三相交流恒流源每相独立可调

三相交流恒流源实现每相独立可调，核心是通过三相分相式拓扑设计+独立闭环控制，让每相的输出电流幅值、频率、相位、谐波含量均可单独设定，满足不对称负载测试、三相不平衡模拟等场景需求。以下是具体的实现方案、核心设计要点与应用场景：

一、 核心拓扑：分相式独立控制架构

要实现每相独立可调，需摒弃传统三相桥式整流 / 逆变的 “耦合式” 拓扑，采用三相分相独立结构，每相均配置完整的 “AC-DC-AC” 变换链，互不干扰。

主电路拓扑（单相单元示例）每相的电路结构完全一致，可独立运行：

输入侧：三相电网输入 → 分相隔离变压器（可选，消除相间干扰）→ 单相整流桥 → 直流母线电容（储能稳压）。

逆变侧：单相全桥逆变器（IGBT/MOSFET + 驱动电路）→ LC 滤波电路（滤除开关谐波）→ 输出隔离变压器（可选，安全隔离 + 电压匹配）→ 负载。

关键点：三相直流母线相互独立，避免相间功率耦合，确保单相对负载调节时不影响其他两相。

二、 核心控制策略：每相独立闭环恒流控制

恒流源的核心是电流闭环控制，每相均配置独立的控制器（MCU/DSP/FPGA），实现电流幅值、频率、相位的精准调节。

控制环路设计（单相）采用双闭环控制，内环电流环保证恒流精度，外环可扩展电压限幅、谐波注入等功能：

采样环节：每相输出串联霍尔电流传感器，实时采集输出电流I_out，经 ADC 转换为数字信号送入控制器。

电流环（核心）：

设定该相的目标电流幅值I_ref、频率f、相位θ，生成标准正弦参考电流波形I_ref(t)。

计算参考电流与反馈电流的偏差ΔI = I_ref(t) - I_out(t)。

通过PI/PID 调节器处理偏差，输出 PWM 驱动信号，控制逆变器的 IGBT 导通占空比，实时调节输出电流。

相位独立调节：通过修改每相参考电流的相位角θ（如 A 相 0°、B 相 120°、C 相任意角度），实现三相相位差自由设定（对称 / 不对称均可）。

关键控制功能（每相独立配置）

电流幅值	直接修改I_ref，范围通常 0~ 额定电流	模拟三相不平衡负载的不同相电流
频率	修改参考波形的频率f，范围通常 45~65Hz	测试变频设备的电流响应
相位	修改参考波形的相位角θ，0~360° 可调	模拟无功功率补偿、相位偏移工况
谐波含量	向参考电流中注入指定次谐波（如 3/5/7 次）	测试设备的抗谐波干扰能力
可调参数	调节方式	应用场景

三、 关键硬件设计要点

分相隔离设计

输入侧采用分相隔离变压器，避免三相电网的电压波动相互影响；输出侧可配置独立隔离变压器，保证负载侧的电气安全。

直流母线电容分相独立配置，每相母线电压单独检测，防止单相反馈影响其他相。

功率器件选型

逆变器开关管选用耐高压、大电流的 IGBT（大功率场景）或 MOSFET（中小功率场景），并配置独立的驱动电路，确保每相开关动作不受干扰。

电流传感器选用高精度霍尔元件（如 ACS712、LA 系列），带宽≥10kHz，满足高频电流跟踪需求。

散热与保护

每相配置独立散热风扇 / 散热片，避免单相反载发热影响整体性能。

每相独立设置过流、过温、短路保护，某一相故障时仅切断该相，其余两相可正常工作。

四、 典型应用场景

三相不平衡负载测试如设定 A 相 5A、B 相 8A、C 相 3A，模拟电网三相电流不平衡工况，测试变压器、逆变器、电能表的运行稳定性。

电力设备检定检定三相继电器、电流互感器时，可独立调节每相电流幅值与相位，精准匹配检定标准。

新能源设备测试测试光伏逆变器、储能变流器的低电压穿越能力时，模拟三相电压 / 电流的不对称跌落。

五、 实操建议

小功率验证：先搭建单相恒流源验证闭环控制精度，再扩展为三相分相结构，降低调试难度。

数字化控制：采用 FPGA+MCU 架构，FPGA 负责每相的 PWM 生成与电流采样（高速），MCU 负责参数设定与人机交互（低速）。

校准与标定：每相独立进行电流校准，通过标准电流表标定输出精度，确保各相误差≤±0.5%。