CN106896332B - 一种重频电容充电电源测试负载及其测试方法 - Google Patents

一种重频电容充电电源测试负载及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种重频电容充电电源测试负载及其测试方法。该重频电容充电电源输出端接负载电容C1，负载电容C1的正端经放电开关K1、电感L1、电容C2构成回路，R1为吸收负载与电容C2并联。重频电容充电电源测试时，首先给负载电容C1进行充电，充电完毕后电源停止充电，触发放电开关K1导通，电容C1经电感L1对电容C2进行快速放电，放电结束时放电开关K1关闭，电源进行下一次充电。在下一次充电过程中，电容C2上的电压经电阻R1进行泄放，然后重复上述过程实现对电源的重频测试。该重频电容充电电源测试负载真实模拟了电源在实际工况下的工作性能，可实现重频充电电源在重频下反复充放电测试。

Description

一种重频电容充电电源测试负载及其测试方法
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域和高电压技术领域，涉及一种重频电容充电电源测试负载。
背景技术
随着重频脉冲功率技术的发展，重频电容充电电源广泛地用于脉冲功率储能电容的重复充电。随之电源工作的稳定性和可靠性亦引起了人们的重视，为此在电源投入使用前往往需要对其工作性能进行测试。
传统的重频电容充电电源采用电容和电阻直接并联的方式作为测试负载(如图1所示)，无法满足大容量负载电容条件下电源重频测试需求。实际应用中大型脉冲功率装置储能电容的容量一般在毫法量级(mF)，电源工作频率可达50Hz，对应的充电周期不超过20毫秒(ms)，电源输出的平均功率在几十kW至百kW。图2给出了实际应用中重频电容充电电源的典型工况，T＝1/f为电源工作周期，Tch为电源充电时间，两者之差为实际负载工作时间在1～2毫秒(ms)，U0为负载电容剩余电压或充电起始电压，U1为负载电容充电电压。可以看出，传统电源测试负载受电阻阻值和功率限制，负载放电时间常数(τ＝RC)太大而无法实现对电源进行重频充、放电测试，往往电源必须与脉冲功率装置进行系统联调，通过系统联调测试电源的工作性能，从而无法在早期暴露电源自身存在的缺陷，最终可能影响整个脉冲功率装置的研制进度和安全稳定运行。同时，传统电源测试负载工况属RC放电，与电源实际工况差异大，无法真实模拟电源在实际工况下的工作性能。
发明内容
为避免传统重频充电电源测试负载的不足，本发明提出一种新的重频电容充电电源测试负载及其测试方法。
解决方案如下：
该重频电容充电电源测试负载，包括负载电容C1、放电开关K1和电阻R1，有别于现有技术的是：还包括电感L1和电容C2，所述重频电容充电电源的输出端接所述负载电容C1，负载电容C1的正端经放电开关K1、电感L1、电容C2依次连接构成回路，所述电阻R1作为吸收负载与电容C2并联。
在以上方案的基础上，本发明还可进一步作如下优化限定：
上述电容C2为可调电容，电感L1为可调电感，用以通过改变电容C2和/或电感L1模拟实际负载电容不同工况；其中，通过调节电容C2来改变放电开关K1导通时负载电容C1上的剩余电压，通过调节电感L1改变放电开关K1关断时负载放电时间。
上述电阻R1为可调电阻，与电感L1共同参与调节负载放电时间。
上述放电开关K1优选晶闸管。
该重频电容充电电源测试负载在工作过程中，先由电源给负载电容C1进行充电，充电完毕后电源停止充电，放电开关K1导通，电容C1经电感L1对电容C2进行快速放电，放电结束时放电开关K1关断，对负载电容C1进行下一次充电。在下一次充电过程的同时，电容C2上的电压经电阻R1进行泄放，然后重复上述过程实现对重频电容充电电源的重频测试。
本发明利用负载电容C1对电容C2快速放电，然后在负载电容C1二次充电期间，将电容C2上储存的能量经R1泄放的原理来实现对重频电容充电电源的重复充放电测试。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.负载电容容量与重频电容充电电源工作负载电容容量相同；
2.通过调节电容C2和电感L1可模拟实际负载电容不同工况；
3.测试负载可实现重频充电电源在重频下反复充放电测试。
附图说明
图1是现有技术重频电容充电电源测试负载的电路原理图；
图2是实际应用中重频电容充电电源典型工况示意图；
图3是应用本发明的重频电容充电电源测试负载电路原理图；
图4是应用本发明的重频电容充电电源测试负载测试结果显示图。
图5是应用本发明的重频电容充电电源测试负载测试结果显示图。
具体实施方式
如图3所示，本发明的重频电容充电电源测试负载包括负载电容C1、开关K1、电感L1、电容C2和电阻R1；负载电容C1与重频电容充电电源输出端相连，负载电容C1的正端经放电开关K1、电感L1、电容C2构成回路，R1为吸收负载与电容C2并联。
该重频电容充电电源测试负载，通过调节电容C2改变负载电容C1上的剩余电压，通过改变电感L1和R1改变负载放电时间。
负载电容C1首先由重频电容充电电源进行充电，充电完毕后控制放电开关K1开启，电容C1经电感L1对电容C2进行快速放电，放电结束时开关K1关闭，然后负载电容C1可进行下一次充电。在下一次充电过程中，电容C2上的电压经电阻R1泄放完毕，然后重复上述过程实现对负载电容C1反复充放电，实现重频电容充电电源工作测试的目的。
其中，开关K1优选晶闸管。
设待测重频电容充电电源的平均输出电流即充电电流为i，充电频率为f＝1/T，T为电源的充电周期。当电源重频测试时，负载电容C1的容量取真实负载，设C1的初始电压为U0，则经过t0＝(U1-U0)·C1/i充电时间，负载电容C1上的电压升高至U1。然后电源停止充电，放电开关K1导通，电容C1经C1→L1→C2回路快速放电，电容C2上的初始电压为零。经过
Figure BDA0001199009200000031
时间放电结束，放电开关K1关闭。忽略回路损耗在放电结束时，C1上的电压近似表示为
Figure BDA0001199009200000032
取
Figure BDA0001199009200000033
则可以计算得到C2的容量。然后再经过t2＝3·R1·C2时间，C2上的电压泄放完毕。故负载一次充、放电周期为t＝t0+t1+t2。当满足t＜T条件时，负载可以实现电源的重频测试。
现结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
如图3所示负载电容C1、开关K1、电感L1、电容C2和电阻R1，负载电容容量C1＝440μF，K1为1只500A/1600V晶闸管，L1为C1和C2之间引线的电感约为1μH，C2＝380μF，R1＝1Ω。待测重频电容充电电源的设计平均输出电流为37A，充电电压600V，充电频率50Hz。
根据上述实施例，重频测试时C1上的初始电压U0≈50V，负载充、放电周期t＝t0+t1+t2≈7.72ms，小于充电周期20ms，故负载可以实现电源50Hz重频测试。典型测试结果如图4所示，CH1为负载电容充电电压。实测电源充电电压600V，电源充电频率为50Hz。
实施例2
如图3所示负载电容C1、开关K1、电感L1、电容C2和电阻R1，负载电容C1＝1.8mF，待测重频电容充电电源的平均充电电流为50A，充电电压为600V，充电频率为50Hz，要求重频充、放电时负载电容C1上的初始电压为充电电压的40％。
负载电容C1在一次放电结束所需的时间可近似表示为：
Figure BDA0001199009200000041
Figure BDA0001199009200000042
忽略回路损耗，在放电结束时电容C1上的电压为
Figure BDA0001199009200000043
若取C2＝0.3C1，则一次放电结束时C1上的剩余电压为初始电压的50％。实际中考虑到电路的损耗，电容C1上的剩余电压会低于初始电压的50％，故电容C2取0.6mF。电容C2上的电压经R1泄放，泄放时间t2＝3·R1·C2。K1为1只500A/1600V的晶闸管，电感器L1＝80μH为空芯电感，电阻R1＝1Ω。可以计算得到t1＝0.75ms，t2＝1.8ms。已知电源平均充电电流i＝50A，重频测试时负载电容C1上的电压变化为ΔU＝360，则电源一次充电所需的时间t0＝ΔU·C/i为12.96ms，则测试负载一次充、放电所需总的时间t＝t0+t1+t2≈15.5ms，小于电源充电周期20ms，故负载可以满足充电电容充电电源50Hz重频测试要求。
根据上述实施例重频电容充电电源进行了50Hz重频测试，结果如图5所示，CH1为电容C2电压，CH4为负载电容C1电压。测试结果显示，负载电容C1充电电压610V，经过快速放电其电压降为～240V，约为充电电压的40％，电源工作周期为20ms，对应工作频率50Hz。

Claims (5)

1.一种重频电容充电电源测试负载，包括负载电容C1、放电开关K1和电阻R1，其特征在于：还包括电感L1和电容C2，所述重频电容充电电源的输出端接所述负载电容C1，负载电容C1的正端经放电开关K1、电感L1、电容C2依次连接构成回路，所述电阻R1作为吸收负载与电容C2并联；所述电容C2用于设定放电开关K1导通时负载电容C1上的剩余电压，所述电阻R1和电感L1用于设定放电开关K1关断时负载放电时间。
2.根据权利要求1所述的重频电容充电电源测试负载，其特征在于：所述电容C2为可调电容，电感L1为可调电感，用以通过改变电容C2和/或电感L1模拟实际负载电容不同工况；其中，通过调节电容C2来改变放电开关K1导通时负载电容C1上的剩余电压，通过调节电感L1改变放电开关K1关断时负载放电时间。
3.根据权利要求1或2所述的重频电容充电电源测试负载，其特征在于：所述电阻R1为可调电阻，与电感L1共同参与调节负载放电时间。
4.根据权利要求1所述的重频电容充电电源测试负载，其特征在于：所述放电开关K1为晶闸管。
5.一种对重频电容充电电源进行重频测试的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的重频电容充电电源测试负载，重频电容充电电源给负载电容C1进行充电，充电完毕后放电开关K1导通，负载电容C1经电感L1对电容C2进行快速放电，放电结束时放电开关K1关断，对负载电容C1进行下一次充电；在下一次充电过程的同时，电容C2上的电压经电阻R1泄放；然后重复上述过程实现对重频电容充电电源的重频测试。
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