交流回馈负载的工作原理

基本概念

交流回馈负载主要用于测试交流电源设备，如不间断电源（UPS）、逆变器等。它能够将被测电源输出的交流电进行处理，模拟实际负载的特性，并将部分电能回馈到电网，实现能量的循环利用。

工作原理

功率变换单元

交流回馈负载通常包含功率变换电路，一般是基于电力电子器件（如 IGBT - 绝缘栅双极型晶体管）构建的变流器。当被测交流电源输出的交流电接入负载时，首先经过功率变换单元。这个单元可以对输入的交流电进行整流，将交流信号转换为直流信号。

例如，对于三相交流输入，通过三相整流桥将三相交流电整流为直流电，其原理是利用二极管或可控整流器件（如晶闸管）的单向导电性，在不同的交流相位下，使得电流只能按照一定的方向流动，从而将交流变为直流。

控制单元

控制单元是交流回馈负载的核心部分。它根据预设的负载参数（如功率、功率因数等）和实际的运行状态，对功率变换单元进行精确控制。

一方面，它通过对功率变换单元中 IGBT 等器件的开通和关断控制，实现对输入电能的调节。例如，通过脉冲宽度调制（PWM）技术来控制 IGBT 的导通时间，改变输出电压或电流的大小，从而模拟不同大小的负载。PWM 信号的占空比决定了输出电压的平均值，占空比越大，输出电压的平均值越高。

另一方面，控制单元还负责实现电能的回馈功能。它监测直流母线电压等参数，当直流母线电压达到一定值时，控制逆变电路将直流电能转换为与电网同频率、同相位的交流电，回馈到电网中。这个过程需要精确的锁相控制，以确保回馈的交流电与电网电压在频率和相位上严格匹配，避免对电网造成干扰。

回馈单元

回馈单元主要由逆变电路组成。在将直流电能转换为交流电能回馈电网时，逆变电路按照控制单元的指令，以合适的频率和相位将直流电能逆变为交流电。

逆变电路的工作原理是通过控制功率器件的开关顺序和时间，使得直流电源在负载端产生交流电压。例如，对于三相逆变电路，通过按照一定的顺序（如 180° 导电型或 120° 导电型）控制六个 IGBT 的导通和关断，将直流母线电压转换为三相交流输出。在回馈过程中，还需要考虑电网的电压幅值、频率等参数，通过反馈控制来调整逆变输出，保证电能顺利回馈电网并且满足电网接入要求。

滤波单元

为了使回馈到电网的电能质量符合要求，交流回馈负载还配备了滤波单元。滤波单元主要用于滤除逆变输出交流电中的谐波成分。

一般采用电感、电容组成的滤波器，如 LCL 滤波器。LCL 滤波器对于高频谐波有很好的滤波效果，其原理是利用电感对高频电流的阻碍作用和电容对高频电压的旁路作用，将谐波电流分流到地或者限制其在电路中的流动，从而使回馈到电网的电能波形更接近正弦波，减少对电网的谐波污染。