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直流无触点干式电力负载箱负荷装置技术方案
一、概述
直流干式电力负载箱负荷装置主要进行常规潜艇的蓄电池组深度放电和柴电机组负荷测试用，该设备一般在趸船上工作，作业场所高温、高湿、高盐雾，工作环境较为恶劣，为便于汽车运输使其能在多个港口船厂使用，对壳体要求结构坚固，轻巧抗震，型宽不大于2.2m，总质量小于3000Kg。
根据试验负载的改变方式，直流干式电力负荷装置有以下两种电路型式：
1）采用多个不同功率电阻单元，通过接触器的投切使各电阻单元进行各种不同组合，从而获得各种不同试验负载功率。
2）采用IGBT直流斩波调压电路，通过PWM方式连续改变加到电阻单元上的平均电压，从而获得无数种不同试验负载功率，配以PLC或单片机控制，能轻松实现恒功率输出和恒电流输出，以满足各种测试工况需求。
二、直流无触点干式电力负荷装置原理
1.IGBT直流斩波调压电路
IGBT直流斩波调压电路由主接触器、IGBT模块、半导体快速熔断器、负荷电阻箱、IGBT驱动电路板等组成，见方案图F00。
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）中文全称叫绝缘栅双极型晶体管，是一种大功率电子器件。IGBT模块则是由IGBT芯片与续流二极管（FWD）芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体器件，IGBT模块广泛用于逆变器等大功率电子开关电路中。
本机采用IGBT模块担任直流无触点开关，通过PWM方式输出直流斩波电压至负载电阻。陕西大功率负载箱,为提高可靠性，每一个负荷电阻箱配两只IGBT模块，分别控制两组功率略有不同的电阻单元，5组负荷电阻箱共使用10只IGBT模块。
快熔用于对IGBT的保护，主接触器用以紧急情况下切断输入。
IGBT驱动电路板用以将PLC输出的模拟量信号转为放大的PWM触发信号驱动IGBT模块的导通与关断，PWM的占空比与PLC输出的模拟量成正比。
2.辅助系统电路
辅助系统包括冷却风机和测温装置。由于本机工作时其电阻功率单元会发出巨大的热量,如不采取有效冷却措施，这些热量的聚集会使电阻单元烧损甚至导致IGBT损坏。
因此在每组负荷电阻箱下方,装有轴流风机对电阻单元进行强迫风冷,通过强制对流带走热量,从而使电阻元件的温度能保证在较低的适用状态，风机主回路参见方案图F01。陕西大功率负载箱,在负荷电阻箱排风口处安装有热电偶,测量电阻单元高点的温度,作为整个负荷电阻箱可能达到的高温度并传送至PLC,以起到监视和预警电阻单元温度的用途。
3.PLC控制系统
PLC是本机的控制中心，PLC采用西门子公司的S7-200SMART,由一个CPUST60模块和6个扩展模块组成，是该系列的大配置，扩展模块的具体类型规格参见方案图F02。
模拟量输入模块通过变送器采集温度、电流、电压等参数，模拟量输出模块则用于控制IGBT驱动板。
人机界面采用触摸屏，通过以太网线与ST60建立通讯，采用组态王6.55版编写监控软件，用户可通过人机界面读取参数，输入数据与命令，进行实时操控。陕西大功率负载箱,为保证安全可靠，方便使用，在机内控制柜上设有手动操作站，用户可在手动操作站上进行调试和应急操作。
手动操作站上设有紧停按钮。
三、主要技术参数和功能
1.主要技术参数
负载特性：直流阻性负载
工作方式：长期间断工作方式，连续运行时间不少于24小时。
辅助电源：AC380V/50HZ/20KW
环境温度：0℃-50℃
相对湿度：﹤90%不结露
负荷冷却：底进强制风冷，排气温度﹤250℃
2.主要功能
1）额定功率920KW，输入电压分别在350V、430V、475V、560V、640V时，能满足25%、50%、75%、逐级加载的柴电机组负荷试验要求。
2）额定功率920KW，475V电压时，满足从零突加50%负荷后再突加到负荷的突加负荷试验，然后从负荷突卸为零。
3）满足单组和双组蓄电池20小时放电率放电要求。
4）满足单组和双组蓄电池恒电流放电要求。
四、主要元器件选型
1.IGBT模块选型
根据方案图F00，本机采用单管型结构IGBT模块，耐压应大于1000V，电流应大于200A。
具体选择型号为：FF400R16KT4，参数规格：400A/1600V。
2.电阻单元选型
根据方案图F00所列大负载时电阻单元功率和电流，100KW电阻单元理论阻值为2.03Ω，具体型号、数量及规格参数订货时按以上结果根据厂家样本选取。
3.主接触器选型
根据方案图F00所列电阻单元总电流，接触器触头电流应大于2223A，故此选择Ie=3000A的直流接触器。
负载如何使用呢，操作步骤有哪些？
一、负载柜操作界面
1、本地/远程控制开关：用于切换本地和远程控制模式。
2、风扇开关：用于控制散热风机启动停止。
3、过温报警：当负载异常高温时，系统发出声光报警。
4、紧急停止：当系统发生故障或其他紧急情况，按下急停开关，负载系统停止工作。
5、液晶显示控制面板：实时显示各相负载电流、电压。
6、负载显示区：控制面板显示负载运行状态下的具体参数。
7、负载设置区：控制面板的负载设置区。
8、负载频率设置：当前位置可设置负载运行的具体频率大小。
9、负载电流设置：当前位置可设置负载运行的具体频率大小。
10、负载类型选择：可选择切换为阻性、感性、容性。
11、参数确认按键：负载各项参数设置后的确认按键。
12、总输出开关按键：负载运行的开关和停止。
二、负载系统操作步骤，陕西大功率负载箱
1、接通电源，首先将负载箱机柜上的风扇开关打开。
2、风扇正常运行后，将本地远程控制开关切换到本地控制位置。
3、本地模式下，在液晶显示控制面板上的设置区，设置负载启动相应的参数，具体包括：频率、电流、功率因数、负载类型。
4、具体运行参数设置好后，点击参数确认按键。
5、点击负载总输出开关按键，启动。
6、测试结束，使所有负载开关处于断开状态，保持风机继续运行10分钟以上，电阻充分散热后，关闭散热风机，断开工作电源开关。
三、使用注意事项，陕西大功率负载箱
1、风机下部出风，上部出风，风机进出风口不能有遮挡。设备出风口1米内不要放置东西。
2、按照额定电压接通测试电源，严禁过电压使用。错误接入测试电源，有烧坏负载的风险。
3、由于电阻为发热器件，每次使用负载设备前，必须启动散热风机，确保散热风机正常运行。
4、测试结束，使所有负载开关处于断开状态，保持风机继续运行10分钟以上，电阻充分散热后，关闭散热风机，断开工作电源开关。
5、由于接线端子、铜排、接线柱等均有可能带有电压，严禁在机柜接线盒及柜门未关闭时通电测试。避免触电危险，注意人身安全。
6、使用专用并符合规格的电源电缆，以免引起不必要的事故。
7、为防止火灾和电击，请注意所有额定值和标示。
8、每次测试完毕，将所有负载档位开关位于断开状态。
直流电子负载的挑选要点
1、必须选择确认类型额定额定输入电压和输入电流、额定功率输入，可以满足测试需求，轻微的保证金。
2、动态测试需求，确认当前边坡是否应该可编程能力，以及斜率控制细度。
3、动态测试需求较高，应当确认大电流斜率是否满足测试要求。同一系列产品，大电流斜率额定电流成正比，不断攀登是一个的当前时间(分钟上升时间)，因此，时间爬，的电流越小动态性能更优越。陕西大功率负载箱,大上升斜率=额定电流/全系列当前时间。
4、测试环境差，应选择负载回路带宽高，一般来说，的电流上升时间(分钟上升时间)越小，环路带宽越高，恶劣的条件更优越的性能(高输入功率衰减率)，和更高的可靠性(障碍影响持续时间更短)。
5、智能和自动测试要求高的应用程序用户，钢筋扫描仪应选择负载的高采样率、高采样率，确保降低输入信号，以确保精度的伺服应用程序，提供了条件，智能应用程序的扩张。一般负载不能提供的功能。
6、对于生产线的应用程序，应该优先考虑系统的自动测试功能和方便，尽量避免液晶的小角。
(整理：尼勒克县电工培训学校)
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