用于焊接发电机的能量存储系统中的双向3电平转换器技术方案

一种焊接型电力系统包含电力供应器、DC电力总线、能量存储装置和双向转换器。双向转换器被配置成将DC电力总线连接到能量存储装置，并且被进一步配置成响应于DC电力总线上的电力需求而从DC电力总线到能量存储装置地转换电力以对能量存储装置充电，并且从能量存储装置到DC电力总线地转换电力。双向转换器被进一步配置成平衡DC电力总线。控制器被配置成控制双向转换器的占空比，以便平衡DC电力总线，并控制能量存储装置与DC电力总线之间的电力流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接发电机的能量存储系统中的双向3电平转换器优先权声明本申请主张以下申请的优先权，所述申请中的每一个以引用方式并入本文中：2018年1月30日提交申请的名为“用于焊接发电机的能量存储系统中的双向3电平转换器(BIDIRECTIONAL3-LEVELCONVERTERFORUSEINENERGYSTORAGESYSTEMFORWELDINGGENERATOR)”的第62/623,660号美国临时专利申请。
技术介绍
传统的焊接型电力系统为焊接型工具提供电力。一些这样的电力系统耦接到电力供应器和能量存储装置。在一些系统中，DC电力总线为焊接型工具和辅助输出提供焊接型电力。这些配置可需要多个转换器以在DC电力总线与能量存储单元之间转换电力。此外，当提供辅助电力时，在没有平衡机制的情况下，DC电力总线可变得不平衡。
技术实现思路
公开一种焊接型电力系统的设备、系统和方法，所述焊接型电力系统包含双向3电平转换器，所述双向3电平转换器被配置成在电力总线与能量存储装置之间转换电力，大体上如附图中的至少一幅所图示以及结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述的那样。附图说明图1是根据本公开的各个方面的实例焊接型电力系统的框图。图2是实例双向3电平转换器的示意图。图3是为失衡负载供电的实例双向3电平转换器的示意图。图4图示根据本公开的各个方面的操作焊接型电力系统的实例方法。附图未必按比例绘制。在合适的情况下，类似或相同附图标记用于表示类似或相同部件。具体实施方式本公开总的来说涉及焊接系统，并且更明确地说，涉及经由双向3电平转换器而在DC电力总线与能量存储单元之间转换电力的系统和方法，所述DC电力总线将电力供应到焊接型输出和辅助输出。双向3电平转换器可被配置成平衡DC电力总线。公开了焊接型电力系统的实例。所公开的焊接型电力系统包含电源，所述电源包含DC电力总线。电源可以是发动机供能的，并且DC电力总线例如直接由整流器或升压转换器馈电。发动机供能的焊接系统可用于转动发电机，所述发电机用于为多个焊接型工具(例如，焊接型焊炬、送丝机、等离子焊炬等)提供电力，并且可长时间使用。在一些实例中，DC电力总线具有分立电容，从而允许用户将插入式装置(例如，灯光、小型电动工具等)连接到辅助电力，而总DC电力总线可对焊接逆变器供电。此外，在一些实例中，焊接型电力系统可包含能量存储装置，诸如，电池。能量存储装置可在一些情形(诸如，输出处具有低电力需求(例如，灯光、小型电动工具等)的情形)下提供电力，或者可在短时间的较高电力需求(例如，短暂的焊接或切割，使用电力存储装置和开关模式电电力供应器)期间对DC电力总线进行补充。本公开的一些方面涉及一种双向转换器，所述双向转换器从DC电力总线到能量存储装置地转换电力以对能量存储装置充电，从能量存储装置到DC电力总线地转换电力，并且平衡分立电容的DC电力总线。在一些方面中，转换器是双向3电平转换器。如本文所使用，术语“焊接型电力”表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电力。如本文所使用，术语“焊接型电力供应器”表示能够在电力被施加到其中时供应焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)电力的任何装置，包含(但不限于)逆变器、转换器、谐振电力供应器、准谐振电力供应器等以及与其相关联的控制电路和其它附属电路。如本文所使用，术语“焊接型电压”表示适用于焊接、等离子体切割、感应加热、CAC-A和/或热丝焊接/预加热(包含激光焊接和激光熔覆)的电压。图1是焊接型电力系统100的框图。实例电力系统100包含对DC电力总线107馈电的电力供应器101。在一些实例中，电力供应器101可包含连接到发电机的变速发动机。在一些实例中，电力供应器101可直接通过整流器来对DC电力总线107馈电。在其它实例中，电力供应器101可通过升压转换器来对DC电力总线107馈电。控制器105连接到电力供应器101、DC电力总线传感器103、双向转换器111和能量存储装置传感器115。双向转换器111将DC电力总线107连接到能量存储装置113，以使得能量存储装置113可将电力提供到DC电力总线107和/或从DC电力总线107汲取电力。DC电力总线传感器108连接到DC电力总线107，以监测与电力总线107相关联的电压、电流、电阻等的改变。这些改变可指示电力消耗特性。能量存储装置传感器115连接到能量存储装置113，以监测与能量存储装置113相关联的电压、电流、电阻等的改变。这些改变可指示电力消耗特性和/或电量水平特性。在一些实例中，控制器105可直接连接到DC电力总线107、双向转换器111、能量存储装置113和电力供应器101，以便监测并传输信息和控制信号，例如，总线电压、总线电流和充电/放电参数。双向转换器111包含具有可调整占空比的多个开关，所述占空比可由控制器105控制。调整开关的占空比会调整双向转换器111的占空比。通过调整双向转换器的占空比，控制器可控制DC电力总线107与能量存储装置113之间的电力流动，因此从能量存储装置113到DC电力总线107地转换电力以对DC电力总线107进行补充，或者从DC电力总线107到能量存储装置113地转换电力以对能量存储装置113充电。在一些实例中，增大双向转换器的占空比会从DC电力总线107到能量存储装置113地转换电力，而减小占空比会从能量存储装置113到DC电力总线107地转换电力。例如，可响应于由电力总线传感器103检测的负载特性或由能量存储传感器115检测的电量水平特性而控制电力流动。焊接型负载117可经由焊接型输出109而连接到系统100。焊接型输出109可连接到平衡的DC电力总线107，并从平衡的DC电力总线107汲取电力。焊接型电力系统100可将焊接型电力提供到焊接型焊炬(例如，MIG、TIG、GMAW、FCAW、等离子切割器等)、预加热装置、送丝机等，并提供电池电平电力以对电池充电。一个或更多个辅助型负载121可经由辅助输出119而连接到系统100。辅助型负载可包含灯光、小型电动工具等。辅助输出119可从DC电力总线107汲取电力。图2是焊接型电力系统100的实例双向转换器111的示意图。图2的实例双向转换器111具有3电平降压-升压拓扑。双向3电平转换器111包含四个开关Q1203、Q2205、Q3207和Q4209。在一些实例中，开关Q1203、Q2205、Q3207和Q4209可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。双向3电平转换器111还包含两个电容器211和213。当DC电力总线107平衡时，每个电容器211和213两端的电压平衡。双向3电平转换器111连接到电池215，其中电池215对应于图1的能量存储装置113。双向3电平转换器111可通过调整开关Q1203、Q2205、Q3207和Q4209的占空比而从电池215本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接型电力系统，包括：/n电力供应器；/n能量存储装置；/n电力总线，被配置成将所述电力供应器的电力输出连接到焊接型输出；/n传感器，被配置成检测所述电力总线上的电力负载特性；/n双向3电平转换器，用于将所述能量存储装置连接到所述电力总线，所述双向3电平转换器包括多个开关；以及/n控制器，被配置成响应于所述电力负载特性，而调整所述双向3电平转换器的输出占空比，以转换来自所述电力总线的电力以对所述能量存储装置再充电，或者转换来自所述能量存储装置的电力以将电力提供到所述电力总线。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180130 US 62/623,660;20190128 US 16/259,2291.一种焊接型电力系统，包括：
电力供应器；
能量存储装置；
电力总线，被配置成将所述电力供应器的电力输出连接到焊接型输出；
传感器，被配置成检测所述电力总线上的电力负载特性；
双向3电平转换器，用于将所述能量存储装置连接到所述电力总线，所述双向3电平转换器包括多个开关；以及
控制器，被配置成响应于所述电力负载特性，而调整所述双向3电平转换器的输出占空比，以转换来自所述电力总线的电力以对所述能量存储装置再充电，或者转换来自所述能量存储装置的电力以将电力提供到所述电力总线。


2.根据权利要求1所述的焊接型电力系统，其中所述控制器被配置成调整对应于所述多个开关中的每一个开关的占空比，以因此调整所述双向控制器的所述输出占空比。


3.根据权利要求2所述的焊接型电力系统，所述控制器被配置成增大所述双向3电平转换器的所述输出占空比，以转换来自所述电力总线的电力来对所述能量存储装置再充电，或者减小所述双向3电平转换器的所述输出占空比，以转换来自所述能量存储装置的电力来将电力提供到所述电力总线。


4.根据权利要求3所述的焊接型电力系统，其中所述控制器被进一步配置成响应于失衡负载而调整所述双向3电平转换器的所述输出占空比，以平衡所述电力总线。


5.根据权利要求4所述的焊接型电力系统，其中所述控制器是滞后控制器。


6.根据权利要求3所述的焊接型电力系统，所述电力总线被进一步配置成将电力提供到至少一个辅助电力装置。


7.根据权利要求1所述的焊接型电力系统，还包括充电传感器，所述充电传感器被配置成检测能量存储装置电量水平特性，其中所述控制器被配置成响应于所述电量水平特性而调整所述双向3电平转换器的所述输出占空比，以维持所述能量存储装置的电量水平。


8.根据权利要求6所述的焊接型电力系统，其中所述电量水平特性是在所述能量存储装置处测量的电压电平。


9.根据权利要求7所述的焊接型电力系统，其中所述电力负载特性是在所述电力总线处测量的电压电平。


10.一种提供焊接型电力的方法，包括：
通过传感器来监测电力总线上的电力需求，其中所述电力总线连接到具有可调整输出占空比的双向3电平转换器，并且所述双向3电平转换器连接到能量存储装置；
通过控制器来响应于所述电力总线上的第一电力需求特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·弗兰克·乌尔里奇，
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