專利名稱：三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于負(fù)載模擬技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電子負(fù)載模擬裝置，具體涉及一種 三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了廣泛的應(yīng)用； 如電力有源濾波器、靜止無功補(bǔ)償器、不間斷電源、交流穩(wěn)壓電源、通信電源等直流電源。這 些產(chǎn)品在出廠時(shí)都要進(jìn)行各種特性測(cè)試，如可靠性試驗(yàn)、輸出特性試驗(yàn)等，以考驗(yàn)其各種技 術(shù)指標(biāo)和性能。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是采用電阻箱、滑線變阻器、電感和電容等物理負(fù)載的方法 進(jìn)行。使用這些負(fù)載時(shí)主要存在三方面的問題首先是需要準(zhǔn)備大量的各種規(guī)格的物理負(fù) 載，使得缺乏靈活性、且投資較大；其次是無法模擬如恒流負(fù)載、非線性負(fù)載等具有特殊特 性的負(fù)載；第三是使輸入這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的能量全部消耗掉，造成很大能源浪費(fèi)?；诠?jié)約能 源和提高試驗(yàn)自動(dòng)化的要求，需要一種新型的試驗(yàn)用負(fù)載裝置。電子負(fù)載是一種利用電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子裝 置。它能夠方便得模擬各種需要的負(fù)載形式，具有靈活性；而且還能將電子負(fù)載吸收的能量 回饋電網(wǎng)，節(jié)約電能；具有實(shí)用性。饋能型電子負(fù)載一般采用交-直-交雙PWM變換器結(jié) 構(gòu)，具有動(dòng)態(tài)特性良好、電流諧波小、功率因數(shù)高、能量雙向流動(dòng)等特點(diǎn)。饋能型電子負(fù)載正 在受到國(guó)內(nèi)外高校、科研院所和電源生產(chǎn)企業(yè)的重視。目前研究的饋能式電子負(fù)載主電路主要針對(duì)單相電子負(fù)載，而隨著電源類型的不 斷擴(kuò)大，需要模擬負(fù)載的類型也越來越多，包括線性負(fù)載、非線性負(fù)載，單相負(fù)載、三相負(fù)載 (三相三線、三相四線制負(fù)載)，直流負(fù)載、交流負(fù)載等；特別是需要考慮三相負(fù)載中包含對(duì) 稱分量、不對(duì)稱分量、正序分量、負(fù)序分量、以及零序分量的情況。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，該裝置 可以模擬單三相通用的電子負(fù)載，解決了現(xiàn)有的單相電子負(fù)載裝置模擬類型簡(jiǎn)單，不能模 擬三相負(fù)載(三相三線、三相四線制負(fù)載)的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝 置，包括依次連接的被測(cè)電源、整流環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)、隔離環(huán)節(jié)和電網(wǎng)，整流環(huán)節(jié) 由開關(guān)管a和開關(guān)管b組成的半橋、開關(guān)管c和開關(guān)管d組成的半橋、開關(guān)管e和開關(guān)管f 組成的半橋、開關(guān)管g和開關(guān)管h組成的半橋、開關(guān)管i和開關(guān)管j組成的半橋及開關(guān)管k 和開關(guān)管1組成的半橋并聯(lián)而成，開關(guān)管a和開關(guān)管b組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管c和開 關(guān)管d組成的半橋的中點(diǎn)通過電感d、電感e連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器，開關(guān)管 e和開關(guān)管f組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管g和開關(guān)管h組成的半橋的中點(diǎn)通過電感f、電感 g連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器，開關(guān)管i和開關(guān)管j組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管k 和開關(guān)管1組成的半橋的中點(diǎn)通過電感h、電感i連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器；逆變環(huán)節(jié)由開關(guān)管m和開關(guān)管η組成的半橋、開關(guān)管ο和開關(guān)管ρ組成的半橋及開關(guān)管q和開關(guān)管r組成的半橋并聯(lián)而成，三個(gè)半橋的中點(diǎn)依次通過電感a、電感b及電感c連接組成 三相PWM變換器。本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于，其中的整流環(huán)節(jié)采用三個(gè)全橋PWM變換器共用直流母線電壓的裝置；其中的直流環(huán)節(jié)采用直流儲(chǔ)能電容；其中的隔離環(huán)節(jié)采用三相工頻隔離變壓器。本實(shí)用新型的有益效果是，(1)減少能量回饋單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)可靠。(2)共用直流母線中間直流電壓恒定，能量可以雙向流動(dòng)，可充分利用能量；各 PWM變換器工作在不同的狀態(tài)下，能量回饋互補(bǔ)，優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。(3)每一相電子負(fù)載都可以單獨(dú)從直流母線中分離出來而不影響其他系統(tǒng)；負(fù)載 各相指令信號(hào)之間無耦合，控制策略簡(jiǎn)單，模擬負(fù)載精度高。(4)應(yīng)用范圍廣泛，適用于多種負(fù)載模型，及大功率場(chǎng)合。

圖1是本實(shí)用新型三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用本實(shí)用新型裝置模擬三相饋能式電子負(fù)載時(shí)的接線示意圖，其中a為模 擬單相電子負(fù)載示意圖，b為模擬多重化單相電子負(fù)載示意圖，c為模擬三相完全獨(dú)立電子 負(fù)載示意圖，d為模擬三相三線制電子負(fù)載示意圖，e為模擬三相四線制電子負(fù)載示意圖。圖中，1.被測(cè)電源，2.整流環(huán)節(jié)，3.直流環(huán)節(jié)，4.逆變環(huán)節(jié)，5.隔離環(huán)節(jié)，6.電網(wǎng)， 7.饋能式電子負(fù)載裝置，8.開關(guān)管a，9.開關(guān)管b，10.開關(guān)管c，11.開關(guān)管d，12.開關(guān)管e， 13.開關(guān)管f，14.開關(guān)管g，15.開關(guān)管h，16.開關(guān)管i，17.開關(guān)管j，18.開關(guān)管k，19.開 關(guān)管1，20.直流儲(chǔ)能電容，21.開關(guān)管m，22.開關(guān)管n，23.開關(guān)管0，24.開關(guān)管p，25.開關(guān) 管q，26.開關(guān)管r，27.電感a，28.電感b，29.電感c，30.電感d，31.電感e，32.電感f， 33.電感g(shù)，34.電感h，35.電感i。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，如圖1所示，包括依次連 接的被測(cè)電源1、整流環(huán)節(jié)2、直流環(huán)節(jié)3、逆變環(huán)節(jié)4、隔離環(huán)節(jié)5和電網(wǎng)6。其中，整流環(huán)節(jié) 2、直流環(huán)節(jié)3和逆變環(huán)節(jié)4共同組成饋能式電子負(fù)載裝置7。被測(cè)電源1可以為單相電源 或三相電源(三相三線、三相四線)；整流環(huán)節(jié)2由開關(guān)管a8和開關(guān)管b9組成的半橋、開 關(guān)管ClO和開關(guān)管dll組成的半橋、開關(guān)管el2和開關(guān)管Π3組成的半橋、開關(guān)管gl4和開 關(guān)管hl5組成的半橋、開關(guān)管il6和開關(guān)管jl7組成的半橋及開關(guān)管kl8和開關(guān)管119組 成的半橋并聯(lián)而成，六個(gè)半橋和被測(cè)電源1的連接點(diǎn)分別為連接點(diǎn)a、連接點(diǎn)χ、連接點(diǎn)b、連 接點(diǎn)y、連接點(diǎn)C、連接點(diǎn)ζ。開關(guān)管a8和開關(guān)管b9組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管ClO和開 關(guān)管dll組成的半橋的中點(diǎn)通過電感d30、電感e31連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器， 開關(guān)管el2和開關(guān)管f 13組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管gl4和開關(guān)管hl5組成的半橋的中點(diǎn)通過電感f32、電感g(shù)33連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器，開關(guān)管il6和開關(guān)管jl7組 成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管kl8和開關(guān)管119組成的半橋的中點(diǎn)通過電感h34、電感i35連 接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器；直流環(huán)節(jié)3包括直流儲(chǔ)能電容20 ；逆變環(huán)節(jié)4由開關(guān) 管m21和開關(guān)管n22組成的半橋、開關(guān)管o23和開關(guān)管p24組成的半橋及開關(guān)管q25和開 關(guān)管r26組成的半橋并聯(lián)而成，三個(gè)半橋的中點(diǎn)依次通過電感a27、電感b28及電感c29連 接組成三相PWM變換器；隔離環(huán)節(jié)5包括一個(gè)三相工頻隔離變壓器。本實(shí)用新型的工作過程為將被測(cè)電源1的電壓通過整流環(huán)節(jié)2，將交流電壓整流為直流電壓，能量?jī)?chǔ)存在直流儲(chǔ)能電容20上，再將直流電壓通過逆變環(huán)節(jié)4，將直流電壓整 流為交流電壓，通過隔離環(huán)節(jié)5，最終將能量回饋到電網(wǎng)6。對(duì)于整流環(huán)節(jié)2，其控制目標(biāo)就是精確控制實(shí)際電流，使得實(shí)際電流對(duì)被測(cè)電源電 壓呈現(xiàn)的負(fù)載形式為設(shè)定值。對(duì)任意(包括非線性)負(fù)載形式，根據(jù)所需的負(fù)載形式可以 確定其電壓和電流的數(shù)學(xué)模型仁(11/，‘)=O0當(dāng)被測(cè)對(duì)象是電壓源時(shí)，被測(cè)電壓可以實(shí) 時(shí)測(cè)得，據(jù)上式可以實(shí)時(shí)解得電流，只要控制PWM整流器使其輸入電流跟蹤指令電流，就可 以模擬既定負(fù)載。采用本實(shí)用新型三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，整流環(huán)節(jié)2為三單相 全橋共用直流母線的結(jié)構(gòu)，可以模擬多種負(fù)載類型，圖2為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)模擬負(fù)載 的幾種工作狀態(tài)示意圖。(1)模擬單相電子負(fù)載如圖2a、2b所示使用其中任意一組全橋PWM變換器，例如 連接點(diǎn)a、連接點(diǎn)χ與交流或直流被測(cè)電源連接(圖2a)，連接點(diǎn)b、連接點(diǎn)y與交流或直流 被測(cè)電源連接，連接點(diǎn)C、連接點(diǎn)ζ與交流或直流被測(cè)電源連接。圖2b所示為連接點(diǎn)a、連 接點(diǎn)b、連接點(diǎn)c連接與連接點(diǎn)χ、連接點(diǎn)y、連接點(diǎn)ζ連接組成二端口的網(wǎng)絡(luò)，與交流或直流 被測(cè)電源連接，實(shí)現(xiàn)模擬單相電子負(fù)載的目的。圖2b所示電路結(jié)構(gòu)是使用三個(gè)半橋并聯(lián)， 比單相時(shí)的容量要大很多。(2)模擬三相完全獨(dú)立的電子負(fù)載如圖2c所示，使用三組單相全橋PWM變換器，將 連接點(diǎn)a、連接點(diǎn)X，連接點(diǎn)b、連接點(diǎn)y，連接點(diǎn)C、連接點(diǎn)ζ分別與三相完全獨(dú)立的被測(cè)電源 連接，模擬相應(yīng)的三相電子負(fù)載，但是此三相被測(cè)電源不允許存在共模電壓。(3)模擬三相三線制的電子負(fù)載如圖2d所示，使用三組單相全橋PWM變換器，將連 接點(diǎn)a、連接點(diǎn)z，連接點(diǎn)χ、連接點(diǎn)b，連接點(diǎn)y、連接點(diǎn)c分別連接組成三角形的連接方式， 與被測(cè)的三相三線電源相連，實(shí)現(xiàn)模擬三相三線制電子負(fù)載的目的，且能量回饋電網(wǎng)。(4)模擬三相四線制的電子負(fù)載如圖2e所示，將連接點(diǎn)χ、連接點(diǎn)y、連接點(diǎn)ζ連接 組成中線η與連接點(diǎn)a、連接點(diǎn)b、連接點(diǎn)c組成三相四線制的星形連接方式，與被測(cè)三相四 線制電源連接，實(shí)現(xiàn)模擬三相四線制電子負(fù)載的目的。此電路結(jié)構(gòu)可以模擬三相對(duì)稱、不對(duì) 稱、正序、負(fù)序、零序等三相電子負(fù)載。本實(shí)用新型三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，不僅可以模擬交直流通用 負(fù)載，也可以模擬單三相通用負(fù)載，對(duì)于三相負(fù)載可以模擬三相對(duì)稱、三相不對(duì)稱、三相三 線、三相四線制負(fù)載。用戶可以根據(jù)工作需求選取最優(yōu)的電路結(jié)構(gòu)，模擬相應(yīng)的電子負(fù)載， 實(shí)用性及靈活性很強(qiáng)。
權(quán)利要求一種三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，其特征在于，包括依次連接的被測(cè)電源(1)、整流環(huán)節(jié)(2)、直流環(huán)節(jié)(3)、逆變環(huán)節(jié)(4)、隔離環(huán)節(jié)(5)和電網(wǎng)(6)，所述的整流環(huán)節(jié)(2)由開關(guān)管a(8)和開關(guān)管b(9)組成的半橋、開關(guān)管c(10)和開關(guān)管d(11)組成的半橋、開關(guān)管e(12)和開關(guān)管f(13)組成的半橋、開關(guān)管g(14)和開關(guān)管h(15)組成的半橋、開關(guān)管i(16)和開關(guān)管j(17)組成的半橋及開關(guān)管k(18)和開關(guān)管l(19)組成的半橋并聯(lián)而成，開關(guān)管a(8)和開關(guān)管b(9)組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管c(10)和開關(guān)管d(11)組成的半橋的中點(diǎn)通過電感d(30)、電感e(31)連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器，開關(guān)管e(12)和開關(guān)管f(13)組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管g(14)和開關(guān)管h(15)組成的半橋的中點(diǎn)通過電感f(32)、電感g(shù)(33)連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器，開關(guān)管i(16)和開關(guān)管j(17)組成的半橋的中點(diǎn)與開關(guān)管k(18)和開關(guān)管l(19)組成的半橋的中點(diǎn)通過電感h(34)、電感i(35)連接組成一個(gè)單相全橋的PWM變換器；所述的逆變環(huán)節(jié)(4)由開關(guān)管m(21)和開關(guān)管n(22)組成的半橋、開關(guān)管o(23)和開關(guān)管p(24)組成的半橋及開關(guān)管q(25)和開關(guān)管r(26)組成的半橋并聯(lián)而成，三個(gè)半橋的中點(diǎn)依次通過電感a(27)、電感b(28)及電感c(29)連接組成三相PWM變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，其特征在于，所 述的整流環(huán)節(jié)(2)采用三個(gè)全橋PWM變換器共用直流母線電壓的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，其特征在于，所 述的直流環(huán)節(jié)(3)采用直流儲(chǔ)能電容(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，其特征在于，所 述的隔離環(huán)節(jié)(5)采用三相工頻隔離變壓器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，包括依次連接的被測(cè)電源、整流環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)、隔離環(huán)節(jié)和電網(wǎng)，其中整流環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)組成饋能式電子負(fù)載裝置。本實(shí)用新型三相饋能式交直流通用電子負(fù)載模擬裝置，不僅可以模擬交直流通用負(fù)載，也可以模擬單三相通用負(fù)載，對(duì)于三相負(fù)載可以模擬三相對(duì)稱、三相不對(duì)稱、三相三線、三相四線制負(fù)載。用戶可以根據(jù)工作需求選取最優(yōu)的電路結(jié)構(gòu)，模擬相應(yīng)的電子負(fù)載，實(shí)用性及靈活性很強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02M3/07GK201555863SQ20092031851
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者宋健, 張婧, 施杰, 陳增祿 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)