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機(jī)車逆變電源作為動(dòng)車、普通列車供電系統(tǒng)的重要組成部分,其性能直接影響列車的穩(wěn)定運(yùn)行與乘客的人身安全,因此出廠前必須經(jīng)過嚴(yán)格的帶載測(cè)試。針對(duì)傳統(tǒng)能耗型負(fù)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(wěn)態(tài)負(fù)載,并將測(cè)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(fù)載。

具體研究?jī)?nèi)容如下:

(1)以傳統(tǒng)能饋式電子負(fù)載為基礎(chǔ),考慮被測(cè)逆變電源測(cè)試需求與電子負(fù)載工作環(huán)境,采用能量直流回饋方案,設(shè)計(jì)了以PWM整流電路為負(fù)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(fù)載。分析了電子負(fù)載微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的整體構(gòu)架與系統(tǒng)各部分的主要功能。

(2)闡述PWM整流器模擬不同穩(wěn)態(tài)線性負(fù)載的原理,采用狀態(tài)空間平均法建立負(fù)載模擬單元的數(shù)學(xué)模型。基于此模型建立負(fù)載模擬單元電流環(huán)采用PI控制器時(shí)的控制系統(tǒng),采用典型Ⅰ型和Ⅱ型系統(tǒng)最佳整定法設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。為提升系統(tǒng)負(fù)載模擬精度,引入比例諧振(PR)控制器作為系統(tǒng)負(fù)載模擬單元控制器,提高了系統(tǒng)對(duì)交流信號(hào)的跟蹤能力。針對(duì)負(fù)載模擬單元鎖相需求,設(shè)計(jì)了基于DFT算法的軟件鎖相環(huán),仿真結(jié)果表明該鎖相環(huán)能快速、準(zhǔn)確獲取輸入電壓的相位。

(3)分析能量回饋單元軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)所需的條件。利用狀態(tài)空間平均法建立能量回饋單元數(shù)學(xué)模型。以此模型為基礎(chǔ)結(jié)合能饋單元的控制目標(biāo),完成了能饋單元雙閉環(huán)控制器的設(shè)計(jì)。分析能量回饋單元輸入電壓含有二次諧波的原因,設(shè)計(jì)數(shù)字陷波濾波器,有效濾除輸入電壓的二倍頻諧波,改善系統(tǒng)回饋電流質(zhì)量。

(4)根據(jù)電子負(fù)載技術(shù)指標(biāo),確定了主電路儲(chǔ)能元件的參數(shù)與功率器件的型號(hào)。針對(duì)電子負(fù)載功能需求,設(shè)計(jì)以DSP與CPLD為核心的系統(tǒng)主控板,分析主控板中相關(guān)功能電路的工作原理,設(shè)計(jì)DSP軟件控制程序。

(5)利用MATLAB軟件搭建測(cè)試系統(tǒng)仿真模型,仿真結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案正確合理。