摘要：饋能式電子負(fù)載主要通過電力電子器件來控制電壓或電流的，從而得到了對任意負(fù)載的模擬。待測試驗電源在電源測試過程中釋放的電能，最終以單位功率因數(shù)返回于電網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)能源的再生利用。本文介紹了單相饋能式電子負(fù)載的電路結(jié)構(gòu)，并對其兩級PWM整流器的運(yùn)行原理進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：饋能式電子負(fù)載;功率因數(shù);PWM整流器

中圖分類號：TM714

Principle Analysis for Singlephase Energy Feedback Electronic Load

Sun Qingxiu

Shaanxi Railway InstituteShanxiWeinan714000

Abstract：The energy feedback electronic load can be controlled by the voltage or current through power electronic device，so that the simulation of any load is obtained.The electrical energy of the measured power supply is finally fed back to the power grid with a unit power factor，thereby realizing energy regeneration.This paper introduces the structure of a singlephase energy feedback electronic load，and analyzes the operating principle of its twostage PWM rectifier.

Key words：Energy feedback electronic load;power factor;PWM rectifier

為了避免在使用傳統(tǒng)電阻、電容、電感及其組合的負(fù)載時難以修改參數(shù)、精度差以及能源浪費(fèi)等問題[1，2]，饋能式電子負(fù)載應(yīng)運(yùn)而生。饋能式電子負(fù)載不僅可以模擬任意特性的線性或非線性負(fù)載，而且可以實(shí)現(xiàn)被測電源的輸出能量的回收和再利用[3]，既節(jié)約了能源，又不產(chǎn)生大量的熱量，保護(hù)了環(huán)境節(jié)約了散熱成本。

1 主電路拓?fù)?/p>

單相饋能式電子負(fù)載的主電路原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用AC/DC/AC背靠背兩級變換結(jié)構(gòu)[4，5]。因為兩級通過中間的直流母線電容連接，所以前后兩級變換器可以分別獨(dú)立控制，并且可工作在不同的頻率。第一級為負(fù)載模擬側(cè)，第二級為并網(wǎng)逆變側(cè)。

圖中，us表示待測的試驗電源兩端電壓，ug表示并網(wǎng)逆變側(cè)的并網(wǎng)電壓，is表示第一級電路中電流，ig表示為并網(wǎng)電流，Ls、Lg分別為交流輸入和輸出端的濾波電感，Cd為直流側(cè)兩級共用的母線電容。Vi（i=1、2、3…7、8）為PWM變換器開關(guān)管。

2 運(yùn)行原理

2.1 負(fù)載模擬側(cè)運(yùn)行原理

單相饋能式電子負(fù)載中，任意特性負(fù)載的模擬主要通過圖1中的第一級完成。根據(jù)被測電源的試驗需要，可以確定所需要模擬的負(fù)載類型及其相應(yīng)的參數(shù)，該負(fù)載可以是線性負(fù)載也可以是非線性負(fù)載。因此待測的試驗電源兩端電壓us和負(fù)載模擬側(cè)的輸出電流is，他們二者之間的函數(shù)關(guān)系可表示為：

f（us，is）=0（1）

當(dāng)待測的試驗電源確定后，待測的試驗電源兩端電壓（us）或電流（is）隨之被確定。根據(jù)式（1）從而可以確定指令電流（is*）或指令電壓（us*）。通過對電力電子器件V1～V4的控制，使得電路中的實(shí)際電流（is）或?qū)嶋H電壓（us）完全追蹤指令電流（is*）或指令電壓（us*），達(dá)到模擬任意負(fù)載特性的功能。由于電路中的高次諧波只會使電流產(chǎn)生很小波動，且電路中寄生電阻較小，因此可以忽略[6]。第一級電路的等效圖如圖2（a），各電路參數(shù)之間的相量關(guān)系圖如圖2（b）。

圖中，U·s表示待測試驗電源電壓相量，I·s表示第一級電路中交流電流相量，U·Ls表示濾波電感兩端的電壓相量，U·AB表示交流輸入端電壓相量。由圖2（b）可知，滿足關(guān)系式U·s=U·AB+U·Ls。假如使交流輸入端的電流幅值I·s為固定的某一值，根據(jù)U·Ls=ωLsI·s，交流輸入端濾波電感兩端的電壓幅值也恒定不變。因此，以U·s終點(diǎn)為圓心，以U·Ls幅值大小為半徑的圓就是交流側(cè)調(diào)制電壓相量U·AB的各終點(diǎn)集合。

通過控制交流輸入端UAB的幅值大小和相位角，U·s就可超前或滯后I·s任意相位角，控制能量的流向和任意功率因數(shù)角。因此，通過控制交流電流或者交流電壓的幅值和相位，使實(shí)際電流矢量或?qū)嶋H電壓矢量四象限運(yùn)行，從而達(dá)到模擬任意負(fù)載的目的。幾種典型負(fù)載的矢量關(guān)系圖如圖3所示，其中分別為：

2.2 并網(wǎng)逆變側(cè)運(yùn)行原理

并網(wǎng)逆變側(cè)將電能返回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源再生利用，電路需工作于單位功率因數(shù)的狀態(tài)[6]。此時，第二級電路的等效電路圖為圖4（a），電路各參數(shù)對應(yīng)的相量關(guān)系如圖4（b）所示。

圖中，U·EF為并網(wǎng)逆變側(cè)交流調(diào)制電壓相量，U·Lg為第二級電路中濾波電感兩端電壓相量，I·g并網(wǎng)電流相量。同樣只考慮電路中基波分量，此時PWM逆變器的工作狀態(tài)滿足U·EF=U·Lg+U·g。采用控制交流側(cè)調(diào)制電壓U·EF，使并網(wǎng)電流I·g與并網(wǎng)電網(wǎng)U·g相位相差180°，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，最終將能量由直流側(cè)流向交流測，達(dá)到能源再生利用。

3 結(jié)語

本文主要介紹了常用的單相饋能式電子負(fù)載，其工作電路采用AC/DC/AC，中間共用母線電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重點(diǎn)對其負(fù)載模擬側(cè)和并網(wǎng)逆變側(cè)的運(yùn)行原理分別進(jìn)行了分析。在負(fù)載特性的模擬和能量回饋的基礎(chǔ)上，饋能式電子負(fù)載完全可實(shí)現(xiàn)對諧波的補(bǔ)償，達(dá)到單位功率因數(shù)并網(wǎng)。

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作者簡介：孫青秀（1989—），女，碩士，助教，研究方向：鐵道通信信號。