RU2517199C1 - Method to arrange grouped operation of reversible converters - Google Patents

Method to arrange grouped operation of reversible converters Download PDF

Info

Publication number
RU2517199C1
RU2517199C1 RU2013125966/07A RU2013125966A RU2517199C1 RU 2517199 C1 RU2517199 C1 RU 2517199C1 RU 2013125966/07 A RU2013125966/07 A RU 2013125966/07A RU 2013125966 A RU2013125966 A RU 2013125966A RU 2517199 C1 RU2517199 C1 RU 2517199C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
load
current
converters
duty cycle
Prior art date
Application number
RU2013125966/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Михайлович Бардин
Антон Владимирович Земсков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева"
Priority to RU2013125966/07A priority Critical patent/RU2517199C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2517199C1 publication Critical patent/RU2517199C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: clock frequency synchronisation of a slave converter is made with the master one, balance of output currents for the converters at the permitted unbalance is attained by recording of the load characteristic for each separate device where by means of a control system an initial value of load current is set, load resistance is changed at the recorded current setting, values of voltage and current are measured at the selected point and compared, the phase shift and pulse duty cycle are also measured at the output of these devices at a stage of their designing. After that they are compared and tuned in order to ensure identical load characteristics, phase and pulse duty cycle of the output current values with error not exceeding 2-5%.
EFFECT: increase of the output power and reliability.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении устройств для электродуговой сварки переменным током повышенной частоты, а также источников для индукционного нагрева металлов и источников для диэлектрической сушки, в которых для достижения технического результата - повышения выходной мощности электропитания, транзисторные инверторные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of devices for electric arc welding with alternating current of increased frequency, as well as sources for induction heating of metals and sources for dielectric drying, in which to achieve a technical result is to increase the output power of the power supply, transistor inverter sources of electrical energy are connected in parallel to the total load.

Известен способ управления статическими стабилизированными источниками напряжения постоянного или переменного тока, работающими параллельно на общую нагрузку (RU №2379812, Н02М 7/5387, опубл. 20.01.2010), который заключается в том, что для каждого источника, построенного на базе статических преобразователей, формируют управляющий сигнал путем сравнения амплитуды напряжения этого источника с амплитудой напряжения на общей нагрузке; кроме того, формируют сигнал сравнения фазы напряжения одного источника с фазой напряжения другого источника путем интегрирования разности эталонного сигнала фазы и суммарного сигнала, соответствующего разности реактивных составляющих токов, а указанные разностные напряжения активных и реактивных составляющих токов формируют как разность соответствующих составляющих токов двух источников. При объединении выходных датчиков тока и напряжения отдельных источников, измеряется общий ток на нагрузке и рассчитывается средний ток, для формирования задания доли тока каждого преобразователя в токе нагрузки.There is a method of controlling static stabilized DC or AC voltage sources operating in parallel for a total load (RU No. 2379812, НОМ 7/5387, published January 20, 2010), which consists in the fact that for each source built on the basis of static converters, generating a control signal by comparing the voltage amplitude of this source with the voltage amplitude at the total load; in addition, a signal is generated for comparing the voltage phase of one source with the voltage phase of another source by integrating the difference between the reference phase signal and the total signal corresponding to the difference of the reactive components of the currents, and these difference voltages of the active and reactive components of the currents are formed as the difference of the corresponding component of the currents of the two sources. When combining the output sensors of current and voltage of individual sources, the total current at the load is measured and the average current is calculated to form the task of the share of the current of each converter in the load current.

Недостатком данного способа управления является то, что он реализует пропорциональное управление как по мгновенным значениям токов, так и по мгновенному значению выходного напряжения в каждом из параллельно работающих источников, и поэтому обладает статическими ошибками при стабилизации общего напряжения и распределении тока нагрузки между источниками. Кроме того, при использовании данного метода применяются дополнительные функциональные элементы - фазовые детекторы, схемы измерения активной и реактивной составляющих токов источников, дополнительные объединения выходных датчиков, что приводит к усложнению и удорожанию схемы источника.The disadvantage of this control method is that it implements proportional control both by the instantaneous values of currents and by the instantaneous value of the output voltage in each of the parallel sources, and therefore has static errors when stabilizing the total voltage and the distribution of the load current between the sources. In addition, when using this method, additional functional elements are used - phase detectors, measurement schemes for the active and reactive components of the source currents, additional combinations of output sensors, which complicates and increases the cost of the source circuit.

Известен способ (RU №2275280, В23K 9/09, опубл. 27.04.2006), в котором система дуговой электросварки включает несколько параллельно соединенных источников питания, работающих на один электрод для осуществления электродуговой сварки импульсами тока с частотой 18 кГц, управляемых формирователями колебаний и схемой, синхронизирующей источники питания по принципу ведущий-ведомый. За счет синхронизации высокоточным интерфейсом параллельно соединенных источников электропитания, выходной переменный ток является суммой токов от параллельно соединенных источников, объединенных после переключателей полярности. Синхронизация между источниками точно координируется платой интерфейса с точностью менее 10 мкс, предпочтительно в диапазоне 1-5 мкс. Эта точность синхронизации координирует и согласует операцию переключения в параллельно соединенных источниках электропитания для обеспечения выходного переменного тока.The known method (RU No. 2275280, B23K 9/09, published April 27, 2006), in which the electric arc welding system includes several parallel-connected power sources operating on a single electrode for performing electric arc welding with current pulses with a frequency of 18 kHz, controlled by oscillation generators and a circuit that synchronizes power sources on a master-slave basis. Due to synchronization by a high-precision interface of parallel connected power sources, the alternating current output is the sum of the currents from parallel connected sources combined after the polarity switches. Synchronization between sources is precisely coordinated by the interface board with an accuracy of less than 10 μs, preferably in the range of 1-5 μs. This synchronization accuracy coordinates and coordinates the switching operation in parallel connected power supplies to provide AC output.

Недостатком данного изобретения является то, что при синхронизации источников питания задаются требования на точность по времени синхронизации, но не учитываются требования по разбалансу скважности, неидентичности нагрузочных характеристик сварочных источников и фазовой задержки импульсов управления в цепях связи, что при параллельной работе будет влиять на точность разбаланса токов между сварочными источниками. Кроме того, предполагается, что данное изобретение может быть использовано с любым стандартным источником питания переменного тока с переключателями для изменения выходной полярности. Дополнительный узел переключения полярности выходного тока увеличивает габариты, массу и снижает КПД источника для сварки.The disadvantage of this invention is that when synchronizing power sources, the requirements for accuracy in synchronization time are set, but the requirements for unbalance of duty cycle, non-identical load characteristics of welding sources and phase delay of control pulses in communication circuits are taken into account, which in parallel operation will affect the accuracy of the unbalance currents between welding sources. In addition, it is contemplated that the present invention can be used with any standard AC power source with switches to change the output polarity. An additional output current polarity switching unit increases the dimensions, weight and reduces the efficiency of the source for welding.

Технический результат заключается в том, чтобы с минимальными схемотехническими изменениями аппаратов, основанными на предварительной настройке системы управления каждого аппарата по параметрам нагрузочной характеристики, фазе и скважности выходных импульсов тока, обеспечить, при групповой работе инверторных преобразователей для увеличения их выходной мощности и повышения технологической надежности, равенство токов в статическом и динамическом режиме преобразователей при допустимом их разбалансе.The technical result is that, with minimal circuitry changes to the devices, based on pre-setting the control system of each device according to the parameters of the load characteristics, phase and duty cycle of the output current pulses, to ensure, in group operation of inverter converters to increase their output power and increase technological reliability, equality of currents in the static and dynamic mode of converters with their permissible imbalance.

Технический результат достигается осуществлением синхронизации ведомого преобразователя по тактовой частоте ведущего преобразователя. Равенство выходных токов преобразователей при допустимом их разбалансе достигается путем снятия для каждого отдельного аппарата его нагрузочной характеристики. При этом с помощью системы управления устанавливается начальная величина нагрузочного тока, изменяется сопротивление нагрузки при фиксированном значении уставки тока и измеряются значения напряжений и токов в выбранных точках и производят их сравнение. Также измеряется фазовый сдвиг и скважность импульсов на выходе аппаратов на этапе их проектирования, и затем производят их сравнение и подстройку для обеспечения идентичности нагрузочных характеристик, фазы и скважности выходных импульсов тока с погрешностью не более 2-5%.The technical result is achieved by synchronizing the slave converter at the clock frequency of the master converter. The equality of the output currents of the converters with their permissible imbalance is achieved by removing its load characteristics for each individual device. In this case, with the help of the control system, the initial value of the load current is established, the load resistance changes at a fixed value of the current setting and the values of voltages and currents at the selected points are measured and compared. The phase shift and duty cycle of the pulses at the output of the devices at the design stage are also measured, and then they are compared and adjusted to ensure the identical load characteristics, phase and duty cycle of the output current pulses with an error of not more than 2-5%.

На фиг.1 приведена схема организации обеспечения групповой работы инверторных преобразователей, с помощью которой возможно осуществление предлагаемого способа.Figure 1 shows a diagram of the organization of the group work of inverter converters, with which it is possible to implement the proposed method.

На фиг.2 приведены:Figure 2 shows:

а) нагрузочные характеристики двух источников питания для электродуговой сварки;a) load characteristics of two power sources for electric arc welding;

б) разность фаз импульсов тока на выходе источников;b) the phase difference of the current pulses at the output of the sources;

в) разность скважностей импульсов тока на выходе источников.c) the duty cycle difference of the current pulses at the output of the sources.

На фиг.3 приведена обобщенная зависимость разбаланса токов между источниками от разницы нагрузочных характеристик, разбаланса фаз и скважности выходных импульсов токаFigure 3 shows a generalized dependence of the imbalance of currents between sources on the difference in load characteristics, phase imbalance and duty cycle of the output current pulses

Схема синхронизации ведомого преобразователя А осуществляется по тактовой частоте ведущего преобразователя Б (фиг.1), состоящего из выпрямителей с выходными накопительными емкостями 1, соединенными последовательно с инверторами 2, которые соединены последовательно с силовыми трансформаторами 3, на вторичной стороне которых установлены датчики тока 4. Ведомый преобразователь А и ведущий преобразователь Б управляются системами управления 5.The synchronization circuit of the slave converter A is carried out according to the clock frequency of the master converter B (Fig. 1), consisting of rectifiers with output storage capacities 1, connected in series with inverters 2, which are connected in series with power transformers 3, on the secondary side of which current sensors 4 are installed. Slave converter A and master converter B are controlled by control systems 5.

Способ осуществляют следующим образом. При синхронизации параллельно включенных преобразователей А, Б по тактовой частоте для обеспечения равенства выходных токов преобразователей при допустимом их разбалансе снимают для каждого отдельного аппарата его нагрузочную характеристику, при которой с помощью системы управления устанавливают начальную величину нагрузочного тока. Далее изменяют сопротивление нагрузки при фиксированном значении уставки тока и измеряют значения напряжений и токов в выбранных точках. Производят их сравнение. Также измеряют фазовый сдвиг и скважность импульсов на выходе аппаратов на этапе их проектирования. Затем производят их сравнение и подстройку для обеспечения идентичности нагрузочных характеристик, фазы и скважности выходных импульсов тока с погрешностью не более 2-5%. Это необходимо, поскольку в реальных условиях обеспечить полную идентичность параметров преобразователей не представляется возможным, и даже при жесткой синхронизации по тактовым импульсам будет иметь место определенный разбаланс нагрузочных токов. При задании жестких и обоснованных требований по идентичности параметров преобразователей А, Б, наиболее сильно влияющих на величину разбаланса токов, можно добиться, чтобы этот разбаланс не превышал заданного допустимого значения. Путем компьютерного моделирования процессов и эксперимента на физических макетах при параллельном соединении преобразователей А, Б для работы на одну общую нагрузку были получены результаты, позволяющие обеспечить разбаланс токов, не превышающий заданного предельного допустимого значения.The method is as follows. When synchronizing parallel-connected converters A, B at the clock frequency, in order to ensure equality of the output currents of the converters with their permissible unbalance, their load characteristic is removed for each individual device, at which the initial value of the load current is set using the control system. Then, the load resistance is changed at a fixed value of the current setting and the voltage and current values at the selected points are measured. They are compared. Also measure the phase shift and duty cycle of the pulses at the output of the devices at the design stage. Then they are compared and adjusted to ensure the identity of the load characteristics, phase and duty cycle of the output current pulses with an error of not more than 2-5%. This is necessary, since in real conditions it is not possible to ensure complete identity of the parameters of the converters, and even with tight synchronization by clock pulses, there will be a certain imbalance in the load currents. When specifying stringent and justified requirements for the identity of the parameters of converters A, B, which most strongly affect the current imbalance, it is possible to ensure that this imbalance does not exceed a predetermined allowable value. By computer simulation of processes and experiments on physical mock-ups with parallel connection of converters A and B for operation on one common load, results were obtained that made it possible to ensure an imbalance of currents not exceeding a given maximum permissible value.

В качестве факторов, которые могут оказывать влияние на разбаланс токов, заданы:The following factors are set as factors that can influence the current imbalance:

- Различие в нагрузочных характеристиках преобразователей (фиг.2а.)- The difference in the load characteristics of the converters (figa.)

- Сдвиг фаз между импульсами тока, связанный с задержкой тактовых импульсов, поступающих на ведомый преобразователь (фиг.2б.)- The phase shift between the current pulses associated with the delay of the clock pulses arriving at the slave Converter (fig.2b.)

- Различие в скважностях импульсов тока из-за различий в коэффициентах передачи и постоянных времени в цепях управления активными ключами (транзисторами преобразователей) (фиг.2в.).- The difference in the duty cycle of the current pulses due to differences in transmission coefficients and time constants in the control circuits of active keys (transistors of converters) (figv.).

Результаты влияния этих факторов на разбаланс токов преобразователей отражены на фиг.3. Таким образом, при задании допустимого значения разбаланса нагрузочных токов в пределе 10% необходимо обеспечить идентичность нагрузочных характеристик, фазы и скважности выходных импульсов с погрешностью не более 2-5%.The results of the influence of these factors on the imbalance of the currents of the converters are reflected in figure 3. Thus, when setting the permissible value of the unbalance of the load currents in the limit of 10%, it is necessary to ensure the identity of the load characteristics, phase and duty cycle of the output pulses with an error of no more than 2-5%.

По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет с минимальными схемотехническими изменениями аппаратов, основанными на предварительной настройке системы управления каждого аппарата по параметрам нагрузочной характеристики, фазе и скважности выходных импульсов тока, обеспечить, при групповой работе инверторных преобразователей для увеличения их выходной мощности и повышения технологической надежности, равенство токов в статическом и динамическом режиме преобразователей при допустимом их разбалансе.Compared with the known solutions, the proposed method allows, with minimal circuitry changes to the devices, based on the preliminary adjustment of the control system of each device according to the parameters of the load characteristics, phase and duty cycle of the output current pulses, to ensure, in group operation, inverter converters to increase their output power and increase technological reliability , equality of currents in the static and dynamic mode of the converters with their permissible imbalance.

Claims (1)

Способ обеспечения групповой работы инверторных преобразователей для питания потребителей знакопеременными импульсами тока повышенной частоты путем осуществления синхронизации ведомого преобразователя по тактовой частоте ведущего преобразователя, отличающийся тем, что равенство выходных токов преобразователей при допустимом их разбалансе достигают путем снятия для каждого отдельного аппарата его нагрузочной характеристики, при котором с помощью системы управления устанавливают начальную величину нагрузочного тока, изменяют сопротивление нагрузки при фиксированном значении уставки тока, измеряют значения напряжений и токов в выбранных точках и производят их сравнение, а также измеряют фазовый сдвиг и скважность импульсов на выходе аппаратов на этапе их проектирования, затем производят их сравнение и подстройку для обеспечения идентичности нагрузочных характеристик, фазы и скважности выходных импульсов тока с погрешностью не более 2-5%. A method of providing group operation of inverter converters for supplying consumers with alternating current pulses of increased frequency by synchronizing the slave converter according to the clock frequency of the leading converter, characterized in that the output currents of the converters with their permissible imbalance are achieved by removing its load characteristic for each individual device, in which using the control system set the initial value of the load current, change from load resistance at a fixed value of the current setting, measure the values of voltages and currents at selected points and compare them, and also measure the phase shift and duty cycle of the pulses at the output of the devices at the design stage, then compare and fine-tune them to ensure the identical load characteristics, phase and the duty cycle of the output current pulses with an error of not more than 2-5%.
RU2013125966/07A 2013-06-05 2013-06-05 Method to arrange grouped operation of reversible converters RU2517199C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125966/07A RU2517199C1 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method to arrange grouped operation of reversible converters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125966/07A RU2517199C1 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method to arrange grouped operation of reversible converters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2517199C1 true RU2517199C1 (en) 2014-05-27

Family

ID=50779407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125966/07A RU2517199C1 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method to arrange grouped operation of reversible converters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2517199C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229921A1 (en) * 1984-10-09 1986-05-07 Новосибирский электротехнический институт Method of controlling two static frequency converters operating in parallel on common load
US4677535A (en) * 1985-04-30 1987-06-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power conversion system
RU2275280C2 (en) * 2001-04-17 2006-04-27 Линкольн Глобал, Инк. Electric arc welding system
RU2379812C1 (en) * 2008-06-02 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method to control static stabilised ac voltage sources operated in parallel to common load

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229921A1 (en) * 1984-10-09 1986-05-07 Новосибирский электротехнический институт Method of controlling two static frequency converters operating in parallel on common load
US4677535A (en) * 1985-04-30 1987-06-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power conversion system
RU2275280C2 (en) * 2001-04-17 2006-04-27 Линкольн Глобал, Инк. Electric arc welding system
RU2379812C1 (en) * 2008-06-02 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method to control static stabilised ac voltage sources operated in parallel to common load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rey et al. Secondary switched control with no communications for islanded microgrids
Renaudineau et al. Efficiency optimization through current-sharing for paralleled DC–DC boost converters with parameter estimation
CN110850194B (en) Working condition simulation test circuit and method for cascaded converter submodule
US20180269805A1 (en) Control of parallel connected power devices
US20160308389A1 (en) Method For Balancing Power In Paralleled Converters
KR101580020B1 (en) Controlling system for multilevel inverter and controlling method for the same
US9285410B2 (en) Control circuit, and power generation device having the same
RU2517199C1 (en) Method to arrange grouped operation of reversible converters
Kabalan et al. Large signal stability analysis of a DC/AC droop controlled inverter connected to an infinite bus
Zeng et al. A droop controller achieving proportional power sharing without output voltage amplitude or frequency deviation
Moussa et al. Optimal angle droop power sharing control for autonomous microgrid
JPWO2018051433A1 (en) Power supply system
Kishan et al. Paralleling of inverters with dynamic load sharing
Dhople Control of low-inertia AC microgrids
JP2017060243A (en) Induction heating apparatus, and output power control method for the same
CN104868492A (en) Power control method of grid connected power supply inversion device
Urtasun et al. Comparison of linear and small-signal models for inverter-based microgrids
JP6459678B2 (en) Distributed power grid interconnection device
US11855459B2 (en) Method for three-phase supply into an alternating voltage network, and three-phase inverter
JP2014072981A (en) Single-phase voltage type ac-dc conversion device
RU2554308C1 (en) Ac mains isolation resistance measurement device
Shabshab et al. Extending control stability results from voltage-source to current-controlled AC or DC power converters
Wu et al. Modeling and control of multi-parallel connected inverters in microgrids
Janjornmanit et al. A power sharing control for microgrids based on extrapolation of injecting power and power-angle control
Zhong Control of parallel-connected inverters to achieve proportional load sharing

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20150629

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190606