基于電驅動(dòng)鉆機的交流電子負載的研究
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電動(dòng)鉆機的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗是研究和檢驗自動(dòng)送鉆系統的動(dòng)力以及其他一些自動(dòng)裝置的重要手段。動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗中為了對電動(dòng)鉆機動(dòng)力系統不同的狀態(tài)進(jìn)行模擬，需要選擇不同值的阻抗和負荷，但是實(shí)驗中一般加載的都是純電阻的負載，不能真實(shí)有效地模擬負載特性。而交流電子負載是一種可以模擬真實(shí)阻抗的電力電子裝置。交流電子負載是不僅能模擬真實(shí)負載某些特性的電子設備，還可以模擬不同數值的電阻、電感、電容及其組合，對于非線(xiàn)性負載某些特性也可模擬。電子負載通過(guò)控制輸入電流達到模擬各種負載的目的，具有調節方便、通用性強、精度高、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，特別是交流電子負載還可將被試電能以單位功率因數回饋給電網(wǎng)，可大大節約電能，在能源短缺的今天有很好的發(fā)展前景。
首先介紹了交流電子負載的拓撲，然后提出了一種基于DSP的交流電子負載的控制策略，最后給出了實(shí)驗結果。
2 交流電子負載的拓撲
電動(dòng)鉆機的動(dòng)力系統一般是由柴油發(fā)電機組構成，它們的輸出端并接在同一個(gè)交流母線(xiàn)上。
圖1給出了交流電子負載主電路的拓撲。主電路采用具有中間直流環(huán)節的AC/DC/AC兩級變換電路，這樣能夠分開(kāi)控制電子負載的輸入、輸出電流，及使輸入、輸出工作于不同頻率。其輸入、輸出變流器均采用電壓型PWM整流器，前級PWM整流器經(jīng)電感L1被試電源構成負載特性模擬部分；后級PWM整流器經(jīng)電感L2和變壓器T1柴油發(fā)電機組的交流母線(xiàn)(或電網(wǎng))構成能量回饋部分。
通過(guò)直接控制交流側電感電流，電壓型PWM整流器(VSR)可以實(shí)現4象限運行，能量可以雙向流動(dòng)。負載特性模擬部分工作在A(yíng)C/DC狀態(tài)，采用單一的電流瞬時(shí)值控制方式，通過(guò)控制電感電流IL1。的幅值以及與輸入電壓US之間的相位，可以改變電子負載輸入端口ab的等效阻抗，實(shí)現模擬不同大小、不同性質(zhì)的負載。能量回饋部分工作在DC／AC狀態(tài)，采用雙閉環(huán)控制輸出網(wǎng)側電流IL2的大小、波形及直流側母線(xiàn)電壓，工作在并網(wǎng)逆變狀態(tài)，以單位功率因數將被試電能回饋電網(wǎng)。
3 控制方法
3．1 負載特性模擬控制策略
如圖2所示，負載特性模擬部分為電流單環(huán)控制。首先采樣交流輸入電壓，經(jīng)過(guò)過(guò)零檢測電路后產(chǎn)生的方波信號送入DSP的捕獲口(CAP)作為相位同步信號。DSP內部通過(guò)軟件生成一個(gè)與交流輸入電壓同頻率且相位、幅值可調的正弦基準電流信號IREF，通過(guò)D／A轉換器轉換為模擬信號輸出。采用滯環(huán)電流控制技術(shù)實(shí)現電感電流對基準電流的實(shí)時(shí)跟蹤。通過(guò)改變基準電流給定相位θ，可調節電感電流IL1與輸入電壓US之間的相位，實(shí)現模擬不同功率因數(變化范圍為一l～+1)負載的功能，而通過(guò)調節基準電流給定幅值A改變所模擬的負載。通過(guò)外部的顯示和鍵盤(pán)接口設定工作模式、負載大小及功率因數，經(jīng)過(guò)運算可得到基準電流幅值A和相位。
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