CN104781030B - 包括引擎发电机和电池的电弧焊接系统；在这样的电弧焊接系统中控制电池再充电的方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊接电源供应器(10)包括开关式电源转换器(32)。焊接电极(22)被连接到电源转换器(32)，以接收来自所述电源转换器(32)的电能并且产生电弧(20)。引擎发电机被连接到焊接电源供应器(10)，以供应电能用于产生电弧(20)。引擎发电机包括多个电枢绕组(26,28,30)，以及场绕组(32)。电池(18)被连接到焊接电源供应器(10)，以同时供应进一步的电能用于产生电弧(20)，并且通过电源供应器接收来自引擎发电机的电能来对电池(18)再充电。传感器(54,58)感测电池电压和/或电流并且在再充电期间输出对应于电池电压和/或电流的一信号。场控制器(50)被连接到场绕组(32)以及传感器(54,58)。场控制器(50)接收来自传感器(54,58)的信号并且基于来自传感器(54,58)的信号在再充电期间自动地调整或控制流过场绕组(32)的电流的水平。

Description

包括引擎发电机和电池的电弧焊接系统；在这样的电弧焊接 系统中控制电池再充电的方法
相关申请的交叉引用：在此要求2012年11月13日递交的美国临时专利申请序列号61/725,667的权益，并且公开的内容通过引用被并入本文。
发明背景
发明领域
本发明涉及具有用于将电功率供应到焊机的发电机和电池组二者的混合供电的电弧焊机。
相关技术说明
混合供电的电弧焊机可以包括将电功率供应到焊机的电池组。焊机可以单独地由电池组、单独地由发电机或者通过发电机和电池组同时(例如，用于峰修整)供电。除了具有焊接电源和控制电路以及引擎发电机控制电路之外，混合供电的电弧焊机包括电池充电电路，所述电池充电电路用于从由发电机供应的电功率对电池组充电。充电电路增加了焊机的成本和复杂性。最小化混合焊机中对电池组充电的专用的电路的量将是合乎期望的。
发明内容
本发明通过根据权利要求1的电弧焊接系统或者根据权利要求12的方法来解决该问题。优选的实施方案在从属权利要求中被公开。如果控制的步骤包括在电池再充电期间基于电池电压和电池电流中的至少一个来自动地调整流过场绕组的电流的水平，则根据权利要求12的方法是特别优选的。如果进一步包括通过场控制器监测环境温度的步骤，其中场控制器基于环境温度选择对应于电池的第一再充电率的第一场电流水平和对应于电池的第二再充电率的第二场电流水平中的所述一个，和/或如果进一步包括通过场控制器监测电池温度的步骤，其中场控制器基于电池温度选择对应于电池的第一再充电率的第一场电流水平和对应于电池的第二再充电率的第二场电流水平中的所述一个，则根据权利要求13的方法是特别优选的。下面的总结呈现一种简化的总结，以提供对本文所讨论的系统和方法的一些方面的基本理解。该总结不是本文所讨论的系统和方法的广泛综述。这并不意图来确定关键的元素或描绘这样的系统和方法的范围。它唯一的目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细的说明的前奏。
本发明的示例性方面和实施方案在下面被总结。将理解的是，示例性方面和/或实施方案可以分开地或以彼此组合的方式被提供。
根据本发明的一个方面，提供的是一种包括开关式电源转换器的焊接电源供应器。焊接电极被可操作地连接到所述开关式电源转换器，以接收来自所述开关式电源转换器的电能并且从所述电弧焊接系统产生电弧。引擎发电机被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以将电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧。所述引擎发电机包括多个用于将所述电能供应到所述焊接电源供应器的电枢绕组，以及场绕组。电池被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以同时将进一步的电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧，并且通过所述焊接电源供应器接收来自所述引擎发电机的电能来对所述电池再充电。传感器被配置来感测电池电压和电池电流中的至少一个并且在电池再充电期间输出对应于电池电压和电池电流中的所述至少一个的一信号。场控制器被可操作地连接到所述引擎发电机的所述场绕组以及所述传感器。所述场控制器被配置来接收来自所述传感器的所述信号并且基于来自所述传感器的所述信号在所述电池再充电期间自动地调整流过所述场绕组的电流的水平。
在某些实施方案中，所述场控制器将脉冲调制信号提供到所述场绕组来控制流过所述场绕组的所述电流的水平。在某些实施方案中，所述传感器被配置来感测电池电流，并且所述场控制器被配置来确定所述电池正在从所述电池电流的流动方向再充电。在某些实施方案中，所述场控制器被配置来基于第一场电流水平和第二场电流水平中的一个在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的所述电流的水平，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率，其中所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。在进一步的实施方案中，所述第一再充电率和所述第二再充电率是使用者可选择的再充电率。在进一步的实施方案中，在焊接期间所述第一再充电率超过所述电池的放电率。在进一步的实施方案中，在焊接期间所述第二再充电率近似等于所述电池的放电率。在进一步的实施方案中，所述开关式电源转换器包括整流器、开关电路以及连接所述整流器和所述开关电路的DC母线，其中所述电池被连接到所述DC母线，并且归因于以所述第一场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平大于归因于以所述第二场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的所述电压水平。在进一步的实施方案中，所述电弧焊接系统包括温度传感器，所述温度传感器被可操作地连接到所述场控制器来将温度信号提供到所述场控制器，其中所述场控制器被配置来基于所述温度信号自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的一个，所述第一场电流水平对应于所述电池的所述第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的所述第二再充电率，并且基于所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所选择的一个在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的所述电流的水平。在又进一步的实施方案中，所述场控制器储存温度阈值并且将所述温度信号与所述温度阈值相比较，并且基于所述温度信号与所述温度阈值相比较的结果自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所述一个。
根据本发明的另一个方面，提供的是一种包括开关式电源转换器的焊接电源供应器。焊接电极被可操作地连接到所述开关式电源转换器，以接收来自所述开关式电源转换器的电能并且从所述电弧焊接系统产生电弧。引擎发电机被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以将电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧。所述引擎发电机包括多个用于将所述电能供应到所述焊接电源供应器的电枢绕组，以及场绕组。电池被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以同时将进一步的电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧，并且通过所述焊接电源供应器接收来自所述引擎发电机的电能来对所述电池再充电。传感器被配置来感测电池电压和电池电流中的至少一个并且在电池再充电期间输出对应于电池电压和电池电流中的所述至少一个的一信号。场控制器被可操作地连接到所述引擎发电机的所述场绕组以及所述传感器。所述场控制器被配置来接收来自所述传感器的所述信号并且基于来自所述传感器的所述信号在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的电流的水平，其中所述场控制器被配置来在所述电池再充电期间将流过所述场绕组的所述电流的水平控制到第一场电流水平和第二场电流水平中的一个，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率。所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。
在某些实施方案中，所述场控制器将脉冲调制信号提供到所述场绕组来控制流过所述场绕组的所述电流的水平。在某些实施方案中，所述传感器被配置来感测电池电流，并且所述场控制器被配置来确定所述电池正在从所述电池电流的流动方向再充电。在某些实施方案中，所述第一再充电率和所述第二再充电率是使用者可选择的再充电率。在某些实施方案中，在焊接期间所述第一再充电率超过所述电池的放电率。在某些实施方案中，在焊接期间所述第二再充电率近似等于所述电池的放电率。在某些实施方案中，所述开关式电源转换器包括整流器、开关电路以及连接所述整流器和所述开关电路的DC母线，其中所述电池被连接到所述DC母线，并且归因于以所述第一场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平大于归因于以所述第二场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的所述电压水平。在某些实施方案中，所述电弧焊接系统进一步包括温度传感器，所述温度传感器被可操作地连接到所述场控制器来将温度信号提供到所述场控制器，其中所述场控制器被配置来基于所述温度信号自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的一个，所述第一场电流水平对应于所述电池的所述第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的所述第二再充电率，并且基于所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所选择的一个在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的所述电流的水平。在进一步的实施方案中，所述场控制器储存温度阈值并且将所述温度信号与所述温度阈值相比较，并且基于所述温度信号与所述温度阈值相比较的结果自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所述一个。
根据本发明的另一个方面，提供的是一种在混合供电的电弧焊接系统中控制电池再充电的方法。所述方法包括提供所述电弧焊接系统的步骤。所述电弧焊接系统包括：焊接电源供应器，所述焊接电源供应器包括开关式电源转换器；焊接电极，所述焊接电极被可操作地连接到所述开关式电源转换器；引擎发电机，所述引擎发电机被可操作地连接到所述焊接电源供应器，所述引擎发电机包括多个电枢绕组，以及场绕组；电池，所述电池被可操作地连接到所述焊接电源供应器；以及场控制器，所述场控制器被可操作地连接到所述场绕组。所述方法包括在焊接操作期间由所述引擎发电机和所述电池二者同时将电能供应到所述焊接电源供应器的步骤。所述电池由所述引擎发电机通过所述焊接电源供应器来再充电。在所述再充电期间所述场控制器监测所述电池的电池电压和电池电流中的至少一个。所述方法包括在所述再充电期间由所述场控制器基于所述电池电压和所述电池电流中的所述至少一个控制流过所述场绕组的电流的水平的步骤。
在某些实施方案中，控制的步骤包括在电池再充电期间基于电池电压和电池电流中的至少一个来自动地调整流过场绕组的电流的水平。在某些实施方案中，所述方法进一步包括以下步骤：由所述场控制器选择第一场电流水平和第二场电流水平中的一个作为流过所述场电流绕组的所述电流的水平，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率，其中所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。在进一步的实施方案中，在所述焊接操作期间所述第一再充电率超过所述电池的放电率，并且在所述焊接操作期间所述第二再充电率近似等于所述电池的所述放电率。在进一步的实施方案中，所述开关式电源转换器包括整流器、开关电路以及连接所述整流器和所述开关电路的DC母线，其中所述电池被连接到所述DC母线，并且归因于以所述第一场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平大于归因于以所述第二场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的所述电压水平。在进一步的实施方案中，所述方法包括通过场控制器监测环境温度的步骤，其中场控制器基于环境温度选择对应于电池的第一再充电率的第一场电流水平和对应于电池的第二再充电率的第二场电流水平中的所述一个。在进一步的实施方案中，所述方法包括通过场控制器监测电池温度的步骤，其中场控制器基于电池温度选择对应于电池的第一再充电率的第一场电流水平和对应于电池的第二再充电率的第二场电流水平中的所述一个。
附图简要说明
图1是示例性混合供电的电弧焊接系统的示意图；
图2是示例性混合供电的电弧焊接系统的示意图；
图3是示例性混合供电的电弧焊接系统的示意图；
图4是示例性混合供电的电弧焊接系统的一部分的示意图；以及
图5是控制电池再充电的示例性方法的流程图。
发明的详细描述
本发明涉及具有用于将电功率供应到焊机的发电机和电池组二者的混合供电的电弧焊机。现在将参照附图描述本发明，其中相似的参考编号被用来在通篇中用于相似的要素。将理解的是，各种附图不必以彼此按比例的方式来绘制，在给定的附图内也同样是这样，并且特别地，部件的尺寸被任意地绘制，以便于对附图的理解。在下面的说明书中，出于解释说明的目的，许多具体的细节被阐述以提供对本发明的深入理解。然而，可以为明显的是，本发明可以被实践而不需要这些具体的细节。附加地，本发明的其他实施方案是可能的并且本发明能够以除了如所描述的方式之外的方式被实践和实施。在描述本发明中采用的术语和短语是出于促进对本发明的理解的目的，并且不应该被认为是限制性的。
如本文所使用的，术语“焊接”指的是电弧焊接工艺。示例性电弧焊接工艺包括焊条电弧焊(SMAW)(例如，手工焊(stick welding))、药芯焊丝弧焊(FCAW)以及其他焊接工艺例如气体保护金属极弧焊(GMAW)、气体保护钨极电弧焊(GTAW)等等。
示例性混合供电的电弧焊接系统10在图1中被示意性示出。焊接系统10包括由引擎14驱动的发电机12，由此形成引擎发电机。示例性引擎包括柴油引擎、汽油引擎、液化石油气引擎等等。发电机12产生电能用于对焊接电源供应器16(下文中的“焊机”)供电。发电机12被示意性示出为同步三相交流发电机。然而，发电机不需要是同步三相交流发电机。例如，如果期望的话，发电机可以是单相交流发电机或DC发电机。
混合供电的电弧焊接系统10进一步包括电池18，所述电池18被可操作地连接到焊机16用于对焊机供电。电池18典型地具有电池组的形式，所述电池组包括多个连接的电池，以便提供适合于电弧焊接的DC电压水平(例如，80-100VDC)。如本文所使用的术语“电池”指的是各个电池以及电池组(例如，串联的多个电池)二者。当执行焊接操作时，焊机16可以单独由引擎发电机、单独由电池18或者同时由发电机和电池供电。焊接操作在图1中被示意性示出为在焊接电极22(可消耗的或非可消耗的)和工件24之间延伸的电弧20。因此，引擎发电机和电池可以同时将必需的电能供应到焊机以产生电弧20。
混合供电的电弧焊接系统相对于常规发电机供电的焊机可以提供多种优点。例如，当在室内焊接时，仅使用电池功率而不操作引擎来焊接可以是合乎期望的。进一步地，相比于常规发电机供电的系统，较小的引擎通常可以在混合系统中使用而仍然递送相同的最大焊接电流，因为最大焊接电流将至少部分地由电池组供应。较小的引擎与较大的引擎相比可以是相当便宜的。例如，较大的引擎与较小的引擎相比可以具有更昂贵的排放控制。在美国，采用25HP及以上的柴油引擎的焊机将必须遵守环境保护署的第四阶段最终排放(Tier 4 Final(T4F))条例。鉴于与要求满足T4F条例的排放控制相关联的成本，保持发电机低于25HP可以是合乎期望的。因此，降低引擎的尺寸可以是有益的。
如下面将详细描述的，引擎发电机被配置来经由焊机16内的DC母线电压对电池18充电，并且该充电通过调节发电机的激励场(下文中的“场”)来控制。通过调节发电机的场来控制电池充电，对附加的专用充电电路的需要被降低。发电机的场将通过适当的场控制电路来控制，以控制发电机的输出电压，不管电池18是否存在。焊接系统10利用场控制电路，使用它再控制电池充电，由此最小化对附加的充电电路的需要。
混合供电的电弧焊接系统10的更详细的示意图在图2中被示出。发电机中的三个电枢绕组26、28、30将电功率供应到焊机内的开关式电源转换器32。电枢绕组26、28、30将典型地被设置在发电机的定子部分，用于通过旋转场进行激励。场绕组52可以被设置在转子部分，用于产生旋转激励场。可替换地，如果期望的话，电枢绕组可以被设置在转子部分而场绕组可以被设置在定子部分。
焊机16(图1)包括开关式电源转换器32。示例性开关式电源转换器32包括DC斩波器、逆变器等等。来自发电机的AC功率由电源转换器内的整流器34整流。来自整流器34的DC输出供应焊机的DC母线37。DC母线37又将电功率供应到开关电路例如斩波器或逆变器36。DC母线37又将再充电功率从引擎发电机供应到电池18，并且接收来自电池的DC功率以供应斩波器/逆变器36。
来自斩波器/逆变器36的电引线38、40为电弧焊接电流提供完整的电路。电弧焊接电流从斩波器/逆变器36通过电极22、跨电弧20并且通过工件24流动。焊接电极22经由电引线38、40被可操作地连接到开关式电源供应器32，以接收来自开关式电源转换器的电能(如由引擎发电机和/或电池所供应的)用于产生电弧20。
焊接系统10包括焊接波形控制器42。焊接波形控制器42被可操作地连接到开关式电源转换器32并且将波形控制信号44提供到开关式电源转换器32。焊接波形控制器42经由波形控制信号44控制开关式电源转换器32的输出，以获得期望的焊接波形、焊接电压、焊接电流等。焊接波形控制器42经由反馈信号监测焊接工艺的各种方面。例如，电流传感器(例如电流变压器(CT)46或分流器)可以将焊接电流反馈信号提供到焊接波形控制器42，并且电压传感器48可以将焊接电压反馈信号提供到控制器。
焊接波形控制器42可以是电子控制器并且可以包括处理器。焊接波形控制器42可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑电路等等中的一个或更多个。焊接波形控制器42可以包括储存程序指令的存储器部分(例如，RAM或ROM)，所述程序指令导致处理器提供本文中赋予它的功能。
除了焊接波形控制器42之外，焊接系统10包括场控制器50。场控制器50被连接到发电机的场绕组并且主动地控制场绕组52中的电流(If)，以由此控制产生的DC母线37电压。通过调整或调节场电流If的水平，发电机的电压输出可以被控制，以由此控制DC母线37电压。通过场绕组52以各种场电流If水平对电枢绕组26、28、30的激励导致DC母线37的各自的各种不同的电压水平。场控制器50使用它根据场电流If控制DC母线37电压的能力来再控制电池18从DC母线37的再充电。就是说，场控制器50通过控制场电流If来控制电池再充电。当引擎发电机正在操作时，在焊接期间或者在焊接操作之间，场控制器50可以控制或调整场电流If的水平来导致电池18被再充电或者停止被再充电。在场电流If的某些水平，产生的DC母线电压将是足够高的，以对电池18再充电。在场电流If的较低水平，产生的DC母线电压将太低而不对电池18充电。场控制器50控制场电流If的水平来控制电池18是否被再充电以及电池有多迅速地被再充电。
场控制器50可以在电池再充电期间基于再充电期间的电池电压和/或电池电流来自动地调整或控制场电流的水平。场控制器50经由电压传感器54监测电池电压并且经由电流传感器(CT 56)监测电池电流Ib。电压传感器54和电流传感器分别将对应于电池电压和电池电流的信号输出到场控制器50。场控制器50可以在焊机的正常操作期间以及在电池18正在由引擎发电机再充电时监测该信号。场控制器50可以确定电池18何时正在放电(例如，在焊接操作期间供应电功率)以及电池何时正在通过电池电流流动的方向充电。场控制器50还可以经由电压传感器58监测DC母线37电压。场控制器50可以调整场电流If来调节DC母线37电压和/或电池充电电流Ib。
场控制器50可以在给定的场电流范围内调整场电流If。在场电流范围的低的端，产生的DC母线37电压比电池电压低并且电池18未被充电。在场电流范围的高的端，产生的DC母线37电压可以提供电池18的快的再充电。在场电流范围的中间，产生的DC母线37电压可以提供这样的电池再充电率，所述电池再充电率近似等于焊接期间的电池的放电率(例如，在电池的放电率的20％内)或者基本上等于焊接期间的电池的放电率(例如，在电池的放电率的10％内)，导致电池的近似或基本上为50％的占空比。在示例性实施方案中，场控制器50调整场电流If以使场电流是在约4A至约6.25A的范围内；其中近似5A的场电流以近似85A的充电电流Ib提供电池18的近似50％的占空比。
场控制器50可以通过调整场电流If来控制电池18被多迅速地再充电，以获得期望的电池充电电流Ib。电池18被多迅速地再充电确定电池的占空比。迅速地对电池18再充电导致电池的较高的占空比，而缓慢地对电池18再充电导致较低的占空比。降低占空比可以延长电池寿命。在某些实施方案中，场控制器50可以基于期望的电池的占空比和/或期望的电池寿命来控制场电流If和电池再充电。
场控制器50可以在电池再充电期间基于电池18的不同的再充电率(例如，快的、中等的、慢的等)来控制场电流If的水平。例如，场控制器50可以选择性地以对应于第一再充电率的第一场电流水平或者以对应于第二再充电率的第二场电流水平来控制场电流If。如果第一场电流水平大于第二场电流水平，则第一再充电率将快于第二再充电率。例如，第一场电流水平可以提供超过焊接期间的电池的放电率的快的电池的再充电，由此提供大于50％的电池占空比。第二场电流水平可以提供较慢的电池再充电，所述较慢的电池再充电近似等于焊接期间的电池的放电率(即，提供近似50％的占空比)或者比焊接期间的电池的放电率慢(即，提供小于50％的占空比)。场控制器50可以被配置来在对应于电池的各自的不同的再充电率或占空比的多种不同的场电流水平(例如，三种或更多种不同的场电流水平)之中选择。该选择可以由场控制器50自动地做出或者通过焊机16(图1)上的输入根据使用者的选择做出。例如，使用者可以通过焊机上的输入在对应于各自的不同的场电流If水平的多种不同的再充电率之中选择。通过场控制器50的场电流If水平的自动选择可以基于监测到的状况，例如，如下面所讨论的电池温度或环境温度。
除了监测电池电压、电池电流和DC母线37电压之外，场控制器50可以经由温度传感器59监测环境温度和/或电池温度。温度传感器59被可操作地连接到场控制器50来将温度信号提供到场控制器。在某些实施方案中，场控制器50基于环境温度和/或电池温度来选择或调整场电流If，以由此基于环境温度和/或电池温度来控制电池18的再充电率。在较低的环境温度/电池温度，电池18可以比在较高的温度更迅速地再充电而不会缩短电池的寿命。在较高的环境温度/电池温度，对电池18更缓慢地再充电可以是合乎期望的，以保持电池的寿命。场控制器50可以将观察到的温度与一个或更多个预先限定的温度阈值相比较，以确定期望的电池再充电率和相关联的场电流水平。场控制器50可以将温度阈值(一个或多个)储存在场控制器的存储器部分，并且将温度信号与温度阈值(一个或多个)相比较并且基于温度信号与温度阈值(一个或多个)相比较的结果自动地选择场电流水平。
在某些实施方案中，场控制器50可以基于期望的电池的占空比、期望的电池寿命和/或环境温度/电池温度来控制场电流If和电池再充电。
开关(例如，接触器60)在电池18和DC母线37之间沿电导体被设置，以选择性地将电池从DC母线解除连接。场控制器50控制接触器60的操作。场控制器50可以基于非正常的状况将电池18从DC母线37解除连接。例如，如果电池电压下降太低，场控制器50可以操作接触器60将电池18从DC母线37解除连接。电池18也可以基于焊接电路中的非常态或故障(例如焊接电路中的短路)从DC母线37被解除连接。
场控制器50可以是电子控制器并且可以包括处理器。场控制器50可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑电路等等中的一个或更多个。场控制器50可以包括储存程序指令的存储器部分(例如，RAM或ROM)，所述程序指令导致处理器提供本文中赋予它的功能。
焊接波形控制器42和场控制器50可以是分开的控制器。例如，焊接波形控制器42可以是针对电源转换器32来控制焊接操作的专用控制系统的一部分，而场控制器50可以是针对发电机和/或引擎的专用控制系统的一部分。焊接波形控制器42和场控制器50也可以是用于控制电源转换器32和发电机和/或引擎二者的操作的共同的控制器62。在某些实施方案中，焊接波形控制器42和场控制器50通过通信母线64通信。例如，焊接波形控制器42可以将状态信息(例如，焊接操作是否正在发生、焊接电流水平、焊接故障等)传递到场控制器50。
转到图3，图3示出混合供电的电弧焊接系统10的示意图，所述混合供电的电弧焊接系统10包括示例性整流器34和DC斩波器电路36a这样的细节。整流器34可以是三相的、由多个二极管66、68、70、72、74、76形成的全波整流器。将理解的是，整流器34可以由半导体装置而不是二极管来形成，例如由通过焊接波形控制器42控制的半导体闸流管来形成。
在图3中，产生焊接波形的开关电路是DC斩波器电路36a(下文中的“斩波器”)。斩波器包括电容器78、二极管80和控制开关82(例如，晶体管)。斩波器36a可以进一步包括用于平滑焊接电流的扼流器86。控制开关82具有控制输入84，例如栅极(gate)，所述控制输入84被可操作地连接到焊接波形控制器42。控制开关82的操作经由来自焊接波形控制器42的波形控制信号44来控制，以由此在焊接操作期间产生期望的焊接波形。
在这样的实施方案中，其中电源转换器包括逆变器而不是斩波器36a，波形控制信号44可以将脉冲宽度调制(PWM)信号提供到电源转换器。
被连接到DC母线37的电池组包括多个电池18a、18b。尽管两个电池18a、18b在图3中被示出，电池组将典型地具有多于两个电池，例如，如八个电池，以提供必需的DC焊接电压。电池被选定尺寸来提供足够量的焊接电流达期望的一段时间，例如，如一个小时，以使焊接在或不在引擎运转的情况下发生。场控制器50可以通过多个电压传感器54a、54b来监测跨各个电池的电压。焊接系统10可以被配置来自动地开启引擎以基于电池18a、18b中的一个或更多个的电压水平对电池18a、18b充电。焊接系统10还可以包括锁定开关，以防止引擎运转(例如当焊接系统被设置在室内时)。如果电池电压下降太低，或者如果焊接电路中的故障被焊接波形控制器42检测到，场控制器50可以操作接触器60来将电池18a、18b从DC母线37解除连接。
转到图4，图4提供示例性场控制器50的示意图。场控制器50接收来自发电机的电枢绕组的功率。电枢绕组可以是将功率供应到DC母线的绕组中的一个，或者电枢绕组可以是发电机的辅助绕组。整流器88对来自电枢绕组的AC电压进行整流。经整流的电压被提供到脉冲调制开关装置90，例如PWM或脉冲频率调制(PFM)开关装置。脉冲调制开关装置90的输出是在场绕组52中产生场电流If的脉冲调制信号(PWM或PFM)。场控制器50包括将控制信号94提供到脉冲调制开关装置90的PWM或PFM控制器，以由此控制场电流If的量值。如上面所讨论的，场控制器50接收各种输入信号，例如电池电压、电池电流、DC母线电压、环境温度/电池温度等。场控制器50也可以经由电流传感器96监测场电流If并且经由电压传感器98监测跨场绕组的电压。场控制器50可以基于以下因素中一些或所有来控制场电流If：电池电压、电池电流Ib、DC母线电压、环境温度/电池温度、监测到的场电流水平以及跨场绕组的电压。场控制器50可以将输出信号提供到各种装置，例如用于将电池组从DC母线解除连接的接触器。场控制器50进一步包括用于储存程序指令、操作参数等等的存储器部分99。
图5是在混合供电的电弧焊接系统中控制电池再充电的示例性方法的流程图。混合供电的电弧焊接系统的部件在上面被讨论。在步骤S10，在焊接操作期间，电能通过引擎发电机和电池二者被同时供应到焊接电源供应器。在步骤S12，场控制器监测环境温度和/或电池温度。在步骤S14，场控制器选择对应于电池再充电率的场电流水平。例如，场控制器可以在对应于电池的第一再充电率的第一场电流水平和对应于电池的第二再充电率的第二场电流水平之间选择。该选择可以基于监测到的环境温度和/或电池温度。第一场电流水平可以大于第二场电流水平并且第一再充电率可以快于第二再充电率。例如，在焊接操作期间，第一再充电率可以超过电池的放电率，并且在焊接操作期间，第二再充电率可以近似等于电池的放电率。在步骤S16，电池由引擎发电机通过焊接电源供应器来再充电；以及在步骤S18，场控制器在再充电期间监测电池电压和/或电池电流。在步骤S20，场控制器在再充电期间基于电池电压和/或电池电流来控制场电流的水平。控制场电流的水平可以包括在再充电期间基于电池电压和/或电池电流来自动地调整流过场绕组的电流的水平。
应该明显的是，本公开是以实施例的方式并且可以通过添加、更改或消除来作出各种改变而不脱离本公开所包含的教导的合理范围。因此，本发明不限于本公开的特定的细节，除了到所附的权利要求书被必要地如此限定的程度之外。
参考标号
10 焊接系统 58 电压传感器
12 发电机 59 温度传感器
14 引擎 60 接触器
16 焊接电源供应器 62 共同的控制器
18 电池 64 通信母线
18a 电池 66 二极管
18b 电池 68 二极管
20 电弧 70 二极管
22 焊接电极 72 二极管
24 工件 74 二极管
26 电枢绕组 76 二极管
28 电枢绕组 78 电容器
30 电枢绕组 80 二极管
32 开关式电源转换器 82 开关
34 整流器 84 控制输入
36 斩波器/逆变器 88 整流器
36a 斩波器电路 90 装置
37 DC母线 98 电压传感器
38 电引线
40 电引线 Ib 充电电流
42 波形控制器 If 场电流
44 控制信号 S10 步骤
50 场控制器 S12 步骤
52 场绕组 S14 步骤
54 电压传感器 S16 步骤
54a 电压传感器 S18 步骤
54b 电压传感器 S20 步骤
56 CT

Claims (15)

1.一种电弧焊接系统，所述电弧焊接系统包括：
焊接电源供应器，所述焊接电源供应器包括开关式电源转换器；
焊接电极，所述焊接电极被可操作地连接到所述开关式电源转换器，以接收来自所述开关式电源转换器的电能并且产生电弧；
引擎发电机，所述引擎发电机被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以将电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧，所述引擎发电机包括多个用于将所述电能供应到所述焊接电源供应器的电枢绕组，以及用于提供激励场的场绕组，所述激励场用于对归因于流过所述场绕组的电流的所述电枢绕组的激励；
电池，所述电池被可操作地连接到所述焊接电源供应器，以同时将进一步的电能供应到所述焊接电源供应器用于产生所述电弧，并且通过所述焊接电源供应器接收来自所述引擎发电机的电能来对所述电池再充电；
传感器，所述传感器被配置来感测电池电压和电池电流中的至少一个并且在电池再充电期间输出对应于电池电压和电池电流中的所述至少一个的一信号；以及
场控制器，所述场控制器被可操作地连接到所述引擎发电机的所述场绕组以及所述传感器，其中所述场控制器被配置来接收来自所述传感器的所述信号并且基于来自所述传感器的所述信号在所述电池再充电期间自动地调整或控制流过所述场绕组的所述电流的水平。
2.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述场控制器将脉冲调制信号提供到所述场绕组来控制流过所述场绕组的所述电流的水平。
3.如权利要求1或2所述的电弧焊接系统，其中所述传感器被配置来感测电池电流，并且所述场控制器被配置来确定所述电池正在从所述电池电流的流动方向再充电。
4.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中基于来自所述传感器的所述信号在所述电池再充电期间流过所述场绕组的所述电流的水平被自动地调整，并且其中所述场控制器被配置来基于第一场电流水平和第二场电流水平中的一个在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的所述电流的水平，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率，其中所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。
5.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中基于来自所述传感器的所述信号在所述电池再充电期间流过所述场绕组的所述电流的水平被控制，并且其中所述场控制器被配置来在所述电池再充电期间将流过所述场绕组的所述电流的水平控制到第一场电流水平和第二场电流水平中的一个，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率，其中所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。
6.如权利要求4或5所述的电弧焊接系统，其中所述第一再充电率和所述第二再充电率是使用者可选择的再充电率。
7.如权利要求4或5所述的电弧焊接系统，其中在焊接期间所述第一再充电率超过所述电池的放电率。
8.如权利要求4或5所述的电弧焊接系统，其中在焊接期间所述第二再充电率近似等于所述电池的放电率。
9.如权利要求4或5所述的电弧焊接系统，其中所述开关式电源转换器包括整流器、开关电路以及连接所述整流器和所述开关电路的DC母线，其中所述电池被连接到所述DC母线，并且归因于以所述第一场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平大于归因于以所述第二场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平。
10.如权利要求4或5所述的电弧焊接系统，进一步包括温度传感器，所述温度传感器被可操作地连接到所述场控制器来将温度信号提供到所述场控制器，其中所述场控制器被配置来基于所述温度信号自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的一个，所述第一场电流水平对应于所述电池的所述第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的所述第二再充电率，并且基于所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所选择的一个在所述电池再充电期间控制流过所述场绕组的所述电流的水平。
11.如权利要求10所述的电弧焊接系统，其中所述场控制器储存温度阈值并且将所述温度信号与所述温度阈值相比较，并且基于所述温度信号与所述温度阈值相比较的结果自动地选择所述第一场电流水平和所述第二场电流水平中的所述一个。
12.一种在混合供电的电弧焊接系统中控制电池再充电的方法，所述方法包括以下步骤：
提供所述电弧焊接系统，其中所述电弧焊接系统包括：
焊接电源供应器，所述焊接电源供应器包括开关式电源转换器；
焊接电极，所述焊接电极被可操作地连接到所述开关式电源转换器；
引擎发电机，所述引擎发电机被可操作地连接到所述焊接电源供应器，所述引擎发电机包括多个电枢绕组，以及用于提供激励场的场绕组，所述激励场用于对归因于流过所述场绕组的电流的所述电枢绕组的激励；
电池，所述电池被可操作地连接到所述焊接电源供应器；以及
场控制器，所述场控制器被可操作地连接到所述场绕组；
在焊接操作期间由所述引擎发电机和所述电池二者同时将电能供应到所述焊接电源供应器；
由所述引擎发电机通过所述焊接电源供应器对所述电池再充电；
通过传感器来感测电池电压和电池电流中的至少一个并且在所述电池再充电期间输出对应于电池电压和电池电流中的所述至少一个的一信号；以及
在所述再充电期间由所述场控制器基于从所述传感器接收的所述信号自动地调整流过所述场绕组的所述电流的水平。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：由所述场控制器选择第一场电流水平和第二场电流水平中的一个作为流过所述场电流绕组的所述电流的水平，所述第一场电流水平对应于所述电池的第一再充电率，所述第二场电流水平对应于所述电池的第二再充电率，其中所述第一场电流水平大于所述第二场电流水平并且所述第一再充电率快于所述第二再充电率。
14.如权利要求13所述的方法，其中在所述焊接操作期间所述第一再充电率超过所述电池的放电率，并且在所述焊接操作期间所述第二再充电率近似等于所述电池的所述放电率。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述开关式电源转换器包括整流器、开关电路以及连接所述整流器和所述开关电路的DC母线，其中所述电池被连接到所述DC母线，并且归因于以所述第一场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平大于归因于以所述第二场电流水平通过所述场绕组的所述电枢绕组的激励的所述DC母线的电压水平。
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