Control system of power supply for resistance welding machine

Поднебенная, С. К. Автоматизированная система управления источником питания машины контактной сварки / С. К. Поднебенная, В. В. Бурлака, С. В. Гулаков // Вісник Приазовського державного технічного університету : зб. наукових праць / ПДТУ. – Маріуполь, 2016. – Вип. 33. – С. 131–140. – (Серія : Технічні науки).В статье рассмотрены существующие способы стабилизации тепловыделения при контактной сварке, реализуемые в тиристорных источниках питания, достоинства и недостатки последних. Разработана система управления преобразователем, осуществляющая контроль энергии, выделяемой в сварочном контакте, причем электрические измерения проводятся только в первичной цепи трансформатора контактной машины. При этом учитываются реальные параметры трансформатора и сварочной цепи. Предложенная система позволяет обеспечить управление сварочным током, избежать влияния отклонений и колебаний питающего напряжения, изменения полного сопротивления сварочной цепи, вызванного внесением ферромагнитных масс в нее, изменения температуры во время сварочного процесса, и тем самым улучшить качество сварных соединений.У статті розглянуті існуючі способи стабілізації тепловиділення при контактному зварюванні, реалізовані в тиристорних джерелах живлення, достоїнства і недоліки останніх. Розроблено систему управління перетворювачем, яка здійснює контроль енергії, що виділяється в зварювальному контакті, причому виміри проводяться тільки у первинному колі трансформатора контактної машини. При цьому враховуються реальні параметри трансформатора і зварювального кола. Запропонована система управління дозволяє забезпечити управління зварювальним струмом, уникнути впливу відхилень та коливань напруги живлення, зміни повного опору зварювального кола, викликаного внесенням феромагнітних мас в нього, зміни температури під час зварювального процесу, і тим самим поліпшити якість зварних з'єднань.This article describes the existing methods of heat energy stabilizing, which are realized in thyristor power supplies for resistance welding machines. The advantages and features of thyristor power supplies have been described. A control system of power supply for resistance welding machine with stabilization of heat energy in a welding spot has been developed. Measurements are performed in primary winding of a welding transformer. Weld spot heating energy is calculated as the difference between the energy, consumed from the mains, and the energy losses in the primary and secondary circuits of the welding transformer as well as the energy losses in the transformer core. Algorithms of digital signal processing of the developed control system are described in the article. All measurements and calculations are preformed automatically in real-time. Input signals to the control system are: transformer primary voltage and current, temperature of the welding circuit. The designed control system ensures control of the welding heat energy and is not influenced by the supply voltage and impedance changes caused by insertion of the ferromagnetic mass in the welding circuit, the temperature change during the welding process. The developed control system for resistance welding machine makes it possible to improve the quality of welded joints, increase the efficiency of the resistance welding machine

On the possibilities of electric power quality control via electric loads with active rectifiers

О возможностях управления параметрами качества электроэнергии со стороны электроприемников с активными выпрямителями / В. В. Бурлака [и др.] // Вісник Приазовського державного технічного університету : зб. наукових праць / ПДТУ. – Маріуполь, 2017. – Вип. 34. – С. 139–147. – (Серія : Технічні науки).В работе предложен способ управления параметрами качества электроэнергии распределительной сети путем модификации алгоритмов управления электроприемниками с активными выпрямителями, питающихся от этой сети. Так, за счет управления реактивной компонентой потребляемого тока таких выпрямителей возможно уменьшение колебаний напряжения в точке общего присоединения (ТОП), причем эффективность такого способа тем выше, чем выше отношение X/R сети. Также возможно снижение коэффициента гармоник напряжения в ТОП за счет интеграции функций параллельных активных фильтров в активные выпрямители. Предложенный способ позволяет ограниченно осуществлять управление потоками неактивной мощности в распределительной сети, что дает возможность повысить качество электроэнергии и снизить требуемую мощность фильтрокомпенсирующих устройств.В роботі запропонований спосіб управління параметрами якості електроенергії в розподільчий мережі шляхом модифікації алгоритмів управління електроприймачами з активними випрямлячами, що живляться від цієї мережі. Так, за рахунок керування реактивною компонентою споживаного струму таких випрямлячів можливе зменшення коливань напруги в точці загального приєднання (ТЗП), причому ефективність такого способу тим вище, чим вище відношення X/R мережі. Також можливе зниження коефіцієнта гармонік напруги в ТЗП за рахунок інтеграції функцій паралельних активних фільтрів в активні випрямлячі. Запропонований спосіб дозволяє обмежено здійснювати управління потоками неактивної потужності в розподільчий мережі, що дає можливість підвищити якість електроенергії і знизити необхідну потужність фільтрокомпенсуючих пристроїв.The paper proposes a method for controlling the electric power quality parameters in a distribution network by modifying the control algorithms for electric loads equipped with active rectifiers fed from this network. Thus, by controlling the reactive component of the input current of such rectifiers, it is possible to reduce the voltage fluctuations at the point of common connection (PCC), the efficiency of such a method being higher the higher the X/R ratio of the network is. It is also possible to reduce the voltage harmonics in the PCC by integrating the functions of parallel active filters into active rectifiers. The proposed method allows for limited control over the flow of inactive power in the distribution network, which makes it possible to improve the electric power quality and reduce the required power of the filter compensating devices. The proposed algorithm for controlling the active rectifier is tested on the mathematical model of group loads. A group of high power resistance welding machines (RWMs) operating randomly with a normal probability distribution connected to 0,4 kV grid as a non-stationary load is used. The application of the proposed reactive current control method in the RWM power supplies made it possible to reduce the voltage fluctuations in 0,4 kV grid from 12% to 5%

Зависимости характеристик кремниевых фотоумножителей от температуры

The characteristics dependence on the ambient temperature for three types of silicon photoelectronic multipliers have been studied in this research. The prototypes of Si-photoelectronic multipliers with a p+–p–n+ structure produced by JSC Integral (Republic of Belarus), serially produced silicon photoelectronic multipliers KETEK РМ3325 and ON Semi FC 30035 have been used as objects of research. We present the setup diagram and research technique. Measurements of the photocurrent magnitude versus the illumination intensity, calculations of the critical and threshold intensities, and the dynamic range have been performed. We also present the photocurrent dependences on the illumination intensity at different ambient temperatures. As it was found, these dependences have a linear section, the length of which characterizes the critical intensity value, and the inclination angle of the linear section to the intensity axis characterizes the photodetector sensitivity to optical radiation. It has been determined that the temperature increase leads to an increase in the critical intensity value and to a decrease in the sensitivity value. We present the dependences of the threshold intensity on the overvoltage at different ambient temperatures. The dependence of the threshold intensity on overvoltage is most strongly pronounced when the supply voltage is below the breakdown voltage. It was found that the threshold intensity is increased with the temperature increase and the threshold intensity dependence on the temperature is the same for all investigated photodetectors. It was found that the dynamic range value is decreased with the temperature increase, which is caused by a more significant change in the threshold intensity as compared to the critical one. The results given in this article can be applied when developing and designing the tools and devices for recording optical radiation based on silicon photoelectronic multipliers.Изучены зависимости характеристик от температуры окружающей среды трех типов кремниевых фотоумножителей. В качестве объектов исследования использовались опытные образцы Si-ФЭУ со структурой p+–p–n+ производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь), серийно выпускаемые Si-ФЭУ KETEK РМ3325 и ON Semi FC 30035. Приведена схема установки и методика исследования. Выполнены измерения величины фототока от интенсивности засветки, расчеты критической и пороговой интенсивности, динамического диапазона регистрируемого оптического излучения. Представлены зависимости фототока от интенсивности засветки при разных температурах окружающей среды. Установлено, что данные зависимости имеют линейный участок, длина которого характеризует значение критической интенсивности излучения, а угол наклона линейного участка к оси интенсивности – чувствительность Si-ФЭУ к оптическому излучению. Определено, что рост температуры приводит к ро- сту величины критической интенсивности и снижению чувствительности. Представлены зависимости пороговой интенсивности излучения от перенапряжения при разных температурах окружающей среды. Наиболее сильно зависимость пороговой интенсивности от перенапряжения проявляется при напряжении питания ниже напряжения пробоя. Установлено, что пороговая интенсивность излучения повышается с ростом температуры и зависимость пороговой интенсивности от температуры одинакова для всех исследуемых Si-ФЭУ. Определено, что значение динамического диапазона с ростом температуры уменьшается, что вызвано более значительным изменением пороговой интенсивности по сравнению с критической. Результаты исследований могут найти применение при разработке и конструировании приборов и устройств для регистрации оптического излучения на основе Si-ФЭУ

ПРЯМОХОДОВЕ ІНВЕРТОРНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ПРЯМОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ З КОРЕКЦІЄЮ КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ

A topology of inverter-type power supply with three-phase input and active power factor correction is presented. The power supply uses the direct conversion principle, which makes it possible to reduce the energy losses in the converter, and is based on a VIENNA Rectifier topology. The presented power supply provides galvanic isolation of the output by means of high frequency forward transformers replacing input inductors of a VIENNA topology. Secondary-side rectifiers are connected in series, which eliminates the output voltage ripple on the 6th harmonic of the mains frequency. Furthermore, forward transformers’ magnetization and leakage energy is also transferred to the output by means of a low-power auxiliary half-bridge converter. The proposed forward VIENNA-based converter shows higher power density compared to its flyback counterpart. However, due to high input current ripple, additional input filtering is mandatory.В статье представлен инверторный источник питания с трехфазным входом и активной коррекцией коэффициента мощности. Схема построена с использованием принципа прямого преобразования, что дает возможность снизить потери энергии в преобразователе. Источник обеспечивает гальваническую развязку выхода посредством высокочастотных прямоходовых трансформаторов.У статті представлено інверторне джерело живлення з трифазним входом і активною корекцією коефіцієнта потужності. Схему побудовано з використанням принципу прямого перетворення, що дає можливість знизити втрати енергії в перетворювачі. Джерело живлення забезпечує гальванічну розв’язку виходу за допомогою високочастотних прямоходових трансформаторів

ПРЯМОХОДОВЕ ІНВЕРТОРНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ПРЯМОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ З КОРЕКЦІЄЮ КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ

A topology of inverter-type power supply with three-phase input and active power factor correction is presented. The power supply uses the direct conversion principle, which makes it possible to reduce the energy losses in the converter, and is based on a VIENNA Rectifier topology. The presented power supply provides galvanic isolation of the output by means of high frequency forward transformers replacing input inductors of a VIENNA topology. Secondary-side rectifiers are connected in series, which eliminates the output voltage ripple on the 6th harmonic of the mains frequency. Furthermore, forward transformers’ magnetization and leakage energy is also transferred to the output by means of a low-power auxiliary half-bridge converter. The proposed forward VIENNA-based converter shows higher power density compared to its flyback counterpart. However, due to high input current ripple, additional input filtering is mandatory.В статье представлен инверторный источник питания с трехфазным входом и активной коррекцией коэффициента мощности. Схема построена с использованием принципа прямого преобразования, что дает возможность снизить потери энергии в преобразователе. Источник обеспечивает гальваническую развязку выхода посредством высокочастотных прямоходовых трансформаторов.У статті представлено інверторне джерело живлення з трифазним входом і активною корекцією коефіцієнта потужності. Схему побудовано з використанням принципу прямого перетворення, що дає можливість знизити втрати енергії в перетворювачі. Джерело живлення забезпечує гальванічну розв’язку виходу за допомогою високочастотних прямоходових трансформаторів

КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ З ПЛАВНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ

Reactive power compensation devices are widely used: thyristor-control reactors (TCR) and thyristor-switched capacitors (TSC). The TCR disadvantages are discussed. The TSC disadvantages are: influence of higher harmonics on nonsinusoidal voltage power system, the inability to ensure the smooth regulation. The proposed reactive power compensator consists of series with active filter and capacitors with step switch. Reactive power compensator’s control system is proposed. Hysteretic control of the inverter with current feedback is applied. DC-voltage regulator provides balance of active power. The control system allows overcompensation or undercompensation of reactive power modes. Reactive power distribution regulator performs the redistribution of power between switching capacitors and active filter. Minimization condition of this regulator is active filter’s power. Adjustment properties of reactive power compensator are analyzed. The choice of relations between the capacitors TSC steps to minimize the installed capacity of the active filter and the number of stages in TSC is considered. The approach that makes possible to «isolate» capacitors from harmonic currents and provide smooth control of reactive power is proposedПредложено схемное решение гибридного компенсатора реактивной мощности, состоящего из последовательного активного фильтра и батареи конденсаторов (БК) с тиристорным переключением ступеней, что позволяет «изолировать» БК от токов высших гармоник и обеспечить плавное регулирование реактивной мощности. Рассмотрены вопросы выбора соотношений между емкостями ступеней БК, позволяющих минимизировать установленную мощность активного фильтра и количество ступеней в БКРозглянуто широко використовувані пристрої компенсації реактивної потужності (ПКРМ) – батареї конденсаторів (БК) з тиристорним перемиканням, проведено аналіз їх недоліків: вплив вищих гармонік при несинусоїдальній напрузі мережі, неможливість забезпечити плавність регулювання. Запропоновано схемне рішення УКРМ, що складається з послідовного активного фільтра і БК із ступінчастим перемиканням, що дозволяє «ізолювати» БК від струмів вищих гармонік і забезпечити плавне регулювання реактивної потужності. Розглянуто питання вибору співвідношень між ємностями ступенів БК, що дозволяють мінімізувати встановлену потужність активного фільтра і кількість ступенів у Б

Improvement of Bi-Directional Three-Phase Converter

The paper proposes an original scheme of the bi-directional three-phase converter (BTC) with high power factor. A unique feature of the converter is the introduction of a special high-frequency voltage-boost inverter which allows to stabilize output voltage and reduce  harmonic distortion of mains current.A distinctive feature of the developed converter is a small number of quick-acting fully-controlled semiconductor switches in the power path.A voltage-boost inverter of the developed converter operates only with a fraction of the converter output power. It is shown that with an optimally chosen output voltage, the power rating of the voltage-boost inverter may be equal to only 4.5% of the output power.The developed converter ensures operation with an input power factor of 0.95 in the rectifier mode and –0.89 in the regenerative mode, the input current harmonic distortion is about 31 % and 50 %, respectively

КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ З ПЛАВНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ

Reactive power compensation devices are widely used: thyristor-control reactors (TCR) and thyristor-switched capacitors (TSC). The TCR disadvantages are discussed. The TSC disadvantages are: influence of higher harmonics on nonsinusoidal voltage power system, the inability to ensure the smooth regulation. The proposed reactive power compensator consists of series with active filter and capacitors with step switch. Reactive power compensator’s control system is proposed. Hysteretic control of the inverter with current feedback is applied. DC-voltage regulator provides balance of active power. The control system allows overcompensation or undercompensation of reactive power modes. Reactive power distribution regulator performs the redistribution of power between switching capacitors and active filter. Minimization condition of this regulator is active filter’s power. Adjustment properties of reactive power compensator are analyzed. The choice of relations between the capacitors TSC steps to minimize the installed capacity of the active filter and the number of stages in TSC is considered. The approach that makes possible to «isolate» capacitors from harmonic currents and provide smooth control of reactive power is proposedПредложено схемное решение гибридного компенсатора реактивной мощности, состоящего из последовательного активного фильтра и батареи конденсаторов (БК) с тиристорным переключением ступеней, что позволяет «изолировать» БК от токов высших гармоник и обеспечить плавное регулирование реактивной мощности. Рассмотрены вопросы выбора соотношений между емкостями ступеней БК, позволяющих минимизировать установленную мощность активного фильтра и количество ступеней в БКРозглянуто широко використовувані пристрої компенсації реактивної потужності (ПКРМ) – батареї конденсаторів (БК) з тиристорним перемиканням, проведено аналіз їх недоліків: вплив вищих гармонік при несинусоїдальній напрузі мережі, неможливість забезпечити плавність регулювання. Запропоновано схемне рішення УКРМ, що складається з послідовного активного фільтра і БК із ступінчастим перемиканням, що дозволяє «ізолювати» БК від струмів вищих гармонік і забезпечити плавне регулювання реактивної потужності. Розглянуто питання вибору співвідношень між ємностями ступенів БК, що дозволяють мінімізувати встановлену потужність активного фільтра і кількість ступенів у Б