基本信息
- 项目名称：
- 电能回馈型节能直流电子负载
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品应用于电源测试。提出了以AVR单片微机处理器为核心的硬件技术路线，设计驱动变换主电路，外扩直流电压、电流信号的采集、光电隔离等检测电路。设计了PID控制算法与SPWM波相结合的软件系统，实现了电压同频同相的闭环跟踪；实现了纯阻性负载下的恒电流、恒电阻及恒功率的自动闭环调节功能，响应速度较快。采用了有源逆变、并网控制、并网电流正弦化等关键技术，实现了电能回收再循环利用，节省能源。
- 详细介绍：
- 电能回馈型节能电子负载是一种用于测试直流电源性能的新型电力电子装置，将测试的直流电源老化的能量逆变成交流电回馈电网，电能再生循环利用，节省能源，又减少热量排放，改善环境，达到测试、节能与减排的多重目的。作品应用于电源、通讯、汽车、电机等生产领域的产品被测试负载，使之测试的产品满足相关领域的技术性能指标要求，具有重要的实际应用与节能减排的意义。 作品提出了以AVR单片微机处理器为核心的硬件技术路线，设计了电力电子功率器件的驱动变换主电路，外扩直流电压、电流信号的采集、光电隔离等检测电路，能可靠地实现控制电路与主电路之间的协调工作。设计了PID控制算法与SPWM波相结合的软件系统，实现了电压同频同相的闭环跟踪；实现了纯阻性负载下的恒电流、恒电阻及恒功率的自动闭环调节功能，响应速度较快。 作品采用了有源逆变、并网控制、并网电流正弦化等关键技术，重点解决了被试电源的直流电逆变为交流电压回馈电网，电能回收再循环利用，节省能源，降低热量排放，改善环境等问题。设计的在线参数液晶显示功能模块，实现了各被测参数的信息交互，对进一步分析被试电源的质量提供了科学技术手段。 作品无论在理论上、技术上、推广应用上，还是在节省能源与产品创新等方面都具有重要的研究与应用价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.发明目的 用于直流电源测试。 2.基本思路 采用ATmega128单片机为控制电路核心处理器，电力场效应管为主电路开关器件，结合检测电路、驱动电路、键盘电路、显示电路、并网环节等关键技术，通过硬件和软件控制实现了直流电流电压的采集、开关器件的正弦脉冲宽度调制控制、各种参数的设定、与电网电压同频率同相位的跟踪。 3.创新点 (1)以AVR单片微机处理器为核心。 (2)设计了PID控制算法与SPWM波相结合的软件系统，实现了电压同频同相的闭环跟踪；实现了纯阻性负载下的恒电流、恒电阻及恒功率的自动闭环调节功能，响应速度较快。 (3)设计的在线参数液晶显示功能模块。 4.技术关键 采用SPWM算法的电能回馈逆变，并网控制、并网电流正弦化、功率因数控制等关键技术。 5.技术指标 (1)被试直流设备 ①输入直流电压:0～60V ②输入直流电流:0.5～3A ③测试工作模式：恒电流、恒电阻、恒功率工作模式 ④自诊断保护：过电压、过电流、短路、极性反接等保护功能 (2)交流电能回馈 ①电能回馈模式：单相交流电 ②交流并网电压：220VAC±15%,50Hz ③交流并网电流：并网电流为正弦波 ④电能回馈总效率：75%以上 ⑤自诊断保护：过电压、过电流、短路、极性反接等保护功能 (3)信息交互功能 ①参数显示：液晶实时显示 ②操作方式：轻触按键 (4)工作温度： -10～50度 (5)外型尺寸：宽280×深350×高180(mm）
科学性、先进性
- 1.作品的科学性与先进性 (1)科学性 作品的硬件与软件采用模块化的科学设计方法，易于硬、软件功能扩展；设计的高清晰液晶数字可视化窗口，易于参数、工作模式、故障报警等信息全面交互，外型设计科学。 (2)先进性 作品融合了“单片微机处理器、现代电力电子、智能控制、自动检测、有源逆 变、并网控制、并网电流正弦化、功率因数控制”等多种先进技术，实现了直流电子负载的微机化、数字化、多功能化、电能回馈等功能。 2.技术性能分析 被试电源：直流电压、直流电流； 控制器实现：AVR高性能单片微机处理器，速度快(1个时钟周期执行一条指令)；接口资源丰富；低功耗 控制算法：模糊逻辑推理智能控制算法 工作模式：恒电流、恒电阻、恒功率 人机交互：参数在线LED液晶显示 故障自诊断：过电压、过电流、短路、极性反接等保护 电能回馈：采用逆变并网技术，实现被试电能回馈交流电网，再生利用。为交流正弦波，对电网无污染。 通讯方式：RS485或MODBUS 外型尺寸：小
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 上海胜新电器厂是生产传统的电阻性负载厂家，对作品非常感兴趣，于2011年3月提出了技术转让要求。
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.作品技术特点与优势 (1)采用AVR单片微机处理器，优点是高级C语言编程，高效地开发目标产品 (2)作品将单片微机处理机与现代电力电子技术相结合，采用PID算法与SPWM技术相结合，利用单片机的定时器和PWM功能产生SPWM波，经驱动电路逆变电路，同时通过改变占空比和调制比实现输出电压和电流可调，实现了微机化、数字化、恒电流、恒电阻、恒功率等多种功能。 (3)采用逆变并网技术，把被试直流电源的能量反馈到交流电网，使能量再生利用，节省能源。 (4)具有过电压、过电流、过功率、过热、极性反接保护；电压、电流、功率 等上下限低限/超限智能判别识别功能。 2.作品适应范围及推广前景 替代笨重耗能的电阻负载；替代普通的耗能直流电子负载。实现对电源稳定性、负载稳定性、输出电压调整和瞬态特性等参数的测试。适用于通讯、开关电源、蓄电池、电机、功率器件等行业生产线的快速测试；用于实验室及计量检定部门对生产产家的产品测试检定；用于产品的老化实验。符合国家节能减排政策，应用前景非常广阔。
同类课题研究水平概述
- 负载测试在“通讯电源出厂试验、各种整流柜出厂试验、牵引动力试验、大功率充电电源试验、蓄电池放电试验、电机出厂试验、柴油机及汽油机出厂试验、汽车动力性能试验、电解电镀电源出厂试验”等场合广泛应用，如何科学而快速地检测其性能和指标成了一大难题。传统的试验方法是采用电阻箱和水阻试验台等作为负载，这类电阻性负载的弊病是耗能大、体积大、有级调节、功能单一；不能通讯等；普通的直流电子负载也存在着耗能的问题。可见，传统的电阻性负载与普通的直流电子负载已不能满足现代工业企业的需要，更不符合国家节能减排的政策。 据统计到了2010年，全世界电源产品70%集中在我国国内生产，电源行业每年因产品老化测试消耗的电费在40亿元人民币；蓄电池行业的放电测试每年浪费的电费不少于30亿人民币；其它行业如发电机、电动机、风机带载等生产检测试验中浪费的电能，每年也超过20亿元人民币。这些浪费的电能如果能回收80%，这将是一个巨大的节省能源的容量。为此，研制出电能回馈型直流电子负载用于上述产品的出厂老化测试，已迫在眉睫。 随着计算机与电力电子等技术的发展，国外直流电子负载已实现了数字化、智能化和通讯化；国内有的厂家也正在开发直流电子负载高端产品。随着电力紧张、石油价格上涨，能源问题已成为大家越来越关心的问题，能源的紧缺使得各种各样节能装置的研制备受关注。因此电能回馈型直流电子负载的研究具有广阔的市场和广泛的应用前景！ 国外的电能回馈型直流电子负载研究已趋于成熟阶段，如美国安捷伦Agilent N3300A系列能馈型直流电子负载，技术先进、功能创新，精度高。但价格昂贵(是国产同类产品价格的2倍以上)，维护不太方便。国内的电能回馈型直流电子负载研究正在起步阶段，如北京索英电气技术有限公司研制的电能回馈型直流电子负载实现了恒电流、恒电阻、恒功率等功能，但精度有待提高。 为此，作品重点研究了电能回馈型直流电子负载的微机化、数字化和多功能化的问题；重点研究了被测试直流电源的能量通过逆变并网技术回馈交流电网，能量再生利用，减少热量排放等技术难题。作品对响应北京市的节能减排，树立自主品牌，提高电源测试水平，提高学生的创新等方面都有着重要的意义。
