焊接系統(tǒng)涌入電流控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種諸如遠程掛件或送絲器之類的焊接部件包括涌入電流控制電路。當電源是帶電的且在輸出功率時，可將焊接部件耦合到焊接電源。功率被存儲在部件中，諸如存儲在電容器中，以用于本地電源的操作，諸如用于操作員接口、顯示器等。在連接到電源時，可延遲到電容器的電流施加以減少或防止起弧。還可限制涌入電流，如可限制電壓一樣，以同樣地減少起弧并提供另外的益處。
【專利說明】焊接系統(tǒng)涌入電流控制系統(tǒng)
[0001]相關申請的參考引用
[0002]本申請要求2012年6月8日提交的題為“WELDING SYSTEM INRUSH CURRENTCONTROL SYSTEM AND METHOD”的美國臨時申請序號61/657，536的優(yōu)先權和權益，該專利申請出于一切目的被通過引用整體地結合到本文中。

【背景技術】
[0003]本發(fā)明總體上涉及焊接系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于在連接和/或通電時控制電流到某些焊接設備中的涌入的電路。
[0004]在所有工業(yè)領域中都已開發(fā)了各種類型的焊接系統(tǒng)和部件以用于結合金屬工件。許多此類系統(tǒng)依賴于遠程送絲器和掛件，所述遠程送絲器和掛件可位于與提供焊接操作所需功率的電源相距一定距離處。送絲器例如用于提供用于金屬惰性氣體(MIG)、藥芯焊絲焊接類似操作的焊絲流。送絲器可允許焊接操作設置的一定程度的控制，并且可允許用于其他焊接類型的功率的通過。其可以方便地位于與焊接電源相距一定距離處，諸如接近于工件的實際位置。這對于諸如建筑、造船、鍋爐和工廠工作等應用而言是特別方便的。掛件同樣地可位于與焊接電源相距一定距離處，并且在多個方面不同于送絲器。例如，其可用來控制或改變焊接設置，同時不提供焊絲流。此類掛件在其中在與電源相距一定距離處執(zhí)行焊接操作的情況下特別有用，從而允許對焊接過程的一定程度的控制而不需要返回到電源。
[0005]越來越多地要求遠程送絲器和掛件包括電容電路以便使得能夠實現(xiàn)焊接操作的初始化、部件的供電以及可在焊接之前、期間和之后發(fā)生的某些電力事件的穿越。例如，可將掛件用于焊條焊接和鎢極隋性氣體(TIG)焊接。在其中的某些中，焊弧的發(fā)起可能需要電容電路來存儲用于發(fā)起弧的發(fā)起功率。送絲器還可能需要存儲的能量以便對其控制機構進行供電，特別是在操作的某些階段期間。如果裝配有此類電容電路的部件第一次被連接到“帶電電壓源”，則相當大的電流量可流過連接以對電容電路充電。這可能隨著完成連接而導致火花或弧。通過控制電流從帶電電源到部件的涌入來避免此類起弧可能是有利的。同樣地，由焊接電纜電壓供電的附件設備(例如，送絲器、操作員遠程接口等)需要某種形式的本地儲能元件以允許其在使電極碰觸工件(即，起弧)時所經歷的不可避免但暫時的短路條件期間繼續(xù)運行。不應允許存儲元件以使附件設備缺乏的水平取出電流且因此可能需要某種限流器。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了被設計成響應于此類需要的電路和技術。根據一個實施例，例如，將焊接部件配置成從焊接電源接收功率。焊接部件包括儲能電路，該儲能電路在被耦合到焊接電源時存儲電能并且至少在焊接部件的操作時段期間提供用于焊接部件操作的功率。開關裝置被配置成在焊接部件連接到焊接電源期間是斷開的，并且在連接之后閉合以對儲能電路充電。電流控制電路被耦合到開關裝置且被配置成在焊接部件連接到焊接電源時閉合開關裝置以調節(jié)電流到儲能電路的施加。
[0007]所述電路可適合于限制到儲能電路中的涌入電流，特別是在焊接部件連接到焊接電源時，并且更特別地是在被連接到帶電焊接電源時。焊接部件還可包括電壓控制電路，該電壓控制電路限制施加于儲能電路的電壓，從而允許利用較低的電壓設備，諸如電容器。
[0008]還可將該電路配置成在焊接部件連接到焊接電源時延遲電流到焊接部件、特別是到儲能電路的施加。此電路可包括例如固態(tài)開關，該固態(tài)開關只有在期望的延遲之后才切換至導通狀態(tài)，諸如通過對被耦合到開關的閘門的電容器充電。
[0009]根據其他實施例，儲能電路可對位于焊接部件內的本地電源進行供電，其本身可向諸如用戶接口和顯示器之類的附件提供功率。該儲能電路因此可允許在部件操作的某些部分期間對電源供電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]當參考附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些及其他特征、方面以及優(yōu)點將得到更好的理解，其中在所有附圖中相同的附圖標記表示相同的部分，并且在所述附圖中:
[0011]圖1是根據本公開的各方面的具有焊接電源和高級過程送絲器的焊接系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2是圖1的高級過程送絲器的實施例的框圖；
[0013]圖3是根據本公開的各方面的高級過程送絲器的正面立體圖；
[0014]圖4是圖3的高級過程送絲器的實施例的頂視圖；
[0015]圖5是根據本公開的各方面的采用功率轉換電路、繼電器電路、感測電路以及送絲組件的高級過程送絲器的實施例的框圖；
[0016]圖6是圖5的繼電器電路的實施例的示意圖；
[0017]圖7是用于使用高級過程送絲器來產生受控波形輸出的過程的實施例的流程圖；
[0018]圖8是用于感測被供應給高級過程送絲器的輸入功率的極性的過程的實施例的流程圖；
[0019]圖9A是用于對高級過程送絲器的繼電器電路進行致動的過程的實施例的流程圖的第一部分；
[0020]圖9B是用于對高級過程饋送器的繼電器電路進行致動的過程的圖9A的流程圖的第二部分；
[0021]圖10是用于調整高級過程送絲器的功率轉換電路的過程的實施例的流程圖；
[0022]圖11是總線電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流相對于時間的圖表；
[0023]圖12是總線電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流相對于時間的另一圖表；
[0024]圖13是用于在到焊接電源的通電或部件的連接期間控制功率到諸如送絲器或掛件之類的焊接部件的施加的示例性電路的圖；
[0025]圖14是用于控制到焊接掛件的涌入電流的示例性電路的略微更詳細的圖；以及
[0026]圖15是用于控制到焊絲饋送器的涌入電流的示例性電路的類似詳圖。

【具體實施方式】
[0027]圖1是對焊接應用進行供電的焊接系統(tǒng)10的實施例的框圖。如所示，焊接系統(tǒng)10包括焊接電源12和耦合焊炬14。焊接電源12向焊炬14供應輸入功率。焊炬14可以是基于期望的焊接應用而被構造成用于焊條焊接、鎢極隋性氣體(TIG)焊接或氣體金屬極弧焊(GMAW)的焰炬。在某些實施例中，焊接電源12向被耦合到焰炬14的掛件16供應輸入功率，該焰炬14被構造成用于焊條焊接和TIG焊接。操作員供應用于焊條焊接或TIG焊接的填料金屬(如果有的話)?？蓪旒?6構造成控制電源12和/或將焊接參數(shù)通知給操作員。在其他實施例中，焊接電源12向標準送絲器18供應輸入功率。標準送絲器18向被構造成用于GMAW焊接或焊劑芯弧焊(FCAW)的焊炬14供應輸入功率和填充金屬。在某些實施例中，焊接電源12向高級過程送絲器20供應輸入功率。高級過程送絲器20被構造成將焊接電源12的輸入功率轉換成焊接輸出。在某些實施例中，高級過程送絲器20的焊接輸出可以是受控波形焊接輸出。受控波形焊接輸出包括適合于脈沖焊接過程或短路焊接過程的焊接輸出。
[0028]焊接電源12被耦合到交流(AC)源22，交流(AC)源22諸如為供應初級功率的電力網或引擎驅動發(fā)電機。焊接電源12可將初級功率處理成經由電力電纜24而被供應給焊炬14的輸入功率。在某些實施例中，電力電纜24包括第一端子26和第二端子28，其中，一個端子具有正極性且另一個具有負極性。功率轉換電路30將AC電流轉換成作為直流(DC)或AC的輸入功率。功率轉換電路30可包括能夠按照焊接系統(tǒng)12的需求的規(guī)定對功率進行轉換的電路元件，諸如變壓器、開關、升壓轉換器、逆變器等。在某些實施例中，功率轉換電路30被構造成將初級功率轉換成近似80V的DC輸入功率以對掛件16、標準送絲器18以及高級過程送絲器20進行供應。輸入功率可在約50至120V DC之間。
[0029]焊接電源12包括控制電路32和操作員接口 34?？刂齐娐?2控制焊接電源12的操作，并且可從操作員接口 34接收輸入，通過該操作員接口，操作員可選擇焊接過程(例如，焊條焊接、TIG、MIG)并輸入該輸入功率的期望參數(shù)(例如，電壓、電流、特定脈沖或非脈沖焊接體系等)?？蓪⒖刂齐娐?2構造成接收并處理關于系統(tǒng)12的性能和需求的多個輸入?？刂齐娐?02可包括易失性或非易失性存儲器，諸如ROM、RAM、磁存儲器、光存儲器或其組合。另外，可將多種控制參數(shù)連同代碼一起存儲在存儲器中，所述代碼被配置成在操作期間提供特定輸出(例如，反向極性、預充電電容器、使能氣流等)。
[0030]焊接電源12可包括被耦合到控制電路32的極性反向電路36和通信電路38。極性反向電路38在被控制電路32指引時使第一和第二端子26、28的極性反向。例如，當電極具有稱為DC電極負(DCEN)的負極性時，諸如TIG焊接之類的某些焊接過程可啟用期望的焊接。當電極具有稱為DC電極正(DCEP)的正極性時，諸如焊條焊接或GMAW焊接之類的其他焊接過程可啟用期望的焊接。當在TIG焊接過程與GMAW焊接過程之間切換時，可將極性反向電路36配置成使極性從DCEN反向成DCEP。操作員可手動地使極性反向，或者控制電路32可指引極性反向電路36響應于通過通信電路38接收到的信號而使極性反向。通信電路38被配置成與焊炬14、掛件16、標準送絲器18、高級送絲器20和/或被耦合到電力電纜24的其他設備通信。在某些實施例中，通信電路38被配置成通過用來供應輸入功率的焊接電力電纜24而發(fā)送和接收命令和/或反饋信號。在其他實施例中，將通信電路38配置成與另一設備進行無線通信。
[0031]包括掛件16、標準送絲器18以及高級過程送絲器20的設備通過輸入端子40來接收輸入功率，該輸入端子40被配置成與電力電纜24的第一和第二端子26、28稱合。在某些實施例中，第一端子26被配置成與輸入端子40相連且第二端子28被配置成與被耦合到工件44的夾持件42相連。在某些實施例中，輸入端子40具有與被配置成耦合到極性相同的各第一和第二端子26、28的限定極性的輸入連接，并且夾持件42耦合到掛件16或送絲器18。高級過程送絲器20被配置成利用輸入端子40耦合到第一和第二端子26、28，并且夾持件42被耦合到高級過程送絲器20。
[0032]對于某些焊接過程(例如，TIG、GMAW)而言，在焊接期間利用保護氣體。在某些實施例中，如以短劃線所示，焊接電源12包括被配置成控制來自氣源48的氣流的一個或多個氣體控制閥46。氣體控制閥46可由控制電路32控制?？蓪⒑附与娫?2耦合到一個或多個氣源48，因為某些焊接過程可利用與其他不同的保護氣體。在某些實施例中，焊接電源12被配置成經由組合的輸入電纜50來為氣體供應輸入功率。在其他實施例中，氣體控制閥46和氣源48可與焊接電源12分離。例如，可將氣體控制閥46設置在標準送絲器18或高級送絲器20內。圖1中所示的標準和高級送絲器18、20被耦合到配置成向焊接應用供應氣體和焊絲54的GMAW焰炬52。
[0033]圖2圖示出用于將輸入功率轉換成受控波形焊接輸出的高級過程送絲器20的實施例的框圖。高級過程送絲器20通過被耦合到過程電路56的輸入端子40而從焊接電源接收輸入功率。在某些實施例中，用長電力電纜遠離焊接電源來操作高級過程送絲器20。過程電路56可包括能夠感測并控制由高級過程送絲器20接收的輸入功率的電路，諸如繼電器電路、電壓和電流感測電路、功率儲存電路等。過程電路56向功率轉換電路58傳送輸入功率。
[0034]功率轉換電路58被構造成將來自焊接電源的輸入功率轉換成適合于執(zhí)行焊接應用的焊接輸出。功率轉換電路58可包括能夠將輸入功率轉換成焊接輸出的電路元件，諸如升壓轉換器、降壓轉換器、內部總線、總線電容器、電壓和電流傳感器等。在某些實施例中，由高級過程送絲器20接收到的輸入功率是在大約20V至120V、大約40V至100V或大約60V至80V之間的DC電壓。如參考輸入功率所使用的，術語大約可意指在5伏內或期望電壓的百分之十內?？蓪⒐β兽D換電路58構造成將輸入功率轉換成受控波形焊接輸出，諸如脈沖焊接過程或短路焊接過程(例如，調節(jié)金屬沉積(RMD?))。設置在高級過程送絲器20內的功率轉換電路58在沒有來自焊接電源與高級過程送絲器20之間的電力電纜的衰減的情況下供應用于焊接應用的受控波形焊接輸出。這增加了供應給焊炬的受控波形焊接輸出的響應時間和準確度。增加受控波形焊接輸出的響應時間可確保在焊接期間的指定時間向焊炬供應期望的焊接輸出波形。例如，RMD?焊接過程利用具有在短路循環(huán)內的指定時間點改變的電流波形的受控波形焊接輸出。增加受控波形焊接輸出的響應時間還可改善波形脈沖的正時以產生期望焊接。
[0035]在某些實施例中，將功率轉換電路58配置成向送絲組件60提供焊接輸出。送絲組件60向焊炬供應焊絲54以用于焊接操作。送絲組件60包括諸如線軸、送絲驅動器、驅動輥以及送絲控制電路的元件。送絲組件60沿著焊接電纜62向焊炬饋送焊絲54?？赏ㄟ^被耦合到焊炬的焊接電纜62和/或被耦合到工件的工作電纜64來供應焊接輸出。
[0036]高級過程送絲器20的當前設想的實施例具有過程操作員接口 66和控制操作員接口 68以用于控制焊接系統(tǒng)的參數(shù)。過程操作員接口 66被耦合到過程電路56以用于通過金屬絲尺寸、金屬絲類型、材料以及氣體參數(shù)的選擇進行的焊接過程(例如脈沖、短路、FCAff)的操作員選擇和調整。過程操作員接口 66被耦合到送絲組件60以用于控制向焊炬供應焊絲54?？刂撇僮鲉T接口 68被耦合到過程電路56以調整用于焊接應用的電壓、安培數(shù)、送絲速度以及弧長。在某些實施例中，過程操作員接口 66和控制操作員接口 68是單獨接口，每個接口均具有各自的控制電路。另選地，過程操作員接口 66和控制操作員接口 68可具有公共控制電路和/或形成公共控制和過程操作員接口。過程操作員接口 66和/或控制操作員接口 68可包括易失性或非易失性存儲器，諸如ROM、RAM、磁存儲器、光存儲器或其組合。另外，可將多種參數(shù)連同代碼一起存儲在存儲器中，該代碼被配置成在操作期間提供用于默認參數(shù)的特定輸出。
[0037]過程接口 66被配置成接收輸入，諸如金屬絲材料(例如，鋼、鋁)、金屬絲類型(例如，實心、有芯)、金屬絲直徑、氣體類型等。在接收到輸入時，過程電路56被配置成確定用于焊接應用的受控波形焊接輸出。例如，過程電路56至少部分地基于通過過程接口 66接收到的輸入來確定用于受控波形焊接輸出過程的脈寬、相對脈沖振幅和/或波形。送絲組件60可被配置成基于通過接收到的輸入存儲在存儲器中的代碼或指令來供應焊絲54。送絲組件60被耦合到過程操作員接口 66和控制操作員接口 68以便控制供應為用于焊接操作的焊絲54。送絲組件60至少部分地基于經由過程操作員接口 66或操作員接口 68接收到的操作員輸入來調整參數(shù)以便向焊炬供應焊絲54。控制操作員接口 68被配置成接收用于諸如安培數(shù)、電壓、極性、送絲速率、弧長、過程類型(例如，RMDTM、脈沖焊接)等的參數(shù)的操作員輸入。在某些實施例中，控制操作員接口被配置成在不影響受控波形焊接輸出的形狀的情況下調整受控波形焊接輸出的功率。過程電路56至少部分地基于經由控制操作員接口 68接收到的操作員輸入而調整功率轉換電路58和送絲組件60。在某些實施例中，耦合到過程電路56的通信電路70被配置成通過用來提供輸入功率的電力電纜而發(fā)送和接收命令和/或反饋信號。通信電路70使得過程操作員接口 66和/或控制操作員68能夠控制焊接電源。例如，過程操作員接口 66和/或控制操作員68可被構造成控制由焊接電源供應的輸入功率的安培數(shù)、電壓或其他參數(shù)。在某些實施例中，過程電路56在不限于在操作員接口 34(圖1)上設定的參數(shù)的情況下遠離焊接電源而控制焊接電源。也就是說，過程電路56和通信電路70使得操作員能夠以等同于焊接電源的操作員接口 34的控制優(yōu)先級通過高級過程送絲器20而遠程地控制焊接電源。
[0038]高級過程送絲器20的某些實施例包括用于沿著氣體管線74向焊炬提供氣體的閥組件72。閥組件72可由如短劃控制線所示的過程電路56和/或送絲組件60控制。例如，可將閥組件72配置成在焊接應用之前和之后向焊炬供應氣體。在某些實施例中，閥組件72被配置成在從過程操作員接口 66或控制操作員接口 68接收到凈化命令時凈化氣體管線74。
[0039]如圖3圖示出設置在外殼76中的高級過程送絲器20的實施例的正面立體圖，該外殼76具有與控制操作員接口 68分離的過程操作員接口 66。在某些實施例中，高級過程送絲器20被設置在外殼76中，該外殼具有外殼底座78和外殼蓋80以在外殼76被關閉時將保護送絲組件60免受操作環(huán)境的影響。外殼76可以是基本上便攜式的(例如，手提箱饋送器)并被配置成用于向遠離焊接電源的焊接應用的手動操作員傳送。為了明了起見而用短劃線示出了外殼蓋80以舉例說明設置在該外殼內的送絲組件60的實施例。
[0040]可如圖3中所示地將控制操作員接口 68設置在外殼76的外面?？刂撇僮鲉T接口68可包括一個或多個標度盤82、一個或多個顯示器84以及一個或多個按鈕86。在某些實施例中，可將標度盤82配置成調整輸入功率或焊接輸出的電壓和/或安培數(shù)、金屬絲速度或弧長或其組合。一個或多個按鈕86可使得操作員能夠選擇先前存儲在存儲器中的過程類型、操作員偏好或過程參數(shù)或其組合。控制操作員接口 68可使得能夠實現(xiàn)存儲在存儲器中的過程參數(shù)的操作員選擇，諸如用于所選的受控波形焊接過程的先前選擇安培數(shù)和金屬絲速度?？蓪@示器84配置成顯示已調整的過程參數(shù)和/或所選擇的過程類型(例如RMD?、脈沖焊接、FCAff, MIG)。在某些實施例中，可將一個或多個顯示器84、燈或其他設備配置成提供操作員可感知通知以通知操作員所耦合的電力電纜的極性是否對應于各輸入端子40。
[0041]高級過程送絲器20的實施例包括設置在外殼76內以對送絲驅動器90進行供應的焊絲54的一個或多個線軸88。焊絲54通過送絲驅動器90和輸出端子91而被拉向焊接電纜62。在某些實施例中，氣體管線74可如圖所示地位于焊接電纜62內。工作電纜64被耦合到輸出端子91。
[0042]圖4示出具有設置在外殼76內的過程操作員接口 66的高級過程送絲器20的實施例的頂視圖。過程操作員接口 66可包括一個或多個按鈕92和一個或多個指示器94以接收和顯示金屬絲和材料參數(shù)。在某些實施例中，可將過程操作員接口 66配置成接收氣體參數(shù)?？蓪⑦^程操作員接口 66的一個或多個按鈕92配置成接收輸入，諸如金屬絲材料(例如，鋼、鋁)、金屬絲類型(例如，實心、有芯)、金屬絲直徑、氣體類型等。在某些實施例中，可不如通過控制操作員接口 68選擇的控制參數(shù)那么頻繁地調整金屬絲參數(shù)和/或氣體參數(shù)。例如，可將過程操作員接口 66設置于在焊接期間常閉的外殼內。作為另一示例，可主要在改變焊絲54的線軸88時調整過程操作員接口 66。指示器94可包括顯示器、燈或被配置成提供指示所選的金屬絲參數(shù)和/或氣體參數(shù)的操作員可感知通知的其他裝置。送絲驅動器90的兩個或更多驅動輪98被配置成沿著焊接電纜62指引焊絲54通過輸出端子91。
[0043]圖5示出具有過程電路56、功率轉換電路58以及送絲組件60的高級過程送絲器20的實施例的框圖。可將高級過程送絲器20的實施例耦合到具有電感100的長電力電纜24。如可感知的，電力電纜24可以是常規(guī)電力電纜24。如上文所討論的，高級過程送絲器20可遠離焊接電源定位。例如，可將高級過程送絲器20設置在距離焊接電源12大約30至200英尺、大約50至150英尺或大約100至150英尺之間。在某些實施例中，遠程定位的高級過程送絲器可在與焊接電源12不同的建筑物、結構或房間中。電感100可在使用期間隨著電力電纜24被盤繞、延伸和移動而改變。
[0044]功率轉換電路58被配置成從電力電纜24接收輸入功率并將該輸入功率轉換成焊接輸出。功率轉換電路可在不考慮電力電纜24的電感100的情況下將輸入功率轉換成焊接輸出。過程控制電路102至少部分地基于從過程操作員接口 66和/或控制操作員接口68接收到的參數(shù)而控制功率轉換電路58。過程控制電路102控制升壓轉換器104和降壓轉換器106以將輸入功率轉換成焊接輸出。可在升壓轉換器104與降壓轉換器106之間設置內部總線108。在本文中為了明了起見而僅討論一個升壓轉換器104和降壓轉換器106，然而，功率轉換電路58的其他實施例可具有一個或多個升壓轉換器104和/或一個或多個降壓轉換器106。升壓轉換器104和降壓轉換器106被配置成將輸入功率轉換成適合于受控波形焊接過程的焊接輸出，諸如對于RMD?和脈沖焊接過程而言。
[0045]升壓轉換器104從輸入端子40接收DC電壓且遞升或增加供應給降壓轉換器106的總線功率的DC電壓。如可認識到的，升壓轉換器104使用開關(例如，F(xiàn)ET)將來自焊接電源的DC輸入功率轉換成基本上脈沖遞升的電壓DC總線功率以斷開和閉合升壓電路。DC總線功率的遞升電壓至少基于開關的占空比。改變開關的占空比影響向內部總線108供應遞升電壓DC總線功率時的正時。通過控制升壓轉換器104的開關，過程控制電路102可調整DC總線功率的正時、電壓以及安培數(shù)。
[0046]降壓轉換器106接收遞升電壓DC總線功率并將DC電壓遞減或減小以控制焊接輸出的安培數(shù)。如可認識到的，降壓轉換器106使用開關(例如，F(xiàn)ET)將脈沖、遞升電壓DC總線功率轉換成脈沖、遞減電壓DC焊接輸出以斷開和閉合降壓電路。如與升壓轉換器104的情況一樣，改變降壓轉換器106的開關的占空比影響向焊炬供應遞減電壓DC焊接輸出時的正時。在某些實施例中，可將多個降壓轉換器106并聯(lián)地耦合到內部總線108并單獨地控制以影響對焊接輸出的改變(例如，脈沖)的正時和振幅。通過控制降壓轉換器106的開關，過程控制電路102可調整DC焊接輸出的正時、電壓以及安培數(shù)?？刂齐娐?02被配置成控制升壓轉換器104和降壓轉換器106的開關以基于操作員選擇焊接過程(例如，RMD?、脈沖焊接、FCAW、MIG)而動態(tài)地調整供應給焰炬的DC焊接輸出的電壓和/或安培數(shù)。在某些實施例中，過程控制電路102被配置成基于輸入功率、總線功率或焊接輸出或其組合的感測參數(shù)來控制升壓轉換器104和/或降壓轉換器106。例如，控制電路102可基于焊接輸出的感測參數(shù)來控制升壓轉換器104以控制跨過內部總線108的電壓。
[0047]在某些實施例中，可將功率儲存電路(例如，總線電容器110)設置在內部總線108上?？偩€電容器I1可針對在任何時間到功率轉換電路58中的輸入功率與來自功率轉換電路58的焊接輸出之間的差而保護升壓轉換器104和/或降壓轉換器106。如上文所討論的，被升壓轉換器104轉換的總線功率指向內部總線108，然后是降壓轉換器106?？蓪⒖偩€電容器110配置成儲存總線功率直至其被降壓轉換器106接收到。儲存和放出總線電容器110中的相對大量的功率可加熱總線電容器?？蓪⒂缮龎恨D換器104供應的總線功率與由降壓轉換器106去除以轉換成焊接輸出的總線功率之間的電壓差測量為電壓紋波。減小電壓紋波的量值可改善焊接質量和/或保持總線電容器110的溫度。總線電容器110的尺寸和電容可基于電壓紋波的量值，其至少部分地影響升壓轉換器104和降壓轉換器106的控制?？偩€電容器110可部分地使電壓紋波衰減和/或延遲。
[0048]在某些實施例中，過程控制電路102被配置成至少部分地基于輸入功率和焊接輸出的感測參數(shù)來控制升壓轉換器104和降壓轉換器106的占空比以減小總線電容器110的電壓紋波。在第一連接112和第二連接114處由感測電路116通過輸入傳感器118來感測輸入功率的電流和電壓。感測電路116通過總線傳感器120感測跨過總線電容器110在內部總線108處的電流和電壓，并通過輸出傳感器122感測焊接輸出的電流和電壓。過程控制電路102可至少部分地基于焊接輸出、輸入功率或總線功率或其組合的感測參數(shù)(例如，電壓、電流)來驅動升壓轉換器104和降壓轉換器106。例如，感測電路116可利用焊接輸出傳感器122來感測焊接輸出的電壓和電流并利用輸入傳感器118和總線傳感器120來感測輸入功率和總線功率的電壓。在某些實施例中，過程控制電路102被配置成確定焊接輸出電流和電壓的乘積(即，功率)和功率轉換電路58的損耗，確定該損耗與該乘積的和，將該和除以輸入電壓以確定期望的總線電流，并且驅動升壓轉換器104以控制總線電流。升壓轉換器104可將總線電流控制為期望的總線電流以使到內部總線108中的總線功率與從內部總線108去除的焊接輸出基本上匹配。電力電纜24的電感100延遲了從焊接電源到內部總線108中的電流流動?；谳斎雮鞲衅?18和/或總線傳感器120而不是焊接電源處的輸入功率的電流和電壓來控制升壓轉換器104減小了總線電容器110上的電壓紋波?；谳斎雮鞲衅?18和/或總線傳感器120來控制升壓轉換器104減少或消除了電感100對焊接輸出的影響。在某些實施例中，過程控制電路102被配置成控制升壓轉換器104和降壓轉換器106以至少在降壓轉換器106將總線功率轉換成適合于受控波形焊接過程(例如，脈沖焊接、短路焊接)的焊接輸出的情況下減小內部總線108上的電壓紋波。
[0049]可將過程控制電路102配置成通過調整用于升壓轉換器104和降壓轉換器106內的開關的占空比的控制信號的正時來減小電壓紋波。通過調整控制信號的正時，可將過程控制電路102配置成使焊接輸出電壓和電流的脈沖(例如，相位)與輸入功率的輸入電流的脈沖大體上對準。過程控制電路102可調整來自升壓轉換器104和/或降壓轉換器106的相對正時(例如，相移、時間提前、時間延遲)的信號脈沖以減小電壓紋波。減小內部總線108上的電壓紋波可使得總線電容器110能夠更小、更輕、更涼、更高效、更廉價或其組合?？蓪⑦^程控制電路102配置成將電壓紋波調諧至用于電力電纜24的任何電感100的最小值。這樣，電感100可在不影響內部總線108上的電壓紋波和/或來自降壓轉換器106的焊接輸出的情況下在焊接系統(tǒng)的操作期間或在焊接操作之間改變。
[0050]沿著被耦合到輸入端子40的電力電纜24從焊接電源接收輸入功率。在某些實施例中，輸入端子40具有第一輸入連接112和第二輸入連接114，這兩個輸入連接具有各自的限定極性。如上文所討論的，第一端子和第二端子28具有正極性和負極性，因此將輸入功率極化。在某些實施例中，感測電路116被配置成使用輸入傳感器118來檢測供應給第一輸入連接112和第二輸入連接114的極化輸入功率的極性。可將感測電路116配置成檢測第一和第二端子26、28的極性與第一和第二輸入連接112、114的限定極性之間的失配?？蓪⒈获詈系礁袦y電路116的過程控制電路102配置成只有當所檢測的輸入功率極性對應于第一和第二輸入連接112、114的限定極性時才向功率轉換電路58提供極化輸入功率?？蓪⒏呒夁^程送絲器20配置成供應用于特定焊接應用的極化焊接輸出。切換第一和第二端子26、28的極性使得端子26、28不對應于第一和第二輸入連接112、114可將電力電纜62和工作電纜64的極性從DCEN切換至DCEP或從DCEP切換至DCEN。
[0051]在某些實施例中，高級過程送絲器20被配置成將極性通知給操作員和/或自動地切換輸入功率的極性。例如，可將過程操作員接口 66和/或控制操作員接口 68配置成如果極化的輸入功率的極性不對應于第一和第二輸入連接112、114的限定極性，則提供操作員可感知通知?？蓪⑼ㄐ烹娐放渲贸赏ㄟ^到焊接電源的電力電纜來發(fā)送和接收命令和/或反饋信號。通信電路發(fā)送指示輸入連接的極性之間的失配的信號，使得焊接電源可提供極性的操作員可感知通知和/或使輸入功率的極性反向。在某些實施例中，焊接電源的極性反向電路36 (圖1)基于信號使極化的輸入功率的極性反向，使得極化的輸入功率的極性對應于第一和第二輸入連接112、114的限定極性。
[0052]感測電路116還被配置成利用總線傳感器120來測量內部總線108的電流和/或電壓并利用焊接輸出傳感器122來測量焊接輸出的電流和/或電壓。過程控制電路102通過感測電路116來監(jiān)視輸入傳感器118、總線傳感器12以及焊接輸出傳感器122。在檢測到極化的輸入功率和/或焊接輸出達到閾值范圍之外的值的改變時，過程控制電路102可斷開繼電器電路124以中斷極化的輸入功率到焊絲饋送器20的操作部件的提供。操作部件可包括但不限于功率轉換電路58、焊絲饋送驅動器90或送絲控制電路或其任何組合。該閾值范圍具有最大閾值(例如，大約80V、100V、120V或以上)和最小閾值(例如，大約20V、25V或30V)。在極化的輸入功率和/或焊接輸出在閾值范圍內時操作功率轉換電路可增加轉換的穩(wěn)定性或一致性。例如，在繼電器電路124下游的短路可引起跨過內部總線108的電壓下降和/或焊接輸出的電壓下降。斷開繼電器電路124可至少保護繼電器電路124由于下游短路而引起的過多輸入功率。繼電器電路124可包括諸如閉鎖繼電器、非閉鎖繼電器、固態(tài)開關等電路元件。繼電器電路124被配置成閉合以提供輸入功率并且斷開以中斷至功率轉換電路58的輸入功率。在某些實施例中，功率儲存電路可提供功率以斷開繼電器電路124并中斷輸入功率。功率儲存電路可包括輔助電源126和/或內部總線108上的總線電容器110。
[0053]繼電器電路124的當前設想的實施例包括在第一和第二繼電器結點132、134處并聯(lián)地耦合的功率繼電器128和旁路電路130。功率繼電器128可以是被配置成在閉合時沿著第一電流路徑129載送高安培數(shù)DC的閉鎖繼電器或非閉鎖繼電器。閉鎖繼電器可以比具有相同電流容量的非閉鎖繼電器更小且更輕。在某些實施例中，功率繼電器128可以是由德國Wehingen的Gruner制造的753型繼電器。旁路電路130可包括但不限于驅動電路、電壓鉗制裝置(例如，金屬氧化物電阻器)以及可對來自驅動電路的驅動信號進行響應的一個或多個開關。所述一個或多個開關被配置成在閉合時沿著第二電流路徑131載送電流?？蓪㈦妷恒Q制裝置配置成響應于跨過繼電器電路124的電壓尖峰(例如，快速增加或減小)而對跨過第一和第二繼電器結點132、134的電壓進行鉗制。電壓尖峰可促使大的電流以另外的方式沿著第一和/或第二電流路徑129、131流動。可將電壓鉗制裝置配置成耗散儲存在電力電纜24的電感100中的某些能量。在某些實施例中，旁路電路130可包括至少一對開關以在第一和第二端子26、28的極性不對應于稱合的第一和第二端子112、114的各自限定極性的情況下保護驅動電路。旁路電路130還可包括并聯(lián)地耦合到功率繼電器128的多個固態(tài)開關(例如，晶體管)，以提供期望的載流容量(諸如高安培數(shù)DC輸入功率)。驅動電路可以是過程控制電路102或由過程控制電路102控制的分離電路。
[0054]過程控制電路102被配置成向功率繼電器128施加信號以斷開和閉合功率繼電器128，并向旁路電路130施加信號以與斷開和閉合功率繼電器128相協(xié)作地斷開和閉合旁路電路130。在某些實施例中，基本上同時地施加用于斷打和閉合功率繼電器128及斷開和閉合旁路電路130的信號?？蓪⑴月冯娐?30配置成在短時間內沿著到功率轉換電路58的第二電流路徑131載送輸入功率的一小部分，以減小在該短時間內沿著通過功率繼電器128的第一電流路徑129載送的輸入功率的其余部分。在被閉合時，旁路電路130的開關被配置成減小跨過功率繼電器128的電流以使得功率繼電器128能夠在不起弧和/或使用磁性滅弧的情況下斷開或閉合。在過程控制電路102用信號通知功率繼電器128斷開或閉合之后，過程控制電路102用信號通知旁路電路130的開關斷開以中斷沿著第二電流路徑131的那部分輸入功率?？蓪⑴月冯娐?30的開關配置成在功率繼電器128被斷開或閉合的情況下在短時間內沿著第二電流路徑131載送輸入功率。
[0055]閉合功率繼電器128以在焊接期間向功率轉換電路58提供輸入功率。在某些實施例中，被耦合到感測電路116的過程控制電路102被配置成監(jiān)視輸入功率的電壓和跨過內部總線108的電壓?？刂齐娐?02被配置成至少部分地基于輸入電壓或跨過內部總線108的電壓的下降而斷開功率繼電器128，該下降可指示在繼電器電路124下游的短路。過程控制電路102可用儲存在功率儲存電路(諸如輔助電源126或總線電容器110)中的功率對功率繼電器130進行致動。例如，過程控制電路102可使功率儲存電路放電以對線圈供電從而斷開或閉合功率繼電器128。
[0056]在某些實施例中，可在焊接電源提供適合于到焊接輸出的轉換的輸入功率之前對功率儲存電路充電?？捎商幱诔跏妓降慕邮蛰斎腚娏鲗炔靠偩€108上的功率儲存電路(例如，總線電容器110)充電。在某些實施例中，過程控制電路102向焊接電源傳送預充電信號以將輸入功率的輸入電流減小至初始水平。感測電路116可用總線傳感器120來感測功率儲存電路的電荷。在某些實施例中，過程控制電路102可發(fā)起到焊接電源的信號以基于輸入功率電壓與跨過內部總線108的電壓之間的比差而將輸入電流增加至更大水平。在某些實施例中，過程控制信號在第一電流路徑129被閉合且第二電流路徑131被斷開之后以更大的水平接收輸入電流。首先以初始水平接收輸入電流且然后以更大的水平接收輸入電流使得高級過程送絲器20的分階段初始化能夠減小由過程控制電路102和/或功率轉換電路58取出的涌入電流和輸入功率。例如，過程控制電路102可在總線電壓近似為輸入功率電壓的50 %、75 %或100 %時發(fā)起到焊接電源的信號。在某些實施例中，經由通信電路70和電力電纜24將信號發(fā)送到焊接電源。
[0057]升壓轉換器104與降壓轉換器106之間的總線電容器110可執(zhí)行高級過程送絲器20內的若干個功能?？偩€電容器110可儲存功率以斷開或閉合繼電器電路124從而中斷到操作部件(例如，功率轉換電路58、送絲驅動器90、送絲控制電路136)的輸入功率流動。過程控制電路102可基于總線電容器110和/或輸入連接112、114的電壓而斷開或閉合繼電器電路124。過程控制電路102還可至少部分地基于總線電容器110和/或輸入連接112、114的感測電壓而向焊接電源發(fā)送信號。
[0058]在某些實施例中，旁路電路130被配置成如果在繼電器電路124下游存在短路，則防止功率繼電器128閉合。過程控制電路102可通過閉合第二電流路徑131來測試高級過程饋送器20以確定內部總線108的電壓是否可增加。在繼電器電路124的下游短路的情況下，內部總線108的電壓將不會增加。當過程控制電路102確定了內部總線108的電壓可增加時，過程控制電路102可閉合功率繼電器128以使得輸入功率能夠流到功率轉換電路58。針對在繼電器電路124下游的短路測試高級過程送絲器20使得功率繼電器128能夠在短路的情況下保持斷開。
[0059]由被耦合到送絲驅動器90的送絲控制電路136來控制送絲組件60?？蓪⑺徒z控制電路136耦合到過程操作員接口 66、控制操作員接口 68以及過程控制電路102。送絲控制電路136控制送絲驅動器90以至少部分地基于經由過程操作員接口 66和控制操作員接口 68接收到的參數(shù)而向焊接電纜62供應焊絲54。如上文所討論的，可將過程操作員接口66配置成接收用于氣體參數(shù)的輸入。被耦合到氣體管線74的閥組件72被配置成由過程控制電路102和/或送絲控制電路136控制。
[0060]圖6示出了沿著線6-6的圖5的旁路電路130的實施例的示意圖。如上所討論的，旁路電路130在第一和第二繼電器結點132、134處與功率繼電器128并聯(lián)地耦合。旁路電路130包括被并聯(lián)地耦合到功率繼電器128的一個或多個開關138，諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。在某些實施例中，可以反串并聯(lián)配置來布置固態(tài)開關。功率繼電器128和旁路電路130由過程控制電路控制成基本上同時地斷開和閉合以減少跨過功率繼電器128起弧。閉合功率繼電器128使得電流能夠沿著第一電流路徑129流動且閉合開關138使得電流能夠沿著第二電流路徑131流動。第二電流路徑131可包括位于并聯(lián)開關之間的許多分支140、142、144和146。改變分支的數(shù)目影響沿著第二電流路徑131的載流容量，因此當功率繼電器128被致動時影響沿著第一路徑129的電流。當致動功率繼電器128時減小沿著第一路徑129的電流減少了功率繼電器的觸點之間的起弧。過程控制電路被配置成通過閘門138或其他控制開關來控制一個或多個開關138以同時地或連續(xù)地斷開和閉合一個或多個開關138。一個或多個開關138被配置成斷開，除非被過程控制電路控制為閉合。
[0061]在從過程控制接收到控制信號時，一個或多個開關138被配置成閉合，從而斷開第二電流路徑131。在一個或多個開關138被閉合的情況下，過程控制電路控制功率繼電器128以在由于沿著第二電流路徑131的電流從而沿著第一電流路徑129的電流減小的情況下來致動成斷開或閉合。在功率繼電器128被致動成斷開或閉合之后，過程控制電路斷開一個或多個開關138以斷開第二電流路徑131。來自控制一個或多個開關138和功率繼電器128的控制信號可以是基本上同時地斷開和閉合第一和第二電流路徑129、131的脈沖。也就是說，功率繼電器128可在大約5至50毫秒、10至40毫秒或大約20至30毫秒內斷開和閉合第一和第二電流路徑129、131。
[0062]旁路電路130包括電壓鉗制裝置150 (例如，金屬氧化物電阻器、變阻器)以保護一個或多個開關138和功率繼電器128的過壓。在斷開功率繼電器128時，第一和第二繼電器結點132、134之間的電壓可隨著總線電容器、電力電纜和/或輔助電源或其他電路釋放儲存電荷而增加。電壓鉗制裝置150被配置成在較高電壓下具有比在較低電壓下更大的電阻。電壓鉗制裝置150隨著第一和第二繼電器結點132、134之間的電壓增加而沿著第三電流路徑152載送更多的電流，從而將沿著第一和第二電流路徑129、131的電流保持在閾值水平以下。
[0063]可根據如圖7-10中所示的多個方法來利用圖5的高級過程送絲器。在圖7-10的所有所示實施例的情況下都可利用高級過程送絲器的某些實施例。在圖7-10的所示實施例中的僅某些的情況下可利用高級過程送絲器的其他實施例。圖7示出了在高級過程送絲器內將輸入功率轉換成受控波形焊接輸出的方法154。該方法的第一步驟156用于從焊接電源接收輸入功率。在某些實施例中，輸入功率可以是大約80V的極化DC輸入功率。該輸入功率如果其被直接地供應給焊炬的話則可能不適合于受控波形焊接過程。在步驟158中，操作員可打開高級過程送絲器的外殼。操作員可打開外殼以安裝或改變焊絲線軸或調整與焊絲和氣源有關的參數(shù)。在步驟160處，外殼內的過程操作員接口在外殼于步驟162處被關閉之前接收焊絲和/或氣體參數(shù)。在步驟164處，過程控制電路確定過程參數(shù)。該過程參數(shù)包括受控波形輸出、安培數(shù)、焊絲的饋送速率等?？苫谕ㄟ^過程操作員接口接收到的參數(shù)來確定過程參數(shù)。在某些實施例中，控制電路在操作員沒有直接選擇過程類型的情況下基于存儲在存儲器中的代碼和/或指令而自動地確定用于受控波形焊接輸出的過程參數(shù)。高級過程送絲器可在步驟166處與焊接電源通信以至少部分地基于接收到的過程和/或焊絲參數(shù)來調整輸入功率。在某些實施例中，步驟166可在高級過程送絲器的操作期間的任何時間發(fā)生。在方框168處，高級過程送絲器將輸入功率轉換成焊接輸出。該焊接輸出可以是適合于短路焊接過程或脈沖焊接過程的受控波形焊接輸出。由高級過程送絲器內的功率轉換電路轉換的焊接輸出未被耦合到焊接電源的電力電纜的電感所衰減。高級過程送絲器在步驟170處接收保護氣體。可通過焊接電源或分離的氣源來供應保護氣體。在步驟172處，高級過程送絲器至少部分地基于在步驟160和164處接收到的輸入而向焊炬提供焊絲和氣體。在步驟174處，至少部分地基于在步驟164處接收到的輸入而向焊炬提供焊接輸出。焊接輸出可由于功率轉換電路與焊炬之間的相對短的距離和低的電感而適合于受控波形焊接過程。
[0064]圖8示出感測由高級過程送絲器接收到的輸入功率的極性的方法176。在步驟178處，高級過程送絲器從焊接電源接收極化的輸入功率。沿著電力電纜的第一和第二端子供應極化的輸入功率。在兩個輸入連接處接收輸入功率，每個輸入連接均具有限定的極性。在方框180處，感測電路在第一和第二輸入連接處利用輸入傳感器來檢測極化的輸入功率的極性和電壓。在某些實施例中，在方框182處，接收到的輸入功率可對功率儲存電路(諸如輔助電源和/或總線電容器)充電。
[0065]在步驟180處檢測到輸入功率的極性時，感測電路在節(jié)點184處驗證第一和第二端子是否對應于輸入連接的限定極性。如果在極性之間存在失配，則高級過程送絲器內的過程控制電路可通過過程操作員接口、控制操作員接口和/或焊接電源利用操作員可感知通知將失配的極性通知給操作員。另選地，在方框188處，過程控制電路可與焊接電源通信以如方框190處所示指引焊接電源改變輸入功率的極性。如果輸入功率的極性與限定的極性連接的極性匹配，則過程控制電路在節(jié)點192處確定輸入功率和輸入電壓是否是基本上穩(wěn)定的。如果輸入電壓是穩(wěn)定的，則向功率轉換電路供應輸入功率。過程控制電路可在焊接過程期間在節(jié)點192處周期性地感測并確定輸入電壓是否是穩(wěn)定的。如果輸入電壓是不穩(wěn)定的，則過程控制電路可中斷向功率轉換電路的極化的輸入功率供應。過程控制電路可通過斷開在功率轉換電路上游的功率繼電器和/或與焊接電源通信以停止為高級過程送絲器供應輸入功率來中斷極化的輸入功率。如果輸入功率被中斷，則可在接收到極化的輸入功率時從步驟178開始重復方法176。
[0066]如果輸入電壓是穩(wěn)定的，貝1J在方框196處向功率轉換電路供應輸入功率以將極化的輸入功率轉換成焊接輸出。該焊接輸出可以是適合于短路焊接過程或脈沖焊接過程的受控波形焊接輸出。另外，該焊接輸出可適合于FCAW過程或GMAW焊接過程。由高級過程送絲器20內的功率轉換電路轉換的焊接輸出未被耦合到焊接電源的電力電纜的電感所衰減。高級過程送絲器在步驟170處接收保護氣體?？赏ㄟ^焊接電源或分離的氣源來供應保護氣體。在步驟172處，高級過程送絲器向焊炬提供焊絲和氣體。在步驟174處，向焊炬提供焊接輸出。所提供的焊接輸出可由于功率轉換電路與焊炬之間的相對短的距離和低的電感而適合于受控波形焊接過程。
[0067]圖9A示出了對高級過程送絲器的電路元件預充電且與功率繼電器并聯(lián)地使用旁路電路的方法198的第一部分。當高級過程送絲器被電耦合到焊接電源時，高級過程送絲器在步驟199處向焊接電源發(fā)送預充電信號。預充電信號指揮焊接電源將預充電輸入功率的電流局限于初始水平。在步驟200處，高級過程送絲器以初始水平接收輸入功率。在步驟201處，過程控制電路向旁路電路發(fā)送控制信號以閉合第二電流路徑，從而將處于初始水平的輸入功率傳送到功率儲存電路(例如內部總線上的總線電容器)。處于初始水平的輸入功率在步驟202處對功率儲存電路(例如總線電容器)充電。感測電路在步驟204處檢測輸入功率和總線功率的電壓?？偩€功率的電壓是儲存在總線電容器中的功率的度量。在節(jié)點206處，過程控制電路比差輸入功率和總線功率的電壓。在某些實施例中，在節(jié)點206處，過程控制電路如上文用圖5所述地測試繼電器電路以確定在繼電器電路下游短路的存在。如果在下游存在短路(例如，電壓在閾值以下)，則過程控制電路可不閉合功率繼電器，使得輸入功率不通過短路。過程控制電路可在下游短路的情況下在方框207處斷開旁路電路。在旁路電路斷開之后，電壓鉗制裝置在方框209處對電壓進行鉗制以至少部分地保護繼電器電路。過程控制電路可在方框211處向焊接電源、過程操作員接口和/或控制操作員接口發(fā)送信號。在某些實施例中，該信號可控制焊接電源以停止輸入功率的產生。在其他實施例中，信號控制操作員接口在方框213處向操作員指示故障(例如，短路)。如果總線功率的電壓在閾值以上(例如，功率儲存電路被充電)且不存在短路，則過程控制電路在步驟208處向功率繼電器發(fā)送控制信號以閉合第一電流路徑。
[0068]在功率繼電器被閉合之后，在步驟210處，過程控制電路向旁路電路發(fā)送控制信號以斷開第二電流路徑。在某些實施例中，過程控制電路在方框212處向焊接電源發(fā)送信號。該信號指揮焊接電源將輸入功率的電流增加至更大水平。在其他實施例中，焊接電源被構造成在步驟210處在限定的時間段之后將電流增加至更大水平。在某些實施例中，高級過程送絲器的過程控制電路可基本上同時地或在小于大約50毫秒、小于大約30毫秒或小于大約15毫秒內執(zhí)行步驟208和210。高級過程送絲器在方框214處接收處于更大水平的輸入功率。處于更大水平的該輸入功率適合于在方框216處轉換成焊接輸出以用于期望的焊接過程。
[0069]高級過程送絲器的功率轉換電路在步驟216處將處于更大水平的輸入功率轉換成焊接輸出。該焊接輸出可以是適合于短路焊接過程或脈沖焊接過程的受控波形焊接輸出。另外，該焊接輸出可適合于FCAW過程或GMAW焊接過程。由高級過程送絲器內的功率轉換電路轉換的焊接輸出未被耦合到焊接電源的電力電纜的電感所衰減。圖9B示出可在方框216期間和之后配置的方法198的第二部分。在焊接過程期間，在節(jié)點218處，感測電路監(jiān)視輸入功率和總線功率的電壓以控制繼電器電路。在某些實施例中，感測電路還可用圖8中的方法176如上所述地檢測輸入功率的極性，以將極性失配通知給操作員或使焊接電源處的極性反向。
[0070]如果感測電路檢測到跨過內部總線的下降電壓和/或輸入功率的下降電壓，則過程控制電路在步驟220、224和226處對繼電器電路進行致動以中斷到功率轉換電路的輸入功率。過程控制電路在步驟220處向旁路電路發(fā)送控制信號以閉合第二電流路徑。同時地或在步驟220之后不久，過程控制電路在步驟224處向功率繼電器發(fā)送控制信號以斷開第一電流路徑。過程控制電路可使功率儲存電路中的至少某些放電以驅動功率繼電器斷開。例如，功率儲存電路可儲存功率以在從過程控制電路接收到控制信號時驅動磁性線圈斷開功率繼電器。在功率繼電器斷開之后，在步驟226處，過程控制電路向旁路電路發(fā)送控制信號以斷開第二電流路徑。在某些實施例中，高級過程送絲器的過程控制電路可基本上同時地或在小于大約50毫秒、小于大約30毫秒或小于大約15毫秒內執(zhí)行步驟220、224和226。在第一和第二電流路徑斷開之后，跨過繼電器電路的電壓可由于儲存在電力電纜和/或功率儲存電路內的功率而增加。繼電器電路的電壓鉗制裝置在方框228處對電壓進行鉗制以減少儲存能量對功率繼電器或旁通電路的影響。在整個方法198中，諸如如果感測電路檢測到輸入功率和總線功率的穩(wěn)定電壓，則高級過程送絲器可在步驟230處與焊接電源通信。高級過程送絲器可指揮焊接電源調整輸入功率(例如，停止供應輸入功率)。
[0071]高級過程送絲器在步驟170處接收保護氣體?？赏ㄟ^焊接電源或分離的氣源來供應保護氣體。在步驟172處，高級過程送絲器向焊炬提供焊絲和氣體。在步驟174處，向焊炬提供焊接輸出。所提供的焊接輸出可由于功率轉換電路與焊炬之間的相對短的距離和低的電感而適合于受控波形焊接過程。
[0072]圖10示出控制輸入功率的電流以減小內部總線上的電壓紋波的方法232。該方法232的第一步驟234是用于從焊接電源接收輸入功率。在某些實施例中，輸入功率可以是大約80V的極化DC輸入功率。在整個方法232中，高級過程送絲器可如步驟236處所示與焊接電源通信。功率轉換電路的升壓轉換器在步驟238處接收輸入功率并將輸入功率轉換成總線功率。沿著內部總線從升壓轉換器向降壓轉換器傳送總線功率。感測電路在步驟240處檢測總線功率的電流和電壓。在步驟242處，降壓轉換器將來自內部總線的總線功率轉換成焊接輸出。該焊接輸出可以是適合于短路焊接過程或脈沖焊接過程的受控波形焊接輸出。另外，該焊接輸出可適合于FCAW過程或GMAW焊接過程。感測電路還在步驟244處檢測焊接輸出的電流和電壓。
[0073]過程控制電路接收所檢測的電流并處理所檢測的測量結果以調整功率轉換電路。在某些實施例中，過程控制電路被配置成確定總線功率的期望電流以減小跨過內部總線的電壓紋波。過程控制電路可通過以下方式來確定總線功率的期望電流:確定焊接輸出電流和電壓的乘積；確定該乘積和轉換損耗的和；并將該和除以總線電壓。過程控制電路可基于從步驟240和244所檢測的電流和電壓測量結果而在步驟248處調整至升壓和降壓轉換器的命令信號。在某些實施例中，過程控制電路調整至功率轉換電路的命令信號以使進入內部總線的總線功率與進入降壓轉換器的總線功率在時間上基本上匹配。這減小了跨過內部總線的電壓紋波。過程控制電路被配置成至少部分地基于焊接輸出來調整總線功率的電流。在某些實施例中，過程控制電路被配置成調整升壓轉換器的開關的占空比以使輸入功率到總線功率的轉換在時間上提前或延遲(例如，相移)。在某些實施例中，過程控制電路還被構造成調整降壓轉換器的開關的占空比以使輸入功率到焊接輸出的轉換在時間上提前或延遲(例如，相移)。在某些實施例中，過程控制電路被配置成基于反饋而動態(tài)地調整升壓轉換器和降壓轉換器以將電壓紋波調諧至最小值。過程控制電路被構造成將電壓紋波調諧至用于電力電纜的任何電感的最小值。
[0074]高級過程送絲器在步驟170處接收保護氣體?？赏ㄟ^焊接電源或分離的氣源來供應保護氣體。在步驟172處，高級過程送絲器向焊炬提供焊絲和氣體。在步驟174處，向焊炬提供焊接輸出。所提供的焊接輸出可由于功率轉換電路與焊炬之間的相對短的距離和低的電感而適合于受控波形焊接過程。
[0075]圖11是示出了在沒有調整功率轉換電路的情況下高級過程送絲器的總線電壓、輸入電流以及焊接輸出參數(shù)相對于時間的實施例的圖表249。圖表249示出了由升壓轉換器供應的內部總線上的一系列輸出電流以及由降壓轉換器從內部總線取出的適合于受控波形焊接過程的焊接輸出。信號250是如在內部總線上測量的電壓紋波。信號252是由降壓轉換器取出的焊接輸出的輸出電流，并且信號254是由降壓轉換器取出的焊接輸出的輸出電壓。信號256是由升壓轉換器從輸入功率供應的已轉換的總線功率的電流。所示的每個信號均具有規(guī)則時段，然而，輸出電流和電壓252、254的輸出正時(例如,相位)在總線電流256的輸入正時(例如，相位)之前。也就是說，總線電流256的峰值260的正時與焊接輸出電流252和焊接輸出電壓254的峰值258的正時錯開(例如，延遲)。圖表249的輸出峰值258與輸入峰值260之間的相對時間差促使電壓紋波具有大的峰-峰振幅262。
[0076]圖12是示出高級過程送絲器的總線電壓、輸入電流和焊接輸出參數(shù)相對于時間的圖表264，對于該高級過程送絲器而言調整功率轉換電路以減小電壓紋波。在本實施例中，電壓紋波250的峰-峰振幅262基本上比在圖11的圖表249中的小。過程控制電路控制升壓轉換器和/或降壓轉換器內的開關的占空比以減小電壓紋波250。例如，過程控制電路調整輸出電流和電壓的輸出峰值258的正時、調整總線電流的輸入峰值260的正時或其組合。圖12示出其中過程控制電路延遲了輸出峰值258的正時以與輸入峰值260的正時更緊密地相一致，從而減小電壓紋波250的峰-峰振幅262。在某些實施例中，當輸入電流256和輸入電壓信號在時間上與輸出電流252和輸出電壓254對準時減小電壓紋波250。輸入電流256和輸入電壓信號的乘積可近似等于轉換損耗(例如，來自升壓轉換器和降壓轉換器)與輸出電流252和輸出電壓254信號的乘積之和。在某些實施例中，過程控制電路控制由升壓轉換器和降壓轉換器進行的轉換以細化脈沖波形的形狀從而進一步減小電壓紋波。例如，圖表264的實施例的總線電流256比圖表249的實施例更快速地增加和減小。另外，過程控制電路可控制由升壓轉換器供應的總線電流256以與降壓轉換器所取出的焊接輸出252的電流緊密地匹配，如圖表264中所示。
[0077]圖13示出如上述類型的可在被耦合到焊接電源的掛件中或遠程送絲器中使用的示例性電流管理系統(tǒng)?？傮w上由附圖標記268指示的電流管理系統(tǒng)被設計成經由電力電纜24而耦合到焊接電源。由于焊接電源12可通常是帶電的(即，被供電并向電纜24提供輸出功率)，所以電流管理系統(tǒng)268可用于多種功能，諸如將涌入電流限制到遠程部件內的儲能裝置和/或延遲電流到儲能裝置的施加，以在部件被耦合到帶電焊接電源時避免端子連接處起弧。在所示的實施例中，電流管理系統(tǒng)268包括被耦合到部件內的本地電源272的至少一個儲能裝置270?？墒褂帽镜仉娫磥頌楦鞣N附件提供功率，所述附件諸如為用戶接口、顯示器等。儲能裝置270可包括一個或多個類型的裝置，諸如電容器、電池、這些裝置的組合或任何其他適當?shù)膬δ苎b置。還提供了充電/放電控制電路276，以便調節(jié)電流到儲能裝置270的施加且用于調節(jié)來自儲能裝置的功率的流動?？扇鐖D所示地在總線電路布置中耦合這些裝置，其中焊接功率被提供給與此電路并聯(lián)的焊炬。此外，可將電流和電壓傳感器結合到電路中以便調節(jié)某些部件的操作，特別是在掛件或送絲器到電源的初始連接期間以及在操作期間。
[0078]如下面參考圖14和15更全面地所述的，電流管理系統(tǒng)268用于借助充電/放電控制電路的操作來限制到儲能裝置中的電流。特別地，在使用期間，電流可確保諸如在起弧開始(例如，TIG操作中的提升起弧開始)期間焊接功率輸出不會“餓死”本地電源272。此夕卜，可經由該電路而使得電流取出足夠低以在掛件或送絲器被連接到帶電焊接電源時防止起弧。此外，可在開路電壓(即，“穿越”)的損失期間使用來自儲能裝置的能量來保持到附件274的功率。
[0079]圖14示出諸如可適合于到諸如焊接掛件之類的遠程部件的限制涌入電流的示例性充電/放電控制電路276。在這里將儲能裝置270示為一系列電容器。通過電阻器280和開關282來限定充電路徑278。在所示的實施例中，電阻器280是相對低的電阻，諸如100歐姆，但可以使用任何適當電阻，并且開關282包括MOSFET，但可使用任何適當?shù)拈_關。電阻器280最初將在部件連接到帶電電源時限制電流到電容器的流動。到電容器的電流在齊納二極管286 (或另一裝置，諸如模擬采取組合方式的齊納二極管和誤差放大器的各方面的電路)的控制下受到電阻器280和開關282的限制。可通過選擇單獨的電氣部件來使得此電流足夠低以在掛件被連接到焊接電源開路電流電壓時防止起弧。出于保護目的而提供二極管284。限流效果由二極管286 (或如上所述的其他裝置)和電阻器288提供，它們一起起作用以通過調制開關282的導電狀態(tài)來限制電流。例如，在電流電路設計中，不允許電流流動超過約0.5安培。也就是說，開關282允許負責電容器，并且此開關保持在導電狀態(tài)，但是被部件286和288的相互作用而被抑制為受限電流。
[0080]此外，提供一起起作用以限制電壓的附加二極管290(其也可以是與誤差放大器相組合地模擬二極管的各方面的電路)和附加電阻器292。也就是說，如在所示圖中耦合的這些部件用于減小開關282的偏置以有效地限制裝置的電壓。因此，可利用相對低壓的電容器。
[0081]在操作中，該電路在部件最初被耦合到帶電電源時有效地限制電流的涌入，在這種情況下任何火花局限于大約0.5安培。然后允許在這種情況下為一系列電容器的儲存裝置充電。然后，由電容器來提供“穿越”能力，這些電容器在焊接功率通過二極管而損耗期間對本地電源272進行饋送。應注意的是圖14中所示且事實上圖13和下述圖15的電路意圖是除在遠程部件中提供的任何其他電路之外的電路，無論是掛件還是送絲器。也就是說，那些部件無論如何可包括上述類型的各種感測、處理、控制、送絲以及其他電路。
[0082]圖15示出了可被用于遠程設備中的電流和/或功率管理、在這種情況下特別適合于上述類型的送絲器的另一示例性電流。該電路還包括本地電源272以及存儲裝置270(在這種情況下為多個電容器)。電流到電容器的施加被延遲直至通過電阻器298而將另一電容器296充電至固態(tài)開關294的閘門閾值。此延遲然后防止或降低在部件最初被耦合到帶電焊接電源時起弧的可能性。此外，通過第二固態(tài)開關300和二極管302的相互作用來有效地限制跨過電容器的電壓。也就是說，當二極管302變成導電狀態(tài)時，對開關300的閘門供電，將開關294置于不導電狀態(tài)。從電容器出來的電流穿過開關294的封裝的內部二極管。
[0083]可容易地設想到圖15的電路的各種增強，例如可以在開關294與電容器296之間提供比差器以提供其中有效地避免開關294的線性模式的“啟用捕捉”操作。電路因此提供雙向、低阻抗儲能布置，該布置在初始化連接時有效地減少或避免起弧，同時在操作期間提供期望的本地電源能力和穿越能力。
[0084]雖然在本文中已圖示出和描述了本發(fā)明的僅某些特征，但本領域的技術人員將想到許多修改和變更。因此應理解的是所附權利要求旨在覆蓋落在本發(fā)明的主旨精神內的所有此類修改和變更。
【權利要求】
1.一種被配置成從焊接電源接收功率的焊接部件，該焊接部件包括: 儲能電路，該儲能電路在被耦合到焊接電源時存儲電能并且至少在焊接部件的操作時段期間提供用于焊接部件的操作的功率； 開關裝置，該開關裝置被配置成在焊接部件連接到焊接電源期間是斷開的，并且在連接之后閉合以對儲能電路充電；以及 電流控制電路，該電流控制電路被耦合到開關裝置且被配置成在焊接部件連接到焊接電源時閉合開關裝置以調節(jié)電流到儲能電路的施加。
2.根據權利要求1所述的焊接部件，其中，電流控制電路被配置成在焊接部件連接到焊接電源時限制到儲能電路中的涌入電流。
3.根據權利要求2所述的焊接部件，該焊接部件包括被耦合到開關裝置的閘門以調制開關裝置的操作并從而限制涌入電流的電氣部件。
4.根據權利要求1所述的焊接部件，其中，所述電流控制電路被配置成限制將焊接部件與焊接電源連接的觸點的起弧。
5.根據權利要求4所述的焊接部件，其中，電流控制電路被配置成將連接焊接部件與焊接電源的觸點的起弧限制為不超過約0.5安培。
6.根據權利要求1所述的焊接部件，其中，電流控制電路包括被耦合到開關裝置的閘門以在連接之后提供用于閉合開關裝置的信號的電容器。
7.根據權利要求6所述的焊接部件，該焊接部件包括串聯(lián)在電容器與在連接時從焊接電源接收電流的電源側之間的電阻器。
8.根據權利要求1所述的焊接部件,該焊接部件包括位于該焊接部件內的本地電源，并且其中，儲能電路被耦合到本地電源以在焊接部件的操作期間向本地電源提供功率。
9.根據權利要求8所述的焊接部件，該焊接部件包括被耦合到本地電源且在操作期間由本地電源供電的附件。
10.根據權利要求9所述的焊接部件，其中，所述附件包括用戶接口和顯示器。
11.根據權利要求1所述的焊接部件，該焊接部件包括被配置成限制施加于儲能電路的功率的電壓的電壓控制電路。
12.一種被配置成從焊接電源接收功率的焊接部件，該焊接部件包括: 儲能電路，該儲能電路在被耦合到焊接電源時存儲電能并且至少在焊接部件的一個操作時段期間提供用于焊接部件的操作的功率； 位于焊接部件內的本地電源，其中，儲能電路被耦合到本地電源以在焊接部件的操作期間向本地電源提供功率； 附件，該附件被耦合到本地電源并在操作期間由本地電源供電； 開關裝置，該開關裝置被配置成在焊接部件連接到焊接電源期間是斷開的，并且在連接之后閉合以對儲能電路充電；以及 電流控制電路，該電流控制電路被耦合到開關裝置且被配置成在隨著焊接部件連接到焊接電源的一定延遲之后閉合開關裝置。
13.根據權利要求12所述的焊接部件，其中，所述電流控制電路被配置成限制將焊接部件與焊接電源連接的觸點的起弧。
14.根據權利要求12所述的焊接部件，其中，所述電流控制電路包括被耦合到開關裝置的閘門以在連接之后提供用于閉合開關裝置的信號的電容器。
15.根據權利要求14所述的焊接部件，該焊接部件包括串聯(lián)在電容器與在連接時從焊接電源接收電流的電源側之間的電阻器。
16.根據權利要求12所述的焊接部件，該焊接部件包括被配置成限制施加于儲能電路的功率的電壓的電壓控制電路。
17.—種被配置成從焊接電源接收功率的焊接部件，該焊接部件包括: 儲能電路，該儲能電路在被耦合到焊接電源時存儲電能并且至少在焊接部件的一個操作時段期間提供用于焊接部件的操作的功率； 位于焊接部件內的本地電源，其中，儲能電路被耦合到本地電源以在焊接部件的操作期間向本地電源提供功率； 附件，該附件被耦合到本地電源并且在操作期間由本地電源供電； 開關裝置，該開關裝置被配置成在焊接部件連接到焊接電源期間是斷開的，并且在連接之后閉合以對儲能部件充電；以及 電流控制電路，該電流控制電路被耦合到開關裝置并被配置成以隨著焊接部件連接到焊接電源限制到儲能電路中的涌入電流的方式來閉合開關裝置。
18.根據權利要求17所述的焊接部件，該焊接部件包括被配置成限制施加于儲能電路的功率的電壓的電壓控制電路。
19.根據權利要求17所述的焊接部件，該焊接部件包括被耦合到開關裝置的閘門以調制開關裝置的操作并從而限制涌入電流的電氣部件。
20.根據權利要求17的焊接部件，其中，所述電流控制電路被構造成限制將焊接部件與焊接電源連接的觸點的起弧。
【文檔編號】B23K9/10GK104428096SQ201380029997
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權日:2012年6月8日
【發(fā)明者】安東尼·范·卑爾根·薩爾辛施, 愛德華·杰勒德·貝斯特爾 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司