1 引言

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置應運而生，并且得到了廣泛的運用。電子負載是測試電源裝置的一種電力電子裝置，是微機測控技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的綜合運用。采用雙PWM變換器作為電子負載的主電路拓撲，在整個工作過程中兩側(cè)PWM變換器工作狀態(tài)不同，尤其是在電子負載裝置開機投入測試時的初始時刻，整流側(cè)和逆變側(cè)會出現(xiàn)較大的過沖電流，會對被測電源和電子負載裝置造成損壞。為避免這個問題，必須研究電子負載的啟動問題，以保護被測電源和電子負載裝置。

　　2 電子負載啟動原理

　　2.1 整體工作原理分析

　　電子負載主電路拓撲見圖1-2所示。

　　假設電子負載被測電源電壓為 ，其中，f1為us1的頻率;電網(wǎng)電壓為 ，其中，f2=50Hz為us2的頻率;直流母線電壓為Udc;PWM整流側(cè)濾波電感為L1;PWM逆變側(cè)濾波電感為L2。

　　PWM變換器正常工作的必要條件是直流側(cè)的電壓一定要大于交流側(cè)電壓的峰值。而電子負載初始投入測試(啟動)時，由于中間環(huán)節(jié)的直流側(cè)電容電壓從初始時刻為零開始緩慢上升到穩(wěn)態(tài)，所以初始時刻PWM變換器沒有工作在PWM整流狀態(tài)，而是工作在二極管整流狀態(tài)，從而引起初始時刻出現(xiàn)過沖電流;直到直流側(cè)電壓大于被測電源峰值時，PWM整流器才開始正常工作。初始時刻的過沖電流會對被測電源和電子負載裝置造成損壞，是不允許的。類似的問題也會出現(xiàn)在PWM逆變器一側(cè)，同樣需要引起注意。

　　為解決上述問題，增加圖4-1的啟動電路，即在PWM整流側(cè)和被測電源連接處串聯(lián)開關(guān)S1，在PWM逆變側(cè)和電網(wǎng)連接處串聯(lián)電阻R，并在電阻兩端并聯(lián)開關(guān)S2�！�

　　當包含被測電源的電子負載上電啟動時，主要包括以下三個階段：

　　第一階段：被測電源投入測試時，初始時刻開關(guān)S1、S2斷開，由逆變側(cè)的電網(wǎng)電壓給直流側(cè)電容充電，此時逆變側(cè)PWM變換器工作于二極管整流狀態(tài)，在逆變側(cè)串聯(lián)電阻R，起限流的作用，解決了逆變側(cè)初始時刻電流過沖的問題。

　　第二階段：對直流母線電壓和被測電源電壓進行實時的檢測，當直流母線電壓大于被測電源電壓峰值時，閉合開關(guān)S1，進入第2階段。此時整流側(cè)PWM變換器開始正常工作，解決了初始時刻整流側(cè)電流過沖的問題。在此階段兩側(cè)PWM變換器同時向直流母線充電。

　　第三階段：當直流母線電壓大于被測電網(wǎng)電壓峰值時，閉合開關(guān)S2，進入第3階段。逆變側(cè)PWM變換器工作于就緒等待狀態(tài)，直流母線電壓由PWM整流側(cè)充電繼續(xù)上升。當直流母線電壓達到額定穩(wěn)態(tài)值后，逆變側(cè)開始工作于PWM逆變狀態(tài)，啟動結(jié)束。此后，兩側(cè)都進入正常工作狀態(tài)。

　　2.2各階段工作原理

　　此階段的瞬時功率平衡關(guān)系為，逆變側(cè)交流功率ps2減去電阻R上的損耗后，等于直流側(cè)功率pd(4)

　　當希望限制啟動時的最大電流為Is2max時，可以求得啟動電阻為(5)

　　第三階段：PWM逆變器處于就緒等待狀態(tài)。這一階段中只有整流側(cè)為直流電容充電，功率平衡關(guān)系為(7)

　　直到直流電壓達到額定值，啟動結(jié)束，電子負載處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，功率平衡關(guān)系為整流側(cè)交流功率ps1減去逆變側(cè)交流功率ps2等于直流側(cè)功率，即(8)

　　由于穩(wěn)態(tài)時直流側(cè)平均功率為零，固有(9)

　　3 仿真結(jié)果

　　根據(jù)以上所述電子負載的主電路及啟動策略，在MATLAB/SimulinK平臺中搭建仿真模型，系統(tǒng)參數(shù)設計如下：L1=L2=16mH，Cd=2200uF，Udc=600V，開關(guān)頻率fc1=fc2=25kHz，電網(wǎng)電壓us2=311sin314t。

　　仿真運行參數(shù)：被測電源電壓us1=220sin314t，模擬負載Z=50Ω。

　　未加啟動環(huán)節(jié)時系統(tǒng)的啟動過程波形如圖4-3所示，圖(a)為被測電源電壓us1與電流is1波形，圖(b)為電網(wǎng)電壓us2與輸出電流is2波形，從圖中可以看出，無論是整流側(cè)還是逆變側(cè)，初始時刻的電流都非常大，這在工程實際中是不允許的。圖中電流波形均被放大20倍�！�

　　根據(jù)理論分析可得，啟動環(huán)節(jié)的參數(shù)設計如下：由式5可得限流電阻的阻值R≥15.55Ω;由式3可得開關(guān)的S1閉合時間t1，t1≥0.05;當 時，選擇閉合開關(guān)S2的時間t2。

　　選擇啟動環(huán)節(jié)的仿真參數(shù)：R=16Ω，t1=0.06s，t2=0.23s，仿真結(jié)果如圖4-4所示，(a)圖表示被測電源在初始時刻t=0~0.06s沒有投入到測試過程，在t=0.06s時，此時直流側(cè)電壓大于被測電源電壓峰值(Udc>220V),被測電源投入測試。(b)、(c)圖表示從初始時刻開始由電網(wǎng)電壓給直流側(cè)電容充電，直流側(cè)電壓上升，在t=0.23s時刻直流側(cè)電壓達到穩(wěn)態(tài)時，逆變側(cè)以單位功率因數(shù)將直流側(cè)能量回饋到電網(wǎng)。圖中電流波形均被放大了20倍。　　

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