信号发生器与电子负载结合模拟非线性负载时，主要通过信号发生器生成特定波形信号，电子负载根据该信号调节输入电流，从而模拟非线性负载的电流-电压特性。以下为具体模拟方法及关键技术：
一、核心模拟方法
- 波形生成与电流控制
- 信号发生器作用：生成非线性波形（如尖脉冲、谐波叠加信号），作为电子负载的输入指令信号。例如，模拟整流电路时，可生成周期性尖脉冲信号，其谐波成分与实际负载一致。
- 电子负载响应：通过电流控制环路（如PWM整流器），使输入电流实时跟踪信号发生器输出的波形，实现非线性电流的精确模拟。例如，当输入电压为正弦波时，电子负载可调整电流波形为方波或脉冲波，模拟开关电源的负载特性。
- 谐波叠加法
- 原理：将基波与多次谐波叠加，生成复杂非线性波形。例如，模拟含3次、5次谐波的电流时，信号发生器输出叠加后的信号，电子负载通过傅里叶变换分解谐波成分，并分别控制各次谐波的幅值和相位。
- 应用场景：电力谐波分析、电能质量测试等，需验证设备对非线性谐波的抑制能力。
- 状态空间平均法
- 建模分析：针对直流电子负载，建立状态空间平均模型，分阶段列写状态方程（如开关导通/关断阶段），求解静态工作点后，建立小信号模型。通过该模型可分析电子负载的动态特性，优化控制参数以提高跟踪精度。
- 优势：适用于开关模式电子负载，可预测系统响应速度及稳定性。
二、关键技术实现
- 高速数字信号处理（DSP）
- 采用DSP芯片实时计算输入电流的谐波成分，生成补偿信号。例如，在非线性负荷模拟装置中，DSP可处理41次谐波的幅值和相位参数，确保输出波形精度误差≤10%。
- 模块化三电平技术
- 通过双向变流器实现能量回馈，降低能耗。例如，电子负载将吸收的电能反馈至电网，模拟实际负载的功率流动方向，同时提高测试效率。
- CORDIC算法与插值技术
- 在硬件实现中，结合CORDIC算法（坐标旋转数字计算机）和插值技术，减少时钟周期和硬件资源消耗。例如，生成非线性电流波形时，CORDIC算法可高效计算三角函数值，插值技术则用于平滑波形过渡，降低谐波失真。
三、典型应用场景
- 电力电子设备测试
- 案例：测试UPS（不间断电源）对非线性负载的适应性。信号发生器生成含谐波的电流信号，电子负载模拟整流性负载，验证UPS输出电压的谐波畸变率是否符合标准（如THD<5%）。
- 新能源发电系统验证
- 案例：模拟光伏逆变器在非线性负载下的性能。信号发生器输出非正弦电流信号，电子负载模拟电网的非线性特性（如含谐波的阻抗），测试逆变器的并网电流质量。
- 电机驱动器测试
- 案例：验证电机驱动器对非线性负载的响应能力。信号发生器生成脉冲宽度调制（PWM）信号，电子负载模拟电机的反电动势波形，测试驱动器的过流保护功能。
四、设备选型建议
- 信号发生器要求
- 输出频率范围：覆盖待测非线性负载的谐波频率（如0-1MHz）。
- 波形精度：谐波失真度≤0.1%，确保模拟波形与实际负载一致。
- 接口类型：支持GPIB、USB或LAN，便于与电子负载同步控制。
- 电子负载要求
- 电流跟踪速度：响应时间≤10μs，适应快速变化的非线性负载。
- 功率等级：根据测试需求选择（如100W-100kW），支持能量回馈功能以降低测试成本。
- 保护功能：具备过压、过流、过温保护，防止非线性负载模拟过程中损坏设备。
