短路检测系统和方法技术方案

提供了一种恒定电压(CV)焊接工序的电源。该电源包括控制器，该控制器被配置成在CV焊接工序中检测短路的发生，并且基于周期性计算的电压误差和第一增益而增加焊接电流以消除短路事件。所述控制器还可用于检测短路状况是否已被消除。如果短路状况未被消除，那么所述控制器基于周期性计算的电压误差和高于第一增益的第二增益增加焊接电流。

Short circuit detection system and method

A power supply for a constant voltage (CV) welding process is provided. The power supply includes a controller configured to detect the occurrence of a short circuit in the CV welding process, and to increase the welding current based on periodically calculated voltage error and a first gain to eliminate the short-circuit event. The controller may also be used to detect whether a short-circuit condition has been eliminated. If the short-circuit condition is not eliminated, the controller increases the welding current based on a periodically calculated voltage error and a second gain higher than the first gain.

【技术实现步骤摘要】
短路检测系统和方法本申请是申请日为2010年1月28日、国际申请号为PCT/US2010/022336、国家申请号为201080017110.9、专利技术名称为“短路检测系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请为2009年3月3日递交的名称为“惰性气体保护金属极电弧焊方法和设备(MethodandApparatusforMIGWelding)”的美国临时专利申请号为61/157,007的非临时专利申请，该美国临时专利申请通过引用并入本申请。
本专利技术总体涉及焊接电源，并且更特别地，涉及恒定电压焊接工序电源。
技术介绍
焊接是一种在各种行业和应用中变得越来越普遍存在的工序。虽然这种工序在某些情况下可以自动化，但是手工焊接操作继续存在于大量的应用中，其经常依靠使用控制回路(controlloops)来调节焊接工序。例如，许多的恒定电压(CV)焊接工序依靠标准的恒定电压(CV)控制回路以调节使用自保护药芯焊丝的工序。尽管该控制回路对于多种这些金属丝可以很好地运作，但是它们对于其他金属丝会效率低下(例如，大直径的金属丝或含有大量镍的金属丝)。此外，这种标准的控制回路可能会在需要长的次级导线(secondaryleads)连接到焊接电源的输出端的应用中产生不足，例如含有大量机械或结构型钢组件的构件区域(constructionzones)。因此，需要适于用于各种导线尺寸和工业应用的改善的控制回路。
技术实现思路
在一个示例性实施例中，恒定电压(CV)焊接工序电源包括控制器。该控制器用于在CV焊接工序中检测短路事件的发生，并且基于周期性计算的电压误差和第一增益(firstgain)而增加焊接电流。所述控制器还可用于检测短路状况是否已被清除。如果短路事件未被清除，那么该控制器基于周期性计算的电压误差和高于第一增益的第二增益来增加焊接电流。在第二实施例中，CV焊接工序电源包括电流传感器，其可通过焊接应用的电源来感应焊接电源提供给焊接应用的电流；以及电压传感器，该电压传感器可用于感应焊接电源的电压。所述电源还包括短路检测电路，其至少连接到电压传感器上，并被配置成在焊接电源中检测短路。另外，该电源包括控制电路，其可用于确定电压误差，以及在两个或更多个逐渐加强的(progressivelyaggressive)短路清除阶段内增加焊接电源的电流，其中所述电流基于在每个短路清除阶段中的电压误差和递增的增益而被增加。在第三实施例中，CV焊接工序电源包括电流传感器，其被配置成感应由电源提供给焊接应用的焊接电源的电流，电压传感器，该电压传感器被配置成感应焊接电源的电压，以及短路检测电路。其被至少被连接到电压传感器上，并且被配置成在焊接电源中检测短路。所述电源还包括控制电路，该控制电路被配置成基于感应电压与期望电压之间的差以及第一增益来增加焊接电流；被配置在基于第一增益开始增加焊接电流之后，在第一预定时间期间不考虑电压反馈而操作，被配置成如果短路事件未被消除，那么基于感应到的电压与所需电压之间的差和高于第一增益的第二增益增加焊接电流，并且在基于第二增益增加焊接电流之后，在第二预定时间期间不考虑电压反馈而操作。附图说明当参考附图阅读下述详细描述后，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更加容易理解，在所有附图中相同的标记代表相同的部件，其中：根据本专利技术，图1是包括控制器的示例性焊接电源的透视图；根据本专利技术，图2是描述了与图1的电源相关的示例性电路图的框图；图3是随时间变化的示例性电流和电压的波形图，其描述了方法的实施例，该方法可由控制器采用来消除焊接电源中的短路。根据本专利技术的一些方面，图4是消除示例性短路电路的流程图，该流程图包括在焊接电源中控制器执行清除短路的步骤；图5是随时间变化的示例性电流和电压的波形，其描述了一种方法的实施例，该方法可被控制器采用来调节所允许运行的最小电流值；以及根据本专利技术的实施例，图6是包括控制器执行设置最小电流值步骤的流程图。具体实施方式正如以下详细描述的，提供了被配置成用于检测和消除短路事件(shortcircuitevent)的恒定电压(CV)焊接工序的电源的各种实施例。CV焊接电源能够基于接收到的反馈在亚毫秒时间帧内自动调节CV电流波形，有效地检测短路事件，以阶梯式的方式(steppedmanner)响应短路事件，并且调节焊接电压设定值。CV电源还能够通过基于周期性计算的电压误差和增益(gain)而增加焊接电流来响应所检测的短路事件。假如短路事件未被清除，所述电源还可进一步配置成基于逐渐地增加的增益来增加焊接电流。另外，电源允许经过预先设定的时间延迟，在此期间忽略电压反馈。除了其它优点之外，上述特征可产生避免过度火花飞溅的效果，防止产生焊弧终端和焊丝熄灭(wirestubbing)，并能够提高系统响应短路事件的能力。现描述附图，图1是示例性焊接系统10的透视图，它的功能就是提供电力，控制焊接操作和辅助设备并提供耗材。所述焊接系统10在机柜或机壳14中包括电源12和送丝装置13。在一些实施例中，所述焊接系统可配置成允许电源相对容易地从一个地方移动到另一个地方，或可以设计为固定系统。此外，该系统可设计成在在野外操作，在这种情况下，所述系统在机壳14内包括发动机和发电机，所述发动机和发电机提供了所需电源，可以做适当地调节也适用于给定的焊接操作，在一些实施例中，所述电源单元12可被通信地连接到附加系统组件上，例如，墙壁上的电源插座、电池、发动机驱动的电源，等等。电源12包括控制面板16，用户通过它经由转盘18、开关20等可以控制材料如电力、气流等等供应到焊接操作，。当用户通过控制面板16调节焊接参数时，焊接电源12内的控制器产生和接收信号。所述电源12的控制器会根据输入信息执行所需的焊接操作。例如，在一个实施例中，所述控制器可执行适用于与MIG焊接操作一起使用的恒定电压模式(constantvoltageregime)和送丝(wirefeed)。电极组件22从电源12延伸至焊接位置处。第一电缆24和焊接电极26连接到电源装置12上作为电极组件22的元件。电极26可以是任意适用于不同焊接工序的电极。例如，所述电极26可以是适用于金属惰性气体(MIG)操作的焊炬，可以是适用于手工焊接操作的尖头(stinger)，等等。从电源12延伸至焊接处的操作组件(workassembly)28包括第二电缆30，第二电缆在焊接线夹32处终止。操作过程中，所述焊接线夹32通常会连接到工件34上以闭合电极26、工件34和电源12之间的电路，从而确保流过适当的电流。也就是说，当焊工将电极26的尖端接触或紧密地靠近工件34时，通过电缆24和30，电极26，工件34，和夹子32形成了电路，这样就可在电极尖端和工件34间产生焊弧。图2描述了与图1的电源相关的电路的方框图。所述电源包括电源电路36、控制电路38、操作界面40、短路检测电路42、和接口电路44。电压传感器46和电流传感器48连接到电源电缆24上，所述电源电缆24延伸至焊接位置处。所述电压传感器46经由电缆24和30连接接到电源输出端上并且可用于感应焊接电源的电压值。同样，电流传感器48与电缆24连接以感应焊接电源的电流值。电压传感器46和电流传感器经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒定电压(CV)焊接工序的电源，包括：控制电路，该控制电路在操作中：在焊接过程期间计算变化的最小电流值；在焊接过程期间计算焊接过程的瞬时焊接电压值和所需电压值之间的电压误差；产生电流指令信号以将计算的电压误差减到最小；将电流指令信号与计算的变化的最小电流值进行比较；以及基于比较，采用电流指令信号或者计算的变化的最小电流值来控制焊接输出。

【技术特征摘要】
2009.03.03 US 61/157,007;2009.12.17 US 12/640,449;1.一种恒定电压(CV)焊接工序的电源，包括：控制电路，该控制电路在操作中：在焊接过程期间计算变化的最小电流值；在焊接过程期间计算焊接过程的瞬时焊接电压值和所需电压值之间的电压误差；产生电流指令信号以将计算的电压误差减到最小；将电流指令信号与计算的变化的最小电流值进行比较；以及基于比较，采用电流指令信号或者计算的变化的最小电流值来控制焊接输出。2.根据权利要求1所述的CV焊接工序的电源，其中所需电压值包括短路清除电压值。3.根据权利要求1所述的CV焊接工序的电源，其中所述计算的变化的最小电流值大约等于计算的运行电流值减去偏置值。4.根据权利要求3所述的CV焊接工序的电源，其中计算的运行电流值大约等于瞬时电流值与一个或多个先前的电流值的平均。5.根据权利要求3所述的CV焊接工序的电源，其中偏置值在整个焊接工序中保持恒定。6.根据权利要求5所述的CV焊接工序的电源，其中偏置值约等于70Amps。7.根据权利要求1所述的CV焊接工序的电源，其中控制电路在操作中对瞬时电流进行一次或多次采样，并且基于采样的电流重新设置计算的最小电流值。8.一种CV焊接工序的电源，包括：电流传感器，其被配置成检测由所述电源向焊接过程提供的焊接电力的电流；电压传感器，其被配置成检测焊接电力的电压；以及控制电路，其接收表示检测的电流和电压的信号，并且被配置成周期性地计算检测的焊接电力的电压和所需电压之间的电压误差，并且基于所述电压误差周期性地计算电流指令信号，并且如果电流指令信号不小于周期性计算的最小电流值，那么采用由电流指令信号表示的电流值来控制焊接输出，并且如果电流指令信号小于周期性计算的最小电流值，那么采用周期性计算的最小电流值来控制焊接输出。9.根据权利要求8所述的CV焊接工序的电源，其中所需电压值包括短路清除电压值。10.根据权利要求8所述的CV焊接工序的电源，其中周期性计算的最小电流值大约等于周期性计算的运行电流值减去偏置值。11.根据权利要求10所述的CV焊接工序的电源，其中周期性计算的运行电流值大约等于瞬时电流值与一个或多个先前电流值的平均。12.根据权利要求10所述的CV焊接工序的电源，其中偏置值在整个焊接过程中保持恒定。13.根据权利要求8所述的CV焊接工序的电源，其中控制电路被进一步配置成利用电流传感器对瞬时电流进行一次或多次采样，并且基于采样的电流重新设置周期性计算的最小电流值。14.根据权利要求13所述的CV焊接工序的电源，其中瞬时电流大约每100μs被采样一次。15.一种恒定电压(CV)焊接工序的电源，包括：控制电路，其在操作中：在焊接过程期间周期性地计算运行电流值；基于运行电流值和偏置值，周期性地计算最小电流值；以及产生电流指令信号以将周期性计算的电压误差减到最小，其中如果电流指令信号不小于周期性计算的最小电流值，那么电源采用由电流指令信号表示的电流值来控制焊接输出，并且如果电流指令信号小于周期性计算的最小电流值，那么电源采用周期性计算的最小电流值来控制焊接输出。16.根据权利要求15所述的CV焊接工序的电源，其中所述周期性计算的电压误差是基于所需的焊接电压和检测的电压之间的差。17.根据权利要求15所述的CV焊接工序的电源，其中所述运行的电流值是运行的焊接输出电流的平均值。18.根据权利要求17所述的CV焊接工序的电源，其中所述偏置值是固定值。19.一种恒定电压(CV)焊接工序的电源，包括：控制电路，该控制电路在操作中：在焊接过程期间计算变化的最小电流值，其中所述计算的变化的最小电流值大...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·马丁·哈奇森，詹姆斯·李·于克尔，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US