CN110385503B - 无失真的电弧焊接电压测量 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及无失真的电弧焊接电压测量。用于减少在电压测量线中感应出的失真的方法和系统。在实施例中，测量线耦合到电弧焊接装置的头部并且耦合到反馈电路，以将测量线上的头部电压和感应出的噪声提供给反馈电路。参考线耦合到参考节点并且耦合到反馈电路，以将在参考线上感应出的噪声提供给反馈电路。参考节点可以接近头部并与头部电隔离，并且测量线和参考线可以彼此相邻地布置(例如，作为双绞线)，使得在测量线和参考线中感应出类似的失真。反馈电路将头部电压确定为参考线的噪声与第一测量线的头部电压和噪声之间的差。

Description

无失真的电弧焊接电压测量
背景技术
在电弧焊接装置中，电源提供在焊接头部和工件之间的电压。为了使电源能够将与电力相关的操作参数维持在期望的水平，测量线从焊接头部延伸到电源，并且从工件延伸到电源，以提供指示电弧电压的反馈信号。
电源电缆中的高电流产生磁场。磁场在测量线上感应出干扰/噪声。这些干扰使由测量线承载的电压反馈信号失真，并影响电源准确地调节焊接头部和工件之间的电压的能力。
附图说明
图1是包括反馈电路系统以去除在电压测量线上感应出的失真/噪声的电弧焊接装置的图示。
图2是电弧焊接装置的简化的框布线图，其中反馈电路系统包括从测量线的有噪声的头部电压中减去参考线的噪声的减法电路系统。
图3是电弧焊接装置的另一个简化的框布线图，其中测量线和参考线被配置为双绞线。
图4是电弧焊接装置的另一个简化的框布线图，其中反馈电路系统包括从有噪声的头部电压中减去噪声的变压器。
图5是电弧焊接装置的另一个简化的框布线图，其中反馈电路系统包括从有噪声的头部电压中减去噪声的2:1变压器，以及用于控制补偿水平的电位计。
图6是电弧焊接装置的另一个简化的框布线图，该电弧焊接装置包括附加的反馈电路系统以去除在工件测量线上感应出的干扰。
图7图示了在参考线中感应出的示例干扰波形。
图8图示了示例的有噪声的头部电压波形和对应的无噪声头部电压波形。
图9是去除或减少在电压测量线上感应出的干扰的方法的流程图。
在附图中，附图标记的最左边的(一个或多个)数字标识首先出现该附图标记的附图。
具体实施方式
本文公开了减少和/或消除在电压测量线中(诸如，在电弧焊接装置中)感应出的失真的技术。
图1是包括反馈电路系统102以去除在电压测量线上感应出的失真/噪声的电弧焊接装置100的图示。
电弧焊接装置100包括用于在工件106上执行焊接操作的电弧焊接头部104。电弧焊接装置100还包括用于支撑电弧焊接头部104的梁108，以及用于支撑梁108的柱110。梁108和柱110在本文中可以被统称为电弧焊接装置100的框架(例如，图2中的框架208)。
柱110和梁108是导电的并且(经由钢制品、螺栓、螺钉、轴承等)彼此接触。柱110和梁108与电弧焊接头部104电隔离。
电弧焊接装置100还包括使用到电弧焊接头部111的(一个或多个)供电电缆114和来自工件106的(一个或多个)返回电缆116提供跨电弧焊接头部104和工件106的电压的电源112，。
电弧焊接装置100还包括耦合到电弧焊接头部104的节点以将指示电弧焊接头部104的电压的信号提供给反馈电路系统102的测量线120。
测量线120可能受到干扰。干扰可以包括由从通过电弧焊接装置100和/或其它电弧焊接装置的(一个或多个)供电电缆114和/或(一个或多个)返回电缆116的电流产生的磁场感应出的噪声。
为了补偿测量线120上的干扰，电弧焊接装置100还包括耦合到电弧焊接装置100的参考节点124并且耦合到反馈电路系统102的参考线122。节点124靠近电弧焊接头部104并与其电隔离。节点124和电弧焊接框架208是导电的并且可以标称地耦合到地或其它电压参考。
测量线120和参考线122沿着到反馈电路系统102的路径布置成彼此接近和/或彼此相邻，使得参考线122经受与测量线120相同或相似的干扰。以这种方式，在到反馈电路系统102的输入端处，测量线120包括电弧焊接头部104的电压和干扰Vm之和，并且参考线122包括干扰Vm。
在实施例中，线120和122被配置为双绞线。
反馈电路系统102被配置为从测量线120的电压和噪声中减去参考线122的电压，以将电弧焊接头部104的电压的基本上无噪声的测量结果作为无噪声头部电压126提供给电源112的输入端128。
电弧焊接装置100还包括将工件106的电压提供给电源112的输入端132的工件测量线130。
电源112可以被配置为基于输入端128和132来控制施加到(一个或多个)供电电缆114和116的电力(例如，电压、电流等)。
图2是电弧焊接装置100的简化的框布线图，其中反馈电路系统102包括从测量线120的有噪声的头部电压206中减去参考线122的噪声204(即，Vm)的减法电路系统202。
另外，在图2中，电源112包括基于无噪声头部电压126和工件106的(即，在输入端132处的)电压之间的差来维持跨头部104和工件106的期望电压的控制器207。
图3是电弧焊接装置100的另一个简化的框布线图，其中测量线120和参考线122被配置为双绞线302。将测量线120和参考线122配置为双绞线可以帮助确保参考线122经受与测量线120相同或类似的干扰，使得在参考线122上感应出的噪声204(即，Vm)与在测量线120上感应出的噪声相同或相似。但是，本文公开的方法和系统不限于双绞线。
图4是电弧焊接装置100的另一个简化的框布线图，其中反馈电路系统102包括从有噪声的头部电压206中减去噪声204(即，Vm)的变压器402。反馈电路系统102还包括基于在次级绕组404中感应出的和/或施加到次级绕组404的电流在节点406处建立电压的电阻器410。
在该示例中，节点406用测量线120的有噪声的头部电压206偏置。而且，参考线122的噪声204(即，Vm)被施加到变压器402的初级绕组408，以在节点406处感应出噪声204的反相版本(即，-Vm)。因此，节点406处的有噪声的头部电压206被噪声204的反相版本减小，以提供无噪声头部电压126。
变压器402还用于将电源112的输入节点128与Vm隔离。
在图4的示例中，初级绕组404和次级绕组408被图示为具有相同数量的绕组。在另一个实施例中，初级绕组404可以具有比次级绕组408更多或更少的绕组。
本文公开的技术的优点在于补偿遵循Vm，因此如果存在DC电流、更高/更低的AC电流、AC偏移、AC平衡、来自焊接电缆和/或其它AC焊接电力源的频率或磁场，则它将给予相等的补偿。
图5是电弧焊接装置100的另一个简化的框布线图，其中反馈电路系统102包括从有噪声的头部电压206中减去噪声204的变压器502，其基本上如上面参考图4所描述的。
在图5中，变压器502被图示为2:1变压器，以将在次级绕组504中感应出的Vm的反相版本放大两倍。
此外，在图5的示例中，反馈电路系统102包括被配置为可调分压器的电位计510。电位计510可以用于调节在节点506处感应出的Vm的反相放大版本的幅度(例如，在Vm的0和200％之间)，该反向放大版本被从有噪声的头部电压206中减去。电位计510可以用于调节补偿，以便调节由于磁场而在测量线120中产生的电平干扰。
图4中的变压器402和/或图5中的变压器502可以包括信号变压器或脉冲变压器。脉冲变压器是被优化用于发送矩形电脉冲(即，具有快速上升和下降时间以及相对恒定幅度的脉冲)的变压器。
如本文所公开的从有噪声的头部电压206中减去噪声204的技术不限于本文提供的变压器示例。而是，可以利用除变压器以外的设备或除变压器之外还利用其它设备从有噪声的头部电压206中去除噪声204。
如图1至图5中的任何一个或多个所示，工件测量线130也可能受到干扰。这样的干扰可以包括由电弧焊接装置100和/或其它电弧焊接装置的(一个或多个)返回电缆116和/或(一个或多个)供电电缆114产生的磁场。可以利用上面关于图1-5中的一个或多个描述的技术来补偿这样的干扰。下面参考图6提供示例。
图6是电弧焊接装置100的另一个简化的框布线图，该电弧焊接装置100包括附加的反馈电路系统602以去除在工件测量线130上感应出的干扰。
在该示例中，参考线622耦合到节点624，节点624接近工件106并与工件106电隔离。节点624可以对应于工件106搁置在其上的工作台或其它支撑结构630。节点624和/或支撑结构630可以是导电的并且可以标称地耦合到地或其它电压参考点。
工件测量线130和参考线622沿着到反馈电路系统602的路径布置成彼此接近和/或彼此相邻，使得参考线622经受与测量线130相同或相似的干扰。
反馈电路系统602被配置为从测量线130的有噪声的工件电压606中减去在参考线622上感应出的噪声604。反馈电路系统602可以被配置为类似于上面的一个或多个示例中描述的反馈电路系统102。
反馈电路系统102和602可以彼此结合使用，如图6所示。可替代地，可以在没有反馈电路系统602的情况下实现反馈电路系统102，或者可以在没有反馈电路系统102的情况下实现反馈电路系统602。
图7图示了作为波形700的示例干扰(例如，噪声204或Vm)。
图8图示了作为波形802的示例的有噪声的头部电压(例如，有噪声的头部电压206)和作为波形804的对应的无噪声头部电压(例如，无噪声头部电压126)。
图9是去除或减少在电压测量线上感应出的干扰的方法900的流程图。下面参考电弧焊接装置的电压测量线描述方法900。但是，方法900不限于电弧焊接装置。
在902处，将电弧焊接头部的电压提供给测量线上的反馈电路系统，诸如在上面的一个或多个示例中所描述的。
在904处，沿着与测量线的路径相邻的路径，从接近电弧焊接头部并与电弧焊接头部电隔离的节点向反馈电路系统提供电压参考。
在906处，在反馈电路系统处，在参考线上感应出的噪声被反相并且与测量线的电压和噪声求和。
在908处，基于在906处确定的和来控制电弧焊接装置的电源。
本文借助于图示其功能、特征和关系的功能构建块公开了方法和系统。为了便于描述，本文任意地定义了这些功能构建块的至少一些边界。可以定义替代的边界，只要适当地执行其指定的功能和关系即可。虽然本文公开了各种实施例，但是应该理解的是，它们是作为示例给出的。权利要求的范围不应该受本文公开的任何示例实施例的限制。

Claims (20)

1.一种减少在电压测量线中感应出的失真的装置，包括:
第一反馈电路，被配置为将电弧焊接装置的头部电压提供给电弧焊接装置的电源；
第一测量线，耦合到电弧焊接装置的头部并且耦合到第一反馈电路的第一输入端，以将在第一测量线上感应出的头部电压和噪声提供给第一反馈电路；以及
第一参考线，耦合到电弧焊接装置的第一参考节点并且耦合到第一反馈电路的第二输入端，以将在第一参考线上感应出的噪声提供给第一反馈电路，其中第一参考节点接近电弧焊接装置的头部并与电弧焊接装置的头部电隔离；
其中，第一反馈电路被配置为将头部电压确定为在第一参考线上感应出的噪声与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声之间的差。
2.如权利要求1所述的装置，其中第一反馈电路被配置为:
使在第一参考线上感应出的噪声反相；以及
对经反相的在第一参考线上感应出的噪声与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和。
3.如权利要求2所述的装置，其中第一反馈电路包括:
电位计，用于控制与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和的经反相的在第一参考线上感应出的噪声的幅度。
4.如权利要求1所述的装置，其中第一反馈电路包括变压器，并且其中:
所述变压器的次级绕组利用在第一测量线上感应出的头部电压和噪声进行偏置；以及
在第一参考线上感应出的噪声被施加到所述变压器的初级绕组，以在次级绕组中感应出在第一参考线上感应出的噪声的反相版本来消除在第一测量线上感应出的噪声。
5.如权利要求4所述的装置，其中第一反馈电路还包括:
电位计，用于控制与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和的在第一参考线上感应出的噪声的反相版本的放大。
6.如权利要求1所述的装置，其中第一参考线和第一测量线彼此相邻布置，使得在第一测量线上感应出的噪声等于在第一参考线上感应出的噪声。
7.如权利要求1所述的装置，其中第一测量线和第一参考线被配置为双绞线。
8.如权利要求1所述的装置，还包括:
第二反馈电路，被配置为向电源提供工件电压；
第二测量线，耦合到工件并且耦合到第二反馈电路的第一输入端，以将在第二测量线上感应出的噪声和工件电压提供给第二反馈电路；以及
第二参考线，耦合到电弧焊接装置的第二参考节点并且耦合到第二反馈电路的第二输入端，以将在第二参考线上感应出的噪声提供给第二反馈电路，其中第二参考节点接近所述工件并与所述工件电隔离。
9.一种具有头部的电弧焊接装置，包括:
支撑所述头部的梁；
支撑所述梁的柱；
提供所述头部和工件之间的电压的电源；
第一反馈电路，被配置为向所述电源提供头部电压；
第一测量线，耦合到所述头部并且耦合到第一反馈电路的第一输入端，以将在第一测量线上感应出的头部电压和噪声提供给第一反馈电路；以及
第一参考线，耦合到电弧焊接装置的第一参考节点并且耦合到第一反馈电路的第二输入端，以将在第一参考线上感应出的噪声提供给第一反馈电路，其中第一参考节点接近所述头部并与所述头部电隔离；
其中，第一反馈电路被配置为将头部电压确定为在第一参考线上感应出的噪声与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声之间的差。
10.如权利要求9所述的电弧焊接装置，其中第一反馈电路被配置为:
使在第一参考线上感应出的噪声反相；以及
对经反相的在第一参考线上感应出的噪声与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和。
11.如权利要求10所述的电弧焊接装置，其中第一反馈电路包括:
电位计，用于控制与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和的经反相的在第一参考线上感应出的噪声的幅度。
12.如权利要求9所述的电弧焊接装置，其中第一反馈电路包括变压器，并且其中:
所述变压器的次级绕组利用在第一测量线上感应出的头部电压和噪声进行偏置；以及
在第一参考线上感应出的噪声被施加到所述变压器的初级绕组，以在次级绕组中感应出在第一参考线上感应出的噪声的反相版本来消除在第一测量线上感应出的噪声。
13.如权利要求12所述的电弧焊接装置，其中第一反馈电路还包括:
电位计，用于控制与在第一测量线上感应出的头部电压和噪声求和的在第一参考线上感应出的噪声的反相版本的放大。
14.如权利要求9所述的电弧焊接装置，其中第一参考线和第一测量线彼此相邻布置，使得在第一测量线上感应出的噪声等于在第一参考线上感应出的噪声。
15.如权利要求9所述的电弧焊接装置，其中第一测量线和第一参考线被配置为双绞线。
16.如权利要求9所述的电弧焊接装置，还包括:
第二反馈电路，被配置为向电源提供工件电压；
第二测量线，耦合到工件并且耦合到第二反馈电路的第一输入端，以将在第二测量线上感应出的噪声和工件电压提供给第二反馈电路；以及
第二参考线，耦合到电弧焊接装置的第二参考节点并且耦合到第二反馈电路的第二输入端，以将在第二参考线上感应出的噪声提供给第二反馈电路，其中第二参考节点接近所述工件并与所述工件电隔离。
17.一种减少在电压测量线中感应出的失真的方法，包括:
使在参考线上感应出的噪声反相，其中参考线耦合到接近电弧焊接装置的头部并与电弧焊接装置的头部电隔离的节点，并且其中参考线的路径与电弧焊接装置的头部电压测量线的路径相邻；
将经反相的噪声与在头部电压测量线上接收到的头部电压以及与在头部电压测量线上感应出的噪声求和，以提供无噪声头部电压；以及
基于无噪声头部电压控制电弧焊接装置的电源。
18.如权利要求17所述的方法，还包括:
控制与头部电压测量线的头部电压和噪声求和的经反相的噪声的幅度。
19.如权利要求17所述的方法，其中:
所述反相包括将在参考线上感应出的噪声施加到变压器的初级绕组，以在变压器的次级绕组的节点处感应出在参考线上感应出的噪声的反相版本；
所述求和包括将在头部电压测量线上感应出的头部电压和噪声施加到变压器的次级绕组的节点。
20.如权利要求17所述的方法，还包括:
将头部电压测量线和参考线布置为彼此相邻，使得在头部电压测量线上感应出的噪声等于在参考线上感应出的噪声。
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