СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ Российский патент 2013 года по МПК G01R15/18 H01F38/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу определения протекающего в проводе постоянного тока с амплитудой более 500 А, причем этот постоянный ток складывается из нескольких, протекающих в отдельных проводах с переключательными элементами, зависящих от времени, парциальных токов.

Изобретение относится также к устройству для определения протекающего в проводе постоянного тока с амплитудой более 500 А, причем этот постоянный ток складывается из нескольких, протекающих в отдельных проводах с переключательными элементами, зависящих от времени, парциальных токов.

Изобретение относится также к устройству для контактной сварки, с двумя выполненными с возможностью перемещения друг к другу электродами, которые соединены с источником тока для подачи постоянного тока с амплитудой более 500 А для осуществления процесса сварки, причем источник тока включает, по меньшей мере, один трансформатор и один выпрямитель тока с переключательными элементами для подачи протекающих в отдельных проводах, зависящих от времени, парциальных токов и с устройством для определения постоянного тока.

Изобретение касается определения постоянных токов высокой амплитуды, которые возникают, к примеру, в устройствах для контактной сварки или же в зарядных устройствах батарей. Измерение постоянного тока является важным моментом для регулировки процесса сварки или для регулировки процесса зарядки, а также для обеспечения постоянного качества сварки или оптимального процесса зарядки. Под термином «постоянный ток» понимаются также зависящие от времени токи различного характера, среднее значение которых не равно нулю.

Измерение постоянных токов с амплитудой более 500 А, которые возникают, к примеру, в процессе контактной сварки, может производиться посредством шунтовых сопротивлений. Такого рода шунтовые сопротивления для измерения токов большой амплитуды имеют очень большую массу и должны обеспечивать показатели высокой точности. Для предотвращения температурной зависимости необходима также соответствующая компенсация температурных воздействий. Вследствие сопряженных с этим больших затрат, такого рода способы измерения постоянных токов с амплитудой более 500 А, в целом, не пригодны для серийного использования.

Уровень техники

Классические преобразователи тока также требуют относительно большого конструктивного пространства, вследствие чего могут использоваться именно для калибровки, а для перманентных измерений постоянного тока в серийном производстве не являются, однако, практикуемым вариантом использования.

Улучшение ситуации может быть достигнуто за счет того, что постоянный ток косвенным образом регистрируется посредством напряжения, индуцированного в катушке. Для этой цели так называемая катушка Роговского располагается вокруг токоведущего провода, так что протекающий в проводе ток создает магнитное поле, которое индуцирует напряжение в катушке Роговского. Чтобы иметь возможность сделать вывод относительно величины тока, проходящего по проводу, должен быть образован временной интеграл индуцированного напряжения. Таким образом, получают пропорциональное измеренному току напряжение. По сравнению с традиционными преобразователями тока, катушки Роговского, ввиду отсутствия стального сердечника, имеют существенно более компактную конструкцию. Кроме того, устраняются нелинейные воздействия со стороны стального сердечника. При этом катушка Роговского располагается в общем проводе, к примеру, для цанги, используемой при контактной сварке, чтобы в процессе измерения измерить сумму всех парциальных токов трансформатора.

Необходимые при измерении тока посредством катушки Роговского интеграторы оказывают, однако, негативное воздействие на точность данных измерения, так как их передаточная функция не является BIBO-стабильной (Bounded-Input Bounded-Output stabil) и, таким образом, с увеличением времени измерения приводит к дрейфу измерительного сигнала. Этот дрейф при измерении низкочастотных токов - именно постоянных токов - не отличим от измерительного сигнала. При контактной сварке в условиях продолжительной сварки, к примеру, от одной до нескольких секунд, может произойти недопустимый дрейф измерительного сигнала, который пропорционален сварочному току. К примеру, вследствие этого, вместо 10 кА для сварочного тока в конце сварки может быть измерено лишь 8 кА. Вследствие неправильных измеренных значений опять же может иметь место снижение качества в местах сварки, так как сварочный ток регулируется таким образом, что фактическое значение, которое сопровождается ошибкой, равно заданному значению.

Поэтому, в обязательном порядке, следует, по меньшей мере, уменьшить или предотвратить такого рода дрейф сварочного тока посредством использования интеграторов.

DE 2656817 A1 описывает измеритель тока для развязанного по напряжению учета фактического значения тока в проводнике с использованием катушки Роговского, причем интегратор закорачивается или обнуляется, если измеряемый синхронизированный постоянный ток стал равен нулю. Несмотря на то что этот документ не относится к методам измерения высокочастотных токов (более 500 А), обнуление интегратора может осуществляться лишь тогда, когда ток в проводе равен нулю. То есть, что обнуление производится, к примеру, перед процессом сварки или после него.

Поэтому для измерения постоянных токов во время их прохождения, что наблюдается в устройствах для контактной сварки, устройствах зарядки батарей и т.д., и которые, в общем и целом, во время сварочного процесса, процесса зарядки и т.д. не принимают нулевого значения, данный принцип не пригоден. Так как, таким образом, невозможно было бы обеспечить качество процесса.

В устройствах для контактной сварки уровнем техники является вариант осуществления, при котором необходимый для сварки постоянный ток измеряется посредством катушки Роговского. При этом недостатком является тот факт, что необходимый для этого интегратор может быть обнулен лишь перед процессом сварки. Таким образом, необходимо наличие чрезвычайно дорогостоящих схем подключения интеграторов, которые вызывали бы во время осуществления процесса сварки настолько минимальный дрейф, насколько это возможно. Если появляется дрейф интегратора при измерении сварочного тока, то зачастую выдача заданного значения согласуется с параметрами для сварки для поддержания требуемого качества сварочных мест.

Следствием этого является недостаток в том, что данные параметры не могут быть один в один перенесены на равнозначное устройство для контактной сварки, так как поведение интегратора, по меньшей мере, в силу колебаний отдельных элементов конструкции, различно. Следует также учитывать, в целом, и тот факт, что для устройства, используемого для контактной сварки, необходимы, по меньшей мере, один сварочный трансформатор со встроенным блоком выпрямителя тока (источник тока) и преобразователь частоты переменного тока с регулировкой тока. В сварочный трансформатор встраивается также катушка Роговского, причем интегратор является частью преобразователя частоты переменного тока. Сварочный трансформатор и преобразователь частоты переменного тока не обязательно изготавливаются одним производителем. То есть сварочный трансформатор рассчитан таким образом, что может использоваться со всеми преобразователями частоты переменного тока различных производителей. Это отрегулировано посредством соответствующих нормативов и инструкций.

JP 61-271466 А описывает такую установку для контактной сварки, в которой индуцированное посредством тока с первичной стороны трансформатора напряжение регистрируется и подвергается оценке. Для уменьшения дрейфа измеренных значений были бы необходимы очень высокие требования к схемам подключения интеграторов.

Раскрытие изобретения

Целью и связанной с ней задачей предложенного на рассмотрение изобретения является, поэтому, создание способа и устройства, посредством которых постоянный ток с амплитудой более 500 А мог быть определен с максимальной точностью. Способ или устройства должны быть осуществлены или выполнены максимально просто и экономично. Недостатки известных способов и устройств должны быть устранены или, по меньшей мере, уменьшены.

Данная задача в соответствии с изобретением решается посредством вышеуказанного способа, при котором, по меньшей мере, одно индуцированное парциальное напряжение создается посредством протекающего, по меньшей мере, в одном отдельном проводе парциального тока, за счет расположения, по меньшей мере, одной катушки Роговского вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода, причем отдельный провод образуется посредством токовой дорожки выпрямителя тока на вторичной стороне трансформатора со средней отпайкой, и это индуцированное напряжение интегрируется, по меньшей мере, в одном интеграторе и посредством соединенного, по меньшей мере, с одним интегратором блока оценки результатов определяется величина постоянного тока. В соответствии с изобретением катушка Роговского помещается не так, как в установках для контактной сварки, обычно на токовой дорожке измеряемого постоянного тока (к примеру, постоянного тока для контактной сварки), а в отдельном проводе, который проводит парциальный ток измеряемого постоянного тока. Вследствие этого, на основании парциальных токов может быть определен постоянный ток. Важным при расположении в зонах парциальных токов является то, что этот парциальный ток имеет свойство периодически принимать нулевое значение. Таким образом, парциальные токи имеют временные интервалы, в которых гарантировано, что соответствующий парциальный ток примет нулевое значение. Ввиду наличия таких временных интервалов, интегратор может быть отрегулирован таким образом, что его дрейф сводится до минимального значения, которым можно пренебречь, так как момент времени, в который парциальные токи равны нулю, входит во временной интервал измерения, то есть катушки Роговского обнуляются. Посредством такого мероприятия во время процесса сварки, процесса зарядки, с высокой точностью за счет применения катушек Роговского и интеграторов могут быть определены и постоянные токи большой амплитуды (при контактной сварке до 200 кА), так как дрейф интеграторов может быть предотвращен или уменьшен. Способ в соответствии с изобретением отличается относительной простотой и, соответственно, надежностью в работе, поскольку его применение, к примеру, при контактной сварке или при зарядке батареи возможно идеальным образом. Предпочтительным является также то, что при применении в соответствии с изобретением или при подключении обычного оборудования экономичным образом возможно добиться существенного повышения точности измерений. Таким образом, возможно, что катушка Роговского может быть использована для измерения и в других системах токообеспечения, которые в течение длительного времени подают постоянный ток, как при зарядке батарей, так как катушка Роговского может постоянно обнуляться и, тем самым, предотвращается дрейф.

В соответствии с вариантом осуществления способа согласно данному изобретению предусмотрено, что суммарное напряжение образуется, по меньшей мере, из двух, индуцированных в двух противоположно поляризованных катушках Роговского, парциальных напряжений и интегрируется в интеграторе. В предпочтительном варианте предусмотрено, по меньшей мере, две катушки Роговского для изменения индуцированных посредством парциальных токов, по меньшей мере, в двух отдельных проводах парциальных напряжений. В соответствии с изобретением за счет соответствующего расположения катушек Роговского в отдельных проводах на основании парциальных токов измеряемого постоянного тока имеющее, в основном, свободное среднее значение суммарное напряжение подается к общему интегратору. Таким образом, могут быть измерены, к примеру, оба парциальных тока состоящего из двух ветвей выпрямителя тока, и на основании этого может быть сделано заключение относительно значения, пропорционального измеряемому постоянному току. За счет свободного среднего значения суммарного напряжения дрейф может быть минимизирован. Также нет необходимости в отпуске интегратора.

В соответствии со следующим признаком изобретения предусмотрено, что индуцированная в катушке Роговского разность напряжений образуется за счет разности токов, образованной, по меньшей мере, из двух противоположно направленных парциальных токов. На практике это достигается посредством того, что, по меньшей мере, два отдельных провода в противоположных направлениях проводятся через катушку Роговского, так что разность токов индуцирует в катушке Роговского разность напряжений. Эта разность имеет практически свободное среднее значение, так что дрейф в интеграторе может быть предотвращен или минимизирован, и может быть определено значение постоянного тока. Также, вследствие этого, нет необходимости в обнулении интегратора.

В качестве альтернативы или дополнительно к мерам в отношении свободного среднего значения поданного к интегратору сигнала, каждый интегратор посредством блока оценки результатов может также регулярно обнуляться во время прохождения постоянного тока, если вызывающий, по меньшей мере, одно индуцированное парциальное напряжение, по меньшей мере, один парциальный ток, в отдельном проводе ≤ нулю. Таким образом, используются фазы или временные интервалы парциальных токов в отдельных проводах, во время которых парциальные токи ≤ нулю (так называемые фазы нулевого тока), и эти фазы используются для обнуления интеграторов.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что каждый интегратор обнуляется, если переключательный элемент в отдельном проводе вызывающего интегрируемое парциальное напряжение, по меньшей мере, одного парциального тока открыт. Таким образом, посредством контроля переключательного элемента в отдельном проводе регистрируется информация о том, равен ли парциальный ток в этом отдельном проводе нулю, и, как следствие, интегратор обнуляется.

Способ в соответствии с изобретением используется в предпочтительном варианте в устройстве согласно последующему описанию.

Задача в соответствии с изобретением решается также посредством устройства для определения протекающего в проводнике постоянного тока, причем вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода расположена, по меньшей мере, одна катушка Роговского для индуцирования парциального напряжения посредством, по меньшей мере, одного парциального тока, причем отдельный провод образован посредством токовой дорожки выпрямителя тока на вторичной стороне трансформатора со средней отпайкой, по меньшей мере, один интегратор образован для интегрирования, по меньшей мере, одного парциального напряжения и, по меньшей мере, один интегратор соединен с блоком оценки результатов для определения постоянного тока. Как уже упоминалось выше, за счет расположения, по меньшей мере, одной катушки Роговского вокруг отдельного провода выпрямителя тока предотвращается или уменьшается дрейф присоединенного за катушкой Роговского интегратора во время фазы нулевого тока, так как он на этой фазе может быть обнулен.

Задача в соответствии с изобретением решается также посредством устройства для контактной сварки, причем вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода расположена, по меньшей мере, одна катушка Роговского для индуцирования парциального напряжения посредством, по меньшей мере, одного парциального тока, причем отдельный провод образован посредством токовой дорожки выпрямителя тока на вторичной стороне трансформатора со средней отпайкой, по меньшей мере, один интегратор образован для интегрирования, по меньшей мере, одного парциального напряжения, и, по меньшей мере, один интегратор соединен с блоком оценки результатов для определения постоянного тока.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, две катушки Роговского расположены вокруг, по меньшей мере, двух отдельных проводов противоположно друг другу, и катушки Роговского для образования свободного среднего значения суммарного напряжения из индуцированных в катушках Роговского парциальных напряжений соединены друг с другом и с одним интегратором. Таким образом, как уже упоминалось выше, к общему интегратору может быть подано суммарное напряжение, в основном, со свободным средним значением.

В качестве альтернативы, катушка Роговского может располагаться также вокруг, по меньшей мере, двух, проходящих в противоположных направлениях, отдельных проводов, и катушка Роговского для образования свободного среднего значения разности напряжений из разности парциальных токов может быть соединена с одним интегратором.

В соответствии со следующим признаком изобретения каждый интегратор может быть обнулен во время прохождения постоянного тока, если вызывающий, по меньшей мере, одно индуцированное парциальное напряжение, по меньшей мере, один протекающий в отдельном проводе парциальный ток ≤ нулю.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один интегратор соединен, соответственно, по меньшей мере, с одним переключательным элементом отдельного провода, так что интегратор может быть обнулен, если переключательный элемент отдельного провода открыт.

В соответствии со следующим признаком изобретения предусмотрено, что переключательные элементы устройства образованы посредством диодов.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, две катушки Роговского расположены вокруг, соответственно, одного отдельного провода, который проводит, соответственно, один парциальный ток измеряемого постоянного тока.

При этом каждая катушка Роговского может быть соединена с одним интегратором или все катушки Роговского могут быть соединены с одним интегратором.

Для предотвращения воздействия на данные измерения со стороны посторонних магнитных полей катушки Роговского могут быть снабжены экраном.

Чтобы зарегистрировать протекание постоянного тока, в частности сварочного тока, или пропорционального ему сигнала, по меньшей мере, один интегратор в предпочтительном варианте соединен с запоминающим устройством. При этом запоминающее устройство может быть интегрировано непосредственно в блок оценки результатов или же может быть выполнено как отдельное устройство. Отдельное запоминающее устройство может быть, к примеру, по сети соединено с блоком оценки результатов.

Устройство используется в предпочтительном варианте для осуществления описанного выше способа определения постоянного тока.

Краткое описание чертежей

Предложенное на рассмотрение изобретение разъясняется более детально на основании приложенных чертежей, на которых представлено:

фиг.1 - блок-схема традиционного метода измерения сварочного тока при помощи катушки Роговского;

фиг.2 - принципиальная блок-схема измерения постоянного тока, состоящего из нескольких парциальных токов, при помощи катушки Роговского, в соответствии с уровнем техники;

фиг.3 - принципиальная блок-схема метода измерения постоянного тока в соответствии с измерением при помощи катушек Роговского;

фиг.4 - применение способа в соответствии с изобретением в устройстве для контактной сварки;

фиг.5 - соответствующие токовые характеристики в зависимости от времени;

фиг.6 и 7 - два альтернативных варианта осуществления способа в соответствии с изобретением при использовании в аппарате для контактной сварки.

Осуществление изобретения

Фиг.1 схематично демонстрирует устройство 1 для контактной сварки с обычным принципом измерения постоянного тока i(t), который в дальнейшем будет обозначаться как сварочный ток i(t). Устройство 1 для контактной сварки включает в себя два хобота 2 сварочного агрегата, на которых закреплены электроды 3. Свариваемые заготовки (не изображены) располагаются между электродами 3. Для сваривания заготовок электроды 3 прижимаются к заготовкам, и на них подается сварочный ток i(t), так что заготовки при прохождении тока оплавляются и соединяются друг с другом. Для снабжения сварочным током i(t) электроды 3 соединены с источником 4 тока, который обычно включает в себя трансформатор 5 и выпрямитель 6 тока. Таким образом, сварочный ток i(t) при обычном порядке величин в несколько кА вырабатывается с наименьшими потерями. Для измерения сварочного тока i(t) катушка 10 Роговского располагается обычно вокруг провода 7, который проводит сварочный ток i(t) к электродам 3. Индуцированное в катушке 10 Роговского при прохождении сварочного тока i(t) напряжение u(t) интегрируется в интеграторе 11, и подается пропорциональный величине сварочного тока i(t) сигнал х(t). Пропорциональный величине сварочного тока i(t) сигнал х(t) может быть использован для контроля качества и/или же для регулировки механизма 13 управления или источника 4 тока устройства 1 для контактной сварки. Как уже упоминалось выше, за счет интегрирования воспринятого катушкой 10 Роговского индуцированного напряжения u(t) неизбежно имеет место дрейф и ошибки в измерении сварочного тока i(t). Погрешности вследствие дрейфа могут быть относительно высокими и, поэтому, для обеспечения надежного качества сварки должны быть непременно предотвращены. Дрейф возникает в уровне техники за счет того, что измерение осуществляется в течение всего времени сварки, а обнуление интегратора невозможно, так как измеренный ток не принимает нулевого значения. Таким образом, при длительных процессах сварки, что происходит все чаще, могут иметь место значительные погрешности. Если происходит такой случай дрейфа, то для последующего измерения изменяются заданные показатели, то есть заданные параметры, так чтобы, к примеру, стало возможно выполнить надежное сварное соединение.

Фиг.2 демонстрирует схематичную блок-схему для наглядного пояснения способа измерения протекающего в проводе 7 сварочного тока i(t) с помощью катушки 10 Роговского. Измеряемый сварочный ток i(t) составляется, как, к примеру, в устройстве 1 для контактной сварки в соответствии с фиг.1, из нескольких парциальных токов i_i(t), i_i+1 (t),… выпрямителя 6 тока. Эти парциальные токи i_i(t), i_i+1 (t),… проходят по нескольким отдельным проводам 8, снабженным переключательными элементами 9, к месту суммирования, которое выходит в провод 7. В соответствии с уровнем техники катушка 10 Роговского для измерения сварочного тока i(t) располагается вокруг провода 7 и регистрирует индуцированное посредством сварочного тока i(t) напряжение u(t), которое интегрируется в присоединенном к катушке 10 Роговского интеграторе 11 и выдается пропорциональный измеряемому сварочному току i(t) сигнал х(t). Как уже упоминалось выше, используемый в обязательном порядке интегратор 11 при измерении сварочного тока i(t) постоянно вызывает дрейф сигнала х (t), так как интегратор 11 может быть обнулен только лишь перед процессом сварки или после него.

Фиг.3 демонстрирует схематичную блок-схему способа в соответствии с изобретением. В этом случае учитывается то, что определяемый сварочный ток i(t) образуется посредством нескольких парциальных токов i_i (t), i_i+1 (t), …, причем представлены два парциальных тока i_i(t) и i_i+1(t). Таким образом, посредством измерения, по меньшей мере, одного их парциальных токов i₁(t), i_i+1(t),… с помощью блока 12 оценки результатов можно сделать заключение о сварочном токе i(t) во время сварки или во время прохождения тока (во время течения сварочного тока i(t)) или определить сварочный ток i_i(t). Блок 12 оценки результатов определяет при этом величину сварочного тока i(t) во время сварки, базируясь на пропорциональном сигнале х(t) интегратора 11. В соответствии с изобретением непосредственно во время процесса сварки измеряется, таким образом, не актуальный сварочный ток i(t), а, по меньшей мере, один из парциальных токов i_i(t), i_i+1(t) во время сварки, на основании которого может быть определен сварочный ток i(t) во время сварки. Таким образом, индуцированное в катушке 10 Роговского напряжение u(t) создается не посредством сварочного тока i(t), а, соответственно, парциальными токами i_i(t), i_i+1 (t),… . Измерения одного парциального тока, к примеру парциального тока i_i(t), в целом, достаточно, так как может быть предположен симметричный режим функционирования трансформатора 5. В результате измерения нескольких парциальных токов i_i(t), i_i+1 (t),… точность повышается незначительно. Включение и выключение расположенных в отдельных проводах 8 активных или пассивных переключательных элементов 9 вызывает определенные токовые характеристики парциальных токов i_i(t), i_i+1 (t),… и гарантирует также образование временных интервалов, в которых соответствующие парциальные токи i_i(t), i_i+1(t),… в отдельных проводах 8, в основном, принимают нулевые значения. Это означает, что парциальный ток i_i(t) при открытом переключательном элементе 9 (к примеру, диоде в режиме блокировки) настолько мал, что может быть обозначен, в основном, как нулевой ток или как ток ≤ нулю. Если же парциальные токи i_i(t), i_i+1(t),… измеряются в этих отдельных проводах 8 с помощью катушки 10 Роговского - то есть индуцируемое ввиду протекающих в отдельных проводах 8 парциальных токов i_i(t), i_i+1 (t),… парциальное напряжение u_i(t), u_i+1(t),… подается к интегратору и интегрируется в нем - то те временные интервалы, в которых гарантировано, что в отдельных проводах 8 нет течения тока (фаза нулевого тока), могут быть использованы для обнуления соответствующего интегратора 11. Посредством такого мероприятия с большой точностью могут определяться и постоянные токи большой амплитуды - как сварочный ток i(t) - так как не сможет произойти дрейф интеграторов 11. Чтобы иметь возможность регистрировать временные интервалы, во время которых парциальные токи i_i(t), i_i+1 (t),… равны нулю, могут контролироваться переключательные элементы 9 в отдельных проводах 8. Это наглядно пояснено с помощью пунктирной линии между переключательными элементами 9 и интеграторами 11. Переключательные элемента 9 и/или интегратор 11 могут быть соединены также с механизмом 13 управления. Наконец, с интегратора 11 на блок 12 оценки результатов посылается пропорциональный парциальным токам i_i(t), i_i+1(t),… сигнал x_i(t), x_i+1(t), так что сварочный ток i(t) может быть точно определен или может быть сделано заключение о величине сварочного тока. Блок 12 оценки результатов в предпочтительном варианте связан также с механизмом 13 управления, так что разность между установленными и заданными значениями сварочного тока i(t) может быть компенсирована или отрегулирована.

Этот принцип может использоваться, однако, различным образом, как описано на основании последующих фиг.4-7.

Фиг.4 демонстрирует вариант применения способа в соответствии с изобретением в устройстве 1 для контактной сварки, причем для упрощения чертежа на нем показаны лишь трансформатор 5 и выпрямитель 6 тока. Сварочный ток i(t) во время процесса сварки проходит по проводу 7 к электродам 3 устройства 1 для контактной варки (не изображено). Сварочный ток i(t) вырабатывается посредством импульсного тока i(t), который подается на первичную сторону трансформатора 5 с частотой в пределах около 1 кГц. На вторичной стороне трансформатора 5 с центральной отпайки расположен образованный из двух диодов в качестве переключательных элементов 9 выпрямитель 6 тока. В соответствии с этим, на вторичной стороне имеется два отдельных провода 8 и два парциальных тока i_i(t) и i_i+1 (t), причем в дальнейшем для парциальных токов будет использоваться обозначение i_2а(t) и i_2b(t) вместо i_i(t) и i_i+1(t). Это должно выражать собой тот факт, что парциальные токи, в основном, одинаковы. Сварочный ток i(t) является, в основном, чистым постоянным током, что наглядно пояснено на токовых диаграммах согласно фиг.5. Эти парциальные токи i_2a(t) и i_2b(t) имеют, соответственно, фазы или временные интервалы, во время которых соответствующий парциальный ток i_2a (t) или i_2b (t) равен нулю (фаза нулевого тока). Соответственно, нулевая фаза парциального тока i_2а(t) имеет место во время положительной фазы пульсирующего тока i_i(t), а нулевая фаза следующего парциального тока i_2b(t) во время отрицательной фазы пульсирующего тока i_i(t). Таким же образом, фаза нулевого тока у парциального тока i_2а(t) соответствует полной фазе парциального тока i_2b(t) и наоборот. Если катушки 10 Роговского в соответствии с изобретением располагаются вокруг отдельных проводов 8 на вторичной стороне трансформатора 5, то нулевые фазы тока, то есть фазы, во время которых парциальные токи i_2а(t) и i_2b(t) равны нулю, могут использоваться для обнуления интеграторов 11. Обнуление может быть осуществлено посредством использования программного обеспечения или аппаратной части вычислительной машины и производится, как правило, во время процесса сварки. К примеру, периодически, в соответствии с частотой пульсирующего тока i_i(t). Посредством обнуления предотвращается уже многократно упомянутый дрейф. Таким образом, с интегратора 11 могут быть посланы сигналы х_а(t) и х_b(t), которые пропорциональны парциальным токам i_2а (t) и i_2b(t) или индуцированным парциальным напряжениям u_2a (t) и u_2b(t) и, как следствие, сварочному току i(t), так что сварочный ток i(t) может быть с большой точностью определен посредством блока 12 оценки результатов. (Соответственно парциальным токам было выбрано также и обозначение для парциальных напряжений.) При этом время сварки в противоположность известному уровню техники может быть произвольно увеличено, не оказывая при этом воздействия на точность измерения тока i(t).

Фиг.6 демонстрирует альтернативный вариант осуществления изобретения, при котором две катушки 10 Роговского - которые индуцируют, соответственно, парциальные напряжения u_2a(t) и u_2b(t) - расположены в противоположных направлениях, соответственно, вокруг одного отдельного провода 8, на вторичной стороне трансформатора 5, и соединены с общим интегратором 11. Это означает, что катушки 10 Роговского противоположными полюсами подключены в последовательное соединение. Таким образом, от обеих катушек 10 Роговского подается, в основном, имеющее свободное среднее значение общее суммарное напряжение Σu (t) индуцированных парциальных напряжений u_2a(t) и u_2b (t), которое подается на интегратор 11 и интегрируется. Благодаря свободному среднему значению суммарного напряжения Σu(t), дрейф интегратора 11 может быть предотвращен или существенно уменьшен.

В варианте осуществления изобретения в соответствии с фиг.7 используется катушка 10 Роговского, которая обхватывает отдельные проводники 8 обоих парциальных токов i_2a(t) и i_2b(t) таким образом, что отдельный провод 8, который проводит парциальный ток i_2a (t) ориентирован противоположно отдельному проводу 8, который проводит парциальный ток i_2b (t). В результате этого, в катушке 10 Роговского индуцируется разность напряжений u_Δi(t). Эта разность напряжений u_Δi (t) образуется вследствие разности токов Δi (t) между парциальными токами i_2a(t) и i_2b(t). В такой системе разность напряжений u_Δi(t) практически имеет свободное среднее значение, вследствие чего не сможет произойти дрейф интегратора 11.

К дополнение к описаниям фиг.6 и 7 следует упомянуть о том, что при этом интегратор 11 не должен быть обнулен, так как он обрабатывает каждое значение напряжения, имеющее свободное среднее значение (в сравнении с фиг.4). Свободное среднее значение обеспечивается лишь за счет использования трансформатора, что является характерным отличием от известного уровня техники. Поданный от интегратора 11 сигнал посредством BIBO-стабильной передаточной функции - которая соответствует приблизительному интегрированию - может быть, таким образом, подвергнут оценке в блоке 12 оценки результатов, и сварочный ток i(t) может быть точно определен во время процесса сварки.

В целом, в отношении описанных фигур следует упомянуть также о том, что расположение в соответствии с изобретением катушки 10 Роговского вокруг отдельных проводов 8 имеет определенное значение. Отдельный провод 8 образован при этом в предпочтительном варианте посредством токовой дорожки выпрямителя 6 тока на вторичной стороне трансформатора 5. Выпрямитель 6 тока является при этом, к примеру, элементом, по меньшей мере, одного компонента для осуществления процесса сварки, процесса зарядки батареи или преобразования постоянного тока в переменный ток. От этого не зависит, располагается переключательный элемент 9 перед катушкой 10 Роговского или после нее.

Также интегратор 11 может рассматриваться в целом как техническая система, которая отвечает на любой входной сигнал - такой как индуцированное напряжение u(t) - выходным сигналом x(t), который пропорционален временному интегралу входного сигнала. Интегратор 11 может быть реализован посредством самых различных аналоговых схем, или же в связанных через аналого-цифровые преобразователи или цифроаналоговые преобразователи цифровых вычислительных системах. Такого рода системы обозначаются, соответственно, как интеграторы 11. Аналоговая схема интегратора может состоять, к примеру, из активных элементов (операционные усилители, транзисторы и т.д.), а также из пассивных элементов (омические сопротивления, катушки индуктивности, конденсаторы и т.д.). Цифровой вычислительной схемой для реализации интегратора 11 может являться, к примеру, цифровой процессор обработки сигналов, микропроцессор или же обычный ПК.

Техническая система, которая отвечает на определенные классы сигналов (такие, к примеру, как индуцированное напряжение u(t)) выходным сигналом x(t), который пропорционален временному интегралу входного сигнала, обозначается как приблизительный интегратор. Такого рода системы могут быть реализованы, в противоположность интеграторам 11, BIBO-стабильными.

Несмотря на то что в вышеизложенном описании мы останавливались, в основном, на способах контактной сварки, настоящее изобретение может быть использовано и для измерения других постоянных токов высокой амплитуды, которые появляются, к примеру, в зарядных устройства батарей.

Изобретение относится к электротехнике, к определению протекающего в проводе (7) постоянного тока (i(t)) с амплитудой более 500 А. Технический результат состоит в повышении точности измерения. Постоянный ток (i(t)) складывается из нескольких, протекающих в отдельных проводах (8) с переключательными элементами (9), зависящих от времени, парциальных токов (i_i(t)). Для создания свободной от дрейфа измеренной величины предусмотрено, что вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода (8) располагается, по меньшей мере, одна катушка (10) Роговского для индуцирования парциального напряжения (u_i(t)) посредством, по меньшей мере, одного парциального тока (i_i(t)). Отдельный провод (8) образован посредством токовой дорожки выпрямителя (6) тока на вторичной стороне трансформатора (5) с центральной отпайкой. По меньшей мере, один интегратор (11) образован для интегрирования, по меньшей мере, одного парциального напряжения (u_i(t)) и соединен с блоком (12) оценки результатов для определения постоянного тока (i(t)). 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ определения протекающего в проводе (7) постоянного тока (i(t)) с амплитудой более 500 А, который складывается из нескольких протекающих в отдельных проводах (8) с переключательными элементами (9), зависящих от времени парциальных токов (i_i(t)), отличающийся тем, что посредством протекающего, по меньшей мере, в одном отдельном проводе (8) парциального тока (i_i(t)) за счет расположения, по меньшей мере, одной катушки (10) Роговского вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода (8) создают, по меньшей мере, одно индуцированное напряжение (u_i(t)), причем отдельный провод (8) образуется посредством токовой дорожки выпрямителя (6) тока на вторичной стороне трансформатора (5) с центральной отпайкой, причем индуцированное напряжение (u_i(t)) интегрируют, по меньшей мере, в одном интеграторе (11) и посредством соединенного, по меньшей мере, с одним интегратором (11) блока (12) оценки результатов определяют величину постоянного тока (i(t)).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарное напряжение (∑u(t)) образуют, по меньшей мере, из двух индуцированных в двух противоположно поляризованных катушках (10) Роговского парциальных напряжений (u_i(t)) и интегрируют в интеграторе (11).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что индуцированную в катушке (10) Роговского разность напряжений (u_Δi(t)) образуют за счет разности токов (Δi(t)), образованной, по меньшей мере, из двух противоположно направленных парциальных токов (i_i(t), i_i+1(t)).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый интегратор (11) посредством блока (12) оценки результатов регулярно во время прохождения постоянного тока i(t) обнуляют, если вызывающий, по меньшей мере, одно индуцированное парциальное напряжение (u_i(t)), по меньшей мере, один парциальный ток (i_i(t)) в отдельном проводе (8)≤нулю.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждый интегратор (11) обнуляют при открытии переключательного элемента (9) в отдельном проводе (8), вызывающего интегрируемое парциальное напряжение (u_i(t)), по меньшей мере, одного парциального тока (i_i(t)).

6. Устройство для определения протекающего в проводнике (7) постоянного тока (i(t)) с амплитудой более 500 А, который складывается из нескольких, протекающих в отдельных проводах (8) с переключательными элементами (9), зависящих от времени парциальных токов (i_i(t)), отличающийся тем, что вокруг, по меньшей мере, одного отдельного провода (8) расположена, по меньшей мере, одна катушка (10) Роговского для индуцирования парциального напряжения (u_i(t)) посредством, по меньшей мере, одного парциального тока (i_i(t)), причем отдельный провод (8) образован посредством токовой дорожки выпрямителя (6) тока на вторичной стороне трансформатора (5) с центральной отпайкой, по меньшей мере, один интегратор (11) образован для интегрирования, по меньшей мере, одного парциального напряжения (u_i(t)) и, по меньшей мере, один интегратор (11) соединен с блоком (12) оценки результатов для определения постоянного тока (i(t)).

7. Устройство (1) по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (10) Роговского расположена вокруг отдельного провода (8) выпрямителя (6) с переключательными элементами источника тока (4) устройства для контактной сварки для получения сверочного тока.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, две катушки (10) Роговского расположены вокруг, по меньшей мере, двух отдельных проводов (8) противоположно друг другу и катушки (10) Роговского для образования имеющего свободное среднее значение суммарного напряжения (∑u(t)) из индуцированных в катушках (10) Роговского парциальных напряжений (u_i(t)) соединены друг с другом и с одним интегратором (11).

9. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что катушка (10) Роговского расположена вокруг, по меньшей мере, двух проходящих в противоположных направлениях отдельных проводов (8) и для образования свободного среднего значения разности напряжений (u_Δi(t)) из разности (Δi(t)) парциальных токов (i_i(t)) соединена с одним интегратором (11).

10. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что каждый интегратор (11) выполнен с возможностью регулярного обнуления во время прохождения постоянного тока (i(t)), если вызывающий, по меньшей мере, одно индуцированное парциальное напряжение (u_i(t)), по меньшей мере, один протекающий в отдельном проводе (8) парциальный ток (i(t))≤нулю.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один интегратор (11) соединен соответственно по меньшей мере, с одним переключающим элементом (9) отдельного провода (8), причем интегратор (11) может быть обнулен, если переключательный элемент (9) отдельного провода (8) открыт.

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что переключательные элементы (9) образованы посредством диодов.

13. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, две катушки (10) Роговского расположены вокруг соответственно одного отдельного провода (8).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что каждая катушка (10) Роговского соединена с одним интегратором (11).

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что все катушки (10) Роговского соединены с интегратором (11).

16. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждая катушка (10) Роговского снабжена экраном.

17. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один интегратор (11) соединен с запоминающим устройством (14).