基本信息
- 項目名稱：
- 電能回饋型節(jié)能直流電子負載
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 作品應用于電源測試。提出了以AVR單片微機處理器為核心的硬件技術路線，設計驅(qū)動變換主電路，外擴直流電壓、電流信號的采集、光電隔離等檢測電路。設計了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實現(xiàn)了純阻性負載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應速度較快。采用了有源逆變、并網(wǎng)控制、并網(wǎng)電流正弦化等關鍵技術，實現(xiàn)了電能回收再循環(huán)利用，節(jié)省能源。
- 詳細介紹：
- 電能回饋型節(jié)能電子負載是一種用于測試直流電源性能的新型電力電子裝置，將測試的直流電源老化的能量逆變成交流電回饋電網(wǎng)，電能再生循環(huán)利用，節(jié)省能源，又減少熱量排放，改善環(huán)境，達到測試、節(jié)能與減排的多重目的。作品應用于電源、通訊、汽車、電機等生產(chǎn)領域的產(chǎn)品被測試負載，使之測試的產(chǎn)品滿足相關領域的技術性能指標要求，具有重要的實際應用與節(jié)能減排的意義。 作品提出了以AVR單片微機處理器為核心的硬件技術路線，設計了電力電子功率器件的驅(qū)動變換主電路，外擴直流電壓、電流信號的采集、光電隔離等檢測電路，能可靠地實現(xiàn)控制電路與主電路之間的協(xié)調(diào)工作。設計了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實現(xiàn)了純阻性負載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應速度較快。 作品采用了有源逆變、并網(wǎng)控制、并網(wǎng)電流正弦化等關鍵技術，重點解決了被試電源的直流電逆變?yōu)榻涣麟妷夯仞侂娋W(wǎng)，電能回收再循環(huán)利用，節(jié)省能源，降低熱量排放，改善環(huán)境等問題。設計的在線參數(shù)液晶顯示功能模塊，實現(xiàn)了各被測參數(shù)的信息交互，對進一步分析被試電源的質(zhì)量提供了科學技術手段。 作品無論在理論上、技術上、推廣應用上，還是在節(jié)省能源與產(chǎn)品創(chuàng)新等方面都具有重要的研究與應用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.發(fā)明目的 用于直流電源測試。 2.基本思路 采用ATmega128單片機為控制電路核心處理器，電力場效應管為主電路開關器件，結(jié)合檢測電路、驅(qū)動電路、鍵盤電路、顯示電路、并網(wǎng)環(huán)節(jié)等關鍵技術，通過硬件和軟件控制實現(xiàn)了直流電流電壓的采集、開關器件的正弦脈沖寬度調(diào)制控制、各種參數(shù)的設定、與電網(wǎng)電壓同頻率同相位的跟蹤。 3.創(chuàng)新點 (1)以AVR單片微機處理器為核心。 (2)設計了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實現(xiàn)了純阻性負載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應速度較快。 (3)設計的在線參數(shù)液晶顯示功能模塊。 4.技術關鍵 采用SPWM算法的電能回饋逆變，并網(wǎng)控制、并網(wǎng)電流正弦化、功率因數(shù)控制等關鍵技術。 5.技術指標 (1)被試直流設備 ①輸入直流電壓:0～60V ②輸入直流電流:0.5～3A ③測試工作模式：恒電流、恒電阻、恒功率工作模式 ④自診斷保護：過電壓、過電流、短路、極性反接等保護功能 (2)交流電能回饋 ①電能回饋模式：單相交流電 ②交流并網(wǎng)電壓：220VAC±15%,50Hz ③交流并網(wǎng)電流：并網(wǎng)電流為正弦波 ④電能回饋總效率：75%以上 ⑤自診斷保護：過電壓、過電流、短路、極性反接等保護功能 (3)信息交互功能 ①參數(shù)顯示：液晶實時顯示 ②操作方式：輕觸按鍵 (4)工作溫度： -10～50度 (5)外型尺寸：寬280×深350×高180(mm）
科學性、先進性
- 1.作品的科學性與先進性 (1)科學性 作品的硬件與軟件采用模塊化的科學設計方法，易于硬、軟件功能擴展；設計的高清晰液晶數(shù)字可視化窗口，易于參數(shù)、工作模式、故障報警等信息全面交互，外型設計科學。 (2)先進性 作品融合了“單片微機處理器、現(xiàn)代電力電子、智能控制、自動檢測、有源逆 變、并網(wǎng)控制、并網(wǎng)電流正弦化、功率因數(shù)控制”等多種先進技術，實現(xiàn)了直流電子負載的微機化、數(shù)字化、多功能化、電能回饋等功能。 2.技術性能分析 被試電源：直流電壓、直流電流； 控制器實現(xiàn)：AVR高性能單片微機處理器，速度快(1個時鐘周期執(zhí)行一條指令)；接口資源豐富；低功耗 控制算法：模糊邏輯推理智能控制算法 工作模式：恒電流、恒電阻、恒功率 人機交互：參數(shù)在線LED液晶顯示 故障自診斷：過電壓、過電流、短路、極性反接等保護 電能回饋：采用逆變并網(wǎng)技術，實現(xiàn)被試電能回饋交流電網(wǎng)，再生利用。為交流正弦波，對電網(wǎng)無污染。 通訊方式：RS485或MODBUS 外型尺寸：小
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 上海勝新電器廠是生產(chǎn)傳統(tǒng)的電阻性負載廠家，對作品非常感興趣，于2011年3月提出了技術轉(zhuǎn)讓要求。
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1.作品技術特點與優(yōu)勢 (1)采用AVR單片微機處理器，優(yōu)點是高級C語言編程，高效地開發(fā)目標產(chǎn)品 (2)作品將單片微機處理機與現(xiàn)代電力電子技術相結(jié)合，采用PID算法與SPWM技術相結(jié)合，利用單片機的定時器和PWM功能產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)驅(qū)動電路逆變電路，同時通過改變占空比和調(diào)制比實現(xiàn)輸出電壓和電流可調(diào)，實現(xiàn)了微機化、數(shù)字化、恒電流、恒電阻、恒功率等多種功能。 (3)采用逆變并網(wǎng)技術，把被試直流電源的能量反饋到交流電網(wǎng)，使能量再生利用，節(jié)省能源。 (4)具有過電壓、過電流、過功率、過熱、極性反接保護；電壓、電流、功率 等上下限低限/超限智能判別識別功能。 2.作品適應范圍及推廣前景 替代笨重耗能的電阻負載；替代普通的耗能直流電子負載。實現(xiàn)對電源穩(wěn)定性、負載穩(wěn)定性、輸出電壓調(diào)整和瞬態(tài)特性等參數(shù)的測試。適用于通訊、開關電源、蓄電池、電機、功率器件等行業(yè)生產(chǎn)線的快速測試；用于實驗室及計量檢定部門對生產(chǎn)產(chǎn)家的產(chǎn)品測試檢定；用于產(chǎn)品的老化實驗。符合國家節(jié)能減排政策，應用前景非常廣闊。
同類課題研究水平概述
- 負載測試在“通訊電源出廠試驗、各種整流柜出廠試驗、牽引動力試驗、大功率充電電源試驗、蓄電池放電試驗、電機出廠試驗、柴油機及汽油機出廠試驗、汽車動力性能試驗、電解電鍍電源出廠試驗”等場合廣泛應用，如何科學而快速地檢測其性能和指標成了一大難題。傳統(tǒng)的試驗方法是采用電阻箱和水阻試驗臺等作為負載，這類電阻性負載的弊病是耗能大、體積大、有級調(diào)節(jié)、功能單一；不能通訊等；普通的直流電子負載也存在著耗能的問題?？梢姡瑐鹘y(tǒng)的電阻性負載與普通的直流電子負載已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的需要，更不符合國家節(jié)能減排的政策。 據(jù)統(tǒng)計到了2010年，全世界電源產(chǎn)品70%集中在我國國內(nèi)生產(chǎn)，電源行業(yè)每年因產(chǎn)品老化測試消耗的電費在40億元人民幣；蓄電池行業(yè)的放電測試每年浪費的電費不少于30億人民幣；其它行業(yè)如發(fā)電機、電動機、風機帶載等生產(chǎn)檢測試驗中浪費的電能，每年也超過20億元人民幣。這些浪費的電能如果能回收80%，這將是一個巨大的節(jié)省能源的容量。為此，研制出電能回饋型直流電子負載用于上述產(chǎn)品的出廠老化測試，已迫在眉睫。 隨著計算機與電力電子等技術的發(fā)展，國外直流電子負載已實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化和通訊化；國內(nèi)有的廠家也正在開發(fā)直流電子負載高端產(chǎn)品。隨著電力緊張、石油價格上漲，能源問題已成為大家越來越關心的問題，能源的緊缺使得各種各樣節(jié)能裝置的研制備受關注。因此電能回饋型直流電子負載的研究具有廣闊的市場和廣泛的應用前景！ 國外的電能回饋型直流電子負載研究已趨于成熟階段，如美國安捷倫Agilent N3300A系列能饋型直流電子負載，技術先進、功能創(chuàng)新，精度高。但價格昂貴(是國產(chǎn)同類產(chǎn)品價格的2倍以上)，維護不太方便。國內(nèi)的電能回饋型直流電子負載研究正在起步階段，如北京索英電氣技術有限公司研制的電能回饋型直流電子負載實現(xiàn)了恒電流、恒電阻、恒功率等功能，但精度有待提高。 為此，作品重點研究了電能回饋型直流電子負載的微機化、數(shù)字化和多功能化的問題；重點研究了被測試直流電源的能量通過逆變并網(wǎng)技術回饋交流電網(wǎng)，能量再生利用，減少熱量排放等技術難題。作品對響應北京市的節(jié)能減排，樹立自主品牌，提高電源測試水平，提高學生的創(chuàng)新等方面都有著重要的意義。
