MX2011009275A - Sistemas y metodos para la deteccion de corto circuito. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV). El suministro de energía incluye un controlador configurado para detectar un caso de corto circuito en un proceso de soldadura CV e incrementa una corriente de soldadura basada en un error de voltaje periódicamente computarizado y una primera obtención para intentar limpiar el caso del corto circuito. El controlador se configura además para detectar si el caso de corto circuito ha limpiado posteriormente el primer incremento de corriente. Si el caso de corto circuito no se ha limpiado, el controlador incrementa la corriente de soldadura basada en el error de voltaje periódicamente computarizado y una segunda ganancia más alta que la primera ganancia.

Description

SISTEMAS Y METODOS PARA LA DETECCIÓN DE CORTO CIRCUITO REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una Solicitud de Patente No-Provisional de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No. 61/157,007, titulada "Method y Apparatus for MIG Welding", presentada el 3 de marzo de 2009, que está incorporada en la presente mediante referencia.

ANTECEDENTES La invención se refiere en general a suministros de energía para soldadura y, de modo más particular, a suministros de energía de proceso de soldadura de voltaje constante.

La soldadura es un proceso que se ha vuelto cada vez más ubicuo en varias industrias y aplicaciones. En tanto que dichos procesos pueden ser automatizados en ciertos contextos, aún existe un gran número de aplicaciones para operaciones de soldadura manual, que con frecuencia dependen del uso de ciclos de control para regular el proceso de soldadura. Por ejemplo, muchos procesos de soldadura de voltaje constante (CV, por sus siglas en inglés) dependen de ciclos de control CV estándar para regular los procesos que usan alambres con núcleo de fundente auto-protegidos. En tanto que dichos ciclos de control pueden funcionar bien para muchos de estos alambres, son menos efectivos para otros alambres (por ejemplo, alambres con diámetros grandes o significativo contenido de níquel). Además, dichos ciclos de control estándar pueden ser insuficientes en aplicaciones que requieren que grandes leads secundarios sean fijados a la salida del suministro de energía, tales como zonas de construcción que contienen grandes ensambles de acero mecánicos o estructurales. En consecuencia, existe la necesidad de ciclos de control mejorados adecuados para uso con una variedad de tamaños de alambre y aplicaciones industriales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION En una modalidad ilustrativa, un suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV) incluye un controlador. El controlador está configurado para detectar un evento de cortocircuito en un proceso de soldadura CV y para incrementar una corriente de soldadura en base a un error de voltaje calculado periódicamente y una primera ganancia. El controlador está configurado además para detectar si se ha resuelto el evento de cortocircuito. En caso de que no se haya resuelto el evento de cortocircuito, el controlador está configurado para incrementar la corriente de soldadura en base al error de voltaje calculado periódicamente y una segunda ganancia superior a la primera ganancia.

En una segunda modalidad, un suministro de energía de proceso de soldadura CV incluye un sensor de corriente configurado para detectar corriente de energía de soldadura suministrada por el suministro de energía para una aplicación de soldadura y un sensor de voltaje configurado para detectar el voltaje de la energía de soldadura. El suministro de energía incluye también un circuito de detección de cortocircuito acoplado por lo menos al sensor de voltaje y configurado para detector un cortocircuito en la energía de soldadura. De modo adicional, el suministro de energía incluye un circuito de control configurado para determinar un error de voltaje y para incrementar la corriente de la energía de soldadura en dos o más etapas de corrección de cortocircuito progresivamente agresivas, en donde la corriente se incrementa en base al error de voltaje y una ganancia progresivamente creciente en cada una de las etapas de corrección de corto circuito.

En una tercera modalidad, un suministro de energía de proceso de soldadura CV incluye un sensor de corriente configurado para detectar corriente de la energía de soldadura suministrada por el suministro de energía para una aplicación de soldadura, un sensor de voltaje configurado para detectar voltaje de la energía de soldadura, y un circuito de detección de cortocircuito acoplado por lo menos al sensor de voltaje y configurado para detectar un cortocircuito en la energía de soldadura. El suministro de energía incluye también un circuito de control configurado para incrementar una corriente de soldadura en base a una diferencia entre el voltaje detectado y un voltaje deseado, y una primera ganancia, para operar sin relación a la retroalimentación de voltaje durante un primer período predeterminado después de iniciar el incremento de la corriente de soldadura en base a la primera ganancia, para incrementar la corriente de soldadura en base a la diferencia entre el voltaje detectado y el voltaje deseado, y una segunda ganancia superior a la primera ganancia si el evento de cortocircuito no ha sido corregido, y para operar sin relación con la retroalimentación de voltaje durante un segundo período predeterminado después de incrementar la corriente de soldadura en base a la segunda ganancia.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos acompañantes en los cuales caracteres similares representan partes similares a través de los dibujos, en donde: La FIGURA 1 es una vista en perspectiva de un suministro de energía de soldadura ilustrativo que incluye un controlador de acuerdo con aspectos de la presente invención; La FIGURA 2 es un diagrama de bloque que muestra circuitos ilustrativos asociados con el suministro de energía de la FIGURA 1 de acuerdo con aspectos de la presente invención; La FIGURA 3 es un diagrama de formas de onda de corriente y de voltaje ilustrativas a través del tiempo, que muestran una modalidad de un método que puede ser empleado por un controlador para corregir un cortocircuito en la energía de soldadura; La FIGURA 4 es un diagrama de flujo de corrección de cortocircuito que incluye etapas que un controlador puede implementar para corregir un cortocircuito en la energía de soldadura de acuerdo con aspectos de la presente invención; La FIGURA 5 es un diagrama de formas de onda de corriente y de voltaje a través del tiempo, que ilustran una modalidad de un método que puede ser empleado por un controlador para regular el valor de corriente mínimo permisible; y La FIGURA 6 es un diagrama de flujo que incluye etapas que un controlador puede implementar para fijar un valor de corriente mínimo de acuerdo con modalidades de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Como se describe en detalle a continuación, se proporcionan varias modalidades de un suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV) configurado para detectar y corregir eventos de cortocircuito. El suministro de energía de soldadura CV es capaz de ajustar automáticamente la forma de onda de corriente CV en estructuras de tiempo de sub-milisegundos en base a la retro alimentación recibida, detectando eficientemente eventos de cortocircuito, respondiendo a eventos de cortocircuito de una manera escalonada, y ajusfando el punto de fijación de voltaje de soldadura. El suministro de energía CV también es capaz de responder a un evento de cortocircuito detectado incrementando la corriente de soldadura en base a un error de voltaje calculado periódicamente y una ganancia. El suministro de energía puede estar configurado además para incrementar la corriente de soldadura en base a ganancias cada vez más agresivas si el evento de cortocircuito no es corregido. De modo adicional, el suministro de energía puede permitir que transcurra un retraso predeterminado durante el cual se ignora la retroalimentación de voltaje. Las características anteriores pueden tener el efecto de evitar niveles excesivos de salpicaduras, evitando interrupciones de arco y desconexión de alambre, y mejorando la habilidad del sistema para responder a eventos de cortocircuito, entre otros beneficios.

Regresando ahora a los dibujos, la FIGURA 1 es una vista en perspectiva de un sistema de soldadura ilustrativo 10, que funciona para alimentar, controlar y proporcionar consumibles a una operación de soldadura y equipo auxiliar. El sistema de soldadura 10 incluye un suministro de energía 12 y un alimentador de alambre 13 en base a un gabinete o recinto 14. En ciertas modalidades, el sistema de soldadura puede ser configurado para permitir que el suministro de energía sea movido de un lugar a otro de manera relativamente sencilla, o puede estar diseñado como un sistema generalmente estacionario. Además, el sistema puede estar diseñado para operación de campo, en cuyo caso puede incluir un motor y generador dentro del recinto 14 que proporciona la energía necesaria, adecuadamente acondicionada para la operación de soldadura determinada. En ciertas modalidades, la unidad de suministro de energía 12 puede ser acoplada de manera comunicativa a componentes de sistema adicionales, tal como una salida de energía de pared, una batería, fuentes de energía accionadas por motor, y otros.

El suministro de energía 12 incluye un panel de control 16, a través del cual un usuario puede controlar el suministro de materiales, como energía, flujo de gas, y otros, hacia una operación de soldadura, a través de selectores 18, interruptores 20, y otros. A medida que el usuario ajusta parámetros de soldadura a través del panel de control 16, se generan y reciben señales por medio de un controlador dentro del suministro de energía de soldadura 12. El controlador de suministro de energía 12 implementa la operación de soldadura deseada de acuerdo con sus entradas. Por ejemplo, en una modalidad, el controlador puede implementar un régimen de voltaje constante y una alimentación de alambre adecuada para uso con una operación de soldadura MIG.

Un ensamble de electrodo 22 se extiende desde el suministro de energía 12 a la ubicación de la soldadura. Un primer cable 24 y un electrodo de soldadura 26 acoplan a la unidad de suministro de energía 12 como componentes del ensamble de electrodo 22. El electrodo 26 puede ser cualquier electrodo adecuado para una variedad de procesos de soldadura. Por ejemplo, el electrodo 26 puede ser un soplete adecuado para operaciones de metal en gas inerte (MIG), un punzón adecuado para operaciones de soldadura de arco con electrodo revestido, y otros. Un ensamble de trabajo 28 que se extiende desde el suministro de energía 12 hacia la soldadura incluye un segundo cable 30 que termina en un sujetador de electrodo de trabajo 32. Durante la operación, el sujetador de electrodo de trabajo 32 conecta de manera común a una pieza de trabajo 34 para cerrar el circuito entre el electrodo 26, la pieza de trabajo 34, y el suministro de energía 12, asegurando de este modo el adecuado flujo de corriente. Es decir, ya que el operador de soldadura pone en contacto o acerca estrechamente la punta del electrodo 26 a la pieza de trabajo 34, se completa un circuito eléctrico a través de los cables 24 y 30, el electrodo 26, la pieza de trabajo 34, y el sujetador 32 parta generar un arco entre la punta de electrodo y la pieza de trabajo 34.

La FIGURA 2 es un diagrama de bloque que ilustra circuitos asociados con el suministro de energía de la FIGURA 1. El suministro de energía incluye circuito de suministro de energía 36, circuito de control 38, una interfaz de operador 40, un circuito de detección de cortocircuito 42, y circuitos de interfaz 44. Un sensor de voltaje 46 y un sensor de corriente 48 son acoplados al cable de suministro de energía 24 que se extiende hacia la ubicación de soldadura. El sensor de voltaje 46 es acoplado a la salida de energía a través de los cables 24 y 30 y está configurado para detectar el nivel de voltaje de la energía de soldadura. De igual manera, el sensor de corriente 48 también hace interfaz con el cable 24 para detectar el nivel de corriente de la energía de soldadura. El sensor de voltaje 46 y el sensor de corriente 48 están acoplados de manera comunicativa con el circuito de detección de cortocircuito 42 a través del circuito de interfaz 44. El circuito de interfaz 44 es acoplado al circuito de detección de cortocircuito 42 y el circuito de control 38. El circuito de control 38, el circuito de detección de cortocircuito 42, y el circuito de interfaz 44 son componentes del controlador de sistema 49.

Durante la operación, el circuito de suministro de energía 36 acondiciona la energía primaria entrante para generar una salida de energía adecuada para la operación de soldadura. El sensor de voltaje 46 y el sensor de corriente 48 detectan los niveles de voltaje y corriente, respectivamente, de la salida de energía. Los sensores 46 y 48 comunican la información detectada al circuito de detección de cortocircuito42 a través del circuito de interfaz 44. El circuito de interfaz 44 recibe y procesa los datos detectados y transmite dicha información al circuito de detección de cortocircuito 42. El circuito de detección de cortocircuito 42 está configurado para detectar un cortocircuito en la energía de soldadura. Por ejemplo, en una modalidad, el circuito de detección de cortocircuito 42 puede detectar un cortocircuito al comparar la retroalimentación de voltaje con un nivel de voltaje preestablecido. Si la retroalimentación de voltaje desciendo por debajo del nivel preestablecido, el circuito de detección 42 puede determinar que se ha presentado un cortocircuito en la energía de soldadura. Es decir, el circuito de detección de cortocircuito 42 está acoplado de manera comunicativa con sensor de voltaje 46 y está configurado para recibir y procesar retroalimentación de voltaje para determinar un cortocircuito en la energía de soldadura. Se podrían utilizar también otras técnicas para detectar cortocircuitos, por ejemplo mediante referencia a corriente, energía o resistencia, o mediante detección de índices de cambio de voltaje, corriente, energía, o corriente con respecto a voltaje y vice versa.

El circuito de control 38 está configurado para recibir una señal desde el circuito de detección 42 que indica un cortocircuito y emite una señal de control en base a esta entrada. Por ejemplo, el circuito de control 38 puede estar configurado para dirigir los circuitos de suministro de energía 36 para incrementar la corriente de la energía de soldadura en dos o más etapas de corrección de cortocircuito progresivamente agresivas. Es decir, en base a un error de voltaje (por ejemplo una diferencia entre un voltaje detectado y un voltaje preestablecido) y una ganancia, el circuito de control 38 puede dirigir un incremento en la corriente de la energía de soldadura para intentar corregir el cortocircuito. Si el corto no es corregido después de una primera etapa de corrección, el circuito de control 38 puede dirigir de nuevo un incremento en la corriente de la energía de soldadura en una o más etapas de corrección de cortocircuito progresivamente agresivas adicionales. Dichas funcionalidades del circuito de control 38 se describen en mayor detalle a continuación con respecto a las FIGURAS 3 y 4.

Los circuitos de control 38 también pueden configurarse para recibir y procesar señales desde la interfaz de operador 40. Por ejemplo, la interfaz de operador puede recibir entradas desde el usuario con respecto a parámetros de operación de soldadura (por ejemplo, el nivel de corriente deseada o proceso de soldadura). El circuito de control 38 está configurado para procesar dichas entradas de manera concurrente con las entradas recibidas desde el circuito de detección 42 y el circuito de interfaz 44. Es decir, el circuito de control 38 puede recibir retroalimentación con respecto a los niveles de voltaje y corriente de la salida de energía desde el circuito de interfaz 44. Para este fin, el circuito de control 38 funciona como un intermediario entre varias fuentes de entrada y retroalimentación (por ejemplo, sensores y entrada manual) y el circuito de suministro de energía 36. El circuito de control 38 emite de manera continua una o más señales de control para el circuito de suministro de energía 36, guiando de este modo la operación adecuada del proceso de soldadura.

La FIGURA 3 es un diagrama de formas de onda de voltaje y corriente ilustrativas a través del tiempo, que muestran un método que puede ser empleado por el circuito de control de la FIGURA 2 para corregir un cortocircuito en la energía de soldadura durante una operación de soldadura. El diagrama incluye una forma de onda de corriente 50 y una forma de onda de voltaje 52. La forma de onda de corriente 50 es una gráfica de corriente contra tiempo. La forma de onda de corriente 50 incluye a nivel de corriente mínimo 54, que representa la cantidad mínima de corriente que la porción CV del sistema de control puede regular. Este nivel de corriente mínimo 54 está siendo continuamente ajustado durante la soldadura y es derivado a partir de la corriente promedio que está activa como se describe en mayor detalle a continuación. La forma de onda de corriente 50 incluye también un primer nivel de corriente 56 y un segundo nivel de corriente 58 que representan la corriente máxima disponible en la primera disposición y en la segunda disposición, respectivamente. Un nivel de corriente máximo 60 representa la corriente máxima disponible a partir de la fuente de energía. La forma de onda de voltaje 52 es una gráfica de voltaje contra tiempo. La forma de onda de voltaje 52 incluye un nivel de voltaje de cortocircuito 62 y un nivel de voltaje de corrección 64. El inicio de un cortocircuito en la energía de soldadura ocurre cuando el voltaje desciende por debajo del nivel de voltaje de cortocircuito 62. La corrección de un cortocircuito ocurre cuando el voltaje excede el nivel de voltaje de corrección 64.

En la FIGURA 3, una operación de soldadura empieza en un primer tiempo 66. Se establecen un voltaje de soldadura 68 y una corriente de soldadura 70 durante el proceso de soldadura. Durante la operación, en el punto 72 en la forma de onda de voltaje 52, el voltaje de soldadura empieza a descender desde el nivel de voltaje de soldadura 68. En un segundo tiempo 74, el nivel de voltaje atraviesa el nivel de voltaje de cortocircuito 62, y por tanto, se presenta un evento de cortocircuito en el punto 76. Transcurre entonces un período 78 etiquetado como Twet desde el tiempo 74 hasta un tiempo 80. Durante el período 78, el controlador mantiene la corriente de soldadura en el nivel de soldadura como en la porción de la forma de onda 50 indicada por la flecha 82 a fin de permitir que el tiempo del evento de cortocircuito se corrija de modo natural. Es decir, ya que muchos eventos de cortocircuito, como aquellos asociados con los alambres de electrodo auto-protegidos, se corrigen de manera natural en un corto período, el controlador permanece inicialmente inactivo para duración del período 78. La curva 84 representa la forma de onda de la trayectoria de voltaje que se puede presentar si el evento de cortocircuito se corrige durante el período 78. Si se sigue la curva 84, el nivel de voltaje excede el nivel de voltaje de corrección 64, y el controlador se invierte a un modo de operación normal; el evento de cortocircuito se termina.

Si el cortocircuito no se corrige de manera natural durante el período 78, en el punto de tiempo 80, el controlador incrementa la corriente de soldadura (curva 86) en base a un error de voltaje calculado periódicamente y una primera ganancia en un intento por corregir el cortocircuito. Es decir, en base a la primera ganancia y la diferencia entre el nivel de voltaje real en el punto 88 y el nivel de voltaje preestablecido 64, el controlador determina un incremento adecuado en la corriente de soldadura. Después de iniciar el incremento de voltaje en el punto de tiempo 80, el controlador opera sin relación a la retroalimentación de voltaje durante un período de retraso 90 desde voltaje 90 el punto de tiempo 80 hasta un punto de tiempo 92. La característica anterior puede ser ventajosa debido al cambio en la corriente respecto al tiempo durante período 90 induce un voltaje a través de la salida de la fuente de energía que es proporcional a la magnitud de la inductancia de los ensambles de trabajo y de electrodo. Este voltaje inducido puede crear un pico de voltaje transitorio sobre el nivel de voltaje de corrección 64, haciendo de este modo que la retroalimentación de voltaje durante el período de retraso 90 no sea confiable como un indicador de una corrección de cortocircuito. En consecuencia, el controlador opera sin relación a la retroalimentación de voltaje durante el período 90.

En el punto de tiempo 92, el controlador empieza a monitorear la retroalimentación de voltaje a medida que se incrementa la corriente (curva 94). Durante un primer período 96 desde el punto de tiempo 92 hasta el punto de tiempo 98, el nivel de voltaje puede exceder el nivel de corrección de voltaje 64, corrigiendo de este modo el evento de cortocircuito. Si ocurre dicha corrección, la forma de onda de voltaje 52 sigue la curva 100, y el controlador se invierte a un modo de operación normal. Si transcurre el período 96 y la retroalimentación de voltaje permanece por debajo del nivel de voltaje de corrección 64, en el punto de tiempo 98, el controlador inicia un segundo incremento de la corriente de soldadura en base al error de voltaje calculado periódicamente y una segunda ganancia superior a la primera ganancia (curva 102). Es decir, en el punto de tiempo 98, el controlador inicia una segunda etapa de corrección de cortocircuito que es más agresiva que la primera etapa de corrección. Un segundo período de retraso 104 transcurre desde el punto de tiempo 98 hasta el punto de tiempo 106, durante el cual el controlador opera de nuevo sin relación a la retroalimentación de voltaje. Es decir, aunque la curva 108 excede el umbral de voltaje de corrección 64, el controlador no impide el incremento de corriente. Después del punto de tiempo 106, el controlador monitorea de nuevo la retroalimentación de voltaje durante un segundo período 1 10 que dura hasta el punto de tiempo 1 12. Durante el segundo período 110, el voltaje puede exceder el nivel de voltaje de corrección 64, como se indica mediante la curva 1 14. Si la forma de onda sigue la curva 1 14, el evento de cortocircuito se corrige, y el controlador regresa a la operación normal. En las formas de onda de voltaje y de corriente ilustradas 50 y 52, se muestran dos períodos 96 y 1 10. Sin embargo, en modalidades alternas, se pueden iniciar más de dos períodos progresivamente agresivos por medio del controlador para corregir el evento de cortocircuito.

En la modalidad ilustrada, después de que se incrementa la corriente de soldadura en base a la segunda ganancia, en el punto de tiempo 1 12, el controlador incrementa la corriente de soldadura hasta el nivel de corriente máximo 60 para intentar corregir el cortocircuito (curva 1 16). Un tercer período de retraso 1 18 transcurre desde el punto de tiempo 1 12 hasta el punto de tiempo 120, durante el cual el controlador opera sin relación a la retroalimentación de voltaje. De nuevo, cuando la curva 122 excede el nivel de voltaje de corrección 64, éste es ignorado por el controlador hasta el punto de tiempo 120. En el punto de tiempo 120, el controlador recibe retroalimentación de voltaje que indica que el nivel de voltaje ha excedido el umbral de corrección 64 en el punto 124. El controlador reduce entonces la corriente de soldadura, como se indica mediante la curva 126. En el punto de tiempo 128, el controlador regresa al ciclo de control CV normal, y se estabiliza el nivel de corriente (curva 130), el nivel de voltaje se estabiliza (curva 132), y se reasume la operación de soldadura normal. Es decir, el evento de cortocircuito ha sido corregido, de modo que el controlador regresa a la operación normal.

La FIGURA 4 es un diagrama de flujo de corrección de cortocircuito 134 que incluye etapas que el controlador puede implementar para corregir un cortocircuito en la energía de soldadura. En primer lugar, el controlador detecta un evento de cortocircuito (bloque 136). Por ejemplo, el controlador puede recibir retroalimentación desde un sensor de voltaje que indica que el voltaje detectado ha descendido por debajo de un umbral de voltaje. A continuación el controlador permite que transcurra un tiempo de retraso preestablecido, durante el cual el cortocircuito se puede corregir de modo natural (bloque 138). El controlador revisa entonces para detectar si se ha corregido el evento de cortocircuito (bloque 140). Si el cortocircuito se ha corregido, el controlador dirige los circuitos de suministro de energía para regresar los niveles de voltaje y corriente a los niveles de soldadura normales (bloque 142). Si el cortocircuito no ha sido corregido, el controlador incrementa la corriente en base a la primera ganancia y el error de voltaje (bloque 144) y permite que transcurra un tiempo de retraso (bloque 146). Es decir, el controlador opera sin relación a la retroalimentación de voltaje durante el tiempo de retraso. Dicha acción es necesaria ya que el incremento de corriente puede conducir a un voltaje inducido elevado temporalmente, el cual no es indicativo de una corrección de cortocircuito.

Después del tiempo de retraso, el controlador verifica de nuevo si se ha corregido el evento de cortocircuito (bloque 140), y si se ha corregido el cortocircuito, el controlador regula el retorno del voltaje y la corriente a los niveles de soldadura (bloque 142). Si el evento de cortocircuito no se ha corregido, el controlador se incrementa la corriente en base a la segunda ganancia, la cual es mayor que la primera ganancia, y el error de voltaje calculado (bloque 148). El controlador permite de nuevo que transcurra un tiempo de retraso (bloque 150) durante el cual el controlador opera sin relación con la retroaümentación de voltaje. El controlador verifica de nuevo si el evento de cortocircuito se ha corregido (bloque 140), y si se ha corregido el cortocircuito, el controlador regula el retorno de voltaje y la corriente a los niveles de soldadura (bloque 142). El controlador puede repetir dichos incrementos de corriente, los retrasos, y las etapas de verificación de corrección cualquier número de veces según sea adecuado para la operación de soldadura determinada.

Una vez que el controlador ha agotado una serie de incrementos de corriente progresivamente agresivas en un intento para corregir el cortocircuito, la corriente se incrementa hasta la corriente máxima que el suministro de energía es capaz de lograr (bloque 152). Después de dicho incremento y un tiempo de retraso preestablecido, el controlador verifica de nuevo si se ha corregido el cortocircuito (140) y regresa la corriente y el voltaje a los niveles de soldadura si el evento de cortocircuito se ha corregido. Si el evento de cortocircuito aún no ha sido corregido, el controlador mantiene la corriente en el máximo hasta la corrección (bloque 154).

Se observará que el algoritmo particular antes mencionado, en el cual la corriente se incrementa de manera progresiva para un cortocircuito se basa en los errores de voltaje (es decir, comparación) y las ganancias pueden ser suplementadas o complementadas de varias maneras. Por ejemplo, aunque se puede implementar el control proporcional a error simple, se pueden considerar otros esquemas de control de corriente complejo que pueden tomar en cuenta las velocidades de cambio de voltaje, el cambio en el error, y otros. Además, las ganancias pueden ser fijas o cambiantes, y pueden ser establecidas por omisión, o se pueden someter hasta cierto grado de modificación, mediante ajuste de operador de un parámetro que ofrece una diferencia en la detección o respuesta del sistema a eventos de cortocircuito.

FIGURA 5 ilustra una gráfica 156 de voltaje vs. tiempo y una gráfica 158 de corriente vs. tiempo durante un evento de soldadura ilustrativo controlado por el controlador de sistema descrito. Un controlador de voltaje constante común (CV) modifica la salida de corriente del suministro de energía para generar una salida de voltaje relativamente constante. En consecuencia, en casos de alto voltaje (por ejemplo, alto voltaje cuando sale de un cortocircuito), los controladores CV tradicionales elevan la corriente para acomodar el alto voltaje. Sin embargo, en casos de alto voltaje, dichos controladores pueden reducir la corriente a los niveles de corriente que de manera desventajosa tienen el efecto de extinguir el arco de soldadura. El método de control implementado por el controlador de sistema descrito en la presente puede ofrecer distintos beneficios sobre los controladores CV. De manera específica, el controlador de sistema descrito a continuación utiliza un promedio de operación de la corriente para fijar y restablecer de manera continua un valor de corriente mínimo, asegurando de este modo que el arco de soldadura no se extingue durante los casos de alto voltaje.

La gráfica de voltaje vs. tiempo 156 y la gráfica de corriente vs. tiempo 158 ilústrate dicha característica del controlador del sistema. Como se ilustra en la FIGURA 5, un nivel de corriente promedio de operación está indicado mediante la línea punteada 160, y un mínimo de corriente ajustado de modo continuo está indicado mediante la línea punteada 162. Una distancia 164 entre el nivel de corriente promedio de operación 160 y el nivel mínimo ajustado continuamente 162 se mantiene constante durante el evento de soldadura, como se indica mediante las flechas 166. Es decir, el nivel de corriente mínimo 162 es restablecido de modo continuo a una cantidad preestablecido (por ejemplo, 70 Amps) por debajo del nivel de corriente promedio de operación 160 a través del evento de soldadura. En consecuencia, durante la operación, la corriente instantánea es muestreada a través de la soldadura en intervalos predeterminados (por ejemplo, una muestra cada 100 µß). En cada intervalo, la medición adquirida es promediada con las mediciones previas para generar el nivel de corriente promedio de operación instantáneo en este punto. El nivel de corriente mínimo instantáneo en ese punto de tiempo es fijado entonces en la distancia preestablecida 164 por debajo del nivel promedio de operación instantánea. De este modo, en la modalidad ¡lustrada, el nivel de corriente mínimo 162 es ajustado de manera continua a través del evento de soldadura, aunque el nivel de corriente mínimo 162 se mantiene siempre en un desfase constante 164 a partir del nivel promedio de operación 160. Sin embargo, se observará que en otras modalidades del desfase 164 puede no mantenerse constante. Por ejemplo, en una modalidad, el nivel de corriente mínimo 162 puede ser restringido por un límite mínimo de corriente. Es decir, en ciertas modalidades, se puede evitar que la corriente mínima actualizada continuamente 162 descienda por debajo de un límite de corriente preestablecido (por ejemplo, 50 Amps) incluso si debe cambiar el valor de desfase 164. En la operación, como se puede ver a partir de las gráficas, a medida que cambia el voltaje debido a las cambiantes condiciones de soldadura, una diferencia entre el voltaje real (detectado) y una salida de voltaje deseada se considera un error de voltaje, y la corriente será controlada para reducir este error de voltaje. De manera inversa, cuando el voltaje se eleva de manera sustancial, y el comando de corriente descendería de otra manera el nivel de corriente por debajo de la corriente disponible mínima, el comando es establecido para el nivel del mínimo. El nivel mínimo continúa cambiando en base al desfase desde el promedio de operación y cualquier límite de corriente preestablecido.

En la práctica, se pueden usar varias técnicas para generar la corriente de línea de base que se utiliza para calcular el siguiente nivel de corriente mínimo. El enfoque actualmente contemplado utiliza un promedio de operación de la corriente real. Sin embargo, se puede utilizar cualquier técnica adecuada, que incluye los promedios comparados, los valores en base a una o más muestras de la corriente real, los valores en base una corriente instruida, y así sucesivamente. Además, en tanto que la técnica actualmente considerada utiliza un desfase fijo a partir de este valor de referencia de corriente, otros enfoques pueden utilizar un desfase que es calculado y que puede variar a través del tiempo, o como una función de un parámetro de soldadura.

Haciendo referencia de manera más particular a las gráficas FIGURA 5, las características anteriores pueden tener distintas ventajas en los sistemas de ciclo de control CV tradicional CV. Por ejemplo, durante los casos de alto voltaje, un controlador CV común determinaría un descenso de corriente grande. Sin embargo, en las modalidades actualmente consideradas, como se muestra en la FIGURA 5, los descensos de corriente en respuesta a los casos de alto voltaje son enfrentados por medio del nivel de corriente mínimo ajustado continuamente 162. Por ejemplo, considerar una porción 168 de la curva de voltaje 156, que representa un incremento en el nivel de voltaje. Una respuesta de corriente proporcional necesaria para regresar el voltaje hasta el nivel preestablecido requeriría un descenso sustancial en la corriente por debajo del nivel de corriente mínimo 162. Sin embargo, el controlador evita que la corriente descienda por debajo del nivel de corriente mínimo, como se indica mediante la porción 170 de la gráfica de corriente 158. De igual modo, considera el evento de alto voltaje indicado por la porción 172 de la curva de voltaje 156. Se determinaría un sustancial descenso de corriente por medio de un controlador CV tradicional en respuesta a la porción 172 de la curva de voltaje 156. Sin embargo, el controlador actualmente considerado enfrenta la respuesta de corriente en el nivel de corriente mínimo continuamente ajustado 162, como se indica mediante la porción 174 de la forma de onda de corriente 158. De esta manera, el controlador actual puede evitar los descensos de corriente a niveles por debajo del mínimo ajustado continuamente, asegurando que el arco de soldadura no se extingue debido a los ajustes de nivel de corriente.

La FIGURA 6 es un diagrama de flujo 176 que ilustra un método que puede ser empleado por el controlador de sistema para regular el nivel de corriente de acuerdo con las modalidades de la presente invención. El controlador muestrea primero la comente (i) (bloque 178). El valor de operación (I) es calculado después mediante el controlador (bloque 180). Por ejemplo, I puede ser el promedio de operación de la corriente, como se indica por medio de la curva 160 en la FIGURA 5. El nivel de corriente mínimo (im¡n) es calculado después por el controlador (bloque 182). En una modalidad, se puede determinar un ,min instantáneo mediante la sustracción de una distancia de desfase preestablecida (por ejemplo, 70 Amps) a partir de I (Le., Imin = I— desfase). Es decir, el nivel de corriente mínimo en un punto de tiempo dado se puede determinar mediante la sustracción de la distancia de desfase a partir del valor de corriente de operación en ese punto de tiempo.

El controlador pregunta entonces si imin es menor que un límite mínimo de corriente preestablecido (Imin lim) (bloque 184). Es decir, en ciertas modalidades, Imin lim puede limitar la manera en que desciende low Imin (por ejemplo, límite inferior de 50 Amps). Si Imin no es menor que Imin el controlador puede entonces muestrear el voltaje (V) (bloque 186). Si Imin es menor que Imin lim, el controlador establezca Imin = Imin hm (bloque 188), limitando de esta manera el nivel de corriente mínimo para el límite preestablecido antes del muestreo V (bloque 186). El controlador calcula entonces un error de voltaje ( erro , que indica la diferencia entre el voltaje real y el voltaje preestablecido (bloque 190). Es decir, Verrar puede igualar él voltaje muestreado (Vsample) menos el voltaje de objetivo (vtarge , indicando por tanto el grado al cual el voltaje ya no se mantiene en el valor preestablecido constante. El controlador puede emitir entonces un comando de control de corriente (Icommand) que indica el nivel de corriente necesario para reducir al mínimo Verror y regresar el voltaje operativo al nivel de voltaje preestablecido (bloque 192). El controlador pregunta entonces si el icommand es menor que Un (bloque 194). Si el comando no es menor imin, el controlador aplica icommand (bloque 196), el nivel de corriente se desciende al nivel de corriente de comando, y el controlador muestrea de nuevo la corriente (bloque 178). Si el comando es menor a than imin, entonces iCOmmand es restablecido a imin (bloque 198). Es decir, el controlador impide que el nivel de corriente descienda por debajo de imin incluso en los casos en donde dicho nivel de corriente es determinado a nivel computacional para ser el necesario para reducir al mínimo el error de voltaje. De nuevo, dicha característica puede tener el efecto de evitar que resulten interrupciones de arco de soldadura a partir de niveles de alto voltaje que hacen descender los niveles de corriente de comando.

En tanto que solo se han ilustrado y descrito en la presente ciertas características de la invención, aquellos con experiencia en la técnica idearán muchas modificaciones y cambios. Por lo tanto, se comprende que las reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir todas las modificaciones y cambios según queden dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención.

Claims (40)

REIVINDICACIONES

1. Un suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV) que comprende un controlador configurado para: detectar un evento de cortocircuito en un proceso de soldadura CV; incrementar una corriente de soldadura en base a un error de voltaje calculado periódicamente y una primera ganancia; detectar si el evento de cortocircuito ha sido corregido; y si el evento de cortocircuito no ha sido corregido, incrementar la corriente de soldadura en base al error de voltaje calculado periódicamente y una segunda ganancia superior a aquella de la primera ganancia.

2. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el evento de cortocircuito se detecta en base a una retroalimentación de voltaje que desciende por debajo de un nivel de voltaje preestablecido.

3. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , configurado además para operar sin relación con la retroalimentación de voltaje durante un período predeterminado después de iniciar el incremento de la corriente de soldadura en base a la primera ganancia, la segunda ganancia, y/o ganancias subsecuentes.

4. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , configurado para monitorear el evento de cortocircuito durante un período predeterminado antes de incrementar la corriente de soldadura en un primer rango, y si el evento de cortocircuito se corrige durante el período predeterminado, para evitar el incremento en la corriente de soldadura.

5. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , configurado además para incrementar la corriente de soldadura hasta una corriente de soldadura máxima si el evento de cortocircuito no se corrige después de que se incrementa la corriente de soldadura en base a la segunda ganancia.

6. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , configurado además para reducir la corriente de soldadura hasta un nivel de corriente de soldadura deseado después de que se ha corregido el evento de cortocircuito.

7. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , configurado además para incrementar un voltaje de soldadura hasta un nivel de voltaje de soldadura después de que se ha corregido el evento de cortocircuito.

8. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el error de voltaje se basa en una diferencia entre un voltaje de soldadura deseado y un voltaje detectado periódicamente.

9. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el controlador está configurado además para seguir detectando si se ha corregido el evento de cortocircuito, y si el evento de cortocircuito no ha sido corregido en un tiempo predeterminado, seguir incrementando la corriente de soldadura en base al error de voltaje calculado periódicamente y una ganancia superior a la ganancia previa.

10. Un suministro de energía de proceso de soldadura CV que comprende: un sensor de corriente configurado para detectar la corriente de la energía de soldadura suministrada por el suministro de energía para una aplicación de soldadura; un sensor de voltaje configurada para detectar el voltaje de la energía de soldadura; un circuito de detección de cortocircuito acoplado por lo menos al sensor de voltaje y configurado para detectar un cortocircuito en la energía de soldadura; y un circuito de control configurado para determinar un error de voltaje y para incrementar la corriente de la energía de soldadura en dos o más etapas etapa de corrección de cortocircuitos progresivamente agresivas, en donde la corriente se incrementa en base al error de voltaje y una ganancia progresivamente creciente en cada una de las etapas de corrección de cortocircuitos.

1 1 . El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de control está configurado para implementar una etapa de retraso antes y/o después de las dos o más etapas de corrección de cortocircuitos progresivamente agresivas, en donde la energía de soldadura es suministrada sin relación con el voltaje detectado durante la etapa de retraso.

12. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de control está configurado para implementar una etapa de corriente máxima en donde la corriente de soldadura se incrementó hasta una corriente de soldadura máxima si el evento de cortocircuito nos e corrige después de dos o más etapas de corrección de cortocircuitos progresivamente agresivas.

13. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la corriente de soldadura es reducida hasta un nivel de corriente de soldadura deseado después de que se ha corregido un evento de cortocircuito.

14. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque se reduce un voltaje de soldadura hasta un nivel de voltaje de soldadura deseado después de que se ha corregido un evento de cortocircuito.

15. Un suministro de energía de soldadura CV, que comprende: un sensor de corriente configurado para detectar corriente de energía de soldadura del proceso de soladura suministrada por el suministro de energía para una aplicación de soldadura; un sensor de voltaje configurado para detectar el voltaje de la energía de soldadura; un circuito de detección de cortocircuito acoplado por lo menos al sensor de voltaje y configurado para detectar un cortocircuito en la energía de soldadura; y un circuito de control configurado para incrementar una corriente de soldadura en base a una diferencia entre el voltaje detectado y un voltaje deseado, y una primera ganancia, para operar sin relación con la retroalimentación de voltaje durante un primer período predeterminado después de iniciar el incremento de la corriente de soldadura en base a la primera ganancia, para incrementar la corriente de soldadura en base a la diferencia entre el voltaje detectado y el voltaje deseado, y una segunda ganancia superior a la primera ganancia si el evento de cortocircuito no ha sido corregido, y para operar sin relación con la retroalimentación de voltaje durante un segundo período predeterminado después de incrementar la corriente de soldadura en base a la segunda ganancia.

16. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito de control está configurado para reducir la corriente de soldadura hasta un nivel de corriente de soldadura deseado después de que se ha corregido el evento de cortocircuito.

17. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito de control está configurado para incrementar un voltaje de soldadura hasta un nivel de voltaje de soldadura deseado después de que se ha corregido el evento de cortocircuito.

18. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito de control está configurado para incrementar la corriente de soldadura hasta una corriente de soldadura máxima sí el evento de cortocircuito no se corrige después de que se incrementó la corriente de soldadura en base a la segunda ganancia.

19. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el circuito de control está configurado para operar sin relación con la retroalimentación de voltaje durante un tercer período predeterminado después de incrementar la corriente de soldadura hasta la corriente de soldadura máxima.

20. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el evento de cortocircuito comprende retroalimentación de voltaje que desciende por debajo de un nivel de voltaje preestablecido.

21 . A suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV) que comprende un controlador configurado para: calcular un nivel de corriente mínimo variable durante un proceso de soldadura; calcular un error de voltaje durante un proceso de soldadura; generar una señal de comando de corriente para reducir al mínimo el error de voltaje calculado; comparar la señal de comando de corriente con el nivel de corriente mínimo calculado; y aplicar la señal de comando de corriente o el nivel de corriente mínimo variable calculado para control de la salida de soldadura en base a la comparación.

22. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque el error de voltaje calculado se basa en una diferencia entre un voltaje de soldadura deseado y un voltaje detectado.

23. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque el nivel de corriente mínimo variable calculado es aproximadamente igual a un valor de corriente de operación calculado menos un valor de desfase.

24. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el valor de corriente de operación calculado es aproximadamente igual a un valor de corriente instantáneo promediado con uno o más valores de corriente previos.

25. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el valor de desfase se mantiene constante a través de un proceso de soldadura.

26. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el valor de desfase es igual a aproximadamente 70 Amps.

27. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque el controlador está configurado además para muestrear una corriente instantánea una o más veces y restablecer el nivel de corriente mínimo calculado en base a la corriente muestreada.

28. Un suministro de energía de proceso de soldadura CV que comprende: un sensor de corriente configurado para detectar la corriente de energía de soldadura suministrada por el suministro de energía para un proceso de soldadura; un sensor de voltaje configurado para detectar el voltaje de la energía de soldadura; y un circuito de control que recibió señales indicativas de la corriente y voltaje detectados, y está configurado para calcular periódicamente un error de voltaje y una señal de comando de corriente en base al error de voltaje, y si la señal de comando de corriente no es menor a un nivel de corriente mínimo calculado periódicamente, aplicar después un nivel de corriente indicado por la señal de comando de corriente para control de la salida de soldadura, y si la señal de comando de corriente es menor que el nivel de corriente mínimo calculado periódicamente, aplica entonces el nivel de corriente mínimo calculado periódicamente para control de la salida de soldadura.

29. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el error de voltaje calculado periódicamente se basa en una diferencia entre un voltaje de soldadura deseado y un voltaje detectado por el sensor de voltaje.

30. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el nivel de corriente mínimo calculado de forma periódica es aproximadamente igual a un valor de corriente de operación calculado de modo periódico menos un valor de desfase.

31 . El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el valor de corriente de operación calculado de forma periódica es aproximadamente igual a un valor de corriente instantáneo promediado con uno o más de los valores de corriente previos.

32. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el valor de desfase se mantiene constante a través de un proceso de soldadura.

33. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el circuito de control está configurado además para muestrear una corriente instantánea una o más veces con el sensor de corriente y restablecer el nivel de corriente mínimo calculado periódicamente en base a la corriente muestreada.

34. El suministro de energía de proceso de soldadura CV de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque la corriente instantánea es muestreada aproximadamente cada 100 µe.

35. A suministro de energía de proceso de soldadura de voltaje constante (CV) que comprende un controlador configurado para: calcular periódicamente un valor de corriente de operación durante un proceso de soldadura; y calcular periódicamente un valor de corriente mínimo en base al valor de corriente de operación y un valor de desfase.

36. El controlador de suministro de energía de proceso de soldadura de CV de conformidad con la reivindicación 35, configurado además para generar una señal de comando de corriente para reducir al mínimo un error de voltaje calculado periódicamente.

37. El controlador de suministro de energía de proceso de soldadura de CV de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque si la señal de comando de corriente no es menor al valor de corriente mínimo calculado periódicamente, entonces el suministro de energía aplica un nivel de corriente indicado por la señal de comando de corriente para control de la salida de soldadura, y si la señal de comando de corriente es menor que el valor de corriente mínimo calculado periódicamente, aplica entonces el nivel de corriente mínimo calculado periódicamente para control de la salida de soldadura.

38. El controlador de suministro de energía de proceso de soldadura de CV de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el error de voltaje calculado periódicamente se basa en una diferencia entre un voltaje de soldadura deseado y un voltaje detectado.

39. El controlador de suministro de energía de proceso de soldadura de CV de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque el valor de corriente de operación es un promedio de operación de la corriente de salida de soldadura.

40. El controlador de suministro de energía de proceso de soldadura de CV de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque el valor de desfase es un valor