摘 要

为了验证电源的质量，电源从工厂生产到投产必须进行一系列的实验，而负载消耗了大量的能量，本文研究了一种可以将实验中消耗的能量进行回收的电力电子型负载，大大减少了电能的消耗。

通常在对电机以及其控制装置的实验均采取一体化电机与负载组成的测试平台，本文研究的电力电子负载其工作原理是模拟上述电机与负载构成的测试平台，来验证电机及其控制装置的性能，本文搭建了能模拟电机启动的电力电子负载模型，该电力电子负载能实时模拟电机的各种参数，如电枢电流、转速以及转矩等。最后在MATLAB/SIMULINK仿真软件中进行了电机四象限运行状态，结果表明，该电力电子负载能模拟电机的运行状态，且与实际参数相比时，结果基本一致，验证了本文结果的正确性。

关键词：电机特性模拟；电力电子负载；直流电机模拟器；背靠背双PWM整流器

Abstract

Power source should be carried out discharge test before leaving the factory. The energy have been fully consumed in the traditional energy experiment, with the energy feedback function of the power electronic load can replace traditional load in the power source discharge test to achieve energy recycling.

In the power drag system, the test of driving device needs a complex load system formed by rotating motor and mechanical load. In this paper, a system of simulating DC motor and its load with power electronic converter is proposed, which can be used in the acceptance test of motor driving system. The systematic principle is derived, based on state equation of DC motor, on the base of Boost convertor, a novel main circuit is put forward. In order to compare, a simulating platform is established. The simulation results verify the feasibility of motor simulator.

Key Words: Simulating of Motor Characteristic；Electronic Load；DC Motor Simulator；Dual PWM Converter

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究主要内容及意义 2

第2章 理论基础 4

2.1 电源老化实验 4

2.2 电力电子负载 4

2.3 直流电动机特性分析 5

2.3.1 直流电机简介 5

2.3.2 直流电机的动态数学模型 6

第3章 模拟直流电机的PEL系统硬件设计 9

3.1 模拟直流电机的PEL系统设计原则 9

3.2 模拟直流电机的PEL系统硬件平台设计 10

3.3 模拟直流电机的PEL主电路设计 10

3.3.1 模拟直流电机的PEL主电路拓扑设计 10

3.3.2 模拟直流电机的PEL主电路参数设计 13

3.4 模拟直流电机的PEL采样电路的设计 14

3.5 模拟直流电机的PEL驱动电路的设计 16

3.6 模拟直流电机的PEL控制电路的设计 16

3.6.1 概述 16

3.6.2 控制电路设计 17

第4章 模拟直流电机的PEL仿真实验 20

4.1 SIMULINK软件介绍 20

4.2 模拟直流电机的PEL建模与仿真 20

4.2.1 电机计算 20

4.2.2 模拟直流电机的PEL建模 22

4.2.3 波形验证 24

第5章 结论 26

参考文献 27

附 录 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景

在电子技术飞速发展的时代，无论是军事领域上的微电子或者航天领域中的控制，亦或是家庭用的家用电器中，只要涉及到电子技术，电源成为了不可替代的关键技术，尤其是在互联网 的时代，人们已经离不开诸如手机、电脑等电子产品，而这些领域中的应用中，电源质量的优劣将很可能给应用机器造成非常大的影响，更严重地说，电源的性能会影响人们的正常生活，国家和人民会遭受巨大的损失。由于电源的不可替代性，国内外专业协会和领域均制订了严格的电源标准来对已进行试验但未出厂的产品进行了相当严格的考核，电源在投入工业应用之前必须进行大量反复而严格的试验。如通过老化试验对电源的输入、输出特性进行测试，以确定其是否满足出厂的标准和工业的应用水平。通常，传统试验最常用的试验是电源的老化试验，其具体方法是利用外接电阻来人为设置负载，使电源对负载进行供能，此种方式在以前的试验中被广泛使用，但是电能就纯粹被负载转化为热能消耗掉，在低碳环保型社会中，能源不能循环利用，是一种极大的浪费，因此，电力电子型负载能模拟待测电源的输出特性并且能够将电能通过一定的储存装置储存起来，既能充分利用电能，又满足了环境友好型社会的要求。

在此环境下，模拟型电力电子负载应运而生，既能实现电源与实验负载的统一平台，又可以充分地节约能源，而且这种模拟平台只需要调整电源及负载的参数即可，不用去购买试验所用负载，既可以极大地减少实验所消耗的时间，又可以反复进行实验，更能减少实验所花费的成本，无论是成本上还是意义上，都占据了绝对的优势。

由于电力电子负载在节能减排的意义上非常重大，也适应了我国的能源政策，因此在对其前景的分析上，国内外众多专家学者均认可了直流电力电子负载的广阔前景，其大量地被工业生产应用，在工业自动化方面具有非常重要且实际的作用，从一个角度上来说，本文选取的研究对象既可以实现电源平台测试搭建的目标，从另外一个角度分析，该模拟平台也能将流过模拟负载的电能通过双桥型结构来进行回馈给电网，该模拟平台的搭建及运行上具有十分重要和显著地效果。因此，对其进行深入的研究，在实际意义和工业上都具有非常重大的效果。从所学的专业电气工程来分析，该模拟平台的搭建可以应用于电力系统中，在国内众多的测试实验室中，其中动态模拟实验对电力系统的模拟实验占据了非常重要的地位，在电力系统的仿真实验中，由于线路的阻抗需要考虑，大量的模拟负载需要设置，如果仅仅依靠人工购买的实物负载来进行电源的实验，则需要消耗大量的人力、物力和财力，若通过本文的实验平台则能较好地解决上述问题，不仅能够模拟大系统的线路负载，而且可以将电能回流给电网，既能够大量反复的进行实验又可以最大程度的节约电能。因此本文选取直流电力电子负载作为研究对象。

1.2 国内外研究现状