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高效能馈型直流电子负载及控制策略研究

作者2019-04-17 14:55未知
国家大力推广节能高效技术与电源设备出货量的提升,推动着电子负载市场快速增长。能馈型电子负载具有测试耗能少、负载匹配灵活的优势,将成为电子负载市场的主流产品。但是高昂的设备成本、回馈电能质量低等问题制约着能馈型直流电子负载的推广,因此经济高效、高质量的软硬件解决方案成为能馈型直流电子负载的研究热点。论文分析能馈型电子负载的技术现状与发展趋势,以能馈型直流电子负载为研究对象,重点研究其经济高效的硬件电路拓扑、高精度的负载模拟控制策略、高电能质量的能量回馈控制策略。最终研制了高效能馈型直流电子负载样机,搭建试验平台进行相关性能测试,验证方案的可行性。论文的主要工作如下:(1)分析了能馈型直流电子负载硬件方案,功率电路选用经济、高效的“Boost+全桥”拓扑,控制模块围绕TMS320F2808设计高精度采样电路。试验结果表明,运行参数信号采样最大引用误差仅为2.032%,在2000W功率点的整机效率高达96.03%。(2)提出了基于模糊控制的负载模拟控制策略。采用“数字外环+模拟内环”控制方案,制定模糊控制规则有利于提高负载模拟的响应速度与稳态精度,以及降低输入电流超调量。仿真结果表明,基于模糊控制的负载模拟控制策略在15A恒流负载模拟的调节时间缩短75.2%,稳态误差减少60%,超调量从28.3%减至7.47%。(3)提出了“插值预测+在线电感辨识”的改进型无差拍控制策略。通过改进型牛顿插值预测算法对无差拍控制延时进行补偿,通过基于倍频采样的在线电感辨识算法修正无差拍控制模型的电感量偏差,改进型无差拍控制策略有效地提高控制精度、改善并网电能质量。输出电流10A的仿真结果表明,无差拍控制误差仅为0.2%,并网功率因数高达0.9999,输出电流谐波失真仅为2.37%。(4)研制高效能馈型直流电子负载样机,搭建试验平台对信号采样精度、负载模拟精度、并网电能质量与整机效率进行测试。试验结果表明,研制的高效能馈型直流电子负载样机各项功能均可正常工作,设计方案正确可行;负载模拟精度高,输入电流负载模拟最大相对误差仅为4.50%;系统故障保护动作响应时间只需72.0μs,保证设备的运行安全;回馈并网电能质量高,2800W功率点的输出电流谐波失真仅为2.403%,功率因数高达0.998;样机整机效率高达96.03%,最大程度降低测试耗能与成本。
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