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Dokumentenidentifikation DE3689956T2 23.02.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0256183
Titel Bestimmung des Effektivwertes des Stromes durch Abtastung des differentiellen Stromes.
Anmelder Dynamic Systems Inc., Troy, N.Y., US
Erfinder Ferguson, Hugo Stanley, Averill Park New York, US;
Hollinger, David Lee, East Greenbush New York, US
Vertreter Tauchner, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Heunemann, D., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Rauh, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Hermann, G., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Schmidt, J., Dipl.-Ing.; Jaenichen, H., Dipl.-Biol. Dr.rer.nat., 81675 München; von Uexküll-Güldenband-Menzel, A., Dr.phil. (Ph.D.), 82166 Gräfelfing; Weinberger, R., Dipl.-Chem.Univ. Dr.rer.nat.; Bublak, W., Dipl.-Chem. Univ., Pat.-Anwälte; Tremmel, H., Rechtsanw., 81675 München
DE-Aktenzeichen 3689956
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 15.08.1986
EP-Aktenzeichen 863063145
EP-Offenlegungsdatum 24.02.1988
EP date of grant 06.07.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1995
IPC-Hauptklasse G01R 19/02
IPC-Nebenklasse G01R 19/25   B23K 11/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Effektivwertmessungen und insbesondere einstufige Effektivwertmessungen des ersten Differentials von Wellenformen.

Die Messung von Effektiv- (RMS) werten sowohl bei Wechselstrom- (AC-) als auch bei Gleichstrom- (DC-) Wellenformen wurde in den letzten Jahren durch die Entwicklung von RMS- Mikrochips, wie beispielsweise die integrierten Schaltungen BURRBROWN 4340 und 4341 zur wahren Effektivwert/Gleichstrom- Umwandlung wesentlich vereinfacht. Diese jeweils aus einem Mikrochip gebildeten Einheiten erzeugen ein Gleichstrom-Ausgangssignal, das dem Effektivwert der Eingangswellenform gleich ist. Wenn die Zeitdauer, über die die Messung ausgeführt wird, verglichen mit den einzelnen Störungen der Wellenform lang ist, ist die Zeitdauer zur Mittelwertbildung wesentlich und das Ausgangssignal eine sehr genaue Messung. Wenn jedoch die Zeitdauer zur Mittelwertbildung verringert wird und die Zeitdauer jeder Störung sich der Gesamtmeßzeit annähert, werden die Meßwerte ungenauer.

Früher wurden die Effektivwert-Messungen von Wellenformen mit einer kurzen Zeitdauer und nur wenigen Störungen unter Verwendung besonders dedizierter Effektivwert-Schaltungen durchgeführt. In der US-A-3201688 und der US-A-3289079, die durch einen Literaturverweis hierin eingeschlossen sind, werden Systeme zum Messen von Wellenformen mit einer kurzen Zeitdauer beschrieben, wobei die Grundfrequenz der Störungen bekannt und fest ist. Unter Verwendung solcher Schaltungen können Effektivwert-Messungen bei einer einzelnen Störung bzw. einem einzelnen Impuls durchgeführt werden, während der Effektivwert sich auf Wellenformen mit mehreren ähnlichen Störungen mit der gleichen festen Grundfrequenz bezieht.

Wenn jedoch die Grundfrequenz der Störungen unbekannt oder veränderlich ist, sind die in diesen Patenten offenbarten Schaltungen ungeeignet. Außerdem arbeiten diese Schaltungen nur dann geeignet, wenn die zu messende Wellenform sinusförmig oder nahezu sinusförmig ist.

Bei der Messung von Effektivwerten des Stroms in Hochstromheiz- und -schweißschaltungen müssen besondere Betrachtungen angestellt werden. Das Signal kann typischerweise unter Verwendung eines Hochstrom-Nebenschlusses, eines Hall- Effekt-Meßwandlers, eines Stromwandlers oder einer eisenlosen Toroidspule (oder Rogowski-Spule oder -Band) gemessen werden.

In der US-A-3034057 wird beispielsweise ein Analogsystem zum Messen des Effektivwertes eines Wechselstrom- Schweißstroms beschrieben. Bei diesem System wird der Schweißstrom unter Verwendung einer ringförmigen Sondenspule gemessen und anschließend eine durch die Spule erzeugte Spannung integriert, um eine zum Strom proportionale Spannung zu erhalten. Die letztgenannte Spannung wird daraufhin nacheinander quadriert, verstärkt und integriert, um ein Ergebnis zu erzeugen. Dieses System ist jedoch auf das Messen eines Schweißstroms mit ausschließlich periodischen Stromimpulsen beschränkt. Bei diesem System können die Messungen nicht auf die Erfassung beliebiger Einzelimpulse eines Schweißstroms ausgedehnt werden. Daher kann dieses System bei modernen Hochstrom-Schweißvorrichtungen, bei denen nur eine geringe Anzahl solcher Impulse verwendet wird, um eine Schweißnaht herzustellen, nicht verwendet werden. Bei solchen Schweißvorrichtungen müssen die Gesamtzahl dieser Impulse und die Zeitdauer jedes dieser Impulse getrennt gesteuert werden. Um dies zu erreichen, muß der Effektivwert jedes Einzelimpulses des Schweißstroms genau bestimmt werden. Bei der nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz dazu das Abtasten mit dem Beginn jedes Impulses synchronisiert, wobei das Abtasten über eine Halbzyklus-Meßperiode des Netzleitungssignals unabhängig davon, ob ein gemessener Impuls unterbrochen wird, fortgesetzt durchgeführt wird, wobei durch diese Periode ein genauer Effektivwert für jeden getrennten Schweißimpuls gebildet wird.

Außerdem wird im US-Abänderungspatent Nr. 31774 ein System zum Messen eines Zeitintegralwertes einer Funktion einer Variablen beschrieben. Bei diesem System wird die Funktion mit einer periodischen, jedoch asynchronen Frequenz abgetastet, die keine harmonische oder subharmonische Frequenz der Abtastfrequenz ist. Alle erhaltenen Abtastwerte werden daraufhin während einer Periode der abgetasteten Funktion addiert, um einen Zeitintegralwert zu erhalten. Weil bei diesem System ein asynchrones Abtastverfahren verwendet wird, kann jeder der erhaltenen integrierten Werte bei nicht-periodischen, insbesondere bei pulsierenden Funktionen, wie beispielsweise die Halbzyklen eines Wechselstroms, die normalerweise in Wechselstrom-Schweißvorrichtungen verwendet werden, fehlerhaft sein. Dieser Fehler ergibt sich beim Bestimmen des Integralwertes aufgrund der wahrscheinlichen Durchführung einer übermäßigen Anzahl von Abtastungen, wie beispielsweise nachdem ein Halbzyklusimpuls abgeschlossen ist. Durch das erfindungsgemäße System wird dieser Fehler vorteilhaft beseitigt.

Alle diese Verfahren weisen Beschränkungen auf. Durch den Hochstrom-Nebenschluß wird die Schaltung gestört, weil die Größe des Systems physikalisch erweitert wird. Der Hall- Effekt-Meßwandler ist ortsempfindlich, temperaturempfindlich und hat einen begrenzten linearen Meßbereich. Der Hochstromwandler ist teuer, großstückig, weist einen begrenzten linearen Meßbereich auf und stört die Schaltung. Die eisenlose Toroidspule ist wirtschaftlich, hat eine geringe Größe, kann in der Schaltung leicht angeordnet werden, stört die Schaltung nur sehr wenig, ist über einen sehr großen Meßbereich linear und erzeugt ein Ausgangssignal, das dem ersten Differential des Stroms in der überwachten Schaltung bezüglich der Zeit proportional ist. Daher muß bei der Verwendung eisenloser Toroidspulen, bevor der Effektivwert bestimmt wird, das durch die eisenlose Toroidspule erzeugte erste Differential einer Wellenform normalerweise integriert werden, um die Stromwellenform zu erhalten. Es gibt mehrere Meßgeräte zum Messen der Effektivwerte kurzzeitiger Wechselstromimpulse eines Hochstromes bei Netzleitungsfrequenzen unter Verwendung einer eisenlosen Toroidspule, um ein Eingangssignal zu erhalten. In allen Fällen wird eine elektrische Integration ausgeführt, bevor der Effektivwert hergeleitet wird. Die einzige Ausnahme tritt ein, wenn die Wellenform rein sinusförmig ist, wodurch durch die eisenlose Toroidspule ein Kosinuswellen-Ausgangssignal erhalten wird. In diesem Fall ist das Differential, außer für eine Phasenverschiebung, gleich der Anfangswellenform.

Es gibt allgemein zwei Arten von Integratoren, passive und aktive, die jeweils Vorteile und Einschränkungen besitzen. Passive Integratoren sind sehr stabil, haben jedoch ein sehr niedriges Ausgangssignal. Aktive Integratoren haben ein hohes Ausgangssignal, eine Gleichstromdrift, einen begrenzten Frequenzbereich und weisen, wenn sie zum Integrieren eines Signals mit sehr niedrigen Frequenzkomponenten verwendet werden, oft Niederfrequenzoszillationen auf, durch die ein "schwankendes" Ausgangssignal erzeugt wird. Um Effektivwert- Messungen zu erhalten, werden primär aktive Integratoren verwendet, denen eine dedizierte integrierte Effektivwertschaltung nachgeschaltet ist.

Bei den meisten gegenwärtig verwendeten Hochstromsystemen wird der Strompegel durch die Verwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichter- (SCR-) schalters für Hochstrom gesteuert, um das Stromsystem kurz nachdem jeder Halbzyklus der Netzleitungsspannung begonnen hat, einzuschalten. Bei diesem System wird jedoch bei jeder halben Netzleitungsspannungsperiode ein Stromausgangssignal für weniger als einen vollständigen Halbzyklus erhalten. Weil der gemessene Strom-Effektivwert zum Steuern des Stroms zur Schaltung verwendet wird, muß die Vorrichtung, die die Strom-Effektivwerte erzeugt, exakt arbeiten. Um genaue Strom-Effektivwerte zu erhalten, muß der Strom während des vollständigen Halbzykluses gemessen werden und nicht nur während des Abschnitts des Zykluses, bei dem der Strom ungleich Null ist. Wenn der Strom-Effektivwert während eines Halbzykluses nur dann gemessen wird, wenn der Strom ungleich Null ist, ist der erhaltene Strom-Effektivwert größer als der wahre Strom-Effektivwert, so daß keine exakte Steuerung des durch die Schaltung fließenden Stromes erreicht werden kann.

Beim erfindungsgemäßen einstufigen System zum Bestimmen eines Effektivwertes wird eine eisenlose Toroidspule verwendet, um das erste Differential einer Stromsignalwellenform bezüglich der Zeit zu messen. Weil das Ausgangssignal der eisenlosen Toroidspule (oder Rogowski-Spule oder -Band) das erste Differential der Stromwellenform bezüglich der Zeit ist, muß dieses Signal integriert werden, um die Stromwellenform zu erhalten. Beim erfindungsgemäßen einstufigen System zum Bestimmen eines Effektivwertes wird die Stromwellenform nicht elektrisch sondern mathematisch integriert, wodurch alle mit der Verwendung aktiver und passiver elektrischer Integratoren verbundenen Unzulänglichkeiten einschließlich der Begrenzung des Arbeitsfrequenzbereichs beseitigt werden. Durch die Verwendung der eisenlosen Toroidspule werden alle mit der Verwendung dieses speziellen Meßwandlers verbundenen Vorteile erhalten. Indem der Schritt der elektrischen Integration zum Erhalten der Stromwellenform beseitigt wird, werden die Kosten des Systems verringert, können die Effektivwerte kurzzeitiger Gleichstrom-, zeitveränderlicher Gleichstrom- und von Wechselstromsignalen aller Frequenzen sowie die Effektivwerte jeder Wellenform gemessen werden und können die mit dem Niederfrequenzbetrieb aktiver Integratoren verbundenen Oszillationsprobleme beseitigt werden.

Daher wird durch das erfindungsgemäße System zum Bestimmen von Effektivwerten ein einfaches und kostengünstiges System bereitgestellt, um die Effektivwerte analoger Stromwellenformen zu erhalten, die eine niedrige Frequenz, wenige Störungen und eine hohe Amplitude aufweisen und von kurzer Zeitdauer sein können. Ferner wird durch die vorliegende Erfindung ein Effektivwert einer Wellenform in einem Schritt direkt aus dem ersten Differential der Wellenform erhalten, ohne daß der zweite Schritt zum elektrischen Integrieren des ersten Differentials der Wellenform ausgeführt werden muß. Außerdem sind die erhaltenen Effektivwerte unabhängig von der Zeitachse bzw. -basis der gemessenen Wellenform.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch das direkte Bestimmen des Effektivwertes aus dem durch eine eisenlose Toroidspule erzeugten ersten Differential der Wellenform gelöst, ohne daß die Stromwellenform zunächst elektrisch erzeugt wird. Der Effektivwert einer Wellenform oder eines Teils davon wird bestimmt, indem das Signal in eine digitale Form umgewandelt und das durch die eisenlose Toroidspule erzeugte erste Differential der Wellenform abgetastet wird. Der analysierte Teil oder die analysierte Zeitperiode einer Wellenform wird N-Mal abgetastet und umgewandelt. Wenn alle Abtastungen und Umwandlungen abgeschlossen sind, wird die digitale Zahl, die den Momentanwert der Amplitude der differentiellen Wellenform darstellt, verwendet, um den Momentanwert des Stroms zu diesem Zeitpunkt zu bestimmen. Dieser Stromwert wird quadriert und zur Summe der vorangehenden quadrierten Werte addiert. Jeder quadrierte Wert wird addiert, bis N Abtastungen und Umwandlungen ausgeführt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Endsumme durch N geteilt und daraufhin die Quadratwurzel gezogen, um den Effektivwert zu erhalten. Bei diesem Verfahren ist der Wert von N nicht begrenzt und kann im Bereich von Eins bis zu einer sehr hohen Zahl liegen. Außerdem kann die Wellenform jede beliebige Form oder Frequenz besitzen.

Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung wird der Hochstromfluß einer Einphasen-Widerstandschweißvorrichtung durch eine eisenlose Toroidspule gemessen. Das Ausgangssignal der Spule wird direkt dem Eingang eines Analog/Digital- (A/D-) Wandlers zugeführt, der in einem großintegrierten Schaltkreis einer Mikrosteuerungseinrichtung angeordnet ist. Die Mikrosteuerungseinrichtung ist ein vollständiges Mikroprozessorsystem mit einer internen Takteinrichtung und Ein/Ausgabe- (I/O) ports. Durch die interne Takteinrichtung der Mikrosteuerungseinrichtung wird der A/D- Wandler dazu veranlaßt, in vorgegebenen Zeitintervallen zu arbeiten. Jedes Mal, wenn der A/D-Wandler eine Umwandlung abschließt, wird das digitale Wort in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) gespeichert. Der Wert wird daraufhin verwendet, um den Momentanwert des Stroms zu bestimmen. Nach dem Quadrieren wird der quadrierte Wert zur vorher gespeicherten Summe der quadrierten Werte addiert und im RAM-Speicher gespeichert. Wenn N Umwandlungen abgeschlossen sind, wird die letzte Summe der quadrierten Werte durch N geteilt und die Quadratwurzel des Ergebnisses gezogen, wodurch der Effektivwert des Strom erhalten wird. Bei einer Einphasen- Schweißvorrichtung wird der Zählwert N mit der zum Betrieb der Schweißvorrichtung verwendeten Netzspannung synchronisiert. Weil der Strom während eines Schweißimpulses im allgemeinen nur während eines Teils jedes Halbzykluses fließt, nehmen einige der Momentanwerte für jeden Halbzyklus den Wert Null an. Weil der Wert N jedoch so gewählt wurde, daß der gesamte Halbzyklus erfaßt wird, basiert der berechnete Effektivwert auf der gesamten Halbzyklus-Zeitdauer und nicht nur auf einem Teil der Halbzyklus-Zeitdauer. Durch die Verwendung der vollständigen Halbzyklus-Zeitdauer entsprechen die nur bei einem kleinen Teil des Halbzykluses durchgeführten Messungen den Messungen, die bei Schweißimpulsen ausgeführt werden, die länger sind als ein Halbzyklus.

Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der Abtastungen N und die Zeit zwischen den Abtastungen des differenzierten Signals unabhängig von der besonderen Wellenform sein kann. Durch die Auswahl des Wertes N wird die Rasterung oder Auflösung der berechneten Werte bestimmt. Wenn N erhöht und die Zeit zwischen den Abtastungen verringert wird, nähert sich der Effektivwert der Amplitude der Stromwellenform für die Kurzauswertungszeitdauer an. Durch die Auswahl der Zeitdauer zwischen jeder der N Abtastungen wird die Zeitdauer festgelegt, über die der Effektivwert bestimmt wird. Daher kann der Effektivwert für jeden Teil einer Wellenform bestimmt werden, die aus Pulsen langen Zeitdauern besteht.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Abbildungen verdeutlicht; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines bei einer Einphasen-Widerstandsschweißvorrichtung verwendeten einstufigen Systems zum Bestimmen eines Effektivwertes;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zum Beschreiben des bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen einstufigen Systems zum Bestimmen eines Effektivwertes verwendeten Initialisierungsverfahrens;

Fig. 3 ein Flußdiagramm der zeitbasisbezogenen Unterbrechungsroutine einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen einstufigen Systems zum Bestimmen eines Effektivwertes; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Periode einer typischen Eingangssignalwellenform und des ersten Differentials dieser Wellenform, das durch das erfindungsgemäße einstufige System zum Bestimmen eines Effektivwertes analysiert wird.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer bei einer Einphasen-Widerstandsschweißvorrichtung verwendeten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen einstufigen Systems zum Bestimmen eines Effektivwertes, eine eisenlose Toroidspule und eine Mikrosteuerungseinrichtung, bei der die Merkmale der Erfindung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann außerdem zum Messen von Strom-Effektivwerten bei anderen Systemen verwendet werden, wie beispielsweise bei elektrischen Heizsystemen und Starkstromleitungen.

Gemäß Fig. 1 wird einer Einphasen-Widerstandsschweißvorrichtung 10 eine elektrische Spannung über ein Paar Netzleitungen 12 zugeführt. Ein Transformator 14 transformiert die Netzspannung herab und erhöht den Elektrodenstrom, der der Sekundärschaltung 16 und den Elektroden 18 zugeführt wird, die Werkstücke 20 erhitzen. Weil der durch die Sekundärschaltung 16 fließende Elektrodenstrom der zu messende und zu steuernde Strom ist, muß der Effektivwert dieses Stromes bestimmt werden. Die dem Transformator 14 zugeführte Netzspannung wird durch einen gesteuerten Siliziumgleichrichterschalter 22, einen gesteuerten Siliziumgleichrichtertreiber 24 und eine Schweißvorrichtungs- Steuereinrichtung 26 gesteuert. Die Netzleitungen 12, der Transformator 14 und der gesteuerte Siliziumgleichrichterschalter 22 bilden eine Primärschaltung. Eine eisenlose Toroidspule 30 (auch als Rogowski-Spule oder -Band bekannt) umgibt einen Teil der Sekundärschaltung 16 und kann an jedem Punkt in der Sekundärschaltung 16 angeordnet werden. Der Elektrodenstrom hat normalerweise eine feste Stromfrequenz und eine feste Stromperiode. Durch die Änderungen des durch die Sekundärschaltung 16 fließenden Stroms wird eine elektromagnetische Kraft (EMF) im Toroid der eisenlosen Toroidspule 30 induziert. Durch diese elektromagnetische Kraft (EMF) wird durch die Wicklung der eisenlosen Toroidspule 30 ein differentielles Stromsignal erzeugt, das dem Grad der Änderung des durch den in der Sekundärschaltung 16 fließenden Elektrodenstrom induzierten Magnetfeldes proportional ist. Daher ist der durch die Wicklung der eisenlosen Toroidspule 30 fließende differentielle Strom dem ersten Differential des durch die Sekundärschaltung 16 fließenden Elektrodenstroms bezüglich der Zeit proportional. Alternativ können an Stelle der eisenlosen Toroidspule andere Vorrichtungen verwendet werden, die ein erstes Differential des Stromsignals erzeugen.

Das Signal von der eisenlosen Toroidspule 30 wird über Leitungen 32 und 34 dem Eingang der Mikrosteuerungseinrichtung 40 zugeführt. Ein Referenzsystem 42 erzeugt eine Spannung, die der Hälfte der durch die Mikrosteuerungseinrichtung 40 zulässigen Amplitude des Eingangssignals gleich ist. Beispielsweise ist die Mikrosteuerungseinrichtung 40 eine MCS®-96 (8096) Mikrosteuerungseinrichtung oder eine MCS®-97 (8097) Mikrosteuerungseinrichtung, die von Intel Corporation, Santa Clara, Kalifornien hergestellt werden, obwohl andere Mikrosteuerungseinrichtungen oder andere ähnlich arbeitende Vorrichtungen verwendet werden können. Die Mikrosteuerungseinrichtung 40 hat einen Eingangssignalbereich von ca. 0 bis 5 Volt. Daher ist das Referenzsystem 42 auf ca. 2.5 Volt eingestellt, so daß Signale mit gleicher negativer und positiver Amplitude durch die Mikrosteuerungseinrichtung 40 gemessen werden können. Das Eingangssignal an den Leitungen 32 und 34 kann alternativ zu einer gleichen Polarität gleichgerichtet werden, wodurch das Referenzsystem 42 nicht mehr erforderlich ist. Durch diese Alternative würde jedoch der Analog/Digital-Umwandlungsbereich um ein Bit erhöht werden, wodurch eine Ungenauigkeit entsteht und eine Gleichspannungsdrift in das System eingeführt wird.

Die Spannungszufuhr 44 und der zugeordnete Nulldurchgangsdetektor 46 unterstützen die Funktion der Mikrosteuerungseinrichtung 40. Der Nulldurchgangsdetektor 46 erzeugt einen Impuls mit einer Länge, die der Zeitdauer eines Halbzykluses der Netzleitungsfrequenz gleich ist. Dieses Signal wird verwendet, um die korrekte Zeitbasis zum Berechnen des Strom-Effektivwertes der Sekundärschaltung 16 einzustellen. Eine digitale Datenanzeige 48 wird verwendet, um den durch die Mikrosteuerungseinrichtung 40 berechneten Effektivwert des Stromes darzustellen. Verschiedenartige digitale Anzeigen sind geeignet, die vom Anschluß der Mikrosteuerungseinrichtung angesteuert werden können; die Auflösung der digitalen Anzeige 48 wird jedoch so gewählt, daß die durch die Mikrosteuerungseinrichtung 40 gewonnenen Daten ausreichend aufgelöst werden.

Der Direktzugriffsspeicher (RAM) 50 und der programmierbare Festwertspeicher (EPROM) 52 bilden den erforderlichen Speicher für die Funktion der Mikrosteuerungseinrichtung 40. Das Software-System, das die Mikrosteuerungseinrichtung 40 steuert und das in Flußdiagrammform in Fig. 2 und 3 dargestellt ist und nachstehend ausführlich beschrieben wird, wird vorzugsweise im EPROM 52 gespeichert. Der RAM-Speicher 50 wird vorzugsweise zum Speichern laufender Werte der verschiedenen gemessenen und berechneten Parameter verwendet, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird. Der RAM-Speicher 50 und das EPROM 52 sind über Steuerleitungen 54 und einen Datenadressenbus 56 mit der Mikrosteuerungseinrichtung 40 verbunden. Die Mikrosteuerungseinrichtung 40 weist neben anderen Bauteilen einen Analog/Digital- (A/D-) Wandler, einen Hochgeschwindigkeits-Ein-Ausgabe- (I/O) port und einen Zeit- bzw. Taktgeber auf. Der A/D-Wandler tastet die an den Leitungen 32 und 34 empfangenen Eingangssignale in vorgegebenen Zeitintervallen ab, wie nachstehend ausführlich beschrieben, und wandelt das analoge Eingangssignal in ein digitales Signal um. Dieses digitale Signal wird daraufhin den anderen Bauteilen der Mikrosteuerungseinrichtung 40 zugeführt.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Flußdiagramme zeigen ein Software-System, durch das das erfindungsgemäße einstufige System zum Bestimmen von Effektivwerten ausgeführt wird und ein Strom-Effektivwert gemessen werden kann. Ein in Fig. l dargestelltes Hardware-System kann verwendet werden, um das in Fig. 2 und 3 dargestellte Software-System zu bilden. Insbesondere müssen durch das Hardware-System ein analoges Signal in eine digitale Form umgewandelt, eine Impulsbreite gemessen, eine Zeitbasisunterbrechung ausgeführt und verschiedene mathematische Berechnungen innerhalb vorgegebener Zeitgrenzen ausgeführt werden können. Wie vorstehend beschrieben, weist ein Mikrochip Intel MCS® 97 diese Fähigkeiten auf und wird als typisches Hardwaresystem verwendet.

In Fig. 4 ist die Wellenform 60 ein Beispiel einer als Funktion der Zeit dargestellten Wellenform. Obwohl die Wellenform 60 eine feste, bekannte Stromfrequenz und eine feste, bekannte Stromperiode aufweist, können auch andere Wellenformen mit unbekannten Stromfrequenzen und unbekannten Stromperioden gemessen werden. Die durch eine eisenlose Toroidspule 30 erzeugte Wellenform ist als Wellenform 62 dargestellt. Die Wellenform 62 ist daher das erste Differential der Wellenform 60 bezüglich der Zeit. Durch Abtasten der Amplitude der Wellenform 62 durch den A/D-Wandler der Mikrosteuerungseinrichtung 40 kann durch die Software der Effektivwert der Wellenform 60 an vorgegebenen Intervallen berechnet werden, die zur Veranschaulichung einer halben Stromperiode oder einer Impulsperiode, die, wie nachstehend erläutert, gleich (N · dt) + trem ist, gleich sind. Beim hierin beschriebenen System wird die Wellenform 62 in festen Zeitintervallen dt abgetastet. Zu jedem Zeitpunkt, wenn die Wellenform 62 abgetastet wird, berechnet das Software-System den Stromwert zu diesem Zeitpunkt (CURRENTj) und addiert das Quadrat des Stroms zu einer laufenden Summe (TOTALj). Durch die Anzahl N der ausgeführten Abtastungen wird die Genauigkeit des Systems bestimmt. Die zum Bestimmen des Strom-Effektivwertes ausgeführten festgelegten Berechnungen werden unter Bezug auf die Flußdiagramme von Fig. 2 und 3 ausführlich beschrieben.

Das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm zeigt ein bevorzugtes Software-System, das zum Initialisieren des erfindungsgemäßen Systems zum Bestimmen von Effektivwerten verwendet wird. Diese Initialisierung ist nur zum Einschaltzeitpunkt erforderlich und muß nicht jedes Mal ausgeführt werden, wenn eine Effektivwertmessung durchgeführt wird. Bei Block 70 wird die Breite eines Halbzykluses der Netzleitungs-Grundfrequenz gemessen. Dies kann durch die Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Ein-Ausgabeports der Mikrosteuerungseinrichtung 40, der mit dem Nulldurchgangsdetektor 46 verbunden ist, der einen Impuls mit einer einem Halbzyklus entsprechenden zeitlichen Breite ausgibt, leicht durchgeführt werden. Durch die Zeitdauer einer Impulsperiode oder eines halben Stromzykluses kann die Mikrosteuerungseinrichtung 40 die zu messende Grundfrequenz des Spannungssignals auf der Netzleitung 12 (und daher diejenige des Stroms in der Sekundärschaltung 16) bestimmen.

Im Entscheidungsblock 72 wird bestimmt, ob die Stromfrequenz 60 Hz oder 50 Hz beträgt. Das System kann durch für Fachleute offensichtliche geeignete Änderungen in der Software für andere Frequenzen angepaßt werden. Außerdem kann die Software derart modifiziert werden, daß die Messung des Stroms im Sekundärkreis 16 unabhängig von der Frequenz oder der Form der Stromwellenform ist, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Durch den Block 74 werden die zeitbasisabhängigen Variablen für den Betrieb bei 60 Hz initialisiert, während durch den Block 76 die entsprechende Funktion für den Betrieb bei 50 Hz ausgeführt wird. Diese Variablen sind im einzelnen: die Anzahl N der je Impulsperiode oder je einem Halbzyklus ausgeführten Abtastungen und die zugeordnete Restzeit (trem) für die bestimmte Betriebsfrequenz. N wird basierend auf einem festen Abtastzeitintervall dt von 100 Mikrosekunden bestimmt. Die Restzeit trem wird verwendet, um zu gewährleisten, daß das System mit der eintreffenden Wellenform 60 und 62 synchronisiert ist. Im Fall des Betriebs bei 60 Hz wird daher N auf 99 und trem auf 100 us eingestellt. Die Werte von N und trem werden so gewählt, daß sie der Zeitdauer einer Impulsperiode angepaßt sind, die gleich (N · dt) + trem = (99 · 100 us) + 100 us = 10000 us ist. Obwohl die Zeitdauer eines Halbzykluses oder einer Impulsperiode (10000 us) ebenfalls durch dt = 100 us teilbar ist, wenn N = 100 ist, wodurch die Verwendung des Wertes trem unnötig wird, wird für N ein Wert von 99 und für trem ein Wert von 100 us gewählt, so daß trem erforderlich ist. Dadurch kann die Unterroutine leicht umstrukturiert werden, um bei verschiedenen Strom- oder entsprechenden Netzleitungsfrequenzen betrieben zu werden, wie anhand der nachstehenden Beschreibung verdeutlicht wird.

Beim Betrieb bei 60 Hz ist ein Wert für trem erforderlich, weil die Zeitdauer eines Halbzykluses (8333 us) nicht gleichmäßig durch dt = 100 us teilbar ist. Um das System bei 60 Hz synchronisiert zu halten, wird die letzte Abtastzeit auf 133 us gedehnt. Durch diese Wahl von N und trem ergibt sich eine vollständige Halbzykluszeit oder Impulsperiode von (82 · 100 us) + 133 us = 8333 us. Tatsächlich könnte N als 83 gewählt und eine Restzeit von 33 us verwendet werden, wobei jedoch bei dieser Wahl von N und trem die Verarbeitungseinrichtung die Abtastungsberechnungen in einer verkürzten Zeitdauer von 33 us abschließen muß. Durch die Verwendung eines Wertes N = 82 wird diese Zeitbegrenzung gelockert und die Verarbeitungseinrichtung erhält mehr als 100 us, um alle erforderlichen Berechnungen abzuschließen. Die geeigneten Werte von N und trem werden daraufhin vorzugsweise im RAM- Speicher 50 für die spätere Verwendung durch die Mikrosteuerungseinrichtung 40 gespeichert. Für andere Betriebsfrequenzen können andere Werte für N und trem gewählt werden.

Im Variablen-Initialisierungsblock 78 werden die im Hauptprogramm verwendeten Variablen initialisiert, indem deren Werte gleich Null gesetzt werden, wobei diese Werte vorzugsweise im RAM-Speicher 50 gespeichert werden. Diese Variablen sind TOTALo, die laufende Summe der Quadrate des Stroms; CURRENTo, der Wert der Stromwellenform zum Zeitpunkt Null; j, der Zählwert, der verwendet wird, um die Anzahl der während eines Halbzykluses bereits vorgenommenen Abtastungen der Wellenform anzuzeigen; und di/dto, der Wert des ersten Differentials 62 der Wellenform zum Zeitpunkt Null.

Der Block 80 stellt das erstmalige Aktivieren der zeitbasisbezogenen Unterbrechung dar. Diese Unterbrechung wird durch den Zeitgeber und den Ein-Ausgabeport der Mikrosteuerungseinrichtung 40 bestimmt. Der Zeitgeber ist ein Zähler, der in der Mikrosteuerungseinrichtung 40 permanent läuft. Die Software stellt basierend auf dem Zählwert des Zählers eine Unterbrechung ein. Wenn der Zeitgeber den vorgegebenen Zählwert erreicht, tritt eine Unterbrechung ein. Durch das Lesen des Zählwertes im Zeitgeber und durch anschließendes Addieren eines Abgleichwertes wird eine relative zeitbasisbezogene Unterbrechung erzeugt. Die in Block 80 aktivierte Unterbrechung wird 100 us nach dem Zeitpunkt der Aktivierung erzeugt.

Die Initialisierungsroutine ist abgeschlossen, wenn die Zeitgeberunterbrechung einmal aktiviert wurde. Durch die Unterbrechungs-Dienstroutine für die Zeitgeberunterbrechung wird die nächste Zeitgeberunterbrechung aktiviert und werden alle zum Bestimmen des Strom-Effektivwertes benötigten Berechnungen durchgeführt. Weil dieses System unterbrechungsgesteuert wird, kann eine Vordergrund-Aufgabe bzw. ein Vordergrund-Rechenprozeß, wie beispielsweise das Erhalten einer Statistik über die Werte des Strom-Effektivwertes oder eine Anzeige von Daten ausgeführt werden. Der aus der Seite herausführende Referenzblock 82 in Fig. 2 stellt einen Eintritt in eine solche Vordergrund-Aufgabe dar.

Das in Fig. 3 dargestellte Flußdiagramm stellt eine Unterbrechungs-Dienstroutine für die zeitbasisbezogene Unterbrechung dar. Zu jedem Zeitpunkt, wenn die Unterbrechung erzeugt wird, werden von der eisenlosen Toroidspule 30 Daten gesammelt und gegebenenfalls in Berechnungen verwendet, die nachstehend ausführlich beschrieben sind.

Beim ersten Schritt der in Fig. 3 dargestellten Unterbrechungs-Dienstroutine wird die nächste Unterbrechung aktiviert. Im Entscheidungsblock 90 wird festgestellt, ob j = N ist. Wenn j gleich N ist, ist diese Unterbrechung die letzte Unterbrechung, weshalb gegenwärtig die letzte Abtastung von Daten für einen Halbzyklus ausgeführt wird. Durch diesen Zustand wird angezeigt, daß die nächste Unterbrechung aktiviert werden sollte, wenn der Zeitzählwert gleich trem ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die Verarbeitungseinrichtung mit der Halbzykluszeit der Stromwellenform 60 synchronisiert bleibt. Der Block 94 stellt diese Funktion dar. Der Block 92 wird für den Fall benötigt, wenn j ungleich N ist. Die zeitbasisbezogene Unterbrechung wird für eine Zeitdauer = dt aktiviert, die 100 us beträgt. D.h., daß die nächste Unterbrechung nach einer Zeitdauer von 100 us auftritt, nachdem die vorhergehende Unterbrechung eingetreten ist.

Block 96 stellt die Verarbeitung zum Abtasten der Daten von der eisenlosen Toroidspule 30 dar. Diese Verarbeitung wird durch Umwandeln des Analogwertes von der Spule 30 in eine digitale Form unter Verwendung des A/D-Wandlers der Mikrosteuerungseinrichtung 40 ausgeführt. Wenn die Umwandlung einmal abgeschlossen ist, werden die Daten vom A/D-Wandler in den System-RAM-Speicher 50 eingelesen.

Die Blöcke 98, 100, 102 und 104 von Fig. 3 führen das Starten des Meßsystems aus. Das Programm wartet; bis ein wesentlicher, von Null verschiedener Wert von der eisenlosen Toroidspule 30 gelesen wurde, um den Meßprozeß zu starten. Dadurch wird der Halbzyklus-Meßprozeß mit dem Beginn des Stromimpulses synchronisiert.

Im Entscheidungsblock 98 wird geprüft, ob der Meßprozeß bereits begonnen hat. Wenn der Meßprozeß noch nicht begonnen hat (j = 0), wird im Entscheidungsblock 100 festgestellt, ob durch den gerade von der eisenlosen Toroidspule 30 gelesenen Wert der Daten der Prozeß gestartet werden soll. Wenn der Wert der gelesenen Daten gleich Null ist, hat der Stromimpuls noch nicht begonnen, wobei die Steuerung der Verarbeitungseinrichtung über den Ausgang 104 zur Vordergrund- Routine zurückkehrt. Wenn der Wert der gelesenen Daten ungleich Null ist, beginnt der Meßprozeß. Dies ist in Block 102 durch die Zuweisung des Wertes Eins für j im RAM-Speicher 50 dargestellt. D.h., daß eine Erfassung des ersten wesentlichen Datenwertes von der eisenlosen Toroidspule 30 während des aktuellen Halbzykluses aufgetreten ist.

Bei Block 106 werden die aktuellen Berechnungen jedes Mal ausgeführt, wenn während des Meßprozesses von der eisenlosen Spule 30 Daten abgetastet werden. Dem von der Spule gelesenen Wert der Daten (DATA) wird ein Differentialwert di/dtj zugewiesen:

di/dtj = DATA.

Dies ist der Wert der differentiellen Wellenform 62 zum Zeitpunkt j · dt, der vorzugsweise für eine spätere Verarbeitung im RAM-Speicher 50 gespeichert wird. Anschließend wird die in Fig. 4 dargestellte Fläche SUB-AREAj zwischen j · dt und (j - 1) · dt und unterhalb der differentiellen Wellenform 62 durch eine mathematische Integration wie folgt angenähert:

SUB-AREAj = [(di/dtj + di/dtj-1)/2] · dt.

Dieser Wert wird vorzugsweise im RAM-Speicher 50 gespeichert und zum vorher berechneten Wert von CURRENTj-1 zum Zeitpunkt (j - 1) · dt wie folgt addiert:

CURRENTj = CURRENTj-1 + SUB-AREAj.

Dieser Wert wird vorzugsweise im RAM-Speicher 50 gespeichert, um während der Verarbeitung beim nächsten Mal verwendet zu werden. Schließlich wird das Quadrat des Wertes CUR- RENTj zum Wert TOTALj-1 addiert, um den Wert TOTALj zu erhalten, der wie folgt eine laufende Summe der Quadrate der Werte CURRENT ist:

TOTALj = TOTALj-1 + [CURRENTj]².

Der Wert TOTALj wird daraufhin vorzugsweise im RAM-Speicher 50 gespeichert.

Wenn der erste wesentliche Datenwert von der eisenlosen Toroidspule 30 für einen neuen Halbzyklus festgestellt wurde, wie in Fig. 3 bei Block 102 dargestellt, wo j der Wert 1 zugewiesen wird, wird, weil j = 1 ist, der Wert SUB- AREA&sub1; in Block 106 wie folgt berechnet:

SUB-AREA&sub1; = [(di/dt&sub1; + di/dt&sub0;)/2] · dt

= [(di/dt&sub1; + 0)/2] · dt

= [(di/dt&sub1;)/2] · dt.

Im Entscheidungsblock 108 wird daraufhin festgestellt, ob alle N zu messenden Werte für die Wellenform verarbeitet wurden, was eintritt, wenn j gleich N ist. Wenn j ungleich N ist, wird, wie bei Block 110 dargestellt, j um Eins hochgezählt, wobei die Steuerung der Verarbeitungseinrichtung zur Vordergrund-Routine zurückkehrt. Wie vorstehend erläutert, wird die Verarbeitung der Vordergrund-Routine nach einer in den Blöcken 92 oder 94 eingestellten Unterbrechungszeit unterbrochen. Wenn die Vordergrund-Routine unterbrochen ist, wird beginnend bei Block 90 die Unterbrechungs-Dienstroutine verarbeitet.

Wenn j gleich N ist, wurden alle Messungen für die Wellenform verarbeitet. Die Endberechnung wird in Block 112 ausgeführt, um den Strom-Effektivwert zu bestimmen, indem die Summe der Quadrate der Stromwerte TOTALj, die gleich TO- TALN ist, gebildet, der Wert TOTALN durch N geteilt und die Quadratwurzel des Ergebnisses gezogen wird. Durch diese Berechnung ergibt sich ein Wert für den Strom-Effektivwert

IRMS:

IRMS = (TOTALN/N)1/2.

In Block 112 werden daraufhin die Variablen zurückgesetzt und für Messungen im nächsten Halbzyklus neu auf Null vorbesetzt. Im einzelnen werden die Werte j, TOTAL, CURRENT und di/dt alle auf Null eingestellt und im RAM-Speicher 50 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt kehrt die Steuerung der Verarbeitungseinrichtung, wie vorstehend beschrieben, zur Vordergrund-Routine zurück, wird der Strom-Effektivwert auf der Digitalanzeige 48 angezeigt, und können die nächsten Messungen beim nächsten Halbzyklus beginnen, sobald der nächste, von Null verschiedene Datenwert von der eisenlosen Spule 30 gelesen wird.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, sind für Fachleute verschiedene Alternativen, Modifikationen, Änderungen und Anwendungen in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Beispielsweise kann die Zeitdauer dt zwischen zwei Abtastungen geändert werden, um, abhängig von der speziellen zu messenden Wellenform höhere oder geringere Abtastgeschwindigkeiten zu erreichen, wodurch Messungen von Effektivwerten für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenformen ausgeführt werden können. Die Effektivwerte von Wellenformen mit verschiedenen Frequenzen können durch das Auswählen geeigneter Werte für N und trem gemessen werden.

Außerdem kann das im System zum Bestimmen von Effektivwerten verwendete erfindungsgemäße Software-Programm leicht modifiziert werden, um Effektivwerte von Strom-Wellenformen mit nur einem einzelnen Impuls oder von Wellenformen mit mehreren verschiedenen Impulsen mit verschiedenen Zeitdauern zu erhalten. Beispielsweise kann die Strom-Wellenform drei Impulse aufweisen (die sich periodisch wiederholen können oder nicht), wobei der erste Impuls eine positive Polarität und eine Zeitdauer von 0.5 Sekunden, der zweite Impuls eine negative Polarität und eine Zeitdauer von 1.0 Sekunden und der dritte Impuls eine positive Polarität und eine Zeitdauer von 0.5 Sekunden besitzt. Obwohl diese Strom-Wellenform eine symmetrische Wellenform mit mehreren Impulsen ist, ist sie nicht symmetrisch periodisch wie die in Fig. 4 dargestellte Wellenform 60.

Außerdem kann, wie vorstehend erwähnt, die im Flußdiagramm von Fig. 2 beschriebene Initialisierungs-Software so modifiziert werden, daß die Messung des Stroms in der Sekundärschaltung 16 von der Frequenz oder Form der Strom-Wellenform unabhängig ist. Diese Modifizierung ist beispielsweise nützlich, wenn die zu messende Strom-Wellenform aus Impulsen besteht, die genauso lang oder länger sind als ein Halbzyklus der Netzleitungsfrequenz. Wenn die zu messende Wellenform aus Impulsen mit einer Länge von mehreren Sekunden bestehen würde, wäre es wünschenswert, den Strom-Effektivwert häufiger als einmal für jeden Impuls zu messen, weil ein häufigeres Überwachen des Strom-Effektivwertes gewünscht sein kann. In diesem Fall unterteilt die Software praktisch die langen Impulse in Segmente und bestimmt den Strom-Effektivwert für jedes Segment. Dies kann durch die Auswahl bestimmter Werte für N und trem durchgeführt werden, die nicht notwendigerweise von der Form oder Frequenz der Strom-Wellenform abhängen. Außerdem kann dann die im Flußdiagramm von Fig. 3 beschriebene Unterbrechungs-Dienstroutine wahlweise modifiziert werden, so daß die für alle Segmente der langen Impulse bestimmten Effektivwerte gemittelt werden, um den mittleren Effektivwert für jeden langen Impuls zu erhalten. Durch eine solche Modifizierung der Software wird die Messung von Effektivwerten des Stroms für Wellenformen ermöglicht, die normalerweise in Frequenzwandlern und "Gleichstrom"-Schweißvorrichtungen auftreten. Weil in diesen Vorrichtungen Stromimpulse mit Zeitdauern auftreten, die länger sind als diejenigen von Einphasen-Schweißvorrichtungen, wird durch die vorstehend erwähnte Modifizierung der Software zur Messung von Impulssegmenten die Messung von Strom-Effektivwerten dieser Impulse ermöglicht, auch wenn die Impulsdauer zufällig ist und sich von einem zum anderen Impuls ändert.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Effektivwertes eines durch ein Netzleitungssignal erzeugten pulsierenden Signals, wobei das Netzleitungssignal eine bekannte, im wesentlichen feste Periode aufweist und wobei der Absolutwert des pulsierenden Signals eine Periode, die im wesentlichen gleich der Hälfte der Periode des Netzleitungssignals ist, und eine Zeitdauer aufweist, die weniger als die halbe Periode beträgt, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

eine Einrichtung (96) zum Erzeugen von Abtastungen des pulsierenden Signals in vorgegebenen im wesentlichen gleichen Abtastintervallen beginnend im wesentlichen am Beginn eines Impulses des pulsierenden Signals und danach fortlaufend für im wesentlichen die gesamte Dauer der halben Periode des Netzleitungssignals, um entsprechende abgetastete Werte zu erzeugen;

eine auf die die Abtastungen erzeugende Einrichtung ansprechende Einrichtung (106) zum Quadrieren jedes Abtastwertes, um entsprechende quadrierte Werte zu erzeugen;

eine in Antwort auf die Quadriereinrichtung arbeitende Einrichtung (106) zum Akkumulieren jeder der quadrierten Werte, um einen Summenwert zu erzeugen;

eine auf die Quadriereinrichtung ansprechende Einrichtung (106) zum Dividieren des Summenwertes durch einen Zahlenwert, wobei der Zahlenwert gleich der Gesamtanzahl der während der halben Periode durchgeführten separaten Abtastungen ist, um einen Mittelwert zu erhalten; und

eine auf die Dividiereinrichtung ansprechende Einrichtung (106) zum Bestimmen der Quadratwurzel des Mittelwertes, um den Effektivwert des pulsierenden Signals zu erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (70) zum Feststellen der Periode des Netzleitungssignals; und

eine Einrichtung (72) zum Auswählen einer Zeitdauer des Abtastintervalls, um eine gewünschte Auflösung des Effektivwertes zu erhalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Quadriereinrichtung jeden quadrierten Wert vor dem Auftreten jedes entsprechenden sukzessiv auftretenden Abtastwertes erzeugt und die Akkumuliereinrichtung jeden quadrierten Wert zum Gesamtwert addiert, bevor der nächste sukzessiv auftretende Abtastwert auftritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist:

eine eisenlose Sondenspule (30) zum Erzeugen des pulsierenden Signals, wobei das pulsierende Signal einer ersten Ableitung eines gemessenen Stromes proportional ist; und wobei die die Abtastungen erzeugende Einrichtungen ferner aufweist:

eine Einrichtung zum Abtasten des pulsierenden Signals in vorgegebenen im wesentlichen gleichen Abtastintervallen beginnend im wesentlichen am Beginn eines Impulses des pulsierenden Signals und danach fortlaufend für im wesentlichen die gesamte Dauer der halben Periode des Netzleitungssignals, um entsprechende digitale Werte zu erzeugen; und

eine Einrichtung zum Integrieren jedes der digitalen Werte, um jeden der abgetasteten Werte zu erhalten, wobei jeder der abgetasteten Werte einem Momentanwert des gemessenen Stromes proportional ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eine Dauer von etwa 100 Mikrosekunden und der Zahlenwert den Wert 82 besitzt, wenn das Netzleitungssignal eine Frequenz von etwa 60 Hertz aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eine Dauer von etwa 100 Mikrosekunden und der Zahlenwert den Wert 99 besitzt, wenn das Netzleitungssignal eine Frequenz von etwa 50 Hertz aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine eisenlose Sondenspule (30) zum Erzeugen der Abtastungen des pulsierenden Signals aufweist, wobei das pulsierende Signal einer ersten Ableitung eines gemessenen Schweißstromes proportional ist, wobei die Vorrichtung den Effektivwert des gemessenen Schweißstromes bestimmt.

8. Verfahren zum Bestimmen des Effektivwertes eines durch ein Netzleitungssignal erzeugten pulsierenden Signals, wobei das Netzleitungssignal eine bekannte, im wesentlichen feste Periode aufweist und wobei das pulsierende Signal einen Absolutwert aufweist, der eine Periode besitzt, die im wesentlichen gleich der Hälfte der Periode des Netzleitungssignals ist, und eine Zeitdauer aufweist, die weniger als die halbe Periode ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:

Erzeugen von Abtastungen des pulsierenden Signals in vorgegebenen im wesentlichen gleichen Abtastintervallen beginnend im wesentlichen am Beginn eines Impulses des pulsierenden Signals und danach fortlaufend für im wesentlichen die gesamte Dauer der halben Periode des Netzleitungssignals, um entsprechende abgetastete Werte zu erzeugen;

Quadrieren jedes Abtastwertes, um entsprechende quadrierte Werte zu erzeugen;

Akkumulieren jeder der quadrierten Werte, um einen Summenwert zu erzeugen;

Dividieren des Summenwertes durch einen Zahlenwert, wobei der Zahlenwert gleich der Gesamtanzahl der während der halben Periode durchgeführten separaten Abtastungen ist, um einen Mittelwert zu erhalten; und

Bestimmen der Quadratwurzel des Mittelwertes, um den Effektivwert des pulsierenden Signals zu erhalten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch die Schritte:

Feststellen der Periode des Netzleitungssignals; und

Auswählen einer Zeitdauer des Abtastintervalls, um eine gewünschte Auflösung des Effektivwertes zu erhalten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadrierungsschritt außerdem den Schritt aufweist: Erzeugen jedes quadrierten Wertes vor dem Auftreten jedes entsprechenden sukzessiv auftretenden Abtastwertes; und der Akkumulierungsschritt außerdem den Schritt aufweist: Addieren jedes quadrierten Wertes zum Gesamtwert, bevor der nächste sukzessiv auftretende Abtastwert auftritt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner durch den Schritt gekennzeichnet:

Erzeugen des pulsierenden Signals unter Verwendung einer eisenlosen Sondenspule, wobei das durch die Spule erzeugte pulsierende Signal einer ersten Ableitung eines gemessenen Stromes proportional ist; und wobei das Verfahren zum Abtasten ferner aufweist:

Abtasten des pulsierenden Signals in vorgegebenen im wesentlichen gleichen Abtastintervallen beginnend im wesentlichen am Beginn eines Impulses des pulsierenden Signals und danach fortlaufend für im wesentlichen die gesamte Dauer der halben Periode des Netzleitungssignals, um entsprechende digitale Werte zu erzeugen; und

Integrieren jedes der digitalen Werte, um jeden der abgetasteten Werte zu erhalten, wobei jeder der abgetasteten Werte einem Momentanwert des gemessenen Stromes proportional ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eine Dauer von etwa 100 Mikrosekunden und der Zahlenwert den Wert 82 besitzt, wenn das Netzleitungssignal eine Frequenz von etwa 60 Hertz aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastintervall eine Dauer von etwa 100 Mikrosekunden und der Zahlenwert den Wert 99 besitzt, wenn das Netzleitungssignal eine Frequenz von etwa 50 Hertz aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner den Schritt aufweist: Erzeugen des pulsierenden Signals unter Verwendung einer eisenlosen Sondenspule, wobei das erzeugte pulsierende Signal einer ersten Ableitung eines pulsierenden Schweißstromes proportional ist, wobei durch das Verfahren der Effektivwert des gemessenen Schweißstromes bestimmt wird.







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