50kW直流能馈型交流电子负载的研制

发布时间：2020-11-16 21:52

　　 随着电气与信息化不断高速发展以及人们对节能意识的不断增强,对于电源出厂测试使用的模拟负载存在巨大能源消耗的问题,本文针对待测逆变电源,研制出一种将测试能量回馈到待测电源输入端的直流能量回馈型交流电子负载。结合常见交流电子负载的基本结构,针对待测逆变电源的输入输出特性,本文采用直流能量回馈的形式,将能量直接回馈至待测电源输入,而不是常规的回馈到电网,这样避免了多次转换造成的损耗,更加节能。最终的拓扑结构采用单相PWM整流变换器和移相全桥DC/DC变换器级联。在分别对两级电路进行分析后,建立了各自的数学模型。前级要实现负载模拟的功能,主要的目标是对输入电流的控制,因此前级采用单电流环的控制。先对PI控制器进行了设计,但PI控制器无法对正弦电流信号做到无静差跟踪。考虑到三相PWM整流器通常会通过坐标变换到同步旋转坐标系进行控制以消除网侧输入电流静差。因此,针对单相PWM整流器而言,进行等效旋转坐标变换也可以达到同样的效果。本文基于旋转坐标变换的无源控制方法,进行了无源控制器的设计。对于后级的控制而言,采用的是直流母线电压外环,并网电流内环的双闭环控制方式,均采用PI控制器。本文采用极点配置的方法分别对电流环和电压环的PI控制器进行了设计。在MATLAB上搭建出整个系统的主电路及控制部分的仿真模型,首先通过仿真对比负载模拟单元分别采用PI控制和无源控制时波形,证明使用无源控制可以有效解决电流静差的问题。随后对交流电子负载的功能进行了仿真,验证了主电路结构和控制策略的可行性。根据待测电源的特性,确定交流电子负载的技术指标后,对主电路中的关键器件进行参数设计和选型。软件整体采用DSP和CPLD联合控制的方式,分别对DSP和CPLD软件部分进行了分析设计。最后进行了小功率样机实验。通过对小功率情况下实验波形进行分析,结果表明可以实现纯阻性负载,阻感性负载和阻容性负载的模拟功能,并且在负载突增和负载突减实验时,有较好的动态性能。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

图 1.2 巴西学者 Ayres CA 提出的交流电子负载随着对能量回馈型交流电子负载的研究进一步深入，台湾学者在电压型 P器的基础上提出一种两级式交流电子负载，结构如图 1.3 所示。该装置可现不同负载特性模拟和电能回馈的功能。其中负载模拟变换器和并网变用电压型 PWM 变换器。并网时采用工频变压器进行隔离。实现输入和输气隔离，提高系统可靠性。待测电源负载模拟变换器并网变换器电网隔离变压器交流电子负载图 1.3 两级结构的试验系统目前，能量回馈型交流电子负载的一般结构[5-6]如图 1.4 所示。这种交流

交流电子负载的一般结构

图 2.1 系统基本结构就虚线框内的直流能量回馈型交流电子负载而言，其输入为三相交流出为直流电。因此整体是一个交-直变换器。从实现方式可以分为交-直变换-直-直变换器。2.1.1 交-直变换器拓扑采用交-直变换器的主电路拓扑结构如图 2.2 所示。图 2.2 交-直变换器实现方式
【参考文献】

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本文编号：2886712