为ac弧焊工艺提供低电流调节的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接电源和方法。本发明的某些实施方案涉及弧焊。更特别地，本发明的某些实施方案涉及用于为AC弧焊工艺提供低电流调节以调节弧焊性能的系统和方法。
技术背景
[0002]某些现有技术的焊接系统在焊接电源中使用桥接拓扑结构来提供AC焊接能力。半桥拓扑结构可以被用在具有双输出电流路径的焊接电源中，所述双输出电流路径被配置来共享一共同路径，以使在共享路径中每路输出可以产生(induce)相反极性的流。在实践中，许多焊接电源被这样配置并且可以只需要添加第二套整流器件来实现第二路径。开关可以被置于每个电源支路(leg)的非共享路径中，并且通过连接的焊接输出电路路径的电流方向由有源支路确定。全桥拓扑结构可以与几乎任何电源拓扑结构一起使用，提供灵活性以及被添加到现有设计的电源的潜在性。全桥拓扑结构允许过零辅助电路的容易实现。阻塞二极管(blocking d1de)可以被用来保护电源中的器件免受过零期间发生的高压瞬变的影响。对于许多焊接工艺(如，举例来说，AC气体保护钨极电弧焊(GTAW或TIG)工艺或者气体保护金属极弧焊(GMAW或MIG)工艺)而言，当焊接电流过零时，电极(electrode)和工件之间的电弧以相反的极性方向迅速地重燃是合乎期望的。
[0003]焊接电源可以具有被设计来输出的最大电压水平(例如，100VDC)。当AC焊接电流过零(即，改变极性)时，可能要求电源具有比电源可以提供的电压高的电压(例如，300VDC)，以在电弧电流为低时保持电弧燃着并且使电弧更稳定，并且重燃电极和工件之间的电弧。因此，电弧可以熄灭并且不重建。在TIG焊接中(其中没有焊丝电极(wireelectrode))，如果电弧熄灭，焊接电源可能不得不在焊接可以继续之前重复整个电弧建立过程，从而导致低效的焊接工艺。一般而言，与低电流弧焊相关联的等离子体柱倾向于是不稳定的并且可能导致不期望的电弧中断。
[0004]通过将常规的、传统的以及已提出的手段与如在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本发明的实施方案相比，对本领域技术人员来说这样的系统和方法的进一步的局限性和缺点将会变得明显。
【发明内容】
[0005]本发明的实施方案包括用于通过这样的方式来为DC和AC弧焊工艺提供低电流调节以调节弧焊性能的系统和方法，即通过调节焊接输出电流并且提供生成用于在极性转变期间的重燃的电压以确保电弧重燃的装置。在焊接电流的极性转变时或约焊接电流的极性转变时，焊接电极和工件之间的较高的电压水平的引入被提供来以相反的极性容易且可靠地重燃电弧，即使来自电源的电压是受限的。AC焊接、可变极性焊接(例如，以任一极性的DC焊接)以及其他混合焊接工艺被支持。极性反转桥接电路和电弧调节电路的配置允许通过焊接输出电路路径的输出焊接电流的方向切换，同时在焊接电流改变极性时还允许改进的低电流调节和电弧的迅速重燃。具有电感器和恒流源的电弧调节电路提供电流极性转变期间所需要的电压，以迅速且可靠地重燃电弧。
[0006]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括控制器以及功率转换电路，所述功率转换电路被配置来将输入电流转换为输出电流。所述功率转换电路可以是以半桥输出拓扑结构为基础的变压器。所述功率转换电路可以包括DC输出拓扑结构。所述功率转换电路可以是例如基于逆变器的电路或基于斩波器的电路。所述焊接电源还包括桥接电路，所述桥接电路被可操作地连接到所述功率转换电路并且被配置来在所述控制器的命令下切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述桥接电路可以被配置为例如半桥电路或全桥电路。所述桥接电路可以包括例如至少两个开关晶体管。所述焊接电源进一步包括电弧调节电路，所述电弧调节电路被可操作地连接到所述桥接电路并且被配置来在所述焊接输出电路路径的电极和工件之间产生电压，所述电压足以用于在所述输出电流的极性转变期间的电弧重燃。所述电弧调节电路可以包括例如至少一个电感器和至少一个恒流源。所述恒流源跨电弧提供例如2-10安培之间的经调节的恒定电流，提供低输出电流调节。根据各种实施方案，所述至少一个电感器的值可以在大约10至100毫亨之间(例如，20毫亨)。所述功率转换电路、所述桥接电路和所述电弧调节电路可以被配置来在所述焊接电源的所述控制器的命令下提供DC正焊接操作、DC负焊接操作和AC焊接操作中的任一个。根据可替换的实施方案，所述桥接电路和所述电弧调节电路可以处于所述焊接电源的外部，例如具有可操作地连接到所述焊接电源的模块的形式。
[0007]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括用于将输入电流转换为输出电流的装置以及用于切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向的装置，来提供至少AC焊接操作，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述焊接电源还包括用于在所述输出电流的极性转变期间在所述焊接输出电路路径的焊接电极和焊接工件之间产生电压的装置，来以相反的极性自动地重建所述焊接电极和所述工件之间的电弧。
[0008]本发明的一个实施方案是一种方法。所述方法包括在焊接电源中将输入电流转换为输出电流。所述方法还包括在所述焊接电源的控制器的命令下，从第一方向到第二方向切换通过焊接输出电路路径的所述输出电流的方向，所述焊接输出电路路径被可操作地连接到所述焊接电源的焊接输出。所述方法进一步包括作为切换到所述第二方向的一部分，在所述焊接输出电路路径的焊接电极和工件之间产生电压水平，所述电压水平足以用来在所述第二方向上自动地重燃所述电极和所述工件之间的电弧。所述方法还可以包括在所述焊接电源的所述控制器的命令下，从所述第二方向到所述第一方向切换通过所述焊接输出电路路径的所述输出电流的方向；并且进一步，作为切换到所述第一方向的一部分，在所述焊接输出电路路径的所述焊接电极和所述工件之间产生电压水平，所述电压水平足以用来在所述第一方向上自动地重燃所述电极和所述工件之间的电弧。所述产生电压水平的步骤可以通过具有至少一个电感器和至少一个恒流源的电弧调节电路来实现。
[0009]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括桥接电路，所述桥接电路被配置来提供AC焊接输出电流。所述焊接电源进一步包括电弧调节电路，所述电弧调节电路被可操作地连接到所述桥接电路并且被配置来在所述焊接电源的焊接输出处产生电压，所述电压具有足以基于通过输出电路路径的所述焊接输出电流的极性的反转而自动地重燃所述输出电路路径中的电弧的量值，所述输出电路路径被连接到所述焊接输出。所述电弧调节电路可以包括至少一个电感器和至少一个恒流源。
[0010]本发明的一个实施方案是一种焊接电源。所述焊接电源包括电流切换电路，所述电流切换电路具有至少一个电感器和至少一个恒流源，其中所述至少一个电感器和所述至少一个恒流源被配置来产生跨负载的电压，所述电压足以基于通过所述负载的焊接输出电流的极性的反转而重燃跨所述负载的焊接电弧，所述负载被连接到所述焊接电源的焊接输出。所述电流切换电路可以被配置为例如半桥电路或全桥电路中的一个。
[0011]从下面的说明书、权利要求书和附图，将更完整地理解本发明的被图示说明的实施方案的详细内容。
【附图说明】
[0012]图1图示说明焊接电源的示例性实施方案的示意方框图，所述焊接电源被可操作地连接到焊接电极和工件；
[0013]图2图示说明图1的焊接电源的一部分的第一示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有桥接电路和双极电弧调节电路；
[0014]图3A-3C图示说明图2中的焊接电源在实现AC焊接输出电流波形时的操作；
[0015]图4图示说明图1的焊接电源的一部分的第二示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有桥接电路和双极电弧调节电路；
[0016]图5图示说明图1的焊接电源的一部分的第三示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有桥接电路和双极电弧调节电路；以及
[0017]图6图示说明图1的焊接电源的一部分的第四示例性实施方案的示意图，所述焊接电源具有桥接电路和双极电弧调节电路。
【具体实施方式】
[0018]下面为可以在本公开中使用的示例性术语的定义。所有术语的单复数形式都落入各自的含义中:
[0019]如本文中使用的“软件”或“计算机程序”包括(但不限于)一个或更多个计算机可读和/或可执行指令，这些指令致使计算机或其他电子装置以所需方式执行功能、动作和/或行为。这些指令可以实现为各种形式，如，包括得自动态链接库的单独应用程序或代码的子程序、算法、模块或程序。软件还可以实现为各种形式，如，独立程序、函数调用、小服务程序(servlet)、小应用程序(applet)、应用程序、储存在存储器、操作系统的一部分中的指令或其他类型的可执行指令。本领域的普通技术人员将会理解，软件的形式取决于(例如)对所需应用的要求、对软件的运行环境的要求和/或设计者/编