СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГРУППОВОЙ РАБОТЫ ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
METHOD TO ARRANGE GROUPED OPERATION OF REVERSIBLE CONVERTERS

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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%.
На фиг.1 приведена схема организации обеспечения групповой работы инверторных преобразователей, с помощью которой возможно осуществление предлагаемого способа.
На фиг.2 приведены:
а) нагрузочные характеристики двух источников питания для электродуговой сварки;
б) разность фаз импульсов тока на выходе источников;
в) разность скважностей импульсов тока на выходе источников.
На фиг.3 приведена обобщенная зависимость разбаланса токов между источниками от разницы нагрузочных характеристик, разбаланса фаз и скважности выходных импульсов тока
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.
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.
В качестве факторов, которые могут оказывать влияние на разбаланс токов, заданы:
- Различие в нагрузочных характеристиках преобразователей (фиг.2а.)
- Сдвиг фаз между импульсами тока, связанный с задержкой тактовых импульсов, поступающих на ведомый преобразователь (фиг.2б.)
- Различие в скважностях импульсов тока из-за различий в коэффициентах передачи и постоянных времени в цепях управления активными ключами (транзисторами преобразователей) (фиг.2в.).
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%.
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.