带再生输出的电子负载：凉爽、安静、可靠和绿色

作者：ERIC TURNER，Intepro Systems

负载组通常用于电源和其他功率转换设备（包括电机驱动器和逆变器）的产品设计和生产测试。负载组有两种形式：基本（本质上是一组功率电阻器）和采用有源电路来动态模拟不断变化的负载曲线的电子系统。作为产品最终生产测试的一部分，负载组通常用于执行产品老化以消除早期故障（婴儿死亡率）。电子负载经常集成到自动化测试系统中。测试配置文件要么存储在单元中，要么通过计算机接口上传，以便可以编译测试数据以用于报告或存档目的。  

大多数负载组的共同点是它们占用空间、消耗大量能量并产生热量和噪音。本文介绍了具有再生输出或 ELR 的电子负载解决这些问题的方法。它还介绍了工程师在谈到 ELR 提供的显着优势时提出的典型问题，以及在现场使用 ELR 的制造商的答案。

负载银行问题

一般而言，负载组具有许多可能对效率、易用性、工作环境质量和费用产生负面影响的共同特征。最明显的问题是能源消耗。例如，一个典型的 10 kW 负载组将消耗超过 10 kW 的功率以提供该功能。

高功耗导致冷却问题，因为必须处理来自负载的热量。小型负载组可能只需要增加空调，大多数负载都是风扇冷却的，这进一步增加了能源消耗，并且还会显着增加环境噪音水平。对于需要水冷的负载组，可能会产生能源成本和大量安装费用。  

由于许多负载组的功耗和冷却要求，这些单元可能很大、笨重且有时无法移动。

带再生输出的电子负载

上述所有问题都与负载组产生的能量浪费有关。但是，如果可以捕获大部分能量呢？答案是肯定的。如何？通过使用与电力线输入同步的逆变器级将电力重定向回公用事业。

图 1说明了这种闭环系统是如何运行的。从主电源向被测设备供电。具有再生输出 (ELR) 的电子负载提供规定的负载曲线和用于将电源返回到主电源的内部微型逆变器。

图 1：闭环再生负载测试系统。

ELR 方法的结果非常显着——总能耗降低了 93%。它还对装置的尺寸、冷却要求和可听噪声有显着影响。在 10kW 时，ELR 仅散发 700W 的热量（这与典型的吹风机大致相同）。只需简单的插头连接到标准线路电压即可。

仅耗散 700W 的热量的其他几个好处意味着更小的冷却风扇，这可以减少可闻噪音以实现耳语般安静的运行。与典型的风冷负载相比，再生负载的功率密度也高出 2-3 倍，从而减少了机架或工作台空间。

实施再生负载组的秘诀是后端转换系统。如图2所示，直流能量流入 DC-DC 转换器，该转换器连接到 DC-AC 逆变器（电流源），然后与配电网同步以回收能量。该技术类似于并网光伏逆变器 (PV)。 

图 2：电子负载直流输出应用于并网逆变器级。  

关于 ELR 的问答

当测试工程师研究 ELR 技术时，经常会出现问题，因为它的好处似乎好得令人难以置信。Intepro Systems 目前有几种型号的 ELR 系统正在生产中，因此我们编制了以下典型问题列表和我们的回答：

问题：我的能量计会倒转吗？

回答： ELR 可回收高达 95% 的负载能量并将其循环回设施的交流电源网络。在大多数情况下，从 ELR 回收的电力远低于建筑物本地配电网络消耗的电力（图 3）；所以，不，仪表不会倒转——但它会大大减慢。

图 3：ELR 通常只占总公用事业负载的一小部分。   

问题：我可以将 ELR 连接到独立电源吗？

回答： 是的，如果设施有独立的电源，例如发电机、光伏系统或电池，并且被测单元不从公用事业公司获取电力，则可以连接。在这种情况下，ELR 是本地网络的净贡献者。

问题： 如果公用电网掉线并且直流能量是从未连接到电网的设备中产生的，会发生什么？在这种情况下，ELR 会继续提供电力并可能会震惊某人吗？

答： 不可以。ELR 必须包括一个自动电网监控系统，该系统检测用于电网同步的相电压和频率。如果电网退出，ELR 也会退出。这就是所谓的“防孤岛效应”，其运行原理与并网太阳能逆变器相同。在 ELR 的情况下，设备只是简单地关闭并等待操作员将其重新打开。

问题：ELR 比标准负载更昂贵。除了明显的优势，我如何证明增加的成本是合理的？

答： ELR 装置的现场经验表明，通过降低能源成本获得的投资回报约为三年。

具有再生输出的电子负载为电源和其他电源转换系统的负载测试提供了一种绿色解决方案。它们回收了 90% 以上的负载能量。

ELR 的可靠性很高，因为负载消耗的热量非常少，每千瓦，施加到被测设备上。例如， Intepro 的ELR9000（图 4）和ELR5000系列 单元不需要并联多个 MOSFET 或 IGBT 来处理散热问题。 

图 4：Intepro ELR9000 机架式装置的额定功率高达 10.5 kW。最多可以并联 10 个单元来模拟更高的功率负载。

审核编辑 黄昊宇