基于電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的交流電子負(fù)載的研究
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電動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)是研究和檢驗(yàn)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)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(yàn)中為了對(duì)電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)不同的狀態(tài)進(jìn)行模擬，需要選擇不同值的阻抗和負(fù)荷，但是實(shí)驗(yàn)中一般加載的都是純電阻的負(fù)載，不能真實(shí)有效地模擬負(fù)載特性。而交流電子負(fù)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(fù)載是不僅能模擬真實(shí)負(fù)載某些特性的電子設(shè)備，還可以模擬不同數(shù)值的電阻、電感、電容及其組合，對(duì)于非線性負(fù)載某些特性也可模擬。電子負(fù)載通過(guò)控制輸入電流達(dá)到模擬各種負(fù)載的目的，具有調(diào)節(jié)方便、通用性強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，特別是交流電子負(fù)載還可將被試電能以單位功率因數(shù)回饋給電網(wǎng)，可大大節(jié)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(fù)載的拓?fù)?，然后提出了一種基于DSP的交流電子負(fù)載的控制策略，最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2 交流電子負(fù)載的拓?fù)?br /> 電動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)一般是由柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，它們的輸出端并接在同一個(gè)交流母線上。
圖1給出了交流電子負(fù)載主電路的拓?fù)?。主電路采用具有中間直流環(huán)節(jié)的AC/DC/AC兩級(jí)變換電路，這樣能夠分開(kāi)控制電子負(fù)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(jí)PWM整流器經(jīng)電感L1被試電源構(gòu)成負(fù)載特性模擬部分；后級(jí)PWM整流器經(jīng)電感L2和變壓器T1柴油發(fā)電機(jī)組的交流母線(或電網(wǎng))構(gòu)成能量回饋部分。
通過(guò)直接控制交流側(cè)電感電流，電壓型PWM整流器(VSR)可以實(shí)現(xiàn)4象限運(yùn)行，能量可以雙向流動(dòng)。負(fù)載特性模擬部分工作在AC/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(fù)載輸入端口ab的等效阻抗，實(shí)現(xiàn)模擬不同大小、不同性質(zhì)的負(fù)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(cè)電流IL2的大小、波形及直流側(cè)母線電壓，工作在并網(wǎng)逆變狀態(tài)，以單位功率因數(shù)將被試電能回饋電網(wǎng)。
3 控制方法
3．1 負(fù)載特性模擬控制策略
如圖2所示，負(fù)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(cè)電路后產(chǎn)生的方波信號(hào)送入DSP的捕獲口(CAP)作為相位同步信號(hào)。DSP內(nèi)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(diào)的正弦基準(zhǔn)電流信號(hào)IREF，通過(guò)D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。采用滯環(huán)電流控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電感電流對(duì)基準(zhǔn)電流的實(shí)時(shí)跟蹤。通過(guò)改變基準(zhǔn)電流給定相位θ，可調(diào)節(jié)電感電流IL1與輸入電壓US之間的相位，實(shí)現(xiàn)模擬不同功率因數(shù)(變化范圍為一l～+1)負(fù)載的功能，而通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電流給定幅值A(chǔ)改變所模擬的負(fù)載。通過(guò)外部的顯示和鍵盤接口設(shè)定工作模式、負(fù)載大小及功率因數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算可得到基準(zhǔn)電流幅值A(chǔ)和相位。
評(píng)論