專利名稱：短路檢測系統(tǒng)和方法
短路檢測系統(tǒng)和方法相關申請的交叉引用本申請為2009年3月3日遞交的名稱為“惰性氣體保護金屬極電弧焊方法和設備 (Method and Apparatus for MIG Welding) ”的美國臨時專利申請?zhí)枮?61/157，007 的非臨時專利申請，該美國臨時專利申請通過引用并入本申請。
背景技術：
本發(fā)明總體涉及焊接電源，并且更特別地，涉及恒定電壓焊接工序電源。焊接是一種在各種行業(yè)和應用中變得越來越普遍存在的工序。雖然這種工序在某些情況下可以自動化，但是手工焊接操作繼續(xù)存在于大量的應用中，其經(jīng)常依靠使用控制回路(control loops)來調(diào)節(jié)焊接工序。例如，許多的恒定電壓(CV)焊接工序依靠標準的恒定電壓(CV)控制回路以調(diào)節(jié)使用自保護藥芯焊絲的工序。盡管該控制回路對于多種這些金屬絲可以很好地運作，但是它們對于其他金屬絲會效率低下(例如，大直徑的金屬絲或含有大量鎳的金屬絲)。此外，這種標準的控制回路可能會在需要長的次級導線 (secondary leads)連接到焊接電源的輸出端的應用中產(chǎn)生不足，例如含有大量機械或結構型鋼組件的構件區(qū)域(construction zones) 0因此，需要適于用于各種導線尺寸和工業(yè)應用的改善的控制回路。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示例性實施例中，恒定電壓(CV)焊接工序電源包括控制器。該控制器用于在CV焊接工序中檢測短路事件的發(fā)生，并且基于周期性計算的電壓誤差和第一增益 (first gain)而增加焊接電流。所述控制器還可用于檢測短路狀況是否已被清除。如果短路事件未被清除，那么該控制器基于周期性計算的電壓誤差和高于第一增益的第二增益來增加焊接電流。在第二實施例中，CV焊接工序電源包括電流傳感器，其可通過焊接應用的電源來感應焊接電源提供給焊接應用的電流；以及電壓傳感器，該電壓傳感器可用于感應焊接電源的電壓。所述電源還包括短路檢測電路，其至少連接到電壓傳感器上，并被配置成在焊接電源中檢測短路。另外，該電源包括控制電路，其可用于確定電壓誤差，以及在兩個或更多個逐漸加強的(progressively aggressive)短路清除階段內(nèi)增加焊接電源的電流，其中所述電流基于在每個短路清除階段中的電壓誤差和遞增的增益而被增加。在第三實施例中，CV焊接工序電源包括電流傳感器，其被配置成感應由電源提供給焊接應用的焊接電源的電流，電壓傳感器，該電壓傳感器被配置成感應焊接電源的電壓， 以及短路檢測電路。其被至少被連接到電壓傳感器上，并且被配置成在焊接電源中檢測短路。所述電源還包括控制電路，該控制電路被配置成基于感應電壓與期望電壓之間的差以及第一增益來增加焊接電流；被配置在基于第一增益開始增加焊接電流之后操作第一預定時間期間，該操作與電壓反饋無關，被配置成如果短路事件未被消除，那么基于感應到的電壓與所需電壓之間的差和高于第一增益的第二增益增加焊接電流，并且在基于第二增益增加焊接電流之后操作第二預定時間期間，該操作與電壓反饋無關。


當參考附圖閱讀下述詳細描述后，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更加容易理解，在所有附圖中相同的標記代表相同的部件，其中根據(jù)本發(fā)明，圖1是包括控制器的示例性焊接電源的透視圖；根據(jù)本發(fā)明，圖2是描述了與圖1的電源相關的示例性電路圖的框圖；圖3是隨時間變化的示例性電流和電壓的波形圖，其描述了方法的實施例，該方法可由控制器采用來消除焊接電源中的短路。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，圖4是消除示例性短路電路的流程圖，該流程圖包括在焊接電源中控制器執(zhí)行清除短路的步驟；圖5是隨時間變化的示例性電流和電壓的波形，其描述了一種方法的實施例，該方法可被控制器采用來調(diào)節(jié)所允許運行的最小電流值；以及根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖6是包括控制器執(zhí)行設置最小電流值步驟的流程圖。
具體實施例方式正如以下詳細描述的，提供了被配置成用于檢測和消除短路事件(short circuit event)的恒定電壓(CV)焊接工序的電源的各種實施例。CV焊接電源能夠基于接收到的反饋在亞毫秒時間幀內(nèi)自動調(diào)節(jié)CV電流波形，有效地檢測短路事件，以階梯式的方式 (stepped manner)響應短路事件，并且調(diào)節(jié)焊接電壓設定值。CV電源還能夠通過基于周期性計算的電壓誤差和增益(gain)而增加焊接電流來響應所檢測的短路事件。假如短路事件未被清除，所述電源還可進一步配置成基于逐漸地增加的增益來增加焊接電流。另外，電源允許經(jīng)過預先設定的時間延遲，在此期間忽略電壓反饋。除了其它優(yōu)點之外，上述特征可產(chǎn)生避免過度火花飛濺的效果，防止產(chǎn)生焊弧終端和焊絲熄滅(wire stubbing)，并能夠提高系統(tǒng)響應短路事件的能力?，F(xiàn)描述附圖，圖1是示例性焊接系統(tǒng)10的透視圖，它的功能就是提供電力，控制焊接操作和輔助設備并提供耗材。所述焊接系統(tǒng)10在機柜或機殼14中包括電源12和送絲裝置13。在一些實施例中，所述焊接系統(tǒng)可配置成允許電源相對容易地從一個地方移動到另一個地方，或可以設計為固定系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)可設計成在在野外操作，在這種情況下， 所述系統(tǒng)在機殼14內(nèi)包括發(fā)動機和發(fā)電機，所述發(fā)動機和發(fā)電機提供了所需電源，可以做適當?shù)卣{(diào)節(jié)也適用于給定的焊接操作，在一些實施例中，所述電源單元12可被通信地連接到附加系統(tǒng)組件上，例如，墻壁上的電源插座、電池、發(fā)動機驅動的電源，等等。電源12包括控制面板16，用戶通過它經(jīng)由轉盤18、開關20等可以控制材料如電力、氣流等等供應到焊接操作，。當用戶通過控制面板16調(diào)節(jié)焊接參數(shù)時，焊接電源12內(nèi)的控制器產(chǎn)生和接收信號。所述電源12的控制器會根據(jù)輸入信息執(zhí)行所需的焊接操作。例如，在一個實施例中，所述控制器可執(zhí)行適用于與MIG焊接操作一起使用的恒定電壓模式 (constant voltage regime)禾口送絲(wire feed) 0電極組件22從電源12延伸至焊接位置處。第一電纜M和焊接電極沈連接到電源裝置12上作為電極組件22的元件。電極沈可以是任意適用于不同焊接工序的電極。例如，所述電極26可以是適用于金屬惰性氣體(MIG)操作的焊炬，可以是適用于手工焊接操作的尖頭(stinger)，等等。從電源12延伸至焊接處的操作組件(work assembly)觀包括第二電纜30，第二電纜在焊接線夾32處終止。操作過程中，所述焊接線夾32通常會連接到工件34上以閉合電極沈、工件34和電源12之間的電路，從而確保流過適當?shù)碾娏?。也就是說，當焊工將電極沈的尖端接觸或緊密地靠近工件34時，通過電纜M和30，電極沈，工件34，和夾子32形成了電路，這樣就可在電極尖端和工件34間產(chǎn)生焊弧。圖2描述了與圖1的電源相關的電路的方框圖。所述電源包括電源電路36、控制電路38、操作界面40、短路檢測電路42、和接口電路44。電壓傳感器46和電流傳感器48連接到電源電纜M上，所述電源電纜M延伸至焊接位置處。所述電壓傳感器46經(jīng)由電纜M 和30連接接到電源輸出端上并且可用于感應焊接電源的電壓值。同樣，電流傳感器48與電纜M連接以感應焊接電源的電流值。電壓傳感器46和電流傳感器經(jīng)由接口電路44通信地連接到短路檢測電路42上。接口電路44連接到短路檢測電路42和控制電路38上。 控制電路38、短路檢測電路42和接口電路44都是系統(tǒng)控制器49的元件。操作過程中，電源電路36調(diào)整輸入的主電源以產(chǎn)生適合焊接操作的電源輸出。電壓傳感器46和電流傳感器48用于分別檢測電源輸出的電壓和電流值。所述傳感器46和 48經(jīng)由接口電路44將感應到的信息傳遞給短路檢測電路42。所述接口電路44接收和處理感應到的數(shù)據(jù)并且將這些信息傳遞給短路檢測電路42。所述短路檢測電路42可用于檢測焊接電源中的短路。例如，在一個實施例中，所述短路檢測電路42可以通過將電壓反饋和預置電壓值進行比較來檢測短路。假如電壓反饋降低到低于預置電壓值，那么檢測電路42就會在焊接電源中判定短路現(xiàn)象已發(fā)生。也就是說，該短路檢測電路42被通信地 (communicatively)連接到電壓傳感器46并用于接收和處理電壓反饋以確定焊接電源中的短路。也可采用其他的技術來檢測短路，例如通過參考電流、功率、或電阻，或通過檢測電壓、電流、功率、或與電壓相關的電流的變化率，反之亦然。 控制電路38可用于接收來自表示短路的檢測電路42的信號，并且基于此輸入輸出控制信號。例如，在兩個或更多個逐漸增強的短路清除階段中控制電路38可用于控制電源電路36增加焊接電源的電流。也就是說，基于電壓誤差(例如，檢測到的電壓和預置電壓間的差)和增益，控制電路38可控制增加焊接電源中的電流以試圖消除短路。如果在第一清除階段后短路未被清除，那么所述控制電路38可以在一個或更多個附加的逐漸加強的短路清除階段中再次控制增加焊接電源的電流。以下會參照圖3和圖4更加詳細地描述控制電路38的所述功能。所述控制電路38還可用于接收和處理來自操作界面40的信號。例如，操作界面可從用戶處接收輸入，即用戶所需的焊接操作參數(shù)(例如，所需的電流值或焊接工序)。所述控制電路38可用于處理這樣的輸入同時處理從檢測電路42和接口電路44接收到的輸入。也就是說，所述控制電路38可以從接口電路44接收電源輸出的電壓和電流值的反饋。 為此，所述控制電路38可作為各種輸入和反饋源(例如，傳感器和手動輸入)和電源電路 36間的中間體運行。接著所述控制電路38連續(xù)輸出一個或多個信號到電源電路36，從而引導焊接工序的適當操作。圖3是示例性電流和電壓隨時間變化的波形圖，其描述了圖2中的控制電路所采用的方法，以在焊接期間清除焊接電源中的短路。該圖包括電流波形50和電壓波形52。電流波形50是隨時間變化電流的波形。電流波形50包括最小電流值M，其代表控制系統(tǒng)CV 部分可調(diào)節(jié)的電流最小量。所述最小電流值M在焊接過程中不斷被調(diào)節(jié)并且其源自于所述平均電流，所述平均電流在下文會進行詳細地描述。電流波形50還包括第一電流值56 和第二電流值58，它們分別代表在第一設置和第二設置中可獲得的最大電流。最大電流值 60代表從電源處獲得的可用的最大電流。電壓波形52是指電壓隨時間變化的波形。電壓波形52包括短路電壓值62和清除電壓值64。當電壓值低于短路電壓值62時，焊接電壓中就會發(fā)生短路事件。當電壓超過清除電壓值64時就會清除短路事件。在所描述的圖3中，焊接操作在第一時間66處開始。在焊接工序期間建立焊接電壓68和焊接電流70。操作期間，在電壓波形52的位置72處，焊接電壓從焊接電壓值68處開始下降。在第二時間74，電壓值與短路電壓值62相交，因此，短路發(fā)生在位置76處。標簽為Twet的時間周期78然后隨時間74推移到時間80。在時間周期78期間，控制器將焊焊接電流保持在箭頭82所表示的波形50部分，以便允許短路事件時間自然清除。也就是說，由于存在許多短路事件，例如那些與自身保護電極電纜相關的，在短時間周期內(nèi)可自然清除的，控制器最初在持續(xù)時間周期78內(nèi)保持未激活狀態(tài)。曲線84表示電壓波形路徑，如果在時間周期78內(nèi)短路清除那么就會產(chǎn)生該路徑。假如沿曲線84，電壓值超過電壓清除值 64，并且控制器回復到正常運行模式下；那么短路事件清除。假如在時間周期78內(nèi)短路未自然清除，那么控制器基于周期性計算電壓誤差和第一增益在時間點80處增加焊接電流(曲線86)以試圖清除短路。即，基于第一增益和點 88處的實際電壓值與預置電壓值64之間的差，控制器確定適當?shù)卦黾雍附与娏?。在時間點80處開始增加電壓之后，從時間點80到時間點92之間的延遲時間周期90內(nèi)控制器的操作與電壓反饋不相關。上述特征具有很大的優(yōu)勢，因為在時間周期90內(nèi)隨時間改變的電流引起電壓與電源輸出電壓相交，所述輸出電壓的大小與操作和電極組件的電感大小成正比。這種感應電壓可產(chǎn)生超過清除電壓值64的瞬時電壓，從而致使在延遲時間周期90內(nèi)的電壓反饋作為短路清除的指示符(indicator)是不可靠的。因此，在時間周期90內(nèi)，控制器的操作與電壓反饋無關。在時間點92處，當電流進一步增加時(曲線94)，控制器開始監(jiān)控電壓反饋。從時間點92到時間點98的第一時間周期96內(nèi)，電壓水平超過了電壓清除水平64，從而清除了短路事件。假如所述清除發(fā)生，那么電壓波形52呈曲線100狀，并且控制器恢復到正常操作模式。假如經(jīng)過時間周期96，電壓反饋扔低于清除電壓值64，在時間點98處，基于周期性計算電壓誤差和高于第一增益(曲線102)的第二增益，控制器開始增加焊接電流。也就是說，在時間點98處，控制器啟動第二清除短路階段，即強于第一清除階段的第二清除短路階段。從時間點98到時間點106是指經(jīng)過第二延遲周期104，在這期間所述控制器的又一次進行與電壓反饋無關的操作。也就是說，盡管曲線108超過了清除電壓閾值64，控制器并不阻止增加電流。在時間點106以后，控制器再次在第二時間周期110內(nèi)監(jiān)控電壓反饋，該監(jiān)控一直持續(xù)到時間點112處。在第二周期110間，電壓可能超過電壓清除值64，如曲線114所示。假如波形如所示的曲線114，那么就說明短路事件已清除，并且控制器恢復到正常操作模式。在所描述的電壓和電流波形50和52中，顯示了兩個周期96和110。然而，在可選實施例中，通過控制器可以啟動多于兩個漸進加強期間用于清除短路事件。在所描述的實施例中，在基于第二增益增加焊接電流以后，在時間點112處，控制器將焊接電流增加到最大電流值60以清除短路(曲線116)。第三延遲周期118為從時間點112到時間點120，在此期間控制器的操作與電壓反饋無關。同樣，當曲線122超過電壓清除值64時，控制器將此忽略，直到時間點120處。在時間點120處，控制器接收電壓反饋，這就表示在點1 處電壓值已經(jīng)超過了清除閾值64。接著控制器減少焊接電流，如曲線 1 所示。在時間點1 處，控制器恢復到正常CV控制回路，并且電流值穩(wěn)定(曲線130)， 電壓值穩(wěn)定(曲線132)，并且恢復到正常操作模式。那就是說，短路事件已被清除，所以控制器返回到正常操作模式。圖4是清除短路流程圖134，其中包括控制器在焊接電源中實現(xiàn)清除短路的步驟。 首先，控制器檢測短路事件(框136)。例如，控制器可接收來自電壓傳感器的表示感應到的電壓已下降到低于電壓閾值的反饋。接下來，控制器允許經(jīng)過預置延遲時間，在此期間自然清除短路(框138)。然后控制器進行檢查，檢測是否已清除短路事件(框140)。假如短路已清除，那么控制器控制電源回路將電壓值和電流值恢復到正常焊接值(框14幻。假如短路未被清除，那么基于第一增益和電壓誤差(框144)，控制器增加電流并允許經(jīng)過延遲時間(框146)。也就是說，控制器在延遲時間內(nèi)的操作與電壓反饋無關。所述操作是有必要的，因為電流的增加會導致暫時性地提高感應電壓，其并不表示短路已清除。延遲時間后，控制器再次檢查是否短路已清除(框140)，如果短路已清除，那么控制器將電壓值和電流值調(diào)節(jié)回焊接值(框14 。假如短路事件沒有清除，那么基于第二增益和計算的電壓誤差(框148)，控制器增加電流，所述第二增益高于第一增益?？刂破髟试S再次經(jīng)過延遲時間(框150)，在此期間控制器的操作與電壓反饋無關?？刂破髟俅螜z查短路是否清除(框140)，并且假如短路已清除，控制器將電壓值和電流值調(diào)節(jié)回焊接值(框 142)。控制器可任意多次地重復這樣的電流增加、時間延遲、和清除檢查步驟以適合于所給定的焊接操作。一旦控制器耗盡逐漸增加的電流增加(current increases)，以試圖清除短路，那么電流將增加到電源可達到的最大電流值(框15 。經(jīng)過這種增加和預置延遲時間后，控制器再次檢查短路是否已清除(140)，并且如果短路事件已清除，那么控制器將電壓值和電流值恢復到焊接值。假如短路事件仍未清除，那么控制器保持最大電流直到短路事件清除 (框 154)。需要注意的是上述特定的算法，其中用于清除短路的逐漸增加的電流是基于電壓誤差(也就是比較)并且增益可以以各種方式補償或補充。例如，盡管可以實施簡單的誤差-比例控制，但是也可以設想更復雜的電流控制方案，該方案可考慮電壓變化的比率、誤差變化，等等。此外，增益可以是固定的或變化的，并且可以設置默認值，或可以進行一定程度的修正，如操作者可對某個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，該參數(shù)提供了在系統(tǒng)對短路事件不同的感應或響應性方面的差別。圖5描述了由上述系統(tǒng)控制器控制的示例性焊接工序中電壓隨時間的曲線156和電流隨時間的曲線158。典型的恒定電壓(CV)控制器修正了電源的輸出電流以便產(chǎn)生相對恒定的電壓輸出。相應地，在高電壓情況下(如，短路時產(chǎn)生的高電壓)，傳統(tǒng)的CV控制器緩降電流以適應高壓。然而，在高壓情況下，此類控制器可能將電流減小到不利的電流值， 該電流值可能產(chǎn)生焊弧熄滅的結果。本文所披露的系統(tǒng)控制器所執(zhí)行的控制方法具有優(yōu)于此類CV控制器的明顯優(yōu)勢。具體來說，下述的系統(tǒng)控制器利用了電流的運行平均值以持續(xù)設置和重新設置最小電流值，因此能夠確保焊弧在高壓情況下不至于熄滅。電壓隨時間的曲線156和電流隨時間的曲線158描述了系統(tǒng)控制器的此類特征。 如圖5所示，運行的平均電流值由虛線160表示，持續(xù)調(diào)節(jié)的電流最小值用虛線162表示。 在焊接工序中，運行的平均電流160和持續(xù)調(diào)節(jié)的最小值162之間的間距164保持不變，如箭頭166所示。換言之，在整個焊接工序中，電流最小值162在運行的平均電流值160下被連續(xù)不斷地重新設置為預設的值，(如70安培(Amps))。相應地，在操作過程中，在整個焊接工序中瞬時電流值按照預定的時間間隔被采樣(如每lOO(ys)微秒采樣一次)。在每個時間間隔，所得測量值和先前的測量值進行平均以求得該時間點的瞬時運行的平均電流值。該時間點的即時最小電流值然后按照低于瞬時運行的平均值預置間距164的水平被設置。以這種方式，在所述實施例中，最小電流值162在整個焊接工序中持續(xù)調(diào)節(jié)，但是最小電流值162總是依據(jù)運行的平均電流值160保持持續(xù)偏移164。然而，需要注意的是在其他實施例中偏置值164可能并不恒定。比如，在某一實施例中，最小電流值162可能還受電流最小值限額的制約。也就是說，在某些實施例中，持續(xù)更新的最小電流值162可能不允許低于預置的電流限額(如50安培(Amps))，即使偏置值164必定會發(fā)生改變。在操作中，如曲線所示，當電壓因為焊接狀況而改變時，實際(感應)電壓輸出和所需電壓輸出之間的差被視為電壓誤差，并且應控制電流以減少該電壓誤差。相反地，當電壓充分上升，然而，電流控制將降低電流在允許的最小電流值以下，該控制被設置為最小電流值。最小電流值基于相對于運行平均值和任何預置電流限額持續(xù)變化。在實踐中，可采用不同的技術產(chǎn)生基電流(baseline current)，基電流用于計算下述最小電流值。目前預期的方法采用實際電流的運行均值。當然任何適當?shù)募夹g均可采用，包括加權平均值，基于實際電流的或多或少的樣本的值，基于控制電流的值，等等。此外，盡管目前預期的技術采用源自電流參考值的固定偏置(fixed offset)，其他方法亦可采用計算的偏置和隨時間變化的偏置，或者根據(jù)焊接參數(shù)的偏置。詳細參考圖5的曲線圖，上述特征所具備的超越傳統(tǒng)CV控制回路系統(tǒng)的優(yōu)勢將顯而易見。例如，在高壓情況下，傳統(tǒng)CV控制器將大幅降低電流值。然而，在本發(fā)明的實施例中，如圖5所示，響應于高壓的電流值的降低不會超出持續(xù)調(diào)節(jié)的最小電流值162的范圍。 例如，參看電壓曲線156的部分曲線168，它代表了電壓值的增長。將電壓返回至預置值所需的成比例的電流響應需要大幅降低電流至最小電流值162之下。然而，本發(fā)明預期的控制器會阻止電流降低至最小電流值以下，如電流曲線158中的部分曲線170所示。同樣地， 參看電壓曲線156中的部分曲線172表示的高壓事件。傳統(tǒng)的CV控制器需要大幅降低電流強度以應對電壓曲線156中的部分曲線172所示電壓變化。然而，本發(fā)明預期的控制器控制電流變化在持續(xù)調(diào)整的最小電流值162范圍之內(nèi)，如電流波形158中的部分波形174 所示。通過這種方法，本發(fā)明的控制器可防止電流降低到所述連續(xù)調(diào)節(jié)的最小值之下，從而確保焊弧不會因電流值的調(diào)節(jié)而熄滅。圖6是描述了按照本發(fā)明實施例的系統(tǒng)控制器所采用的調(diào)節(jié)電流值方法的流程圖176?？刂破魇紫冗M行電流(i)采樣(框178)。然后控制器計算運行值(I)(框180)。 比如，I是電流的運行均值，如圖5中曲線160所示。然后控制器計算最小電流值(Imin) (框182)。在某一實施例中，瞬時電流最小值Imin通過從I中減去預置偏置距離(offset distance)(如，70安培(Amps))確定(如，Liiin = I-偏置值)。也就是說，在某一給定時間點的最小電流值可通過從該時間點的運行電流值中減去偏置距離來確定?？刂破魅缓笤儐朓min是否小于預置電流最小限額(Imin lim)(框182)。也就是說， 在某些實施例中，Imimlim能夠限制Imim能夠降到多低的程度(如，下限為50安培)。如果 Imin不小于Iminlim，控制器然后對電壓(V)進行采樣(框186)。如果Imin小于Iminlim，控制器則設置Imin = Ifflin lim (框188)，從而在對電壓(V)進行采樣(框186)之前設定最小電流值至預置限額。然后控制器計算電壓誤差(VotJ，其表示實際電壓和預置電壓之間的差值 (框190)。那也就是，Vctot等于采樣得到的電壓(VsampJ減去目標電壓(Vta,gJ，從而表示電壓偏離恒定預置電壓的程度。然后控制器輸出電流控制指令(i。。m_d)，該命令表示最小化Votot和將操作電壓返回到預設電壓強度所必須的電流強度(框192)。然后控制器詢問 ico-and是否小于Imin(框194)。如果Icofflffland不小于Imin，控制器應用i。。_and(框196)，電流值降低至指令要求的電流強度，并且控制器再次對電流進行采樣(框178)。如果i。。_and小于 Ifflin, i。。_and會重新設置至Imin(框1淵)。也就是說，控制器不允許電流值降低至Imin以下， 即使該電流值經(jīng)計算確定為最小化電壓誤差所必須的。此外，該特征可以有效地防止由于降低至指令要求的電流而產(chǎn)生的高壓引起的焊弧中斷。雖然此處僅示出并描述了本發(fā)明的一些特征，對本領域的技術人員來說可以進行許多改進和改變。因此，應當理解所附權利要求意在覆蓋落入本發(fā)明實質精神范圍內(nèi)的所有這種改進和改變。
權利要求
1.一種恒定電壓(CV)焊接工序的電源，包括控制器，該控制器被配置成在CV焊接工序中檢測短路事件；基于周期性計算的電壓誤差和第一增益增加焊接電流；檢測短路事件是否已被清除；以及如果短路事件未被清除，基于周期性計算的電壓誤差和高于第一增益的第二增益增加焊接電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，其中短路事件是基于低于預置電壓值的電壓反饋而被檢測的。
3.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，進一步被配置成在基于第一增益、第二增益，和/或后續(xù)增益而開始增加焊接電流后，對于預定的時間周期其還可用于進行與電壓反饋無關的操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，進一步被配置成在以第一速率增加焊接電流之前在預定的時間期間內(nèi)監(jiān)控短路事件，并且如果在預定時間期間內(nèi)短路事件被消除，則防止焊接電流的增加。
5.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，進一步被配置成如果在基于第二增益焊接電流被增加之后短路事件沒有消除，那么將焊接電流增加至最大焊接電流。
6.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，進一步被配置成在清除短路事件后，將焊接電流降低至所需的焊接電流值。
7.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，在清除短路事件后，其還可將焊接電壓降低至所需的焊接電壓值。
8.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，其中電壓誤差是基于所需焊接電壓和周期性感應的電壓之間的差。
9.根據(jù)權利要求1所述的CV焊接工序的電源，其中所述控制器還可用于繼續(xù)檢測短路事件是否已清除，并且如果在預定時間內(nèi)短路事件未被清除，那么基于周期性計算的電壓誤差和高于前一個增益的增益繼續(xù)增加焊接電流。
10.一種CV焊接工序的電源包括電流傳感器，其可感應由焊接應用的電源所提供的焊接電源電流；電壓傳感器，其可感應焊接電源的電壓；短路檢測電路，其至少會連接到電壓傳感器上，并被配置成檢測焊接電源中的短路；以及控制電路，其被配置成確定電壓誤差并在兩個或更多個逐漸加強的短路清除階段內(nèi)增加焊接電源的電流，其中，所述電流是基于電壓誤差和在每個短路清除階段中逐漸增加的增益而被增加。
11.根據(jù)權利要求10所述的CV焊接工序的電源，其中所述控制電路被配置成在兩個或更多個逐漸加強的短路清除階段之前和/或之后執(zhí)行延遲階段，其中在延遲階段內(nèi)提供的焊接電源與感應到的電壓無關。
12.根據(jù)權利要求10所述的CV焊接工序的電源，其中所述控制電路被配置成可以實現(xiàn)最大電流階段，其中在兩個或更多個逐漸加強的短路清除階段后如果短路事件未被清除， 那么焊接電流會被增加到最大焊接電流。
13.根據(jù)權利要求10所述的CV焊接工序的電源，其中在短路事件被清除后焊接電流被降低到所需的焊接電流值。
14.根據(jù)權利要求10所述的CV焊接工序的電源，其中在短路事件被清除后焊接電壓被降低到所需的焊接電壓值。
15.一種CV焊接工序的電源，包括電流傳感器，其被配置成感應由焊接應用的電源提供的焊接電源的電流； 電壓傳感器，其被配置成感應焊接電源的電壓；短路檢測電路，其至少被連接到電壓傳感器上，并被配置成檢測焊接電源中的短路；以及控制電路，其被配置成基于感應到的電壓與所需電壓之間的差和第一增益增加焊接電流，以便在基于第一增益開始增加焊接電流后操作第一預定時間期間，該操作與電壓反饋無關，如果短路事件未被清除，那么基于感應到的電壓與所需電壓之間的差和高于第一增益的第二增益增加焊接電流，并且在基于第二增益增加焊接電流后操作第二預定時間期間，該操作與電壓反饋無關。
16.根據(jù)權利要求15所述的CV焊接工序的電源，其中短路事件被清除后，控制電路被配置成將焊接電流降低到所需焊接電流值。
17.根據(jù)權利要求15所述的CV焊接工序的電源，其中短路事件被清除后，控制電路被配置成將焊接電壓降低到所需焊接電壓值。
18.根據(jù)權利要求15所述的CV焊接工序的電源，其中，如果在焊接電流基于第二增益被增加之后短路事件還沒清除，那么控制電路被配置成將焊接電流增加至最大焊接電流。
19.根據(jù)權利要求18所述的CV焊接工序的電源，其中在焊接電流增加到最大焊接電流后，控制電路被配置成在第三預訂的時間期間內(nèi)進行與電壓反饋無關的操作。
20.根據(jù)權利要求15所述的CV焊接工序的電源，其中短路事件包括低于預置電壓值的電壓反饋。
21.一種恒定電壓(CV)焊接工序的電源，包括控制器，該控制器被配置成 在焊接期間計算變化的最小電流值；在焊接期間計算的電壓誤差；產(chǎn)生電流控制信號以便將計算的電壓誤差減到最?。粚㈦娏骺刂菩盘柵c計算的變化的最小電流值進行比較；以及基于比較，采用用于焊接輸出控制的電流控制信號或計算的變化的最小電流值。
22.根據(jù)權利要求21所述的CV焊接工序的電源，其中所述計算的電壓誤差是基于所需的焊接電壓和感應到的電壓之間的差。
23.根據(jù)權利要求21所述的CV焊接工序的電源，其中所述計算的變化的最小電流值大約等于計算的運行電流值減去偏置值。
24.根據(jù)權利要求23所述的CV焊接工序的電源，其中計算的運行電流值大約等于瞬時電流值與一個或多個先前的電流值的平均。
25.根據(jù)權利要求23所述的CV焊接工序的電源，其中在整個焊接工序中偏置值保持恒定。
26.根據(jù)權利要求25所述的CV焊接工序的電源，其中偏置值約等于70Amps。
27.根據(jù)權利要求21所述的CV焊接工序的電源，其中控制器被進一步配置成對瞬時電流進行一次或多次來采樣，并且基于采樣的電流重新設置計算的最小電流值。
28.—種CV焊接工序的電源包括電流傳感器，其被配置成感應由焊接工序的電源所提供的焊接電源的電流； 電壓傳感器，其被配置成感應焊接電源的電壓；以及控制電路，其接收表示感應的電流和電壓的信號，并且被配置成基于電壓誤差周期性地計算電壓誤差和電流控制信號，并且如果電流指令信號不小于周期性計算的最小電流值，那么采用用于焊接輸出控制的由電流指令信號表示的電流值，并且如果電流指令信號小于周期性計算的最小電流值，那么采用用于焊接輸出控制的電流周期性計算的最小電流值。
29.根據(jù)權利要求觀所述的CV焊接工序的電源，其中周期性計算的電壓誤差是基于所需的焊接電壓和通過電壓傳感器感應到的電壓之間的差。
30.根據(jù)權利要求觀所述的CV焊接工序的電源，其中周期性計算的最小電流值大約等于周期性計算的運行電流值減去偏置值。
31.根據(jù)權利要求30所述的焊接工序的電源，其中周期性計算的運行電流值大約等于瞬時電流值與一個或多個先前電流值的平均。
32.根據(jù)權利要求30所述的CV焊接工序的電源，其中在整個焊接工序中偏置值保持恒定。
33.根據(jù)權利要求觀所述的焊接工序的電源，其中控制電流被進一步配置成利用電流傳感器對瞬時電流進行一次或多次來采樣，并且基于采樣的電流重新設置周期性計算的最小電流值。
34.根據(jù)權利要求33所述的CV焊接工序的電源，其中大約每100μ s就采樣瞬時電流一次。
35.一種恒定電壓(CV)焊接工序的電源，包括控制器，其被配置成 在焊接期間周期性地計算運行電流值；以及基于運行電流值和偏置值，周期性地計算最小電流值。
36.根據(jù)權利要求35所述的CV焊接工序的電源控制器，進一步被配置成產(chǎn)生電流指令信號以便將周期性計算的電壓誤差減到最小。
37.根據(jù)權利要求36所述的CV焊接工序的電源控制器，其中，如果電流指令信號不小于周期性計算的最小電流值，那么電源采用用于焊接輸出的控制的電流指令信號表示的電流值，并且如果電流指令信號小于周期性計算的電流值，那么采用用于焊接輸出的控制的電流周期性計算的最小電流值。
38.根據(jù)權利要求36所述的CV焊接工序的電源控制器，其中所述周期性計算的電壓誤差是基于所需的焊接電壓和感應到的電壓之間的差。
39.根據(jù)權利要求35所述的CV焊接工序的電源控制器，其中所述運行的電流值是運行的焊接輸出電流的平均值。
40.根據(jù)權利要求39所述的CV焊接工序的電源控制器，其中所述偏置值是固定值。
全文摘要
提供了一種恒定電壓(CV)焊接工序的電源。該電源包括控制器，該控制器被配置成在CV焊接工序中檢測短路的發(fā)生，并且基于周期性計算的電壓誤差和第一增益而增加焊接電流以消除短路事件。所述控制器還可用于檢測短路狀況是否已被消除。如果短路狀況未被消除，那么所述控制器基于周期性計算的電壓誤差和高于第一增益的第二增益增加焊接電流。
文檔編號B23K9/095GK102395442SQ201080017110
公開日2012年3月28日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者理查德·馬丁·哈奇森, 詹姆斯·李·于克爾 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司