SI24979A - Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja - Google Patents
Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja Download PDFInfo
- Publication number
- SI24979A SI24979A SI201500091A SI201500091A SI24979A SI 24979 A SI24979 A SI 24979A SI 201500091 A SI201500091 A SI 201500091A SI 201500091 A SI201500091 A SI 201500091A SI 24979 A SI24979 A SI 24979A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- value
- saturation
- input
- output
- comparator
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 21
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
- H01F38/085—Welding transformers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
- B23K11/25—Monitoring devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja rešuje tehnični problem detekcije nasičenja magnetnih jeder varilnih transformatorjev, ki temelji na vgradnji dodatnih senzorjev, kar ima za posledico poseganje v konstrukcijo naprave, kar lahko med drugim spremeni lastnosti naprave, poveča kompleksnost naprave, poveča stroške proizvodnje in znižuje robustnost celotnega varilnega sistema. Predstavljeni tehnični problem je rešen zučinkovitim in poceni načinom detekcije nasičenja, ki temelji na podlagi analize merjenega primarnega toka varilnega transformatorja. Z uporabo predlaganih rešitev dodatni senzorji niso potrebni, saj je meritev primarnega toka potrebna v vsakem primeru iz drugih razlogov (npr. za potrebe regulacije varilnega toka, zaščite, diagnostike, ...). S tem se izognemo dodatnim komponentam v varilnih sistemih in posledično vsem negativnim učinkom in vidikom uporabe dodatnih komponent (dodatni senzorji in pomožnenaprave) za detekcijo nasičenja magnetnih jeder varilnih transformatorjev.
Description
Univerza v Mariboru
Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova 17 2000 Maribor
NAPRAVA IN POSTOPEK DETEKCIJE NASIČENJA JEDRA VARILNEGA TRANSFORMATORJA S POMOČJO MERITVE PRIMARNEGA TOKA TRANSFORMATORJA
PODROČJE TEHNIKE
Elektrotehnika; DC-DC pretvorniki; transformatorji; detekcija nasičenja; uporovno točkovno varjenje
TEHNIČNI PROBLEM
Tehnični problem, ki ga rešuje predmet izuma, je detekcija nasičenja magnetnih jeder transformatorjev za uporovno točkovno varjenje (v nadaljevanju tudi varilnih transformatorjev), ki temelji na vgradnji dodatnih senzorjev, kar ima za posledico poseganje v konstrukcijo naprave, kar lahko med drugim spremeni lastnosti naprave, poveča kompleksnost naprave, poveča stroške proizvodnje in znižuje robustnost celotnega varilnega sistema.
Poznavalcem področja je znano, da nasičenje varilnega transformatorja povzroča velike tokovne konice v primarnem toku in predstavlja pereč problem novodobnih varilnih sistemov. Omenjene tokovne konice so nezaželene, saj povzročajo povečanje izgub v celotnem varilnem sistemu in motnje v obratovanju tega, s tem pa bistveno vplivajo na zanesljivost delovanja varilnih sistemov. Posledica tokovnih konic je tudi krajšanje življenjske dobe varilnih sistemov, saj lahko nastanek tokovnih konic povzroči poškodbe ali v najslabšem primeru celo uničenje naprave. Nastanek omenjenih tokovnih konic in nezaželenih posledic je mogoče odpraviti z ustrezno detekcijo nasičenja magnetnega jedra varilnega transformatorja, to pa, kot zapisano, zahteva vgradnjo dodatnih senzorjev z vsemi opisanimi težavami.
STANJE TEHNIKE
Pri obratovanju srednje frekvenčnih sistemov za uporovno točkovno varjenje zaradi različnih razlogov pogosto prihaja do nasičenja železnega jedra varilnega transformatorja v različnih fazah varilnega cikla. Nasičenje magnetnega jedra varilnega transformatorja se navzven manifestira v obliki izrazitih tokovnih konic v primarnem toku na koncu tokovnega pulza. Konice zaradi nasičenja magnetnega jedra se lahko pojavijo bodisi na začetku procesa varjenja že pri prvem tokovnem pulzu, čeprav je takrat varilni tok še zelo majhen ali pa kasneje, ko je varilni tok že blizu svoje nazivne vrednosti (slika 1). Z ustrezno identifikacijo tokovnih konic je mogoče s povratnim vplivanjem na vodenje pretvornika pojav nasičenja in motečih tokovnih konic v celoti odpraviti (Patent EP 2 097 912 BI). Detekcijo nasičenja je mogoče izvesti posredno z napravami za merjenje razsipanih magnetnih polj (Patentna prijava AKZ 10 2014 209 619.7, 354705 DE) ali pa z računanjem razlike med primarnim in sekundarnim tokom transformatorja (U.S. patent No. 5,942,134). Metoda, ki je zaščitena z U.S. patentom No. 5,942,134, je teoretično preprosta, vendar je, zaradi velike občutljivosti na motnje, v praktični realizaciji težko izvedljiva.
OPIS NOVE REŠITVE
Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja rešuje zgoraj predstavljeni tehnični problem z učinkovitim in poceni načinom detekcije nasičenja, ki temelji na podlagi analize merjenega primarnega toka varilnega transformatorja. Z uporabo predlaganih rešitev dodatni senzorji niso potrebni, saj je meritev primarnega toka potrebna v vsakem
primeru iz drugih razlogov (npr. za potrebe regulacije varilnega toka, zaščite, diagnostike,...). S tem se izognemo dodatnim komponentam v varilnih sistemih in posledično vsem negativnim učinkom in vidikom uporabe dodatnih komponent (dodatni senzorji in pomožne naprave) za detekcijo nasičenja magnetnih jeder varilnih transformatorjev.
Nasičenje železnega jedra varilnega transformatorja je razširjen pojav, ki se zaradi pojava različnih magnetnih in električnih neuravnoteženosti lahko pojavi pri različnih obremenitvah, kar preprečuje polno izkoriščenost železnega jedra transformatorja. Nasičenje se navzven pokaže v obliki hitrega naraščanja primarnega toka ή varilnega transformatorja ob koncu vsake polperiode (slika 1). Ta povečanja primarnega toka v obliki motečih konic se lahko pojavljajo samo v pozitivnih ali samo v negativnih polperiodah primarnega toka (nasičenje zaradi magnetne ali električne neuravnoteženosti) ali pa v obeh (neustrezno dimenzionirana površina preseka železnega jedra varilnega transformatorja), oboje pa lahko sproži delovanje zaščite zaradi prekoračene mejne vrednosti primarnega toka zj. Pojav nasičenja se navzven v vsakem primeru pokaže kot neustrezen potek primarnega toka varilnega transformatorja, zato je eden od možnih načinov detekcije ustrezna analiza izmerjenega poteka primarnega toka. Predstavitev algoritma za detekcijo nasičenja varilnega transformatorja na podlagi meritve trenutne vrednosti primarnega toka ali njegovega odvoda po času je v obliki blokovne sheme podana na slikah 2, 3,4 in 5.
Nova rešitev temelji izključno na meritvi primarnega toka z ustreznim merilnikom, ki meri bodisi njegovo trenutno vrednost ali strmino v obliki odvoda primarnega toka po času. Detektor nasičenja je sestavljen iz dveh skupin naprav, ki opravljata dve različni funkciji. Prva skupina predstavlja vhodni del naprave (skupine elementov (10), (30), (40) in (50) na slikah 2, 3, 4 in 5) in opravlja funkciji prilagoditve in ovrednotenja dveh vhodov naprave. Prvi vhod prestavlja signal na osnovi katerega zaznamo nasičenje (na primer trenutna vrednost primarnega toka ali napetost tuljavice Rogovskega), drugi vhod pa referenčno vrednost (na primer referenčna vrednost amplitude toka ali strmine toka), ki predstavlja osnovno merilo za detekcijo nasičenja. Osrednji element detektorja nasičenja je primerjalnik (21), ki na podlagi primerjave predhodno prilagojenih vhodnih vrednosti ovrednoti osnovni pogoj za detekcijo nasičenja, hkrati pa predstavlja povezavo med prvo in drugo skupino naprav.
V drugem delu naprave (skupina elementov (20)) binarna logika poskrbi za funkcijo izločanja morebitnih motenj (elementi (22) - (26)), časovnik (27) z negatorjem (28) in elementom (29) pa poskrbi, da ne pride do nepotrebne detekcije nasičenja ob preklopih pretvornika v trenutkih, ko vemo, da se nasičenje ne more pojaviti.
Detekcijo nasičenja v obliki neustreznega povečanja primarnega tokaje mogoče izvesti z implementacijo algoritma detekcije na procesorju, kije uporabljen za vodenje sistema, ali pa v neodvisni izvedbi z uporabo analogne tehnike in binarne logike. Kot vhod v detektor nasičenja je mogoče uporabiti:
1) primarni tok z i (/) ali
2) izhodno napetost tuljavice Rogovskega Wr(0, ki predstavlja strmino primarnega toka zT (Z), to je odvod primarnega toka po času dz'i(0/dt.
Vhodni del detektorja nasičenja je v primeru l), ko je vhod primarni tok z*i(Z), mogoče izvesti digitalno v časovno diskretnem področju (skupina elementov (10) na sliki 2) ali pa analogno v časovno zveznem področju (skupina elementov (50) na sliki 5). Podobno je mogoče vhodni del detektorja nasičenja v primeru 2), ko je vhod izhodna napetost tuljavice Rogovskega wr(/), izvesti digitalno v časovno diskretnem področju (skupina elementov (30) na sliki 3) ali pa analogno v časovno zveznem področju (skupina elementov (40) na sliki 4). Pri tem je izvedba izhodnega dela detektorja nasičenja, to je binarne logike s časovnikom v obliki skupine elementov (20) v vseh štirih primerih na slikah 2, 3, 4 in 5 popolnoma enaka. Analogni izvedbi se od digitalnih razlikujeta samo po tem, da primerjalnik (21) pri digitalni izvedbi med sabo primerja dve digitalni vrednosti, pri analogni izvedbi vhodnega dela pa primerjalnik (21) med sabo primerja dve analogni vrednosti, v obeh primerih pa je izhod iz primerjalnika (21) binarna vrednost b\, ki glede na pogoje zavzame vrednost 0 ali 1.
Izpostaviti je treba, daje tudi v primerih 1) in 4), ki bosta opisana v nadaljevanju, vhod v detektor nasičenja ustrezna izhodna napetost merilnika toka wmji(Z), ki je sorazmerna toku zi(i). Razlog za to je napetostni izhod iz merilnika primarnega toka.
• · · ·
Po izumu postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja, zlasti za uporovno točkovno varjenje, obsega naslednje korake:
določitev vrednosti prvega vhoda v primerjalnik (21);
določitev vrednosti drugega vhoda v primerjalnik (21), izbrane izmed skupine vsebujoče |zT(& - 1 )|+Δζ'ι (izvedbeni primer 1), «Rmeja (izvedbeni primer 2 in/ali
3), dz'imeja(/)/d/ (izvedbeni primer 4);
- primerjava vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalniku (21), pri čemer je vhod v vsaj en vhodni del detektorja nasičenja (10, 30,40,50) izbran izmed skupine vsebujoče trenutno vrednost primarnega toka z'i(/), trenutno vrednost napetosti iz tuljavice Rogovskega mr(/), kije sorazmerna odvodu primarnega toka po času dzj (Z)/dZ;
ugotavljanje, ali je izpolnjen prvi pogoj za detekcijo nasičenja jedra (imenovan tudi nepotrjena detekcija nasičenja) in je vrednost prvega vhoda (merjena vrednost) v primerjalnik (21) večja od vrednosti drugega vhoda (referenčne vrednosti).
Pri tem se za potrebe te prijave izraz nepotrjena detekcija nasičenja uporablja za označevanje samo potencialne, torej nepotrjene možnost detekcije nasičenja, nujni pogoj, da nepotrjena možnost detekcije nasičenja postane potrjena detekcija nasičenja pa je izpolnjen, če je izhod iz (29) enak 1.
Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja po izumu, zlasti za uporovno točkovno varjenje, poleg navedenega obsega časovno diskretni del z binarno logiko v obliki elementov (20) z najmanj dvema zakasnitvama ((22), (23)), z najmanj dvema zakasnilnima elementoma, prednostno tremi zakasnitvami ((22), (23), (24)), prednostno z vsaj tremi zakasnilnimi elementi, kot primeroma prikazano na slikah 2, 3, 4 in 5, še bolj prednostno z vsaj štirimi zakasnilnimi elementi.
Nadalje postopek nasičenja jedra transformatorja v izvedbenem primeru obsega naslednje korake:
določitev izhodne vrednosti b\ iz primerjalnika (21) na osnovi primerjave vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalnik (21), pri čemer je b\ = 1, če je prvi vhod v (21) večji od vrednosti drugega vhoda ali ji je enak, in b\ = 0, če je vrednost prvega vhoda manjša od vrednosti drugega vhoda;
zadrževanje izhoda iz primerjalnika (21) z vrednostjo b\ v (22) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b2', zadrževanje izhoda iz (22) z vrednostjo b2 v (23) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost Z>3;
zadrževanje izhoda iz (23) z vrednostjo b3 v (24) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b^ seštevanje vrednosti izhodov b\ + b2 + h3 + b$ in ugotovitev, daje prišlo do detekcije nasičenja jedra, kadar je rezultat višji od vnaprej določene vrednosti, prednostno 3.
Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja po izumu, zlasti za uporovno točkovno varjenje, poleg navedenega v izvedbenem primeru obsega zakasnitev vhoda Z?6 v časovniku (27) za čas Td, pri čemer je Td m kratnik časa vzorčenja Ts, m in Ts sta določena v odvisnosti od modulacijske frekvence, od načina vodenja in lastnosti varilnega sistema kot celote.
Izum poleg navedenega obsega napravo za detekcijo nasičenja jedra transformatorja, zlasti za uporovno točkovno varjenje, ki obsega:
elemente za določitev in prilagajanje vrednosti prvega vhoda v primerjalnik (21);
elemente za določitev vrednosti drugega vhoda v primerjalnik (21), ki predstavlja referenčno vrednost, in je izbrana izmed skupine vsebujoče \i\(k - 1 )|+Δζ'ι (izvedbeni primer 1), nRmeja (izvedbeni primer 2 in/ali 3), dz'imeja(/)/d/ (izvedbeni primer 4);
- primerjalnik (21) za določitev binarne izhodne vrednosti b[ na osnovi primerjave vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalnik (21), pri čemer je b] = 1, če je prvi vhod v (21) večji od vrednosti drugega vhoda ali ji je enak, in b\ = 0, če je vrednost prvega vhoda manjša od vrednosti drugega vhoda;
« · zadrževalnik (22) za zadrževanje izhoda iz primerjalnika (21) z vrednostjo b\ za en interval vzorčenja, da še pridobi vrednost bi, zadrževalnik (23) za zadrževanje izhoda iz (22) z vrednostjo Z?2 za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost by, zadrževalnik (24) za zadrževanje izhoda iz (23) z vrednostjo bj, za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b^ seštevalnik (25) za seštevanje vrednosti izhodov b\ + b^ + 63 + b$, ki je enaka b$. primerjalnik (26), ki ugotavlja, če je b$ večji od vnaprej določene vrednosti, prednostno 3, kar predstavlja drugi pogoj za detekcijo nasičenja (še vedno nepotrjeno detekcijo nasičenja), in pri tem izhodno vrednost postavi na b(, = 1; časovnik (27) zakasni vhod bf, za čas Ta, pri čemer je Ta m kratnik časa vzorčenja Ts, m in Ts sta določena v odvisnosti od modulacijske frekvence, od načina vodenja in lastnosti varilnega sistema kot celote;
negator (28) vrednost vhoda bj negira;
izhod iz elementa (29) se postavi na vrednost 1, če hkrati velja be = 1 in b% = 1, sicer je 0. Vrednost bg = 1 pomeni potrjeno detekcijo nasičenja.
Izvedba detekcije nasičenja po izumu, po shemi na slikah 2, 3, 4 in 5, pri čemer naprava obsega ustrezni procesor, kije uporabljen za vodenje.
Izvedba detekcije nasičenja po izumu, po shemi na slikah 2, 3, 4 in 5, pri čemer naprava obsega ločeni procesor, ki ni uporabljen za vodenje sistema za uporovno točkovno varjenje.
Naprava za samostojno izvedba detekcije nasičenja po izumu, po shemi na slikah 2, 3, 4 in 5, z ustrezno binarno logiko.
V nadaljevanju je izum opisan z opisi skic, pri čemer so skice del te patentne prijave in pri čemer se sklicevalne oznake nanašajo na elemente označene s številko sklicevalne oznake in prikazujejo:
Skica 1 prikazuje časovna poteka primarnega toka z'i(r) in signala detekcije nasičenja.
• ·
Skica 2 prikazuje blokovno shemo algoritma za detekcijo nasičenja - vhod je primarni tok Na skici so prikazani vhodni časovno diskretni del (10), A/D pretvornik (11), element za določitev absolutne vrednosti primarnega toka (12), seštevalnik za seštevanje vnaprej določene vrednosti merilne veličine in absolutne vrednosti za en korak zakasnjenega primarnega toka (13), element za nastavitev vnaprej določene vrednosti Δζ) (14), za potrebe te prijave imenovane tudi marginalna vrednost, zakasnilni element (15), binarna časovno diskretna logika (20), primerjalnik (21) za primerjavo izhodov iz (13) in (15), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), seštevalnik (25) za seštevanje izhodov iz elementov (21), (22), (23), (24), element (26) za ugotavljanje možnosti nepotrjene detekcije nasičenja, časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja, binarni izhodi b\, bi, bi, Z>4, bs, be, bi, b&, bg.
Skica 3 prikazuje blokovno shemo algoritma za detekcijo nasičenja - vhod je izhodna napetost iz tuljavice Rogovskega wR(Z), ki je sorazmerna strmini opazovanega toka z'i(ž), to je odvodu primarnega toka po času dzi(/)/dz. Na skici so prikazani časovno diskretni vhodni del (30), A/D pretvornik (31), element za določitev absolutne vrednosti napetosti iz tuljavice Rogovskega (32), element za nastavitev vnaprej določene vrednosti mejne strmine toka v obliki pripadajoče napetosti tuljavice Rogovskega izRmeja (33), binarna časovno diskretna logika (20), primerjalnik (21) za primerjavo izhodov iz elementa (32) in (33), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), seštevalnik (25) za seštevanje izhodov iz elementov (21), (22), (23), (24), element (26) za ugotavljanje možnosti nepotrjene detekcije nasičenja, časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja, binarni izhodi b\, bi, bi, Z>4, bs, b6, bi, b%, bg.
Skica 4 prikazuje blokovno shemo algoritma za detekcijo nasičenja - vhod je izhodna napetost iz tuljavice Rogovskega «R(Z), kije sorazmerna strmini opazovanega toka z’i(Z), to je odvodu primarnega toka po času dz'i(z)/di. Na skici so prikazani časovno zvezni vhodni del (40), element za določitev absolutne vrednosti napetosti iz tuljavice Rogovskega (41), element za nastavitev vnaprej določene vrednosti mejne strmine toka v obliki pripadajoče napetosti tuljavice Rogovskega «R,ne|a (42), binarna časovno diskretna logika (20), primerjalnik (21) za primerjavo izhodov iz elementov (41) in (42), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), seštevalnik (25) za seštevanje izhodov iz elementov (21), (22), (23), (24), element (26) za ugotavljanje možnosti nepotrjene detekcije nasičenja, časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja, binarni izhodi b\, bi, bi, b4, bs, be, b-j, b&, b$.
Skica 5 prikazuje blokovno shema algoritma za detekcijo nasičenja - vhod je primarni tok z'i(t). Na skici so prikazani časovno zvezni vhodni del (50), element za določitev absolutne vrednosti primarnega toka (51), element za analogno določitev odvoda primarnega toka (53), element za določitev vnaprej določene mejne vrednosti strmine primarnega toka di'inieja(0/di (52), binarna časovno diskretna logika (20), primerjalnik (21) za primerjavo izhodov iz elementov (53) in (52), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), seštevalnik (25) za seštevanje izhodov iz elementov (21), (22), (23), (24), element (26) za ugotavljanje možnosti nepotrjene detekcije nasičenja, časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja, binarni izhodi b\, bi, bi, b4, bi, be, 67, b%. b$.
V nadaljevanju je opis rešitve po izumu opisan z izvedbenimi primeri.
1. Prvi izvedbeni primer: Digitalna izvedba detektorja nasičenja v primeru, ko je vhod primarni tok i\(t) (prikaz na sliki 2)
Tokovne konice so posledica magnetnega nasičenja in jih je treba detektirati čim prej, hkrati pa upoštevati tudi merilni šum. Postopek detekcije nasičenja je predstavljen z blokovno shemo na sliki 2. Detekcija nasičenja je izvedena na podlagi analize spremljanja časovno diskretnih vrednosti primarnega toka zj(0. Ustrezno vrednost toka zj(0 je mogoče pridobiti s tokovnim merilnim transformatorjem, LEM merilnikom ali kakršnim koli drugim merilnikom toka. Najprej z A/D pretvornikom (11) iz trenutne vrednosti primarnega toka zj(0 na vhodu na njegovem izhodu dobimo časovno diskretno vrednost primarnega toka ii(k\ V elementu 12 se določi absolutna vrednost primarnega toka tako da na izhodu dobimo a\2 = |/i(£)|. To vrednost z elementom (15) zadržimo (Hold) za en interval vzorčenja, zato na izhodu dobimo |Zi(Ar— 1)J. Z elementom (14) nastavimo marginalno vrednost toka Δζ'ι, ki jo nato v seštevalniku (13) prištejemo k absolutni vrednosti zakasnjenega primarnega toka \ii(k - 1)|, tako da na izhodu dobimo α]3 =|z'i(k - 1 )|+Azj. Vrednost toka Δζ'ι je majhna in je odvisna od želenih lastnosti detektorja nasičenja, izberemo pa jo pri umerjanju naprave. V primerjalniku (21) je opravljena primerjava izhodov iz (12) in (13). Če je iZi2>tzi3 se na izhodu iz primerjalnika (21) pojavi binarna vrednost 1 (zb i = 1), če pa je ai2 < <7i3, se na izhodu pojavi binarna vrednost 0 (6i =0). V (22) se izhod bi iz (21) zadrži za en interval vzorčenja, na izhodu dobimo b2. V (23) b2 zadržimo za en interval vzorčenja in dobimo b2, v (24) pa b2 zadržimo še za en interval vzorčenja in na izhodu dobimo £4. V seštevalniku (25) opravimo seštevek izhodov iz (21), (22), (23) in (24) in dobimo 65 = bi + b2 + b2 + 64. V (26) se ugotavlja, če je 65 > 3. Če je pogoj v (26) izpolnjen, njegov izhod zavzame vrednost be = 1, kar pomeni, daje prišlo do nepotrjene detekcije nasičenja. Če pogoj ni izpolnjen, izhod iz (26) zavzame vrednost be = 0, kar pomeni, da ni bila zaznana možnost nasičenja. Izhod iz časovnika (27) se, ko se na njegovem vhodu pojavi vrednost = 1, postavi na vrednost 67 = 1 in drži to vrednost na izhodu določen čas 7d = mTs, kjer je 7d ustrezen m kratnik časa vzorčenja Ts, po preteku tega časa pa izhod postavi na vrednost b2 = 0. Izbira m in 7's je odvisna od modulacijske frekvence, od načina vodenja in lastnosti varilnega sistema kot celote. V (28) vrednost b2 negiramo in dobimo na izhodu b%. Izhod iz (29) se postavi na vrednost £9= 1, če hkrati velja be = 1 in = 1. Če pogoj ni izpolnjen je izhod iz (29) enak />9 = 0. Vrednost b9 = 1 pomeni, da je prišlo do potrjene detekcije nasičenja, vrednost b9 = 0 pa pomeni, da ni prišlo do potrditve detekcije nasičenja.
2. Drugi izvedbeni primer: Digitalna izvedba detektorja nasičenja v primeru, ko je vhod napetost iz tuljavice Rogovskega uR(t) (prikaz na sliki 3)
Blokovna shema detektorja nasičenja z vhodom izr(z) je predstavljena na sliki 3. Namesto toka /,(/) na vhodu naprave je mogoče uporabiti izhodno napetost iz tuljavice Rogovskega zzr(Z), ki je sorazmerna strmini opazovanega toka z'i(z), to je odvodu primarnega toka po času di\(t)/dt. Namesto /|(Z) je vhod v (31) izhodna napetost tuljavice Rogovskega wR(/).
Najprej z A/D pretvornikom (31) iz trenutne vrednosti napetosti wR(f) na vhodu na njegovem izhodu dobimo časovno diskretno vrednost napetosti wR(k). V elementu (32) se določi absolutna vrednost napetosti wR(k), tako da na izhodu dobimo vrednost «32 = |«R(k)|. V elementu (33) nastavimo mejno vrednost napetosti a33 = «Rmeja, ki jo nato v primerjalniku (21) primerjamo z vrednostjo a32, ki predstavlja izhod iz (32). Če je vrednost «32 >«33 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost b\ = 1, če pa velja «32 <«33 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost b\ = 0. Preostanek detekcije nasičenja od elementa (22) do (29) je enak, kot v prejšnjem primeru na sliki 2.
3. Tretji izvedbeni primer: Analogna izvedba detektorja nasičenja v primeru, ko je vhod napetost iz tuljavice Rogovskega wR(/) (prikaz na sliki 4)
Analogna izvedba detektorja nasičenja na podlagi vhodne napetosti uR(/), prikazana na sliki 4, se od digitalne izvedbe, prikazane na sliki 3, razlikuje samo po tem, da nima A/D pretvornika (element (11) na sliki 2 oziroma element (31) na sliki 3). Napetost tuljavice Rogovskega mr(/) na izhodu iz elementa (41) zavzame analogno vrednost «41 = |«r(/)|· V elementu (42) nastavimo mejno vrednost analogne napetosti o42 - i/Rmeja, ki jo nato v primerjalniku (21) primerjamo z vrednostjo rz4,, ki predstavlja izhod iz (41). V tem primeru je element (21) analogni primerjalnik. Če je analogna vrednost a4\ > a42 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost bi = 1, če pa velja a4j < a42 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost bi = 0. Preostanek detekcije nasičenja od elementa (22) do (29) je enak s predhodnima primeroma, ki sta prikazana z blokovnima shemama na slikah 2 in 3.
v
4. Četrti izvedbeni primer: Analogna izvedba detektorja nasičenja v primeru, ko je vhod primarni tok fj(/) (prikaz na sliki 5)
Analogna izvedba detektorja nasičenja na podlagi meritve primarnega toka zj(/) (prikazana na sliki 5) se od digitalne izvedbe, prikazane na sliki 2, razlikuje samo v zgradbi vhodnega dela v obliki skupine (50). Vhodni del (50) v tem primeru nima A/D pretvornika. Najprej se v elementu (51) določi absolutna vrednost vhodnega toka, tako da velja <351 = |z'i(/)|. Iz vhoda o5i v elementu (53) z analognim odvajanjem določimo strmino primarnega toka, to je njegov odvod po času dz'i(t)/dt. V elementu (52) nastavimo mejno vrednost strmine primarnega toka «52 = dzimcja(/)/d/, ki jo nato v primerjalniku (21) primerjamo z vrednostjo «51, ki predstavlja izhod iz (53). V tem primeru je element (21) analogni primerjalnik. Če je analogna vrednost «51 ><252 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost b\ = 1, če pa velja a$\ < a$2 se izhod iz (21) postavi na binarno vrednost b\ = 0. Preostanek detekcije nasičenja od elementov (22) do (29) je enak s predhodnimi primeri, ki so prikazani z blokovnimi shemami na slikah 2, 3 in 4.
Za Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništTO in inflbrmatiko
Claims (12)
- PATENTNI ZAHTEVKI1. Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja, zlasti za uporovno točkovno varjenje, ki obsega naslednje korake:- določitev vrednosti prvega vhoda v primerjalnik (21);določitev vrednosti drugega vhoda v primerjalnik (21), izbrane izmed skupine vsebujoče: |zj(£ - l)|+Azj, MRmeja, dzjmeja(/)/d/;- primerjava vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalniku (21), pri čemer je vhod v vsaj en vhodni del detektorja nasičenja (10, 30, 40, 50) izbran izmed skupine vsebujoče: trenutna vrednost primarnega toka zj(/), trenutna vrednost napetosti iz tuljavice Rogovskega wr(/), kije sorazmerna odvodu primarnega toka po času dzj(/)/dZ;ugotavljanje, ali je izpolnjen prvi pogoj za nepotrjeno detekcijo nasičenja jedra, namreč, daje vrednost prvega vhoda v primerjalnik (21) večja od vrednosti drugega vhoda (referenčne vrednosti).
- 2. Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja po zahtevku 1, ki nadalje obsega časovno diskretni del z binarno logiko v obliki elementov (20) z najmanj dvema zakasnitvama ((22), (23)), z najmanj dvema zakasnilnima elementoma, prednostno tremi zakasnitvami ((22), (23), (24)), prednostno z vsaj tremi zakasnilnimi elementi, še bolj prednostno z vsaj štirimi zakasnilnimi elementi.
- 3. Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja po kateremkoli predhodnem zahtevku, ki obsega naslednje korake:določitev izhodne vrednosti b\ iz primerjalnika (21) na osnovi primerjave vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalnik (21), pri čemer je b\ = 1, če je prvi vhod v (21) večji od vrednosti drugega vhoda ali ji je enak, in b\ = 0, če je vrednost prvega vhoda manjša od vrednosti drugega vhoda;zadrževanje izhoda iz primerjalnika (21) z vrednostjo b\ v (22) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b2;- zadrževanje izhoda iz (22) z vrednostjo b2 v (23) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b2, zadrževanje izhoda iz (23) z vrednostjo b3 v (24) za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b^ seštevanje vrednosti izhodov b\ + Z?2 + b3 + Z>4 in ugotovitev, daje prišlo do detekcije nasičenja jedra, kadar je rezultat višji od vnaprej določene vrednosti, prednostno 3.
- 4. Postopek detekcije nasičenja jedra transformatorja po kateremkoli predhodnem zahtevku, ki obsega zakasnitev vhoda b(, v časovniku (27) za čas 7d, pri čemer je Τά m kratnik časa vzorčenja Ts , in kjer sta m in Ts določena v odvisnosti od modulacijske frekvence, od načina vodenja in lastnosti varilnega sistema kot celote.
- 5. Naprava za detekcijo nasičenja jedra transformatorja, zlasti za uporovno točkovno varjenje, ki obsega:elemente za določitev in prilagajanje vrednosti prvega vhoda v primerjalnik (21);elemente za določitev vrednosti drugega vhoda v primerjalnik (21), ki predstavlja referenčno vrednost, in je izbrana izmed skupine vsebujoče:|il(&- 1)|+ΔΖ], «Rmeja, ilmeja(0/dt;primerjalnik (21) za določitev binarne izhodne vrednosti b\ na osnovi primerjave vrednosti prvega in drugega vhoda v primerjalnik (21), pri čemer je b\ = 1, če je prvi vhod v (21) večji od vrednosti drugega vhoda ali ji je enak, in b\ = 0, če je vrednost prvega vhoda manjša od vrednosti drugega vhoda;zadrževalnik (22) za zadrževanje izhoda iz primerjalnika (21) z vrednostjo b\ za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost by, zadrževalnik (23) za zadrževanje izhoda iz (22) z vrednostjo Z?2 za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost b3;- zadrževalnik (24) za zadrževanje izhoda iz (23) z vrednostjo Z>3 za en interval vzorčenja, da se pridobi vrednost ό4;- seštevalnik (25) za seštevanje vrednosti izhodov b\ + ύ2 + ό3 + ό4, ki je enaka bs. primerjalnik (26), ki ugotavlja, če je b$ večji od vnaprej določene vrednosti, prednostno 3, kar predstavlja drugi pogoj za detekcijo nasičenja (še vedno nepotrjeno detekcijo nasičenja), in pri tem izhodno vrednost postavi na Z>6 = 1; časovnik (27) zakasni vhod be za čas 7/, pri čemer je 7d m kratnik časa vzorčenja Ts, m in 7's sta določena v odvisnosti od modulacijske frekvence, od načina vodenja in lastnosti varilnega sistema kot celote;negator (28) vrednost vhoda bj negira;izhod iz elementa (29) se postavi na vrednost 1, če hkrati velja bt> = 1 in b% = 1, sicer je 0; vrednost b$ - 1 pomeni potrjeno detekcijo nasičenja.
- 6. Naprava po zahtevku 5 obsegajoča časovno diskretni del (10), A/D pretvornik (11), element za določitev absolutne vrednosti primarnega toka (12), element (13) za seštevanje izhoda Δζ’ι iz (14) in izhoda |/j(k- 1)| iz (15), element (14) za nastavitev vnaprej določene vrednosti ocenjene amplitude motnje pri meritvi toka Δι'ι, zakasnilni element (15), časovno diskretna binarna logika (20), primerjava izhodov iz elementov (13) in (15) v primerjalniku (21), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), element (25) za seštevanje izhodov iz vsaj dveh od naštetih elementov: (21), (22), (23), (24), ugotavljanje možnosti nasičenja (26), časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja.
- 7. Naprava po zahtevku 5 obsegajoča časovno diskretni vhodni del (30), A/D pretvornik (31), element za določitev absolutne vrednosti napetosti iz tuljavice Rogovskega (32), element za nastavitev vnaprej določene vrednosti mejne strmine primarnega toka v obliki pripadajoče napetosti tuljavice Rogovskega ^Rmeja (33), časovno diskretna binarna logika (20), primerjava izhodov iz elementov (13) in (15) v primerjalniku (21), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), element (25) za seštevanje izhodov iz vsaj dveh od naštetih elementov: (21), (22), (23), (24), ugotavljanje možnosti nasičenja (26), časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja.
- 8. Naprava po zahtevku 5 obsegajoča časovno zvezni vhodni del (40), element za določitev absolutne vrednosti napetosti iz tuljavice Rogovskega (41), element za nastavitev vnaprej določene vrednosti mejne strmine primarnega toka v obliki pripadajoče napetosti tuljavice Rogovskega (42), časovno diskretna binarna logika (20), primerjava izhodov iz elementov (13) in (15) v primerjalniku (21), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), element (25) za seštevanje izhodov iz vsaj dveh od naštetih • · elementov: (21), (22), (23), (24), ugotavljanje možnosti nasičenja (26), časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja.
- 9. Naprava po zahtevku 5 obsegajoča časovno zvezni vhodni del (50), element za določitev absolutne vrednosti primarnega toka (51), element za analogno določitev odvoda primarnega toka po času dzj(/)/d/ (53), element za določitev mejne vrednosti strmine primarnega toka dz'imeja(iydi (52), časovno diskretna binarna logika (20), primerjava izhodov iz elementov (13) in (15) v primerjalniku (21), prvi zakasnilni element (22), drugi zakasnilni element (23), tretji zakasnilni element (24), element (25) za seštevanje izhodov iz vsaj dveh od naštetih elementov: (21), (22), (23), (24), ugotavljanje možnosti nasičenja (26), časovnik (27), negator (28) za negacijo vrednosti izhoda iz elementa (27), element (29) za ugotovitev potrjene detekcije nasičenja.
- 10. Naprava po kateremkoli od zahtevkov 5 do 9, pri čemer naprava obsega ustrezni procesor, ki je uporabljen za vodenje.
- 11. Naprava po kateremkoli od zahtevkov 5 do 9, pri čemer naprava obsega ločeni procesor, ki ni uporabljen za vodenje sistema za uporovno točkovno varjenje.
- 12. Naprava za izvedbo detekcije nasičenja, ki izvaja postopek po kateremkoli zahtevku od 1 do 4.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201500091A SI24979B (sl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja |
| SI201630456T SI3079162T1 (sl) | 2015-04-10 | 2016-01-18 | Naprava in postopek za detekcijo nasičenja jedra transformatorja za uporovno točkovno varjenje z uporabo merjenja primarnega toka transformatorja |
| EP16000106.1A EP3079162B1 (en) | 2015-04-10 | 2016-01-18 | Device and method for detecting the iron core saturation of a resistance spot welding transformer utilising measurement of the primary current of the transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201500091A SI24979B (sl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI24979A true SI24979A (sl) | 2016-10-28 |
| SI24979B SI24979B (sl) | 2024-06-28 |
Family
ID=55182209
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201500091A SI24979B (sl) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja |
| SI201630456T SI3079162T1 (sl) | 2015-04-10 | 2016-01-18 | Naprava in postopek za detekcijo nasičenja jedra transformatorja za uporovno točkovno varjenje z uporabo merjenja primarnega toka transformatorja |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201630456T SI3079162T1 (sl) | 2015-04-10 | 2016-01-18 | Naprava in postopek za detekcijo nasičenja jedra transformatorja za uporovno točkovno varjenje z uporabo merjenja primarnega toka transformatorja |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3079162B1 (sl) |
| SI (2) | SI24979B (sl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111687567A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-22 | 苏州市海韵模具有限公司 | 一种精密零部件的焊接工艺 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0753313B2 (ja) * | 1987-07-16 | 1995-06-07 | ミヤチテクノス株式会社 | インバ−タ式抵抗溶接機の電源制御装置 |
| US4973815A (en) * | 1989-11-02 | 1990-11-27 | Kabushiki Kaisha Nagoya Dengensha | Resistance welder using an inverter |
| DE4134461A1 (de) * | 1991-10-18 | 1993-04-22 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und vorrichtung zur vermeidung uebergrosser stroeme in einem schweissumrichter |
| DE19621526C1 (de) | 1996-05-29 | 1997-08-28 | Bosch Gmbh Robert | Umrichterschweißanordnung |
| DE10117854A1 (de) * | 2001-04-10 | 2002-10-24 | Badische Drahtwerke Gmbh | Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung der Qualität und zur Steuerung und Regelung von Preßschweiß- und Schmelzschweißprozessen |
| DE102006045970A1 (de) | 2006-09-27 | 2008-04-03 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Transformators |
-
2015
- 2015-04-10 SI SI201500091A patent/SI24979B/sl active Search and Examination
-
2016
- 2016-01-18 EP EP16000106.1A patent/EP3079162B1/en active Active
- 2016-01-18 SI SI201630456T patent/SI3079162T1/sl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SI24979B (sl) | 2024-06-28 |
| EP3079162B1 (en) | 2019-09-04 |
| EP3079162A1 (en) | 2016-10-12 |
| SI3079162T1 (sl) | 2019-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108700629B (zh) | 用于检测绕组中的匝间故障的系统和方法 | |
| US9417277B1 (en) | Method of locating a fault in a power distribution system comprising at least one wind turbine distributed resource | |
| EP3560054B1 (en) | A method for detecting inrush and ct saturation and an intelligent electronic device therefor | |
| Chothani et al. | New algorithm for current transformer saturation detection and compensation based on derivatives of secondary currents and Newton's backward difference formulae | |
| CN107210153B (zh) | 用于估计电路断路器的电操作时间的方法 | |
| Vukosavić et al. | High-precision sensing of DC bias in AC grids | |
| JP2018530289A (ja) | スイッチング電力変換器のための短絡保護 | |
| CN108683386B (zh) | Pwm波形的修正方法、装置及电机控制系统 | |
| SI24979A (sl) | Naprava in postopek detekcije nasičenja jedra varilnega transformatorja s pomočjo meritve primarnega toka transformatorja | |
| Achlerkar et al. | Assessment of DC offset in fault current signal for accurate phasor estimation considering current transformer response | |
| EP2271948B1 (en) | Phasor estimation during current transformer saturation | |
| US11245254B2 (en) | Method for phase controlled energizing of power transformer | |
| US10627434B2 (en) | Electrical assembly and measurement circuit and method for monitoring a component thereof | |
| KR20210061405A (ko) | 전력 반도체 소자의 동작을 분석하는 기술 | |
| Madzikanda et al. | A practical look at harmonics in power transformer differential protection | |
| Byun et al. | Design of double-layered detection coil for metal object detection in wireless power transfer systems for electric vehicles | |
| US10416211B2 (en) | Apparatus for estimating power consumption, method of estimating power consumption, and program | |
| RU2612325C1 (ru) | Способ релейной защиты энергообъекта | |
| Han et al. | Precise measurement of the inductance and resistance of a pulsed field magnet based on digital lock-in technique | |
| US10895612B2 (en) | Test and measurement instrument with a hysteresis loop mask | |
| Bellahsene Hatem et al. | Extended kalman observer based sensor fault detection. | |
| JP5430725B1 (ja) | 波形処理装置 | |
| Kaether et al. | Magnetic field characterisation of the first series dipole magnet for the SIS100 accelerator of FAIR | |
| Kim et al. | Quench detection of the KSTAR CS coil by considering plasma current effect | |
| JP2015032719A (ja) | 変換用変圧器の励磁電流検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20161028 |
|
| OU02 | Decision according to article 73(2) ipa 1992, publication of decision on partial fulfilment of the invention and change of patent claims |
Effective date: 20240527 |