单相能馈型交流电子负载的控制与研究

摘要

随着现代科技技术的快速发展，大量电力电子电源装置被普遍应用于社会的各个领域。为了保证这些电力电子电源装置的可靠性，需要在其出厂前进行长时间的老化及电气性能测试。传统老化测试采用电阻箱耗能的办法，具有功率小、调节不便、体积庞大、通风困难等缺点。基于试验自动化、减少开支及节能减排的要求，本文研究了可以准确地模拟各类负载特性并具有能量回馈功能的交流电子负载。　　首先，本文由PWM变换器的原理引出了单相能馈型交流电子负载的工作原理，并通过对各种主电路拓扑结构的分析比较，确定了采用背靠背 PWM变换器组成的主电路拓扑结构。该拓扑结构主要由模拟变换器和并网变换器构成，其中模拟变换器主要对真实负载特性实现准确地模拟，包括纯阻性负载、任意功率因数的感性及容性负载；并网变换器主要将被试电源输出的能量快速、高效地回馈电网。　　其次，对单相能馈型交流电子负载的控制系统进行了设计。考虑到传统控制方式存在控制精度低、动态响应慢、实现难度大等问题，故本文中的模拟变换器采用了单电流环控制方案，并网变换器采用了电流内环及带二次陷波器的电压外环的双闭环控制方案，并且两类变换器中的电流控制器均采用了准 PR控制。为了检验本文设计的控制系统的合理性及有效性，在Matlab仿真软件中搭建了系统模型并进行了仿真验证。　　最后，设计了一台5kW单相能馈型交流电子负载样机。通过软件仿真及样机实验证明了单相能馈型交流电子负载不仅可以准确地模拟真实负载特性，还可以将被试电源输出的能量以单位功率因数回馈电网。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2电子负载定义

1.3交流电子负载的国内外研究现状与发展趋势

1.4本文的主要研究内容与设计目标

1.5本文创新点

第二章 单相能馈型交流电子负载拓扑结构及工作原理

2.1单相能馈型交流电子负载拓扑结构选择

2.2单相能馈型交流电子负载基本原理

2.3本章小结

第三章 单相能馈型交流电子负载控制策略研究

3.1模拟变换器的电流控制方式

3.2负载模拟指令电流的计算

3.3负载模拟变换器控制系统设计

3.4直流母线上谐波成分分析

3.5物理滤波器和数字滤波器的分析比较

3.6并网变换器的控制系统设计

3.7本章小结

第四章 单相能馈型交流电子负载的仿真研究

4.1系统主电路参数设计

4.2单相能馈型交流电子负载仿真研究

4.3本章小结

第五章 系统软硬件设计及实验

5.1单相能馈型交流电子负载系统的硬件电路构成

5.2系统主电路设计

5.3系统的软件设计

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1对本课题的总结

6.2展望

参考文献

致谢