專利名稱：用于確定直流電流的方法和裝置以及電阻焊接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在導(dǎo)體中流動(dòng)并且幅值大于500A的直流電流的方法， 該直流電流由多個(gè)在具有開(kāi)關(guān)元件的單獨(dú)導(dǎo)體中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流組成。此外，本發(fā)明涉及一種用于確定在導(dǎo)體中流動(dòng)并且幅值大于500A的直流電流的裝置，該直流電流由多個(gè)在具有開(kāi)關(guān)元件的單獨(dú)導(dǎo)體中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流組成。此外，本發(fā)明涉及一種用于電阻焊接的裝置，該裝置具有兩個(gè)電極，所述兩個(gè)電極相對(duì)于彼此可移動(dòng)并且連接至電源，以提供用于焊接的幅值大于500A的直流電流，其中， 所述電源至少包括一個(gè)變壓器和一個(gè)具有開(kāi)關(guān)元件的整流器，所述開(kāi)關(guān)元件用于輸送在單獨(dú)導(dǎo)體中流動(dòng)的時(shí)間相關(guān)的分流電流，并且所述裝置具有用于確定直流電流的裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及當(dāng)例如在電阻焊接裝置或電池充電器中出現(xiàn)高幅值直流電流時(shí)確定這些高幅值直流電流。測(cè)量直流電流主要是為了控制焊接過(guò)程或控制充電過(guò)程并且確保恒定的焊接質(zhì)量或最佳的充電過(guò)程。另外，術(shù)語(yǔ)直流電流包含不同歷程、其平均值不等于零的與時(shí)間相關(guān)的電流。當(dāng)幅值大于500A的直流電流出現(xiàn)在例如電阻焊接方法中時(shí)，這些直流電流的測(cè)量可以通過(guò)分路電阻器來(lái)完成。這種用于高電流的分路電阻器極其笨重并且必須顯示高精度值。另外，為了避免溫度相關(guān)性，需要適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償。由于與分路電阻器相關(guān)的麻煩之處，這種用于幅值大于500A的直流電流的電流測(cè)量方法通常并不適合于串聯(lián)應(yīng)用。而且，經(jīng)典的變流器需要較大的空間，因?yàn)檫@個(gè)原因，它們實(shí)際上可用于校準(zhǔn)，但是對(duì)于串聯(lián)應(yīng)用中的直流電流的永久測(cè)量來(lái)說(shuō)不太可行。如果借助于在線圈中感應(yīng)出的電壓來(lái)間接地檢測(cè)直流電流，則能夠獲得改進(jìn)。為此，圍繞承載電流的導(dǎo)體布置羅果夫斯基線圈，從而流過(guò)導(dǎo)體的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在羅果夫斯基線圈中感應(yīng)出電壓。為了能夠推導(dǎo)出導(dǎo)體電流，必須使感應(yīng)電壓形成時(shí)間積分。這樣，可以獲得與測(cè)量電流成比例的電壓。與傳統(tǒng)的變流器相反，由于沒(méi)有鐵氧體磁芯，羅果夫斯基線圈形成得相當(dāng)小。此外，也不會(huì)施加鐵氧體磁芯的非線性影響。羅果夫斯基線圈例如布置在電阻焊槍所共用的導(dǎo)體中，以便在一個(gè)測(cè)量過(guò)程中測(cè)量變流器的所有分流電流的全部。然而，羅果夫斯基線圈電流測(cè)量所需的積分器消極地影響測(cè)量結(jié)果的精度，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換功能并不是BIBO穩(wěn)定的(有界輸入有界輸出穩(wěn)定的)，因而導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)隨著測(cè)量時(shí)間的增加出現(xiàn)漂移。所述漂移在測(cè)量低頻電流尤其是直流電流時(shí)并不會(huì)被從測(cè)量信號(hào)中區(qū)分出來(lái)。在電阻焊接裝置中，在例如一秒到若干秒的長(zhǎng)時(shí)間焊接中可能出現(xiàn)與焊接電流成比例的測(cè)量信號(hào)的不正確漂移。因而，在焊接結(jié)束時(shí)測(cè)量到的可能是僅僅8kA，而不是用于焊接電流的10kA。此外，由于錯(cuò)誤的測(cè)量值，焊點(diǎn)處可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量損失，這是因?yàn)楹附与娏鞅豢刂瞥墒沟糜腥毕莸膶?shí)際值等于期望值。
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因而，必須強(qiáng)制地至少減少或避免由于積分器引起的焊接電流的漂移。例如，DE 26 56 817 Al描述了一種利用羅果夫斯基線圈對(duì)導(dǎo)體中的實(shí)際電流值進(jìn)行電位分離檢測(cè)的電流變換器，其中，當(dāng)待測(cè)量的時(shí)鐘控制的直流電流變成零時(shí)，將積分器短路或復(fù)位。除此之外，該文獻(xiàn)并沒(méi)有涉及到特別是高電流(大于500A)的測(cè)量，并且只有當(dāng)導(dǎo)體中的電流為零時(shí)才能實(shí)現(xiàn)積分器復(fù)位。這意味著復(fù)位例如是在焊接之前或之后完成的。對(duì)于在電流流動(dòng)期間測(cè)量直流電流，當(dāng)這些直流電流(在焊接、充電等過(guò)程中這些直流電流通常不會(huì)變?yōu)榱?出現(xiàn)在電阻焊接裝置、電池充電器等中時(shí)，該原理變得不再適用。因?yàn)槔眠@種方法無(wú)法確保任何質(zhì)量精度。通常，在電阻焊接裝置中，通過(guò)羅果夫斯基線圈來(lái)測(cè)量焊接所需的直流電流是現(xiàn)有技術(shù)。為此，不利的是為此所需的積分器只能在焊接之前復(fù)位。因此，必需極其復(fù)雜的積分器電路，以便在焊接時(shí)間期間導(dǎo)致盡可能小的漂移。當(dāng)用于焊接電流測(cè)量的積分器發(fā)生漂移時(shí)，則通常調(diào)節(jié)用于焊接的參數(shù)所需的期望值，以便在系統(tǒng)中獲得所需的焊點(diǎn)質(zhì)量。這導(dǎo)致的不利之處在于，這些參數(shù)不能被一對(duì)一地轉(zhuǎn)移到相對(duì)等的電阻焊接裝置，因?yàn)榉e分器的性能至少因?yàn)樵疃煌?。通常，還應(yīng)該考慮到，對(duì)于電阻焊接裝置來(lái)說(shuō)，需要至少一個(gè)具有集成整流單元(電源)的焊接變壓器和一個(gè)具有電流控制的變換器。而且，在焊接變壓器中，集成羅果夫斯基線圈，其中，積分器是變換器的一部分。而且， 焊接變壓器和變換器不必由一個(gè)制造商生產(chǎn)。這意味著焊接變壓器被設(shè)計(jì)成使其能夠與不同制造商的任何變換器一起使用。這還受到適當(dāng)?shù)拇a和指令散頁(yè)說(shuō)明書(shū)控制。例如，JP 61-271466 A描述了這種電阻焊接系統(tǒng)，其中，由初級(jí)側(cè)電流感應(yīng)出的電壓被檢測(cè)和評(píng)估。為了減少測(cè)量值的漂移，對(duì)積分器電路的要求必須非常高。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目標(biāo)以及與此相關(guān)的目的在于創(chuàng)造一種方法和裝置，通過(guò)這種方法和裝置，能夠盡可能精確地確定幅值大于500A的直流電流。方法或裝置在操作和組裝方面應(yīng)該分別盡可能簡(jiǎn)單和廉價(jià)。公知方法和裝置的缺點(diǎn)應(yīng)該避免或至少減少。通過(guò)一種上述的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中，通過(guò)圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置至少一個(gè)羅果夫斯基線圈由在至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體中流動(dòng)的分流電流產(chǎn)生至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體由位于具有中央抽頭的變壓器的次級(jí)側(cè)的整流器的路徑形成， 并且所述感應(yīng)分流電壓在至少一個(gè)積分器中被積分，并且利用連接至所述至少一個(gè)積分器的評(píng)估單元確定所述直流電流。因此，根據(jù)本發(fā)明，羅果夫斯基線圈并沒(méi)有像通常的電阻焊接系統(tǒng)中那樣布置在待測(cè)量的直流電流(例如用于焊接的直流電流)的電流路徑中，而是布置在承載該待測(cè)量的直流電流的分流電流的單獨(dú)導(dǎo)體中。這樣，所述直流電流由于所述分流電流而能夠被確定。在分流電流段的構(gòu)造中，重要的是該分流電流具有臨時(shí)變成零的特性。因此，分流電流具有其中確保相關(guān)分流電流變成零的時(shí)間段。由于這些時(shí)間段，積分器現(xiàn)在可以被致動(dòng)，使得其漂移最小化至可以忽略的低值，這是由于在分流電流為零即羅果夫斯基線圈復(fù)位時(shí)測(cè)量才受到影響。通過(guò)該測(cè)量，可以利用羅果夫斯基線圈和積分器高精度地確定在焊接過(guò)程中或充電過(guò)程中高幅值的直流電流(在電阻焊接中高達(dá)200kA)，這是由于積分器的漂移可以避免或降低。本發(fā)明的方法的特征在于相對(duì)簡(jiǎn)單以及于此相關(guān)的健壯性，因此理想的是可例如應(yīng)用于電阻焊接過(guò)程或電池充電過(guò)程。還有利的是，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)利用或連接傳統(tǒng)的硬件，能夠廉價(jià)地使得測(cè)量精度獲得極大的提高。因而，羅果夫斯基線圈也可以用于測(cè)量長(zhǎng)期時(shí)間輸送直流電流(例如電池充電)的其他電源系統(tǒng)，這是因?yàn)榱_果夫斯基線圈能夠被恒定地復(fù)位，并因而防止漂移。根據(jù)本方法的另選方案，本發(fā)明設(shè)置成，和電壓由在兩個(gè)同等相反卷繞的羅果夫斯基線圈中感應(yīng)出的至少兩個(gè)分流電壓形成，并且在積分器中積分。優(yōu)選的是，設(shè)置至少兩個(gè)羅果夫斯基線圈，用于測(cè)量由至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體中的分流電流感應(yīng)出的分流電壓。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在單獨(dú)導(dǎo)體中適當(dāng)?shù)夭贾昧_果夫斯基線圈，由于待測(cè)量的直流電流的分流電流，基本上沒(méi)有平均值的和電壓被供給至共用的積分器。這樣，由兩個(gè)分支構(gòu)成的整流器的兩個(gè)分流電流都能夠被測(cè)量并因而能夠推導(dǎo)出與待測(cè)量的直流電流成比例的值。由于和電壓沒(méi)有平均值，因此能夠使漂移最小化。而且，不需要積分器復(fù)位。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的特征，通過(guò)由相反地定向的至少兩個(gè)分流電流形成的電流差來(lái)形成在羅果夫斯基線圈中感應(yīng)出的差分電壓。實(shí)踐上，這是這樣實(shí)現(xiàn)的，即至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體同等相反地貫穿羅果夫斯基線圈，使得電流差在羅果夫斯基線圈中感應(yīng)出差電壓。 這實(shí)際上是沒(méi)有平均值的，從而防止了積分器內(nèi)的漂移或使積分器內(nèi)的漂移最小化，從而能夠確定直流電流。而且，因而不再需要積分器復(fù)位。對(duì)供給至積分器的信號(hào)進(jìn)行無(wú)平均值測(cè)量來(lái)說(shuō)，另選地或附加地，當(dāng)單獨(dú)導(dǎo)體中的產(chǎn)生至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓的至少一個(gè)分流電流<零時(shí)，所述評(píng)估單元的任何積分器都可以在直流電流的流動(dòng)期間周期性地復(fù)位。并且利用單獨(dú)導(dǎo)體中的分流電流的階段或時(shí)間段來(lái)復(fù)位積分器，在該階段或時(shí)間段內(nèi)，分流電流<零(所謂的零電流階段)。根據(jù)本發(fā)明的特征，當(dāng)產(chǎn)生待被積分的分流電壓的至少一個(gè)分流電流的單獨(dú)導(dǎo)體中的開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)時(shí)，所有積分器復(fù)位。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)單獨(dú)導(dǎo)體中的開(kāi)關(guān)元件，可以檢測(cè)到該單獨(dú)導(dǎo)體中的分流電流是否為零，因而檢測(cè)到積分器是否復(fù)位。本發(fā)明的方法優(yōu)選應(yīng)用在根據(jù)如下描述的裝置中。本發(fā)明的目的還通過(guò)上述的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置用于確定在導(dǎo)體中流動(dòng)的直流電流，其中，圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置有至少一個(gè)羅果夫斯基線圈，用于通過(guò)至少一個(gè)分流電流感應(yīng)出分流電壓，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體由位于具有中央抽頭的變壓器的次級(jí)側(cè)的整流器的路徑形成，并且至少一個(gè)積分器被設(shè)計(jì)成用于所述至少一個(gè)分流電壓的積分，所述至少一個(gè)積分器連接至用于確定所述直流電流的評(píng)估單元。如上所述，通過(guò)圍繞整流器的一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置至少一個(gè)羅果夫斯基線圈，有效地防止或減少了在零電流階段連接在羅果夫斯基線圈下游的積分器的漂移，這是由于在該階段積分器可以復(fù)位。本發(fā)明的目的還通過(guò)上述的用于電阻焊接的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置有至少一個(gè)羅果夫斯基線圈，用于通過(guò)至少一個(gè)分流電流感應(yīng)出分流電壓，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體由位于具有中央抽頭的變壓器的次級(jí)側(cè)的整流器的路徑形成，并且至少一個(gè)積分器被設(shè)計(jì)成用于所述至少一個(gè)分流電壓的積分，所述至少一個(gè)積分器連接至用于確定所述直流電流的評(píng)估單元。有利的是，至少兩個(gè)羅果夫斯基線圈同等相反地圍繞至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置，并且所述羅果夫斯基線圈彼此相連并連接至一個(gè)積分器，以獲取在所述羅果夫斯基線圈中感應(yīng)出的分流電壓的無(wú)平均值和電壓。這樣，如上所述，可以將基本上沒(méi)有平均值的和電壓供給共用積分器。另選的是，一個(gè)羅果夫斯基線圈也可以圍繞同等相反延伸的至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置，并且所述羅果夫斯基線圈可以連接至一個(gè)積分器，以獲取分流電流的電流差的無(wú)平均值差電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，當(dāng)在單獨(dú)導(dǎo)體中流動(dòng)的導(dǎo)致至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓的至少一個(gè)分流電流< 零時(shí)，所有積分器都可以在直流電流的流動(dòng)期間周期性復(fù)位。優(yōu)選的是，至少一個(gè)積分器分別連接至單獨(dú)導(dǎo)體的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，使得該積分器能夠在該單獨(dú)導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)時(shí)復(fù)位。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，本發(fā)明設(shè)置成所述裝置的開(kāi)關(guān)元件由二極管形成。有利的是，至少兩個(gè)羅果夫斯基線圈圍繞每個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置，所述單獨(dú)導(dǎo)體均承載待測(cè)量的總電流的分流電流。為此，各羅果夫斯基線圈可以連接至每個(gè)積分器，或者所有羅果夫斯基線圈可以連接至一個(gè)積分器。為了防止測(cè)量結(jié)果受到外部磁場(chǎng)的影響，羅果夫斯基線圈可以設(shè)置有屏蔽板。為了記錄直流電流特別是焊接電流或與該直流電流成比例的信號(hào)的歷程，所述至少一個(gè)積分器優(yōu)選連接至存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器可以集成在評(píng)估單元中，但是也可以布置在外部。外部存儲(chǔ)器例如可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接至評(píng)估單元。所述裝置優(yōu)選用于實(shí)踐上述的用于確定直流電流的方法。


下面借助于附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。在附圖中圖1示出了用于通過(guò)羅果夫斯基線圈測(cè)量焊接電流的傳統(tǒng)方法的電路圖；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)羅果夫斯基線圈測(cè)量由多個(gè)分流電流構(gòu)成的直流電流的原理電路圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于通過(guò)羅果夫斯基線圈測(cè)量直流電流的方法的原理電路圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在電阻焊接裝置中的應(yīng)用；圖5示出了依賴于時(shí)間的適當(dāng)?shù)碾娏鳉v程；以及圖6和圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于電阻焊接裝置的兩個(gè)另選實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了具有直流電流i(t)的傳統(tǒng)測(cè)量的電阻焊接裝置1，下文將該直流電流描述為焊接電流i (t)。該電阻焊接裝置1包括兩個(gè)焊接臂2，電極3固定在所述焊接臂2上。待被焊接的工件(未示出)布置在電極3之間。為了焊接工件，電極3被壓靠在工件上并被供給焊接電流i(t)，使得工件因?yàn)殡娏髁鲃?dòng)而熔化并彼此相連接。為了給電極3供應(yīng)焊接電流i (t)，電極3連接至電源4，電源4通常包括變壓器5和整流器6。這樣，盡可能低損失地產(chǎn)生幅值通常為若干kA的焊接電流i (t)。為了測(cè)量焊接電流i (t)， 通常圍繞將焊接電流i (t)傳送至電極3的導(dǎo)體7布置羅果夫斯基線圈10。因?yàn)楹附与娏?i(t)而在羅果夫斯基線圈10中感應(yīng)出的電壓u(t)在積分器11中積分并釋放出與焊接電流i(t)成比例的信號(hào)x(t)。與焊接電流i(t)成比例的信號(hào)x(t)可以用于質(zhì)量控制和/ 或用于控制電阻焊接裝置1的控制裝置13或電源4。如以上已經(jīng)提到的，通過(guò)由羅果夫斯基線圈10接收到的感應(yīng)電壓u(t)的積分，不可避免地會(huì)發(fā)生漂移，并且發(fā)生焊接電流i(t) 的不正確測(cè)量。由于漂移而產(chǎn)生的誤差較高，因而必須避免以便確保焊接質(zhì)量。在現(xiàn)有技術(shù)中，因?yàn)樵诤附拥恼麄€(gè)時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量而發(fā)生漂移，并且由于測(cè)量的電流不會(huì)變成零而使得積分器無(wú)法復(fù)位。因此，在進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的焊接時(shí)，往往更經(jīng)常出現(xiàn)的情況就是發(fā)生相當(dāng)大的偏差。如果發(fā)生這種漂移情況，則對(duì)于隨后的測(cè)量來(lái)說(shuō)就會(huì)由于測(cè)量而使作為期望值的設(shè)定點(diǎn)值發(fā)生變化，使得例如有可能不再能夠形成安全的焊接接頭。圖2示出了示意性電路圖，用于示出通過(guò)羅果夫線圈10測(cè)量在導(dǎo)體7中流動(dòng)的焊接電流i(t)的方法。待測(cè)量的焊接電流i(t)由如在根據(jù)圖1的電阻焊接裝置1中的整流器6的多個(gè)分流電流Ii(OUt)、…構(gòu)成。所述分流電流ii(t)、iw(t)、…經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件9的單獨(dú)導(dǎo)體8流到終止于導(dǎo)體7的求和點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于測(cè)量焊接電流i(t)的羅果夫斯基線圈10圍繞導(dǎo)體7布置，并且檢測(cè)由焊接電流i(t)感應(yīng)出的電壓 u (t)(該焊接電壓在連接至羅果夫斯基線圈10的積分器11中積分)，并且供應(yīng)與將被測(cè)量的焊接電流i(t)成比例的信號(hào)x(t)。如上面已經(jīng)提到的，在測(cè)量焊接電流i(t)時(shí)，必需的積分器11總是會(huì)導(dǎo)致信號(hào)x(t)漂移，這是由于積分器11只能在焊接之前或之后進(jìn)行復(fù)位。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性電路圖。在這種情況下，認(rèn)為待被確定的焊接電流i(t)由多個(gè)分流電流ii(t)、ii+1(t)、…形成，其中呈現(xiàn)了兩個(gè)分流電流ijt)、 ii+1(t)0因此，通過(guò)在焊接過(guò)程中或在電流流動(dòng)過(guò)程中(在焊接電流i(t)的流動(dòng)過(guò)程中) 測(cè)量所述分流電流ii(t)、iw(t)、…中的至少一個(gè)，可以推導(dǎo)出焊接電流i(t)或者可以通過(guò)評(píng)估單元12確定焊接電流i (t)。為此，評(píng)估單元12基于積分器11的比例信號(hào)x(t)確定在焊接過(guò)程中的焊接電流i(t)。因而，根據(jù)本發(fā)明，在焊接過(guò)程中并不直接測(cè)量相關(guān)的焊接電流i(t)，而是在焊接過(guò)程中測(cè)量所述分流電流ijt)、ii+1(t)中的至少一個(gè)，據(jù)此在焊接過(guò)程中確定焊接電流i(t)。因而，在羅果夫斯基線圈10中感應(yīng)出的電壓u(t)不是由焊接電流i(t)產(chǎn)生的，而是相應(yīng)地由分流電流ii(t)、iw(t)、…產(chǎn)生的。由于可以假定變壓器5對(duì)稱操作，因此測(cè)量分流電流例如分流電流i(t)基本上就足夠了。通過(guò)測(cè)量多個(gè)分流電流h (t)、ii+1 (t)、…，略微增加了精度。布置在單獨(dú)導(dǎo)體8中的有源或無(wú)源開(kāi)關(guān)元件9通過(guò)接通或斷開(kāi)而致使分流電流ii(t)、iw(t)、…產(chǎn)生一定電流歷程，并且確保時(shí)間段，在該時(shí)間段，單獨(dú)導(dǎo)體8中的相關(guān)的分流電流ii(t)、iw(t)、…基本上變?yōu)榱恪＿@意味著，在開(kāi)關(guān)元件9打開(kāi)(例如二極管截止)時(shí)的分流電流i(t)如此之低，以至于該分流電流可以被認(rèn)為基本上為零或<零。當(dāng)這樣通過(guò)羅果夫斯基線圈10在這些單獨(dú)導(dǎo)體8上測(cè)量分流電流h (t)、ii+1 (t)、…時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)因?yàn)閱为?dú)導(dǎo)體8中的流動(dòng)分流電流h (t)、ii+1 (t)、… 感應(yīng)出的分流電壓UiUhiv1⑴、…被供給并在積分器11內(nèi)被積分時(shí)，可以利用那些時(shí)間段來(lái)使相關(guān)的積分器11復(fù)位，在這些時(shí)間段內(nèi)確保在單獨(dú)導(dǎo)體8中不存在電流流動(dòng)(零電流階段)。通過(guò)這種測(cè)量，高幅值直流電流例如焊接電流i (t)也能夠高精度地測(cè)量，因?yàn)榉e分器11不會(huì)出現(xiàn)漂移。為了檢測(cè)其間分流電流ii(t)、iw(t)、…為零的時(shí)間段，可以監(jiān)測(cè)單獨(dú)導(dǎo)體8中的開(kāi)關(guān)元件9。這通過(guò)開(kāi)關(guān)元件9和積分器11之間的虛線示出。同樣，開(kāi)關(guān)元件9和/或積分器11還可以連接至控制裝置13。最后，與分流電流ijt)、iw(t)、…成比例的信號(hào)Xi (t)，xi+1(t),…從積分器11供給至評(píng)估單元12，從而能夠精確地確定焊接電流i(t)或能夠推導(dǎo)出焊接電流i(t)。評(píng)估單元12優(yōu)選也連接至控制裝置13，從而能夠平衡或重新調(diào)節(jié)所確定的焊接電流i(t)和預(yù)定的焊接電流i(t)之間的差。如通過(guò)如下附圖4至圖7所描述的，現(xiàn)在可以不同地利用該原理。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在電阻焊接裝置1中的應(yīng)用，其中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)， 僅繪制出了變壓器5和整流器6。在焊接過(guò)程中，焊接電流i(t)在導(dǎo)體7上流到電阻焊接裝置1的電極3(未示出)。焊接電流i(t)由脈沖電流ii(t)產(chǎn)生，該脈沖電流在初級(jí)側(cè)供給至變壓器5并具有在大約IkHz范圍內(nèi)的頻率。在具有中央抽頭(central tapping)的變壓器5的次級(jí)側(cè)上布置有由兩個(gè)作為開(kāi)關(guān)元件9的二極管形成的整流器6。因而，在該次級(jí)側(cè)上存在兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體8和兩個(gè)分流電流ijt)、iw(t)，其中下面使用分流電流名稱 i2a(t)和i2b(t)代替土批‘⑴。這還應(yīng)該表明，分流電流基本上相同。如根據(jù)圖5的電流歷程中所示，焊接電流i(t)基本上是純直流電流?，F(xiàn)在，這些分流電流i2a(t)和i2b(t)均示出了階段或時(shí)間段，在該階段或時(shí)間段期間，相應(yīng)的分流電流i2a(t)和i2b(t)為零(零電流階段)。因而，在脈沖電流“⑴的正脈沖階段的分流電流i2a(t)的零電流階段為“⑴， 而在脈沖電流ii(t)的負(fù)脈沖階段的另一分流電流i2b(t)的零電流階段為“⑴。同樣，分流電流i2a(t)中的零電流階段對(duì)應(yīng)于i2b(t)中的全電流階段，反之亦然。現(xiàn)在，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明將羅果夫斯基線圈10圍繞變壓器5的次級(jí)側(cè)上的單獨(dú)導(dǎo)體8布置時(shí)，可以利用零電流階段(即其間分流電流ha(t)和ia(t)為零的階段)使積分器11復(fù)位。復(fù)位可以利用軟件技術(shù)或硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并且可以在焊接過(guò)程中周期性地進(jìn)行。例如，根據(jù)脈沖電流ijt)的頻率周期性地進(jìn)行。通過(guò)復(fù)位，防止了已經(jīng)提到多次的漂移。因而，可以由積分器11輸送出與分流電流i2a(t)和ia(t)或感應(yīng)出的分流電壓u2a(t)禾nUa(t)成比例并因此與焊接電流ijt)成比例的信號(hào)^(t)和&(t)，使得可以由評(píng)估單元12非常精確地確定焊接電流 I1W0 (此外，根據(jù)分流電流，選擇用于分流電壓的名稱)。與現(xiàn)有技術(shù)相反，焊接時(shí)間可以任意長(zhǎng)，而不會(huì)影響電流ijt)的測(cè)量精度。圖6示出了本發(fā)明的另選實(shí)施方式，其中，兩個(gè)羅果夫斯基線圈10圍繞均位于變壓器5的次級(jí)側(cè)的單獨(dú)導(dǎo)體8同等相反地布置并連接至共用的積分器11，羅果夫斯基線圈 8相應(yīng)地感應(yīng)出分流電壓u2a (t)，(t)。這說(shuō)明羅果夫斯基線圈10同等相反卷繞地串聯(lián)連接。這樣，從兩個(gè)羅果夫斯基線圈10的感應(yīng)出的分流電壓(t)、u2b(t)輸送出基本無(wú)平均值的公共和電壓Σ u(t)，該電壓Σ u(t)被供給至積分器11進(jìn)行積分。由于和電壓Σ u(t) 沒(méi)有平均值，可以避免或相當(dāng)大程度地減少積分器11的漂移。在根據(jù)圖7的變型中，僅僅使用了一個(gè)羅果夫斯基線圈10，該羅果夫斯基線圈10 包括兩個(gè)分流電流U(t) and i2b(t)的單獨(dú)導(dǎo)體8，從而承載分流電流“a(t)的單獨(dú)導(dǎo)體8 與承載分流電流4(0的單獨(dú)導(dǎo)體8相反地定向。因而，在羅果夫斯基線圈10中感應(yīng)出了差分電壓⑴。所述差分電壓(t)由分流電流i2a(t)and i2b(t)之間的電流差A(yù)“t) 形成。通過(guò)該布置，差分電壓uM(t)實(shí)際上是沒(méi)有平均值的，由此積分器11不會(huì)發(fā)生漂移。另外，在描述圖6和圖7時(shí)提到，積分器11不必復(fù)位，因?yàn)槠涮幚頍o(wú)平均值電壓 (與圖4相反)。該無(wú)平均值僅通過(guò)利用變壓器給出，因而表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)的特別不同。 因而，從積分器11輸出的信號(hào)能夠通過(guò)評(píng)估單元12中的BIBO穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移函數(shù)(該轉(zhuǎn)移函數(shù)相當(dāng)于近似積分)來(lái)評(píng)估，并且可以在焊接過(guò)程中正確地確定焊接電流i (t)。
通常，對(duì)所描述的附圖來(lái)說(shuō)還應(yīng)該提到，根據(jù)本發(fā)明圍繞單獨(dú)導(dǎo)體8布置羅果夫斯基線圈10是很重要的。單獨(dú)導(dǎo)體8優(yōu)選由位于變壓器5的次級(jí)側(cè)上的整流器6的路徑來(lái)形成。整流器6例如是用于執(zhí)行焊接、電池充電過(guò)程或?qū)⒅绷麟娏鬓D(zhuǎn)換成交流電流的至少一個(gè)部件的一部分。由此，不管開(kāi)關(guān)元件9是布置在羅果夫斯基線圈10之前還是之后。此外，積分器11通常可以被看作具有輸出信號(hào)x(t)的響應(yīng)于任何輸入信號(hào)(例如感應(yīng)出的電壓u(t))的技術(shù)系統(tǒng)，該輸出信號(hào)x(t)與輸入信號(hào)的時(shí)間積分成比例。積分器11可以通過(guò)很多不同的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是也可以通過(guò)經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種系統(tǒng)相應(yīng)地被稱為積分器11。模擬積分器電路例如可以由有源部件(運(yùn)算放大器、晶體管等)和無(wú)源部件(歐姆電阻器、電感器、電容器等) 構(gòu)成。用于實(shí)現(xiàn)積分器11的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如可以是數(shù)字信號(hào)處理器、微處理器，還可以是傳統(tǒng)的PC。具有輸出信號(hào)x(t)的響應(yīng)于一定信號(hào)類型(例如感應(yīng)出的電壓u (t))的技術(shù)系統(tǒng)被稱為近似積分器。與積分器11相比，這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為BIBO穩(wěn)定的。盡管在以上描述中主要參照了電阻焊接方法，本發(fā)明也可以用于測(cè)量其他高直流電流，例如在電池充電裝置中出現(xiàn)的高直流電流。
10
權(quán)利要求
1.一種用于確定在導(dǎo)體(7)中流動(dòng)并且幅值大于500A的直流電流(i(t))的方法，該直流電流(i(t))由多個(gè)在具有開(kāi)關(guān)元件(9)的單獨(dú)導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流(ijt))構(gòu)成，其特征在于，通過(guò)圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置至少一個(gè)羅果夫斯基線圈(10)由在至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體⑶中流動(dòng)的分流電流(ijt))產(chǎn)生至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓(Ui(t))，其中，單獨(dú)導(dǎo)體(8)由位于具有中央抽頭的變壓器(5)的次級(jí)側(cè)的整流器6的路徑形成，并且該感應(yīng)分流電壓(Ui(t))在至少一個(gè)積分器(11)中被積分，并且利用連接至所述至少一個(gè)積分器(11)的評(píng)估單元(1 確定所述直流電流(i(t))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，和電壓(Σu(t))由在兩個(gè)同等相反卷繞的羅果夫斯基線圈(10)中感應(yīng)出的至少兩個(gè)分流電壓(Ui(t))形成，并且在積分器(11) 中積分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)由相反地定向的至少兩個(gè)分流電流 (ii(t)，iw(t))形成的電流差(Δ,α))來(lái)形成在一個(gè)羅果夫斯基線圈( ο)中感應(yīng)出的差分電壓(Um⑴)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)單獨(dú)導(dǎo)體(8)中的產(chǎn)生所述至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓(Ui(O)的至少一個(gè)分流電流(ii(t)) <零時(shí)，所述評(píng)估單元(1 的各積分器 (11)在直流電流(i(t))的流動(dòng)期間周期性復(fù)位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)產(chǎn)生待被積分的分流電壓(Ui(t))的至少一個(gè)分流電流(ii(t))的單獨(dú)導(dǎo)體(8)中的開(kāi)關(guān)元件(9)打開(kāi)時(shí)，各積分器(11)復(fù)位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，該方法應(yīng)用在權(quán)利要求7至19所述的裝置中。
7.一種用于確定在導(dǎo)體(7)中流動(dòng)并且幅值大于500A的直流電流(i(t))的方法，該直流電流(i(t))由多個(gè)在具有開(kāi)關(guān)元件(9)的單獨(dú)導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流(ijt))構(gòu)成，其特征在于，圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置有至少一個(gè)羅果夫斯基線圈(10)，用于通過(guò)至少一個(gè)分流電流(idt))感應(yīng)出分流電壓(Ui (t))，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體 (8)由位于具有中央抽頭的變壓器( 的次級(jí)側(cè)的整流器(6)的路徑形成，并且至少一個(gè)積分器(11)被設(shè)計(jì)成用于所述至少一個(gè)分流電壓(Ui(t))的積分，所述至少一個(gè)積分器(11) 連接至用于確定所述直流電流(i(t))的評(píng)估單元(12)。
8.一種用于電阻焊接的裝置(1)，該裝置具有相對(duì)于彼此可移動(dòng)且連接至電源的兩個(gè)電極(3)，所述電源(4)用于提供用于焊接的幅值大于500A的直流電流(i(t))，其中， 所述電源(4)包括至少一個(gè)變壓器( 和一個(gè)具有開(kāi)關(guān)元件(9)的整流器(6)，以便輸送出在單獨(dú)導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流(ii(t))，所述裝置(1)具有用于確定所述直流電流(i(t))的設(shè)備，其特征在于，圍繞至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置有至少一個(gè)羅果夫斯基線圈(10)，用于通過(guò)至少一個(gè)分流電流(idt))感應(yīng)出分流電壓(Ui (t))，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體(8)由位于具有中央抽頭的變壓器(5)的次級(jí)側(cè)的整流器(6)的路徑形成，并且至少一個(gè)積分器(11)被設(shè)計(jì)成用于所述至少一個(gè)分流電壓(Ui(O)的積分，所述至少一個(gè)積分器(11)連接至用于確定所述直流電流(i(t))的評(píng)估單元(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，至少兩個(gè)羅果夫斯基線圈(10)同等相反地圍繞至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置，并且所述羅果夫斯基線圈(10)彼此相連并連接至一個(gè)積分器(11)，以從所述羅果夫斯基線圈(10)中感應(yīng)出的分流電壓(Ui(t))獲得無(wú)平均值和電壓(Σ u(t))。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，一個(gè)羅果夫斯基線圈(10)圍繞同等相反延伸的至少兩個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置，并且所述羅果夫斯基線圈(10)連接至一個(gè)積分器 (11)，以從分流電流(ii(t))的電流差(Ai(t))獲得無(wú)平均值差電壓(uM(t))。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，當(dāng)在單獨(dú)導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的導(dǎo)致至少一個(gè)感應(yīng)分流電壓(Ui (t))的分流電流(iiW) <零時(shí)，各積分器在直流電流(i(t))的流動(dòng)期間周期性復(fù)位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)積分器(11)分別連接至單獨(dú)導(dǎo)體(8)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件(9)，使得該積分器(11)能夠在該單獨(dú)導(dǎo)體(8)的開(kāi)關(guān)元件 (9)打開(kāi)時(shí)復(fù)位。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元件(9)由二極管形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至9或11至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，至少兩個(gè)羅果夫斯基線圈(10)圍繞每個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體(8)布置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，各羅果夫斯基線圈(10)連接至各積分器(11)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所有羅果夫斯基線圈(10)都連接至積分器(11)。
17.根據(jù)權(quán)利要求7至16中任一項(xiàng)所述的裝置，每個(gè)羅果夫斯基線圈(10)都設(shè)置有屏蔽板。
18.根據(jù)權(quán)利要求7至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)積分器(11)連接至存儲(chǔ)器(14)。
19.根據(jù)權(quán)利要求7至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，使用用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在導(dǎo)體(7)中流動(dòng)并且幅值大于500A的直流電流(i(t))的方法和裝置，該直流電流(i(t))由多個(gè)在具有開(kāi)關(guān)元件(9)的單獨(dú)導(dǎo)體(8)中流動(dòng)的與時(shí)間相關(guān)的分流電流(ii(t))構(gòu)成。為了產(chǎn)生沒(méi)有漂移的測(cè)量值，本發(fā)明設(shè)置成至少一個(gè)羅果夫斯基線圈(10)圍繞所述單獨(dú)導(dǎo)體(8)中的至少一個(gè)單獨(dú)導(dǎo)體布置，以便通過(guò)至少一個(gè)分流電流(ii(t))感應(yīng)出分流電壓(ui(t))，其中，所述單獨(dú)導(dǎo)體(8)由位于具有中央抽頭的變壓器(5)的次級(jí)側(cè)的整流器(6)的路徑形成，所述至少一個(gè)積分器(11)被設(shè)計(jì)成用于所述至少一個(gè)分流電壓(ui(t))的積分，并且所述至少一個(gè)積分器(11)連接至用于確定所述直流電流(i(t))的評(píng)估單元(12)。
文檔編號(hào)B23K11/25GK102239026SQ200980149006
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者托馬斯·巴德格魯伯, 赫爾穆特·恩斯布倫納 申請(qǐng)人:弗羅紐斯國(guó)際有限公司