Metrología
NUEVO SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE KILOAMPERÍMETROS UTILIZADOS EN SOLDADURA POR RESISTENCIA
A. G. Britos, M. E. Bierzychudek, J. L. Casais abritos@inti.gob.ar
Laboratorio de Alta Tension, Metrología Física- INTI
Palabras Clave: medición de corriente; Weld Tester; bobina Rogowski; integrador activo.
integrador activo y una placa de adquisición,
INTRODUCCIÓN
figura 1. La fuente de corriente se dispara a
La soldadura por resistencia es un proceso de fabricación termoeléctrico y es ampliamente utilizada en aplicaciones industriales para la unión de chapa metálica y alambres. Debido a su eficiencia, alta velocidad y facilidad de
través del primario del transformador, mediante un driver basado en tiristores y controlado remotamente por una placa de interconexión Bluetooth Low Energy, la cual se conecta a la PC por USB.
automatización, la soldadura por resistencia en
corriente alterna es, en particular, muy extendida
en la industria automotriz. Los fabricantes de
automóviles en Argentina y sus industrias
autopartistas utilizan en su producción muchas
máquinas y robots de soldadura de este tipo.
Dependiendo del material se determina la
corriente y presión ejercida, los cuales son
proporcionales al calor generado. Esta corriente
de pulsos se mide mediante los denominados
Weld Tester (WT) o kiloamperímetros de
soldadura, instrumentos que deben ser calibrados. Las incertidumbres de medición de estos equipos pueden ser del 2 o 3%, o incluso superiores según cada fabricante. Para satisfacer los requisitos de control de calidad de
Figura 1: diagrama del sistema de calibración. La computadora contiene la placa de adquisición y se utiliza para el control del disparo de la fuente y leer los resultados. La bobina de referencia y la de WT miden la corriente del secundario.
las automotrices y garantizar la coherencia del proceso de soldadura, los WT necesitan calibraciones trazables. En el laboratorio de alta tensión y corriente del INTI se ha mejorado el sistema y el procedimiento de calibración, reduciendo su incertidumbre y estableciendo la trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades.
Fuente de corriente La fuente de corriente está conformada por un transformador elevador, alimentado a 380 V mediante un variac. El bobinado secundario está en cortocircuito mediante una jaula hexagonal y coaxial hecha especialmente de aluminio fundido, figura 2. Bobina de Rogowski
OBJETIVOS
Renovar el anterior sistema de calibración compuesto por una bobina de Rogowski, un integrador pasivo y un osciloscopio. Se busca reducir la incertidumbre del procedimiento de calibración de WT mediante un sistema de calibración asistido por computadora, utilizando un nuevo integrador activo para la bobina de Rogowski y una placa adquisidora para el muestreo de la señal.
La bobina de Rogowski mostrada en la figura 3 es un transductor de corriente ampliamente utilizado para la medición de corrientes elevadas, porque no son intrusivas y no saturan, ya que su núcleo es de un material no magnético. La integración de la tensión inducida en la bobina da como resultado la corriente que la atraviesa. La utilizada en esta aplicación fue diseñada y construida por el laboratorio, minimizando los errores geométricos y mejorando la estabilidad a largo plazo [3].
DESARROLLO
El sistema es controlado por una PC y se compone de una fuente de corriente de hasta 25 kA rms, una bobina de Rogowski, un
Integrador Para obtener la forma correcta de la señal medida es necesario integrar la salida de la bobina de Rogowski, para lo cual se utiliza un
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corto y largo plazo, respuesta en frecuencia, coeficiente de temperatura, linealidad en función de la tensión de entrada y en función de la corriente medida. Todas las pruebas fueron satisfactorias para lograr una incertidumbre en la referencia menor al 0,3%.
Figura 2: jaula hexagonal y coaxial conectada al secundario del transformador de la fuente de corriente.
integrador activo [4]. El integrador mostrado en la figura 3 también fue diseñado por el laboratorio. Para este se utilizaron componentes electrónicos de bajo coeficiente de temperatura, alta estabilidad y baja tolerancia, con el fin de asegurar que el circuito sea estable a corto y largo plazo. El circuito se conforma por tres etapas. La primera es un integrador pasivo de respuesta a bajas frecuencias, la segunda etapa es un integrador activo que domina a altas frecuencias y la última amplifica la señal de tensión para ser leída por la placa adquisidora. De esta manera se logra un factor de escala del sistema de 7500 A/V.
Figura 3: bobina de Rogowski e integrador activo.
RESULTADOS La repetibilidad de las mediciones se mejoró mediante un software para la calibración del sistema de referencia y otro para la calibración de WT. Para evaluar el comportamiento del dispositivo se llevaron a cabo las pruebas de estabilidad a
PROXIMAS MEJORAS Dentro del marco de la industria 4.0, se trabaja en la integración del dispositivo a un registrador wireless. Esta implementación permitirará realizar mediciones inalambricas, brindando mayor seguidad al operario, como ser en el caso de medir alta corriente en una línea de transmisión electrica. Además se podrá medir de manera permanente y guardar los resultados en una base de datos en un servidor remoto.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Se desarrolló un sistema de referencia para la calibración de Weld Tester basado en una bobina de Rogowski y un integrador activo. La incertidumbre de calibración está en torno al 0,5%, garantizando una proporción mayor de 4 a 1 con el dispositivo a calibrar.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece la colaboración de la Branislav Djokic de NRC-Canadá por sus sugerencias y consejos durante el desarrollo de este nuevo sistema. Además, se agradece a Andrés Kastner y a Fabricio Notarfrancesco por su participación en la construcción de la jaula hexagonal y coaxial para la fuente de corriente.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] B. Djokic, “Calibrations of Resistance Welding Equipment With High Pulsed Currents,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 64, no. 6, pp. 1767 – 1772, June 2015. [2]J. L. Casais, M. E. Bierzychudek, B. Djokic and H. Parks, “Calibration of Weld Current Monitors at INTI Argentina,” Proc. CPEM 2020, Denver, CO, USA, Aug. 2020. [3] W. F. Ray and C. R. Hewson, "High performance Rogowski current transducers," Conference Record of the 2000 IEEE Industry Applications Conference. Thirty-Fifth IAS Annual Meeting and World Conference on Industrial Applications of Electrical Energy, 2000, pp. 3083-3090 vol.5 [4]J.A.J. Pettinga and J. Siersema “A polyphase 500 kA current measuring system with Rogowski coils” IEE Proceedings, vol.130, no. 5, September 1983.
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