本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01380038442.9、申請(qǐng)日為2013年7月26日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/us2013/052360、發(fā)明名稱為“用于電力轉(zhuǎn)換電路的整流器模塊”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是于2012年7月27日提交的題為“用于電力轉(zhuǎn)換電路的整流器模塊”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/676,585的非臨時(shí)美國(guó)專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用的方式并入本文中。

背景技術(shù)：

本發(fā)明總體上涉及電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，并且更具體地涉及在例如焊接系統(tǒng)、等離子切割機(jī)等電力電子設(shè)備中使用的電力轉(zhuǎn)換電路。

工業(yè)中使用的許多電力電子機(jī)械采用電路將電力從一種可用形式轉(zhuǎn)換成另一種可用形式。例如，焊接及等離子切割系統(tǒng)一般從例如電力網(wǎng)或發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)的源接收交流(ac)電。電力通常經(jīng)由整流器轉(zhuǎn)換成直流(dc)電，然后分配到直流總線上以到達(dá)進(jìn)一步的電力轉(zhuǎn)換電路。該進(jìn)一步的電力轉(zhuǎn)換電路可以包括逆變器、降壓變換器、升壓變換器或它們的各種組合，它們一般將電力轉(zhuǎn)換成用于負(fù)載的不同的直流電形式或交流電。在焊機(jī)和等離子切割機(jī)的情況中，根據(jù)所使用的工藝，輸出電力可以是直流電或交流電。一些系統(tǒng)能為所選擇的工藝輸出交流電和直流電兩者，從而增加它們的實(shí)用性和多功能性。

在采用整流器的系統(tǒng)中，在適當(dāng)?shù)胤庋b整流器構(gòu)件方面存在挑戰(zhàn)。在汽車應(yīng)用中，例如，交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，該交流電通過集成在交流發(fā)電機(jī)本身中的二極管模塊轉(zhuǎn)換成直流電。在工業(yè)設(shè)備中，通常利用面裝或引線框封裝。然而，這些布置并非總是適于某些類型的設(shè)備。此外，這些布置可要求針對(duì)發(fā)電構(gòu)件、電路封裝等的特定設(shè)計(jì)，這可能增加組裝所需的附加成本和時(shí)間。另外，這些設(shè)計(jì)中的某些設(shè)計(jì)對(duì)于給定的應(yīng)用不夠魯棒，特別是對(duì)于可動(dòng)設(shè)備，該可動(dòng)設(shè)備因此受到環(huán)境影響或者可能受到振動(dòng)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)成響應(yīng)于這些需求的交流波形整流器設(shè)計(jì)的新方法。根據(jù)某些實(shí)施例，一種用于電力轉(zhuǎn)換電路的整流器模塊包括傳導(dǎo)殼體，該傳導(dǎo)殼體具有多個(gè)凹部，所述傳導(dǎo)殼體配置成在工作中處于交流輸入電位。至少一個(gè)高側(cè)二極管和至少一個(gè)低側(cè)二極管設(shè)置在所述凹部中，并且在操作中通過傳導(dǎo)殼體接收輸入電力并且輸出整流電力。

根據(jù)其他方面，本發(fā)明提供了一種電力轉(zhuǎn)換電路，該電力轉(zhuǎn)換電路包括支承電力轉(zhuǎn)換電路的非傳導(dǎo)支承結(jié)構(gòu)。提供至少一個(gè)整流器模塊，所述整流器模塊包括具有多個(gè)凹部的傳導(dǎo)殼體。所述傳導(dǎo)殼體配置成在工作中處于交流輸入電位。至少一個(gè)高側(cè)二極管和至少一個(gè)低側(cè)二極管設(shè)置在凹部中，并且在操作中通過傳導(dǎo)殼體接收輸入電力并且輸出整流電力。

本發(fā)明還提供了一種用于整流器模塊的殼體，所述整流器模塊包括具有用于接收二極管的多個(gè)凹部的傳導(dǎo)殼體。所述傳導(dǎo)殼體配置成在工作中處于交流輸入電位，并且經(jīng)由凹部的內(nèi)表面將輸入電力傳送到二極管。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)，會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)附圖中，附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件，其中：

圖1是用于以焊接系統(tǒng)的形式的電力轉(zhuǎn)換電路的示例性應(yīng)用的概略圖示；

圖2是圖1中的電力轉(zhuǎn)換電路的一部分的電路示意圖，特別圖示了某些功能性電路構(gòu)件；

圖3是根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)的方面的示例性電力轉(zhuǎn)換模塊的立體圖；

圖4是圖3中的模塊的某些構(gòu)件的分解圖；

圖5是同一模塊的部分立體圖，上外罩元件被去除以露出內(nèi)部電路構(gòu)件；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的方面的示例性整流器模塊的分解圖；

圖7是從背面看到的同一模塊的立體圖；

圖8a和圖8b是流程圖，圖示了用于控制在焊接應(yīng)用中設(shè)置的發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)的速度的示例性邏輯；

圖9a和圖9b是類似的流程圖，圖示了用于發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)的速度控制的邏輯；以及

圖10a和圖10b是類似的流程圖，圖示了用于另一個(gè)示例性應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制的邏輯。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，并且參見圖1，圖示了示例性焊接系統(tǒng)10，該焊接系統(tǒng)包括電源12，其用于為焊接、等離子切割和類似應(yīng)用提供電力。圖示實(shí)施例中的電源12包括發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)組14，該發(fā)電機(jī)組自身包括內(nèi)燃機(jī)16和發(fā)電機(jī)18。內(nèi)燃機(jī)16可以為任何合適的類型，例如汽油機(jī)或柴油機(jī)，并且一般具有適合應(yīng)用中期望的電力輸出的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)將具有特別適合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)18的尺寸，以產(chǎn)生一種或多種形式的輸出電力。在預(yù)期的申請(qǐng)中，發(fā)電機(jī)18被卷繞以用于產(chǎn)生多種類型的輸出電力，例如焊接電力，以及用于照明、動(dòng)力工具等的輔助電力，并且這些電力可以采用交流和直流兩種輸出形式。圖1中未具體圖示發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的各種支承構(gòu)件和系統(tǒng)，但是這些構(gòu)件和系統(tǒng)通常包括電池、電池充電器、燃料和排氣系統(tǒng)等。

電力調(diào)制電路20聯(lián)接到發(fā)電機(jī)18，以接收在操作期間產(chǎn)生的電力，并且將電力轉(zhuǎn)換成負(fù)載或應(yīng)用所需的形式。在圖示的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)18產(chǎn)生應(yīng)用于電力調(diào)制電路20的三相電力。然而，在某些實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生單相電力。電力調(diào)制電路包括接收進(jìn)線電力的構(gòu)件、轉(zhuǎn)換成直流形式的構(gòu)件，以及進(jìn)一步地將電力濾波并轉(zhuǎn)換成所需的輸出形式的構(gòu)件。在以下討論中將更多地說明電力調(diào)制電路20。

發(fā)動(dòng)機(jī)16、發(fā)電機(jī)18和電力調(diào)制電路20都聯(lián)接到總體上由附圖標(biāo)記22圖示的控制電路。實(shí)際上，控制電路22可以包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)際的電路，以及配置成監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力調(diào)制電路的操作以及具體應(yīng)用中的某些負(fù)載的固件和軟件?？刂齐娐返牟糠挚梢匀鐖D所示位于中央，或者電路可以分開以單獨(dú)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力調(diào)制電路。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，這些分開的控制電路可以按照一些形式相互通信，以便這些系統(tǒng)構(gòu)件的協(xié)調(diào)控制?？刂齐娐?2聯(lián)接到操作者界面24。在大多數(shù)應(yīng)用中，操作者界面將包括表面安裝的控制面板，該控制面板允許系統(tǒng)操作者控制操作和輸出的方面，并且監(jiān)測(cè)或讀取系統(tǒng)操作的參數(shù)。在焊接應(yīng)用中，例如，操作者界面可允許操作者選擇各種焊接工藝，電流和電壓水平，以及用于焊接操作的具體方案。這些與控制電路通信，該控制電路自身包括一個(gè)或多個(gè)處理器和支承存儲(chǔ)器。然后，根據(jù)操作者的選擇，控制電路將通過處理器來實(shí)施存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的特定控制方案。這種存儲(chǔ)器也可存儲(chǔ)操作期間的臨時(shí)參數(shù)，例如以便于反饋控制。

圖1中還示出用于焊接應(yīng)用的可選的送絲機(jī)26。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，這種送絲機(jī)通常在氣體保護(hù)金屬極弧焊(gmaw)工藝(通常被稱為熔化極惰性氣體保護(hù)焊(mig)工藝)中使用。在這種工藝中，電極絲連同焊接電力(在合適的時(shí)候)和保護(hù)氣體一起從送絲機(jī)饋送到焊炬28。然而，在其他應(yīng)用中，也可不需要送絲機(jī)，例如通常被稱為鎢極惰性氣體保護(hù)焊(tig)和焊條焊接的工藝。然而，在所有這些工藝中，在一些點(diǎn)處，電極30用于完成穿過工件32和工件夾34的回路。電極因此用于與工件建立并且維持電弧，該電弧有助于熔化工件，并且在一些工藝中熔合電極，以完成所需的焊接。

為了允許反饋控制，系統(tǒng)通常配備有多個(gè)傳感器，這些傳感器在工作期間為控制電路提供信號(hào)。圖1中示意性地示出了某些傳感器，包括發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器36、發(fā)電機(jī)傳感器38、電力調(diào)制電路傳感器40和應(yīng)用傳感器42。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)際上，可以采用各種各樣的這種傳感器。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器36通常包括速度傳感器、溫度傳感器、節(jié)流閥傳感器等。發(fā)電機(jī)傳感器38通常包括電壓和電流傳感器，電力調(diào)制電路傳感器40也是如此。應(yīng)用傳感器42通常也包括電流和電壓感測(cè)能力的至少一種，以檢測(cè)應(yīng)用在負(fù)載上的電力。

圖2圖示了可包含在圖1中所示的電力調(diào)制電路20中的電子電路。如圖2所示，該電路可以包括發(fā)電機(jī)繞組44，這里圖示為布置成三角構(gòu)造，該發(fā)電機(jī)繞組將三相電力輸出到整流器46。在圖示的實(shí)施例中，三相整流器是被動(dòng)整流器，該被動(dòng)整流器包括一系列二極管，這些二極管為直流總線48提供直流波形。然后將直流總線上的電力施加于濾波及調(diào)制電路50，該濾波及調(diào)制電路有助于使波形平滑化，避免過度擾動(dòng)直流波形等。直流電最終施加于開關(guān)模塊52，該開關(guān)模塊實(shí)際上包括一系列開關(guān)以及相關(guān)聯(lián)的電子構(gòu)件，例如二極管。在焊接應(yīng)用中，特定的控制方案可以允許用于產(chǎn)生脈沖輸出、交流輸出、直流輸出，以及適于特定工藝的特別適合的方案。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用各種開關(guān)模塊設(shè)計(jì)，并且這些設(shè)計(jì)可以使用現(xiàn)成的構(gòu)件，例如絕緣柵雙極型晶體管(igbts)、硅可控整流器(scrs)、變壓器等。許多這些元件可以用于包括合適構(gòu)造的開關(guān)和/或二極管兩者的封裝中。

最終，輸出電感器54通常用于焊接應(yīng)用。焊接領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，選擇輸出電感器的尺寸及能量存儲(chǔ)容量以適應(yīng)期望的應(yīng)用的輸出電力(電壓和電流)。盡管圖中未示出，還應(yīng)當(dāng)注意到，在此布置中可以提供某些其他的電路，并且電力可以以其他形式消耗和調(diào)制。

盡管本文中已示出并描述了示例性系統(tǒng)的僅僅某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行許多修改和變化。例如，除圖2中圖示的輸出端子之外，電力可以從用于其他轉(zhuǎn)換過程的直流總線消耗。例如，這樣可以允許用于直流焊接，例如，以及用于為各輔助應(yīng)用供給合成的交流電。例如，合成的輔助電力可以適于單相電力工具、照明等。在設(shè)置的情況下，這種電力可以通過單獨(dú)的端子或者甚至與用于電力網(wǎng)分布的插座相似的常規(guī)插座輸出。

可以設(shè)想各種物理布置用于包裝如上所述的一些或所有電路。圖3中圖示了當(dāng)前想到的布置。圖3示出了集成電力模塊56，該電力模塊本質(zhì)上結(jié)合圖2中的整流器電路、濾波和調(diào)制電路以及開關(guān)模塊。如下所述，集成電力模塊56還包括用于開關(guān)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)板。各種總線結(jié)構(gòu)還包含在以下討論的封裝中。集成電力模塊56被圖示為包括上殼體58和下殼體60。這些殼體可以是由例如注射成型塑料的非傳導(dǎo)或絕緣材料制成的。圖示的殼體便于覆蓋構(gòu)件，機(jī)械地支承這些構(gòu)件，并且還按照電絕緣的需求將這些構(gòu)件分開。圖3示出的是輸入端子62，該輸入端子導(dǎo)入以下討論的整流器模塊64中。這些輸入端子中的每一個(gè)均將聯(lián)接到三相應(yīng)用的發(fā)電機(jī)的輸出相。

圖4示出了圖3中圖示的示例性模塊的分解圖。如上所述，模塊56包括上殼體58和下殼體60，各種電路構(gòu)件設(shè)置在這些殼體部分中，并且由殼體機(jī)械地支承。在圖4的圖示中，示出了一對(duì)整流器夾條66，這對(duì)整流器夾條聯(lián)接到整流器模塊內(nèi)的二極管的輸出，以下將做更全面地描述。這些夾條是傳導(dǎo)的，并且將電力施加到上總線板68?？偩€板68形成以上參照?qǐng)D2討論的直流總線的一側(cè)。還圖示了下總線板72，該下總線板將與整流器模塊64的二極管接觸以形成直流總線的下分支。絕緣板定位在下總線板72與上總線板68之間，用于維持兩個(gè)總線板之間的電壓電位。輸出匯流條70被設(shè)置用于傳輸來自電力模塊的輸出電力。電容器74被圖示為從下殼體60分解。在圖示的實(shí)施例中，下殼體60包括孔隙和結(jié)構(gòu)，這些孔隙和結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)用于接收這些電容器、機(jī)械地支承這些電容器并且允許這些電容器聯(lián)接到匯流條板。在子組件中，在這種情況下是在降壓轉(zhuǎn)換器模塊76中包括開關(guān)模塊。降壓轉(zhuǎn)換器模塊也固定到下殼體，并且支承用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給降壓轉(zhuǎn)換器模塊的開關(guān)的驅(qū)動(dòng)板。當(dāng)集成電力模塊被組裝上時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器模塊與上總線板和下總線板接觸，并且與輸出條70接觸。最終，設(shè)置了輸出電阻器78，在當(dāng)前想到的實(shí)施例中，該輸出電阻器在殼體外部的端子之間延伸。

圖5是從不同視角的同一模塊的圖示，并且上殼體被去除以示出各構(gòu)件之間的相互連接關(guān)系。這里可以看到模塊56包括下殼體，整流器模塊64在此結(jié)構(gòu)的輸入端。整流器夾條66與形成整流器的上二極管接觸。上總線板68也是可見的，并且與整流器模塊的同一側(cè)接觸，并且與輸出端子接觸。電容器(圖5中可以看見其中之一)電氣地且機(jī)械地固定到上總線板68和下總線板72，在上總線板的邊角切除部可以看見下總線板的邊角。圖5示出了驅(qū)動(dòng)電路板80。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，驅(qū)動(dòng)電路板用電子電路填充，該電子電路允許驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)用于降壓轉(zhuǎn)換器模塊的電力電子開關(guān)。通常根據(jù)來自如上所述的控制電路內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)處理器的控制信號(hào)生成這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同樣如圖5所示，貼合的殼體部分82可以被限定用于接收并牢固地保持各構(gòu)件，在這種情況下，例如電容器74。此外，一個(gè)或多個(gè)電路可以設(shè)計(jì)有翅片，以輔助空氣冷卻或強(qiáng)制冷卻。這些翅片84被圖示為用于圖4中所示的降壓轉(zhuǎn)換器模塊。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，附圖中圖示的封裝的特定布置比較適合緊湊且高效的設(shè)計(jì)、制造、組裝和操作。在圖示的實(shí)施例中，電路構(gòu)件可以提前形成，并且形成特別是由轉(zhuǎn)換器模塊和整流器模塊制成的子組件以及驅(qū)動(dòng)電路板。然后這些構(gòu)件簡(jiǎn)單組裝成如上所述的封裝。所得的封裝具有足夠的空間和能量，并且允許在工作期間冷卻電力電子裝置。根據(jù)來自焊機(jī)發(fā)電機(jī)(連同集成電力模塊一起定位于可動(dòng)外殼中)的輸入，此封裝可以用于各種應(yīng)用并且特別好地適于當(dāng)前想到的焊炬和等離子切割應(yīng)用。

圖6和圖7圖示了當(dāng)前想到的整流器模塊的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可用于允許整流器模塊較為容易地集成到電力模塊中。如圖6所示，例如，每個(gè)整流器模塊包括殼體86，該殼體由例如鋁或鋁合金等的注射成型傳導(dǎo)材料制成。殼體包括在成型工藝中形成的多個(gè)集成特征。理想的是，以下成型需要很少或不再需要機(jī)加工。殼體包括集成端子延伸體88，輸入導(dǎo)體在將集成電力模塊組裝到焊機(jī)發(fā)電機(jī)期間與該集成端子延伸體聯(lián)接。殼體86的主體90是一次成型的，使得整個(gè)主體位于施加于端子延伸體88的電位。因此，當(dāng)在應(yīng)用中作為交流輸入電力的整流器的一部分使用時(shí)，整流器模塊主體通常接收在工作期間應(yīng)用于整個(gè)主體的交流電形。主體包括在其后側(cè)上的翅片延伸體92，以幫助冷卻主體和整個(gè)模塊。凹部94形成在主體的相對(duì)兩面上，并且接收二極管模塊96。在圖示的實(shí)施例中，接收了這種二極管模塊，盡管應(yīng)當(dāng)注意到，四個(gè)二極管模塊在電路中僅充當(dāng)兩個(gè)二極管。也就是說，附圖中圖示的兩個(gè)上二極管模塊充當(dāng)圖2的整流器電路中的上二極管(用于一個(gè)相)，而下面一對(duì)二極管充當(dāng)下二極管(用于同一相)。每個(gè)二極管模塊包括傳導(dǎo)主體98，二極管自身形成在該傳導(dǎo)主體中。該傳導(dǎo)主體形成每個(gè)單獨(dú)的二極管模塊的輸入側(cè)，當(dāng)二極管模塊被接收在主體90的凹部94內(nèi)時(shí)，每個(gè)單獨(dú)的二極管模塊位于輸入電位。每個(gè)模塊的輸出導(dǎo)體100從預(yù)期的二極管模塊的中心延伸。這些輸出導(dǎo)體(夾在如上所述的整流器夾條之間)形成電氣連接。圖7從后側(cè)圖示了同一二極管模塊。這里可以看到翅片92從主體90延伸，并且從輸入端子延伸體88延伸。圖示了在單獨(dú)的二極管模塊96的主體98被壓入主體的凹部94中之前的單獨(dú)的二極管模塊的主體。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)計(jì)允許極為高效的制造工藝、簡(jiǎn)單的組裝和魯棒的性能。具體地講，由于每個(gè)整流器模塊主體處于輸入電位，整流器的多個(gè)相可以通過殼體的非傳導(dǎo)材料彼此分隔開(例如，參見圖5)。還應(yīng)該指出的是，模塊主體的凸緣構(gòu)造和舌榫嵌入凹槽的安裝方式允許模塊與二極管環(huán)境隔離，這在可動(dòng)應(yīng)用中尤為重要。在可動(dòng)應(yīng)用中，甚至當(dāng)電路位于單元外罩中時(shí)，電路也會(huì)受到天氣和環(huán)境因素的影響，實(shí)際上，可以按照這種方式對(duì)一個(gè)或多個(gè)相進(jìn)行整流。此外，應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管成對(duì)的二極管用于實(shí)現(xiàn)圖2中示意性圖示的單個(gè)二極管的功能，但是實(shí)際上，一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)這種二極管可以實(shí)現(xiàn)這種功能。因此，可以重新配置整流器模塊的主體，可以減少或增加凹部，并且可以改變它們的位置以適應(yīng)設(shè)想的特定封裝。

根據(jù)特定的應(yīng)用或負(fù)載，可以按照多種方式控制如上所述的電路和系統(tǒng)。在由發(fā)動(dòng)機(jī)型發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)焊機(jī)的情況中，當(dāng)前想到的是，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，以便優(yōu)化電力調(diào)制電路和發(fā)電機(jī)的輸出。這種優(yōu)化通常允許在適于給焊接負(fù)載提供電力時(shí)降低速度，以及在需要附加電壓和/或電力時(shí)提高速度。在要求低電力和/或電壓的情況下，這允許減少燃料用量、噪聲和廢氣，同時(shí)仍然適應(yīng)系統(tǒng)性能的更高要求。圖8、圖9和圖10圖示了用于實(shí)施這種類型的控制的示例性邏輯。

圖8a和圖8b中總結(jié)的控制邏輯具體涉及用于焊條焊接應(yīng)用的決策及控制邏輯。附圖標(biāo)記102總體指代的示例性邏輯在采用初始發(fā)動(dòng)機(jī)速度的步驟104處開始。具體地講，當(dāng)前想到的發(fā)動(dòng)機(jī)將具有隨著速度提高而提供更高輸出功率和電壓的功率及電壓曲線。2400轉(zhuǎn)每分鐘的名義初始速度可以由發(fā)動(dòng)機(jī)速度和節(jié)流閥位置(以及任何其他所需的控制變量)的反饋控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)的電子調(diào)速器或如上所述類型的控制電路來實(shí)施。如附圖標(biāo)記106所示，然后，通常由操作者選擇工藝或模式。也就是說，在當(dāng)前想到的實(shí)施例中，操作者可以輸入焊條工藝，從而利用附圖標(biāo)記108表示的低氫電極，或者輸入由附圖標(biāo)記110表示的纖維素電極工藝。此外，由附圖標(biāo)記112表示的系統(tǒng)和輸出可以產(chǎn)生合成輔助功率。通常通過如上所述的操作者界面選擇xx18(低氫)或xx10(纖維素)模式。檢測(cè)合成輔助功率輸出可以通過電力調(diào)制電路的輔助電力線路上的電流傳感器來檢測(cè)。

然后，根據(jù)模式，系統(tǒng)可以檢測(cè)焊接輸出的預(yù)設(shè)電流。如圖8a所示，此電流可在各種范圍內(nèi)，例如低于158安培，高于260安培，或者在兩者之間的各種范圍內(nèi)。通常通過操作者界面來設(shè)置電流。根據(jù)這樣的電流設(shè)置，然后，控制電路使發(fā)動(dòng)機(jī)加速到所需的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓和/或電力曲線進(jìn)行適應(yīng)。在圖示的實(shí)施例中，附圖標(biāo)記116表示的新速度是2800轉(zhuǎn)每分鐘、3200轉(zhuǎn)每分鐘或3600轉(zhuǎn)每分鐘。

此后，算法將調(diào)用功率計(jì)算或電功率和電壓計(jì)算。具體地，在焊條模式中，在圖示的實(shí)施例中，系統(tǒng)會(huì)感測(cè)輸出波形的電流和電壓，并且根據(jù)這些測(cè)量的參數(shù)計(jì)算焊接輸出的輸出功率。類似地，如果合成功率輸出用于輔助應(yīng)用，那么在此焊接功率輸出中可以加入輔助消耗，以獲得附圖標(biāo)記118所表示的計(jì)算。

圖8a和圖8b中總結(jié)的邏輯還允許確定可以在焊條焊接中使用的某些電極類型，根據(jù)電極類型調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的輸出性能。具體地講，在步驟118處，如果系統(tǒng)在管件模式中工作，那么邏輯可以確定通過監(jiān)測(cè)初始焊接操作期間的電壓尖峰是否識(shí)別某些類型的電極，在這種情況下，本領(lǐng)域中識(shí)別的電極為“xx10”。這種電極可以稱為“纖維素”電極。為了高效地工作，這些電極應(yīng)當(dāng)供有充足的電壓，以滿足這些電極配方所特有的高電壓要求。電壓不是定值，但是瞬變現(xiàn)象可以重復(fù)，并且可通過監(jiān)測(cè)弧電壓檢測(cè)到。如果不滿足電壓要求，弧就會(huì)不穩(wěn)定，并且可能間歇地熄滅。盡管此前已知的電源通過在焊接期間盡可能高地提高電壓電位并且有時(shí)候超出范圍或者使用與輸出串聯(lián)的電感器或穩(wěn)定器來滿足這些要求，但是本方法使用自適應(yīng)技術(shù)。這種自適應(yīng)技術(shù)，類似于總結(jié)的其他速度增加方法，允許盡可能慢地運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)以降低噪聲并節(jié)省燃料?？捎玫碾妷弘S著發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化而變化，并且因此系統(tǒng)會(huì)尋找僅夠穩(wěn)定弧的速度。在當(dāng)前想到的實(shí)施例中，例如，當(dāng)使用xx10電極時(shí)，在焊接的初始時(shí)刻期間將記錄瞬變現(xiàn)象。在當(dāng)前想到的實(shí)施例中，如果在焊接的第一秒內(nèi)存在多于5個(gè)(例如，10個(gè))在閾值(例如，44伏特)以上的這種瞬變現(xiàn)象，那么控制就使發(fā)動(dòng)機(jī)速度變?yōu)榘凑請(qǐng)D8a總結(jié)的所需速度。

再更具體地講，這種類型的電極的控制方案允許啟動(dòng)并控制引弧，然后一旦建立弧就監(jiān)測(cè)高電壓事件。在當(dāng)前想到的方法中，如果存在10個(gè)這種事件，那么發(fā)動(dòng)機(jī)速度就以初始工作點(diǎn)以上以400轉(zhuǎn)每分鐘的增量逐步增大。由于使用纖維素電極，所以期望快速發(fā)生這些事件，并且一般不會(huì)注意到發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化。如果操作者使用不同類型的電極但是拉弧，那么發(fā)動(dòng)機(jī)速度也會(huì)以類似的方式響應(yīng)。這在一定程度上更值得注意，但仍然會(huì)提供電極的平穩(wěn)工作。此控制技術(shù)監(jiān)測(cè)機(jī)器輸出的電壓，此電壓一般代表弧電壓。在當(dāng)前想到的實(shí)施例中，迅速監(jiān)測(cè)電壓(例如，每100us)。該系統(tǒng)確定超過閾值的電壓事件是否表示很可能使用纖維素電極，并且因此適合于電極要求。更高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度會(huì)增大總線電壓，并且因此增大電壓輸出。

如圖8a和圖8b中附圖標(biāo)記120所示，然后，根據(jù)步驟118的功率計(jì)算或功率/電壓計(jì)算，該系統(tǒng)可以維持當(dāng)前速度，或者可以按照要求提高速度。此后，在步驟122中進(jìn)行類似的計(jì)算，并且在步驟124中，在合適的情況下，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)速度和輸出。在步驟126中，進(jìn)行進(jìn)一步的類似計(jì)算，以確定是否可以最終增大最終的發(fā)動(dòng)機(jī)速度。

參照?qǐng)D8a和圖8b中總結(jié)的邏輯應(yīng)當(dāng)做出幾項(xiàng)所關(guān)注的說明。首先，一旦啟動(dòng)弧用于焊接，該系統(tǒng)可以將輸出增大到更高水平，但是一般不會(huì)返回到初始速度，直到弧熄滅(即，在當(dāng)前焊接終止之后)。此外，一旦處于增大的速度，該系統(tǒng)可以維持在該速度或者按照要求以遞增的方式增大到更高的速度。此外，在當(dāng)前想到的設(shè)計(jì)中的增量是從2400轉(zhuǎn)每分鐘的初始速度以400轉(zhuǎn)每分鐘增大到3600轉(zhuǎn)每分鐘的最終速度。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格、發(fā)電機(jī)規(guī)格、所需步驟的數(shù)量等，這些增量可以具有不同的大小、不同的數(shù)量，并且可以具有不同的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。一般而言，根據(jù)總體發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電壓曲線會(huì)想到這些步驟。最后，雖然針對(duì)特定的焊接工藝指出了與功率/電壓計(jì)算相反的功率計(jì)算，但是可以獨(dú)立于特別選定的工藝進(jìn)行類似計(jì)算，特別是在可以實(shí)施具有不同期望性能的某些類型的電極的情況下。

圖9a和圖9b圖示了類似的控制邏輯，在這里用于tig焊接應(yīng)用。如圖9a所示，總體上由附圖標(biāo)記132表示的tig控制邏輯在步驟134指出的2400轉(zhuǎn)每分鐘的初始運(yùn)行條件下開始。用戶可以例如通過電源界面選擇步驟136中指出的tig工藝或脈沖tig工藝。按照在步驟112中所指出的，這里又可以檢測(cè)合成輔助功率輸出。在步驟138中，然后，如以上在焊條焊接邏輯的情況中所描述的，系統(tǒng)檢測(cè)所需范圍內(nèi)的預(yù)設(shè)電流值。根據(jù)選定的工藝和選定的電流，然后，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在同一速度或者提高速度，如附圖標(biāo)記140所示。如附圖標(biāo)記142所示，然后，根據(jù)檢測(cè)的焊接電流和電壓進(jìn)行功率計(jì)算，并且將任何輔助功率消耗加入此計(jì)算中，如附圖標(biāo)記154所示。如圖9b所示，然后，在步驟144中，系統(tǒng)可以確定保持在初始速度或當(dāng)前速度或者進(jìn)一步前進(jìn)到更高的速度。然后，在步驟146和步驟150中進(jìn)行類似的功率計(jì)算，從而在步驟148和步驟152中作出決定。在這里又可以改變用于速度范圍的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，同樣可以根據(jù)功率計(jì)算結(jié)果改變特定的增量增加。還可以注意到，如同在焊條焊接的情況中，圖9a和圖9b中總結(jié)的邏輯一般不允許返回到初始發(fā)動(dòng)機(jī)速度，直到在特定的焊接結(jié)束之后弧熄滅。

圖10a和圖10b圖示了用于mig焊接的類似邏輯?？傮w上由附圖標(biāo)記156表示的邏輯以在步驟158中的初始發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度開始。操作者可以在不同的mig焊接工藝之間進(jìn)行選擇，例如由附圖標(biāo)記160表示的實(shí)心焊絲工藝，或由附圖標(biāo)記162表示的藥芯工藝。按照方框112所指出的，這里又可以提供合成輔助功率。在圖示的實(shí)施例中，與實(shí)心焊絲一起使用的初始發(fā)動(dòng)機(jī)速度是3200轉(zhuǎn)每分鐘，并且與藥芯焊絲一起使用的初始發(fā)動(dòng)機(jī)速度是3600轉(zhuǎn)每分鐘，如步驟164所示。對(duì)于藥芯焊絲而言，在允許向下修正之前，該速度最初保持3至5秒(如步驟168所示)。對(duì)于實(shí)心焊絲而言，初始速度保持大約1秒。

隨后，此時(shí)一旦啟動(dòng)焊弧，則可以確定是否根據(jù)功率計(jì)算的結(jié)果降低發(fā)動(dòng)機(jī)速度，如附圖標(biāo)記166所示，該功率計(jì)算的結(jié)果可以包括產(chǎn)生的任何輔助功率的增加，如附圖標(biāo)記178所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以減小和維持或進(jìn)一步改變速度。應(yīng)該指出的是，在這種算法中，如果負(fù)載要求更高的輸出，則可以維持初始速度，如從步驟164延伸到步驟174的線條所示(參見圖10b)。如果降低速度是可行的(根據(jù)減小的電力要求)，那么可以實(shí)施降低，如步驟168所示。然后在步驟170和174中進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算，緊接著可以決定提高速度，如步驟172和步驟176所示。一旦在特定焊接期間已經(jīng)提高速度，這里通常不降低速度，直到焊接結(jié)束。此外，如同在用于焊條焊接和tig焊接的邏輯中，速度控制的特定開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)以及速度的特定間隔或步驟可適于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力調(diào)制電路。