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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 電能回饋型節(jié)能直流電子負(fù)載
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 作品應(yīng)用于電源測(cè)試。提出了以AVR單片微機(jī)處理器為核心的硬件技術(shù)路線，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)變換主電路，外擴(kuò)直流電壓、電流信號(hào)的采集、光電隔離等檢測(cè)電路。設(shè)計(jì)了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實(shí)現(xiàn)了純阻性負(fù)載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電能回收再循環(huán)利用，節(jié)省能源。
- 詳細(xì)介紹：
- 電能回饋型節(jié)能電子負(fù)載是一種用于測(cè)試直流電源性能的新型電力電子裝置，將測(cè)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(dá)到測(cè)試、節(jié)能與減排的多重目的。作品應(yīng)用于電源、通訊、汽車、電機(jī)等生產(chǎn)領(lǐng)域的產(chǎn)品被測(cè)試負(fù)載，使之測(cè)試的產(chǎn)品滿足相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)性能指標(biāo)要求，具有重要的實(shí)際應(yīng)用與節(jié)能減排的意義。 作品提出了以AVR單片微機(jī)處理器為核心的硬件技術(shù)路線，設(shè)計(jì)了電力電子功率器件的驅(qū)動(dòng)變換主電路，外擴(kuò)直流電壓、電流信號(hào)的采集、光電隔離等檢測(cè)電路，能可靠地實(shí)現(xiàn)控制電路與主電路之間的協(xié)調(diào)工作。設(shè)計(jì)了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實(shí)現(xiàn)了純阻性負(fù)載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)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(shè)計(jì)的在線參數(shù)液晶顯示功能模塊，實(shí)現(xiàn)了各被測(cè)參數(shù)的信息交互，對(duì)進(jìn)一步分析被試電源的質(zhì)量提供了科學(xué)技術(shù)手段。 作品無(wú)論在理論上、技術(shù)上、推廣應(yīng)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(yīng)用價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.發(fā)明目的 用于直流電源測(cè)試。 2.基本思路 采用ATmega128單片機(jī)為控制電路核心處理器，電力場(chǎng)效應(yīng)管為主電路開關(guān)器件，結(jié)合檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤電路、顯示電路、并網(wǎng)環(huán)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)硬件和軟件控制實(shí)現(xiàn)了直流電流電壓的采集、開關(guān)器件的正弦脈沖寬度調(diào)制控制、各種參數(shù)的設(shè)定、與電網(wǎng)電壓同頻率同相位的跟蹤。 3.創(chuàng)新點(diǎn) (1)以AVR單片微機(jī)處理器為核心。 (2)設(shè)計(jì)了PID控制算法與SPWM波相結(jié)合的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電壓同頻同相的閉環(huán)跟蹤；實(shí)現(xiàn)了純阻性負(fù)載下的恒電流、恒電阻及恒功率的自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，響應(yīng)速度較快。 (3)設(shè)計(jì)的在線參數(shù)液晶顯示功能模塊。 4.技術(shù)關(guān)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(guān)鍵技術(shù)。 5.技術(shù)指標(biāo) (1)被試直流設(shè)備 ①輸入直流電壓:0～60V ②輸入直流電流:0.5～3A ③測(cè)試工作模式：恒電流、恒電阻、恒功率工作模式 ④自診斷保護(hù)：過(guò)電壓、過(guò)電流、短路、極性反接等保護(hù)功能 (2)交流電能回饋 ①電能回饋模式：?jiǎn)蜗嘟涣麟? 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(hù)：過(guò)電壓、過(guò)電流、短路、極性反接等保護(hù)功能 (3)信息交互功能 ①參數(shù)顯示：液晶實(shí)時(shí)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(xué)性、先進(jìn)性
- 1.作品的科學(xué)性與先進(jìn)性 (1)科學(xué)性 作品的硬件與軟件采用模塊化的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，易于硬、軟件功能擴(kuò)展；設(shè)計(jì)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(bào)警等信息全面交互，外型設(shè)計(jì)科學(xué)。 (2)先進(jìn)性 作品融合了“單片微機(jī)處理器、現(xiàn)代電力電子、智能控制、自動(dòng)檢測(cè)、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(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了直流電子負(fù)載的微機(jī)化、數(shù)字化、多功能化、電能回饋等功能。 2.技術(shù)性能分析 被試電源：直流電壓、直流電流； 控制器實(shí)現(xiàn)：AVR高性能單片微機(jī)處理器，速度快(1個(gè)時(shí)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(jī)交互：參數(shù)在線LED液晶顯示 故障自診斷：過(guò)電壓、過(guò)電流、短路、極性反接等保護(hù) 電能回饋：采用逆變并網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)被試電能回饋交流電網(wǎng)，再生利用。為交流正弦波，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染。 通訊方式：RS485或MODBUS 外型尺寸：小
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 上海勝新電器廠是生產(chǎn)傳統(tǒng)的電阻性負(fù)載廠家，對(duì)作品非常感興趣，于2011年3月提出了技術(shù)轉(zhuǎn)讓要求。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.作品技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) (1)采用AVR單片微機(jī)處理器，優(yōu)點(diǎn)是高級(jí)C語(yǔ)言編程，高效地開發(fā)目標(biāo)產(chǎn)品 (2)作品將單片微機(jī)處理機(jī)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相結(jié)合，采用PID算法與SPWM技術(shù)相結(jié)合，利用單片機(jī)的定時(shí)器和PWM功能產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路逆變電路，同時(shí)通過(guò)改變占空比和調(diào)制比實(shí)現(xiàn)輸出電壓和電流可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)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(shù)，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(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)功率、過(guò)熱、極性反接保護(hù)；電壓、電流、功率 等上下限低限/超限智能判別識(shí)別功能。 2.作品適應(yīng)范圍及推廣前景 替代笨重耗能的電阻負(fù)載；替代普通的耗能直流電子負(fù)載。實(shí)現(xiàn)對(duì)電源穩(wěn)定性、負(fù)載穩(wěn)定性、輸出電壓調(diào)整和瞬態(tài)特性等參數(shù)的測(cè)試。適用于通訊、開關(guān)電源、蓄電池、電機(jī)、功率器件等行業(yè)生產(chǎn)線的快速測(cè)試；用于實(shí)驗(yàn)室及計(jì)量檢定部門對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)家的產(chǎn)品測(cè)試檢定；用于產(chǎn)品的老化實(shí)驗(yàn)。符合國(guó)家節(jié)能減排政策，應(yīng)用前景非常廣闊。
同類課題研究水平概述
- 負(fù)載測(cè)試在“通訊電源出廠試驗(yàn)、各種整流柜出廠試驗(yàn)、牽引動(dòng)力試驗(yàn)、大功率充電電源試驗(yàn)、蓄電池放電試驗(yàn)、電機(jī)出廠試驗(yàn)、柴油機(jī)及汽油機(jī)出廠試驗(yàn)、汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)、電解電鍍電源出廠試驗(yàn)”等場(chǎng)合廣泛應(yīng)用，如何科學(xué)而快速地檢測(cè)其性能和指標(biāo)成了一大難題。傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法是采用電阻箱和水阻試驗(yàn)臺(tái)等作為負(fù)載，這類電阻性負(fù)載的弊病是耗能大、體積大、有級(jí)調(diào)節(jié)、功能單一；不能通訊等；普通的直流電子負(fù)載也存在著耗能的問題?？梢?，傳統(tǒng)的電阻性負(fù)載與普通的直流電子負(fù)載已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的需要，更不符合國(guó)家節(jié)能減排的政策。 據(jù)統(tǒng)計(jì)到了2010年，全世界電源產(chǎn)品70%集中在我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，電源行業(yè)每年因產(chǎn)品老化測(cè)試消耗的電費(fèi)在40億元人民幣；蓄電池行業(yè)的放電測(cè)試每年浪費(fèi)的電費(fèi)不少于30億人民幣；其它行業(yè)如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)帶載等生產(chǎn)檢測(cè)試驗(yàn)中浪費(fèi)的電能，每年也超過(guò)20億元人民幣。這些浪費(fèi)的電能如果能回收80%，這將是一個(gè)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(fù)載用于上述產(chǎn)品的出廠老化測(cè)試，已迫在眉睫。 隨著計(jì)算機(jī)與電力電子等技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外直流電子負(fù)載已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化和通訊化；國(guó)內(nèi)有的廠家也正在開發(fā)直流電子負(fù)載高端產(chǎn)品。隨著電力緊張、石油價(jià)格上漲，能源問題已成為大家越來(lái)越關(guān)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(guān)注。因此電能回饋型直流電子負(fù)載的研究具有廣闊的市場(chǎng)和廣泛的應(yīng)用前景！ 國(guó)外的電能回饋型直流電子負(fù)載研究已趨于成熟階段，如美國(guó)安捷倫Agilent N3300A系列能饋型直流電子負(fù)載，技術(shù)先進(jìn)、功能創(chuàng)新，精度高。但價(jià)格昂貴(是國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品價(jià)格的2倍以上)，維護(hù)不太方便。國(guó)內(nèi)的電能回饋型直流電子負(fù)載研究正在起步階段，如北京索英電氣技術(shù)有限公司研制的電能回饋型直流電子負(fù)載實(shí)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(diǎn)研究了電能回饋型直流電子負(fù)載的微機(jī)化、數(shù)字化和多功能化的問題；重點(diǎn)研究了被測(cè)試直流電源的能量通過(guò)逆變并網(wǎng)技術(shù)回饋交流電網(wǎng)，能量再生利用，減少熱量排放等技術(shù)難題。作品對(duì)響應(yīng)北京市的節(jié)能減排，樹立自主品牌，提高電源測(cè)試水平，提高學(xué)生的創(chuàng)新等方面都有著重要的意義。
