通用型电子负载系统的设计与实现

发布时间：2017-08-20 03:15

  本文关键词：通用型电子负载系统的设计与实现

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【摘要】：电子负载系统通过控制被试设备的输出电流来模拟真实负载的伏安特性。现有电子负载测试对象单一,功能有限,通用性不强。本文旨在设计通用型电子负载系统,可以用于测试直流设备、单相和三相交流设备,同时可以实现多种能量处理方式。本文对通用型电子负载系统的拓扑结构和电流跟踪控制策略以及能量协调控制策略进行了研究。本文设计的电子负载系统的通用性,体现在多种被试设备的适用性、负载模拟形式的多样性、能量处理策略的灵活性。采用两级式的系统结构,前级负责负载电流模拟,后级负责多种方式能量处理。其中直流电子负载模拟电路为结合Buck和单管双级Boost的电路结构,可以实现更大电压范围内的连续电流和断续电流的跟踪控制。交流电子负载采用复用结构的三相桥式PWM整流电路结构。后级为桥式馈能逆变单元、两级储能单元和耗能单元。直流电流跟踪采用滑模控制策略;单相和三相交流电流跟踪采用基于两相旋转坐标系的PI控制方式,增强了电子负载控制系统的适用性。其中,单相交流采用希尔伯特变换构造虚拟旋转相量后进行坐标变换方法,三相交流采用具有前馈解耦的SVPWM控制方式。本文重点分析电子负载系统能量流动和功率平衡,实现负载模拟单元和馈网逆变单元前后级联动协调控制,简化系统控制结构,确定能量处理的协调控制策略以及系统预启动策略,最终实现优化馈能并网效果,提升能量处理效率。最后,使用MATLAB/Simulink对系统整体进行仿真,验证课题方案的可行性。在仿真的基础上搭建了硬件电路实验平台,通过实验完成多种形式的负载电流模拟,并在后级进行能量储能、耗散和馈能逆变处理。
【关键词】：通用型电子负载 断续电流 电流跟踪技术 能量处理 协调控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题背景与研究的目的和意义8-10
• 1.2 电子负载的研究现状10-14
• 1.3 电流跟踪控制技术的研究现状14-16
• 1.4 设计依据和相关型式试验测试标准16-19
• 1.5 本课题的主要研究内容19-20
• 第2章 多种工作模式的直流电子负载模拟系统设计20-34
• 2.1 基于Buck和级联升压电路的拓扑结构20-23
• 2.1.1 电流连续型直流电子负载拓扑结构21-22
• 2.1.2 斩波输入级的电流断续型拓扑结构22-23
• 2.2 采用滑动模态的直流电流跟踪策略研究23-30
• 2.2.1 滑模控制技术及其基本原理23-26
• 2.2.2 直流电子负载电流跟踪的滑模控制系统26-30
• 2.3 直流电子负载模拟仿真实验结果及分析30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 复用结构的交流电子负载模拟系统设计34-55
• 3.1 VSR结构的交流电子负载前级模拟系统拓扑34-35
• 3.2 电子负载系统主电路元件参数设计及选择35-39
• 3.2.1 交流侧电感值设计35-37
• 3.2.2 中间环节直流母线电容选择37-39
• 3.3 基于两相旋转坐标系的交流负载电流跟踪控制策略39-50
• 3.3.1 三相桥式整流电路的数学模型39-43
• 3.3.2 两相旋转坐标系下的PI控制方式43-49
• 3.3.3 交流电子负载控制系统电流环设计49-50
• 3.4 交流电子负载模拟仿真实验结果与分析50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 能量处理与协调控制策略的研究55-71
• 4.1 能量处理系统能量回馈部分的研究55-56
• 4.1.1 两级式电子负载的通用型馈能电路拓扑55
• 4.1.2 基于PR控制器的双闭环单位功率因数馈能控制方式55-56
• 4.2 综合耗能和储能的能量处理方式56-59
• 4.3 基于瞬时功率平衡和有功平衡的能量协调控制策略59-66
• 4.3.1 直流电子负载能量协调控制策略59-61
• 4.3.2 单相交流电子负载能量协调控制策略61-62
• 4.3.3 三相交流电子负载能量协调控制策略62-63
• 4.3.4 馈网逆变部分仿真实验结果与对比分析63-66
• 4.4 中等功率工作时超级电容和蓄电池的储能处理方式66-67
• 4.5 电子负载系统的预启动过程67-69
• 4.6 通用型电子负载系统总电路拓扑结构69-70
• 4.7 本章小结70-71
• 第5章 电子负载系统实验平台搭建及实验结果71-78
• 5.1 电子负载系统实验平台的设计与搭建71-74
• 5.1.1 功率电路设计71-72
• 5.1.2 控制电路设计72
• 5.1.3 采样调理电路设计72-73
• 5.1.4 供电电源电路设计73-74
• 5.2 电子负载系统功能实现设计74-75
• 5.3 电子负载功能实现结果与分析75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果83-85
• 致谢85

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本文编号：704349