具有總線控制系統(tǒng)的焊接送絲機以及操作具有總線控制系統(tǒng)的焊接送絲機的方法
【專利摘要】一種焊接送絲機包括送絲驅(qū)動和送絲控制電路，所述送絲控制電路耦接至所述送絲驅(qū)動以控制朝著焊接應(yīng)用驅(qū)動焊絲。所述焊接送絲機進一步包括：電力轉(zhuǎn)換電路，所述電力轉(zhuǎn)換電路被配置成接收輸入電力并且將所述輸入電力轉(zhuǎn)換成適用于焊接應(yīng)用的焊接輸出；輸出電壓傳感器，被配置成測量輸出電壓；輸出電流傳感器，被配置成測量輸出電流；以及控制電路，耦接至所述電力轉(zhuǎn)換電路、所述輸出電壓傳感器和所述輸出電流傳感器。所述電力轉(zhuǎn)換電路包括電力存儲電路，所述電力存儲電路被配置成存儲能量并且在透支事件期間釋放所存儲的能量的至少一部分。所述控制電路被配置成在所述透支事件期間控制所述輸出電流以維持所述電力存儲電路的存儲的能量值大于所需的最小能量值。
【專利說明】具有總線控制系統(tǒng)的焊接送絲機以及操作具有總線控制系統(tǒng)的焊接送絲機的方法
[0001]相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002]本申請?zhí)卮艘笥?013年11月22日提交的名稱為“焊接送絲機總線控制系統(tǒng)和方法”的美國臨時申請序列號61/907，835的優(yōu)先權(quán)和利益。本申請還是于2013年3月15日提交的名稱為“焊接送絲機電源應(yīng)用系統(tǒng)和方法”的美國申請序列號13/837,890的部分繼續(xù)申請，后者要求于2012年6月8日提交的名稱為“焊接送絲機電源應(yīng)用系統(tǒng)和方法”的美國臨時申請序列號61/657,504的優(yōu)先權(quán)和利益。以上列舉的每個美國申請出于所有目的通過引用的方式全部并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明總體上涉及焊接系統(tǒng)，更具體地講，涉及受控波形焊接送絲機系統(tǒng)和方法。
[0004]焊接系統(tǒng)支持各種工藝，例如，金屬極惰性氣體保護(MIG)焊、鎢極惰性氣體保護(TIG)焊、粘結(jié)焊等，這些工藝可以按不同的模式操作，例如，恒流模式或恒壓模式。某些焊接應(yīng)用，例如，鍋爐維護和維修、造船廠作業(yè)、建筑等，可能使焊接位置或工件距離焊接電源非常遠。
[0005]焊接電纜從焊接電源輸出電力到焊接應(yīng)用。先進形式的MIG焊接基于脈沖電力的產(chǎn)生以在工件上沉積焊絲。遺憾的是，焊接電源和焊接應(yīng)用之間很長的電纜引入了影響脈沖定時或幅值的可變電感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下概述與最初要求保護的發(fā)明的范圍相同的某些實施例。這些實施例并非旨在限制要求保護的發(fā)明的范圍，而是這些實施例僅僅旨在提供本發(fā)明的可行形式的簡要概述。實際上，本發(fā)明可以包括可能類似于或不同于以下闡述的實施例的各種形式。
[0007]在一個實施例中，一種焊接送絲機包括:焊接送絲驅(qū)動，被配置成朝著焊接應(yīng)用驅(qū)動焊絲；以及送絲控制電路，耦接至所述焊接送絲驅(qū)動。所述送絲控制電路還被配置成控制朝著所述焊接應(yīng)用驅(qū)動焊絲。所述焊接送絲機還包括電力轉(zhuǎn)換電路，所述電力轉(zhuǎn)換電路被配置成接收輸入電力并且將所述輸入電力轉(zhuǎn)換成適用于焊接應(yīng)用的焊接輸出。所述電力轉(zhuǎn)換電路包括電力存儲電路，所述電力存儲電路被配置成存儲能量并且在透支事件期間釋放所存儲的能量的至少一部分。所述焊接送絲機還包括:輸出電壓傳感器，被配置成測量所述焊接輸出的輸出電壓；以及輸出電流傳感器，被配置成測量所述焊接輸出的輸出電流。所述焊接送絲機還包括控制電路，所述控制電路耦接至所述電力轉(zhuǎn)換電路、所述輸出電壓傳感器和所述輸出電流傳感器。所述控制電路被配置成在所述透支事件期間控制所述輸出電流以維持所述電力存儲電路的存儲的能量值大于所需的最小能量值。
[0008]在另一個實施例中，一種操作焊接送絲機的方法，包括:接收來自電源的輸入電力信號;將所述輸入電力信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部總線上的總線電力信號，其中所述內(nèi)部總線包括總線電容器;用具有所述總線電力信號的至少一部分的總線電容器存儲能量;檢測所述總線電容器的存儲的能量值或所述總線電容器的總線電壓中的至少一者;并且將所述總線電力信號轉(zhuǎn)換成焊接輸出信號。所述焊接輸出信號適用于受控波形焊接工藝。所述方法還包括轉(zhuǎn)換所述總線電容器的存儲的能量的至少一部分以助于透支事件期間的所述焊接輸出信號，其中所述透支事件期間的所述焊接輸出信號大于所述透支事件期間的所述輸入電力信號。所述方法還包括控制所述總線電容器的存儲的能量的轉(zhuǎn)換以維持所述存儲的能量值大于所需的最小能量值或者維持所述總線電容器的總線電壓大于保護電壓值。
[0009]在另一個實施例中，一種系統(tǒng)包括:電力轉(zhuǎn)換電路，被配置成接收輸入電力并且將所述輸入電力轉(zhuǎn)換成輸出電力波形;輸出電壓傳感器，被配置成測量所述輸出電力波形的輸出電壓;輸出電流傳感器，被配置成測量所述輸出電力波形的輸出電流；以及控制電路，耦接至所述電力轉(zhuǎn)換電路、所述輸出電壓傳感器和所述輸出電流傳感器。所述電力轉(zhuǎn)換電路包括電力存儲電路，所述電力存儲電路被配置成存儲能量并且在透支事件期間釋放所存儲的能量的至少一部分。所述控制電路被配置成至少部分地基于所述輸出電壓和所述輸出電流確定在所述透支事件期間相對于所述電力存儲電路的凈能量流。所述控制電路還被配置成至少部分地基于所述凈能量流與一個或多個閾值的比較控制所述輸出電流。
【附圖說明】
[0010]當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細說明時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將得到更好的理解，其中相似的符號在所有附圖中代表相似的部件，其中:
[0011]圖1是根據(jù)本公開的各方面的具有焊接電源和先進工藝送絲機的焊接系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2是圖1的先進工藝送絲機的實施例的框圖；
[0013]圖3是根據(jù)本公開的各方面的先進工藝送絲機的前透視圖；
[0014]圖4是圖3的先進工藝送絲機的實施例的俯視圖；
[0015]圖5是根據(jù)本公開的各方面的采用電力轉(zhuǎn)換電路、繼電器電路、感測電路和送絲組件的先進工藝送絲機的實施例的框圖；
[0016]圖6是圖5的繼電器電路的實施例的示意圖；
[0017]圖7是使用先進工藝送絲機產(chǎn)生受控波形輸出的過程的實施例的流程圖；
[0018]圖8是用于感測應(yīng)用于先進工藝送絲機的輸入電力的極性的過程的實施例的流程圖；
[0019]圖9A是用于啟動先進工藝送絲機的繼電器電路的過程的實施例的流程圖的第一部分；
[0020]圖9B是用于啟動先進工藝送絲機的繼電器電路的過程的圖9A的流程圖的第二部分；
[0021]圖10是用于調(diào)節(jié)先進工藝送絲機的電力轉(zhuǎn)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與時間的圖表；
[0023]圖12是總線電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流與時間的另一個圖表；
[0024]圖13是在向焊接部件，例如送絲機或懸絲器供電或?qū)⒑附硬考B接到焊接電源期間用于控制焊接部件的電力供應(yīng)的示例性電路的示意圖；
[0025]圖14是用于控制流入焊接懸絲器的涌入電流的示例性電路的稍微更詳細的示意圖；
[0026]圖15是用于控制流入焊接送絲機的涌入電流的示例性電路的類似詳細的示意圖；
[0027]圖16是用于控制先進工藝送絲機的焊接輸出的方法的實施例的流程圖；并且
[0028]圖17是用于在透支事件中控制先進工藝送絲機的焊接輸出的方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1是給焊接應(yīng)用供電的焊接系統(tǒng)10的實施例的框圖。如圖所示，焊接系統(tǒng)10包括焊接電源12和耦接的焊炬14。焊接電源12供應(yīng)輸入電力到焊炬14。焊炬14可以是基于所需的焊接應(yīng)用被配置成用于粘結(jié)焊、鎢極惰性氣體保護(TIG)焊或氣體保護金屬極弧焊(GMAW)的焊炬。在一些實施例中，焊接電源12供應(yīng)輸入電力到與焊炬14耦接上的懸絲器16，該焊炬被配置成用于粘結(jié)焊或TIG焊。操作員供應(yīng)用于粘結(jié)焊或TIG焊的填充金屬(如果存在)。懸絲器16可以被配置成控制電源12和/或通知操作員焊接參數(shù)。在其他實施例中，焊接電源12供應(yīng)輸入電力到標(biāo)準(zhǔn)送絲機18。標(biāo)準(zhǔn)送絲機18供應(yīng)輸入電力和填充金屬到被配置成用于GMAW焊接或藥芯焊絲電弧焊(FCAW)的焊炬14。在一些實施例中，焊接電源12供應(yīng)輸入電力到先進工藝送絲機20。先進工藝送絲機20被配置成將焊接電源12的輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。在一些實施例中，先進工藝送絲機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用于脈沖焊接工藝或短路焊接工藝的焊接輸出。
[0030]焊接電源12與交流(AC)電源22耦接上，例如，供應(yīng)初級電力的電力網(wǎng)或發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機。焊接電源12可以將初級電力處理成經(jīng)由電力電纜24供應(yīng)到焊炬14的輸入電力。在一些實施例中，電纜24包括第一端子26和第二端子28，其中第一端子具有正極性并且另一端子具有負極性。電力轉(zhuǎn)換電路30將交流電流轉(zhuǎn)換成作為直流電流(DC)或AC的輸入電力。電力轉(zhuǎn)換電路30可以包括能夠轉(zhuǎn)換焊接系統(tǒng)12的要求所決定的電力的電路元件，例如，變壓器、開關(guān)、升壓轉(zhuǎn)換器、逆變器等。在一些實施例中，電力轉(zhuǎn)換電路30被配置成將初級電力轉(zhuǎn)換成大約80V的直流輸入電力以供應(yīng)懸絲器16、標(biāo)準(zhǔn)送絲機18或先進工藝送絲機20。輸入電力可以在大約50V至120V直流之間。
[0031]焊接電源12包括控制電路32和操作界面34?？刂齐娐?2控制焊接電源12的操作，并且可以接收來自操作界面34的輸入，操作員可以通過操作界面選擇焊接工藝(例如，粘結(jié)焊、TIG、MIG)并且輸入輸入電力所需的參數(shù)(例如，電壓、電流、特定的脈沖或非脈沖焊接方案等)?？刂齐娐?2可以被配置成接收并處理有關(guān)系統(tǒng)12的性能和要求的各種輸入。此外，控制電路102可以包括易失性或非易失性存儲器，例如，R0M、RAM、磁存儲器、光學(xué)存儲器或它們的組合。此外，各種控制參數(shù)可以與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，反極性、預(yù)充電電容器、啟用氣流等)。
[0032]焊接電源12可以包括耦接至控制電路32的極性反接電路36和通信電路38。極性反接電路36在控制電路32指導(dǎo)時使第一端子26和第二端子28的極性反轉(zhuǎn)。例如，一些焊接工藝，例如，TIG焊，可以在電極具有負極性(稱為直流電極接負(DCEN))時啟用所需的焊接。其他焊接工藝，例如，粘結(jié)焊或GMAW焊，可以在電極具有正極性(稱為直流電極接正(DCEP))時啟用所需的焊接。當(dāng)在TIG焊接工藝與GMAW焊接工藝之間切換時，極性反轉(zhuǎn)電路36可以被配置成使極性從DCEN反轉(zhuǎn)成DCEP。操作員可以手動反轉(zhuǎn)極性，或者控制電路32可以指導(dǎo)極性反轉(zhuǎn)電路36響應(yīng)于通過通信電路38接收的信號使極性反轉(zhuǎn)。通信電路38被配置成與焊炬
14、懸絲器16、標(biāo)準(zhǔn)送絲機18、先進送絲機20和/或與電力電纜24耦接的其他設(shè)備通信。在一些實施例中，通信電路38被配置成通過用于供應(yīng)輸入電力的焊接電力電纜24發(fā)送并接收命令和/或反饋信號。在其他實施例中，通信電路38被配置成與另一個設(shè)備無線地通信。
[0033]包括懸絲器16、標(biāo)準(zhǔn)送絲機18和先進工藝送絲機20的設(shè)備通過被配置成與電力電纜24的第一端子26和第二端子28親接的輸入端子40接收輸入電力。在一些實施例中，第一端子26被配置成與輸入端子40連接，并且第二端子28被配置成與耦接至工件44的夾具42連接。在一些實施例中，輸入端子40具有帶有限定的極性的輸入連接，這些輸入連接被配置成耦接至相同極性的相應(yīng)的第一端子26和第二端子28，并且夾具42耦接至懸絲器16或送絲機
18。先進工藝送絲機20被配置成通過輸入端子40耦接至第一端子26和第二端子28，并且夾具42耦接至先進工藝送絲機20。
[0034]對于一些焊接工藝(例如，TIG、GMAW)，在焊接期間利用保護氣體。在一些實施例中，如虛線所示，焊接電源12包括被配置成控制來自氣體源48的氣流的一個或多個氣體控制閥46 ο氣體控制閥46可以由控制電路32控制。焊接電源12可以耦接至一個或多個氣體源48，因為一些焊接工藝可能利用不同于其他的保護氣體。在一些實施例中，焊接電源12被配置成通過組合輸入電纜50與輸入電力一起供應(yīng)氣體。在其他實施例中，氣體控制閥46和氣體源48可以與焊接電源12分開。例如，氣體控制閥46可以設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)送絲機18或先進送絲機20內(nèi)。圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)送絲機18和先進送絲機20耦接至被配置成供應(yīng)氣體和焊絲54到焊接應(yīng)用的GMAW焊炬52。
[0035]圖2示出了用于將輸入電力轉(zhuǎn)換成受控波形焊接輸出的先進工藝送絲機20的實施例的框圖。先進工藝送絲機20通過與工藝電路56耦接的輸入端子40接收來自焊接電源的輸入電力。在一些實施例中，先進工藝送絲機20通過長的電力電纜遠離焊接電源來操作。工藝電路56可以包括能夠感測并控制先進工藝送絲機20接收的輸入電力的電路，例如，繼電器電路、電壓和電流感測電路、電力存儲電路等。工藝電路56將輸入電力輸送到電力轉(zhuǎn)換電路58 ο
[0036]電力轉(zhuǎn)換電路58被配置成將來自焊接電源的輸入電力轉(zhuǎn)換成用于執(zhí)行焊接應(yīng)用的焊接輸出。電力轉(zhuǎn)換電路58可以包括能夠?qū)⑤斎腚娏D(zhuǎn)換成焊接輸出的電路元件，例如，升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部總線、總線電容器、電壓和電流傳感器等。在一些實施例中，先進工藝送絲機20接收的輸入電力是在大約20V至120V，大約40V至100V，或大約60V至大約80V之間的直流電壓。如參照輸入電力所使用，該術(shù)語大概可以意指在5V內(nèi)或所需電壓的10%內(nèi)。電力轉(zhuǎn)換電路58可以被配置成將輸入電力轉(zhuǎn)換成受控波形焊接輸出，例如，脈沖焊接工藝或短路焊接工藝(例如，調(diào)節(jié)金屬沉積(RMD?))。設(shè)置在先進工藝送絲機20內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換電路58供應(yīng)受控波形焊接輸出用于焊接應(yīng)用，而沒有來自焊接電源與先進工藝送絲機20之間的電纜的衰減。這增加了供應(yīng)到焊炬的受控波形焊接輸出的響應(yīng)時間并提高了精度。增加受控波形焊接輸出的響應(yīng)時間可以確保所需的焊接輸出波形在焊接期間的特定時間供應(yīng)到焊炬。例如，RMD?焊接工藝?yán)镁哂性诙搪费h(huán)內(nèi)的特定時間點變化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(yīng)時間還可以改善波形脈沖的定時以產(chǎn)生所需的焊接。
[0037]在一些實施例中，電力轉(zhuǎn)換電路58被配置成提供焊接輸出到送絲組件60。送絲組件60供應(yīng)焊絲54到焊炬用于焊接操作。送絲組件60包括元件，例如，焊絲盤、送絲驅(qū)動、驅(qū)動輥和送絲控制電路。送絲組件60沿著焊接電纜62將焊絲54輸送到焊炬。焊接輸出可以通過與焊炬耦接上的焊接電纜62和/或與工件耦接上的工件電纜64供應(yīng)。
[0038]目前想到的先進工藝送絲機20的實施例具有工藝操作界面66以及用于控制焊接系統(tǒng)的參數(shù)的控制操作界面68。工藝操作界面66耦接至工藝電路56以供操作員通過選擇焊絲大小、焊絲類型、材料和氣體參數(shù)來選擇并調(diào)節(jié)焊接工藝(例如，脈沖、短路、FCAW)。工藝操作界面66耦接至送絲組件60用于控制將焊絲54供應(yīng)到焊炬。控制操作界面68耦接至工藝電路56以調(diào)節(jié)用于焊接應(yīng)用的電壓、電流強度、送絲速度和電弧長度。在一些實施例中，工藝操作界面66和控制操作界面68是分開的界面，每個界面具有各自的控制電路?？商娲?，工藝操作界面66和控制操作界面68可以具有共同的控制電路和/或形成共同的控制和工藝操作界面。工藝操作界面66和/或控制操作界面68可以包括易失性或非易失性存儲器，例如，R0M、RAM、磁存儲器、光學(xué)存儲器或它們的組合。此外，各種參數(shù)可以與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用于默認(rèn)參數(shù)的特定輸出。
[0039]工藝界面66被配置成接收輸入，例如，焊絲材料(例如，鋼、鋁)、焊絲類型(例如，實心、藥芯)、焊絲直徑、氣體類型等。在接收到輸入時，工藝電路56被配置成確定用于焊接應(yīng)用的受控波形焊接輸出。例如，工藝電路56至少部分地基于通過工藝界面66接收的輸入確定用于受控波形焊接輸出工藝的脈沖寬度、相對脈沖幅值和/或波形。送絲組件60可以被配置成基于存儲器中基于接收的輸入存儲的代碼或指令供應(yīng)焊絲54。送絲組件60耦接至工藝操作界面66和控制操作界面68用于控制被供應(yīng)用于焊接操作的焊絲54。送絲組件60至少部分地基于通過工藝操作界面66或操作界面68接收的操作輸入調(diào)節(jié)用于將焊絲54供應(yīng)到焊炬的參數(shù)。控制操作界面68被配置成接收用于參數(shù)的操作輸入，例如，電流強度、電壓、極性、送絲速率、電弧長度、工藝類型(例如，RMD?、脈沖焊接)等。在一些實施例中，控制操作界面被配置成在不影響受控波形焊接輸出的形狀的情況下調(diào)節(jié)受控波形焊接輸出的電力。工藝電路56至少部分地基于經(jīng)由控制操作界面68接收的操作輸入調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換電路58和送絲組件60。在一些實施例中，耦接至工藝電路56的通信電路70被配置成通過用于提供輸入電力的電力電纜發(fā)送并接收命令和/或反饋信號。通信電路70允許工藝操作界面66和/或控制操作界面68控制焊接電源。例如，工藝操作界面66和/或控制操作界面68可以被配置成控制通過焊接電源供應(yīng)的輸入電力的電流強度、電壓或其他參數(shù)。在一些實施例中，工藝電路56在不受限于在操作界面34上設(shè)置的參數(shù)的情況下遠離焊接電源控制焊接電源(圖1)。也就是說，工藝電路56和通信電路70允許操作員以與焊接電源的操作界面34相等的控制優(yōu)先級通過先進工藝送絲機20遠程地控制焊接電源。
[0040]先進工藝送絲機20的一些實施例包括用于沿著氣體線路74提供氣體到焊炬的閥組件72。閥組件72可以由工藝電路56和/或送絲組件60控制，如虛線控制線所示。例如，閥組件72可以被配置成在焊接應(yīng)用之前和之后供應(yīng)氣體到焊炬。在一些實施例中，閥組件72被配置成在接收到來自工藝操作界面66或控制操作界面68的凈化命令時凈化氣體線路74。
[0041]圖3示出了工藝操作界面66與控制操作界面68分開的設(shè)置在外殼76中的先進工藝送絲機20的實施例的前透視圖。在一些實施例中，先進工藝送絲機20設(shè)置在具有外殼座78和外殼蓋80的外殼76中以在關(guān)閉外殼76時保護送絲組件60免受操作環(huán)境的影響。夕卜殼76可以基本上是便攜的(例如，手提箱送絲機)并且被配置成供操作員手動運輸?shù)竭h離焊接電源的焊接應(yīng)用。為了清楚起見，以虛線示出外殼蓋80，圖示了設(shè)置在外殼內(nèi)的送絲組件60的實施例。
[0042]控制操作界面68可以設(shè)置在外殼76外，如圖3所示?？刂撇僮鹘缑?8可以包括一個或多個撥盤82、一個或多個顯示器84以及一個或多個按鈕86。在一些實施例中，撥盤82可以被配置成調(diào)節(jié)輸入電力或焊接輸出的電壓或電流強度、送絲速度或電弧長度或它們的組合。一個或多個按鈕86可以允許操作員選擇事先存儲在存儲器中的工藝類型、操作員偏好或工藝參數(shù)，或它們的組合?？刂撇僮鹘缑?8可以允許操作員選擇存儲在存儲器中的工藝參數(shù)，例如，用于選擇的受控波形焊接工藝的事先選擇的電流強度和送絲速度。顯示器84可以被配置成顯示調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)和/或選擇的工藝類型(例如，RMD?、脈沖焊接、FCAW、MIG)。在一些實施例中，一個或多個顯示器84、燈或其他裝置可以被配置成提供操作員可感知的通知以通知操作員耦接的電力電纜的極性是否與相應(yīng)的輸入端子40對應(yīng)。
[0043]先進工藝送絲機20的實施例包括設(shè)置在外殼76內(nèi)以供應(yīng)送絲驅(qū)動90的焊絲54的一個或多個焊絲盤88。焊絲54被拉動通過送絲驅(qū)動90和輸出端子91到達焊接電纜62。在一些實施例中，氣體線路74可以在如圖所示的焊接電纜62內(nèi)。工件電纜64與輸出端子91耦接上。
[0044]圖4示出了工藝操作界面66設(shè)置在外殼76內(nèi)的先進工藝送絲機20的實施例的俯視圖。工藝操作界面66可以包括一個或多個按鈕92和一個或多個指示燈94以接收并顯示焊絲和材料參數(shù)。在一些實施例中，工藝操作界面66可以被配置成接收氣體參數(shù)。工藝操作界面66的一個或多個按鈕92可以被配置成接收輸入，例如，焊絲材料(例如，鋼、鋁)、焊絲類型(例如，實心、藥芯)、焊絲直徑和氣體類型。在一些實施例中，焊絲和/或氣體參數(shù)被調(diào)節(jié)的頻率可能低于通過控制操作界面68選擇的控制參數(shù)。例如，工藝操作界面66可以設(shè)置在外殼內(nèi)，該外殼在焊接期間通常封閉。又如，可以主要在改變焊絲54的焊絲盤88時調(diào)節(jié)工藝操作界面66。指示燈94可以包括被配置成提供指示選擇的焊絲和/或氣體參數(shù)的操作員可感知的通知的顯示器、燈或其他裝置。送絲驅(qū)動90的兩個或更多個驅(qū)動輪98被配置成沿著焊接電纜62引導(dǎo)焊絲54通過輸出端子91。
[0045]圖5示出了具有工藝電路56、電力轉(zhuǎn)換電路58和送絲組件60的先進工藝送絲機20的實施例的框圖。先進工藝送絲機20的實施例可以耦接至具有電感100的長電力電纜24上?？梢岳斫獾氖?，電力電纜24可以是常規(guī)的電力電纜24。如上所述，先進工藝送絲機20可以遠離焊接電源定位。例如，先進工藝送絲機20可以設(shè)置在與焊接電源12相距大約30英尺至200英尺，大約50英尺至150英尺，或大約100英尺至150英尺處。在一些實施例中，位于遠處的先進工藝送絲機可以在與焊接電源12不同的建筑、結(jié)構(gòu)或房間中。電感100在使用期間可能隨著電力電纜24被卷繞、展開和移動而變化。
[0046]電力轉(zhuǎn)換電路58被配置成接收來自電力電纜24的輸入電力，并且將輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。電力轉(zhuǎn)換電路可以在不考慮電力電纜24的電感100的情況下將輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。工藝控制電路102至少部分地基于從工藝操作界面66和/或控制操作界面68接收的參數(shù)控制電力轉(zhuǎn)換電路58。工藝控制電路102允許升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106將輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。內(nèi)部總線108可以設(shè)置在升壓轉(zhuǎn)換器104與降壓轉(zhuǎn)換器106之間。為了清楚的目的，在本文中僅討論一個升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106，然而，電力轉(zhuǎn)換電路58的其他實施例可以具有一個或多個升壓轉(zhuǎn)換器104和/或一個或多個降壓轉(zhuǎn)換器106。升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106被配置成將輸入電力轉(zhuǎn)換成適用于例如RMD?和脈沖焊接工藝的受控波形焊接工藝的焊接輸出。
[0047]升壓轉(zhuǎn)換器104接收來自輸入端子40的直流電壓并且升高或增大供應(yīng)到降壓轉(zhuǎn)換器106的總線電力的直流電壓?？梢岳斫獾氖?，升壓轉(zhuǎn)換器104通過使用開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)以斷開和閉合升壓電路將來自焊接電源的直流輸入電力轉(zhuǎn)換成基本上脈沖升壓的電壓直流總線電力。直流總線電力的升壓電壓至少部分地基于開關(guān)的工作周期。改變開關(guān)的工作周期影響何時供應(yīng)升壓電壓直流總線電力到內(nèi)部總線108的定時。通過控制升壓轉(zhuǎn)換器104的開關(guān)，工藝控制電路102可以調(diào)節(jié)直流總線電力的定時、電壓和電流強度。
[0048]降壓轉(zhuǎn)換器106接收升壓電壓直流總線電力并且降低或減小直流電壓以控制焊接輸出的電爐強度?？梢岳斫獾氖?，降壓轉(zhuǎn)換器106通過使用開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)以斷開和閉合降壓電路將脈沖升壓電壓直流總線電力轉(zhuǎn)換成脈沖降壓電壓直流焊接輸出。如同升壓轉(zhuǎn)換器104，改變降壓轉(zhuǎn)換器106的開關(guān)的工作周期影響何時供應(yīng)降壓電壓直流焊接輸出到焊炬的定時。在一些實施例中，多個降壓轉(zhuǎn)換器106可以并聯(lián)地耦接至內(nèi)部總線108，并且被單獨控制以影響焊接輸出的變化(例如，脈沖)的定時和幅值。通過控制降壓轉(zhuǎn)換器106的開關(guān)，工藝控制電路102可以調(diào)節(jié)直流焊接輸出的定時、電壓和電流強度?？刂齐娐?02被配置成控制升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106的開關(guān)以基于操作員選擇的焊接工藝(RMD?、脈沖焊接、FCAW、MIG)動態(tài)地調(diào)節(jié)施加在焊炬上的直流焊接輸出的電壓和/或電流強度。在一些實施例中，工藝控制電路102被配置成基于輸入電力、總線電力或焊接輸出或它們的組合的感測參數(shù)來控制升壓轉(zhuǎn)換器104和/或降壓轉(zhuǎn)換器106。例如，控制電路102可以基于焊接輸出的感測參數(shù)來控制升壓轉(zhuǎn)換器104以控制內(nèi)部總線108上的電壓。
[0049]在一些實施例中，電力存儲電路(例如，總線電容器110)可以設(shè)置在內(nèi)部總線108上?？偩€電容器110可以在任何時候部分地保護升壓轉(zhuǎn)換器104和/或降壓轉(zhuǎn)換器106免受進入電力轉(zhuǎn)換電路58的輸入電力與來自電力轉(zhuǎn)換電路58的焊接輸出之間的差異的影響。如上所述，升壓轉(zhuǎn)換器104轉(zhuǎn)換的總線電力被引導(dǎo)至內(nèi)部總線108，然后被引導(dǎo)至降壓轉(zhuǎn)換器106?？偩€電容器110可以被配置成存儲總線電力直到被降壓轉(zhuǎn)換器106接收。存儲并釋放總線電容器110中較大量的電力可以加熱總線電容器。可以測量升壓轉(zhuǎn)換器104供應(yīng)的總線電力與降壓轉(zhuǎn)換器106去除的用于轉(zhuǎn)換成焊接輸出的總線電力之間的電壓差作為電壓紋波。減小電壓紋波的幅值可以提高焊接質(zhì)量和/或維持總線電容器110的溫度?？偩€電容器110的大小和電容可以基于電壓紋波的幅值，而電壓紋波至少部分地受到升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106的控制的影響。總線電容器110可以部分地減弱和/或延遲電壓紋波。
[0050]在一些實施例中，工藝控制電路102被配置成控制升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106的工作周期以至少部分地基于輸入電力和焊接輸出的感測參數(shù)來減小總線電容器110的電壓紋波。由感測電路116通過輸入傳感器118在第一連接112和第二連接114感測輸入電力的電流和電壓。感測電路116通過總線傳感器120感測總線電容器110上在內(nèi)部總線108處的電流和電壓，并且通過輸出傳感器122感測焊接輸出的電流和電壓。工藝控制電路102可以至少部分地基于焊接輸出、輸入電力或總線電力或它們的組合的感測參數(shù)(例如，電壓、電流)驅(qū)動升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106。例如，感測電路116可以用焊接輸出傳感器122感測焊接輸出的電壓和電流，并且用輸入傳感器118和總線傳感器120感測輸入電力和總線電力的電壓。在一些實施例中，工藝控制電路102被配置成確定焊接輸出電流和電壓的乘積(gp，功率)以及電力轉(zhuǎn)換電路58的損耗，以確定損耗與乘積的總和，從而將總和除以輸入電壓以確定所需的總線電流，并且驅(qū)動升壓轉(zhuǎn)換器104以控制總線電流。升壓轉(zhuǎn)換器104可以控制總線電流為所需的總線電流以使進入內(nèi)部總線108的總線電力與從內(nèi)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使從焊接電源流入內(nèi)部總線108的電流延遲?；谳斎雮鞲衅?18和/或總線傳感器120而非焊接電源的輸入電力的電流和電壓來控制升壓轉(zhuǎn)換器104減小了總線電容器110的電壓紋波?；谳斎雮鞲衅?18和/或總線傳感器120控制升壓轉(zhuǎn)換器104減小或消除了電感100對焊接輸出的影響。在一些實施例中，工藝控制電路102被配置成控制升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106以至少在降壓轉(zhuǎn)換器106正將總線電力轉(zhuǎn)換成適用于受控波形焊接工藝(例如，脈沖焊接、短路焊接)的焊接輸出時減小內(nèi)部總線108上的電壓紋波。
[0051]工藝控制電路102可以被配置成通過調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106內(nèi)的開關(guān)的工作周期的控制信號的定時來減小電壓紋波。通過調(diào)節(jié)控制信號的定時，工藝控制電路102可以被配置成使焊接輸出電壓和電流的脈沖(例如，相位)與輸入電力的輸入電流的脈沖總體匹配。工藝控制電路102可以調(diào)節(jié)來自升壓轉(zhuǎn)換器104和/或降壓轉(zhuǎn)換器106的信號脈沖的相對定時(例如，相移、時間提前、時間延遲)以減小電壓紋波。減小內(nèi)部總線108上的電壓紋波可以允許總線電容器110更小、更輕、更冷、更高效、更便宜或它們的組合。工藝控制電路102可以被配置成將電壓紋波調(diào)節(jié)到用于電力電纜24的任何電感100的最小值。以此方式，電感100可以在不影響內(nèi)部總線108的電壓紋波和/或來自降壓轉(zhuǎn)換器106的焊接輸出的情況下在焊接系統(tǒng)的操作期間或者在焊接操作之間改變。
[0052]沿著與輸入端子40耦接上的電力電纜24從焊接電源接收輸入電力。在一些實施例中，輸入端子40具有第一輸入連接112和第二輸入連接114，這些連接具有各自的限定的極性。如上所述，第一端子26和第二端子28具有正極性和負極性，因此輸入電力被極化。在一些實施例中，感測電路116被配置成使用輸入傳感器118檢測供應(yīng)到第一輸入連接112和第二輸入連接114的極化輸入電力的極性。感測電路116可以被配置成檢測第一端子26和第二端子28的極性與第一輸入連接112和第二輸入連接114的限定的極性之間的不匹配。與感測電路116耦接上的工藝控制電路102可以被配置成僅當(dāng)檢測的輸入電力極性與第一輸入連接112和第二輸入連接114的限定的極性對應(yīng)時提供極化輸入電力到電力轉(zhuǎn)換電路58。先進工藝送絲機20可以被配置成供應(yīng)用于特定的焊接應(yīng)用的極化焊接輸出。切換第一端子26和第二端子28的極性使得端子26和28不與第一輸入連接112和第二輸入連接114對應(yīng)可以將電力電纜62和工作電纜64的極性從DCEN切換成DCEP，或從DCEP切換成DCEN。
[0053]在一些實施例中，先進工藝送絲機20被配置成通知操作員極性和/或自動切換輸入電力的極性。例如，工藝操作界面66和/或控制操作界面68可以被配置成當(dāng)極化輸入電力的極性不與第一輸入連接112和第二輸入連接114的限定的極性對應(yīng)時提供操作員可感知的通知。通信電路可以被配置成通過通往焊接電源的電力電纜發(fā)送并接收命令和/或反饋信號。通信電路發(fā)送指示輸入連接的極性之間的不匹配的信號使得焊接電源可以提供極性的操作員可感知的通知和/或使輸入電力的極性反轉(zhuǎn)。在一些實施例中，焊接電源的極性反轉(zhuǎn)電路36(圖1)基于信號使極化輸入電力的極性反轉(zhuǎn)，這樣使得極化輸入電力的極性與第一輸入連接112和第二輸入連接114的限定的極性對應(yīng)。
[0054]感測電路116還被配置成用總線傳感器120測量內(nèi)部總線108的電流和/或電壓，并且用焊接輸出傳感器122測量焊接輸出的電流和/或電壓。工藝控制電路102通過感測電路116監(jiān)測輸入傳感器118、總線傳感器120和焊接輸出傳感器122。在檢測到極化輸入電力和/或焊接輸出變?yōu)殚撝捣秶獾闹禃r，工藝控制電路102可以斷開繼電器電路124以中斷提供極化輸入電力到焊接送絲機20的操作部件。操作部件可以包括，但不限于，電力轉(zhuǎn)換電路58、焊接送絲驅(qū)動90和送絲控制電路或它們的任意組合。閾值范圍可以具有最大閾值(例如，大約80V、100V、120V或更大)和最小閾值(例如，大約20V、25V或30V)。當(dāng)極化輸入電力和/或焊接輸出是在閾值范圍內(nèi)時操作電力轉(zhuǎn)換電路可以增加轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性或一致性。例如，繼電器電路124下游短路可以導(dǎo)致內(nèi)部總線108上的電壓下降和/或焊接輸出的電壓下降。斷開繼電器電路124可以至少保護繼電器電路124免受由于下游短路引起的過大輸入電力的影響。繼電器電路124可以包括電路元件，例如，閂鎖繼電器、非閂鎖繼電器、固態(tài)開關(guān)等。繼電器電路124被配置成閉合以提供輸入電力并且斷開以中斷通往電力轉(zhuǎn)換電路58的輸入電力。在一些實施例中，電力存儲電路可以提供電力以斷開繼電器電路124并且中斷輸入電力。電力存儲電路可以包括輔助電源126和/或內(nèi)部總線108上的總線電容器110。
[0055]目前想到的繼電器電路124的實施例包括在第一繼電器接頭132和第二繼電器接頭134并聯(lián)耦接的電力繼電器128和旁通電路130。電力繼電器128可以是閂鎖繼電器或非閂鎖繼電器，其被配置成在閉合時沿著第一電流路徑129輸送高安培直流電。閂鎖繼電器可以比具有相同電流容量的非閂鎖繼電器更小且更輕。在一些實施例中，電力繼電器128可以是由Gruner (Wehingen，德國)制造的繼電器型號753。旁通電路130可以包括，但不限于，驅(qū)動電路、電壓鉗制器件(例如，金屬氧化物電阻器)和響應(yīng)于來自驅(qū)動電路的驅(qū)動信號的一個或多個開關(guān)。一個或多個開關(guān)被配置成在閉合時沿著第二電流路徑131輸送電流。電壓鉗制器件可以被配置成響應(yīng)于繼電器電路124上的電壓峰值(例如，迅速增大或減小)鉗制第一繼電器接頭132和第二繼電器接頭134上的電壓。電壓峰值可以使大電流另外沿著第一電流路徑129和第二電流路徑131流動。電壓鉗制器件可以被配置成耗散一些存儲在電力電纜24的電感100中的能量。在一些實施例中，旁通電路130可以包括至少一對開關(guān)，以便當(dāng)?shù)谝欢俗?6和第二端子28的極性不與耦接的第一端子112和第二端子114的各自限定的極性對應(yīng)時保護驅(qū)動電路。旁通電路130還可以包括與電力繼電器128并聯(lián)耦接的多個固態(tài)開關(guān)(例如，晶體管)以提供所需的電流輸送容量，例如，高安培直流輸入電力。驅(qū)動電路可以是工藝控制電路102或由工藝控制電路102控制的單獨的電路。
[0056]工藝控制電路102被配置成供應(yīng)信號到電力繼電器128以斷開和閉合電力繼電器128，并且供應(yīng)信號到旁通電路130以便與電力繼電器128的斷開和閉合協(xié)調(diào)地斷開和閉合旁通電路130。在一些實施例中，基本上同時施加斷開和閉合電力繼電器128以及斷開和閉合旁通電路130的信號。旁通電路130可以被配置成短時間內(nèi)沿著第二電流路徑131輸送一部分輸入電力到電力轉(zhuǎn)換電路58以在該短時間內(nèi)減小通過電力繼電器128沿著第一電流路徑129輸送的輸入電力的剩余部分。當(dāng)閉合時，旁通電路130的開關(guān)被配置成減小電力繼電器128上的電流以允許電力繼電器128在不產(chǎn)生電弧放電和/或使用磁性滅弧的情況下斷開或閉合。在工藝控制電路102以信號通知電力繼電器128斷開或閉合之后，工藝控制電路102以信號通知旁通電路130的開關(guān)斷開以中斷沿著第二電流路徑131的這部分輸入電力。旁通電路130的開關(guān)可以被配置成在斷開或閉合電力繼電器128時的短時間內(nèi)沿著第二電流路徑131輸送輸入電力。
[0057]電力繼電器128閉合以在焊接期間提供輸入電力到電力轉(zhuǎn)換電路58。在一些實施例中，與感測電路116耦接上的工藝控制電路1 2被配置成監(jiān)測輸入電力的電壓和內(nèi)部總線108上的電壓?？刂齐娐?02被配置成至少部分地基于輸入電壓或內(nèi)部總線108上的電壓的下降(這可能指示繼電器電路124下游短路)斷開電力繼電器128。工藝控制電路102可以用存儲在電力存儲電路，例如，輔助電源126或總線電容器110中的電力啟動電力繼電器130。例如，工藝控制電路102可以使電力存儲電路放電以便給線圈供電從而斷開或閉合電力繼電器128。
[0058]在一些實施例中，電力存儲電路可以在焊接電源提供適用于轉(zhuǎn)換成焊接輸出的輸入電力之前充電。內(nèi)部總線108上的電力存儲電路(例如，總線電容器110)可以通過接收的初始水平的輸入電流充電。在一些實施例中，工藝控制電路102將預(yù)充電信號發(fā)送到焊接電源以使輸入電力的輸入電流減小到初始水平。感測電路116可以用總線傳感器120感測電力存儲電路的充電。在一些實施例中，工藝控制電路102可以發(fā)出信號到焊接電源以基于輸入電力電壓和內(nèi)部總線108上的電壓的比較使輸入電流增大到更高的水平。在一些實施例中，工藝控制信號在第一電流路徑129閉合并且第二電流路徑131斷開之后接收更高水平的輸入電流。首先接收初始水平的輸入電流，然后接收更高水平的輸入電流允許先進工藝送絲機20的階梯式啟動以減小涌入電流以及工藝控制電路102和/或電力轉(zhuǎn)換電路58消耗的輸入電力。例如，當(dāng)總線電壓為輸入電力電壓的大約50%、75%或100%時，工藝控制電路102可以發(fā)出信號到焊接電源。在一些實施例中，信號經(jīng)由通信電路70和電力電纜24發(fā)送到焊接電源。
[0059]升壓轉(zhuǎn)換器104和降壓轉(zhuǎn)換器106之間的總線電容器110可以在先進工藝送絲機20內(nèi)執(zhí)行若干功能?？偩€電容器110可以存儲電力以斷開或閉合繼電器電路124以中斷流到操作部件(例如，電力轉(zhuǎn)換電路58、送絲驅(qū)動90、送絲控制電路136)的輸入電力。工藝控制電路102可以基于總線電容器110和/或輸入連接112、114的電壓斷開或閉合繼電器電路124。工藝控制電路102還可以至少部分地基于總線電容器110和/或輸入連接112、114的感測電壓發(fā)送信號到焊接電源。
[0060]在一些實施例中，旁通電路130被配置成當(dāng)繼電器電路124下游短路時防止電力繼電器128閉合。工藝控制電路102可以通過閉合第二電流路徑131來檢測先進工藝送絲機20以確定內(nèi)部總線108的電壓是否可以增大。在繼電器電路124的下游短路的情況下，內(nèi)部總線108的電壓不會增大。當(dāng)工藝控制電路102確定內(nèi)部總線108的電壓可以增大時，工藝控制電路102可以閉合電力繼電器128以允許輸入電力流到電力轉(zhuǎn)換電路58。檢測先進工藝送絲機20存在繼電器電路124下游短路允許電力繼電器128在短路事件中保持?jǐn)嚅_。
[0061 ] 送絲組件60由與送絲驅(qū)動90耦接上的送絲控制電路136控制。送絲控制電路136可以與工藝操作界面66、控制操作界面68和工藝控制電路102耦接上。送絲控制電路136控制送絲驅(qū)動90至少部分地基于通過工藝操作界面66和控制操作界面68接收的參數(shù)供應(yīng)焊絲54到焊接電纜62。如上所述，工藝操作界面66可以被配置成接收用于氣體參數(shù)的輸入。與氣體線路74耦接上的閥門組件72被配置成由工藝控制電路102和/或送絲控制電路136控制。
[0062]圖6示出了沿著6-6線截取的圖5的旁通電路130的實施例的示意圖。如上所述，旁通電路130在第一繼電器接頭132和第二繼電器接頭134與電力繼電器128并聯(lián)耦接。旁通電路130包括與電力繼電器128并聯(lián)耦接的一個或多個開關(guān)138，例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在一些實施例中，固態(tài)開關(guān)可以布置成反串聯(lián)的并聯(lián)配置。電力繼電器128和旁通電路130由工藝控制電路控制以基本上在同時斷開和閉合以減小電力繼電器128上的電弧放電。閉合電力繼電器128允許電流沿著第一電流路徑129流動并且閉合開關(guān)138允許電流沿著第二電流路徑131流動。第二電流路徑131可以包括并聯(lián)開關(guān)之間的多個分支140、142、144和146。改變分支的數(shù)量影響沿著第二電流路徑131的電流承載容量，因此在啟動電力繼電器128時影響沿著第一路徑129的電流。在啟動電力繼電器128時減小沿著第一路徑129的路徑減小了電力繼電器的觸頭之間的電弧放電。工藝控制電路被配置成通過門極148和其他控制開關(guān)控制一個或多個開關(guān)138以同時或依次斷開和閉合一個或多個開關(guān)138。一個或多個開關(guān)138被配置成斷開，除非受到工藝控制電路的控制才閉合。
[0063]在接收來自工藝控制電路的控制信號時，一個或多個開關(guān)138被配置成閉合，從而斷開第二電流路徑131。在閉合一個或多個開關(guān)138時，工藝控制電路而控制電力繼電器128開始斷開或閉合，由于沿著第二電流路徑131的電流，造成了沿著第一電流路徑129電流減小。在開始斷開或閉合電力繼電器128之后，工藝控制電路斷開一個或多個開關(guān)138以斷開第二電流路徑131。來自控制一個或多個開關(guān)138和電力繼電器128的控制信號可以是基本上同時斷開和閉合第一電流路徑129和第二電流路徑131的脈沖。也就是說，電力繼電器128可以在大約5-50毫秒、10-40毫秒或大約20-30毫秒內(nèi)斷開和閉合第一電流路徑129和第二電流路徑131。
[0064]旁通電路130包括電壓鉗制器件150(例如，金屬氧化物電阻、壓敏電阻)以保護一個或多個開關(guān)138和電力繼電器128免受超壓的影響。在斷開電力繼電器128時，第一繼電器接頭132和第二繼電器接頭134之間的電壓可以隨著總線電容器、電力電纜和/或輔助電源或其他電路釋放存儲的電荷而增大。電壓鉗制器件150被配置成在高電壓比在低電壓具有更大的電阻。電壓鉗制器件150隨著第一繼電器接頭132和第二繼電器接頭134之間的電壓增大而沿著第三電流路徑152輸送更大電流以維持沿著第一電流路徑129和第二電流路徑131的電流在閾值水平以下。
[0065]根據(jù)如圖7至圖10所示的多種方法可以利用圖5的先進工藝送絲機。可以與圖7至圖10圖示的所有實施例一起利用先進工藝送絲機的一些實施例。可以與圖7至圖10圖示的僅一些實施例一起利用先進工藝送絲機的其他實施例。圖7圖示了將輸入電力轉(zhuǎn)換成先進工藝送絲機內(nèi)的受控波形焊接輸出的方法1.該方法的第一步156是從焊接電源接收輸入電力。在一些實施例中，輸入電力可以是大約80V的極化直流輸入電力。輸入電力如果被直接供應(yīng)到焊炬則可能不適用于受控波形焊接工藝。在步驟158中，操作員可以打開先進工藝送絲機的外殼。操作員可以打開外殼以安裝或更換焊絲盤或者調(diào)節(jié)與焊絲和氣體供應(yīng)相關(guān)的參數(shù)。在步驟160，外殼內(nèi)的工藝操作界面在步驟162中關(guān)閉外殼之前接收焊絲和/或氣體參數(shù)。在步驟164，工藝控制電路確定工藝參數(shù)。工藝參數(shù)包括受控波形輸出、電流強度和焊絲輸送速度等?？梢曰谕ㄟ^工藝操作界面接收的參數(shù)確定工藝參數(shù)。在一些實施例中，控制電路在操作員不直接選擇工藝類型的情況下基于存儲在存儲器中的代碼和/或指令自動確定用于受控波形焊接輸出的工藝參數(shù)。在步驟166，先進工藝送絲機可以與焊接電源通信以至少部分地基于接收的工藝和/或焊絲參數(shù)調(diào)節(jié)輸入電力。在一些實施例中，步驟166可以在先進工藝送絲機工作期間的任何時候發(fā)生。在方框168，先進工藝送絲機將輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。焊接輸出可以是適用于短路或脈沖焊接工藝的受控波形焊接輸出。與焊接電源耦接上的電力電纜的電感不減弱先進工藝送絲機內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換電路所轉(zhuǎn)換的焊接輸出。在步驟170，先進工藝送絲機接收保護氣體。保護氣體可以通過焊接電源或單獨的氣體供應(yīng)來供應(yīng)。在步驟172，先進工藝送絲機至少部分地基于在步驟160和164接收的輸入將焊絲和氣體提供給焊炬。在步驟174，至少部分地基于在步驟164接收的輸入將焊接輸出提供給焊炬。焊接輸出由于電力轉(zhuǎn)換電路和焊炬之間較短的距離和低電感而可能適用于受控波形焊接工藝。
[0066]圖8示出了感測先進工藝送絲機接收的輸入電力的極性的方法176。在步驟178，先進工藝送絲機接收來自焊接電源的極化輸入電力。沿著電力電纜的第一端子和第二端子供應(yīng)極化輸入電力。在均具有限定的極性的兩個輸入連接處接收輸入電力。在方框180，感測電路用第一輸入連接和第二輸入連接處的輸入傳感器檢測極化輸入電力的極性和電壓。在一些實施例中，在方框182，接收的輸入電力可以使電力存儲電路，例如，輔助電源和/或總線電容器充電。
[0067]在步驟180檢測輸入電力的極性時，感測電路在節(jié)點184驗證第一端子和第二端子是否與輸入連接的限定的極性對應(yīng)。如果極性之間不匹配，那么先進工藝送絲機內(nèi)的工藝控制電路就可以通過工藝操作界面、控制操作界面和/或焊接電源以操作員可感知的通知來通知操作員不匹配的極性。可替代地，在方框188，工藝控制電路可以與焊接電源通信以指導(dǎo)焊接電源改變輸入電力的極性，如方框190所示。如果輸入電力的極性與限定的極性連接的極性匹配，工藝控制電路就在節(jié)點192確定輸入電力和輸入電壓是否基本上穩(wěn)定。如果輸入電壓穩(wěn)定，就將輸入電力供應(yīng)到電力轉(zhuǎn)換電路。工藝控制電路可以定期感測并確定輸入電壓在焊接工藝期間是否在節(jié)點192穩(wěn)定。如果輸入電壓不穩(wěn)定，那么工藝控制電路可以中斷供應(yīng)到電力轉(zhuǎn)換電路的極化輸入電力。工藝控制電路可以通過斷開電力轉(zhuǎn)換電路上游的電力繼電器和/或與焊接電源通信來中斷極化輸入電力以停止向先進工藝送絲機供應(yīng)輸入電力。如果輸入電力中斷，在接收到極化輸入電力時可以從步驟178重復(fù)方法176。
[0068]在方框196，如果輸入電壓穩(wěn)定，就將輸入電力供應(yīng)到電力轉(zhuǎn)換電路以將極化輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。焊接輸出可以是適用于短路工藝或脈沖焊接工藝的受控波形焊接輸出。另外，焊接輸出可以適用于FCAW工藝或GMAW焊接工藝。與焊接電源耦接上的電力電纜的電感不會減弱先進工藝送絲機20內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換電路所轉(zhuǎn)換的焊接輸出。在步驟170，先進工藝送絲機接收保護氣體。保護氣體可以通過焊接電源或單獨的氣體供應(yīng)來供應(yīng)。在步驟172，先進工藝送絲機提供焊絲和氣體到焊炬。在步驟174，焊接輸出被提供給焊炬。提供的焊接輸出由于電力轉(zhuǎn)換電路和焊炬之間較短的距離和低電感而可能適用于受控波形焊接工藝。
[0069]圖9A示出了使先進工藝送絲機的電路元件預(yù)充電并且使用與電力繼電器并聯(lián)的旁通電路的方法198的一部分。在步驟199，先進工藝送絲機在先進工藝送絲機與焊接電源電性耦接時發(fā)送預(yù)充電信號到焊接電源。預(yù)充電信號指導(dǎo)焊接電源將預(yù)充電輸入電力的電流限制在初始水平。在步驟200，先進工藝送絲機接收初始水平的輸入電力。在步驟201，工藝控制電路發(fā)送控制信號到旁通電路以閉合第二電流路徑從而將初始水平的輸入電力輸送到電力存儲電路(例如，內(nèi)部總線上的總線電容器)。在步驟202，初始水平的輸入電力使電力存儲電路(例如，總線電容器)充電。在步驟204，感測電路檢測輸入電力和總線電力的電壓?？偩€電力的電壓是總線電容器中存儲的電力的度量。在節(jié)點206，工藝控制電路將輸入電力和總線電力的電壓進行比較。在一些實施例中，在節(jié)點206，工藝控制電路按照以上參照圖5所述的方式檢測繼電器電路以確定繼電器電路下游是否存在短路。如果下游存在短路(例如，電壓低于閾值)，工藝控制電路就不能閉合電力繼電器使得輸入電力不通過短路。在下游短路的情況下，在方框207，工藝控制電路可以斷開旁通電路。在旁通電路斷開之后，在方框209，電壓鉗制器件鉗制電壓以至少部分地保護繼電器電路。在方框211，工藝控制電路可以發(fā)送信號到焊接電源、工藝操作界面和/或控制操作界面。在一些實施例中，信號可以控制焊接電源以停止產(chǎn)生輸入電力。在其他實施例中，在方框213，信號控制操作界面以向操作員提示故障(例如，短路)。在步驟208，如果總線電力的電壓在閾值以上(例如，電力存儲電路已充電)并且不存在短路，工藝控制電路就發(fā)送控制信號到電力繼電器以閉合第一電流路徑。
[0070]在閉合電力繼電器之后，在步驟210，工藝控制電路發(fā)送控制信號到旁通電路以斷開第二電流路徑。在一些實施例中，在方框212，工藝控制電路發(fā)送信號到焊接電源。信號指導(dǎo)焊接電源使輸入電力的電流增大到更高水平。在其他實施例中，焊接電源被配置成在步驟210之后的限定時間段后使電流增大到更高水平。在一些實施例中，先進工藝送絲機的工藝控制電路可以基本上同時或者在小于大約50毫秒、小于大約30毫秒或小于大約15毫秒內(nèi)執(zhí)行步驟208和210。在方框214，先進工藝送絲機接收更高水平的輸入電力。在方框216，更高水平的輸入電力適用于轉(zhuǎn)換成焊接輸出用于所需的焊接工藝。
[0071]在步驟216，先進工藝送絲機的電力轉(zhuǎn)換電路將更高水平的輸入電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。焊接輸出可以是適用于短路工藝或脈沖焊接工藝的受控波形焊接輸出。另外，焊接輸出可以適用于FCAW工藝或GMAW焊接工藝。與焊接電源耦接上的電力電纜的電感不會減弱先進工藝送絲機內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換電路所轉(zhuǎn)換的焊接輸出。圖9B示出了在方框216期間和之后可以配置的方法198的第二部分。在焊接工藝期間，在節(jié)點218，感測電路監(jiān)測輸入電力和總線電力的電壓以控制繼電器電路。在一些實施例中，感測電路還可以按照以上圖8中的方法176所述的方式檢測輸入電力的極性以通知操作員極性不匹配或者使焊接電源的極性反轉(zhuǎn)。
[0072]如果感測電路檢測內(nèi)部總線的電壓下降和/或輸入電力的電壓下降，工藝控制電路就在步驟220、224和226啟動繼電器電路以中斷通往電力轉(zhuǎn)換電路的輸入電力。在步驟220，工藝控制電路發(fā)送控制信號到旁通電路以閉合第二電流路徑。在步驟220同時或緊接其后，在步驟224，工藝控制電路發(fā)送控制信號到電力繼電器以斷開第一電流路徑。工藝控制電路可以使電力存儲電路的至少一部分放電以驅(qū)動電力繼電器斷開。例如，電力存儲電路在收到來自工藝控制電路的控制信號時可以存儲電力以驅(qū)動磁芯線圈來斷開電力繼電器。在斷開電力繼電器之后，在步驟226，工藝控制電路發(fā)送控制信號到旁通電路以斷開第二電流路徑。在一些實施例中，先進工藝送絲機的工藝控制電路可以基本上同時或者在小于大約50毫秒、小于大約30毫秒或小于大約15毫秒內(nèi)執(zhí)行步驟220、224和226。在第一和第二電流路徑斷開之后，繼電器電路上的電壓可能由于電力電纜和/或電力存儲電路內(nèi)存儲的電力而增大。繼電器電路的電壓鉗制器件在方框228鉗制電壓以減小存儲的能量對電力繼電器或旁通電路的影響。在整個方法198中，例如，如果感測電路檢測到輸入電力和總線電力的穩(wěn)定電壓，先進工藝送絲機就可以在步驟230與焊接電源通信。先進工藝送絲機可以指導(dǎo)焊接電源調(diào)節(jié)輸入電力(例如，停止供應(yīng)輸入電力)。
[0073]在步驟170，先進工藝送絲機接收保護氣體。保護氣體可以通過焊接電源或單獨的氣體供應(yīng)來供應(yīng)。在步驟172，先進工藝送絲機提供焊絲和氣體到焊炬。在步驟174，焊接輸出被提供給焊炬。提供的焊接輸出由于電力轉(zhuǎn)換電路和焊炬之間較短的距離和低電感而可能適用于受控波形焊接工藝。
[0074]圖10示出了控制輸入電力的電流以減小內(nèi)部總線的電壓紋波的方法232。方法232的第一步234是從焊接電源接收輸入電力。在一些實施例中，輸入電力可以是大約80V的極化直流輸入電力。在整個方法232中，先進工藝送絲機可以與焊接電源通信，如步驟236所示。在步驟238，電力轉(zhuǎn)換電路的升壓轉(zhuǎn)換器接收輸入電力并且將輸入電力轉(zhuǎn)換成總線電力?？偩€電力沿著內(nèi)部總線從升壓轉(zhuǎn)換器輸送到降壓轉(zhuǎn)換器。在步驟240，感測電路檢測總線電力的電流和電壓。在步驟242，降壓轉(zhuǎn)換器將來自內(nèi)部總線的總線電力轉(zhuǎn)換成焊接輸出。焊接輸出可以是適用于短路或脈沖焊接工藝的受控波形焊接輸出。另外，焊接輸出可以適用于FCAW工藝或GMAW焊接工藝。在步驟244，感測電路還檢測焊接輸出的電流和電壓。
[0075]工藝控制電路接收檢測的電流并且處理檢測的測量結(jié)果以調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換電路。在一些實施例中，工藝控制電路被配置成確定總線電力的所需的電流以減小內(nèi)部總線上的電壓紋波。工藝控制電路可以通過確定焊接輸出電流和電壓的乘積，確定乘積與轉(zhuǎn)換損失的總和，并且將總和除以總線電壓，來確定總線電力的所需的電流。在步驟248，工藝控制電路可以基于來自步驟240和244的檢測的電流和電壓測量結(jié)果來調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器的命令信號。在一些實施例中，工藝控制電路調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換電路的命令信號以使進入內(nèi)部總線的總線電力與進入降壓轉(zhuǎn)換器的總線電力基本上及時匹配。這減小了內(nèi)部總線上的電壓紋波。工藝控制電路被配置成至少部分地基于焊接輸出調(diào)節(jié)總線電力的電流。在一些實施例中，工藝控制電路被配置成調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)的工作周期以使輸入電力到總線電力的轉(zhuǎn)換在時間上提前或延遲(例如，相移)。工藝控制電路還被配置成調(diào)節(jié)降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)的工作周期以使總線電力到焊接輸出的轉(zhuǎn)換在時間上提前或延遲(例如，相移)。在一些實施例中，工藝控制電路被配置成基于反饋動態(tài)地調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器以將電壓紋波調(diào)節(jié)到最小值。工藝控制電路被配置成將電壓紋波調(diào)節(jié)成用于電力電纜的任何電感的最小值。
[0076]在步驟170，先進工藝送絲機接收保護氣體。保護氣體可以通過焊接電源或單獨的氣體供應(yīng)來供應(yīng)。在步驟172，先進工藝送絲機提供焊絲和氣體到焊炬。在步驟174，焊接輸出被提供給焊炬。提供的焊接輸出由于電力轉(zhuǎn)換電路和焊炬之間較短的距離和低電感而可能適用于受控波形焊接工藝。
[0077]圖11是示出了在不調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換電路的情況下先進工藝送絲機的總線電壓、輸入電流和焊接輸出參數(shù)與時間的實施例的圖表249。圖表249示出了升壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)的內(nèi)部總線上的一系列輸入電流脈沖以及降壓轉(zhuǎn)換器從內(nèi)部總線消耗的適用于受控波形焊接工藝的焊接輸出。信號250是在內(nèi)部總線上測量的電壓紋波。信號252是降壓轉(zhuǎn)換器消耗的焊接輸出的輸出電流，并且信號254是降壓轉(zhuǎn)換器消耗的焊接輸出的輸出電壓。信號256是升壓轉(zhuǎn)換器從輸入電力供應(yīng)的轉(zhuǎn)換的總線電力的電流。圖示的每個信號具有規(guī)則的周期，然而，輸出電流和電壓252、254的輸出定時(例如，相位)先于總線電流256的輸入定時(例如，相位)。也就是說，總線電流256的峰值260的定時與焊接輸出電流252和焊接輸出電壓254的峰值258的定時偏離。圖表249的輸出峰值258和輸入峰值260之間的相對時間差導(dǎo)致電壓紋波具有大的峰值間幅值262。
[0078]圖12是示出了調(diào)節(jié)電力轉(zhuǎn)換電路以減小電壓紋波的先進工藝送絲機的總線電壓、輸入電流和焊接輸出參數(shù)與時間的實施例的圖表264 ο在此實施例中，電壓紋波250的峰值間幅值262基本上小于圖11的圖表249。工藝控制電路控制升壓轉(zhuǎn)換器和/或降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)的工作周期以減小電壓紋波250。例如，工藝控制電路調(diào)節(jié)輸出電流和電壓的輸出峰值258的定時，調(diào)節(jié)總線電流的輸入峰值260的定時或它們的組合。圖12示出了工藝控制電路延遲輸出峰值258的定時以更密切地與輸入峰值260的定時一致從而減小電壓紋波250的峰值間幅值262的實施例。在一些實施例中，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對齊時減小電壓紋波250。輸入電流256和輸入電壓信號的乘積可以大約等于轉(zhuǎn)換損失(例如，來自升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器)與輸出電流252和輸出電壓254信號的乘積的總和。在一些實施例中，工藝控制電路通過升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器控制轉(zhuǎn)換以改善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的實施例更快地增大和減小。另外，工藝控制電路可以控制升壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)的總線電流256密切匹配降壓轉(zhuǎn)換器消耗的焊接輸出252的電流，如圖表264所示。
[0079]圖13圖示了可以在上述類型的與焊接電源耦接上的懸絲器中或在遠程送絲機中使用的示例性電流管理系統(tǒng)。一般由附圖標(biāo)記268表示的電流管理系統(tǒng)被設(shè)計成通過電力電纜24與焊接電源12耦接上。因為焊接電源12可能通常處于帶電狀態(tài)(S卩，通電并且提供輸出電力給電纜24)，電流管理系統(tǒng)268可以提供多種功能，例如，限制流入遠程部件內(nèi)的能量存儲設(shè)備的涌入電流，和/或當(dāng)部件與帶電的焊接電源耦接上時使電流延遲應(yīng)用于能量存儲設(shè)備以避免在端子連接處電弧放電。在圖示的實施例中，電流管理系統(tǒng)268包括與部件內(nèi)的本地電源272耦接上的至少一個能量存儲設(shè)備270。本地電源可以用于提供用于各種配件274，例如，用戶界面、顯示器等的電力。能量存儲設(shè)備270可以包括一種或多種設(shè)備，例如，電容器、電池、它們的組合或任何其他能量存儲設(shè)備。充電/放電控制電路276還被設(shè)置成用于調(diào)節(jié)能量存儲設(shè)備270的電流施加并且用于調(diào)節(jié)來自能量存儲設(shè)備的電力流出。這些設(shè)備在如圖所示的總線電路布置中耦接，而焊接電力提供給與此電路并聯(lián)的焊炬。此外，電流和電壓傳感器可以并入電路中用于調(diào)節(jié)某些部件的操作，特別是在懸絲器或送絲機與電源初始連接期間以及在操作期間。
[0080]如以下參照圖14和圖15更全面地所述，電流管理系統(tǒng)268用于通過充電/放電控制電路的操作限制流入能量存儲設(shè)備中的電流。具體地講，在使用期間，電路可以確保焊接電力輸出不使本地電源272“挨餓”，例如，在起弧(例如，在TIG操作時的提升起弧)期間。此外，可以通過電路使電流消耗足夠低以防止在懸絲器和送絲機與帶電的焊接電源連接上時發(fā)生電弧放電。再者，來自能量存儲設(shè)備的能量可以用于在開路電壓損失(即，“跨失"(ride-through)) 期間維持給配件274供電 。
[0081]圖14示出了例如可以適用于限制例如焊接懸絲器的遠程部件的涌入電流的示例性充電/放電控制電路276。能量存儲設(shè)備270在這里被圖示為一系列電容器。通過電阻器280和開關(guān)282限定充電路徑278。在圖示的實施例中，電阻器280是較低的電阻，例如，100歐姆，盡管可以使用任何合適的電阻，并且開關(guān)282包括M0SFET，盡管可以使用任何合適的開關(guān)。電阻器280在部件連接到帶電的電源時將最初限制流到電容器的電流。通往電容器的電流由受到齊納二極管286(或另一個器件，例如，模仿齊納二極管和誤差放大器的組合的各方面的電路)控制的電阻器280和開關(guān)282的限制。當(dāng)懸絲器與焊接電源開路電流電壓連接上時，通過選擇單獨的電子部件來防止電弧放電可以使電流足夠低。為了保護目的提供二極管284。一起作用以通過調(diào)節(jié)開關(guān)282的導(dǎo)通狀態(tài)來限制電流的二極管286(或如上所述的其他器件)和電阻器288提供電流限制效果。在當(dāng)前的電路設(shè)計中，例如，電流流量不允許超過大約0.5安培。也就是說，開關(guān)282允許給電容器充電，并且此開關(guān)維持在導(dǎo)通狀態(tài)，但是通過部件286和288的交互而減小返回到限制的電流。
[0082]此外，提供一起作用以限制電壓的額外的二極管290(其還可以是模仿二極管與誤差放大器的組合的各方面的電路)和額外的電阻器292。也就是說，如示出的附圖所耦接的這些部件起到減小開關(guān)282的偏壓來有效地限制器件的電壓的作用。因此，可以利用較低電壓電容器。
[0083]在操作中，當(dāng)部件最初與帶電的電源耦接上時，電路有效地限制電流的涌入，在這種情況下任何峰值被限制成大約0.5安培。然后允許存儲器設(shè)備(在這種情況下為一系列電容器)充電。此后，在焊接電力損失期間通過二極管供給本地電源272的電容器提供“跨失”能力。應(yīng)該指出的是，圖14所示的電路，以及事實上圖13和以下所述的圖15的電路旨在作為遠程部件中設(shè)置的任何其他電路的附加，無論是懸絲器還是送絲機。也就是說，然而，這些部件可以包括各種感測電路、處理電路、控制電路、送絲電路和上述類型的其他電路。
[0084]圖15示出了可用于遠程設(shè)備中的電流和/或電力管理的另一個示例性電路，該電路在這種情況下特別適用于上述類型的送絲機。該電路還包括本地電源272以及存儲器件270，存儲器件在這種情況下為多個電容器。電流在電容器中的施加被延遲，直到另外的電容器296通過電阻器298被充電到固態(tài)開關(guān)294的柵極閾值。然后，這種延遲在部件最初耦接至帶電的焊接電源時防止或減小電弧放電的可能性。此外，第二固態(tài)開關(guān)300和二極管302的交互有效地限制電容器上的電壓。也就是說，當(dāng)二極管302變成導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)300的柵極通電，從而使開關(guān)294處于非導(dǎo)通狀態(tài)。從電容器流出的電流通過開關(guān)294的封裝的內(nèi)部二極管。
[0085]可以容易設(shè)想到對圖15的電路的各種增強，例如，可以在開關(guān)294與電容器296之間設(shè)置比較器以提供有效避免開關(guān)294的線性模式的“緊扣”(snap-on)操作。因此該電路在工作期間在提供所需的本地電源能力和跨失能力的同時提供有效地減少或避免在初始連接時電弧放電的雙向低阻抗能量存儲管理。
[0086]先進工藝送絲機的工藝電路可以至少部分地基于基于輸入電力的參數(shù)(例如，電感、極性等)、焊接輸出的參數(shù)(例如，焊接輸出電流、焊接輸出電壓、透支事件等)、內(nèi)部總線的參數(shù)(例如，電壓紋波、存儲的能量等)或它們的任意組合控制先進工藝送絲機的各個方面。如圖5所示，先進工藝送絲機20的一些實施例可以利用工藝電路56來至少部分地基于電力存儲電路(例如，內(nèi)部總線108的總線電容110)存儲的能量(例如，E_)、輸入電力的電感或它們的任意組合控制電力轉(zhuǎn)換電路58。例如，工藝電路56可以在透支事件期間(例如，短路清除、峰值脈沖期間、相對增大的電弧延伸期間)限制焊接輸出的電流以維持電弧并且當(dāng)僅升壓轉(zhuǎn)換器104不供應(yīng)用于透支事件的焊接輸出時維持電力存儲電路(例如，內(nèi)部總線108的總線電容110)上所需的最小能量(例如，E最小)ο可以理解的是，所需的最小能量和/或保護電壓可以至少部分地基于焊接系統(tǒng)的部件的相對大小、所需功能和配置。例如，供工地和/或埋弧焊工藝使用的焊接系統(tǒng)10可以具有比室內(nèi)場地的焊接系統(tǒng)相對較高的所需最小能量。電力存儲電路可以存儲輸入電力的至少一部分，并且可以在透支事件期間釋放至少一部分存儲的能量。如本文所述，總線電容器110的提及可以包括，但不限于，電力存儲電路具有一個或多個電容器、一個或多個電池或它們的任意組合。
[0087]在先進工藝送絲機20的短暫工作期間，透支事件(例如，短路清除)會使焊炬14從先進工藝送絲機20消耗比焊接電源12提供給先進工藝送絲機20的輸入電力更多的焊接電力(例如，焊接輸出)。例如，在短路清除階段期間，焊接電流可以在焊接電壓由于短路而低于電壓設(shè)定時增大。當(dāng)焊接電流保持較高(例如，大約700安培或更大)時，由于焊接電壓迅速增大，當(dāng)短路清除時發(fā)生透支事件。透支事件的增大的焊接電壓值和焊接電流值可從電力存儲電路(例如，總線電容器110)消耗能量，除非電力轉(zhuǎn)換電路58另外被控制，如以下所述。降壓轉(zhuǎn)換器106從內(nèi)部總線108消耗直流總線電力以提供焊接輸出到焊炬14。在焊接輸出小于或大約等于輸入電力時的操作期間，升壓轉(zhuǎn)換器104提供直流總線電力到內(nèi)部總線108。降壓轉(zhuǎn)換器106未消耗的由升壓轉(zhuǎn)換器104供應(yīng)到內(nèi)部總線108的直流總線電力的至少一部分可以存儲在內(nèi)部總線108的總線電容器110中。在操作的采樣間隔期間存儲在電力存儲電路(例如，總線電容器110)中的能量可以由等式(I)概括:
[0088]Ει = Εο+Κ-Ρ輸ft(I)
[0089]其中E1在采樣間隔結(jié)束時存儲在電力存儲電路中的能量，Eo是在采樣間隔開始時存儲在電力存儲電路中的能量，K是由電源12增加到內(nèi)部總線108的能量，PM是提供給焊炬14的焊接輸出，并且t是采樣間隔的持續(xù)時間。在一些實施例中，通過感測電路116的輸入傳感器118或總線傳感器120測量K。另外，或在替代形式中，K可以是從電源12的模型推導(dǎo)的值，經(jīng)由電源12輸入到處理電路56的輸入，或?qū)刂平缑?8的輸入或它們的任意組合。例如，K可以至少部分地基于電源12的電流設(shè)置、電壓設(shè)置或類型或它們的任意組合。因此，等式(I)描述了相對于電力存儲電路(例如，總線電容器110)的能量的凈流量。可以理解的是，iEi約等于總線電容器110的額定電容(例如，⑶線)時，可以不向總線電容器110增加額外的能量。電容器的存儲的能量(例如，E_)可以由等式(2)限定:
[0090]EtiMS= I(Yrn)2(2)
[0091 ]其中(?線是總線電容器110的額定電容，并且線是感測電路116的總線傳感器120感測的總線電壓。
[0092 ]降壓轉(zhuǎn)換器106可以消耗存儲在內(nèi)部總線108的電力存儲電路(例如，總線電容器110)中的能量以在焊接輸出超過輸入電力時在透支事件期間補充轉(zhuǎn)換成焊接輸出的輸入電力。在透支事件期間，總線電容器110可以釋放存儲的能量的至少一部分給降壓轉(zhuǎn)換器106用于焊接輸出，從而保護升壓轉(zhuǎn)換器104免受透支事件的影響。如本文所述，透支事件是要求的焊接輸出大于升壓轉(zhuǎn)換器104可以提供給內(nèi)部總線108的直流總線電力的時間段。從電力存儲電路(例如，總線電容器110)釋放至少一部分存儲的能量可以防止升壓轉(zhuǎn)換器104非故意重啟，和/或可以用要求的焊接輸出電流或減小的焊接輸出電流維持電弧54。當(dāng)總線電容器110的電壓大于所需的保護電壓(例如，0￥、5￥、10￥、20￥、30￥、40￥)時，內(nèi)部總線108可以通過供應(yīng)電力存儲電路(例如，總線電容器110)的一些存儲的能量到降壓轉(zhuǎn)換器106來保護升壓轉(zhuǎn)換器104免受透支事件的影響。工藝電路56可以控制電力轉(zhuǎn)換電路58(例如，升壓轉(zhuǎn)換器104、降壓轉(zhuǎn)換器106、內(nèi)部總線108)維持線大于保護電壓。例如，工藝電路56可以控制降壓轉(zhuǎn)換器106以限制用于透支事件期間的供應(yīng)到焊炬14的焊接輸出的電流，并且工藝電路56可以控制降壓轉(zhuǎn)換器106以在透支事件結(jié)束之后基于所需的電流波形控制焊接輸出電流。
[0093]圖16示出了用于在透支事件期間控制電力轉(zhuǎn)換電路58的方法310的實施例。工藝電路56可以在先進工藝送絲機20工作期間針對采樣間隔重復(fù)方法310。在一些實施例中，工藝電路56可以在先進工藝送絲機20工作期間用一種或多種類型的焊接工藝(例如，短路(RMD)、脈沖、噴射等)利用方法310。每個采樣間隔可以小于大約1(^8、2(^、3(^8、4(^8、5(^s、75ys或lOOys。工藝電路56確定(方框312)輸入到先進工藝送絲機20中的輸入電力。在一些實施例中，工藝電路56可以通過感測電路116和輸入傳感器118感測輸入電力的電流和電壓。另外，或在替代形式中，工藝電路56可以從接收的輸入值(例如，模仿的輸入電力)，例如從電源12、控制界面68、存儲器中存儲的預(yù)定值或它們的任意組合確定輸入電力。工藝電路56通過輸出傳感器122監(jiān)測(方框314)焊接輸出。工藝電路56確定(方框316)電力存儲電路(例如，總線電容器110)中存儲的能量(例如，E?^)。
[0094]在節(jié)點318，工藝電路56確定來自電力轉(zhuǎn)換電路58的焊接輸出是否大于輸入到電力轉(zhuǎn)換電路58的輸入電力。例如，利用等式(I)，在節(jié)點318的這種確定可以至少部分地基于Pm是否大于K。如果焊接輸出在采樣間隔期間不大于輸入電力，那么工藝電路56在針對后續(xù)采樣間隔重復(fù)方法310之前等待(方框320)直到采樣間隔結(jié)束。如果焊接輸出大于輸入電力，工藝電路56就確定(節(jié)點322)是否焊接輸出的參數(shù)大于第一閾值。第一閾值可以至少部分地基于電力轉(zhuǎn)換電路58的部件。例如，第一閾值可以是峰值工作電流值、電流緩變率、峰值工作電壓、電壓緩變率或它們的任意組合。在一些實施例中，第一閾值可以至少部分地基于電力轉(zhuǎn)換電路58的部件的設(shè)計極限。如果焊接輸出大于第一閾值，電力轉(zhuǎn)換電路58的一個或多個部件就可以自動進入(方框324)透支過程以保護相應(yīng)的一個或多個部件免受透支事件的影響。例如，當(dāng)焊接電流超過升壓轉(zhuǎn)換器104和/或降壓轉(zhuǎn)換器106的第一閾值(例如，峰值工作電流值)時，升壓轉(zhuǎn)換器104和/或降壓轉(zhuǎn)換器106可以關(guān)閉一段時間(例如，500ms或更久)。
[0095]如果焊接輸出小于第一閾值，工藝電路56就確定(節(jié)點326)是否焊接輸出的參數(shù)大于第二閾值。也就是說，工藝電路56可以確定焊接輸出是否以快于所需速率的速率減小E_，或者焊接輸出是否可以使總線電壓(例如，仏線)減小到低于所需的保護電壓。相比于第二閾值的焊接輸出的參數(shù)可以包括，但不限于，預(yù)定的電流值(例如，200安培、300安培、400安培、500安培、600安培、700安培、800安培)、預(yù)定的輸出電力值、電流緩變率或電壓緩變率或它們的任意組合。如果焊接輸出的參數(shù)小于第二閾值，那么工藝電路56在重復(fù)方法310并且重新評估焊接輸出和E—之前等待(方框320)直到采樣間隔結(jié)束。第二閾值可以至少部分地基于內(nèi)部總線108的電力存儲電路(例如，總線電容器110)內(nèi)存儲的能量(例如，E_)、所需的最小能量(例如，E最小)、保護電壓或它們的任意組合。例如，第二閾值可以隨著總線電容器110內(nèi)存儲的能量減少而減小，從而與來自可以用于焊接輸出的總線電容器110的最小能量對應(yīng)。如果焊接輸出大于第二閾值，工藝電路56就可以控制(方框328)來自電力轉(zhuǎn)換電路58的焊接輸出電流為用于采樣間隔或用于透支事件的持續(xù)時間的減小的電流值，以便維持電弧并且在內(nèi)部總線108上維持所需的Va線。例如，iE_小于總線電容器110的峰值存儲能量時，工藝電路56可以使焊接輸出電流從大約700安培減小到大約400安培。當(dāng)E_大約為峰值時，工藝電路56可以使焊接輸出電流從大約700安培減小到400安培至600安培之間。可以理解的是，透支事件的持續(xù)時間可以較短，例如，大約0.5s、0.4s、0.3s、
0.2s、0.1s、0.0ls或更短。用于采樣間隔或用于透支事件的持續(xù)時間的減小的電流值可以至少部分地基于各種因素，包括但不限于，焊接系統(tǒng)10的類型、電力轉(zhuǎn)換電路58的部件的設(shè)計極限、焊接工藝的類型、工件材料等。例如，用于焊接應(yīng)用的減小的電流值可以直接與焊絲的直徑相關(guān)。工藝電路56控制(方框328)電力轉(zhuǎn)換電路58以使焊接輸出電流減小到合適的水平以允許在不耗費小于E最小的情況下維持電弧。在使焊接輸出電流減小到合適預(yù)定的電流(例如，400安培、500安培、600安培)時，工藝電路56在針對后續(xù)采樣間隔重復(fù)方法310之前等待(方框320)采樣間隔結(jié)束。
[0096]作為一個實例，先進工藝送絲機20可以供應(yīng)焊絲和焊接輸出到焊炬14用于短路MIG焊接工藝。在焊接工藝的短路階段期間，焊接電源的焊接電壓部件可以小于大約10V，而后者小于所需的電壓設(shè)定(例如，28V)。對于短路階段的一部分，焊接輸出可以小于或約等于輸入電力。電力轉(zhuǎn)換電路5 8可以使焊接輸出的焊接電流分量增大到較大的值(例如，6 O O安培、700安培、800安培或更大)以清除短路。在一些實施例中，在清除短路之前和/或緊接其后，焊接電源成分迅速增大。當(dāng)焊接電源部分在焊接電流在采樣間隔期間處于較大值的同時升高時，在采樣間隔期間從內(nèi)部總線108消耗的直流總線電力可以大于升壓轉(zhuǎn)換器104供應(yīng)到內(nèi)部總線108的輸入電力。例如，電力轉(zhuǎn)換電路58在收到12kW輸入電力的同時可以在透支事件期間供應(yīng)14kW焊接輸出。因此，在透支事件期間可以至少部分地從電力存儲電路(例如，總線電容器110)存儲的能量(例如，E_)消耗差值(例如，2kW)。如上所述，工藝電路56可以在透支事件的一個或多個采樣間隔期間控制焊接輸出電流以在維持Va線為所需的值(例如，OV、5V、1V、20V、30V、40V)和/或維持E_大于E最小的同時維持電弧。此外，使電源與先進工藝送絲機20連接上的電力電纜24的電感可以減緩能量增加到電力存儲電路(例如，總線電容器110)。因此，維持線在保護電壓以上和/或維持EtgMS大于E最小可以減小電力存儲電路(例如，總線電容器110)的再充電事件。
[0097]工藝電路56可以控制焊接輸出電流以維持電力存儲電路(例如，總線電容器110)上的W線，以保護升壓轉(zhuǎn)換器104，維持電弧，或它們的任意組合。工藝電路56還可以控制焊接輸出電流以控制供應(yīng)到焊炬14的電流的減小電流的效果。圖17示出了用于基于電力存儲電路(例如，總線電容器110)存儲的能量(例如，E_)控制焊接輸出電流的方法350的實施例。也就是說，圖17的方法350可以用于代替圖16中的方法310的節(jié)點326和方框328。在一些實施例中，可以針對每個采樣間隔使用方法350。
[0098]在方法350中，工藝電路56可以至少部分地基于能量存儲電路(例如，總線電容器110)中存儲的能量(例如，E?^)以及相對于電力存儲電路(例如，總線電容器110)的能量的凈流量確定(方框352)可持續(xù)性持續(xù)時間(例如，Tbj纖)。例如，工藝電路56可以利用等式(3)確定
[0099]TnJtjii= (Eg/j^EEiMs)/(k(t)-P(t))(3)
[0100]其中E最小是存儲在總線電容器110上所需的最小能量，E_是在方法350開始時存儲在總線電容器110上的能量，k(t)是在采樣間隔內(nèi)總線電容器110的能量輸入率，并且P(t)是在采樣間隔內(nèi)作為焊接輸出的總線電容器110的能量輸出速率。工藝電路56可以利用等式(3)確定Tbj趟以估計來自總線電容器110的當(dāng)前的能量凈流速可以在透支事件期間維持直到E_大約為E最小的持續(xù)時間?？梢岳斫獾氖?，E最小至少部分地基于總線電容器110的額定容量以及總線電壓^線的最小所需值(例如，0￥、5￥、10￥、20￥、30￥、40￥)，如等式(2)所述。在一些實施例中，總線電容器110的能量輸入速率(例如，k(t))可以是每個采樣間隔內(nèi)基本上恒定的值，并且總線電容器110的能量輸出速率(例如，P(t))可以是在短路期間相對于時間的函數(shù)。在一些實施例中，工藝電路56可以利用在后續(xù)采樣間隔期間的未來焊接輸出的預(yù)測值作為能量輸出率，P(t)。因此，在一些實施例中，工藝電路56在后續(xù)采樣間隔期間基于來自總線電容器110的當(dāng)前的能量凈流速以及總線電容器110的預(yù)測的未來的能量凈流速估計Τ??8賣。
[0101]在確定(方框352)可持續(xù)性持續(xù)時間(Τ可播賣)時，工藝電路56可以確定(方框354)透支事件的要求持續(xù)時間(例如，T要求)。工藝電路56可以至少部分地基于所需的焊接輸出波形、可使用的模式、歷史數(shù)據(jù)或它們的任意組合確定求。例如，在脈沖MIG工藝和/或短路MIG工藝期間，工藝電路56可以控制電力轉(zhuǎn)換電路58以供應(yīng)預(yù)定的焊接輸出波形到焊炬14。工藝電路56然后可以從預(yù)定的焊接輸出波形確定T魏。另外，或在替代形式中，工藝電路56可以基于一個或多個此前觀察的透支事件(例如，短路清除事件)的持續(xù)時間來確定當(dāng)前的透支事件的T魏。例如，工藝電路56可以基于可存儲在工藝電路56可訪問的存儲器中的一個或多個此前觀察的透支事件來確定當(dāng)前的透支事件的求。在一些實施例中，T要求可以被確定為存儲器中存儲的一個或多個此前觀察的透支事件的T要R的最大值、平均值或中間值。[0?02]工藝電路56可以將T可播賣與T魏進行比較(方框356)以估計當(dāng)前的透支事件是否會使小于E最小和/或線小于所需的保護電壓，除非另外控制焊接輸出電流分量。當(dāng)!^雜大于T要R時，工藝電路56控制(方框358)焊接輸出電流為減小的電流水平使得存儲在電力存儲電路(例如，總線電容器110)上的能量(Ε_)不會減小到低于電力存儲電路(例如，總線電容器110)的所需的最小能量(Ε最小)，和/或使得線保持大于保護電壓。在一些實施例中，工藝電路56可以控制焊接輸出電流為預(yù)定的總線保留電流值(例如，150安培、200安培、300安培、350安培、400安培)，從而減小電力存儲電路(例如，總線電容器110)的能量凈流出并且維持E_大于E最小。在一些實施例中，工藝電路56可以計算大于預(yù)定的總線保留電流值并且小于要求的透支電流值的可持續(xù)性電流值。例如，可以計算可持續(xù)性電流值以允許電力轉(zhuǎn)換電路58從總線電容器110消耗能量使得在透支事件結(jié)束時E_約等于E劇、?？梢岳斫獾氖?，供應(yīng)到焊炬14的焊接輸出電流的受控減小可以相對于預(yù)定的總線保留電流值小可持續(xù)性電流值，從而減小焊接輸出電流的受控減小對焊接的影響。當(dāng)T可播賣小于T要求時，工藝電路56確定透支事件不會使總線電容器110上的E_減小到小于E最小。因此，工藝電路56可以在采樣間隔期間不減小焊接輸出電流。
[0103]在一些實施例中，在焊接系統(tǒng)10的各種部件或與焊接系統(tǒng)10耦接的部件中可以利用如上所述的工藝電路56和電力轉(zhuǎn)換電路58。例如，也可以利用如上所述的先進工藝送絲機的工藝電路以維持電力存儲電路(例如，總線電容器)的所需的最小能量水平和/或維持在等離子切割機、感應(yīng)加熱器、發(fā)電機和其他部件中利用的電力存儲電路(例如，總線電容器)的所需的保護電壓。工藝電路可以外接至一個或多個部件或與其一體化以監(jiān)測并控制相對于對應(yīng)的一個或多個部件的凈功率流。可以理解的是，工藝電路可以在透支事件期間控制相應(yīng)的一個或多個部件的電力轉(zhuǎn)換電路，從而保護電子元件和/或允許相應(yīng)的一個或多個部件一致地工作。
[0104]盡管本文中已經(jīng)圖示并描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本發(fā)明的真正精神范圍內(nèi)的所有這種修改和變化。
【主權(quán)項】
1.一種焊接送絲機，包括: 焊接送絲驅(qū)動，被配置成朝著焊接應(yīng)用驅(qū)動焊絲； 送絲控制電路，耦接至所述焊接送絲驅(qū)動并且被配置成控制朝著所述焊接應(yīng)用驅(qū)動焊絲； 電力轉(zhuǎn)換電路，被配置成接收輸入電力并且將所述輸入電力轉(zhuǎn)換成適用于焊接應(yīng)用的焊接輸出，其中所述電力轉(zhuǎn)換電路包括電力存儲電路，所述電力存儲電路被配置成存儲能量并且在透支事件期間釋放所存儲的能量的至少一部分； 輸出電壓傳感器，被配置成測量所述焊接輸出的輸出電壓； 輸出電流傳感器，被配置成測量所述焊接輸出的輸出電流；以及控制電路，耦接至所述電力轉(zhuǎn)換電路、所述輸出電壓傳感器和所述輸出電流傳感器，其中所述控制電路被配置成在所述透支事件期間控制所述輸出電流以維持所述電力存儲電路的存儲的能量值大于所需的最小能量值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力轉(zhuǎn)換電路包括: 內(nèi)部總線，包括電力存儲電路；以及 降壓轉(zhuǎn)換器，耦接至所述內(nèi)部總線并且被配置成將來自所述內(nèi)部總線的總線電力轉(zhuǎn)換成所述焊接輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述透支事件包括短路清除事件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述透支事件的持續(xù)時間小于大約0.3s。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路被配置成至少部分地基于所述輸出電流和所述輸出電壓確定相對于所述電力存儲電路的凈能量流，并且所述控制電路被配置成至少部分地基于所述凈能量流與一個或多個閾值的比較控制所述輸出電流。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個閾值包括至少部分地基于所述電力轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計極限的閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個閾值包括至少部分地基于存儲在所述電力存儲電路上的能量、所述輸出電流的值、電流緩變率、電壓緩變率或它們的任意組合的閾值。8.一種操作焊接送絲機的方法，包括: 接收來自電源的輸入電力信號； 將所述輸入電力信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部總線上的總線電力信號，其中所述內(nèi)部總線包括總線電容器； 利用所述總線電力信號的至少一部分通過所述總線電容器存儲能量； 檢測所述總線電容器的存儲的能量值或所述總線電容器的總線電壓中的至少一者；將所述總線電力信號轉(zhuǎn)換成焊接輸出信號，其中所述焊接輸出信號適用于受控波形焊接工藝； 轉(zhuǎn)換所述總線電容器的存儲的能量的至少一部分以助于透支事件期間的所述焊接輸出信號，其中所述透支事件期間的所述焊接輸出信號大于所述透支事件期間的所述輸入電力信號;并且 控制所述總線電容器的存儲的能量的轉(zhuǎn)換以維持所述存儲的能量值大于所需的最小能量值或者維持所述總線電容器的總線電壓大于保護電壓值。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述透支事件包括短路清除事件，并且所述短路清除事件的持續(xù)時間小于0.3s。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括: 檢測所述焊接輸出信號的輸出能量流； 至少部分地基于所述總線電容器的存儲的能量值、所述輸出能量流和輸入能量流確定相對于所述總線電容器的凈能量流;并且 至少部分地基于相對于所述總線電容器的凈能量流確定所述透支事件。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述輸入能量流至少部分地基于所述輸入電力信號的模型。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括從所述輸入電力信號檢測所述輸入能量流。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中控制所述總線電容器的存儲的能量的轉(zhuǎn)換包括: 至少部分地基于所述總線電容器的存儲的能量值、所述輸出能量流以及所述透支事件的預(yù)測的持續(xù)時間確定可持續(xù)性電流值;并且 使所述焊接輸出信號的電流分量減小到所述可持續(xù)性電流值。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述透支事件的預(yù)測的持續(xù)時間至少部分地基于所述受控波形焊接工藝的脈沖波形、使用模式、歷史數(shù)據(jù)或它們的任意組合。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括: 將所述凈能量流與一個或多個閾值進行比較，其中所述一個或多個閾值至少部分地基于所述總線電容器的存儲的能量值、所述焊接輸出信號的電流分量、所述焊接輸出信號的電流分量的電流緩變率、所述焊接輸出信號的電壓緩變率或它們的任意組合;并且 至少部分地基于所述凈能量流與所述一個或多個閾值的比較控制所述焊接輸出信號的電流分量。16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中控制所述總線電容器的存儲的能量的轉(zhuǎn)換包括:使所述焊接輸出信號的電流分量減小到預(yù)定的電流值。17.—種系統(tǒng)，包括: 電力轉(zhuǎn)換電路，被配置成接收輸入電力并且將所述輸入電力轉(zhuǎn)換成輸出電力波形，其中所述電力轉(zhuǎn)換電路包括電力存儲電路，所述電力存儲電路被配置成存儲能量并且在透支事件期間釋放所存儲的能量的至少一部分； 輸出電壓傳感器，被配置成測量所述輸出電力波形的輸出電壓； 輸出電流傳感器，被配置成測量所述輸出電力波形的輸出電流；以及控制電路，耦接至所述電力轉(zhuǎn)換電路、所述輸出電壓傳感器和所述輸出電流傳感器，其中所述控制電路被配置成至少部分地基于所述輸出電流和所述輸出電壓確定在所述透支事件期間相對于所述電力存儲電路的凈能量流，并且所述控制電路被配置成至少部分地基于所述凈能量流與一個或多個閾值的比較控制所述輸出電流。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個閾值包括至少部分地基于存儲在所述電力存儲電路上的能量、所述輸出電流的值、電流緩變率、電壓緩變率或它們的任意組合的閾值。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，包括送絲機、等離子切割器、感應(yīng)加熱器、發(fā)電機或焊接電源或它們的組合。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，包括: 輸入電壓傳感器，被配置成測量所述輸入電力的輸入電壓；以及輸入電流傳感器，被配置成測量所述輸入電力的輸入電流，其中所述控制電路被配置成至少部分地基于所述輸入電壓和所述輸入電流確定在所述透支事件期間相對于所述電力存儲電路的凈能量流。
【文檔編號】B23K9/10GK105980093SQ201480061015
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年8月27日
【發(fā)明人】愛德華·G·貝斯特爾
【申請人】伊利諾斯工具制品有限公司