CN107248821B - 一种非线性负载模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非线性负载模拟装置，包括整流桥、阻容配对簇、二极管簇、直流固态继电器簇、绝缘栅双极型晶体管和触发控制单元；所述整流桥对被测逆变器输出的交流电进行全波整流，变为脉动直流电；所述二极管簇、阻容配对簇、直流固态继电器簇依次连接于整流桥的输出端；所述绝缘栅双极型晶体管连接在直流固态继电器簇的并联点下端，对阻容配对簇与整流后的脉动直流电进行通断控制；所述触发控制单元连接于整流桥的输出端之间，用于控制绝缘栅双极型晶体管的接通和关断。本发明通过对触发控制单元的调节，可以调节电流峰值因数；通过对阻容配对簇的控制，可以调节负载功率。

Description

一种非线性负载模拟装置
技术领域
本发明涉及逆变电源领域，具体涉及一种非线性负载模拟装置。
背景技术
逆变电源是通过变流器将直流电能转化为交流电能(主要是工频交流电能)，以满足常规用电设备在特殊条件下(如野外、停电)的用电需求。
随着科技的发展，电子设备应用越来越广泛。因此，逆变电源在很多应用场景下是为电子设备供电。然而，电子设备普遍内含整流滤波电路，这种电路的特点是：电流与电压不呈线性对应关系，只有当电源电压瞬时值超过滤波电容端电压时，才会有电流产生，而且电流值与滤波电容容量、电源端电压瞬时值与电容端电压差值、线路阻抗有关。此电流呈现强烈的脉冲特征，峰值大大高于同功率的线性负载电流，因此这种负载被称为非线性负载。在电学上，把周期电流的峰值与有效值之比称为峰值因数，通常用CF表示。
非线性负载的峰值电流对逆变电源的载流电子器件是极大的考验。计算机类负载输入电流的CF值可达2.4～2.6，因此一般要求逆变器能提供CF值为3的输出能力。如果在可靠性要求更高的场合，对逆变器的电流CF值承受能力的要求更高。
逆变器对电流峰值因数的承载能力考核，是逆变器生产制造中必须完成的工作。因此，需要将逆变器接入非线性负载，以测试逆变器的承载能力。现有非线性负载按照RCD电路模拟，通过调整电阻阻值和电容容量，来调节负载功率和电流峰值因数。
然而，RCD电路构成的非线性负载模拟装置，存在以下缺点：
1、电阻阻值和电容容量的调节作用相互耦合，使负载功率和电流峰值因数不按预期规律变化，调节难度大。
2、RCD电路构成的非线性负载模拟装置，在CF接近2.8时，无论增大电阻功率还是增加电容容量，很难将CF再往上调节。而这对日益严格的可靠性评价来讲，显然是不够的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种非线性负载模拟装置，解决现有逆变器加载测试中，采用传统RCD电路模拟时调节困难、电流峰值因数幅值有限的问题。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种非线性负载模拟装置，包括整流桥、阻容配对簇、二极管簇、直流固态继电器簇、绝缘栅双极型晶体管和触发控制单元；
所述整流桥对被测逆变器输出的交流电进行全波整流，变为脉动直流电；
所述二极管簇、阻容配对簇、直流固态继电器簇依次连接于整流桥的输出端；
所述绝缘栅双极型晶体管连接在直流固态继电器簇的并联点下端，对阻容配对簇与整流后的脉动直流电进行通断控制；
所述触发控制单元连接于整流桥的输出端之间，用于控制绝缘栅双极型晶体管的接通和关断，所述二极管簇包括若干个并联的二极管；所述阻容配对簇包括数量与二极管相同的阻容配对单元；所述直流固态继电器簇包括数量与二极管相同的直流固态继电器；每个二极管对应一个阻容配对单元，每个阻容配对单元对应一个直流固态继电器；每个二极管的正极与整流桥的输出端连接，负极与阻容配对单元的输入端连接，阻容配对单元的输出端与直流固态继电器的正极连接，直流固态继电器的负极与绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
进一步，所述阻容配对单元包括电容和电阻，所述电容与电阻并联连接。
进一步，所述触发控制单元包括隔离变压器、过零检测模块、光隔、稳压模块和单片机；所述隔离变压器连接被测逆变器输出端；所述隔离变压器的输出端与过零检测模块的输入端连接，所述过零检测模块通过光隔与单片机输入端相连；所述稳压模块为单片机供电；所述单片机输出端连接绝缘栅双极型晶体管的控制极G端。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明通过对触发控制单元的调节，可以调节电流峰值因数；通过对阻容配对簇的控制，可以调节负载功率。因此，本负载模拟装置实现了电流峰值因数和负载功率两个维度的调节，而且相互耦合小，调节效果可预期，调节幅度比传统技术更高。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的原理图；
图2为触发控制单元的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种非线性负载模拟装置，包括整流桥、阻容配对簇、二极管簇、直流固态继电器、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和触发控制单元。
所述整流桥对被测逆变器输出的交流电进行全波整流，变为脉动直流电。
所述阻容配对簇，包括若干个电阻值和电容量匹配成对的阻容并联组合。阻容参数匹配的原则是：1、各组在脉动直流电压下工作的电流峰值因数一致；2、负载功率值按二进制规律排列。
所述二极管簇，包含若干个数量与阻容并联组合匹配的二极管，设置在每个阻容并联组合的上端，起单向隔离作用，避免各组阻容并联组合间耦合干扰。
所述直流固态继电器簇，包含若干个数量与阻容并联组合匹配的直流固态继电器，设置在每个阻容并联组合的下端，是对各个阻容并联组合进行接入和分断控制。
所述绝缘栅双极型晶体管(IGBT)连接在直流固态继电器簇的并联点下端，对阻容配对簇与整流后的脉动直流电能进行通断控制。
所述触发控制单元控制IGBT在恰当的时机接通和关断。
工作原理：
来自被测逆变电源输出端的交流电能，在整流桥作用下变成脉动直流电能；触发控制单元的隔离变压器对被测逆变器输出交流电压进行采样，由过零检测模块将电压的过零时刻检出，再经过光隔向单片机同步传递过零时刻的时间基准信号；单片机根据设定的程序，以过零点的时间为基准，延时输出控制信号，控制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)导通，逆变器对阻容配对簇充电；再经过一定延时，控制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断，逆变器停止对阻容配对簇充电。改变导通和关断的延迟时间，就可以改变阻容充电开始和停止的时机。如果在电源电压瞬时值高于电容当前端电压值的时机导通IGBT，则会有更高的充电峰值电流；如果导通的时间很短，则被测逆变器输出电流的脉宽很窄，有效值减小，而峰值很高，因而电流峰值因数得以调高。改变直流固态继电器簇的导通组合规律，就能改变接入的阻容并联组合的编组规律，从而改变负载功率。二极管簇将每个阻容并联组合单向隔离，可以避免各组之间并联时相互耦合干扰而影响特性，以提高操控性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种非线性负载模拟装置，其特征在于：包括整流桥、阻容配对簇、二极管簇、直流固态继电器簇、绝缘栅双极型晶体管和触发控制单元；
所述整流桥对被测逆变器输出的交流电进行全波整流，变为脉动直流电；
所述二极管簇、阻容配对簇、直流固态继电器簇依次连接于整流桥的输出端；
所述绝缘栅双极型晶体管连接在直流固态继电器簇的并联点下端，对阻容配对簇与整流后的脉动直流电进行通断控制；
所述触发控制单元连接于整流桥的输出端之间，用于控制绝缘栅双极型晶体管的接通和关断,所述二极管簇包括若干个并联的二极管；所述阻容配对簇包括数量与二极管相同的阻容配对单元；所述直流固态继电器簇包括数量与二极管相同的直流固态继电器；每个二极管对应一个阻容配对单元，每个阻容配对单元对应一个直流固态继电器；每个二极管的正极与整流桥的输出端连接，负极与阻容配对单元的输入端连接，阻容配对单元的输出端与直流固态继电器的正极连接，直流固态继电器的负极与绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；
所述触发控制单元包括隔离变压器、过零检测模块、光隔、稳压模块和单片机；所述隔离变压器连接被测逆变器输出端；所述隔离变压器的输出端与过零检测模块的输入端连接，所述过零检测模块通过光隔与单片机输入端相连；所述稳压模块为单片机供电；所述单片机输出端连接绝缘栅双极型晶体管的控制极G端；
隔离变压器对被测逆变器输出交流电压进行采样，由过零检测模块将电压的过零时刻检出，再经过光隔向单片机同步传递过零时刻的时间基准信号；单片机根据设定的程序，以过零点的时间为基准，延时输出控制信号，控制绝缘栅双极型晶体管导通，被测逆变器对阻容配对簇充电；再经过延时，控制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断，被测逆变器停止对阻容配对簇充电。
2.根据权利要求1所述的一种非线性负载模拟装置，其特征在于：所述阻容配对单元包括电容和电阻，所述电容与电阻并联连接。
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