能量自循环用电力电子负载在低压开关测试中的应用研究.pdf
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1、能量自 循环用电力电子 负载在低压开关测试中的应用 研究 冰 口孙斌 口张全成 口陈苏生 口庄骏 上海市质量监督 检验技术研究院 上海2 0 0 0 7 2 摘 要 : 针对现有低压 开关测试 中传统 负载能耗较大的缺点, 研制开发低能耗 电力电子负载 系统 以替代传统的纯阻 生负载 , 在满足开关测试要求的 同时 , 实现测试过程 中的能量 自循环 , 提 高了能源利用效率。 关键词 : 开关节能检测 中图分类号: T H 7 ; T M9 3 文献标识码: A 文章编号 : 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 8 2 0 3 根 据 国 家 标 准 GB
2、1 4 0 4 8 5 - 2 0 0 8的 规 定 开 关 器 件 都 要 进 行 温 升 试 验 、 接 通 和 分 断 能 力 试 验 、 短 路 接 通 和 分 断 能 力 试 验 与 功 能 试 验 等 。 在 试 验 系 统 中 , 电 源 和 负 载 是 最 主 要 的 测 试 设 备 ,开 关 器 件 连 接 在 电 源 和 负 载 之 间 , 由 电 源 和 负 载 给 开 关 器 件 提 供 测 试 电 流 。 根 据 开 关 器 件 的 试 验 要 求 来 设 置 电 源 的 电 压 、 频 率 、 负 载 的 电 流 与 功 率 因 数 目 的是 检 测 开 关 器 件
3、 在 不 同 的 测 试 条 件 下 的 接 通 和 分 断 能 力 1 - 3 。 传 统 按 钮 开 关 试 验 的 技 术 方 案 都 是 采 用 变 压 器 、 调 压 器 等 作 为 电源 , 电 阻 器 、 电 抗 器 和 电 容 器 等 设 备 作 为 负 载 组 合 实 现 的 。 随 着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 , 采 用 现 代 控 制 技 术 和 电子 负 载 技 术 实 现 按 钮 开 关 的 电 气 性 能 测 试 方 案 已 成 为新 方 向 和 大 趋 势 。 该 方 案 中 以 电 子 负 载 代 替 传 统 的 无 源 负 载 。 电 子 负 载
4、检 测 到 电 源 的 电压 信 号 , 对 电 压 信 号 的 相 位 角 度 和 振 幅 进 行 定 位 , 根 据 设 置 的 电 流 值 和 功 率 因数 计 算 出 电 子 负 载 的输 出 电 压 振 幅 和 相 位 角 度 。 电 子 负 载 和 电 源 的 电压 对 接 即 可 产 生 开 关 器 件 测 试 需 要 的 电 流 和 功 率 因 数 。本 文 以开 关 测 试 为 研 究 对 象 ,实 现 了 电 源 一开 关 一电 子 负 载 一 电 源 的 内部 能 量 循 环 , 减 少 整 个 系 统 的 功 耗 , 同 时 增 加 友 好 的 人 机 交 互 界 面
5、, 方 便 了技 术 人 员 的 控 制 调 节 , 达 到 了 节 能 、 经 济 、 控 制 方 便 的 效 果 。 1 系统原理介绍 如 图 1所 示 ,市 电 在 电 源 内 部 经 整 流 逆 变 后 给 被 试 开 关 提 供 电 源 , 电 子 负 载 对 电源 电 压 进 行 采 样 , 根 据 设 定 的 电 流 和 功 率 因数 ,实 现 对 流 过 开 关 的 电 流 和 功 率 因 数 的 控 制 。 能 量 进 入 电子 负 载 后 。 被 电 子 负 载 回 馈 到 电 源 内部 , 实 现 整 个 系 统 的 内循 环 , 减 少 系 统 从 电 网 吸 收 的
6、能 量 , 从 而 达 到 了 经 济 节 能 的 目的 。 2系统组成及布局图 国家质检总局公益性项 目( 编号: 2 0 1 0 0 K 2 8 4 ) 收稿 日期: 2 0 1 2年 l O月 2 0 1 3 3 该 系 统 由 电 源 、 电 子 负 载 、 人 机 交 互 系 统 组 成 , 电 源 由模 拟 量 信 号 采 样 板 、 控 制 电 路 板 、 I GB T驱 动 板 、 整 流 桥 电 路 、 平 波 电 容 、 I GB T逆 变 单 元 、 隔 离 变 压 器 及 输 出 滤 波 电路 组 成 。 电子 负 载 的 直 流 母 线 直 接 连 接 到 电 源 的
7、 直 流 母 线 上 通 过 模 拟 量 采 样 板 对 电 压 信 号 、 电 流 信 号 、 温 度 信 号 进 行 采 样 , 经 过 调 理 电 路 和 A D 转 换 器 送 入 C P U, C P U 根 据 测 量 到 的 电 压 信 号 来 控 制 电 子 负 载 的 电 压 输 出 , 实 现 对 接 , 产 生 电 流 , 系 统 要 有 很 高 的 控 制 精 度 和 反 应 速 度 。人 机 交 互 系 统 采 用 液 晶 面 板 显 示 。 用 C AN 总 线 通 信 与 主 控 部 分 进 行 通 信 , 通 过 人 机 交 互 系统 即 可 设 定 电 流 和
8、 功 率 因 数等 。 3 软件部分设计方案 为 了 提 高 电 源 的输 出 电 压 质 量 ,在 电 源 控 制 系 统 中 采 取 了 软 件 闭 环 控 制 算 法 和 快 速 的 硬 件 瞬 时 反 馈 控 制 主 程 序 流 程 图设 计 见 图 3 。 机械制造 5 1 卷 第 5 8 3期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 电 子 负 载 因 为 要 实 现 与 电 源 输 出 电 压 进 行 对 接 控 制 , 所 以 首 先 要 实 现 电 源 电压 的 定 位 , 包 括 相 位 角 度 定 位 和 振 幅 定 位 。 在 本 设 计 中 ,
9、 为 了 达 到 快 速 定 位 , 采 用 了 硬 件 电压 过 零 点 检 测 , 当 检 t in 4 信 号 发 送 至 C P U, C P U 根 据 电 压 信 号 的 过 零 点 对 电 压 全 相 位 角 度 进 行 估 计 。 通 过 A D 转 换 器 送 过 来 的 瞬 时 电 压 值 信 号 , 恢 复 出 电 源 的 输 出 电 压 信 号 。 直 接 数 字 合 成 波 形 技 术 指 从 相 位 量 化 概 念 出 发 直 接 合 成 所 需 波 形 。 预 先 在 存 储 器 内部 存 储 一 个 正 弦 波 表 格 , 表 格 的 地 址 为 正 弦 波 的
10、 * N i ce 。 其 关 系 可 用 y = f( x) 表 示 , 其 中 为 相 位 , Y为 幅 值 , 每 个 相 位 对 应 不 同 幅 值 , 得 到 相 位 信 息 即 可 得 到 表 格 中 量 化 的 正 弦 波 , 根 据 振 幅信 号 ,乘 以一个 系 数 即可得 到需 要 的正 弦波 数字 量 , 经 过 D A 转 化 后 转 化 为 正 弦 波 模 拟 量 。 软 件 中 除 了 控 制 算 法 外 , 还 利 用 了 C P U 中 的 CAN 总 线 接 口外 设 。 通 过 对 外 设 寄 存 器 的 设 置 可 实 现 CAN 总 线 通 信 , 当
11、有 数 据 传 输 到 CP U。 C P U 会 进 人 中 断 程 序 , 接 收 外 部 传 输 的 数 据 , 对 数 据 进 行 解 析 , 设 置 输 出 电 压 值 、 电 流 值 或 者 功 率 因数 。 4硬件设计方 案 控 制 电 路 采 用 ARM+ C P L D 的 组 合 控 制 方 案 , 利 用 ARM 对 ADC 采 样 过 来 的 电 压 电 流 信 号 进 行 监 控 , 用 C P L D 的 查 表 方 式 产 生 波 形 , 实 现 逻 辑 控 制 和 相 位 快 速 同 步 跟 踪 及 逆 变 控 制 和 各 种 保 护 电 路 控 制 。 控 制
12、 板 架 构 如 图 4所 示 。 机械制造 5 1 卷 第 5 8 3 期 硬 件 部 分 主 要 包 括 信 号 采 集 电 路 、 信 号 处 理 电路 、 逻 辑 部 分 电 路 、 S P W M 波 形 产 生 电 路 及 死 区 补 偿 部 分 等 。 CP U 通 过 采 集 的 信 号 计 算 出 电 压 电 流 相 位 等 信 息 ,通 过 高 速 S P I总 线 传 递 到 CP L D, C P L D 内 做 DDS 核 经 外 部 DAC及 低 通 滤 波 后 产 生 正 弦 波 和 三 角 波 。 两 种 波 形 经 过 比较 电路 后 产 生 所 需 要 的
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- 关 键 词:
- 能量 循环 用电 电子负载 低压 开关 测试 中的 应用 研究
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