[发明专利]用于控制由焊接型系统引入到输入线的谐波的系统和方法

说明书

背景技术

本发明总体上涉及一种焊接型系统，特别涉及一种用于控制在 焊接型系统操作期间引入到输入电源线的谐波的系统和方法。

焊接型系统，例如焊接器、等离子切割器、以及感应式加热器， 通常包括基于逆变器的电源，其被设计成对高功率进行调节以执行所期望的处 理。这些通常被称为开关型电源的基于逆变器的电源具有多种类型。例如，它 们可以包括半桥逆变器拓扑，全桥逆变器拓扑，前向变换器拓扑，回扫拓扑 (flyback topology)，升压变换器拓扑，降压变换器拓扑及它们的组合。

不考虑所采用的特定逆变器拓扑，参考图1，基于逆变器的电 源系统10典型地包括多个元件，比如输入滤波器12，第一整流器14，逆变器 16，模拟控制器18，和连接到输出端22的第二整流器20。虽然图1是基于逆 变器的电源系统10的通常元件的简化概图，但是还可构想出包含附加的元件， 例如滤波元件，反馈和控制回路，以及变压器或被设计成提供所需输出功率特 性的其他变换器。

在操作期间，系统10连接到提供交流(AC)电源的电源24， 例如，通过传输电源线26从输电线路网接收功率那样。整流器14被设计成接 收来自于电源24的AC电源并且将AC电源变换成将被传输到DC总线28的 DC电源。特别地，整流器20包括多个开关，这些开关用于对从电源24接收 的AC电源进行整流。

DC电源通过DC总线28从整流器14输送到逆变器16。逆变 器16包括多个置于正极和负极总线24之间的开关装置(例如，IGBT或其他 半导体开关)。模拟控制器18控制逆变器16打开并且关闭开关的特定组合， 从而顺序地产生被输送到第二整流器20的脉冲，并且最终输送到具有所期望 的电压和电流特性的输出端22。特别地，上述的基于逆变器的电源系统10被 特定设计成将高功率输送到输出端22以驱动诸如焊接、等离子切割、以及感 应式加热等处理。

如上所述，基于逆变器的电源包括至少一个有源开关装置和逆 变器16。逆变器16的切换特性受到模拟控制器18的控制，以便使得逆变器 16和第二整流器20一起产生具有所需电压和电流特性的所需输出功率。

特别地，参考图2，示出了半桥逆变器和相关的模拟控制器的 元件。然而，正如上面所述，还可构想出附加的拓扑，例如全桥逆变器拓扑， 前向变换器拓扑，回扫拓扑，升压变换器拓扑，降压变换器拓扑，及其它们的 组合。进一步地，还可构想出典型地被利用的其他附加元件，例如变压器和各 种功率调节元件，但为了简化所阐述的逆变器结构而没有在图中示出。

模拟控制器18典型地包括波形发生器30和比较器32。波形发 生器30产生具有第一频率和第一周期的载波信号或波形，其经过比较器32 来与具有第二频率和第二周期的正弦指令或调制电压波形相比较，典型地，该 第二频率较低并且该第二周期较长。这里，响应于上述信号或波形，比较器 32产生对应于上述比较和指令波形和载波波形的交叉的识别的第一触发信号 和第二触发信号。将第一触发信号提供给逆变器16的第一或“上级”开关34 并且将第二触发信号提供给逆变器16的第二或“下级”开关36。在这点上， 逆变器16的开关34、36被控制以交替模式打开并且关闭以产生提供给整流器 20的高频AC信号，从而产生所需的输出功率。

因此，比较器32的一般功能为比较随时间变化的模拟信号和 斜坡型信号，以产生具有固定频率和变化的脉冲宽度或“导通”(ON)时间的 开关34、36的定时脉冲。在这点上，比较器32控制脉冲宽度调制(PWM) 或开关34、36的ON/OFF比率，以便有效地控制反馈控制回路和指令输出水 平所需的输出电压和/或电流。

不利地是，有源开关装置的操作，例如逆变器16，会引入高频 谐波到电源线26。这些引入的谐波会对与电源24相连的其他系统的操作产生 负面的影响。另外，整流器14、20也可有源地控制被引入到电源线26的谐波。

结果，一个或更多滤波器12通常被设置在电源24和基于逆变 器的电源10之间。例如，滤波器12可以包括无源滤波器元件，其被设计成抑 制由于基于逆变器的电源10的操作而引入到电源线26的谐波。

然而，正如功率调节变得越来越重要，在调节下所能容忍的高 频谐波的数量越来越少。进一步地，由于这些调节在国家与国家之间也是不同 的，因此在这些调节下所能容忍的谐波的数量和集中度随着国家的不同而不 同。