MX2014012280A - Sistema y metodo de control de energia para alimentador de alambre de soldadura. - Google Patents

Abstract

Se describe un método para operar un alimentador de alambre de soldadura que incluye recibir una señal de energía de entrada desde una fuente de energía y convertir la señal de energía de entrada en una señal de energía de bus en un bus interno en un primer tiempo con un convertidor elevador. El método también incluye detectar voltaje de bus y corriente de bus de la señal de energía de bus en el bus interno y convertir la señal de energía de bus en una señal de salida de soldadura en un segundo tiempo con un convertidor reductor. La señal de salida de soldadura es adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada. El método también incluye detectar voltaje de salida y corriente de salida de la salida de soldadura, y reducir una onda de voltaje en el bus interno con base al menos en parte en la corriente y/o voltajes de bus y de salida detectados.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE CONTROL DE ENERGÍA PARA ALIMENTADOR DE ALAMBRE DE SOLDADURA Referencia cruzada a solicitud relacionada Esta solicitud reclama prioridad de y el beneficio de la solicitud provisional de E.U.A. No. de serie 61/657,504, titulada "SISTEMA Y METODO DE CONTROL DE ENERGIA A ALIMENTADOR DE ALAMBRE DE SOLDADURA", presentada el 8 de junio de 2012, que se incorpora en la presente por referencia en su totalidad para todos los propósitos.

Antecedentes de la invención La invención se refiere generalmente a sistemas de soldadura, y, más particularmente, a sistemas y métodos de aplicación de energía a alimentadores de alambre de soldadura.

Los sistemas de soldadura soportan una variedad de procesos, tales como soldadura con gas inerte metálico (MIG), soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), soldadura de varilla, y así sucesivamente, los cuales pueden operar en diferentes modos, tales como corriente constante o voltaje constante. Ciertas aplicaciones de soldadura, tales como mantenimiento y reparación de calderas, trabajo en astilleros, construcción y así sucesivamente, pueden poner una ubicación de soldadura o pieza de trabajo a grandes distancias de una fuente de energía de soldadura.

Las técnicas MIG permiten la formación de un cordón de soldadura continua al alimentar alambre de soldadura protegido por gas inerte desde un soplete de soldadura. Energía eléctrica se aplica al alambre de soldadura y se completa un circuito a través de la pieza de trabajo para mantener un arco que funde el alambre y la pieza de trabajo para formar la soldadura deseada. Las formas avanzadas de soldadura MIG se basan en la generación de energía pulsada. Las diferencias entre la energía de entrada y salida de soldadura por impulsos crean una ondulación de voltaje de exceso de energía que será almacenada en el sistema de soldadura. Ondulaciones de voltaje de gran magnitud se almacenan en grandes condensadores dentro del sistema de soldadura. La ondulación de voltaje también puede afectar a la calidad de soldadura de la salida de soldadura pulsada.

Breve descripción de la invención Ciertas modalidades de acuerdo con el alcance de la invención originalmente reclamada se resumen a continuación. Estas modalidades no se intenta que limiten el alcance de la invención reclamada, sino más bien estas modalidades intentan sólo proporcionar una breve explicación de las posibles formas de la invención. De hecho, la invención puede abarcar una variedad de formas que pueden ser similares a o diferentes de las modalidades mostradas abajo.

En una modalidad, un alimentador de alambre de soldadura incluye un conductor de alimentación de alambre de soldadura configurado para conducir el alambre de soldadura hacia una aplicación de soldadura y circuito de control de alimentación de alambre acoplados al conductor de alimentación de alambre de soldadura. El circuito de control de alimentación de alambre también está configurado para controlar la conducción de alambre de soldadura hacia la aplicación de soldadura. El alimentador de alambre de soldadura también incluye un convertidor elevador configurado para recibir energía de entrada y para cerrarse para convertir la energía de entrada en energía de bus aplicada a un bus interno, y un convertidor reductor acoplado al bus interno y configurado para convertir la energía de bus en salida de soldadura adecuada para una aplicación de soldadura. El alimentador de alambre de soldadura también incluye sensores de voltaje y corriente de entrada configurados para medir voltaje y corriente de entrada de la energía de entrada, respectivamente, y sensores de voltaje y corriente de salida configurados para medir voltaje y corriente de salida de la salida de soldadura, respectivamente. El alimentador de alambre de soldadura también incluye un circuito de control acoplado a los convertidores elevador y reductor y a los sensores de voltaje y corriente de entrada y salida. El circuito de control está configurado para excitar el convertidor elevador para reducir ondulación de voltaje en el bus interno con base al menos en uno del voltaje de entrada, la corriente de entrada, el voltaje de salida o la corriente de salida.

En otra modalidad, un alimentador de alambre de soldadura incluye un conductor de alimentación de alambre de soldadura configurado para conducir alambre de soldadura hacia una aplicación de soldadura y un circuito de control de alimentación de alambre acoplado al conductor de alimentación de alambre de soldadura. El circuito de control de alimentación de alambre también está configurado para controlar la conducción de alambre de soldadura hacia la aplicación de soldadura. El alimentador de alambre de soldadura también incluye un convertidor elevador configurado para recibir energía de entrada y para convertir la energía de entrada en energía de bus aplicada a un bus interno, y un convertidor reductor acoplado al bus interno. El convertidor reductor está configurado para extraer la energía de bus del bus interno y para convertir la energía de bus en salida de soldadura adecuada para una aplicación de soldadura. El alimentador de alambre de soldadura también incluye sensores de voltaje y corriente de bus configurados para medir voltaje y corriente de bus de la energía de bus, respectivamente. El alimentador de alambre de soldadura también incluye un circuito de control acoplado a los convertidores elevador y reductor y a los sensores de voltaje y corriente de bus. El circuito de control está configurado para reducir ondulación de voltaje en el bus interno al excitar el convertidor elevador o convertidor reductor para ajustar una diferencia de tiempo relativa entre aplicar la energía de bus al bus interno y extraer la energía de bus del bus interno con base al menos en parte en la corriente o voltaje de bus.

En otra modalidad, un método para operar un alimentador de alambre de soldadura incluye recibir una energía de entrada proveniente de una fuente de energía de soldadura y convertir la señal de energía de entrada en una señal de energía de bus en un bus interno en un primer tiempo con un convertidor elevador. El método también incluye detectar voltaje de bus y corriente de bus de la señal de energía de bus en el bus interno y convertir la señal de energía de bus en una señal de salida de soldadura en un segundo tiempo con un convertidor reductor. La señal de salida de soldadura es adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada. El método también incluye detectar voltaje de salida y corriente de salida de la salida de soldadura, y reducir una ondulación de voltaje en el bus interno con base al menos en parte en la corriente y/o voltajes de bus y salida detectados.

Breve descripción de los dibujos Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos acompañantes en los cuales caracteres iguales representan partes iguales a lo largo de los dibujos, en donde: La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de soldadura que tiene una fuente de energía de soldadura, y un alimentador de alambre de proceso avanzado de acuerdo con aspectos de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado de la figura 1.

La figura 3 es una vista en perspectiva frontal de un alimentador de alambre de proceso avanzado de acuerdo con aspectos de la presente invención.

La figura 4 es una vista superior de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado de la figura 3.

La figura 5 es un diagrama de bloques de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado que emplea un circuito de conversión de energía, un circuito de relé, un circuito de detección y un ensamble de alimentador de alambre de acuerdo con aspectos de la presente invención.

La figura 6 es un diagrama esquemático de una modalidad del circuito de relé de la figura 5.

La figura 7 es un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso para producir salida de forma de onda controlada usando un alimentador de alambre de proceso avanzado.

La figura 8 es un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso para detectar polaridad de energía de entrada suministrada a un alimentador de alambre de proceso avanzado.

La figura 9A es una primera parte de un diagrama de un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso para accionar un circuito de relé de un alimentador de alambre de proceso avanzado.

La figura 9B es una segunda parte del diagrama de flujo de la figura 9A del proceso para accionar un circuito de relé del alimentador de proceso avanzado.

La figura 10 es un diagrama de flujo de una modalidad de un proceso para ajustar un circuito de conversión de energía de un alimentador de alambre de proceso avanzado.

La figura 11 es un diagrama de voltaje de bus, corriente de entrada, voltaje de salida y corriente de salida versus tiempo.

La figura 12 es otra gráfica de voltaje de bus, corriente de energía, voltaje de salida y corriente de salida versus tiempo.

La figura 13 es un diagrama de un ejemplo de circuito para controlar la aplicación de energía a un componente de soldadura tal como un alimentador de alambre o control remoto durante el encendido o la conexión del componente a una fuente de energía de soldadura.

La figura 14 es un diagrama un poco más detallado de un ejemplo de circuito para controlar corriente de irrupción a un control remoto de soldadura.

La figura 15 es un diagrama detallado similar de un ejemplo de circuito para controlar corriente de irrupción a un alimentador de alambre de soldadura.

Descripción detallada de la invención La figura 1 es un diagrama de bloques de una modalidad de un sistema de soldadura 10 que energiza una aplicación de soldadura. Como se ilustra, el sistema de soldadura 10 incluye una fuente de energía de soldadura 12 y un soplete de soldadura acoplado 14. La fuente de energía de soldadura 12 suministra energía de entrada al soplete de soldadura 14. El soplete de soldadura 14 puede ser un soplete configurado para soldadura por varilla, soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) o soldadura con arco metálico de gas (G AW), con base en la aplicación de soldadura deseada. En algunas modalidades, la fuente de energía de soldadura 12 suministra energía de entrada a un control remoto 16 acoplado a un soplete 14 configurado para soldadura con varilla o soldadura TIG. El operador suministra el metal del relleno, si lo hay, para la soldadura con varilla o TIG. El control remoto 16 puede configurarse para controlar la fuente de energía 12 y/o notificar al operador de parámetros de soldadura. En otras modalidades, la fuente de energía de soldadura 12 suministra energía de entrada a un alimentador de alambre estándar 18. El alimentador de alambre estándar 18 suministra la energía de entrada y metal de relleno a un soplete de soldadura 14 configurado para soldadura GMAW o soldadura con arco de núcleo de fundente (FCAW). En algunas modalidades, la fuente de energía de soldadura 12 suministra energía de entrada a un alimentador de alambre de proceso avanzado 20. El alimentador de alambre de proceso avanzado 20 está configurado para convertir la energía de entrada de la fuente de energía de soldadura 12 en salida de soldadura. En algunas modalidades, la salida de soldadura del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 puede ser una salida de soldadura de forma de onda controlada. Las salidas de soldadura de forma de onda controlada incluyen salidas de soldadura adaptadas a un proceso de soldadura por pulsos o a un proceso de soldadura por cortocircuito.

La fuente de energía de soldadura 12 está acoplada a una fuente de corriente alterna (CA) 22, tal como una red eléctrica o generador impulsado por motor que suministra energía primaria. La fuente de energía de soldadura 12 puede procesar la energía primaria a energía de entrada suministrada al soplete de soldadura 14 por medio de cables de energía 24. En algunas modalidades, los cables de energía 24 incluyen una primera terminal 26 y una segunda terminal 28, en donde una terminal tiene una polaridad positiva y la otra tiene una polaridad negativa. El circuito de conversión de energía 30 convierte la corriente de CA en energía de entrada como ya sea corriente continua (CC) o CA. El circuito de conversión de energía 30 puede incluir elementos de circuito tales como transformadores, interruptores, convertidores elevadores, inversores y así sucesivamente, capaces de convertir energía según se rija por las demandas del sistema de soldadura 12. En algunas modalidades, e circuito de conversión de energía 30 se configura para convertir la energía primaria en una energía de entrada de CC de aproximadamente 80V para suministrar el control remoto 16, alimentador de alambre estándar 18 o alimentador de alambre de proceso avanzado 20. La energía de entrada puede ser de entre aproximadamente 50 a 120V de CC.

La fuente de energía de soldadura 12 incluye un circuito de control 32 y una interfaz de operador 34. El circuito de control 32 controla las operaciones de la fuente de energía de soldadura 12 y puede recibir entrada de la interfaz de operador 34 a través de la cual un operador puede seleccionar un proceso de soldadura (por ejemplo, varilla, TIG, MIG) e ingresar parámetros deseados de la energía de entrada (por ejemplo, voltajes, corrientes, regímenes de soldadura por pulsos o no por pulsos particulares, y así sucesivamente). El circuito de control 32 puede configurarse para recibir y procesar una pluralidad de entradas relacionadas con el desempeño y demandas del sistema 12. El circuito de control 102 puede incluir memoria volátil o no volátil, tal como ROM, RAM, memoria de almacenamiento magnético, memoria de almacenamiento óptico o una combinación de los mismos. Además, una variedad de parámetros de control se pueden almacenar en la memoria junto con código configurado para proporcionar una salida específica (por ejemplo, invertir polaridad, precargar condensador, hacer posible flujo de gas, etc.), durante la operación.

La fuente de energía de soldadura 12 puede incluir un circuito de inversión de polaridad 36 y circuito de comunicaciones 38 acoplados al circuito de control 32. El circuito de inversión de polaridad 36 invierte la polaridad de la primera y segunda terminales 26, 28 cuando es dirigido por el circuito de control 32. Por ejemplo, algunos procesos de soldadura, tales como soldadura TIG, pueden hacer posible una soldadura deseada cuando el electrodo tenga una polaridad negativa, conocido como electrodo negativo de CC (DCEN). Otros procesos de soldadura, tales como soldadura con varilla o GMAW, pueden hacer posible una soldadura deseada cuando el electrodo tenga polaridad positiva, conocido como electrodo positivo de CC (DCEP). Cuando se cambia entre un proceso de soldadura TIG y un proceso de soldadura GMAW, el circuito de inversión de polaridad 36 puede configurarse para invertir la polaridad de DCEN a DCEP. El operador puede invertir la polaridad manualmente, o el circuito de control 32 puede dirigir al circuito de inversión de polaridad 36 para invertir la polaridad en respuesta a señales recibidas a través del circuito de comunicaciones 38. El circuito de comunicaciones 38 está configurado para comunicarse con el soplete de soldadura 14, control remoto 16, alimentador de alambre estándar 18, alimentador de alambre avanzado 20 y/u otro dispositivo acoplado a los cables de energía 24. En algunas modalidades, el circuito de comunicaciones 38 está configurado para enviar y recibir señales de mando y/o retroalimentación sobre los cables de energía de soldadura 24 usados para suministrar la energía de entrada. En otras modalidades, el circuito de comunicaciones 38 está configurado para comunicarse en forma inalámbrica con otro dispositivo.

Los dispositivos que incluyen el control remoto 16, alimentador de alambre estándar 18 y alimentador de alambre de proceso avanzado 20 reciben energía de entrada a través de la terminal de entrada 40 configurada para acoplarse con la primera y segunda terminales 26, 28 de los cables de energía 24. En algunas modalidades, la primera terminal 26 está configurada para conectarse con la terminal de entrada 40 y la segunda terminal 28 está configurada para conectarse con la pinza 42 acoplada a la pieza de trabajo 44. En algunas modalidades, la terminal de entrada 40 tiene conexiones de entrada con polaridades definidas configuradas para acoplarse a la primera y segunda terminales 26, 28 respectivas de las mismas polaridades, y la pinza 42 se acopla al control remoto 16 o alimentador de alambre 18. El alimentador de alambre de proceso avanzado 20 está configurado para acoplarse a la primera y segunda terminales 26, 28 con terminales de entrada 40, y la pinza 42 está acoplada al alimentador de alambre de proceso avanzado 20.

Para algunos procesos de soldadura (por ejemplo, TIF, GMAW), se utiliza un gas de protección durante la soldadura. En algunas modalidades, como se muestra en las líneas punteadas, la fuente de energía de soldadura 12 incluye una o más válvulas de control de gas 46 configuradas para controlar un flujo de gas proveniente de una fuente de gas 48. Las válvulas de control de gas 46 pueden ser controladas por el circuito de control 32. La fuente de energía de soldadura 12 puede ser acoplada a una o más fuentes de gas 48 debido a que algunos procesos de soldadura pueden utilizar diferentes gases protectores que otras. En algunas modalidades, la fuente de energía de soldadura 12 está configurada para suministrar el gas con la energía de entrada por medio de un cable de entrada combinado 50. En otras modalidades, las válvulas de control de gas 46 y fuente de gas 48 pueden estar separadas de la fuente de energía de soldadura 12. Por ejemplo, las válvulas de control de gas 46 pueden ser dispuestas dentro del alimentador de alambre estándar o avanzado 18, 20. Los alimentadores de alambre estándar y avanzado 18, 20 mostrados en la figura 1 están acoplados a sopletes GMAW 52 configurados para suministrar el gas y alambre de soldadura 54 a la aplicación de soldadura.

La figura 2 ilustra un diagrama de bloques de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 para convertir energía de entrada en salida de soldadura de forma de onda controlada. El alimentador de alambre de proceso avanzado 20 recibe la energía de entrada proveniente de la fuente de energía de soldadura a través de terminales de entrada 40 acopladas al circuito de proceso 56. En algunas modalidades, el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 es operado remotamente desde la fuente de energía de soldadura con cables de energía largos. El circuito de proceso 56 puede incluir un circuito tal como circuito de relé, circuito de detección de voltaje y corriente, circuito de almacenamiento de energía, y así sucesivamente, capaces de detectar y controlar la energía de entrada recibida por el alimentador de alambre de proceso avanzado 20. El circuito de proceso 56 transmite la energía de entrada al circuito de conversión de energía 58.

El circuito de conversión de energía 58 está configurado para convertir la energía de entrada proveniente de la fuente de energía de soldadura en salida de soldadura adecuada para llevar a cabo aplicaciones de soldadura. El circuito de conversión de energía 58 puede incluir elementos de circuito tales como convertidores elevadores, convertidores reductores, un bus interno, condensador de bus, sensores de voltaje y corriente, y así sucesivamente, capaces de convertir la energía de entrada en salida de soldadura. En algunas modalidades, la energía de entrada es recibida por el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 es un voltaje de CC de entre aproximadamente 20V a 120V, aproximadamente 40V a 100V, o aproximadamente 60V a 80V. Según se usa en referencia a la energía de entrada, el término aproximadamente puede significar dentro de 5 voltios o dentro de 10 por ciento del voltaje deseado. El circuito de conversión de energía 58 puede ser configurado para convertir la energía de entrada en una salida de soldadura de forma de onda controlada, tal como un proceso de soldadura por pulsos o un proceso de soldadura de cortocircuito (por ejemplo, deposición de metal regulada (RMD™)). El circuito de conversión de energía 58 dispuesto dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 suministra la salida de soldadura de forma de onda controlada para la aplicación de soldadura sin atenuación del cable de energía entre Lafuente de energía de soldadura y el alimentador de alambre de proceso avanzado 20. Esto incrementa el tiempo de respuesta y precisión de la salida de soldadura de forma de onda controlada suministrada al soplete de soldadura. Incrementar el tiempo de respuesta de la salida de soldadura de forma de onda controlada puede asegurar que la forma de onda de salida de soldadura deseada se suministre al soplete de soldadura en momentos específicos durante la soldadura. Por ejemplo, el proceso de soldadura RMD™ utiliza una salida de soldadura de forma de onda controlada que tiene una forma de onda de corriente que varía en puntos específicos en tiempo sobre un ciclo de cortocircuito. Incrementar el tiempo de respuesta de la salida de soldadura de forma de onda controlada también puede mejorar la sincronización de los pulsos de forma de onda para producir una soldadura deseada.

En algunas modalidades, el circuito de conversión de energía 48 está configurado para proporcionar la salida de soldadura al ensamble de alimentación de alambre 60. El ensamble de alimentación de alambre 60 suministra alambre de soldadura 54 a la antorcha de soldadura para la operación de soldadura. El ensamble de alimentación de alambre 60 incluye elementos tales como un carrete, conductor de alimentación de alambre, rodillos impulsores y circuitos de control de alimentación de alambre. El ensamble de alimentación de alambre 60 alimenta alambre de soldadura 54 al soplete de soldadura a lo largo de un cable de soldadura 62. La salida de soldadura puede ser suministrada a través del cable de soldadura 62 acoplado al soplete de soldadura y/o el cable de trabajo 64 acoplado a la pieza de trabajo.

Las modalidades actualmente contempladas del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 tienen una interfaz de operador de proceso 66 y una interfaz de operador de control 68 para el control de parámetros del sistema de soldadura. La interfaz de operador de proceso 66 está acoplada al circuito de proceso 56 para selección y ajuste por el operador del proceso de soldadura (por ejemplo, por pulsos, cortocircuito, FCAW) a través de la selección del tamaño del alambre, tipo del alambre, material y parámetros de gas. La interfaz de operador de proceso 66 está acoplada al ensamble de alimentación de alambre 60 para el control del suministro del alambre de soldadura 54 a la antorcha de soldadura. La interfaz de operador de control 68 está acoplada al circuito de proceso 56 para ajustar el voltaje, amperaje, velocidad de alimentación de alambre y longitud de arco para una aplicación de soldadura. En algunas modalidades, la interfaz de operador de proceso 66 y la interfaz de operador de control 68 son interfaces separadas, cada una con circuitos de control respectivos. Como alternativa, la interfaz de operador de proceso 66 y la interfaz de operador de control 68 pueden tener circuitos de control comunes y/o formar una interfaz de operador de control y proceso común. La interfaz de operador de proceso 66 y/o la interfaz de operador de control 68 puede incluir memoria volátil o no volátil, tal como ROM, RAM, memoria de almacenamiento magnético, memoria de almacenamiento óptico o una combinación de las mismas. Además, una variedad de parámetros pueden ser almacenados en la memoria junto un con código configurado para proporcionar una salida específica para parámetros preestablecidos durante la operación.

La interfaz de proceso 66 está configurada para recibir entrada tal como material de alambre (por ejemplo, acero, aluminio), tipo de alambre (por ejemplo, sólido, de núcleo fundente), diámetro de alambre, tipo de gas y así sucesivamente. Después de la segunda entrada, el circuito de proceso 56 está configurado para determinar la salida de soldadura de forma de onda controlada para la aplicación de soldadura. Por ejemplo, el circuito de proceso 56 determina el ancho de pulso, amplitud de pulso relativa y/o forma de onda para un proceso de salida de soldadura de forma de onda controlada con base al menos en parte en la entrada recibida a través de la interfaz de proceso 66. El ensamble de alimentación de alambre 66 puede configurarse para suministrar el alambre de soldadura 54 con base en código o instrucciones almacenados en memoria con base en la entrada recibida. El ensamble de alimentación de alambre 60 está acoplado a una interfaz de operador de proceso 66 e interfaz de operador de control 68 para controlar el alambre de soldadura 54 suministrado para una operación de soldadura. El ensamble de alimentación de alambre 60 ajusta parámetros para suministrar el alambre de soldadura 54 al soplete de soldadura con base al menos en parte en la entrada de operador recibida por medio de la interfaz de operador de proceso 66 o la interfaz de operador 68. La interfaz de operador de control 68 está configurada para recibir entrada de operador para parámetros tales como el amperaje, voltaje, polaridad, velocidad de alimentación de alambre, longitud de arco, tipo de proceso (por ejemplo, RMD™, soldadura por pulsos), y así sucesivamente. En algunas modalidades, la interfaz de operador de control está configurada para ajustar la energía de la salida de soldadura de forma de onda controlada sin afectar la forma de la salida de soldadura de forma de onda controlada. El circuito de proceso 56 ajusta el circuito de conversión de energía 58 y ensamble de alimentación de alambre 60 con base al menos en parte en la entrada de operador recibida por medio de la interfaz de operador de control 68. En algunas modalidades, el circuito de comunicaciones 70 acoplado al circuito de proceso 56 está configurado para enviar y recibir señales de mando y/o retroalimentación sobre el cable de energía usadas para proporcionar la energía de entrada. El circuito de comunicaciones 70 hace posible que la interfaz de operador de proceso 66 y/o interfaz de operador de control 68 controlen la fuente de energía de soldadura. Por ejemplo, la interfaz de operador de proceso 66 y/o la interfaz de operador de control 68 pueden configurarse para controlar el amperaje, voltaje u otros parámetros de la energía de entrada suministrada por la fuente de energía de soldadura. En algunas modalidades, el circuito de proceso 56 controla la fuente de energía de soldadura lejos de la fuente de energía de soldadura sin ser restringida a parámetros establecidos en la interfaz de operador 34 (figura 1). Es decir, el circuito de proceso 56 y circuito de comunicaciones 70 hace posible a un operador controlar la fuente de energía de soldadura remotamente a través del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 con prioridad de control igual a la de la interfaz de operador 34 de la fuente de energía de soldadura.

Algunas modalidades del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 incluyen un ensamble de válvula 72 para proporcionar gas al soplete de soldadura a lo largo de una línea de gas 74. El ensamble de válvula 72 puede ser controlado por el circuito de proceso 56 y/o el ensamble de alimentación de alambre 60 como se muestra por las líneas de control punteadas. Por ejemplo, el ensamble de válvula 72 puede ser configurado para suministrar gas al soplete de soldadura antes de y después de una aplicación de soldadura. En algunas modalidades, el ensamble de válvula 72 está configurado para purgar la línea de gas 74 después de recibir un comando de purga de la interfaz de operador de proceso 66 o la interfaz de operador de control 68.

La figura 3 ilustra una vista en perspectiva frontal de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 dispuesto en una caja 76 que tiene la interfaz de operador de proceso 66 separada de la interfaz de operador de control 68. En algunas modalidades, el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 está dispuesto en una caja 76 que tiene una base de caja 78 y tapa de caja 80 para proteger al ensamble de alimentación de alambre 60 del ambiente operativo cuando la caja 76 sea cerrada. La caja 76 puede ser sustancialmente portátil (por ejemplo, alimentador de maletín) y configurarse para transporte por operador manual a una aplicación de soldadura lejos de la fuente de energía de soldadura. La tapa de caja 80 se muestra en líneas punteadas para claridad para ilustrar una modalidad del ensamble de alimentación de alambre 60 dispuesto dentro de la caja.

La interfaz de operador de control 68 puede ser dispuesta fuera de la caja 76 como se ilustra en la figura 3. La interfaz de operador de control 68 puede incluir uno o más discos 82, uno o más presentadores visuales 84, y uno o más botones 86. En algunas modalidades, los discos 82 pueden configurarse para ajustar voltaje y/o amperaje de la energía de entrada o salida de soldadura, velocidad de alambre o longitud de arco, o combinaciones de las mismas. Uno o más botones 86 pueden hacer posible al operador seleccionar tipos de proceso, preferencias de operador o parámetros de proceso previamente almacenados en la memoria, o combinaciones de los mismos. La interfaz de operador de control 68 puede hacer posible la selección por operador de parámetros de proceso almacenados en memoria, tales como amperaje y velocidad de alambre previamente seleccionados para el proceso de soldadura de forma de onda controlada seleccionado. Los presentadores visuales 84 pueden ser configurados para presentar visualmente parámetros de proceso ajustados y/o tipo de proceso seleccionado (por ejemplo, RMD™, soldadura por pulsos, FCAW, MIG). En algunas modalidades, el uno o más presentadores visuales 84, luces, u otros dispositivos pueden configurarse para proporcionar una notificación perceptible por operador para notificar al operador si las polaridades de los cables de energía acoplados corresponden a las terminales de entrada 40 respectivas.

Modalidades del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 incluyen uno o más carretes 88 del alambre de soldadura 54 dispuestos dentro de la caja 76 para suministrar el conductor de alambre de soldadura 90. El alambre de soldadura 54 es jalado a través del conductor de alimentación de soldadura 90 y una terminal de salida 91 al cable de soldadura 62. En algunas modalidades, la línea de gas 74 puede estar dentro del cable de soldadura 62 como se ilustra. Un cable de trabajo 64 está acoplado a la terminal de salida 91.

La figura 4 ilustra una vista superior de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 con la interfaz de operador de proceso 66 dispuesta dentro de la caja 76. La interfaz de operador de proceso 66 puede incluir uno o más botones 92 y uno o más indicadores 94 para recibir y presentar visualmente parámetros de alambre y material. En algunas modalidades, la interfaz de operador de proceso 66 puede ser configurada para recibir parámetros de gas. El uno o más botones 92 de la interfaz de operador de proceso 66 pueden configurarse para recibir entrada tal como material de alambre (por ejemplo, acero, aluminio), tipo de alambre (por ejemplo, sólido, de núcleo fundente), diámetro de alambre y tipo de gas. En algunas modalidades, los parámetros de alambre y/o gas pueden ser ajustados menos frecuentemente que los parámetros de control seleccionados a través de la interfaz de operador de control 68. Por ejemplo, la interfaz de operador de proceso 66 puede ser dispuesta dentro de la caja que normalmente esté cerrada durante la soldadura. Como otro ejemplo, la interfaz de operador de proceso 66 puede ser ajustada principalmente cuando se cambia el carrete 88 de alambre de soldadura 54. Indicadores 94 pueden incluir presentadores visuales, luces u otros dispositivos configurados para proporcionar una notificación perceptible por operador que indique los parámetros de alambre y/o gas seleccionados. Dos o más ruedas de accionamiento 98 del conductor de alimentación de alambre 90 están configuradas para dirigir el alambre de soldadura 54 a través de la terminal de salida 91 a lo largo del cable de soldadura 62.

La figura 5 ilustra un diagrama de bloques de una modalidad del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 que tiene un circuito de proceso 56, circuito de conversión de energía 58 y ensamble de alimentación de alambre 60. Modalidades del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 pueden ser acopladas a cables de energía largos 24 que tengan una inductancia 100. Como se puede apreciar, los cables de energía 24 pueden ser cables de energía 24 convencionales. Como se describió arriba, el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 puede ubicarse lejos de la fuente de energía de soldadura. Por ejemplo, el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 puede estar dispuesto entre aproximadamente 9 a 61 metros, alrededor de 15 a 46 metros o aproximadamente 30 a 46 metros de la fuente de energía de soldadura 12. En algunas modalidades, el alimentador de alambre de proceso avanzado ubicado remotamente puede estar en un edificio, estructura o habitación diferente que la fuente de energía de soldadura 12. La inductancia 100 puede variar durante el uso al ser bobinados, extendidos o movidos los cables de energía 24.

El circuito de conversión de energía 58 está configurado para recibir la energía de entrada proveniente de los cables de soldadura 24 y convertir la energía de entrada en salida de soldadura. El circuito de conversión de energía puede convertir la energía de entrada en salida de soldadura independientemente de la inductancia 100 de los cables de energía 24. El circuito de control de proceso 102 controla el circuito de conversión de energía 58 con base al menos en parte en parámetros recibidos desde la interfaz de operador de proceso 66 y/o interfaz de operador de control 68. El circuito de control de proceso 102 controla un convertidor elevador 104 y un convertidor reductor 106 para convertir la energía de entrada en salida de soldadura. Un bus interno 108 puede estar dispuesto entre el convertidor elevador 104 y convertidor reductor 106. Sólo el convertidor elevador 104 y convertidor reductor 106 se describen aquí por claridad, sin embargo, otras modalidades del circuito de conversión de energía 58 pueden tener uno o más convertidores elevadores 104 y/o uno o más convertidores reductores 106. El convertidor elevador 104 y convertidor reductor 106 están configurados para convertir la energía de entrada en salida de soldadura adecuada para procesos de soldadura de forma de onda controlada, tales como para procesos de soldadura RMD™ y por pulsos.

El convertidor elevador 104 recibe voltaje de CC desde las terminales de entrada 40 e intensifica o aumenta el voltaje de CC de la energía de bus suministrada al convertidor reductor 106. Como se puede apreciar, el convertidor elevador 104 convierte la energía de entrada de CC proveniente de la fuente de energía de soldadura en una energía de bus de CC de voltaje intensificado sustancialmente pulsada usando un interruptor (por ejemplo, FET) para abrir y cerrar un circuito elevador. El voltaje intensificado de la energía de bus de CC se basa al menos en el ciclo de trabajo del interruptor. Variar el ciclo de trabajo del interruptor afecta la sincronización de cuando la energía de bus de CC de voltaje intensificado se suministra al bus interno 108. Al controlar el interruptor del convertidor elevador 104, el circuito de control de proceso 102 puede ajustar la sincronización, voltaje y amperaje de la energía de bus de CC.

El convertidor reductor 106 recibe la energía de bus de CC de voltaje intensificado y reduce o baja el voltaje de CC para controlar el amperaje de la salida de soldadura. Como se puede apreciar, el convertidor reductor 106 convierte la energía de bus de CC de voltaje intensificado pulsada en una salida de soldadura de CC de voltaje reducido pulsada usando un interruptor (por ejemplo, FET) para abrir y cerrar un circuito reductor. Al igual que con el convertidor elevador 104, variar el ciclo de trabajo del interruptor del convertidor reductor 106 afecta la sincronización de cuando la salida de soldadura de CC de voltaje reducido es suministrada al soplete de soldadura. En algunas modalidades, varios convertidores reductores 106 pueden ser acoplados al bus interno 108 en paralelo y controlados por separado para afectar la sincronización y amplitud de cambios (por ejemplo, pulsos) a la salida de soldadura. Al controlar el interruptor del convertidor reductor 106, el circuito de control de proceso puede ajustar la sincronización, voltaje y amperaje de la salida de soldadura de CC. El circuito de control 102 está configurado para controlar los interruptores de los convertidores elevador y reductor 104, 106 para ajustar dinámicamente el voltaje y/o amperaje de la salida de soldadura de CC suministrada al soplete con base en el proceso de soldadura seleccionado por operador (por ejemplo, RMD™, soldadura por pulsos, FCAW, MIG). En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 se configura para controlar el convertidor elevador 104 y/o convertidor reductor 106 con base en parámetros detectados de la energía de entrada, energía de bus o salida de soldadura, o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, el circuito de control 102 puede controlar el convertidor elevador 104 con base en parámetros detectados de la salida de soldadura para controlar el voltaje a través del bus interno 108.

En algunas modalidades, un circuito de almacenamiento de energía (por ejemplo, condensador de bus 110) puede ser dispuesto en el bus interno 108. El condensador de bus 110 puede proteger parcialmente el convertidor elevador 104 y/o convertidor reductor 106 de una diferencia entre la energía de entrada en el circuito de conversión de energía 58 y la salida de soldadura proveniente del circuito de conversión de energía 58 en cualquier momento. Como se indicó arriba, la energía de bus convertida por el convertidor elevador 104 se dirige al bus interno 108, luego el convertidor reductor 106. El condensador de bus 110 puede configurarse para almacenar la energía de bus hasta que sea recibida por el convertidor reductor 106. Almacenar y descargar cantidades relativamente grandes de energía en el condensador de bus 110 puede calentar el condensador de bus. La diferencia de voltaje entre la energía de bus suministrada por el convertidor elevador 104 y la energía de bus retirada por el convertidor reductor 106 para convertirla en salida de soldadura puede medirse como ondulación de voltaje. Reducir la magnitud de la ondulación de voltaje puede mejorar la calidad de soldadura y/o mantener la temperatura del condensador de bus 110. El tamaño y capacitancia del condensador de bus 110 pueden basarse en la magnitud de la ondulación de voltaje, que es afectada al menos en parte por el control del convertidor elevador 104 y el convertidor reductor 106. El condensador de bus 1 10 puede atenuar y/o retrasar parcialmente la ondulación de voltaje.

En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 está configurado para controlar los ciclos de trabajo del convertidor elevador 104 y el convertidor reductor 106 para reducir la ondulación de voltaje del condensador de bus 110 con base al menos en parte en parámetros detectados de la energía de entrada y salida de soldadura. La corriente y voltaje de la energía de entrada se detectan en la primera y segunda conexiones 112, 114 por un circuito de detección 116 a través de sensores de entrada 118. El circuito de detección 116 detecta la corriente y voltaje en el bus interno 108 a través del condensador de bus 110 a través de sensores de bus 120, y detecta la corriente y voltaje de la salida de soldadura a través de sensores de salida 122. El circuito de control de proceso 102 puede excitar el convertidor elevador 104 y el convertidor reductor 106 con base al menos en parte en parámetros detectados (por ejemplo, voltaje, corriente) de la salida de soldadura, la energía de entrada o la energía de bus, o combinaciones de las mismas. Por ejemplo, el circuito de detección 116 puede detectar el voltaje y corriente de la salida de soldadura con sensores de salida de soldadura 122 y detectar el voltaje de la energía de entrada y energía de bus con sensores de entrada 118 y sensores de bus 120. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 está configurado para determinar el producto (es decir, energía) de la corriente y voltaje de salida de soldadura y pérdida del circuito de conversión de energía 58, para determinar la suma de la pérdida y el producto, para dividir la suma entre el voltaje de entrada para determinar la corriente de bus deseada, y para excitar el convertidor elevador 104 para controlar la corriente de bus. El convertidor elevador 104 puede controlar la corriente de bus a la corriente de bus deseada para coincidir sustancialmente la energía de bus en el bus interno 108 con la salida de soldadura retirada del bus interno 108. La inductancia 100 de los cables de energía 24 retrasa el flujo de corriente en el bus interno 108 proveniente de la fuente de energía de soldadura.

Controlar el convertidor elevador 104 con base en los sensores de entrada 118 y/o sensores de bus 120 en lugar de la corriente y voltaje de la energía de entrada en la fuente de energía de soldadura reduce la ondulación de voltaje en el condensador de bus 110. Controlar el convertidor elevador 104 con base en los sensores de entrada 118 y/o sensores de bus 120 reduce o elimina los efectos de la inductancia 100 en la salida de soldadura. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 está configurado para controlar los convertidores elevador y reductor 104, 106 para reducir la ondulación de voltaje en el bus interno 108 al menos mientras el convertidor reductor 106 está convirtiendo la energía de bus en una salida de soldadura adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada (por ejemplo, soldadura por pulsos, soldadura de cortocircuito).

El circuito de control de proceso 102 puede configurarse para reducir la ondulación de voltaje al ajustar la sincronización de las señales de control para el ciclo de trabajo de interruptores dentro de los convertidores 104 y 106. Al ajustar la sincronización de las señales de control, el circuito de control de proceso 102 puede configurarse para alinear generalmente pulsos (por ejemplo, fases) del voltaje corriente de salida de soldadura con los pulsos de la corriente de entrada de la energía de entrada. El circuito de control de proceso 102 puede ajustar los pulsos de señal de sincronización relativa (por ejemplo, desplazamiento de fases, avance en tiempo, retraso en tiempo) provenientes del convertidor elevador 104 y/o convertidor reductor 106 para reducir la ondulación de voltaje. Reducir la ondulación de voltaje en el bus interno 108 puede hacer posible al condensador de bus 110 ser más pequeño, más liviano, más frío, más eficiente, más barato o combinaciones de los mismos. El circuito de control de proceso 102 puede configurarse para sintonizar la ondulación de voltaje a un valor mínimo para cualquier inductancia 100 de los cables de energía 24. De esta manera, la inductancia 100 puede cambiar durante la operación del sistema de soldadura o entre operaciones de soldadura sin afectar la ondulación de voltaje en el bus interno 108 y/o salida de soldadura del convertidor reductor 106.

La energía de entrada es recibida de la fuente de energía de soldadura a lo largo del cable de energía 24 acoplado a las terminales de entrada 40. En algunas modalidades, las terminales de entrada 40 tienen la primera conexión de entrada 112 y la segunda conexión de entrada 114 con polaridades definidas respectivas. Como se describió arriba, la primera y segunda terminales 26, 28 tienen una polaridad positiva y negativa, de esta manera la energía de entrada es polarizada. En algunas modalidades, in circuito de detección 116 está configurado para detectar la pluralidad de la energía de entrada polarizada suministrada a la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114 usando los sensores de entrada 118. El circuito de detección 116 puede configurarse para detectar una no coincidencia entre las polaridades de la primera y segunda terminales 26, 28 y polaridades definidas de la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114. El circuito de control de proceso 102 acoplado al circuito de detección 116 puede configurarse para proporcionar la energía de entrada polarizada al circuito de conversión de energía 58 sólo si la polaridad de energía de entrada detectada corresponde a las polaridades definidas de la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114. El alimentador de alambre de proceso avanzado 20 puede configurarse para suministrar una salida de soldadura polarizada para una aplicación de soldadura particular. Cambiar la polaridad de la primera y segunda terminales 26, 28 de tal manera que las terminales 26, 28 no correspondan a la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114 puede cambiar la polaridad del cambio de energía 62 y cable de trabajo 64 de DCEN a DCEP, o de DCEP a DCEN.

En algunas modalidades, el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 está configurado para notificar al operador de la polaridad y/o cambio de la polaridad de la energía de entrada automáticamente. Por ejemplo, la interfaz de operador de proceso 66 y/o interfaz de operador de control 68 pueden configurarse para proporcionar una notificación perceptible por operador si la polaridad de la energía de entrada polarizada no corresponde a las polaridades definidas de la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114. El circuito de comunicaciones puede ser configurado para enviar y recibir señales de mando y/o retroalimentación sobre el cable de energía a la fuente de energía de soldadura. El circuito de comunicaciones envía una señal indicadora de una no coincidencia entre las polaridades de las conexiones de entrada de tal manera que la fuente de energía de soldadura pueda proporcionar una notificación perceptible por operador de la polaridad y/o invertir la polaridad de la energía de entrada. En algunas modalidades, el circuito de inversión de polaridad 36 (figura 1) de la fuente de energía de soldadura invierte la polaridad de la energía de entrada polarizada con base en la señal de tal manera que la polaridad de la energía de entrada polarizada corresponda a las polaridades definidas de la primera y segunda conexiones de entrada 112, 114.

El circuito de detección 116 también está configurado para medir la corriente y/o voltaje del bus interno 108 con sensores de bus 120 y para medir la corriente y/o voltaje de la salida de soldadura con sensores de salida de soldadura 122. El circuito de control de proceso 102 monitorea los sensores de entrada 118, sensores de bus 120 y sensores de salida de soldadura 122 a través del circuito de detección 116. Después de la detección de un cambio de la energía de entrada polarizada y/o la salida de soldadura a un valor fuera de un intervalo de umbral, el circuito de control de proceso 102 puede abrir el circuito de relé 124 para interrumpir la provisión de la energía de entrada polarizada a los componentes operaciones del alimentador de alambre de soldadura 20. Los componentes operacionales pueden incluir, pero no están limitados a, el circuito de conversión de energía 58, el conductor de alimentación de alambre de soldadura 90 o el circuito de control de alimentación de alambre, o cualquier combinación de los mismos. El intervalo de umbral tiene un valor umbral máximo (por ejemplo, 80V, 100V, 120V, o más) y un valor umbral mínimo (por ejemplo, aproximadamente 20V, 5V o 30V). La apertura del circuito de compresión de energía cuando la energía de entrada polarizada y/o la salida de soldadura están dentro del intervalo umbral puede incrementar la estabilidad o consistencia de la conversión. Por ejemplo, un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé 124 puede causar una disminución de voltaje a través del bus interno 108 y/o disminución de voltaje de la salida de soldadura. La apertura del circuito de relé 124 puede proteger al menos al circuito de relé 124 de un exceso de energía de entrada debido al cortocircuito corriente abajo. El circuito de relé 124 puede incluir elementos de circuito tales como un relé enganchador, relé no enganchador, interruptores de estado sólido y así sucesivamente. El circuito de relé 124 está configurado para cerrarse y proporcionar energía de entrada y para abrirse para interrumpir la energía de entrada al circuito de conversión de energía 58. En algunas modalidades, el circuito de almacenamiento de energía puede proporcionar energía para abrir el circuito de relé 124 e interrumpir la energía de entrada. El circuito de almacenamiento de energía puede incluir una fuente de energía auxiliar 126 y/o el condensador de bus 110 en el bus interno 108.

Las modalidades actualmente contempladas del circuito de relé 124 incluyen un relé de energía 128 y un circuito de derivación 130 acoplados en paralelo en primera y segunda uniones de relé 132, 134. El relé de energía 128 puede ser un relé enganchador o un relé no enganchador configurado para llevar CC de alto amperaje a lo largo de una primera trayectoria de corriente 129 cuando esté cerrado. Un relé enganchador puede ser más pequeño y más liviano que un relé no enganchador con la misma capacidad de corriente. En algunas modalidades, el relé de energía 128 puede ser el relé 753 fabricado por Gruner of wehingen, Alemania. El circuito de derivación 130 puede incluir, pero no está limitado a, un circuito de excitación, un dispositivo de pinzamiento de voltaje (por ejemplo, resistor de óxido de metal), y uno o más interruptores que detecten señales de excitación provenientes del circuito de excitación. El uno o más interruptores están configurados para llevar corriente a lo largo de una segunda trayectoria de corriente 131 cuando sean cerrados. El dispositivo de pinzamiento de voltaje puede configurarse para pinzar el voltaje a través de la primera y segunda uniones de relé 132, 134 en respuesta a un pico de voltaje (por ejemplo, rápido incremento o reducción) a través del circuito de relé 124. El pico de voltaje puede causar que una gran corriente fluya de otro modo a lo largo de la primera y/o segunda trayectorias de corriente 129, 131. El dispositivo de pinzamiento de voltaje puede configurarse para disipar una parte de la energía almacenada en la inductancia 100 de los cables de energía 24. En algunas modalidades, el circuito de derivación 130 puede incluir al menos un par de interruptores para proteger al circuito de excitación si las polaridades de la primera y segunda terminales 26, 28 no corresponden a las polaridades definidas respectivas de la primera y segunda terminales acopladas 112, 114. El circuito de derivación 130 también puede incluir varios interruptores de estado sólido (por ejemplo, transistores) acoplados en paralelo al relé de energía 128 para proporcionar una capacidad portadora de corriente deseada, tal como la energía de entrada de CC de alto amperaje. El circuito de excitación puede ser el circuito de control de proceso 102 o un circuito separado controlado por el circuito de control de proceso 102.

El circuito de control de proceso 102 está configurado para aplicar señales al relé de energía 128 para abrir y cerrar el relé de energía 128, y para aplicar señales al circuito de derivación 130 para abrir y cerrar el circuito de derivación 130 en coordinación con la apertura y cierre del relé de energía 128. En algunas modalidades, las señales para abrir y cerrar el relé de energía 128 para abrir y cerrar el circuito de derivación 130 se aplican de manera sustancialmente simultánea. El circuito de derivación 130 puede configurarse para llevar una fracción de la energía de entrada a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131 hasta el circuito de conversión de energía 58durante un corto tiempo para reducir el resto de la energía de entrada llevada a lo largo de la primera trayectoria de corriente 129 a través del relé de energía 128 durante ese corto tiempo. Cuando son cerrados, los interruptores del circuito de derivación 130 están configurados para reducir la corriente a través del relé de energía 128 para hacer posible que el relé de energía 128 se abra o cierre sin formación de arco y/o usando reventones magnéticos. Después de que el circuito de control de proceso 128 indica por señal al relé de energía 128 abrirse o cerrarse, el circuito de control de proceso 102 envía señales a los interruptores de circuito de derivación 130 para abrirse para interrumpir la fracción de la energía de entrada a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131. Los interruptores del circuito de derivación 130 pueden configurarse para llevar la energía de entrada a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131 durante un corto tiempo mientras el relé de energía 128 está abierto o cerrado.

El relé de energía 128 es cerrado para proporcionar energía de entrada al circuito de conversión de energía 58 durante la soldadura. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 acoplado al circuito de detección 116 está configurado para monitorear el voltaje de la energía de entrada y el voltaje a través del bus interno 108. El circuito de control 102 está configurado para abrir el relé de energía 128 con base al menos en parte en una disminución ya sea del voltaje de entrada o el voltaje a través del bus interno 108, lo cual puede indicar un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé 124. El circuito de control de proceso 102 puede accionar el relé de energía 130 con energía almacenada en un circuito de almacenamiento de energía, tal como la fuente de energía auxiliar 126 o el condensador de bus 110. Por ejemplo, el circuito de control de proceso 102 puede descargar el circuito de almacenamiento de energía para energizar una bobina para abrir o cerrar el relé de energía 128.

En algunas modalidades, un circuito de almacenamiento de energía puede ser cargado antes de que la fuente de energía de soldadura proporcione energía de entrada adecuada para su conversión en salida de soldadura. El circuito de almacenamiento de energía (por ejemplo, condensador de bus 1 10) en el bus interno 108, puede ser cargado por la corriente de entrada recibida a un nivel inicial. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 transmite una señal de precarga a la fuente de energía de soldadura para reducir la corriente de entrada de la energía de entrada al nivel inicial. El circuito de detección 116 puede detectar la carga del circuito de almacenamiento de energía con los sensores de bus 120. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso 102 puede iniciar una señal a la fuente de energía de soldadura para incrementar la corriente de entrada a un nivel más grande con base en una comparación entre el voltaje de energía de entrada y el voltaje a través del bus interno 108. En algunas modalidades, la señal de control de proceso recibe la corriente de entrada al nivel más grande después de que la primera trayectoria de corriente 129 es cerrada y la segunda trayectoria de corriente 131 es abierta. Recibir corriente de entrada en un nivel inicial primero, y luego recibir corriente de entrada a un mayor nivel hace posible una inicializacion escalonada del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 para reducir la corriente de irrupción y la energía de entrada extraída por el circuito de control de proceso 102 y/o el circuito de conversión de energía 28. Por ejemplo, el circuito de control de proceso 102 puede iniciar la señal a la fuente de energía de soldadura cuando el voltaje de bus sea de aproximadamente 50%, 75% o 100% del voltaje de energía de entrada. En algunas modalidades, la señal es enviada a la fuente de energía de soldadura por medio del circuito de comunicaciones 70 y cable de energía 24.

El condensador de bus 110 entre el convertidor elevador 104 y el convertidor reductor 106 puede llevar a cabo varias funciones dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado 20. El condensador de bus 110 puede almacenar energía para abrir o cerrar el circuito de relé 124 para interrumpir el flujo de energía de entrada a los componentes operacionales (por ejemplo, al circuito de conversión de energía 58, conductor de alambre de alimentación 90, circuito de control de alimentación de alambre 136). El circuito de control de proceso 102 puede abrir o cerrar el circuito de relé 124 con base en el voltaje del condensador de bus 110 y/o las conexiones de entrada 112, 114. El circuito de control de proceso 102 también puede enviar la señal a la fuente de energía de soldadura con base al menos en parte en el voltaje detectado del condensador de bus 116 y/o conexiones de entrada 112, 114.

En algunas modalidades, el circuito de derivación 130 está configurado para evitar que el relé de energía 128 se cierre si hay un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé 124. El circuito de control de proceso 102 puede probar el alimentador de proceso avanzado 20 al cerrar la segunda trayectoria de corriente 131 para determinar si el voltaje de bus interno 108 puede incrementarse. En el caso de un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé 124, el voltaje del bus interno 108 no se incrementaría. Cuando el circuito de control de proceso 102 determina que el voltaje de bus interno 108 puede incrementarse, el circuito de control de proceso 102 puede cerrar el relé de energía 128 para hacer posible que energía de entrada fluya al circuito de conversión de energía 58. Probar el alimentador de alambre de proceso avanzado 20 para un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé 124 hace posible que el relé de energía 128 permanezca abierto en caso de un cortocircuito.

El ensamble de alimentación de alambre 60 es controlado por un circuito de control de alimentación de alambre 136 acoplado al conductor de alimentación de alambre 90. El circuito de control de alimentación de alambre 136 puede ser acoplado a la interfaz de operador de proceso 66, la interfaz de operador de control 68 y el circuito de control de proceso 102. El circuito de control de alimentación de alambre 136 controla el conductor de alimentación de alambre 90 para suministrar el alambre de soldadura 54 al cable de soldadura 62 con base al menos en parte en parámetros recibidos por medio de la interfaz de operador de proceso 66 a interfaz de operador de control 68. Como se describió arriba, la interfaz de operador de proceso 66 puede configurarse para recibir entradas para parámetros de gas. El ensamble de válvula 72 acoplado a la línea de gas 74 está configurado para ser controlado por el circuito de control de proceso 102 y/o el circuito de control de alimentación de alambre 136.

La figura 6 ilustra un diagrama esquemático de una modalidad del circuito de derivación 130 de la figura 5 a lo largo de la línea 6-6. Como se describió arriba, el circuito de derivación 130 está acoplado en paralelo con el relé de energía 128 en la primera y segunda uniones de relé 132, 134. El circuito de derivación 130 incluye uno o más interruptores 138, tales como transistores de efecto de campo semiconductores de óxido de metal (MOSFETs), acoplados en paralelo al relé de energía 128. En algunas modalidades, los interruptores de estado sólido pueden ser dispuestos en una configuración paralela anti-serie. El relé de energía 128 y el circuito de derivación 130 son controlados por el circuito de control de proceso para abrirse y cerrarse sustancialmente al mismo tiempo para reducir la formación de arco a través del relé de energía 128. Cerrar el relé de energía 128 hace posible que la corriente fluya a lo largo de la primera trayectoria de corriente 129 y cerrar los interruptores 138 hace posible que la corriente fluya a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131. La segunda trayectoria de corriente 131 puede incluir un número de ramificaciones 140, 148, 144 y 146 entre interruptores paralelos. Cambiar el número de ramificaciones afecta la capacidad portadora de corriente a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131 , afectando de esta manera la corriente a lo largo de la primera trayectoria 129 cuando el relé de energía 128 es accionado. Reducir la corriente a lo largo de la primera trayectoria 129 cuando se acciona el relé de energía 128 reduce la formación de arco entre contactos del relé de energía. El circuito de control de proceso está configurado para controlar al uno o más interruptores 138 a través de una puerta 148 u otro interruptor de control para abrir y cerrar el uno o más interruptores 138 simultáneamente o secuencialmente. El uno o más interruptores 138 están configurados para ser abiertos a menos que sean controlados por el circuito de control de proceso para cerrarse.

Después de recibir señales de control del circuito de control de proceso, el uno o más interruptores 138 están configurados para cerrarse, abriendo la segunda trayectoria de corriente 131. Mientras el uno o más interruptores 138 están cerrados, el circuito de control de proceso controla el relé de energía 128 para accionarse abierto o cerrado con una corriente reducida a lo largo de la primera trayectoria de corriente 129 debido a la corriente a lo largo de la segunda trayectoria de corriente 131. Después de que el relé de energía 128 es accionado para abrir o cerrar, el circuito de control de proceso abre el uno o más interruptores 138 para abrir la segunda trayectoria de corriente 131. Las señales de control que provienen del control del uno o más interruptores 138 y el relé de energía 128 pueden ser pulsos que abran y cierren la primera y segunda trayectorias de corriente 129, 131 en forma sustancialmente simultánea. Es decir, el relé de energía 128 puede abrir y cerrar la primera y segunda trayectorias de corriente 129, 131 en aproximadamente 5 a 50 milisegundos, 10 a 40 milisegundos, o aproximadamente 20 a 30 milisegundos.

El circuito de derivación 130 incluye un dispositivo de pinzamiento de voltaje 150 (por ejemplo, el resistor de óxido de metal, varistor) para proteger al uno o más interruptores 138 y relé de energía 128 de sobre-voltajes. Después de abrir el relé de energía 128, el voltaje entre la primera y segunda uniones de relé 132, 134 puede incrementarse mientras el condensador de bus, cables de energía y/o fuente de energía auxiliar, u otros circuitos liberan carga almacenada. El dispositivo de pinzamiento de voltaje 150 está configurado para tener mayor resistencia eléctrica a voltajes más altos que a voltajes más bajos. El dispositivo de pinzamiento de voltaje 150 lleva más corriente a lo largo de la tercera trayectoria de corriente 152 al incrementarse el voltaje entre la primera y segunda uniones de relé 132, 134 para mantener la corriente a lo largo de la primera y segunda trayectorias de corriente 129, 131 debajo de valores umbral.

El alimentador de alambre de proceso avanzado de la figura 5 puede utilizarse de acuerdo con varios métodos como los ilustrados en las figuras 7-10. Algunas modalidades del alimentador de alambre de proceso avanzado pueden utilizarse con todas las modalidades ilustradas en las figuras 7-10. Otras modalidades del alimentador de alambre de proceso avanzado pueden utilizarse sólo con algunas de las modalidades ilustradas en las figuras 7-10. La figura 7 ilustra un método 154 para convertir energía de entrada en salida de soldadura de forma de onda controlada dentro de un alimentador de alambre de proceso avanzado. La primera etapa 156 del método es recibir energía de entrada desde la fuente de energía de soldadura. En algunas modalidades, la energía de entrada puede ser una energía de entrada de CC polarizada de aproximadamente 80V. La energía de entrada podría no ser adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada si es suministrada directamente al soplete de soldadura. En la etapa 158, un operador puede abrir la caja del alimentador de alambre de proceso avanzado. El operador puede abrir la caja para instalar o cambiar el carrete de alambre de soldadura o para ajustar parámetros que se refieran al alambre de soldadura y suministro de gas. En la etapa 160, la interfaz de operador de proceso dentro de la caja recibe el parámetro de alambre y/o gas antes de que la caja sea cerrada en la etapa 162. En la etapa 164, el circuito de control de proceso determina los parámetros de proceso. Los parámetros de proceso incluyen una salida de forma de onda controlada, el amperaje, la velocidad de alimentación del alambre de soldadura, y así sucesivamente. Los parámetros de proceso pueden ser determinados con base en los parámetros recibidos a través de la interfaz de operador de proceso. En algunas modalidades, el circuito de control determina automáticamente los parámetros de proceso para una salida de soldadura de forma de onda controlada con base en código y/o instrucciones almacenadas en memoria sin selección directa del tipo de proceso por el operador. El alimentador de alambre de proceso avanzado puede comunicarse con la fuente de energía de soldadura en la etapa 166 para ajustar la energía de entrada con base al menos en parte en los parámetros de proceso y/o alambres recibidos. En algunas modalidades, la etapa 166 se puede presentar en cualquier momento durante la operación del alimentador de alambre de proceso avanzado. En el bloque 168, el alimentador de alambre de proceso avanzado convierte la energía de entrada en salida de soldadura. La salida de soldadura puede ser una salida de soldadura de forma de onda controlada adecuada para un proceso de soldadura por cortocircuito o pulsado. La salida de soldadura convertida por el circuito de conversión de energía dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado no es atenuada por inductancia del cable de energía acoplado a la fuente de energía de soldadura. El alimentador de alambre de proceso avanzado recibe gas de protección en la etapa 170. El gas de protección puede ser suministrado a través de la fuente de energía de soldadura o una fuente de gas separada. En la etapa 172, el alimentador de alambre de proceso avanzado proporciona el alambre y gas al soplete de soldadura con base al menos en parte en la entrada recibida en las etapas 160 y 164. En la etapa 174, la salida de soldadura es proporcionada al soplete de soldadura, con base al menos en parte en la entrada recibida en la etapa 164. La salida de soldadura puede ser adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada debido a la distancia relativamente corta e inductancia baja entre el circuito de conversión de energía y el soplete de soldadura.

La figura 8 ilustra un método 176 para detectar la polaridad de la energía de entrada recibida por el alimentador de alambre de proceso avanzado. En la etapa 178, el alimentador de alambre de proceso avanzado recibe energía de entrada polarizada desde la fuente de energía de soldadura. La energía de entrada polarizada es suministrada a lo largo de primera y segunda terminales del cable de energía. La energía de entrada es recibida con dos conexiones de entrada, cada una con una polaridad definida. En el bloque 180, el circuito de detección detecta la polaridad y voltaje de la energía de entrada polarizada con sensores de entrada en la primera y segunda conexiones de entrada. En algunas modalidades, en el bloque 182, la energía de entrada recibida puede cargar el circuito de almacenamiento de energía, tal como una fuente de energía auxiliar y/o un condensador de bus.

Después de detectar la polaridad de la energía de entrada en la etapa 180, el circuito de detección verifica en el nodo 184 si la primera y segunda terminales corresponden a las polaridades definidas de las conexiones de entrada. Si no hay una coincidencia entre las polaridades, el circuito de control de proceso dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado puede notificar al operador con una notificación perceptible por operador de la polaridad no coincidente a través de la interfaz de operador de proceso, la interfaz de operador de control y/o la fuente de energía de soldadura. Como alternativa, en el bloque 188 el circuito de control de proceso puede comunicarse con la fuente de energía de soldadura para dirigir la fuente de energía de soldadura para cambiar la polaridad de la energía de entrada como se muestra en el bloque 190. Si la polaridad de la energía de entrada coincide con la polaridad de las conexiones de polaridad definida, entonces el circuito de control de proceso determina en el nodo 192 si la energía de entrada o voltaje de entrada son sustancialmente estables. Si el voltaje de entrada es estable, la energía de entrada es suministrada al circuito de conversión de energía. El circuito de control de proceso puede detectar y determinar periódicamente si el voltaje de entrada es estable en el nodo 192 durante el proceso de soldadura. Si el montaje de entrada no es estable, el circuito de control de proceso puede interrumpir el suministro de energía de entrada polarizada al circuito de conversión de energía. El circuito de control de proceso puede interrumpir la energía de entrada polarizada al abrir un relé de energía corriente arriba del circuito de conversión de energía y/o comunicarse con la fuente de energía de soldadura para dejar de suministrar energía de entrada al alimentador de alambre de proceso avanzado. Si la energía de entrada es interrumpida, el método 176 puede repetirse a partir de la etapa 178 cuando se recibe energía de entrada polarizada.

Si el voltaje de entrada es estable, la energía de entrada es suministrada al circuito de conversión de energía para convertir la energía de entrada polarizada en salida de soldadura en el bloque 196. La salida de soldadura puede sr una salida de soldadura de forma de onda controlada adecuada para un proceso de cortocircuito o de soldadura pulsada. Además, la salida de soldadura puede ser adecuada para un proceso FCAW o un proceso de soldadura GMAW. La salida de soldadura convertida por el circuito de conversión de energía dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado 20 no es atenuada por la inductancia del cable de energía acoplado a la fuente de energía de soldadura. El alimentador de alambre de proceso avanzado recibe gas de protección en la etapa 170. El gas de protección puede ser suministrado a través de la fuente de energía de soldadura o una fuente de gas separada. En la etapa 172, el alimentador de alambre de proceso avanzado proporciona el alambre y gas al soplete de soldadura. En la etapa 174, la salida de soldadura es proporcionada al soplete de soldadura. La salida de soldadura proporcionada puede ser adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada debido a la distancia relativamente corta y baja inductancia entre el circuito de conversión de energía y el soplete de soldadura.

La figura 9A ilustra una primera parte de un método 198 para precargar elementos de circuito del alimentador de alambre de proceso avanzado y usar circuito de derivación en paralelo con el relé de energía. El alimentador de alambre de proceso avanzado envía una señal de precarga a la fuente de energía de soldadura en la etapa 199 cuando el alimentador de alambre de proceso avanzado es acoplado eléctricamente a la fuente de energía de soldadura. La señal de precarga dirige a la fuente de energía de soldadura para limitar la corriente de la energía de entrada de precarga a un nivel inicial. En la etapa 200, el alimentador de alambre de proceso avanzado recibe la energía de entrada al nivel inicial. En la etapa 201 , el circuito de control de proceso envía una señal de control al circuito de derivación para cerrar la segunda trayectoria de corriente para transmitir la energía de entrada al nivel inicial al circuito de almacenamiento de energía (por ejemplo, condensador de bus en el bus interno). La energía de entrada al nivel inicial carga el circuito de almacenamiento de energía (por ejemplo, condensador de bus) en la etapa 202. El circuito de detección detecta los voltajes de la energía de entrada y energía de bus en la etapa 204. El voltaje de la energía de bus es una medida de la energía almacenada en el condensador de bus. En el nodo 206, el circuito de control de proceso compara los voltajes de la energía de entrada y la energía de bus. En algunas modalidades en el nodo 206, el circuito de control de proceso prueba el circuito de relé como se describió arriba con la figura 5 para determinar la presencia de un cortocircuito corriente abajo del circuito de relé. Si un cortocircuito está presente corriente abajo (por ejemplo, el voltaje está debajo de un umbral, el circuito de control de proceso puede no cerrar el relé de energía de tal forma que la energía de entrada no pase a través del cortocircuito. El circuito de control de proceso puede abrir el circuito de derivación en el bloque 207 en caso de un corto corriente abajo. Una vez que el circuito de derivación se abre, el dispositivo de pinzamiento de voltaje pinza el voltaje en el bloque 209 para proteger al menos parcialmente el circuito de relé. El circuito de control de proceso puede enviar una señal en el bloque 211 a la fuente de energía de soldadura, la interfaz de operador de proceso y/o la interfaz de operador de control. En algunas modalidades, la señal puede controlar la fuente de energía de soldadura para detener la producción de la energía de entrada. En otras modalidades, la señal controla la interfaz de operador para indicar una falla (por ejemplo, cortocircuito) en el bloque 213 al operador. Si el voltaje de la energía de bus está por arriba de un umbral (por ejemplo, el circuito de almacenamiento de energía es cargado) y no está presente cortocircuito, el circuito de control de proceso envía una señal de control al relé de energía para cerrar la primera trayectoria de corriente en la etapa 208.

Después de que el relé de energía es cerrado, en la etapa 210 el circuito de control de proceso envía una señal de control al circuito de derivación para abrir la segunda trayectoria de corriente. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso envía una señal a la fuente de energía de soldadura en el bloque 212. La señal dirige la fuente de energía de soldadura para incrementar la corriente de la energía de entrada a un nivel más grande. En otras modalidades, la fuente de energía de soldadura se configura para incrementar la corriente a nivel más grande después de un periodo de tiempo definido después de la etapa 210. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso del alimentador de alambre de proceso avanzado puede llevar a cabo las etapas 208 y 210 de forma sustancialmente simultánea, o dentro de menos de aproximadamente 50 milisegundos, menos de aproximadamente 30 milisegundos, o menos de aproximadamente 15 milisegundos. El alimentador de alambre de proceso avanzado recibe la energía de entrada al nivel más grande en el bloque 214. La energía de entrada al nivel más grande es adecuada para conversión en salida de soldadura en el bloque 216 para un proceso de soldadura deseado.

El circuito de conversión de energía del alimentador de alambre de proceso avanzado convierte la energía de entrada al nivel más grande en salida de soldadura en la etapa 216. La salida de soldadura puede ser una salida de soldadura de forma de onda controlada adecuada para un proceso de cortocircuito o de soldadura pulsada. Adicionalmente, la salida de soldadura puede ser adecuada para un proceso FCAW o un proceso de soldadura GMAW. La salida de soldadura convertida por el circuito de control de energía dentro del alimentador de alambre de proceso avanzado no es atenuada por la inductancia del cable de energía acoplado a la fuente de energía de soldadura. La figura 9 ilustra una segunda parte del método 198 que puede configurarse durante y después del bloque 216. Durante un proceso de soldadura, en el nodo 218, el circuito de detección monitorea voltajes de energía de entrada y energía de bus para controlar el circuito de relé. En algunas modalidades, el circuito de detección también puede detectar la polaridad de la energía de entrada como se describió arriba con el método 176 en la figura 8 para notificar al operador de una no coincidencia de polaridad o invertir la polaridad en la fuente de energía de soldadura.

Si el circuito de detección detecta un voltaje en disminución a través del bus interno y/o un voltaje en disminución de la energía de entrada, el circuito de control de proceso acciona el circuito de relé en las etapas 220, 224 y 226 para interrumpir la energía de entrada al circuito de conversión de energía. El circuito de control de proceso envía una señal de control al circuito de derivación en la etapa 220 para cerrar la segunda trayectoria de corriente. Al mismo tiempo o justo después de la etapa 220, el circuito de control de proceso envía una señal de control al relé de energía en la etapa 224 para abrir la primera trayectoria de corriente. El circuito de control de proceso puede descargar al menos una parte del circuito de almacenamiento de energía para excitar el relé de energía y abrirlo. Por ejemplo, el circuito de almacenamiento de energía puede almacenar energía para excitar una bobina magnética y abrir el relé de energía después de la recepción de una señal de control proveniente del circuito de control de proceso. Una vez que el relé de energía es abierto, en la etapa 226 el circuito de control de proceso envía una señal de control al circuito de derivación para abrir la segunda trayectoria de corriente. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso del alimentador de alambre de proceso avanzado puede llevar a cabo las etapas 220, 224 y 226 de forma sustancialmente simultánea, o dentro de menos de aproximadamente 50 milisegundos, menos de aproximadamente 30 mlllsegundos, o menos de aproximadamente 15 milisegundos. Una vez que la primera y segunda trayectorias de corriente son abiertas, el voltaje a través del circuito de relé puede incrementarse debido a la energía almacenada dentro de los cables de energía y/o circuito de almacenamiento de energía. Un dispositivo de pinzamiento de voltaje del circuito de relé pinza el voltaje en el bloque 228 para reducir los efectos de la energía almacenada en el relé de energía o circuito de derivación. A lo largo del método 198, tal como si el circuito de detección detecta voltajes estables de la energía de entrada y energía de bus, el alimentador de alambre de proceso avanzado puede comunicarse con la fuente de energía de soldadura en la etapa 230. El alimentador de alambre de proceso avanzado puede dirigir la fuente de energía de soldadura para ajustar la energía de entrada (por ejemplo, dejar de suministrar la energía de entrada).

El alimentador de alambre de proceso avanzado recibe gas de protección en la etapa 170. El gas de protección puede ser suministrado a través de la fuente de energía de soldadura o una fuente de gas separada. En la etapa 172, el alimentador de alambre de proceso avanzado proporciona el alambre y gas al soplete de soldadura. En la etapa 174, la salida de soldadura es provista al soplete de soldadura. La salida de soldadura provista puede ser adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada debido a la distancia relativamente corta y baja inductancia entre el circuito de conversión de energía y el soplete de soldadura.

La figura 10 ilustra un método 232 para controlar la corriente de la energía de entrada para reducir la ondulación de voltaje en el bus interno. La primera etapa 234 del método 232 es recibir energía de entrada de la fuente de energía de soldadura. En algunas modalidades, la energía de entrada puede ser una energía de entrada de CC polarizada de aproximadamente 80V. A lo largo del método 232, el alimentador de alambre de proceso avanzado puede comunicarse con la fuente de energía de soldadura como se muestra en la etapa 236. El convertidor elevador del circuito de conversión de energía recibe la energía de entrada y convierte la energía de entrada en energía de bus en la etapa 238. La energía de bus es transmitida desde el convertidor elevador hasta el convertidor reductor a lo largo del bus interno. El circuito de detección detecta la corriente y voltaje de la energía de bus en la etapa 240. En la etapa 242, el convertidor reductor convierte la energía de bus proveniente del bus interno en salida de soldadura. La salida de soldadura puede ser una salida de soldadura de forma de onda controlada adecuada para un proceso de soldadura por cortocircuito o forzado. Además, la salida de soldadura puede ser adecuada para un proceso FCAW o proceso de soldadura GMAW. El circuito de detección detecta también corriente y voltaje de la salida de soldadura en la etapa 244.

El circuito de control de proceso recibe las corrientes detectadas y procesa las mediciones detectadas para ajustar el circuito de conversión de energía. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso se configura para determinar la corriente deseada de energía de bus para reducir la ondulación de voltaje a través del bus interno. El circuito de control de proceso puede determinar la corriente deseada de energía de bus al determinar el producto de la corriente y voltaje de salida de soldadura, determinando la suma del producto y una pérdida de conversión, y dividiendo la suma entre el voltaje de bus. El circuito de control de proceso puede ajustar las señales de mando a los convertidores elevador y directo en la etapa 248 con base en las mediciones de corriente y voltaje detectadas de las etapas 204 y 244. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso ajusta las señales de mando al circuito de conversión de energía por coincidir sustancialmente en tiempo la energía de bus que entra al bus interno con la energía de bus que entra al convertidor reductor. Esto reduce la ondulación de voltaje a través del bus interno. El circuito de control de proceso se configura para ajustar la corriente de la energía de bus con base al menos en parte en la salida de soldadura. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso se configura para ajustar el ciclo de trabajo de interruptores dentro del convertidor elevador para avanzar o retrasar en tiempo (por ejemplo, desplazamiento de fases) la conversión de energía de entrada en energía de bus. El circuito de control de procesos también está configurado para ajustar el ciclo de trabajo de interruptores dentro del convertidor reductor para avanzar o retrasar en tiempo (por ejemplo, desplazar en fases) la conversión de la energía de bus en salida de soldadura. En algunas modalidades, el circuito de proceso se configura para ajustar dinámicamente el convertidor elevador y convertidor reductor con base en retroalimentación para sintonizar la ondulación de voltaje a un valor mínimo. El circuito de control de proceso se configura para sintonizar la ondulación de voltaje al valor mínimo para cualquier inductancia de los cables de energía.

El alimentador de alambre de proceso avanzado recibe gas de protección en la etapa 170. El gas de protección puede ser administrado a través de la fuente de energía de soldadura o una fuente de gas separada. En la etapa 172, el alimentador de alambre de proceso avanzado proporciona el alambre y gas al soplete de soldadura. En la etapa 174, la salida de soldadura es provista al soplete de soldadura. La salida de soldadura provista puede ser adecuada para un proceso de soldadura en forma de onda controlada debido a la distancia relativamente corta y baja inductancia entre el circuito de conversión de energía y el soplete de soldadura.

La figura 11 es una gráfica 249 que ilustra una modalidad del voltaje de bus, corriente de entrada y parámetros de salida de soldadura versus tiempo del alimentador de alambre de proceso avanzado sin ajustar el circuito de conversión de energía. La gráfica 249 ilustra una serie de pulsos de corriente de entrada en el bus interno suministrado por el convertidor elevador, y la salida de soldadura extraída por el convertidor reductor del bus interno adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada. La señal 250 es la ondulación de voltaje medida en el bus interno. La señal 252 es la corriente de salida de la salida de soldadura extraída por el convertidor reductor, y la señal 254 es el voltaje de salida de la salida de soldadura extraída por el convertidor reductor. La señal 256 es la corriente de la energía de bus convertida suministrada por el convertidor elevador en la energía de entrada. Cada una de las señales ilustradas tiene un periodo regular, sin embargo, la sincronización de salida (por ejemplo, fase) de la corriente y voltajes de salida 252, 254 precede la sincronización de entrada (por ejemplo, fase) de la corriente de bus 256. Es decir, la sincronización de un pico 260 de la corriente de bus 256 es desplazada (por ejemplo, retrasada) de la sincronización de los picos 258 de la corriente de salida de soldadura 252 y voltaje de salida de soldadura 254. La diferencia de tiempo relativa entre el pico de salida 258 y el pico de entrada 260 de la gráfica 249 causa que la ondulación de voltaje tenga una gran amplitud de pico a pico 262.

La figura 12 es un diagrama 264 que ilustra una modalidad del voltaje de bus, corriente de entrada y parámetros de salida de soldadura versus tiempo del alimentador de alambre de proceso avanzado para el cual el circuito de conversión de energía se ajusta para reducir la ondulación de voltaje. En esta modalidad, la amplitud pico a pico 262 de la ondulación de voltaje 250 es sustancialmente menor que en la gráfica 249 de la figura 11. El circuito de control de proceso controla los ciclos de trabajo de interruptores dentro del convertidor elevador y/o el convertidor reductor para reducir la ondulación de voltaje 250. Por ejemplo, el circuito de control de proceso ajusta la sincronización del pico de salida 258 de la corriente de voltaje de salida, ajusta la sincronización del pico de entrada 260 de la corriente de bus, o combinaciones de las mismas. La figura 12 ilustra una modalidad en la cual el circuito de control de proceso retrasa la sincronización del pico de salida 258 para que coincidan más estrechamente con la sincronización del pico de entrada 260, reduciendo de esta manera la amplitud pico a pico 262 de la ondulación de voltaje 250. En algunas modalidades, la ondulación de voltaje 250 se produce cuando la corriente de entrada 256 y señales de voltaje de entrada se alinean en tiempo con la corriente de salida 252 y el voltaje de salida 254. El producto de la corriente de entrada 256 y las señales de voltaje de entrada puede ser aproximadamente igual a una suma de una pérdida de conversión (por ejemplo, del convertidor elevador y el convertidor reductor) y el producto de las señales de corriente de salida 252 y voltaje de salida 254. En algunas modalidades, el circuito de control de proceso controla la conversión por los convertidores elevador y directo para retinar la forma de las formas de onda pulsadas y reducir más la ondulación de voltaje. Por ejemplo, la corriente de bus 256 de la modalidad del diagrama 264 se incrementa y reduce más rápidamente que la modalidad del diagrama 249. Además, el circuito de control de proceso puede controlar la corriente de bus 256 suministrada por el convertidor elevador para que coincida estrechamente con la corriente de la salida de soldadura 252 extraída por el convertidor reductor como se ilustra en la gráfica 264.

La figura 3 ilustra un ejemplo de sistema de administración de corriente como puede usarse ya sea en un control remoto acoplado a una fuente de energía de soldadura o en un alimentador de alambre remoto, de los tipos descritos arriba. El sistema de administración de corriente, designado generalmente por el número de referencia 262 está diseñado para ser acoplado a una fuente de energía de soldadura 12 por medio de un cable de energía 24. Ya que la fuente de energía de soldadura 12 comúnmente puede estar activa (es decir, energizada y proporcionando la energía de salida a los cables 24), el sistema de administración de corriente 268 puede tener varias funciones, tal como limitar la corriente de irrupción a dispositivos de almacenamiento de energía dentro del componente remoto, y/o retrasar la aplicación de corriente a los dispositivos de almacenamiento de energía para evitar la formación de arco en las conexiones terminales cuando el componente sea acoplado a la fuente de soldadura de energía de soldadura activa. En la modalidad ilustrada, el sistema de administración de corriente 268 comprende al menos un dispositivo de almacenamiento de energía 270 acoplado a una fuente de energía local 272 dentro del componente. La fuente de energía local puede usarse para proporcionar energía para varios accesorios 274, tales como interfaces de usuario, presentadores visuales y así sucesivamente. El dispositivo de almacenamiento de energía 270 puede comprender uno o más tipos de dispositivos, tales como condensadores, baterías, combinaciones de estos, o cualesquiera otros dispositivos de almacenamiento de energía adecuados. Un circuito de control de carga/descarga 276 también está provisto para regular la aplicación de corriente al dispositivo de almacenamiento de energía 270 y para regular el flujo de energía desde el dispositivo de almacenamiento de energía. Estos dispositivos pueden ser acoplados en una disposición de circuito en bus como se ilustra, con la energía de soldadura siendo proporcionada a un soplete de soldadura en paralelo con este circuito. Además, sensores de corriente y voltaje pueden ser incorporados en el circuito para regular la operación de ciertos de los componentes, particularmente durante la conexión inicial del control remoto o alimentador de alambre a una fuente de energía y también durante la operación.

Como se describe más completamente abajo con referencia a las figuras 14 y 15, el sistema de administración de corriente 268 sirve para alimentar la corriente en el dispositivo de almacenamiento de energía por la operación del circuito de control de carga/descarga. En particular, durante el uso, el circuito puede asegurar que la salida de energía de soldadura no "haga morir de hambre" la fuente de energía local 272, tal como durante el inicio de arco (por ejemplo, inicio de elevación de arco en operaciones TIG). Además, la extracción de corriente puede hacerse lo suficientemente baja por medio del circuito como para evitar la formación de arco cuando el pendiente o alimentador de alambre se conecte a una fuente de energía de soldadura activa. Además, la energía proveniente del dispositivo de almacenamiento de energía puede usarse para mantener la energía al accesorio 274 durante la pérdida de voltaje de circuito abierto (es decir, "periodo de protección").

La figura 14 ilustra un ejemplo de circuito de control de carga/descarga 276 tal como puede ser adecuado para limitar una corriente de irrupción a un componente remoto, tal como un control remoto de soldadura. El dispositivo de almacenamiento de energía 270 se ilustra aquí como una serie de condensadores. Una trayectoria de carga 278 se define a través de un resistor 280 y un interruptor 282. En la modalidad ilustrada, el resistor 280 es una resistencia relativamente baja, tal como 100 o ms, ante cualquier resistencia adecuada puede ser usada, y el interruptor 282 comprende un OSFET, aunque se puede usar cualquier interruptor adecuado. El resistor 280 limitará inicialmente el flujo de corriente a los condensadores después de la conexión del componente a una fuente de energía activa. La corriente a los condensadores es limitada por el resistor 280 y por el interruptor 282 bajo control de un diodo Zener 286 (u otro dispositivo, tal como un circuito que imite aspectos de un diodo Zener y un amplificador de error en combinación). Esta corriente puede hacerse suficientemente baja por selección de los componentes eléctricos individuales para evitar la formación de arco cuando el control remoto sea conectado a un voltaje de corriente abierta de fuente de energía de soldadura. Diodos 284 son provistos para efectos de protección. Un efecto alimentador de corriente es provisto por el diodo 286 (u otro dispositivo como el mencionado arriba) y un resistor 288 que actúan juntos para limitar la corriente al modular el estado conductivo del interruptor 282. En un diseño de circuito de corriente, por ejemplo, el flujo de corriente no se permite exceder aproximadamente 0.5 Amps. Es decir, el interruptor 282 permite la carga de los capacitores, y este interruptor se mantiene en un estado conductivo, pero es estrangulado de regreso a una corriente limitada por interacción de los componentes 286 y 288.

Además, se proporcionan un diodo 290 adicional (que de nuevo puede ser un circuito que imite los aspectos de un diodo en combinación con un amplificador de error) y resistores 292 adicionales, los cuales actúan juntos para limitar el voltaje. Es decir, estos componentes como se acoplan en el diagrama ilustrado actúan para reducir la polarización del interruptor 282 para limitar en forma efectiva el voltaje del dispositivo. En consecuencia, condensadores de voltaje relativamente bajo pueden ser usados.

En operación, el circuito limita en forma efectiva la irrupción de corriente cuando el componente es acoplado inicialmente a una fuente de energía activa, en este caso cualquier chispa siendo limitada a aproximadamente 0.5 Amps. Los dispositivos de almacenamiento, en este caso una serie de condensadores, se dejan después cargar. Posteriormente, las capacidades de "periodo de protección" son provistas por los condensadores que alimentan la fuente de energía local 272 durante una pérdida de energía de soldadura a través de un diodo. Se debe notar que los circuitos ilustrados en la figura 14, y de hecho los de la figura 13 y figura 15 descritas abajo intentan ser además de cualquier otros circuitos provistos en el componente remoto, ya sea un control remoto o alimentador de alambre. Es decir, estos componentes no obstante pueden incluir varios circuitos de detección, procesamiento, control, alimentación de alambre y otros de los tipos descritos arriba.

La figura 15 ilustra otro ejemplo de circuito que se puede usar para administración de corriente y/o energía en un dispositivo remoto, en este caso es particularmente bien adecuado para un alimentador de alambre del tipo descrito arriba. El circuito también incluye una fuente de energía local 272, así como dispositivos de almacenamiento 270, en este caso varios condensadores. La aplicación de corriente en los condensadores es retrasada hasta que un capacitor 296 adicional sea cargado a través de un resistor 298 para cerrar un umbral de puerta de un interruptor de estado sólido 294. Este retraso, entonces, evita o reduce la probabilidad de formación de arco cuando el componente sea acoplado inicialmente a una fuente de energía de soldadura activa. Además, un voltaje a través de los condensadores es limitado en forma efectiva por la interacción de un segundo interruptor de estado sólido 300 y un diodo 302. Es decir, cuando el diodo 302 cambia a un estado conductivo, la parte del interruptor 300 es energizada, poniendo al interruptor 298 en un estado no conductivo. La corriente que sale de los capacitores pasa a través del diodo interno del empaque del interruptor 294.

Varias mejoras al circuito de la figura 15 pueden contemplarse fácilmente, por ejemplo, se podría proporcionar un comparador entre el interruptor 294 y el condensador 296 para proporcionar una operación de "cierre a presión" en la cual el modo lineal del interruptor 294 se evite de manera efectiva. El circuito proporciona entonces una disposición de almacenamiento de energía bidireccional y de baja impedancia que reduce o evita en forma efectiva la formación de arco después de la conexión inicial, proporcionando al mismo tiempo las capacidades de suministro de energía local y capacidades de periodo de protección deseadas durante la operación.

Aunque sólo ciertas características de la invención han sido ilustradas y descritas en la presente, se presentarán muchas modificaciones y cambios para aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones anexas intentan cubrir todas esas modificaciones y cambios que estén dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un alimentador de alambre de soldadura caracterizado porque comprende: un conductor de alimentación de alambre de soldadura configurado para conducir alambre de soldadura hacia una aplicación de soldadura; un circuito de control de alimentación de alambre acoplado al conductor de alimentación de alambre de soldadura y configurado para controlar la conducción de alambre de soldadura hacia la aplicación de soldadura; un convertidor elevador configurado para recibir energía de entrada y para convertir la energía de entrada en energía de bus aplicada a un bus interno; un convertidor reductor acoplado al bus interno y configurado para convertir la energía de bus en salida de soldadura adecuada para una aplicación de soldadura; sensores de corriente y voltaje de entrada configurados para medir el voltaje de entrada y la corriente de entrada de la energía de entrada, respectivamente; sensores de voltaje y corriente de salida configurados para medir voltaje de salida y corriente de salida de la salida de soldadura, respectivamente; y un circuito de control acoplado al convertidor elevador, al convertidor reductor, a los sensores de voltaje y corriente de entrada, y a los sensores de la voltaje y corriente de salida, en donde el circuito de control está configurado para excitar el convertidor elevador para reducir la ondulación de voltaje en el bus interno con base en al menos uno del voltaje de entrada, la corriente de entrada, el voltaje de salida o la corriente de salida.

2. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el circuito de control está configurado para determinar un producto de la corriente de salida y voltaje de salida, para determinar una suma del producto y una pérdida de conversión, para dividir la suma entre el voltaje de entrada para determinar una corriente de entrada deseada, y para excitar el convertidor elevador para controlar la corriente de entrada.

3. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el circuito de control está configurado para controlar el convertidor reductor para producir salida de soldadura adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada, y en donde el circuito de control excita el convertidor elevador para reducir ondulación de voltaje en el bus interno al menos durante el proceso de soldadura de forma de onda controlada.

4. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el proceso de soldadura de forma de onda controlada comprende un proceso de soldadura por impulsos.

5. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el circuito de control está configurado para ajustar una sincronización relativa de señales de mando al convertidor elevador y al convertidor reductor para reducir ondulación de voltaje en el bus interno.

6. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el circuito de control está configurado para controlar el convertidor elevador para aplicar la energía de bus al bus interno en un primer tiempo, el circuito de control está configurado para controlar el convertidor reductor para extraer la energía de bus del bus interno en un segundo tiempo, y el primer tiempo es aproximadamente el segundo tiempo.

7. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende sensores de voltaje y corriente de bus configurados para medir el voltaje de bus y la corriente de bus del bus de energía, respectivamente, y el circuito de control está configurado para excitar el convertidor elevador para reducir ondulación de voltaje en el bus interno con base en la corriente de bus o voltaje de bus.

8. Un alimentador de alambre de soldadura caracterizado porque comprende: un conductor de alimentación de alambre de soldadura configurado para conducir alambre de soldadura hacia una aplicación de soldadura; un circuito de control de alimentación de alambre acoplado al conductor de alimentación de alambre de soldadura y configurado para controlar la conducción de alambre de soldadura hacia la aplicación de soldadura; un convertidor elevador configurado para recibir energía de entrada y para convertir la energía de entrada en energía de bus aplicada a un bus interno; un convertidor reductor acoplado al bus interno, configurado para extraer la energía de bus del bus interno, y configurado para convertir la energía del bus en salida de soldadura adecuada para una aplicación de soldadura; sensores de voltaje y corriente de bus configurados para medir voltaje de bus y corriente de bus de la energía del bus, respectivamente; y un circuito de control acoplado a los convertidores elevador y reductor y a los sensores de voltaje y corriente de bus, y configurado para reducir ondulación de voltaje en el bus interno al excitar el convertidor elevador o convertidor reductor para ajustar una diferencia de tiempo relativa entre la aplicación de la energía de bus al bus interno y extraer la energía de bus del bus interno con base al menos en parte en la corriente o voltaje de bus.

9. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el circuito de control está configurado para ajustar la diferencia de tiempo relativa durante un proceso de soldadura por impulsos.

10. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el circuito de control está configurado para ajustar la diferencia de tiempo relativa durante un proceso de soldadura de forma de onda controlada.

11. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende sensores de corriente y voltaje de salida configurados para medir voltaje de salida y corriente de salida de la salida de soldadura, respectivamente.

12. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el circuito de control está configurado para ajustar la diferencia de tiempo relativa con base al menos en parte en una relación entre el voltaje de bus, el voltaje de salida y la corriente de salida.

13. El alimentador de alambre de soldadura de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el circuito de control está configurado para determinar un producto de la corriente de salida y voltaje de salida, para determinar una suma del producto y una pérdida de conversión, para dividir la suma entre el voltaje de bus para determinar una corriente de bus deseada, y para excitar el convertidor elevador para controlar la corriente de bus hacia la corriente de bus deseada.

14. Un método para operar un alimentador de alambre de soldadura, caracterizado porque comprende: recibir una señal de energía de entrada desde una fuente de energía; convertir la señal de energía de entrada en una señal de energía de bus en un bus interno en un primer tiempo con un convertidor elevador; detectar voltaje de bus y corriente de bus de la señal de energía de bus en el bus interno; convertir la señal de energía de bus en una señal de salida de soldadura en un segundo tiempo con un convertidor reductor, en donde la señal de salida de soldadura es adecuada para un proceso de soldadura de forma de onda controlada; detectar voltaje de salida y corriente de salida de la salida de soldadura; y reducir una ondulación de voltaje en el bus interno con base al menos en parte en la corriente o voltajes de bus o salida detectados.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende: determinar un producto de la corriente y voltaje de salida; determinar una suma del producto y una pérdida de conversión; dividir la suma entre el voltaje de bus para determinar una corriente de bus deseada; y controlar el convertidor elevador con base al menos en parte en la corriente de bus deseada.

16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque reducir una ondulación de voltaje en el bus interno comprende controlar dinámicamente el convertidor elevador y el convertidor reductor para alinear sustancialmente la señal de energía de bus y la señal de salida de soldadura.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende retrasar la conversión de la señal de energía de entrada en la señal de energía de bus en el primer tiempo.

18. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende retrasar la conversión de la señal de energía de bus en la señal de salida de soldadura en el segundo tiempo.

19. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el alimentador de alambre de soldadura está alejado de la fuente de energía.

20. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la señal de salida de soldadura comprende una salida de soldadura de forma de onda controlada adaptada a un proceso de soldadura por impulsos o un proceso de soldadura de cortocircuito.