电气负载模拟装置的研究

近年来随着技术的进步，各种电源类装置应运而生。这些产品在出厂前，需要根据不同的工作环境进行相应的测试和调试。因此，需要不同的电气负载装置模拟其工作环境。由于装置工作环境的多样性，对电气负载的功能提出了各种不同的要求，例如很多场合要求负载可以模拟谐波负载或非线性负载的工作情况。随着现代电路理论的发展和集成电路技术的应用，实验过程中有源负载的应用也越来越广泛。这类“负载”在工作时不仅可以吸收功率，必要时还可以输出功率，充当一个具有负阻特性的有源一端口。这些特殊实验状况是传统负载很难甚至是无法模拟实现的，因此本文利用电力电子技术设计了一种电气负载模拟装置，以满足上述各种场合的要求。 论文设计的模拟负载装置由信号产生模块和功率跟踪模块组成，分别实现指令信号的产生和指令信号的跟踪。论文在分析了指令模块结构组成的前提下，对功率模块进行了具体设计实现。通过该设计功率模块可以快速准确的跟踪电流指令信号，模拟电气负载的功能，并将装置吸收的能量回馈给电网(或根据需要通过电网对装置供电)。功率模块主要由三部分组成：电流跟踪模块，能量回馈模块和高频隔离模块。电流跟踪模块直接与试验电源连接。利用恒频滞环跟踪技术，该模块能够准确快速的跟踪指令模块产生的电流指令信号，完成模拟负载的等效功能。能量回馈模块与电网连接，根据模拟不同的负载，将能量回馈给电网或从电网吸收能量对装置供电。利用锁相环技术和电流滞环跟踪技术，该模块在工作过程中保证功率因数始终为1。高频隔离模块起到隔离试验电源和电网的作用，保证试验电源的安全。为了减小隔离体积和因隔离造成的损耗，论文采用高频隔离技术。高频隔离模块两端均接直流电压，所以本质上它是一隔离型双向DC变换器。 在装置设计过程中，涉及了恒频滞环技术的实现、PI调节器参数的设计、磁性元件的设计以及双向隔离DC变换技术的处理等一系列问题。特别在双向隔离DC变换技术方面，笔者在总结了其他论文提出的各种解决方案的前提下，提出了一种新的拓扑结构，并结合电流滞环跟踪技术，提出了电压双滞环跟踪控制策略。通过分析，该控制方法较PI调节器控制有一定的优势，特别在小功率场合或只有功率振荡的场合，优势更加明显。