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交流稳压电源电子负载的发展历史解析

1.概述

交流稳压电源在研制出产过程中或产品出厂前都需要进行负载试验以查验电源的电气功用和输出才能。现在,电源试验和功用检测一般都是经过无源负载进行的。无源负载包含阻性负载、理性负载、容性负载以及阻感容混合负载等。无源负载在电源试验中,有功电能均经过阻性负载耗费,能耗大、发热量大、稳定性差,并且还存在负载调理不便利等缺陷。

交流稳压电源电子负载是指能模仿实在负载某些特性的电子设备,它不仅可模仿不同数值的电阻、电感、电容及它们的组合,并且关于非线性负载的某些特性也可模仿。电子负载经过操控输入电流到达模仿各种负载的意图,具有调理便利、通用性强、精度高、稳定性好等长处,是电源试验测验用负载的开展方向。

交流稳压电源电子负载又分为能量耗费型和能量回馈型两类,因为输入电流受控,两者均具有电子负载模仿功用强、操控精度高的长处。但能量耗费型电子负载从电源吸收的有功电能仍须经过电阻耗费,而能量回馈电网型电子负载与它的差异在于:一方面,它从被试电源吸收的电能可最许多的为被试电源循环运用,损耗仅仅是变流器的开关损耗和线路损耗,然后最大极限地节省了电能;另一方面,因为所选用的PWM变流器作业在开关状况,与一般作业在扩大状况的电子负载比较它可很容易地完结大功率使用的要求,因而具有更广阔的使用范畴。

能量回馈型电子负载的关键技能是无污染回馈电网技能和负载电流特性模仿技能。现在,选用晶闸管有源逆变回馈电网的技能在国内是成熟技能,该技能在绕线式交流稳压电源异步电机串级调速、直流电动机四象限调速运行等范畴现已得到广泛使用;在电子负载使用方面,也已用于蓄电池出产过程中的极板化成放电和电池放电。但存在回馈电网的电流谐波大、功率因数低一级缺陷,对电网形成污染,约束了它的推广使用。

2.交流稳压电源电子负载开展过程

2.1 针对UPS老化测验的电子负载

针对UPS老化测验的交流稳压电源电子负载的学术研讨已有10余年[1-8]。开始的计划[1-2]相当于在UPS和电网间串入一受控电压源,经过改动受控电压源的电压幅值和相位,使有功用量可回来电网。这种操控计划类似于电压源并入电网,操控战略杂乱并且有功和无功操控不解耦。

交流稳压电源电子负载的发展历史解析

文献[3-6]提出的主电路结构与图1 类似,图1虚线框围住的部分为交流稳压电源电子负载,AC/DC 部分为恣意方法的整流器,其余部分实践为一PWM 整流器,只需直流母线电压高于电网电压峰值,并网电流IRE可坐落任一象限。若将IRE操控为与电网电压相位相差180°,有功用量可回来电网。因为IRE的给定为正弦信号,凭借恰当的操控战略,IRE的波形很挨近正弦,但是UPS 的输入电流IIN若含有谐波,则电网电流IS也将含有谐波。关于大多数UPS而言,输入级为不控整流,然后可能导致IS含有许多谐波形成对电网的污染。

文献[7-8]为处理电流谐波对电网的污染,提出将电网电流IS操控成正弦波。这相当于用电子负载的并网部分完结有源滤波器的功用,涉及到谐波的提取及补偿等方面的内容,需要许多的核算,完结起来很困难。为简化操控,在给定I RE为正弦信号时,将原并网电流IRE的反应取为电网电流IS,逼迫电网电流为正弦波形[7-8]。从给出的试验波形看,电网电流IS虽比原计划[3-6]的波形畸变小,但与规范正弦波形相差较多。

2.2 具有模仿恣意线性负载特性功用的电子负载

文献[9]使用V/I变换电路完结电流扩大器,然后具有负载模仿功用,别离元件许多、操控杂乱、不易完结大功率使用。

文献[10-17]选用PWM整流器作为主电路拓扑,使用PWM整流器可四象限运行的特性,操控输入电流使其与电源电压的相位差可调,然后完结模仿恣意线性负载特性的功用。图2给出了示意图,虚线框内为电子负载,直流母线储存的能量被耗费掉或经过某种方法将有功用量返送回电网。

文献[10,11,21]提出了针对非正弦波形的模仿计划,对跟踪非线性负载电流波形、阶跃电流波形等

进行了一些剖析,但关于稳定性、稳态差错、呼应时间等没有进行定量的剖析。

文献[18-21]提出了一种消除功率管开关引起的电流谐波的计划,在输入级增加了1 个电感和1个电容,如图3所示。经过将L1的电流、L2的电流和C1的电压引进操控系统中,使开关频率次谐波电流经电容泄放,而L1上只要基波电流经过。这种计划从理论上是可行的,但给出的试验成果没有与文献[10-17]的成果进行比较,实践效果不能断定。

2.3 具有能量回馈功用的通用电子负载

文献[11,17,21]提出了具有能量回馈功用的通用电子负载的设计方法,如图4所示。两个PWM 整流器共用一个直流侧电容,与被测电源相连的前级整流器作业在整流状况,与电网相连的后级整流器作业在逆变状况。前级操控器操控被测电源的输出电流,直流母线电压和并网电流的操控由后级操控器完结。在操控上,前后级是解耦的。这种计划在完结恣意线性负载特性模仿功用的同时,有功用量以正弦电流的方法返送回电网,对电网污染很小。

关于被测电源形成的谐波污染,此计划是力不从心的。这些文献针对的都是电压源定频定压的状况,关于被测电压源频率和幅值大规模改变的状况未作考虑,均选用传统PI 或PID 调理器,关于正弦信号,输出必定有稳态差错

3 交流稳压电源电子负载的商场现状

国外交流稳压电源电子负载的出产厂商首要有H&H(德国)、NHR(美国)、Chroma(美国出产)等。我国国内现在只要西安爱科电子有限公司从事交流稳压电源电子负载的出产。

现有的交流稳压电源电子负载产品均能模仿阻性负载,作业方法都包含恒流和恒阻形式,输入电压频率规模为40~500Hz(略有差异)。德国H&H的产品规格完全,单机从0.7 ~ 5.2 kV·A 共7 个等级,最小输入电压可达2 V(RMS),并且具有谐波模仿功用,最大可模仿9 次谐波(基波400 Hz、谐波含量30%)。NHR和Chroma 的产品功用类似,有恒功率、恒压和短路作业形式,可模仿整流负载。NHR仅有4600一种产品,单机功率3 kV·A;Chroma 的63800 系列包含1.5 kV·A和45 kV·A共2个规格。国外产品均没有能量回馈功用和恣意功率因数线性负载模仿功用。

西安爱科的EL6200 单机功率3 kV·A,有恒功率作业形式,可模仿整流负载。能量回馈功用使有功用量绝大部分回来电网且对电网无污染(功率>80%,并网电流THD<2%)。模仿正弦电流时,功率因数和电流有效值可设定,处理了同类产品只能模仿阻性负载的问题。各个公司产品功用及价格如表1所列。

4 结语

交流稳压电源电子负载作为电源测验的重要手法,随着电源测验集成化、一体化的开展趋势,其重要性越来越显着。

交流稳压电源电子负载的发展历史解析

在动力短缺的今日,新动力使用和节省动力已引起了世界各国的高度重视。各类电源在进行各种试验时,尤其是老化试验时耗费许多电能,因而无污染地将能量回馈电网是电子负载开展的必然趋势。

关于用户而言,电子负载和实践负载的差别是其关注的首要目标之一。根据功率开关的电气设备均会引进开关谐波,怎么消除谐波使电子负载的电流波形更挨近实践负载是亟待处理的问题。

专门针对动态测验的电子负载也是未来的开展方向。一些电源须进行谐波负载试验,怎么有效且精确地发生谐波电流源是现存的首要问题之一。对恣意波形的模仿功用是电子负载研讨的终极目标,要完结它,还有很长的路要走。 

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