交直流馈能型电子模拟负载装置及其控制方法制造方法及图纸

一种交直流馈能型电子模拟负载装置及其控制方法，由控制器、输入侧变换单元、输入侧H桥逆变单元、隔离高频变压器、输出侧H桥整流单元、输出侧变换单元、显示单元、输入电压互感器、输入电流互感器、输出电压互感器、输出电流互感器、直流电压互感器、输入交流端子、输出交流端子和输出直流端子构成，它是一个能量反馈的电子模拟负载，输出反馈到交流或直流电源。输入侧可以模拟恒功率、恒电流、恒阻抗三种模式，此外，可以模拟各种负荷特性曲线、功率因数可调，通过显示单元面板进行设置，也可以通过通讯由上位机进行设置。本发明专利技术负载测试研究节电优势明显，具有灵活模拟各种负载特性、交直流反馈的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别是一种交直流馈能型电子模拟负载装置及其控制方法。
技术介绍
随着电力电子装置应用的日益广泛，新产品、新技术越来越多。目前,各种电力电子装置出厂实验、使用前的可靠性实验(主要是老化实验)一般都是采用电阻能耗放电的办法进行物理实验，同时对其它负荷特性难以进行测试与试验。为克服这一问题,需要通过电子模拟功率负载进行试验。它是一种利用电力电子技术、计算机控制技术及电力系统自动化技术设计实现的,用于对各种直流电源进行考核试验的实验装置。本设计与一般电子负载的区别在于:一方面,它从被试电源吸收的电能最大量的可为被试电源循环使用,其损耗仅仅是PWM变流器的开关损耗和线路损耗,从而最大限度的节约了能量；另一方面,由于所采用的PWM变流器工作在开关状态,与一般工作在放大状态的电子负载相比它很容易实现大功率应用的要求,从而具有更广阔的应用领域。本专利技术用于替代传统电阻型功率负载进行相关的功率实验,也可应用于仪器设备的测试实验,并且满足IEEE-519标准。本专利技术与电阻型负载相比它有以下的优点:①因为它的工作方式是利用电力电子变换技术在完成测试功率实验的前提下,将待试设备的输出能量反馈到电网,节约了能源,另一方面又不产生大量的热量,避免了试验场所环境温度升高的问题；②体积小、重量轻。由于该电子负载没有把试验的功率变成热量,因此不必使用体积庞大的电阻箱及冷却设备,因而节约了安装空间；③所模拟的功率连续可调。众所周知,电阻负载在功率较高时不得不采用有级调节,在使用时受到很大限制,用户在具体使用时可通过计算机界面设定所需要的功率(或电源输出电流)-时间变化曲线,设备起动后其负载大小就严格按设定运行；④由于采用的是能量回馈方式,因此,试验场所不必配备较大的电源容量。已有的电子反馈负载功能单一，难以满足高速发展的电力电子技术需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种交直流馈能型电子模拟负载装置及其控制方法，该装置负载测试研究节电优势明显，具有灵活模拟各种负载特性、交直流反馈的特点。本专利技术的技术解决方案如下：一种交直流馈能型电子模拟负载装置，其特点在于该装置包括：控制器、输入侧变换单元、输入侧H桥逆变单元、隔离高频变压器、输出侧H桥整流单元、输出侧变换单元、输入电压互感器、输入电流互感器、输出电压互感器、输出电流互感器、直流电压互感器、输入交流端子、输出交流端子、输出直流端子和显示单元，所述的输入侧变换单元的输入端与所述的输入交流端子相连，该输入侧变换单元的输出端与所述的输入侧H桥逆变单元的输入端相连，该输入侧H桥逆变单元的输出端与所述的隔离高频变压器的输入端相连，该隔离高频变压器的输出端与所述的输出侧H桥整流单元的输入端相连，所述的输出侧H桥整流单元的输出端和所述的输出侧变换单元的输入端相连，所述的输出侧变换单元的输出端与所述的输出交流端子相连；所述的输出直流端子接所述的输出侧H桥整流单元的输出端；所述的直流电压传感器的输入侧与所述的输出侧H桥整流单元的输出端相连；所述的输入电压互感器的输入侧与所述的输入侧变换单元的输入端的主电路相连，所述的输入电压互感器的电压信号输出端与所述的控制器对应的输入电压信号输入端口相连；所述的输入电流互感器串接在所述的输入侧变换单元和所述的输入交流端子之间的电路中，该输入电流互感器的交流电流信号输出端与所述的控制器的交流输入电流信号的输入端口相连；所述的输出电压互感器的输入侧与所述的输出侧变换单元的输出端的主电路相连，所述的输出电压互感器的电压信号输出端与所述的控制器的输出交流电压信号的输入端口相连；所述的输出电流互感器串接在所述的输出侧变换单元的输出端的电路中，该输出电流互感器的电流信号输出端与所述的控制器的输出电流信号输入端口相连；所述的直流电压传感器的电压信号输出端与所述的控制器的直流电压信号输入端口相连；所述的控制器的输出脉宽调制信号PWMS123、PWMO123端口分别与所述的输入侧变换单元的PWM控制信号端、所述的输出侧变换单元的PWM控制信号端相连；所述的控制器的本地通讯端口与所述的显示单元的通讯端口相连，所述的控制器的远端通讯端口与上位机通讯相连。所述输入侧变换单元与输出侧变换单元均包括与交流三相连接的三相逆变结构和公共直流母线电容，其中每相逆变结构都包括：第一绝缘栅双极型晶体管(简称为IGBT)和第二IGBT，所述的第一IGBT的发射极连接所述的第二IGBT的集电极，所述的第一IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容与所述的第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述的第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM信号输出端相连，所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变单元的直流电压UDC；由于第一IGBT的控制端和第二IGBT的控制端的控制信号相反，控制单元的逆变单元PWM信号输出端输出的逆变单元PWM信号可经外部反相器或者由控制单元内部生成相反的逆变单元PWM信号，然后将逆变单元PWM信号和相反的逆变单元PWM信号对应输入第一IGBT的控制端和第二IGBT的控制端。所述的输入侧H桥逆变单元和输出侧H桥逆变单元均包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT，所述的第一IGBT的发射极连接所述第三IGBT的集电极，第一IGBT的集电极通过公共直流母线电容与所述的第三IGBT的发射极连接；所述的第二IGBT的发射极连接所述的第四IGBT的集电极，所述的第二IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容与所述第四IGBT的发射极连接；所述的第一IGBT的控制端和第三IGBT的控制端的控制信号相反，第二IGBT的控制端和第四IGBT的控制端的控制信号相反；第一IGBT的控制端和第四IGBT的控制端的控制信号相同，第二IGBT的控制端和第三IGBT的控制端的控制信号相同，所述的控制信号由本地产生，为10k～50kHz频率、50％占空比的信号。所述的交直流馈能型电子模拟负载装置的控制方法，其特点在于该方法包括输出侧变换单元控制方法、输入侧变换单元控制方法和能量反馈优化方法。于所述的输出侧变换单元控制方法包括下列步骤：①给定第1比例积分器、第2比例积分器、第3比例积分器的控制参数：1<kp1<100、0.1<ki1<10、1<kp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流馈能型电子模拟负载装置，其特征在于该装置包括：控制器(2)、输入侧变换单元(3)、输入侧H桥逆变单元(4)、隔离高频变压器(5)、输出侧H桥整流单元(6)、输出侧变换单元(7)、输入电压互感器(8)、输入电流互感器(9)、输出电压互感器(10)、输出电流互感器(11)、直流电压互感器(12)、输入交流端子(13)、输出交流端子(14)、输出直流端子(15)和显示单元(16)，所述的输入侧变换单元(3)的输入端与所述的输入交流端子(13)相连，该输入侧变换单元(3)的输出端与所述的输入侧H桥逆变单元(4)的输入端相连，该输入侧H桥逆变单元(4)的输出端与所述的隔离高频变压器(5)的输入端相连，该隔离高频变压器(5)的输出端与所述的输出侧H桥整流单元(6)的输入端相连，所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端和所述的输出侧变换单元(7)的输入端相连，所述的输出侧变换单元(7)的输出端与所述的输出交流端子(14)相连；所述的输出直流端子(15)接所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端；所述的直流电压传感器(12)的输入侧与所述的输出侧H桥整流单元(6)的输出端相连，所述的直流电压传感器(12)的电压信号输出端与所述的控制器(2)对应的直流电压信号输入端口(UDC)相连；所述的输入电压互感器(8)的输入侧与所述的输入侧变换单元(3)的输入端的主电路相连，所述的输入电压互感器(8)的电压信号输出端与所述的控制器(2)对应的输入电压信号输入端口(Us)相连；所述的输入电流互感器(9)串接在所述的输入侧变换单元(3)和所述的输入交流端子(13)之间的电路中，该输入电流互感器(9的交流电流信号输出端与所述的控制器(2)的交流输入电流信号的输入端口(Is)相连；所述的输出电压互感器(10)的输入侧与所述的输出侧变换单元(7)的输出端的主电路相连，所述的输出电压互感器(10)的电压信号输出端与所述的控制器(2)的输出交流电压信号的输入端口(Uo)相连；所述的输出电流互感器(11)串接在所述的输出侧变换单元(7)的输出端的电路中，该输出电流互感器(11)的电流信号输出端与所述的控制器(2)的输出电流信号输入端口(Io)相连；所述的直流电压传感器(12)的电压信号输出端与所述的控制器(2)的直流电压信号输入端口相连；所述的控制器(2)的输出脉宽调制信号PWMS123、PWMO123端口分别与所述的输入侧变换单元(3)的PWM控制信号端、所述的输出侧变换单元(7)的PWM控制信号端相连；所述的控制器(2)的本地通讯端口与所述的显示单元(16)的通讯端口相连，所述的控制器(2)的远端通讯端口与上位机通讯相连。...

【技术特征摘要】
1.一种交直流馈能型电子模拟负载装置，其特征在于该装置包括：控制器(2)、输入
侧变换单元(3)、输入侧H桥逆变单元(4)、隔离高频变压器(5)、输出侧H桥整流单元(6)、
输出侧变换单元(7)、输入电压互感器(8)、输入电流互感器(9)、输出电压互感器(10)、
输出电流互感器(11)、直流电压互感器(12)、输入交流端子(13)、输出交流端子(14)、
输出直流端子(15)和显示单元(16)，
所述的输入侧变换单元(3)的输入端与所述的输入交流端子(13)相连，该输入侧变换
单元(3)的输出端与所述的输入侧H桥逆变单元(4)的输入端相连，该输入侧H桥逆变单
元(4)的输出端与所述的隔离高频变压器(5)的输入端相连，该隔离高频变压器(5)的输
出端与所述的输出侧H桥整流单元(6)的输入端相连，所述的输出侧H桥整流单元(6)的
输出端和所述的输出侧变换单元(7)的输入端相连，所述的输出侧变换单元(7)的输出端
与所述的输出交流端子(14)相连；所述的输出直流端子(15)接所述的输出侧H桥整流单
元(6)的输出端；所述的直流电压传感器(12)的输入侧与所述的输出侧H桥整流单元(6)
的输出端相连，所述的直流电压传感器(12)的电压信号输出端与所述的控制器(2)对应的直
流电压信号输入端口(UDC)相连；
所述的输入电压互感器(8)的输入侧与所述的输入侧变换单元(3)的输入端的主电路相
连，所述的输入电压互感器(8)的电压信号输出端与所述的控制器(2)对应的输入电压信号
输入端口(Us)相连；所述的输入电流互感器(9)串接在所述的输入侧变换单元(3)和所述
的输入交流端子(13)之间的电路中，该输入电流互感器(9的交流电流信号输出端与所述的
控制器(2)的交流输入电流信号的输入端口(Is)相连；
所述的输出电压互感器(10)的输入侧与所述的输出侧变换单元(7)的输出端的主电路相
连，所述的输出电压互感器(10)的电压信号输出端与所述的控制器(2)的输出交流电压信号
的输入端口(Uo)相连；所述的输出电流互感器(11)串接在所述的输出侧变换单元(7)的输
出端的电路中，该输出电流互感器(11)的电流信号输出端与所述的控制器(2)的输出电流信
号输入端口(Io)相连；所述的直流电压传感器(12)的电压信号输出端与所述的控制器(2)
的直流电压信号输入端口相连；
所述的控制器(2)的输出脉宽调制信号PWMS123、PWMO123端口分别与所述的输入侧变换单
元(3)的PWM控制信号端、所述的输出侧变换单元(7)的PWM控制信号端相连；所述的控
制器(2)的本地通讯端口与所述的显示单元(16)的通讯端口相连，所述的控制器(2)的
远端通讯端口与上位机通讯相连。
2.根据权利要求1所述的交直流馈能型电子模拟负载装置，其特征在于，所述输入侧变
换单元(3)与输出侧变换单元(7)均包括与交流三相连接的三相逆变结构和公共直流母线
电容(C)，其中每相逆变结构都包括：第一绝缘栅双极型晶体管(简称为IGBT)和第二IGBT，
所述的第一IGBT的发射极连接所述的第二IGBT的集电极，所述的第一IGBT的集电极通过所
述公共直流母线电容与所述的第二IGBT的发射极连接，作为逆变单元的控制端的所述的第一
IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相逆变单元PWM信号对应的控制单元的逆变单元PWM
信号输出端相连，所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相反，第二IGBT的集电极为逆
变单元的交流输出端，所述公共直流母线电容两端为逆变单元的直流输入端，其电压为逆变
单元的直流电压UDC；
由于第一IGBT的控制端和第二IGBT的控制端的控制信号相反，控制单元的逆变单元PWM
信号输出端输出的逆变单元PWM信号可经外部反相器或者由控制单元内部生成相反的逆变单
元PWM信号，然后将逆变单元PWM信号和相反的逆变单元PWM信号对应输入第一IGBT的控制
端和第二IGBT的控制端。
3.根据权利要求1所述的交直流馈能型电子模拟负载装置，其特征在于，所述的输入侧
H桥逆变单元(4)和输出侧H桥逆变单元(6)均包括：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、
第四IGBT，所述的第一IGBT的发射极连接所述第三IGBT的集电极，第一IGBT的集电极通
过公共直流母线电容(C)与所述的第三IGBT的发射极连接；所述的第二IGBT的发射极连接
所述的第四IGBT的集电极，所述的第二IGBT的集电极通过所述公共直流母线电容(C)与所
述第四IGBT的发射极连接；
所述的第一IGBT的控制端和第三IGBT的控制端的控制信号相反，第二IGBT的控制端和
第四IGBT的控制端的控制信号相反；第一IGBT的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国杰，齐琛，韩蓓，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31