交流回饋負(fù)載的工作原理
基本概念
交流回饋負(fù)載主要用于測試交流電源設(shè)備,如不間斷電源(UPS)、逆變器等。它能夠?qū)⒈粶y電源輸出的交流電進(jìn)行處理,模擬實(shí)際負(fù)載的特性,并將部分電能回饋到電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)能量的循環(huán)利用。
工作原理
功率變換單元
交流回饋負(fù)載通常包含功率變換電路,一般是基于電力電子器件(如 IGBT - 絕緣柵雙極型晶體管)構(gòu)建的變流器。當(dāng)被測交流電源輸出的交流電接入負(fù)載時(shí),首先經(jīng)過功率變換單元。這個(gè)單元可以對輸入的交流電進(jìn)行整流,將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號。
例如,對于三相交流輸入,通過三相整流橋?qū)⑷嘟涣麟娬鳛橹绷麟?,其原理是利用二極管或可控整流器件(如晶閘管)的單向?qū)щ娦?,在不同的交流相位下,使得電流只能按照一定的方向流?dòng),從而將交流變?yōu)橹绷鳌?/p>
控制單元
控制單元是交流回饋負(fù)載的核心部分。它根據(jù)預(yù)設(shè)的負(fù)載參數(shù)(如功率、功率因數(shù)等)和實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài),對功率變換單元進(jìn)行精確控制。
一方面,它通過對功率變換單元中 IGBT 等器件的開通和關(guān)斷控制,實(shí)現(xiàn)對輸入電能的調(diào)節(jié)。例如,通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)來控制 IGBT 的導(dǎo)通時(shí)間,改變輸出電壓或電流的大小,從而模擬不同大小的負(fù)載。PWM 信號的占空比決定了輸出電壓的平均值,占空比越大,輸出電壓的平均值越高。
另一方面,控制單元還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電能的回饋功能。它監(jiān)測直流母線電壓等參數(shù),當(dāng)直流母線電壓達(dá)到一定值時(shí),控制逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電,回饋到電網(wǎng)中。這個(gè)過程需要精確的鎖相控制,以確保回饋的交流電與電網(wǎng)電壓在頻率和相位上嚴(yán)格匹配,避免對電網(wǎng)造成干擾。
回饋單元
回饋單元主要由逆變電路組成。在將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能回饋電網(wǎng)時(shí),逆變電路按照控制單元的指令,以合適的頻率和相位將直流電能逆變?yōu)榻涣麟姟?/p>
逆變電路的工作原理是通過控制功率器件的開關(guān)順序和時(shí)間,使得直流電源在負(fù)載端產(chǎn)生交流電壓。例如,對于三相逆變電路,通過按照一定的順序(如 180° 導(dǎo)電型或 120° 導(dǎo)電型)控制六個(gè) IGBT 的導(dǎo)通和關(guān)斷,將直流母線電壓轉(zhuǎn)換為三相交流輸出。在回饋過程中,還需要考慮電網(wǎng)的電壓幅值、頻率等參數(shù),通過反饋控制來調(diào)整逆變輸出,保證電能順利回饋電網(wǎng)并且滿足電網(wǎng)接入要求。
濾波單元
為了使回饋到電網(wǎng)的電能質(zhì)量符合要求,交流回饋負(fù)載還配備了濾波單元。濾波單元主要用于濾除逆變輸出交流電中的諧波成分。
一般采用電感、電容組成的濾波器,如 LCL 濾波器。LCL 濾波器對于高頻諧波有很好的濾波效果,其原理是利用電感對高頻電流的阻礙作用和電容對高頻電壓的旁路作用,將諧波電流分流到地或者限制其在電路中的流動(dòng),從而使回饋到電網(wǎng)的電能波形更接近正弦波,減少對電網(wǎng)的諧波污染。