脉冲焊接过程而言。
[0045]升压转换器104从输入端子40接收DC电压且递升或增加供应给降压转换器106的总线功率的DC电压。如可认识到的,升压转换器104使用开关(例如,FET)将来自焊接电源的DC输入功率转换成基本上脉冲递升电压DC总线功率以断开和闭合升压电路。DC总线功率的递升电压至少基于开关的占空比。改变开关的占空比影响向内部总线108供应递升电压DC总线功率时的时序。通过控制升压转换器104的开关,过程控制电路102可调整DC总线功率的时序、电压以及安培。
[0046]降压转换器106接收递升电压DC总线功率并将DC电压递减或减小以控制焊接输出的安培数。如可认识到的,降压转换器106使用开关(例如,FET)将脉冲的递升电压DC总线功率转换成脉冲、递减电压DC焊接输出以断开和闭合降压电路。如升压转换器104的情况一样,改变降压转换器106的开关的占空比影响向焊炬供应递减电压DC焊接输出时的时序。在某些实施例中,可将多个降压转换器106并联地耦合到内部总线108并单独地控制以影响对焊接输出的改变(例如,脉冲)的时序和振幅。通过控制降压转换器106的开关,过程控制电路102可调整DC焊接输出的时序、电压以及安培数。控制电路102被构造成控制升压和降压转换器104、106的开关以基于操作员选择焊接过程(例如,RMD?、脉冲焊接、FCAW、MIG)而动态地调整供应给焊炬的DC焊接输出的电压和/或安培数。在某些实施例中,过程控制电路102被构造成基于输入功率、总线功率或焊接输出或其组合的感测参数来控制升压转换器104和/或降压转换器106。例如,控制电路102可基于焊接输出的感测参数来控制升压转换器104以控制跨过内部总线108的电压。
[0047]在某些实施例中,可将功率储存电路(例如,总线电容器110)设置在内部总线108上。总线电容器110可针对在任何时间到功率转换电路58中的输入功率与来自功率转换电路58的焊接输出之间的差而部分地保护升压转换器104和/或降压转换器106。如上文所讨论的,被升压转换器104转换的总线功率指向内部总线108,然后是降压转换器106。可将总线电容器110构造成储存总线功率直至其被降压转换器106接收到。储存和放出总线电容器10中的相对大量的功率可将总线电容器加热。可将由升压转换器104供应的总线功率与由降压转换器106去除以转换成焊接输出的总线功率之间的电压差测量为电压纹波。减小电压纹波的量值可改善焊接质量和/或保持总线电容器110的温度。总线电容器110的尺寸和电容可基于电压纹波的量值,其至少部分地影响升压转换器104和降压转换器106。总线电容器110可部分地使电压纹波衰减和/或延迟。
[0048]在某些实施例中,过程控制电路102被构造成至少部分地基于输入功率和焊接输出的感测参数来控制升压转换器104和降压转换器106的占空比以减小总线电容器110的电压纹波。在第一和第二连接112、114处由感测电路116通过输入传感器118来感测输入功率的电流和电压。感测电路116通过总线传感器120感测跨过总线电容器110在内部总线108处的电流和电压,并通过输出传感器122而感测焊接输出的电流和电压。过程控制电路102可至少部分地基于焊接输出、输入功率或总线功率或其组合的感测参数(例如,电压、电流)来驱动升压转换器104和降压转换器106。例如,感测电路116可用焊接输出传感器122来感测焊接输出的电压和电流并用输入传感器118和总线传感器120来感测输入功率和总线功率的电压。在某些实施例中,过程控制电路102被构造成确定焊接输出电流和电压的乘积(即,功率)和功率转换电路58的损耗,确定该损耗与该乘积的和,用该和除以输入电压以确定期望总线电流,并驱动升压转换器104以控制总线电流。升压转换器104可将总线电流控制为期望总线电流以使到内部总线108中的总线功率与从内部总线108去除的焊接输出基本上匹配。电源电缆24的电感100延迟从焊接电源到内部总线108中的电流流动。基于输入传感器118和/或总线传感器120而不是焊接电源处的输入功率的电流和电压来控制升压转换器104减小了总线电容器110上的电压纹波。基于输入传感器118和/或总线传感器120来控制升压转换器104减少或消除了电感100对焊接输出的影响。在某些实施例中,过程控制电路102被构造成控制升压和降压转换器104、106以至少在降压转换器106将总线功率转换成适合于受控波形焊接过程(例如,脉冲焊接、短路焊接)的焊接输出的同时减小内部总线108上的电压纹波。
[0049]可将过程控制电路102构造成通过调整用于升压和降压转换器104、106内的开关的占空比的控制信号的时序来减小电压纹波。通过调整控制信号的时序,可将过程控制电路102构造成使焊接输出电压和电流的脉冲(例如,相位)与输入功率的输入电流的脉冲大体上对准。过程控制电路102可调整来自升压转换器104和/或降压转换器106的相对时序(例如,相移、时间提前、时间延迟)信号脉冲以减小电压纹波。减小内部总线108上的电压纹波可使得总线电容器110能够更小、更轻、更凉、更高效、更廉价或其组合。可将过程控制电路102构造成将电压纹波调谐至用于电源电缆24的任何电感100的最小值。这样,电感100可在不影响内部总线108上的电压纹波和/或来自降压转换器106的焊接输出的情况下在焊接系统的操作期间或在焊接操作之间改变。
[0050]沿着被耦合到输入端子40的电源电缆24从焊接电源接收输入功率。在某些实施例中,输入端子40具有第一输入连接112和第二输入连接114,其具有各自的限定极性。如上文所讨论的,第一和第二端子26、28具有正和负极性,因此将输入功率极化。在某些实施例中,感测电路116被构造成使用输入传感器118来检测供应给第一和第二输入连接112、114的极化输入功率的极性。可将感测电路116构造成检测第一和第二端子26、28的极性与第一和第二输入连接112、114的限定极性之间的失配。可将被耦合到感测电路116的过程控制电路102构造成只有当所检测的输入功率极性对应于第一和第二输入连接112、114的限定极性时才向功率转换电路58提供极化输入功率。可将高级过程送丝器20构造成供应用于特定焊接应用的极化焊接输出。切换第一和第二端子26、28的极性、使得端子26、28并不对应于第一和第二输入连接112、114可将电源电缆62和工作电缆64的极性从DCEN切换至DCEP或从DCEP至DCEN。
[0051]在某些实施例中,高级过程送丝器20被构造成将开关的极性和/或输入功率的极性自动地通知给操作员。例如,可将过程操作员接口 66和/或控制操作员接口 68构造成如果极化输入功率的极性并不对应于第一和第二输入连接112、114的限定极性,则提供操作员可感知通知。可将通信电路构造成通过到焊接电源的电源电缆来发送和接收命令和/或反馈信号。通信电路发送指示输入连接的极性之间的失配的信号,使得焊接电源可提供极性的操作员可感知通知和/或使输入功率的极性反向。在某些实施例中,焊接电源的极性反向电路36 (图1)基于信号而使极化输入功率的极性反向,使得极化输入功率的极性对应于第一和第二输入连接112、114的限定极性。
[0052]感测电路116还被构造成用总线传感器120来测量内部总线108的电流和/或电压并用焊接输出传感器122来测量焊接输出的电流和/或电压。过程控制电路102通过感测电路116来监视输入传感器118、总线传感器120以及焊接输出传感器122。在检测到极化输入功率和/或焊接输出在阈值范围之外的变化值时,过程控制电路102可断开继电器电路124以中断极化输入功率到焊丝馈送器20的操作部件的提供。操作部件可包括但不限于功率转换电路58、焊丝馈送驱动器90或送丝控制电路或其任何组合。该阈值范围具有最大阈值(例如,大约80VU00VU20V或以上)和最小阈值(例如,大约20V、25V或30V)。在极化输入功率和/或焊接输出在阈值范围内时操作功率转换电路可增加转换的稳定性或一致性。例如,在继电器电路124下游的短路可引起跨过内部总线108的电压下降和/或焊接输出的电压下降。断开继电器电路124可至少保护继电器电路124由于下游短路而引起的过多输入功率。继电器电路124可包括诸如闭锁继电器、非闭锁继电器、固态开关等电路元件。继电器电路124被构造成闭合以提供输入功率并断开以中断给功率转换电路58的输入功率。在某些实施例中,功率储存电路可提供功率以断开继电器电路124并中断输入功率。功率储存电路可包括辅助电源126和/或内部总线108上面的总线电容器110。
[0053]继电器电路124的当前设想实施例包括在第一和第二继电器结点132、134处并联地耦合的功率继电器128和旁路电路130。功率继电器128可以是被构造成在闭合时沿着第一电流路径129载送高安培数DC的闭锁继电器或非闭锁继电器。闭锁继电器可以比具有相同电流容量的非闭锁继电器更小且更轻。在某些实施例中,功率继电器128可以是由德国Wehingen的Gruner制造的753型继电器。旁路电路130可包括但不限于驱动电路、电压钳制器件(例如,金属氧化物电阻器)以及可对来自驱动电路的驱动信号进行响应的一个或多个开关。所述一个或多个开关被构造成在闭合时沿着第二电流路径131载送电流。可将电压钳制器件构造成响应于跨过继电器电路124的电压峰值(例如,快速增加或减小)而对跨过第一和第二继电器结点132、134的电压进行钳制。电压峰值可促使大的电流沿着第一和/或第二电流路径129、131流动。可将电压钳制器件构造成耗散储存在电源电缆24的电感100中的一些能量。在某些实施例中,旁路电路130可包括至少一对开关以在第一和第二端子26、28的极性并不对应于耦合第一和第二端子112、114的各自限定极性的情况下保护驱动电路。旁路电路130还可包括并联地耦合到功率继电器128以提供期望载流容量(诸如高安培数DC输入功率)的多个固态开关(例如,晶体管)。驱动电路可以是过程控制电路102或由过程控制电路102控制的单独电路。
[0054]过程控制电路102被构造成向功率继电器128施加信号以断开和闭合功率继电器128,并向旁路电路130施加信号以与断开和闭合功率继电器128相配合地断开和闭合旁路电路130。在某些实施例中,基本上同时地施加用于断开和闭合功率继电器128及断开和闭合旁路电路130的信号。可将旁路电路130构造成在短时间内沿着到功率转换电路58的第二电流路径131载送输入功率的一小部分,以减小在该短时间内沿着通过功率继电器128的第一电流路径129载送的输入功率的其余部分。在被闭合时,旁路电路130的开关被构造成减小跨过功率继电器128的电流以使得功率继电器128能够在不起弧和/或使用磁性灭弧的情况下断开或闭合。在过程控制电路102用信号通知功率继电器128断开或闭合之后,过程控制电路102用信号通知旁路电路130的开关断开以中断沿着第二电流路径131的那部分输入功率。可将旁路电路130的开关构造成在功率继电器128被断开或闭合的同时在短时间内沿着第二电流路径131载送输入功率。
[0055]闭合功率继电器128以在焊接期间向功率转换电路58提供输入功率。在某些实施例中,被耦合到感测电路116的过程控制电路102被构造成监视输入功率的电压和跨过内部总线108的电压。控制电路102被构造成至少部分地基于输入电压或跨过内部总线108的电压的下降而断开功率继电器128,该下降指示在继电器电路124下游的短路。过程控制电路102可用储存在功率储存电路(诸如辅助电源126或总线电容器110)中的功率对功率继电器130进行致动。例如,过程控制电路102可使功率储存电路放电以对线圈供电以断开或闭合功率继电器128。
[0056]在某些实施例中,可在焊接电源提供适合于到焊接输出的转换的输入功率之前对功率储存电路充电。可用处于初始水平的接收输入电流对内部总线108上的功率储存电路(例如,总线电容器110)充电。在某些实施例中,过程控制电路102向焊接电源传送预充电信号以将输入功率的输入电流减小至初始水平。感测电路116可用总线传感器120来感测功率储存电路的电荷。在某些实施例中,过程控制电路102可起动到焊接电源的信号以基于输入功率电压与跨过内部总线108的电压之间的比差而将输入电流增加至更大水平。在某些实施例中,过程控制信号在第一电流路径129被闭合且第二电流路径131被断开之后以更大的水平接收输入电流。首先在初始水平接收输入电流且然后在更大水平接收输入电流使得高级过程送丝器20的分阶段初始化能够减小由过程控制电路102和/或功率转换电路58抽取的合闸电流和输入功率。例如,过程控制电路102可在总线电压为输入功率电压的大约50 %、75 %或100 %时发起到焊接电源的信号。在某些实施例中,经由通信电路70和电源电缆24将信号发送到焊接电源。
[0057]升压转换器104与降压转换器106之间的总线电容器110可执行高级过程送丝器20内的多个功能。总线电容器110可储存功率以断开或闭合继电器电路124,从而中断到操作部件的输入功率流动(例如,功率转换电路58、送丝驱动器90、送丝控制电路136)。过程控制电路102可基于总线电容器110和/或输入连接112、114的电压而断开或闭合继电器电路124。过程控制电路102还可至少部分地基于总线电容器110和/或输入连接112、114的感测电压而向焊接电源发送信号。
[0058]在某些实施例中,旁路电路130被构造成如果在继电器电路124下游存在短路,则防止功率继电器128闭合。过程控制电路102可通过闭合第二电流路径131来测试高级过程馈送器20以确定内部总线108的电压是否可增加。在继电器电路124下游短路的情况下,内部总线108的电压将不会增加。当过程控制电路102确定内部总线108的电压可增加时,过程控制电路102可闭合功率继电器128以使得输入功率能够流到功率转换电路58。针对在继电器电路124下游的短路测试高级过程送丝器20使得功率继电器128能够在短路的情况下保持断开。
[0059]由被耦合到送丝驱动器90的送丝控制电路136来控制送丝组件60。可将送丝控制电路136耦合到过程操作员接口 66、控制操作员接口 68以及过程控制电路102。送丝控制电路136控制送丝驱动器90以至少部分地基于经由过程操作员接口 66和控制操作员接口 68接收到的参数而向焊接电缆62供应焊丝54。如上文所讨论的,可将过程操作接口 66构造成接收用于气体参数的输入。被耦合到气体管线74的阀门组件72被构造成由过程控制电路102和/或送丝控制电路136控制。
[0060]图6图示出沿着线6-6的图5的旁路电路130的实施例的示意图。如上所述,旁路电路130在第一和第二继电器结点132、134处被与功率继电器128并联地耦合。旁路电路130包括被并联地耦合到功率继电器128的一个或多个开关138,诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(服。在某些实施例中,可以反串并联配置来布置固态开关。由过程控制电路来控制功率继电器128和旁路电路130以基本上同时地断开和闭合,从而减少跨功率继电器128的起弧。闭合功率继电器128使得电流能够沿着第一电流路径129流动且闭合开关138使得电流能够沿着第二电流路径131流动。第二电流路径131可包括在并联开关之间的许多分支140、142、144和146。改变分支的数目影响沿着第二电流路径131的载流容量,因此当功率继电器128被致动时影响沿着第一路径129的电流。当致动功率继电器128时减小沿着第一路径129的电流减少了功率继电器的接点之间的起弧。过程控制电路被构造成通过闸门138或其他控制开关来控制一个或多个开关138以同时地或连续地断开和闭合一个或多个开关138。一个或多个开关138被构造成断开,除非被过程控制电路控制为闭合。
[0061]在从过程控制接收到控制信号时,一个或多个开关138被构造成闭合,从而断开第二电流路径131。在一个或多个开关138被闭合时,过程控制电路控制功率继电器128以由于沿着第二电流路径131的电流而以沿着第一电流路径129的减小电流来致动断开或闭合。在功率继电器128被致动断开或闭合之后,过程控制电路断开一个或多个开关138以断开第二电流路径131。来自控制一个或多个开关138和功率继电器128的控制信号可以是基本上同时地断开和闭合第一和第二电流路径129、131的脉冲。也就是说,功率继电器128可在大约5至50毫秒、10至40毫秒或大约20至30毫秒内断开和闭合第一和第二电流路径129、131。
[0062]旁路电路130包括电压钳制器件150 (例如,金属氧化物电阻器、变阻器)以保护一个或多个开关138和功率继电器128免受过压。在断开功率继电器128时,第一和第二继电器结点132、134之间的电压可随着总线电容器、电源电缆和/或辅助电源或其他电路释放储存电荷而增加。电压钳制器件150被构造成在较高电压下具有比在较低电压下更大的电阻。电压钳制器件150随着第一和第二继电器结点132、134之间的电压增加而沿着第三电流路径152载送更多的电流,从而将沿着第一和第二电流路径129、131的电流保持在阈值水平以下。
[0063]可根据如图7至10中所示的多个方法来利用图5的高级过程送丝器。在图7至10的所有所示实施例的情况下都可利用高级过程送丝器的某些实施例。在图7至10的所示实施例中的仅某些的情况下都可利用高级过程送丝器的其他实施例。图7图示出在高级过程送丝器内将输入功率转换成受控波形焊接输出的方法154。该方法的第一步骤156是从焊接电源接收输入功率。在某些实施例中,输入功率可以是大约807的极化IX:输入功率。该输入功率如果被直接地供应给焊炬的话其可能不适合于受控波形焊接过程。在步骤158中,操作员可打开高级过程送丝器的外壳。操作员可打开外壳以安装或改变焊丝线轴或调整与焊丝和气源有关的参数。在步骤160处,外壳内的过程操作员接口在外壳在162处被关闭之前接收焊丝和/或气体参数。在步骤164处,过程控制电路确定过程参数。该过程参数包括受控波形输出、安培数、焊丝的馈送速率等。可基于通过过程操作员接口接收到的参数来确定过程参数。在某些实施例中,控制电路在操作员没有直接选择过程类型的情况下基于存储在存储器中的代码和/或指令而自动地确定用于受控波形焊接输出的过程参数。高级过程送丝器可在步骤166处与焊接电源通信以至少部分地基于接收到的过程和丨或焊丝参数来调整输入功率。在某些实施例中,步骤166可在高级过程送丝器的操作期间的任何时间发生。在方框168处,高级过程送丝器将输入功率转换成焊接输出。该焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接过程的受控波形焊接输出。由高级过程送丝器内的功率转换电路转换的焊接输出未被耦合到焊接电源的电源电缆的电感所衰减。高级过程送丝器在步骤170处接收保护气体。可通过焊接电源或单独气源来供应保护气体。在步骤172处,高级过程送丝器至少部分地基于在步骤160和164处接收到的输入而向焊炬提供焊丝和气体。在步骤174处,至少部分地基于在步骤164处接收到的输入而向焊炬提供焊接输出。焊接输出可由于功率转换电路与焊炬之间的相对短的距离和低的电感而适合于受控波形焊接过程。
[0064]图8图示出感测由高级过程送丝器接收到的输入功率的极性的方法176。在步骤178处,高级过程送丝器从焊接电源接收极化输入功率。沿着电源电缆的第一和第二端子供应极化输入功率。在两个输入连接处接收输入功率,每个输入连接都具有限定极性。在方框180处,感测电路在第一和第二输入连接处用输入传感器来检测极化输入功率的极性和电压。在某些实施例中,在方框182处,接收到的输入功率可对功率储存电路(诸如辅助电源和/或总线电容器)充电。
[0065]在步骤180处检测到输入功率的极性时,感测电路在节点184处验证第一和第二端子是否对应于输入连接的限定极性。如果在极性之间存在匹配,则高级过程送丝器内的过程控制电路可通过过程操作员接口、控制操作员接口和/或焊接电源用操作员可感知的通知将失配的极性通知给操作员。另选地,在方框188处,过程控制电路可与焊接电源通信以如方框190处所示引导焊接电源改变输入功率的极性。如果输入功率的极性与限定极性连接的极性匹配,则过程控制电路在节点192处确定输入功率和输入电压是否是基本上稳定的。如果输入电压是稳定的,则向功率转换电路供应输入功率。过程控制电路可在焊接过程期间在节点192处周期性地感测并确定输入电压是否是稳定的。如果输入电压不是稳定的,则过程控制电路可中断向功率转换电路的极化输入功率供应。过程控制电路可通过断开在功率转换电路下游的功率继电器和/或与焊接电源通信以停止为高级过程送丝器供应输入功率来中断极化输入功率。如果输入功率被中断,则可在接收到极化输入功率时从步骤178开始重复方法176。
[0066]如果输入电压是稳定的,则在方框196处向功率转换电路供应输入功率以将极化输入功率转换成焊接输出。该焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接过程的受控波形焊接输出。另外,该焊接输出可适合于?“I过程或焊接过程。由高级过程送丝器20内的功率转换电路转换的焊接输出未被耦合到焊接电源的电源电缆的电感所衰减。高级过程送丝器在步骤170处接收保护气体。可通过焊接电源或单独气源来供应保护气体。在步骤172处,高级过程送丝器向焊炬提供焊丝和气体。在步骤174处,向焊炬提供焊接输出。所提供的焊接输出可由于功率转换电路与焊炬之间的相对短的距离和低的电感而适合于受控波形焊接过程。
[0067]图9八图示出对高级过程送丝器的电路元件预充电且与功率继电器并联地使用旁路电路的方法198的第一部分。当高级过程送丝器被电耦合到焊接电源时,高级过程送丝器在步骤199处向焊接电源发送预充电信号。预充电信号引导焊接电源将预充电输入功率的电流局限于初始水平。在步骤200处,高级过程送丝器以初始水平接收输入功率。在步骤201处,过程控制电路向旁路电路发送控制信号以闭合第二电流路径,从而将处于初始水平的输入功率传送到功率储存电路(例如内部总线上的总线电容器处于初始水平的输入功率在步骤202处对功率储存电路(例如总线电容器)充电。感测电路在步骤204处检测输入功率和总线功率的电压。总线功率的电压是储存在总线电容器中的功率的度量。在节点206处,过程控制电路比较输入功率和总线功率的电压。在某些实施例中,在节点206处,过程控制电路如上文用图5所述地测试继电器电路以确定在继电器电路下游的短路的存在。如果在下游存在短路(例如,电压在阈值以下),则过程控制电路可不闭合功率继电器,使得输入功率不通过短路。过程控制电路可在下游短路的情况下在方框207处断开旁路电路。在旁路电路断开之后,电压钳制器件在方框209处对电压进行钳制以至少部分地保护继电器电路。过程控制电路可在方框211处向焊接电源、过程操作员接口和/或控制操作员接口发送信号。在某些实施例中,该信号可控制焊接电源以停止输入功率的产生。在其他实施例中,信号控制操作员接口在方框213处向操作员指示故障(例如,短路如果总线功率的电压在阈值以上(例如,功率储存电路被充电)且不存在短路,则过程控制电路处步骤208处向功率继电器发送控制信号以闭合第一电流路径。
[0068]在功率继电器被闭合之后,在步骤210处,过程控制电路向旁路电路发送控制信号以断开第二电流路径。在某些实施例中,过程控制电路在方框212处向焊接电源发送信号。该信号引导焊接电源将输入功率的电流增加至更大水平。在其他实施例中,焊接电源被构造成在步骤210处在限定时间段之后将电流增加至更大水平。在某些实施例中,高级过程送丝器的过程控制电路可基本上同时地或在小于大约50毫秒、小于大约30毫秒或小于大约15毫秒内执行步骤208和210。高级过程送丝器在方框214处接收处于更大水平的输入功率。处于更大水平的该输入功率适合于在方框216处转换成焊接输出以用于期望焊接过程。
[0069]高级过程送丝器的功率转换电路在方框216处将处于更大水平的输入功率转换成焊接输出。该焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接过程的受控波形焊接输出。另外,该焊接输出可适合于?“I过程或焊接过程。由高级过程送丝器内的功率转换电路转换的焊接输出未被耦合到焊接电源的电源电缆的电感所衰减。图98图示出可在方框216期间和之后构造的方法198的第二部分。在焊接过程期间,在节点218处,感测电路监视输入功率和总线功率的电压以控制继电器电路。在某些实施例中,感测电路还可如上文用图8中的方法176所述地检测输入功率的极性以将进行失配通知操作员或使焊接电源处的极性反向。
[0070]如果感测电路检测到跨过内部总线的下降电压和/或输入功率的下降电压,则过程控制电路在步骤220、224和226处对继电器电路进行致动以中断到功率转换电路的输入功率。过程控制电路在步骤220处向旁路电路发送控制信号以闭合第二电流路径。同时地或在步骤220之后不久,过程控制电路在步骤224处向功率继电器发送控制信号以断开第一电流路径。过程控制电路可使功率储存电路中的至少一些放电以驱动功率继电器断开。例如,功率储存电路可储存功率以在从过程控制电路接收到控制信号时驱动磁性线圈断开功率继电器。在功率继电器断开之后,在步骤226处,过程控制电路向旁路电路发送控制信号以断开第二电流路径。在某些实施例中,高级过程送丝器的过程控制电路可基本上同时地或在小于大约50毫秒、小于大约30毫秒或小于大约15毫秒内执行步骤220、224和226。在第一和第二电流路径断开之后,跨过继电器电路的电压可由于储存在电源电缆和/或功率储存电路内的功率而增加。继电器电路的电压钳制器件在方框228处对电压进行钳制以减少储存能量对功率继电器或旁通电路的影响。通过方法198,诸如如果感测电路检测到输入功率和总线功率的稳定电压,则高级过程送丝器可处步骤230处与焊接电源通信。高级过程送丝器可引导焊接电源调整输入功率(例如,停止供应输入功率)。
[0071]高级过程送丝器在步骤170处接收保护气体。可通过焊接电源或单独气源来供应保护气体。在步骤172处,高级过程送丝器向焊炬提供焊丝和气体。在步骤174处,向焊炬提供焊接输出。所提供的焊接输出可由于功率转换电路与焊炬之间的相对短的距离和低的电感而适合于受控波形焊接过程。
[0072]图10图示出控制输入功率的电流以减小内部总线上的电压纹波的方法232。该方法232的第一步骤234是从焊接电源接收输入功率。在某些实施例中,输入功率可以是大约807的极化IX:输入功率。通过方法232,高级过程送丝器可如方框236处所示与焊接电源通信。功率转换电路的升压转换器在步骤238处接收输入功率并将输入功率转换成总线功率。沿着内部总线从升压转换器向降压转换器传送总线功率。感测电路在步骤240处检测总线功率的电流和电压。在步骤242处,降压转换器将来自内部总线的总线功率转换成焊接输出。该焊接输出可以是适合于短路或脉冲焊接过程的受控波形焊接输出。另外,该焊接输出可适合于过程或焊接过程。感测电路还在步骤244处检测焊接输出的电流和电压。
[0073]过程控制电路接收所检测的电流并处理所检测的测量结果以调整功率转换电路。在某些实施例中,过程控制电路被构造成确定总线功率的期望电流以减小跨过内部总线的电压纹波。过程控制电路可通过确定焊接输出电流和电压的乘积、确定该乘积和转换损耗之和并将该和除以总线电压来确定总线功率的期望电流。过程控制电路可基于来自步骤240和244的所检测的电流和电压测量结果而在步骤248处调整到升压和降压转换器的命令信号。在某些实施例中,过程控制电路调整到功率转换电路的命令信号以使进入内部总线的总线功率与进入降压转换器的总线功率在时间上基本上匹配。这减小了跨过内部总线的电压纹波。过程控制电路被构造成至少部分地基于焊接输出来调整总线功率的电流。在某些实施例中,过程控制电路被构造成调整升压转换器的开关的占空比以使输入功率到总线功率的转换在时间上提前或延迟(例如,相移)。在某些实施例中,过程控制电路还被构造成调整降压转换器的开关的占空比以使输入功率到焊接输出的转换在时间上提前或延迟(例如,相移在某些实施例中,过程控制电路被构造成基于反馈而动态地调整升压转换器和降压转换器以将电压纹波调谐至最小值。过程控制电路被构造成将电压纹波调谐至用于电源电缆的任何电感的最小值。
[0074]高级过程送丝器在步骤170处接收保护气体。可通过焊接电源或单独气源来供应保护气体。在步骤172处,高级过程送丝器向焊炬提供焊丝和气体。在步骤174处,向焊炬提供焊接输出。所提供的焊接输出可由于功率转换电路与焊炬之间的相对短的距离和低的电感而适合于受控波形焊接过程。
[0075]图11是图示出在没有调整功率转换电路的情况下高级过程送丝器的总线电压、输入电流以及焊接输出参数对比时间的实施例的图表249。图表249图示出由升压转换器供应的内部总线上的一系列输出电流以及由降压转换器从内部总线吸取的适合于受控波形焊接过程的焊接输出。信号250是在内部总线上测量的电压纹波。信号252是由降压转换器吸取的焊接输出的输出电流,并且信号254是由降压转换器吸取的焊接输出的输出电压。信号256是由升压转换器从输入功率供应的已转换总线功率的电流。所示的每个信号具有规则时段,然而,输出电流和电压252、254的输出时序(例如,相位)在总线电流256的输入时序(例如,相位)的前面。也就是说,总线电流256的峰值260的时序从焊接输出电流252和焊接输出电压254的峰值258的时序偏移(例如,延迟)。图表249的输出峰值258与输入峰值260之间的相对时间差促使电压纹波具有大的峰-峰振幅262。
[0076]图12是图示出高级过程送丝器的总线电压、输入电流和焊接输出参数对比时间的图表264,对于该高级过程送丝器而言调整功率转换电路以减小电压纹波。在本实施例中,电压纹波250的峰-峰振幅262基本上比在图11的图表249中的小。过程控制电路控制升压转换器和/或降压转换器内的开关的占空比以减小电压纹波250。例如,过程控制电路调整输出电流和电压的输出峰值258的时序,调整总线电流的输入峰值260的时序或其组合。图12图示出其中过程控制电路延迟输出峰值258的时序以与输入峰值260的时序更紧密地相一致,从而减小电压纹波250的峰-峰振幅262。在某些实施例中,当输入电流256和输入电压信号在时间上与输出电流252和输出电压254对准时减小电压纹波250。输入电流256和输入电压信号的乘积可近似等于转换损耗(例如,来自升压转换器和降压转换器)与输出电流252和输出电压254信号的乘积之和。在某些实施例中,过程控制电路控制由升压和降压转换器进行的转换以细化脉冲波形的形状从而进一步减小电压纹波。例如,图表264的实施例的总线电流256比图表249的实施例更快速地增加和减小。另外,过程控制电路可控制由升压转换器供应的总线电流256以与降压转换器所引出的焊接输出252的电流紧密地匹配,如图表264中所示。
[0077]图13图示出上述类型的可在被耦合到焊接电源的悬挂件中或远程送丝器中使用的示例性电流管理系统。总体上由附图标记268指示的电流管理系统被设计成经由电源电缆24而耦合到焊接电源。由于焊接电源12可常常是实时的(即,被供电并向电缆24提供输出功率),所以电流管理系统268可用于多个功能,诸如以将到储能器件的合闸电流限制在远程部件内和/或以延迟电流到储能器件的施加从而在部件被耦合到实时焊接电源时避免端子连接处的起弧。在所示实施例中,电流管理系统268包括被耦合到部件内的本地电源272的至少一个储能器件270。可使用本地电源来为各种附件提供功率,诸如用户接口、显示器等。储能器件270可包括一个或多个类型的器件,诸如电容器、电池、这些的组合或任何其他适当储能器件。还提供了充电/放电控制电路276以便调节电流到储能器件270的施加且用于调节来自储能器件的功率的流动。可如所示地在总线电路布置中耦合这些器件,焊接功率被提供给与此电路并联的焊炬。此外,可将电流和电压传感器结合到电路中以便调节某些部件的操作,特别是在悬挂件或送丝器到电源的初始连接期间以及在操作期间。
[0078]如下面参考图14和15更全面地描述的,电流管理系统268用于用充电丨放电控制电路的操作来限制到储能器件中的电流。特别地,在使用期间,电路可确保焊接功率输出不会“饿死”本地电源272,诸如在起弧开始(例如,操作中的提升起弧开始)期间。此夕卜,可经由该电路而使得电流吸取足够低以在悬挂件或送丝器被连接到实时焊接电源时防止起弧。此外,可在断路电压(即,“穿越”)的损失期间使用来自储能器件的能量来保持到附件274的功率。
[0079]图14图示出诸如可适合于到诸如焊接悬挂件之类的远程部件的限制合闸电流的示例性充电/放电控制电路276。在这里储能器件270示出为一系列电容器。通过电阻器280和开关282来限定充电路径278。在所示的实施例中,电阻器280是相对低的电阻,诸如100欧姆,但可以使用任何适当电阻,并且开关282包括但可使用任何适当开关。电阻器280最初将在部件连接到实时电源时限制电流到电容器的流动。到电容器的电流在齐纳二极管286(或另一器件,诸如模拟采取组合方式的齐纳二极管和误差放大器的各方面的电路)的控制下受到电阻器280和开关282的限制。可通过选择单独电气部件来使得此电流足够低以在悬挂件被连接到焊接电源断路电流电压时防止起弧。出于保护目的而提供二极管284。限流效果由二极管286(或如上所述的其他器件)和电阻器288提供,其一起起作用以通过调制开关282的导电状态来限制电流。例如,在电流电路设计中,不允许电流流动超过约0.5安培。也就是说,开关282允许电容器充电,并且此开关保持在导电状态,但是被部件286和288的相互作用而被抑制为受限电流。
[0080]此外,提供一起起作用以限制电压的附加二极管290(其也可以是与误差放大器相组合地模拟二极管的各方面的电路)和附加电阻器292。也就是说,如在所示图中耦合的这些部件用于减小开关282的偏置以有效地限制器件的电压。因此,可利用相对低压的电容器。
[0081]在操作中,该电路在部件最初被耦合到实时电源时有效地限制电流的涌入,在这种情况下任何火花局限于大约0.5安培。然后允许在这种情况下为一系列电容器的储存器件充电。然后,由电容器来提供“穿越”能力,该电容器在焊接功率通过二极管而损耗期间对本地电源272进行馈送。应注意的是图14中所示且事实上图13和下述图15的电路意图是除在远程部件(无论是悬挂件还是送丝器)中提供的任何其他电路之外的电路。也就是说,那些部件无论如何可包括上述类型的各种感测、处理、控制、送丝以及其他电路。
[0082]图15图示出可被用于远程设备中的电流和/或功率管理、在这种情况下特别适合于上述类型的送丝器的另一示例性电流。该电路还包括本地电源272以及存储器件270,在这种情况下为多个电容器。电流到电容器中的施加被延迟直至通过电阻器298而将另一电容器296充电至固态开关294的门阈值。此延迟因此防止或降低在部件最初被耦合到实时焊接电源时起弧的可能性。此外,通过第二固态开关300和二极管302的相互作用而有效地限制了跨过电容器的电压。也就是说,当二极管302变成导电状态时,对开关300的栅极供电,从而将开关294置于不导电状态。从电容器出来的电流通过内部二极管和开关294的封装。
[0083]可容易地设想图15的电路的各种增强,例如可以在开关294与电容器296之间提供比较器以提供其中有效地避免开关294的线性模式的“启用捕捉”操作。电路因此提供双向、低阻抗储能装置,其在初始化连接时有效地减少或避免起弧,同时在操作期间提供期望的本地供电能力和穿越能力。
[0084]虽然在本文中已图示出和描述本发明的仅某些特征,但本领域的技术人员将想到许多修改和变更。因此应理解的是所附权利要求意图覆盖落在本发明的主旨精神内的所有此类修改和变更。
【权利要求】
1.一种焊丝馈送器,包括: 焊丝馈送驱动器,被构造成朝向焊接应用驱动焊丝; 送丝控制电路,被耦合到焊丝馈送驱动器并被构造成控制焊丝朝向焊接应用的驱动;功率转换电路,被构造成经由具有限定极性的输入连接从焊接电源接收极化输入功率并将该极化输入功率转换成焊接输出; 感测电路,被构造成在被连接到所述输入连接时检测极化输入功率的极性;以及焊接过程控制电路,被耦合到功率转换电路和感测电路并被构造成只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率。
2.权利要求1的焊丝馈送器,包括被耦合到焊接过程控制电路的操作员接口,其中,该操作员接口被构造成如果极化输入功率的极性并不对应于输入连接的限定极性,则提供操作员可感知通知。
3.权利要求1的焊丝馈送器,包括被从极化输入功率充电的功率储存电路,其中,过程控制电路被构造成如果感测电路感测到极化输入功率在阈值范围之外的变化值,则中断极化输入功率向功率转换电路的提供。
4.权利要求3的焊丝馈送器,其中,用于中断极化输入功率到功率转换电路的提供的功率由功率储存电路提供。
5.权利要求1的焊丝馈送器,包括被构造成通过用来提供极化输入功率的焊接电源电缆来发送和接收命令或反馈信号的通信电路。
6.权利要求5的焊丝馈送器,其中,所述通信电路向电源发送信号,该信号指示极化输入功率的极性与输入连接的限定极性之间的失配。
7.权利要求6的焊丝馈送器,其中,所述电源被构造成基于所述信号而使极化输入功率的极性反向,使得极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性。
8.权利要求1的焊丝馈送器,其中,所述功率转换电路被构造成从焊接电源接收大约30至90伏极化DC输入功率。
9.权利要求1的焊丝馈送器,其中,所述功率转换电路被构造成将极化输入功率转换成适合于脉冲焊接过程或短路焊接过程的受控波形焊接输出。
10.一种焊接系统,包括: 焊接电源,被构造成提供极化输入功率; 焊丝馈送器,被构造成经由电源电缆而被耦合到焊接电源且远离焊接电源定位,并经由电源电缆来接收极化输入功率,该焊丝馈送器包括: 焊丝馈送驱动器,被构造成朝向焊接应用驱动焊丝; 送丝控制电路,被耦合到焊丝馈送驱动器并被构造成控制焊丝朝向焊接应用的驱动;功率转换电路,被构造成经由具有限定极性的输入连接而接收极化输入功率并将该极化输入功率转换成焊接输出; 感测电路,被构造成在被连接到所述输入连接时检测极化输入功率的极性;以及焊接过程控制电路,被耦合到功率转换电路和感测电路并被构造成只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率。
11.权利要求10的焊接系统,包括被耦合到焊接过程控制电路的操作员接口,其中,该操作员接口被构造成如果极化输入功率的极性并不对应于输入连接的限定极性,则提供操作员可感知通知。
12.权利要求10的焊接系统,包括被构造成远程地通过焊接电源电缆来发送和接收命令或反馈信号的通信电路。
13.权利要求12的焊接系统,其中,所述通信电路向电源发送信号,该信号指示极化输入功率的极性与输入连接的限定极性之间的失配,并且所述电源被构造成基于该信号而使极化输入功率的极性反向,使得极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性。
14.权利要求10的焊接系统,包括被从极化输入功率充电的功率储存电路,其中,过程控制电路被构造成如果感测电路感测到极化输入功率在阈值范围之外的变化值,则中断极化输入功率向功率转换电路的提供。
15.权利要求14的焊接系统,其中,用于中断极化输入功率到功率转换电路的提供的功率由功率储存电路提供。
16.权利要求10的焊接系统,其中,所述功率转换电路包括被构造成将极化输入功率转换成适合于脉冲焊接过程或短路焊接过程的受控波形焊接输出。
17.一种操作焊丝馈送器的方法,包括: 在具有限定极性的输入连接处从电源接收极化输入功率; 检测极化输入功率的极性;以及 只有当极化输入功率的极性对应于输入连接的限定极性时才向功率转换电路提供极化输入功率并向被耦合到焊丝馈送器的焊炬提供焊丝。
18.权利要求17的方法,包括: 如果极化输入功率的极性不对应于输入连接的限定极性,则提供操作员可感知通知。
19.权利要求17的方法,包括: 通过用来提供极化输入功率的焊接电源电缆而与电源通信;以及 只有当极化输入功率的极性不对应于输入连接的限定极性时,才基于与电源的通信使极化输入功率的极性反向。
20.权利要求17的方法,包括: 检测极化输入功率的电压;以及 对焊丝馈送器的功率储存电路充电;以及 在检测到在阈值范围之外的极化输入功率的电压变化时中断极化输入功率到功率转换电路的提供。
【文档编号】B23K9/10GK104507618SQ201380029966
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】安东尼·范·卑尔根·萨尔辛施, 爱德华·杰勒德·贝斯特尔 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司
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