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機車逆變電源作為動車、普通列車供電系統的重要組成部分,其性能直接影響列車的穩定運行與乘客的人身安全,因此出廠前必須經過嚴格的帶載測試。針對傳統能耗型負載存在靈活性差、能耗高等問題,研制一種能模擬各種線性穩態負載,并將測試吸收電能回饋至逆變電源直流供電端的直流回饋型交流電子負載。

具體研究內容如下:

(1)以傳統能饋式電子負載為基礎,考慮被測逆變電源測試需求與電子負載工作環境,采用能量直流回饋方案,設計了以PWM整流電路為負載模擬單元、移相全橋變換電路為能量回饋單元的直流回饋型交流電子負載。分析了電子負載微機測試系統的整體構架與系統各部分的主要功能。

(2)闡述PWM整流器模擬不同穩態線性負載的原理,采用狀態空間平均法建立負載模擬單元的數學模型。基于此模型建立負載模擬單元電流環采用PI控制器時的控制系統,采用典型Ⅰ型和Ⅱ型系統最佳整定法設計控制器參數。為提升系統負載模擬精度,引入比例諧振(PR)控制器作為系統負載模擬單元控制器,提高了系統對交流信號的跟蹤能力。針對負載模擬單元鎖相需求,設計了基于DFT算法的軟件鎖相環,仿真結果表明該鎖相環能快速、準確獲取輸入電壓的相位。

(3)分析能量回饋單元軟開關實現所需的條件。利用狀態空間平均法建立能量回饋單元數學模型。以此模型為基礎結合能饋單元的控制目標,完成了能饋單元雙閉環控制器的設計。分析能量回饋單元輸入電壓含有二次諧波的原因,設計數字陷波濾波器,有效濾除輸入電壓的二倍頻諧波,改善系統回饋電流質量。

(4)根據電子負載技術指標,確定了主電路儲能元件的參數與功率器件的型號。針對電子負載功能需求,設計以DSP與CPLD為核心的系統主控板,分析主控板中相關功能電路的工作原理,設計DSP軟件控制程序。

(5)利用MATLAB軟件搭建測試系統仿真模型,仿真結果表明設計方案正確合理。