CN107530814A - 用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法 - Google Patents

用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107530814A
CN107530814A CN201580075075.9A CN201580075075A CN107530814A CN 107530814 A CN107530814 A CN 107530814A CN 201580075075 A CN201580075075 A CN 201580075075A CN 107530814 A CN107530814 A CN 107530814A
Authority
CN
China
Prior art keywords
scr
signal
welding system
signals
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580075075.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107530814B (zh
Inventor
詹姆斯·F·乌尔里奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Illinois Tool Works Inc
Original Assignee
Illinois Tool Works Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Illinois Tool Works Inc filed Critical Illinois Tool Works Inc
Publication of CN107530814A publication Critical patent/CN107530814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107530814B publication Critical patent/CN107530814B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B23K9/1043—Power supply characterised by the electric circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953—Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006—Power supply
    • B23K9/1043—Power supply characterised by the electric circuit
    • B23K9/1056—Power supply characterised by the electric circuit by using digital means
    • B23K9/1062—Power supply characterised by the electric circuit by using digital means with computing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/263—Circuits therefor for testing thyristors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
    • H02H7/1255—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers responsive to internal faults, e.g. by monitoring ripple in output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

一种焊接系统包括耦合到电源并且被配置成接收电力信号的电源。所述电源包括电力转换电路，所述电力转换电路具有一个或多个硅控整流器(SCR)，并且被配置成对所述电力信号进行整流以生成DC信号以用于在提供焊接电力时使用。所述焊接系统也包括SCR检测系统，所述SCR检测系统被配置成接收指示所述DC信号的电感器电流的信号以及指示所述DC信号的电压的信号。所述SCR检测系统还被配置成基于所述DC信号的所述电感器电流和所述焊接电压来检测所述一个或多个SCR中的不点火、开路或短路SCR。

Description

用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法
背景技术
本发明一般涉及焊接系统。具体地，本文所描述的实施例涉及检测用于焊接系统的电源中的不工作硅控整流器(SCR)。
许多类型的焊接操作需要大量的电力。焊接系统可以使用高电流或高电压输入信号来生成适合于焊接操作的大焊接电流和电压。特别地，焊接系统可以使用隔离交流(AC)输入信号，并且可以将所述输入信号转换成适合于操作的直流(DC)信号。
为了执行所述电力转换，用于焊接系统的电力转换系统可以包括一个或多个SCR。然而，如果这些SCR中的至少一个变得不工作(即，不点火、开路或短路)，则应该从操作中移除焊接系统。
因此，焊接系统常常包括检测短路SCR的电路或控制逻辑。例如，焊接系统可以包括使用各种测试电压来对包含SCR的电路进行测试并且可以将所输出的信号与目标信号进行比较的控制逻辑。可以周期性地或者基于事件(诸如焊接系统的起动)执行此过程。然而，改进用于检测短路SCR的过程将是有利的。另外，将期望检测任何类型的不工作SCR(即，不点火、开路和短路SCR)。
发明内容
在一个实施例中，一种焊接系统包括耦合到电源并且被配置成接收电力信号的电源。所述电源包括电力转换电路，所述电力转换电路具有一个或多个硅控整流器(SCR)，并且被配置成对所述电力信号进行整流以生成DC信号以用于在提供焊接电力时使用。所述焊接系统也包括SCR检测系统，所述SCR检测系统被配置成接收指示所述DC信号的电感器电流的信号以及指示所述DC信号的电压的信号。所述SCR检测系统还被配置成基于所述DC信号的所述电感器电流和所述焊接电压来检测所述一个或多个SCR中的不点火、开路或短路SCR。
在另一实施例中，一种方法包括，在具有耦合到电源并且被配置成接收电力信号的电源的焊接系统中，所述电源具有电力转换电路，所述电力转换电路具有一个或多个硅控整流器(SCR)，并且被配置成对所述电力信号进行整流以生成DC信号以用于在提供焊接电力时使用，接收指示由所述电源提供的AC信号的频率的信号。所述方法还包括接收指示通过经由所述电力转换电路对所述AC信号进行整流所生成的DC信号的电感器电流的信号、接收指示所述DC信号的电压的信号以及确定所述电感器电流和所述焊接电压的纹波分量。另外，所述方法包括在工频纹波分量在所述AC信号的预置数量的周期内较为明显的情况下检测到所述至少一个SCR中的不点火、开路或短路SCR。
在另一实施例中，一种用于焊接系统的改装套件包括：电子存储器，所述电子存储器存储可执行代码；以及数字信号处理器，所述数字信号处理器可操作地耦合到所述存储器。所述数字信号处理器被配置成执行所存储的代码以接收指示用于所述焊接系统的AC电力信号的信号、指示通过对所述AC电力信号进行整流所生成的DC信号的电感器电流的信号以及指示所述DC信号的焊接电压的信号。所述数字信号处理器也被配置成确定所述电感器电流和所述焊接电压的纹波分量并且在工频纹波分量较为明显的情况下检测到所述一个或多个SCR中的不点火、开路或短路SCR。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中相同的字符在所有附图中表示相同的部件，其中：
图1是依照本方法的实施例的具有晶闸管检测系统的焊接系统的示意绘图；
图2是依照本方法的实施例的图1的焊接系统的电源内的整流器34电路的简图；
图3是依照本方法的实施例的图1的晶闸管检测系统的框图；
图4是示出了依照本方法的实施例的用于操作图1的晶闸管检测系统的过程的流程图；
图5是示出了依照本方法的实施例的用于检测短路晶闸管的模拟结果的曲线图；
图6是示出了依照本方法的实施例的用于检测开路晶闸管的模拟结果的曲线图；以及
图7是示出了依照本方法的实施例的用于检测不工作晶闸管的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
将在下面描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可以不在本说明书中描述实际实施方式的所有特征。应该了解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施方式特定决定以实现开发者的特定目标，诸如遵照可以从一个实施方式到另一实施方式变化的系统相关且业务相关约束。而且，应该了解的是，这样的开发努力可能是复杂且费时的，但是对于受益于此公开的普通技术人员来说将是设计、制作和制造的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，定冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包括的并且意味着可以存在除所列举的元件以外的附加元件。短语“不工作硅控整流器(SCR)”旨在指不点火、开路或短路的任何SCR。
许多类型的焊接系统包括电力转换电路，使得该焊接系统可以从电源接收交流(AC)输入信号，并且将它转换成用于各种类型的焊接操作的直流(DC)输出信号。具体地，该电力转换电路可以包括一个或多个晶闸管，诸如硅控整流器(SCR)、闸控断开晶闸管(GTO)、MOSFET控制晶闸管等，以将高电压或高电流AC信号转换为DC信号。
当电力转换电路中的晶闸管变得不工作(即，晶闸管不点火、开路或短路)时，电力转换电路不再能够对传入AC信号进行整流以产生所期望的DC信号。也就是说，虽然整流器34仍然可以将AC信号转换为DC信号，但是它可能不产生所期望的DC信号。因此，操作员必须从操作中移除焊接系统以安排或者执行维修。
为了检测不工作晶闸管，焊接系统的本实施例可以包括晶闸管检测系统。该晶闸管检测系统可以使用DC信号的电感器电流和焊接电压来确定晶闸管是否不工作。具体地，该晶闸管检测系统可以基于电感器电流和焊接电压信号的纹波分量的频率以及AC输入信号的频率的比较来确定晶闸管是否不工作。一旦该晶闸管检测系统确定晶闸管不工作，该晶闸管检测系统或焊接系统就可以启动焊接系统的关闭。
如将在下面更详细描述的，正常操作期间与不工作晶体管之间的纹波分量的频率差异是相当大的，这可以减少晶闸管检测系统的误报和漏报的量。附加地，电感器电流和焊接电压信号的信噪比通常是高的，这提高了由晶闸管检测系统使用的测量结果的准确性，并且进而，提高了晶闸管检测系统本身的准确性。另外，如将在下面所示出的，晶闸管检测系统可以在少至50ms中检测到不工作晶闸管，从而减少焊接系统以不工作晶闸管运行的时间。附加地，在某些实施例中，晶闸管检测系统可以使用用于确定纹波分量的频率的方法，所述方法减少计算量并且简化被执行计算的类型，如将在下面更详细描述的。这进而可以减少晶闸管检测系统的计算时间、电力要求和资源消耗。而且，通过利用电感器电流和焊接电压信号的纹波分量的频率，本晶闸管检测系统可以用于检测用于单相电源和三相电源两者的电力转换电路中的不工作晶闸管。另外，如果焊接系统具有一个或多个不工作晶闸管，则纹波信号中的一个或两个均将具有明显的工频分量。因此，晶闸管检测系统可以检测对于电力转换电路使用任何数量的晶闸管的系统中的不工作晶闸管。
本晶闸管检测系统可以不需要对焊接系统进行附加硬件或软件修改，因为许多焊接系统出于其它控制目的而测量电感器电流和焊接电压信号。晶闸管检测系统可以用电路和数字控制逻辑两者加以实现。在晶闸管检测系统被实现为数字控制逻辑的实施例中，该晶闸管检测系统可以被移植到能够数字信号处理的装置，诸如微控制器或现场可编程门阵列(FPGA)，并且被包装为现有焊接系统的改装套件。
考虑到上文，图1描绘了可以利用上面所描述的晶闸管检测系统的实施例的焊接系统10。所述焊接系统10包括耦合到电源14的电源12。电源14可以是单相电源、三相电源，或能够提供单相电力信号和三相电力信号两者的电源。如在下面更详细描述的，电源提供高电压AC信号，所述高电压AC信号由电源12接收并且被调整以用于在焊接操作中使用。
电源12包括电力转换电路16、控制电路18和操作员接口20。电力转换电路16调整AC电力信号以用于在焊接操作中使用。控制电路18大体上可以监测和控制焊接系统10的操作。例如，控制电路18可以监测生成的焊接电弧的电流和电压以确定所生成的焊接电弧对所期望的焊接操作来说是否足够。操作员接口20可以使得操作员能够对焊接系统10执行某些功能或者使用焊接系统10来执行某些功能。例如，焊接系统10可以被配置成执行不同类型的焊接操作，并且操作员可以利用操作员接口20来选择适当的焊接操作。
焊接系统10也包括具有电极24的焊接吹管22。焊接吹管22经由工作电缆26从电源12接收经调整的电力信号。经调整的电力信号在电极24与金属工件28之间创建电弧，操作员使用所述电弧进行所期望的焊接。返回电缆30将工件28耦合到电源12，从而完成通过焊接操作创建的“回路”。焊接系统10可以被用于任何类型的焊接操作，诸如气体金属电弧焊接、气体钨电弧焊接、保护金属电弧焊接和点焊接。附加地，如上面所指出的，焊接系统10可以被配置成执行若干类型的焊接操作。另外，应该了解的是，焊接系统10也可以是用于气刨和切割操作(诸如碳电弧气刨和等离子体切割)的系统。
如上面所提及的，电源12包括调整来自电源14的高电压AC信号的电力转换电路16。特别地，电力转换电路16对高电压AC信号进行整流以生成适合于焊接操作的高电压DC信号。为了执行这所述转换，电力转换电路16包括一个或多个晶闸管。例如，这些晶闸管可以是硅控整流器(SCR)，其通常用在用于控制高功率或高电压信号的装置的整流器电路中。为了检测不工作晶闸管，电源12也可以包括耦合到电力转换电路16和控制电路18并且在下面更详细地描述的晶闸管检测系统32。
现在转向图2，电力转换电路16包括用于将高电压AC信号转换为高电压DC信号的整流器34。如上所述，整流器34包括一个或多个SCR 36。例如，在图2中，整流器34是三相整流器并且因此包括六个SCR 36，所述六个SCR形成全波三相桥。如图2中所示的，一对SCR 36串联连接，并且三对中的每一个均并联连接。SCR 36的每对均连接到电压输入端38，高电压AC信号的每相各一个。也就是说，高电压AC信号的相位在电压输入端38中的每一个处将是不同的。除SCR 36之外，整流器34还可以包括其它组件，诸如串联和/或并联耦合到SCR 36的电容器40和电感器42。SCR 36、电容器40和电感器42进而耦合到负载44，所述负载44在本实施例中可以是电力转换电路16的工作电缆26或另一部分。如将了解的，可以根据整流器34的期望类型来确定SCR 36、电容器40、电感器42和任何其它组件的数量和配置。另外，尽管本实施例被描绘为包含全波三相SCR的全波三相整流器，然而应该了解的是，整流器34可以是半波和/或单相整流器电路，并且SCR 36可以形成半波和/或单相整流器。也应该注意的是，本技术也可以被用于半受控整流器。
每个SCR 36均耦合到闸控点火电路46，所述闸控点火电路46可以是可将相应的SCR36从非导电状态切换到导电状态(也被称为“点火”)并且反之亦然的任何适合的闸控触发电路。在其它实施例中，其它类型的触发电路(诸如正向电压触发电路、温度触发电路、灯触发电路等)可以用于切换SCR 36的操作状态。闸控点火电路46可以使用模拟电路或数字逻辑来实现。闸控点火控制逻辑48可以控制闸控点火电路46以按需在导电状态与非导电状态之间切换SCR 36。例如，在所描绘的实施例中，SCR 36和电容器40被布置为使得闸控点火控制逻辑48可以使用闸控点火电路46以按需使用强制换向来切换SCR 36。闸控点火控制逻辑48可以由控制电路18单独地实现并且可以与控制电路18进行通信，或者闸控点火控制逻辑48可以是控制电路18的一部分。
一旦SCR 36变得不工作，整流器34就不再可以执行从AC信号到DC信号的转换。也就是说，虽然整流器34仍然可以将AC信号转换为DC信号，但是它不能产生所期望的DC信号。因为电力转换电路16不再能够供应经调整的电力信号，所以焊接操作可能不以最佳方式操作。另外，因为焊接系统10可以通常采用高电压AC电源，所以未整流的AC信号也可以对电力转换电路16的其它组件以及位于整流器34下游的焊接系统10造成损坏。
为了检测不工作CSR 36，焊接系统10包括如上面所提及的晶闸管检测系统32。晶闸管检测系统32可以一般地基于所生成的DC信号的电感器电流和焊接电压来确定整流器34中的至少一个SCR 36何时变得不工作。一旦晶闸管检测系统32确定SCR 36不工作，晶闸管检测系统32就可以启动控制动作以关闭焊接系统10。
现在转向图3，可以将晶闸管检测系统32实现为数字控制逻辑。晶闸管检测系统32包括处理器50、存储器52和通信链路54。处理器50可以是例如用于执行计算和处理任务的通用单芯片或多芯片或核处理器。附加地，处理器可以是任何常规的专用处理器，诸如数字信号处理器。如所示的，处理器50和/或其它数据处理电路可以可操作地耦合到存储器52以为晶闸管检测系统23检索并执行指令。例如，可以将这些指令编码在程序中，所述程序被存储在可以为有形非暂时性计算机可读介质的示例的存储器52中，并且可以由处理器50访问和执行以允许目前公开的技术被执行。存储器52可以是大容量存储装置、闪速存储器装置、可移动存储器，或任何其它非暂时性计算机可读介质。附加地和/或替换地，可以将指令存储在附加的合适制品中，所述制品包括至少以与如上面所描述的存储器52类似的方式共同地存储这些指令或例行程序的至少一个有形非暂时性计算机可读介质。通信链路54可以是允许晶闸管检测系统32与其它组件(诸如控制电路18或操作员接口20)进行通信的任何有线连接(例如，采用以太网的有线电信基础设施或局域网)或无线连接(例如，蜂窝网络或802.11x Wi-Fi网络)。
可以将晶闸管检测系统32实现为能够执行数字信号处理的任何合适的装置，诸如微控制器或FPGA，所述装置然后可以被安装在电源12内。实际上，在一些实施例中，可以将晶闸管检测系统包装为现有焊接系统10的改装套件或模块。另一方面，晶闸管检测系统32可以是控制电路18的组件。在其它实施例中，晶闸管检测系统32可以是电源12内的模拟电路。
如上面所提及的，晶闸管检测系统32使用由焊接系统10正常用于其它目的的信号。特别地，晶闸管检测系统32使用所生成的DC信号的电感器电流和焊接电压的测量结果，所述测量结果可以由控制电路18或者由焊接系统10内的传感器来提供。
在焊接系统10的标准操作期间，电感器电流和焊接电压信号由具有纹波分量的DC信号构成。纹波的频率是来自电源14的AC信号的频率的六倍(例如，如果来自电源的AC信号以50Hz操作，则纹波分量频率是300Hz)。当SCR 36变得不工作时，工频纹波分量变得明显，其可以是电感器电流或焊接电压的输出值的至少百分之五。此值的改变在确切地一个SCR36变得不工作之后发生。
为了检测不工作SCR 36，晶闸管检测系统32利用在标准操作期间对在SCR故障期间的工频纹波分量中的差异。也就是说，晶闸管检测系统32确定工频纹波分量，并且评估该工频纹波分量是否明显。工频纹波分量在标准操作期间是可忽视的(即，约为零)，但是在SCR故障期间是明显的。
为了确定工频纹波分量，晶闸管检测系统32计算电感器电流和焊接电压信号的离散傅里叶变换(DFT)。晶闸管检测系统32计算电感器电流和焊接电压信号两者的DFT，因为电压的工频分量在短路输出情况下将为零，然而电流的工频分量在输出开路的情况下将为零，而不管SCR是开路还是短路。其它信号(到短路输出中的电流、到开路输出中的电压)在SCR短路或开路的情况下将是明显的。因此，评估电感器电流和焊接电压信号两者的纹波分量允许晶闸管检测系统32除了检测不点火SCR 36(即，任何不工作SCR 36)之外还检测短路和开路SCR 36两者。如将了解的，可以使用其它傅里叶变换(或频率评估技术)代替所描述的DFT(例如，在晶闸管检测系统32由模拟电路构成的情况下为连续傅里叶变换)。
在目前设想的实施例中，晶闸管检测系统32可以使用以下等式(1)来计算电感器电流和焊接电压信号的复DFT：
其中X[k]表示复频率系数，k表示频率系数的索引(即，第一、第二、第三等)，Re(X[k])表示复频率系数的实分量，并且Im(X[k])表示复频率系数的虚分量。纹波分量相当于复频率系数的大小，其是当Im(X[k])等于零时Re(X[k])的值。可使用以下等式(2)和(3)找到Re(X[k])和Im(X[k])：
其中N表示信号的样本数量，n表示当前样本的索引，并且xn表示当前样本的值。
为了简化计算，晶闸管检测系统32可以被配置成仅确定纹波分量(即，当k＝1时)。另外，晶闸管检测系统32也可以使用以下等式(4)和(5)来递归地计算Re(X[k])和Im(X[k])：
晶闸管检测系统32可以具体地使用201点DFT。也就是说，晶闸管检测系统32可以使用以下等式(6)：
N≈64π(6)
通过使用201点DFT，可以将等式4和5的其它部分简化为等式(7)、(8)和(9)，如下所示：
使用等式(4)至(9)可以使得晶闸管检测系统32能够使用移位和加法操作代替乘法操作来计算工频纹波分量。这进而可以减少用于计算纹波分量的计算时间、计算功率、资源消耗(例如，在计算期间存储的数据的量)。
一旦晶闸管检测系统32计算出纹波分量，晶闸管检测系统32就确定工频纹波分量是否在多个周期内明显。通过在多个周期期间评估工频纹波分量，晶闸管检测系统32可以避免由于在频率范围内由于起动时的暂时电压不平衡导致的瞬时信号而导致的误报。如果工频纹波分量在多个周期内明显，则晶闸管检测系统32确定至少一个SCR 36不工作。晶闸管检测系统32然后可以单独或者与控制电路18相结合地对于焊接系统10启动关闭过程。例如，在一些实施例中，晶闸管检测系统32可以激活用于启动关闭过程的控制信号，然而在其它实施例中，晶闸管检测系统32可以与控制电路18进行通信，所述控制电路18然后将激活控制信号。在此类实施例中，控制电路18可以在关闭过程之前经由操作员接口20向操作员提供反馈。另一方面，晶闸管检测系统32或控制电路18可以向操作员提供指示至少一个SCR36不工作的反馈，然后操作员可以启动关闭过程。在此类实施例中，控制电路18可以在启动关闭过程本身之前分配用于操作员启动关闭过程的时间的窗口。
在一些实施例中，晶闸管检测系统32可以针对不工作SCR 36生成警告。也就是说，如果故障阈值是一定数量的周期(例如，30个周期)，则晶闸管检测系统32可以在更少数量的周期内建立警告阈值。如果工频纹波分量在大于或者等于警告阈值而不是故障阈值的许多周期内明显，则晶闸管检测系统32或控制电路18可以使用操作员接口20来向操作员提供警告。应该注意的是，任何方案均可用于计算用来确定SCR问题的周期的数量。例如，在当前设想的实施例中，当工频纹波分量明显时，计数器增加一个计数。当工频纹波分量可忽视时，计数器减小3个计数，其中零计数是基数。计数因此可以在行为继续似乎有问题的情况下累积，并且可以最终达到用于指示存在问题的阈值。这当然是如何可以实现计数和检测的仅一个实例。
现在转向图4，晶闸管检测系统32可以执行过程60以检测不工作SCR 36。尽管在下面对过程60进行了详细的描述，然而过程60可以包括图4中未示出的其它步骤。附加地，可以同时或者按照不同的次序执行所示出的步骤。如上所述，在晶闸管检测系统32由数字控制逻辑构成的实施例中，过程60可以被存储在存储器52中并且由处理器50执行。
在块62处开始，晶闸管检测系统32可以接收电感器电流和焊接电压信号的测量结果。因为这些信号出于其它控制目的被频繁地测量，所以晶闸管检测系统32可以从控制电路18接收测量结果。在其它实施例中，晶闸管检测系统32可以被配置成从布置在焊接系统10内的电流和电压传感器处接收测量结果。
在块64处，晶闸管检测系统32确定电感器电流和焊接电压信号的工频纹波分量。晶闸管检测系统32可以使用上面所概述的等式(4)至(9)。另外，如上所述，晶闸管检测系统32评估电感器电流和焊接电压信号两者的工频纹波分量以检测短路和开路SCR 36两者。
在确定工频纹波分量之后，在块66处晶闸管检测系统32确定工频纹波分量是否明显。如果工频纹波分量是可忽视的，则晶闸管检测系统32返回到在块62处接收电感器电流和焊接电压的测量结果。如将由本领域的技术人员所了解的，如果SCR在正常地操作，则对接收60Hz输入电力信号的系统来说将预期360Hz(或在不平滑的情况下为180Hz)的纹波频率。也就是说，这样的系统的工频分量将是可忽视的。明显的工频纹波分量的检测然后表示SCR的故障。也应该注意的是，这里所公开的技术可以用于检测系统是“单定相”。
如果晶闸管检测系统32确定工频纹波分量明显，则在块68处晶闸管检测系统32跟踪该分量明显的周期的数量。在块70处，晶闸管检测系统32然后确定持续时间是否大于故障阈值。如果是，则在块72处晶闸管检测系统32为焊接系统10启动关闭过程。
如果晶闸管检测系统32确定持续时间小于故障阈值，则在块74处，晶闸管检测系统32确定持续时间是否大于警告阈值。如果是，则在块76处晶闸管检测系统32向操作员发送警报。如果不是，则晶闸管检测系统32返回到在块62处接收电感器电流和焊接电压的测量结果。
图5、图6和图7描绘了晶闸管检测系统32的模拟。特别地，图5描绘了利用具有60Hz的频率的AC电力信号的焊接系统10中的短路SCR 36的检测。也就是说，图5描绘了电感器电流的纹波的60Hz(工频)分量明显的确定。图5包括具有时间的横坐标82和具有电流的纵坐标84，所述电流出于图5的目的减小了十倍。图5也包括电感器电流的重采样值78以及指示纹波分量的60Hz分量的存在的数字信号80。如所描绘的，晶闸管检测系统32在60Hz系统上在3个周期或0.05秒内检测不工作SCR 36的存在。
类似地，图6描绘了利用具有60Hz频率的AC电力信号的焊接系统10中的开路SCR36的检测。也就是说，图6描绘了焊接电压的60Hz纹波分量明显的确定。图6包括具有时间的横坐标90和具有螺柱电压的纵坐标92。图6也包括焊接电压的重采样值86以及指示纹波的60Hz分量的存在的数字信号88。类似于图5的描绘，晶闸管检测系统32在0.05秒内检测不工作SCR 36的存在。
图7描绘了采用不平衡电源14的焊接系统10中的不工作SCR 36的检测，在所述不平衡电源14中，AC电力信号的每相的电压的和是非零的。所模拟的焊接系统10利用具有60Hz的频率的AC电力信号。图7包括具有时间的横坐标98和具有螺柱电压的纵坐标100。图7也包括焊接电压的重采样值94以及指示纹波分量的60Hz分量的存在的数字信号96。如可以在模拟结果中看到的，晶闸管检测系统32在0.05秒内检测不工作SCR 36的存在。一般而言，晶闸管检测系统32可在少至50ms中检测不工作SCR 36，从而降低由于不工作SCR 36而导致的问题的风险。
虽然已经在本文中示出了并描述了本发明的仅某些特征，但是许多修改和改变将被本领域的技术人员想到。因此应当理解的是，所附权利要求旨在涵盖如落入本发明的真正精神内的所有此类修改和改变。

Claims (20)

1.一种焊接系统，包括：
电源，所述电源耦合到电源并且被配置成接收电力信号，所述电源包括电力转换电路，所述电力转换电路具有一个或多个硅控整流器(SCR)，并且被配置成对所述电力信号进行整流以生成DC信号以用于在提供焊接电力时使用；以及
SCR检测系统，所述SCR检测系统被配置成接收指示所述DC信号的电感器电流的信号以及指示所述DC信号的电压的信号，并且基于所述DC信号的所述电感器电流或所述焊接电压或两者来检测所述一个或多个SCR中的不点火、开路或短路SCR。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统被配置成确定所述电感器电流和所述焊接电压的纹波分量，并且在所述纹波分量在预置数量的周期内在所述电力信号的频率下明显的情况下检测所述不点火、开路或短路SCR。
3.根据权利要求2所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统被配置成检测所述电力信号的所述频率。
4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统包括存储器和数字信号处理器。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统是用于所述焊接系统的改装套件的一部分。
6.根据权利要求4所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统被配置成使用仅移位和加法操作来确定所述纹波分量。
7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统被配置成在检测到不点火、开路或短路SCR时关闭所述焊接系统。
8.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述SCR检测系统被配置成在检测到不点火、开路或短路SCR时生成操作员警报。
9.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述电源被配置成对来自单相电源的单相电力进行整流。
10.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述电源被配置成对来自所述电源的三相电力进行整流。
11.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述电力信号是平衡电力信号。
12.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述电力信号是不平衡电力信号。
13.一种方法，包括，在包括耦合到电源并且被配置成接收电力信号的电源的焊接系统中，所述电源包括电力转换电路，所述电力转换电路具有一个或多个硅控整流器(SCR)，并且被配置成对所述电力信号进行整流以生成DC信号以用于在提供焊接电力时使用：
接收指示由所述电源提供的AC信号的频率的信号；
接收指示通过经由所述电力转换电路对所述AC信号进行整流所生成的DC信号的电感器电流的信号；
接收指示所述DC信号的电压的信号；
确定所述电感器电流或所述焊接电压或两者的纹波分量；
在工频纹波分量在所述AC信号的预置数量的周期内明显的情况下检测不点火、开路或短路SCR。
14.根据权利要求13所述的方法，包括使用傅里叶变换来确定所述纹波分量。
15.根据权利要求13所述的方法，包括在所述纹波分量在小于指示不点火、开路或短路SCR的周期的数量的预置数量的周期内相当于所述AC信号的所述频率的情况下生成警告信号。
16.根据权利要求13所述的方法，包括在检测到不点火、开路或短路SCR时生成控制信号并且将其发送到包括所述电力转换电路的焊接系统的控制系统。
17.一种用于焊接系统的改装套件，包括：
电子存储器，所述电子存储器存储可执行代码；以及
数字信号处理器，所述数字信号处理器可操作地耦合到所述存储器，并且被配置成执行所存储的代码以接收指示用于所述焊接系统的AC电力信号的信号、指示通过对所述AC电力信号进行整流所生成的DC信号的电感器电流的信号以及指示所述DC信号的焊接电压的信号，确定所述电感器电流或所述焊接电压或两者的纹波分量，并且在工频纹波分量明显的情况下检测不点火、点火或短路SCR。
18.根据权利要求17所述的改装套件，其中所述数字信号处理器被配置成在所述工频纹波分量在小于指示不点火、开路或短路SCR的周期的数量的预置数量的周期内明显的情况下生成警告信号。
19.根据权利要求18所述的改装套件，其中所述数字信号处理器被配置成检测所述AC电力信号的所述频率。
20.根据权利要求17所述的改装套件，其中所述数字信号处理器被配置成在检测到不点火、开路或短路SCR时向用于所述焊接系统的控制系统发送控制信号。
CN201580075075.9A 2014-12-10 2015-10-16 用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法 Expired - Fee Related CN107530814B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/565,994 2014-12-10
US14/565,994 US9862053B2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Systems and methods for detecting non-operating thyristors in welding systems
PCT/US2015/056023 WO2016093957A1 (en) 2014-12-10 2015-10-16 Systems and methods for detecting non-operating thyristors in welding systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107530814A true CN107530814A (zh) 2018-01-02
CN107530814B CN107530814B (zh) 2020-01-10

Family

ID=54396984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580075075.9A Expired - Fee Related CN107530814B (zh) 2014-12-10 2015-10-16 用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9862053B2 (zh)
EP (1) EP3230753B1 (zh)
CN (1) CN107530814B (zh)
WO (1) WO2016093957A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111992865A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 天津七所高科技有限公司 一种针对逆变电阻焊次级整流模块的故障检测电路及方法
CN112400263A (zh) * 2018-05-01 2021-02-23 伊利诺斯工具制品有限公司 单相输入检测和电源保护

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110108971B (zh) * 2019-06-26 2021-06-25 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种架空裸导线经树木接地故障的电弧检测方法
US20210129252A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Illinois Tool Works Inc. Systems and methods to control welding-type power supplies using ac waveforms and/or dc pulse waveforms
US20210129251A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Illinois Tool Works Inc. Systems and methods to control welding-type power supplies using ac waveforms and/or dc pulse waveforms
CN110994546B (zh) * 2019-12-20 2021-11-26 歌尔科技有限公司 一种电子芯片的焊接保护装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2138001Y (zh) * 1992-09-01 1993-07-14 吉林工业大学 多功能可控硅逆变弧焊机
US20060037953A1 (en) * 2004-08-17 2006-02-23 Lincoln Global, Inc., A Delaware Corporation Hybrid powered welder
US20100308027A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Illinois Tool Works Inc. Systems and devices for determining weld cable inductance
US20110011842A1 (en) * 2009-07-19 2011-01-20 Thomas Jose P Method and apparatus for receiving a universal 3 phase input voltage in a welding power source
KR20130104722A (ko) * 2012-03-15 2013-09-25 에스티엑스조선해양 주식회사 광통신을 이용한 ｓｃｒ 용접기
CN203679493U (zh) * 2013-11-29 2014-07-02 昆明理工大学 一种中频弧焊电源可控整流的控制装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4314195A (en) 1979-11-01 1982-02-02 Hobart Brothers Company Solid state control for motor-generator welder
SU1355401A1 (ru) 1986-04-01 1987-11-30 Вильнюсский Инженерно-Строительный Институт Источник питани дуги переменным током
US5406051A (en) 1993-04-29 1995-04-11 Electric Power Research Institute Welding machine with a high frequency converter
US5408067A (en) 1993-12-06 1995-04-18 The Lincoln Electric Company Method and apparatus for providing welding current from a brushless alternator
US6567253B1 (en) 2002-01-10 2003-05-20 Illinois Tool Works Inc. Apparatus to sense a silicon controlled rectifier short circuit
US6963216B2 (en) * 2003-06-13 2005-11-08 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for detecting shorted rectifying control elements of an engine driven power source for welding-type system
CN201632743U (zh) 2010-01-26 2010-11-17 深圳市佳士科技股份有限公司 逆变焊机
CN103973123B (zh) 2014-04-30 2016-06-22 华中科技大学 一种弧焊电源系统、控制方法及电源模块

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2138001Y (zh) * 1992-09-01 1993-07-14 吉林工业大学 多功能可控硅逆变弧焊机
US20060037953A1 (en) * 2004-08-17 2006-02-23 Lincoln Global, Inc., A Delaware Corporation Hybrid powered welder
US20100308027A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Illinois Tool Works Inc. Systems and devices for determining weld cable inductance
US20110011842A1 (en) * 2009-07-19 2011-01-20 Thomas Jose P Method and apparatus for receiving a universal 3 phase input voltage in a welding power source
KR20130104722A (ko) * 2012-03-15 2013-09-25 에스티엑스조선해양 주식회사 광통신을 이용한 ｓｃｒ 용접기
CN203679493U (zh) * 2013-11-29 2014-07-02 昆明理工大学 一种中频弧焊电源可控整流的控制装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112400263A (zh) * 2018-05-01 2021-02-23 伊利诺斯工具制品有限公司 单相输入检测和电源保护
CN112400263B (zh) * 2018-05-01 2023-09-08 伊利诺斯工具制品有限公司 单相输入检测和电源保护
CN111992865A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 天津七所高科技有限公司 一种针对逆变电阻焊次级整流模块的故障检测电路及方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016093957A1 (en) 2016-06-16
CN107530814B (zh) 2020-01-10
US20160167152A1 (en) 2016-06-16
EP3230753B1 (en) 2020-07-08
EP3230753A1 (en) 2017-10-18
US9862053B2 (en) 2018-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107530814A (zh) 用于检测焊接系统中的不工作晶闸管的系统和方法
Arghandeh et al. Topology detection in microgrids with micro-synchrophasors
CN105093132B (zh) 一种大功率整流器开路故障快速在线诊断方法
CN104764978B (zh) 一种单相接地故障选相及过渡电阻测量方法
CN105301522B (zh) 一种三相市电掉电的检测方法
US20170025853A1 (en) Thévenin equivalent based static contingency assessment
CN111781532B (zh) 一种实现三相逆变器功率模块老化实验的电路及方法
CN107942192A (zh) 一种配电设备ct自动测试方法及系统
CN106019044B (zh) 电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器开关管开路故障诊断方法
CN102854428A (zh) 一种短路检测方法和装置
CN103872679A (zh) 微弱信号下的电网戴维南等值模型参数辨识方法
CN105162097A (zh) 一种配电网故障处理过程的培训仿真方法及仿真系统
RU164503U1 (ru) Устройство непрерывной диагностики и прогнозирования повреждений в силовых кабельных линиях в реальном времени
CN103760514B (zh) 一种电能表快速检测的方法及装置
KR101988670B1 (ko) 배전계통의 상태추정 장치
CN103412190B (zh) 基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法
CN104682354B (zh) 检测短接二极管
WO2015192273A1 (zh) 一种三相交流电弧炉自适应建模装置及其仿真算法
CN107664718A (zh) 一种hvdc晶闸管级直流均压电阻动态参数在线监测方法
KR20130035766A (ko) Ｈｖｄｃ고장 분석 시스템
US11867740B2 (en) Method and apparatus for identifying a grid fault
WO2024011801A1 (zh) 晶闸管电压监测板检测系统及方法
US9906173B2 (en) Method for estimating motor parameter in a load commutated inverter arrangement, and a load commutated inverter arrangement therefor
CN106646007A (zh) 一种hvdc晶闸管级阻尼回路动态参数在线监测方法
CN114441990A (zh) 一种交通信号机的漏电检测装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200110

Termination date: 20211016