Спосіб управління трифазно-однофазним перетворювачем джерела живлення машини контактного зварювання з корекцією коефіцієнта потужності

Authors:

С. К. Поднебенна, канд. техн. наук, доцент, orcid.org/0000-0002-0878-1492, Державний вищий навчальний заклад „Приазовський державний технічний університет“, м. Маріуполь, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. В. Бурлака, канд. техн. наук, доцент, orcid.org/0000-0002-8507-4070, Державний вищий навчальний заклад „Приазовський державний технічний університет“, м. Маріуполь, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С. В. Гулаков, доктор техн. наук, професор, orcid.org/0000-0002-6165-3641, Державний вищий навчальний заклад „Приазовський державний технічний університет“, м. Маріуполь, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Abstract:

Мета. Удосконалення способу управління трифазно-однофазним матричним перетворювачем джерела живлення однофазної машини контактного зварювання, що дозволяє забезпечити електромагнітну сумісність такого джерела з мережею, підвищити його енергоефективність за рахунок зниження частоти перемикання силових ключів, зменшення втрат потужності у ньому.

Методика. Для дослідження енергетичних характеристик джерел живлення машин контактного зварювання використані методи математичного та імітаційного моделювання. Синтез системи управління виконаний на підставі отриманих закономірностей, характеристик і узагальнених вимог до джерел живлення машин контактного зварювання.

Результати. Розроблено алгоритм управління трифазно-однофазним матричним перетворювачем джерела живлення машини контактного зварювання. Синтезована система управління на основі цього алгоритму. Проведене математичне моделювання джерела живлення із розробленою системою управління. Розроблено спосіб управління безпосереднім перетворювачем джерела живлення машини контактного зварювання, що забезпечує електромагнітну сумісність з мережею живлення та має високі показники енергоефективності.

Наукова новизна. Запропоновано спосіб керування трифазно-однофазним матричним перетворювачем, що полягає в послідовній комутації двоспрямованих ключів. Їх включення здійснюється в залежності від напруги мережі за заданим алгоритмом. Моменти комутації визначаються часом досягнення інтеграла струму величиною опорного заряду, розрахованого відповідно до величини активного опору, імітованого комплексом „перетворювач + навантаження“.

Практична значимість. Використання для живлення машини контактного зварювання безпосереднього перетворювача частоти, управління яким здійснюється за розробленим алгоритмом, дає можливість забезпечити електромагнітну сумісність джерела з мережею живлення й підвищити його енергоефективність за рахунок зниження частоти перемикання силових ключів, зменшення втрат потужності у ньому.

References.

1. Podnebennaya, S. K., Burlaka, V. V. and Gulakov, S. V., 2016. On the problem of providing electromagnetic compatibility of power sources of resistance welding machines with electric mains. The Paton Welding Journal, 12, pp. 50–54.

2. Podnebenna, S. K., Burlaka, V. V. and Gulakov, S. V., 2017. Three-Phase Power Supply for Resistance Welding Machine with Corrected Power Factor. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, рр. 67–72.

3. Nguyen-Quang, N., Stone, D. A., Bingham, C. M. and Foster, M. P., 2009. A three-phase to single-phase matrix converter for high-frequency induction heating. In: Power Electronics and Applications, EPE ‘09, 13^th European Conference on Power Electronics and Applications [online]. Available at: <https://ieeexplore.ieee.org/document/5278792/> [Accessed 15 April 2017].

4. Rivera, M., Munoz, J., Baier, C. and Rodriguez, J.,  2013. A Simple Predictive Current Control of a Single-Phase Matrix Converter. In: 4^th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, Istanbul, Turkey, pp. 235–239. DOI: 10.1109/PowerEng.2013.6635612.

5. Rodriguez, J., Rivera, M., Kolar, J. and Wheeler, P. W., 2012. A Review of Control and Modulation Methods for Matrix Converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59(1), pp. 58–70. DOI: 10.1109/TIE.2011.2165310.

6. Mengoni, M., Zarri, L., Tani, A., Rizzoli, G., Serra, G. and Casadei, D., 2016. Modulation Strategies for Three-Phase AC-DC Matrix Converters: a Comparison. 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). DOI: 10.1109/ECCE.2016.7855274.

7. Kunov, G., Antchev, M. and Gadjeva, E., 2010. Computer Modeling of Three-Phase to Single-Phase Matrix Converter Using MATLAB. Electronics [pdf], 14(1), pp. 50–54. Available at: <http://electronics.etfbl.net/journal/Vol14No1/xPaper_10.pdf> [Accessed 7 May 2017].

8. Mykhalskyi, V. M., Sobolev, V. M., Chopyk, V. V., Po­lishchuk, S. Y. and Shapoval, I. A., 2017. Reduction of the Input Current Harmonic Content in Matrix Converters under Unbalance of the Input Voltages and the Load. In: 2017 IEEE 37^th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), pp. 485‒ 489. DOI: 10.1109/ELNANO.2017.7939807.

9. Gruson, F., Moigne, P., Delarue, P., Videt, A. and Cimetiere, X., 2013. A Simple Carrier-Based Modulation for the SVM of the Matrix Converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, pp. 947‒956. DOI: 10.1109/TII.2012.2224354.

10. Jun-ichi Itoh and Kazuhiro Koiwa, 2016. A Maximum Power Density Design Method for Nine Switches Matrix Converter Using SiC-MOSFET. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(2),  pp. 1189–1202.

11. Yushan, Liu, Weihua, Liang, Baoming, Ge, Haitham, Abu-Rub and Ning, Nie, 2017. Quasi-Z-Source Three-to-Single-Phase Matrix Converter and Ripple Power Compensation Based on Model Predictive Control. IEEE Transactions on Industrial Electronics, pp. 5146‒5156. DOI: 10.1109/TIE.2017.2752122.

 повний текст / full article