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電流與電壓范文1
中圖分類號：TM307 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0105-02
異步電機，也稱感應電機，是一種利用氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流的相互作用，產生電磁轉矩，從而將機電能量轉換為機械能量的一種交流電機。異步電機的種類是多種多樣的，同時具有小型輕量化、轉速高、運轉效率高、制造成本低、控制裝置簡單等特點，作為現代設備的主要動力裝置，在多個領域得到了廣泛應用。因此，對電機故障進行智能化診斷，提升電機運行的可靠性，成為相關技術人員重點研究的課題。
1 電機電氣信號分析技術
從目前的技術發展情況看，針對電機的測試手段，主要包括動態測試和靜態測試兩種。其中動態測試是通過對定子電流信號的采集和分析，實現對于電機故障的判斷，即MCSA電機電流信號分析技術，靜態測試則是結合相關參數的對稱性，對電機故障進行判斷，由于必須在停機狀態下進行，會影響生產效率，因此并不經常使用。而這里提到的電機電氣信號分析技術，則是同時對電機的電流信號和電壓信號進行采集，結合電流與電壓同步頻譜，可以對電機故障進行細化，分為電氣故障、機械故障以及供電故障，相比于MCSA更加全面，更加可靠。
由歐姆定律可知，電壓和阻抗是導致電機電流信號變化的主要因素。若在電壓固定的情況下，電流出現較大的變化，則說明阻抗變化較大，可能原因是機械松動、繞組松動、氣隙偏心等機械故障；而如果阻抗固定，電流出現變壓，則電壓變化大，說明電機存在電氣故障，如短路、絕緣等問題。因此，電機電氣信號分析技術的基本規則為：
（1）峰值出現在電流譜，揭示電機機械故障；（2）峰值同時出現在電流譜和電壓譜，揭示電機電氣故障；（3）供電頻率的轉差頻率、邊頻，揭示轉子狀態；（4）對于軸承故障，峰值僅出現在電流譜，且存在線頻的非整數倍與轉頻非整數倍的頻率。
2 神經網絡
在神經網絡中，對故障樣本進行訓練，可以確定網絡的權值和閥值，當再次輸入故障信號時，就可以自動識別。因此，當網絡訓練完成后，神經網絡對于運算量的需求較小，運算速度也相對較快。憑借自身良好的非線性映射能力、并行處理能力以及聯想記憶能力等，神經網絡十分適用于對復雜電機系統的故障診斷工作。通過將神經網絡與電機電氣信號分析技術的結合，可以實現對于電機故障的智能化診斷，同時可以有效降低故障的錯報和漏報。
這里選擇當前理論最為成熟、應用最為廣泛的反向傳播網絡進行分析。反向傳播網絡，簡稱BP網絡，其學習規則是利用BP，對網絡的權值和閥值進行調整，從而使得網絡誤差的平方和最小。BP神經元與其他的神經元存在很大的相似性，不同之處則是其傳輸層為非線性函數，部分輸出層采用線性函數，其輸出為：
BP網絡的學習過程如圖1所示：
3 異步電機的故障識別
首先，要建立相應的故障庫，對故障樣本進行存儲，方便故障的識別。相關研究表明，當電機轉子斷條時，在線頻f兩側，會出現邊頻2sf，即：
出現定子繞組匝間短路時，在繞組的中心頻率兩側，會出現f以及其邊頻RS，結合相應的公式，對計算出的結果進行整理，可以得出電壓信號、轉子斷條以及繞組匝間短路電流信號的故障庫。
其次，要構建相應的網絡。這里采用三層網絡結構，分別為輸入層、輸出層和隱含層。其中，在輸入層中輸入電流與電壓信號的16個特征頻率值，采用16個神經元，而輸出層采用線性函數，含有3個輸出，因此采用3個神經元。隱含層神經元的確定可以根據經驗公式獲得，如下：
其中，M代表輸出節點數，N代表輸入節點數，表示1～10之間的常數，可以對隱含層的節點數進行確定，為5～14。
需要注意的是，學習的速率過大或者過小都會對訓練的結果產生一定的影響，一般為0.01～0.8。
然后，網絡訓練。針對標準樣本和標準輸出進行多次訓練，可以確定隱含層的神經元為11，學習速率0.25。經多次訓練后，系統誤差約為10-5，能夠滿足故障識別精度的要求。
4 實驗與結論
一臺定子槽數48，轉子條數40，轉差為0.097的異步電機，在繞組匝間短路、轉子斷條和正常情況下運行，電機載荷超過1/4，使用ATPROL電機信號采集器，對電流和電壓信號進行同時采集，并將采集到的信號傳輸到計算機，經過FFT變換后，運用神經網絡對其故障模式進行判別，然后對相應的參數進行整理和分析。信號采集與處理裝置的結構如圖2所示。
針對實驗中得出的數據信息進行分析，可以得出以下幾個結論。
（1）傳感器為非嵌入式，可以方便地對電機的電流和電壓信號進行采集，便于進行實時檢測。（2）針對不同的故障，電壓信號和電流信號均有著相應的反應，利用電機電氣信號分析技術，可以對電機中存在的電氣故障和機械故障進行識別和區分，同時能夠通過兩者的相互驗證，減少誤判的機率，確保電機故障診斷的準確性。（3）雖然神經網絡在訓練階段的運算量相對較大，但是在網絡訓練完成后，所需要的運算量相比于傳統的診斷方法更小，而且運算速度更快，更適合現代診斷技術發展的客觀要求。
5 結語
實踐證明，同時采集異步電機定子電流與電壓信號的電機電氣信號分析技術，可以有效提升故障診斷的速度和準確性，應該得到推廣和普及。
參考文獻
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電流與電壓范文2
關鍵詞:電壓電流;測量隔離電路;設計;應用
1 前言
通常用電負載如電動機變化狀況是通過電路上所接電壓表和電流表上的數值來確定, 然而一些特殊要求, 需要采用電子數字記錄儀或是電腦系統對用電負載變化進行記錄監測時, 就要在這些測系統輸入端與高電壓大電流的負載電路之間配置合適的隔離電路端口了。
2 電壓電流測量隔離電路設計
2.1 電路結構原理圖
附圖1 所示測量隔離電路為電子測量系統設置了一個供檢測負載電流的端點OP1、一個供檢測負荷在線電壓的端點OP2和公共接地端。電路中電阻R1和二極管D1是降壓整流電路。C1、R2、C2組成濾波電路, C1端電壓為18V。直流電壓分別經R3、R4加到光電禍合器OC1、OC2內發光二極管正極上, 流過的電流約1mA。電源交流電由負載RL, 和電流取樣電阻R5分壓后, 經R6和C3輸入到OC1, 調制發光二極管上的直流電流, 產生一個與負載電流成正比例線性變化關系的調制信號:
2.2 工作過程與分析
交流電源經R7降壓輸入OC2, 調制OC2發光二極管上的直流電流, 產生的調制信號與負載在線電壓也是成正比例線性變化關系。在隔離電路的另一側,OC1、OC2的光敏三極管極分別通過VR1、VR2接至電源的正極(+V), 其輸出信號分別經C4、C5輸出到OP1、OP2端點。DP1的輸出隨輸入信號幅值與負載電流成正比例線性關系, OP2輸出信號幅值與負載在線電壓成正比例線性關系。電路中R8、R9是直流分壓電阻R10、R11和ZD1、ZD2構成限流、穩壓電路。
當OP1輸出電壓為2.5V時, 相應地負載電流是1A;OP2輸出電壓為2.5V時, 即負載在線電壓是240V。在校核光電禍合隔離電路時, 首先測量負載電流值VR1, OP1然后調整, 至使的電壓值與負載電流成相對應的比例值測負載在線電壓, 再調整VR2, 至OP2的電壓值與負荷在線電壓為相對應的比例值。
調整R5可以改變光電禍合隔離電路所適配的負載電流測量范圍, R5的電阻值由0.5IV來選定;其承受功率應大于0.5IMax。調整R7能改變負載在線電壓的測量范圍, R7電阻值由Vmax/250選定。Vmax是電源電壓的最高值, IMax是負載的最大電流值。
該光電禍合隔離測電路結構簡單、可靠, 輸出的電壓和電流變化與輸入的電壓、電流保持良好的線性特性, 并且沒有損耗給計帶來誤差.
利用隔離放大器測量電流和電壓雖然會有分流電阻功率損耗的缺點,具備高線性度、低成本和設計靈活等優勢的分流電阻電流檢測是進行電流測量一個經常使用的方法。隨著更佳散熱性能和更低阻值分流技術的發展,功率損耗可以通過降低分流信號的大小降到最低。
3. ACPL-C78X系列應用方法
電流與電壓范文3
【關鍵詞】小電流接地;壓敏電阻;應用
1.小電流接地系統分析
1.1 小電流接地系統的特點
對于低壓網而言，采用中性點不接地、消弧線圈接地、高阻接地方式（統稱小電流接地方式）具有很多其它接地方式所不具備的優點。從電能質量的角度來看，發生單相接地故障時，這兩種接地方式的電網都可以帶病運行較長時間（一般規定為2h），可在預定時間內有計劃停電進行維修，這對企業的連續生產意義重大，減少了產品的損失、設備損耗以及停機時間。
并且，在高阻接地系統中，中性點接地電阻對串聯諧振過電壓與間歇性電弧接地過電壓有很好的抑制作用，減少了電弧擊穿損壞設備的可能性，也降低了人身觸電的危險性。
北京鄭常莊燃氣熱電工程主廠房廠用電系統設計為中性點經接地電阻接地的接地方式。
1.2 小電流接地系統發生單項接地故障時的特點
中性點不接地系統在正常運行時：若三相系統完全對稱，電源中性點和大地之間具有等電位，各相對地電壓等于電源相電壓。見向量圖1所示。
圖1 向量圖
當發生單相（金屬性）接地時，為更為直觀的分析，本文針對極限方式討論即中性點不接地系統單相接地故障，如圖2所示。
圖2
圖3
由圖2可以看出，中性點不接地系統發生單相（金屬性）接地時：
1）故障相對地對電壓為零，非故障相對地電壓升高為線電壓。因此在這種系統中相對地的絕緣水平應按線電壓來考慮。
2）線電壓不變，三相系統仍保持對稱，用戶供電不受影響，可繼續運行。但為防止事故擴大，應盡快消除接地故障點，運行時間最多不得超過2h。
中性點經高阻接地發生單項接地故障時的向量圖，如圖3所示。
2.壓敏電阻的應用分析
2.1 壓敏電阻的定義
壓敏電阻是中國大陸的名詞，意思是"在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變"，或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。相應的英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡寫為“VDR”。壓敏電阻器是按其用途來命名的，稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時也稱為“電沖擊（浪涌）抑制器（吸收器）”。
壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值"Un"時（Un為閥值電壓），流過它的電流極小，相當于一只關死的閥門，當電壓超過Un時，流過它的電流激增，相當于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經常出現的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。
2.2 壓敏電阻在整流模塊中的應用
由于整流模塊對電源電壓的質量要求比較高，如果電壓質量不好很可能造成模塊燒毀事故。目前整流模塊的應用是十分廣泛的，在發電廠電氣系統中涉及到整流裝置的系統有直流系統、UPS系統、勵磁系統及電動機的變頻啟動裝置。由此可見整流裝置的安全穩定運行，對機組及設備的安全穩定運行有著至關重要的作用，所以必須引起我們足夠的重視。
上面講的整流裝置對電壓質量的要求十分嚴格，為保證電壓質量出現波動時對整流裝置起到較好的保護，目前比較廣泛的采用在電源一次回路并聯一組壓敏電阻，利用壓敏電阻的特性與電源空氣開關配合使用，以達到電壓發生波動時切斷整流裝置電源，保護整流裝置不被燒毀。如圖4所示。
圖4
由圖4可知，當電源電壓發生較大波動時，壓敏電阻擊穿流過較大電流，從而使進線空氣開關動作，切斷裝置電源。
3.小電流接地系統中壓敏電阻配置
3.1 本工程壓敏電阻的配置方式及存在的問題
本工程的主廠房廠用電系統為經接地電阻接地系統，為使敘述更為直觀易懂還是按照中性點不接地系統地情況進行討論。
本工程主廠房廠用電系統涉及到整流裝置的部分有：1、2號機組直流配電系統;1、2號機組UPS裝置及公用V裝置;1、2號機組燃機、汽機勵磁系統;1、2號燃機變頻啟動裝置（SFC）。其中除燃機變頻啟動裝置以外，其他幾個部分整流模塊的保護都是采用圖5所表示的方式，如圖5所示。
圖5
如圖5可以看出，正常情況下三相電源線電壓為380V，相對地電壓220V，當電源某項電壓發生較大波動，超過壓敏電阻的閥值電壓Un時，壓敏電阻導通空開跳閘。此時的壓敏電阻型號是按照220V的電壓等級進行選型的。
圖6
這樣問題就出現了，前面已經介紹過了中性點不接地系統當發生單相接地故障時，非故障相的對地電壓升高為線電壓（380V）圖6，超過了壓敏電阻的閥值電壓，壓敏電阻導通流過相間短路電流（此時兩相線接地，發生相間短路），空氣開關動作切斷電源。如果此時空氣開關與上一級斷路器配合不當，很有可能造成上一級電源開關跳閘，造成事故的擴大。而中性點不接地系統是允許帶單相接地故障運行一段時間的，這顯然與設計的初衷相違背。那應該怎么對壓敏電阻進行選擇呢？
3.2 小電流接地系統中壓敏電阻配置
上面所述的配置方法顯然是不恰當的，那在中性點非直接接地系統中壓敏電阻應該怎樣進行設計和選型呢？
我們根據小電流接地系統的第二個特點：單相接地后線電壓不變，三相系統仍保持對稱。
把三個壓敏電阻按照三角型接法并入一次回路，按線電壓來進行選型，如圖7所示。
圖7
如圖7所示，當電源系統發生單相接地后，三相之間的線電壓仍舊為380V，這樣就不會導致一發生單項接地就跳掉空開甚至燒毀壓敏電阻了，從而令運行人員有充分的時間檢查、排除故障，保證機組及設備的正常連續運行，也使得小電流接地配電系統地優點得以體現。
電流與電壓范文4
關鍵詞：農網 安全保護措施 剩余電流動作保護器
隨著農村經濟的發展和廣大農民生活水平與生活質量的不斷提高，特別是近些年來，我國東南部和沿海經濟發達地區農村經濟結構發生了根本變化，農村城鎮建設城市化，縮小了農村和城市的差別；農業適度規模經營，種植技術引入了高科技手段，農業生產機械化水平不斷提高；鄉鎮集體企業和個體經濟蓬勃發展，農村的大好形勢對安全用電提出了更高的要求。
在農村用電中安全用電的主要任務有：
——防止人身觸電的傷亡事故；
——防止電氣設備損壞事故；
——防止電氣火災事故。
觸電傷亡事故的類型，可分為直接接觸觸電和間接接觸觸電兩種。直接接觸觸電是指人員直接接觸了帶電體而造成的觸電。這種類型的觸電，觸電者受到的電擊電壓為系統的工作電壓，其危險性較大，一般情況下，直接接觸觸電多發生于電氣專業工作人員。但在農村電網中，由于設備的具體條件和用電的特點，非電氣專業人員的觸電也時有發生。間接接觸觸電是由于電氣設備（包括各種用電設備）內部的絕緣故障，而造成其外露可導電部分（金屬外殼）可能帶有危險電壓（在設備正常情況下，其外露可導電部分是不會帶有電壓的），當人員誤接觸到設備的外露可導電部分時，便可能發生觸電。由于目前在生產領域里各種電氣化的工具、設備被廣泛應用；生活電器品種多，數量大且已普及應用，這些設備、電器的操作人員多為非電氣專業人員，一旦電氣設備或生活電器的絕緣故障損壞，使其外露可導電部分帶有電壓，在沒有保護措施的情況下，極易造成人員觸電傷亡事故。所以，在安全用電工作中的首要重點，應是防止人身間接接觸觸電事故。設備內部絕緣故障時，在設備外露可導電部分接地的情況下，還可能造成單相對地短路損壞設備。另外，電氣設備和電氣線路（特別是室內電氣線路）由于絕緣損壞故障引起的單相接地故障。當接地故障長期存在，局部發熱、使溫度升高，以致烤燃了其周圍的易燃物而引起火災事故（電氣火災發生的原因很多，如設備或線路運行過負荷、絕緣損壞而造成相間短路、導體接觸不良、易發熱設備安裝不合理等），因此，防止電氣火災事故亦為安全用電工作的重點。在有關的國際標準（ISO）及我國的國家標準中，為保證安全用電都制訂了防止發生觸電事故的措施。
防止直接接觸觸電的安全措施：
——防止與帶電體接觸，將帶電體絕緣起來；
——在帶電體外，加裝遮欄和外護物；
——防止無意地觸及帶電體，設置臨時阻擋物；
——保持一定距離，防止人員活動時接觸帶電體；
——在低壓系統（220V／380V）安裝動作電流不超過30mA、快速動作型的漏電保護器。
防止間接接觸觸電的安全措施：
——自動切斷電源，以保證發生人身觸電事故時能及時脫離電源；
——做好電氣設備的接地保護，降低接地裝置的接地電阻，以限制接觸電壓；
——在各種建筑物內實施等電位連接；
——一些電器特別是家用小電器和手持式電動工具選用增強絕緣型，即雙重絕緣型；
——在重要用電場所或環境惡劣場所，使用隔離變壓器，改變供電制式為不接地型；
——在特殊環境條件下作業，如地下、溝道等，使用安全低電壓（50V以下）的電器。
上述各項措施可根據電網和用電單位的具體情況選用。在我國目前農村電網的低壓用電系統中，防止觸電傷亡事故最基本的措施是能及時、迅速地切斷電源。在低壓電氣系統中，自動切斷電源的實現，主要靠各種型式的過電流保護系統，如過流脫扣、熔絲保險。而電流保護系統的關鍵是在發生故障時，要能形成一個故障電流回路，形成故障回路的主要條件是電氣設備要有完善的保護接地系統。
國家標準GB14050《系統接地的型式及安全技術要求》中，電氣系統接地保護的型式有TN系統、TT系統及IT系統。TN系統是指電氣系統本身有一點接地，系統中電氣設備和外露可導電部分與電氣系統的接地點直接連接（在低壓電氣系統中電氣設備的外露可導電部分，通過保護線與電氣系統的中性線相連接）。TN系統中電氣設備外露可導電部分與電氣系統接地點的連接方式，又可分為TN-C方式，即電氣設備的保護線直接接在系統的中性線，保護線與中性線共用合一的；TN-S方式，即電氣設備的保護線與系統的中性線是分開的，電氣設備的保護線接在系統專設的保護線上；TN-C-S方式，即電氣設備的保護線與系統的中性線，在系統中一部分是合一的，一部分是分開的，也就是系統的保護線不是接在系統電源的接地點，而是連接在系統的中性線的某一部分。
TT系統是指電氣系統本身有一點接地。電氣設備的外露可導電部分不與電氣系統接地點相連接，而獨立接地。
IT系統是指電氣系統本身不接地或有一點經大阻抗接地，電氣設備的外露可導電部分獨立接地。
無論在哪一種接地保護型式下，發生設備單相接地事故或人身接觸了故障情況下的電氣設備外露可導電部分時，電流保護切斷電源的首要條件是故障短路電流值要大于保護設備的動作電流值。而故障短路電流的大小，在TN系統中接地故障短路電流取決于故障點距保護裝置的距離，故障電流通過導線和保護線的截面、材質；在TT系統中接地故障短路電流除取決于故障點距保護裝置的距離和故障電流通過導線的截面、材質外，還取決于電源接地點和設備保護接地點的接地電阻值，同時還要考慮電流保護動作的動作時間。運行實踐證明：在一些發生間接接觸觸電的事故中，由于線路距離過長，接地故障的阻抗大或系統的電流保護的動作電流大，故障電流不足以使保護動作及時切斷電源或切斷電源的時限過長，而造成傷亡事故。特別是在TT系統中，發生間接接觸觸電或單相故障接地時，故障電流的大小受各接地點接地電阻的影響，更難以在發生間接接觸觸電時，使電流保護迅速動作切斷電源。在我國農村低壓電網中普遍采用TT系統，上述問題更為突出。
為了解決系統的電流保護在單相接地短路故障時，不能迅速動作切斷電源的問題，經過多年的研究和實踐應用的經驗，使剩余電流動作保護器這個問題基本得以解決，為保證用電安全發揮了重要作用。
剩余電流動作保護器切斷電源的動作原理不是決定于接地故障電流的大小，而是靠系統中發生接地短路故障時或人員觸電時，系統各線間電流形成不平衡的差值來動作脫扣，切斷電源。通過接在線路上的零序互感器可以得到電流不平衡的差值，這個差值可以精確到毫安級，剩余電流動作保護器通過高靈敏度的電磁繼電器或電子電路可以使其脫扣時間控制在0.1s以內。目前，農村低壓電網的保護接地系統普遍采用TT系統，即用戶電氣設備的外露可導電部分采用獨立接地的措施。在TT系統中，過流保護動作的基本條件是，保護接地點接地裝置的接地電阻值決定故障電流值。在農村低壓電網發生觸電事故時，靠TT系統的過電流保護裝置動作切斷電源，往往因接地電阻值大，無法迅速切斷電源，而釀成傷亡事故。在農村低壓電網具體條件下，也不可能投入大量資金、金屬材料用以改善接地電阻，并造成巨大的浪費。而安裝剩余電流動作保護裝置，其動作不需要決定于接地電阻的大小，甚至在安裝剩余電流動作保護器后，可以適當放寬對電氣設備保護接地裝置接地電阻的要求。所以在電網中認真執行防止間接接觸觸電的各項技術措施的同時，安裝剩余電流動作保護器作為各項技術措施的后備保護是不可缺少的。應該強調的是：不能因為安裝了剩余電流動作保護器而削弱或放棄其他技術措施，剩余電流動作保護器和各項技術措施是不能互相代替的。實踐證明：自80年代中期以來，在用電設備上安裝使用剩余電流動作保護器對防止單相接地短路故障（人員觸電事故、電氣設備接地燒毀事故、電氣線路剩余電流造成的電氣火災事故等）起了一定的保護作用，特別是大大降低了人員間接接觸觸電傷亡事故，在農電系統中效果尤為明顯。在農網中安裝剩余電流動作保護器一般宜按分級保護方式，即農網的終端（用戶負荷端）及電源端裝設漏電保護器。電源端裝設剩余電流動作保護器后，不但可防止架空線路上的故障造成人員觸電傷亡事故，還可監測架空線路的運行絕緣水平和泄漏電流。
當前，農網改造工程正緊張地進行，在農電管理體制改革各項工作進行的同時，尤其要做好農電安全用電工作。根據有關用電安全方面的國家標準，在用電中防止發生人身觸電傷亡事故有多項技術措施，其中包括從對設備的要求、操作要求、安全設施、改進系統條件等。在目前具體條件下，推廣使用剩余電流動作保護器仍是防止人身觸電事故、設備損壞事故和防止電氣火災事故，保證安全用電的有效措施之一。
在農電系統推廣使用剩余電流動作保護器，應認真貫徹執行國家標準GB13955《漏電保護器的安裝和運行》，做好下列幾項工作：
1根據國標要求，在用電范圍內，下列場合應裝設漏電電流動作保護器
(1) 屬于防電擊保護絕緣等級I類的移動式電氣設備和手持式電動工具。(電氣產品按防電擊保護絕緣等級可分為0、I、II、III四類。I類為產品的防電擊保護，不僅依靠設備的基本絕緣，而且還包含一個附加的安全預防措施。其方法是可能觸及的可導電的零件與已安裝的固定線路中的保護線連接起來，以使可觸及的可導電的零件在基本絕緣損壞的事故中不成為帶電體。)
(2) 安裝在潮濕、強腐蝕性等惡劣環境場所的電氣設備；
(3) 建筑施工的電氣施工設備；
(4) 暫設臨時用電的電器設備；
(5) 各種民用建筑物內的插座回路；
(6) 其他需要安裝剩余電流動作保護器的場所。
2正確選用嚴格把好剩余電流動作保護器的質量關
(1) 應選用技術條件符合國家標準的有關規定，并已檢測合格，具有國家認證標志的產品，其技術額定值應與被保護線路或設備的技術參數相配合。
(2) 選用剩余電流動作保護器時要考慮到：供電方式、電氣設備的使用環境、被保護線路或設備的正常泄漏電流大小及被保護設備的具體情況及要求，以確定選用的型式及動作參數。
(3) 可根據被保護線路或電氣設備具體情況及要求，選用帶有附加功能的剩余電流動作保護器，如過電壓保護、過負荷保護、三相缺相保護等。
3做好剩余電流動作保護器的運行維護和管理
電流與電壓范文5
關鍵詞：變壓；整流濾波；穩壓；
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
1、引言
直流穩壓電源是電子技術常用的設備之一,廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統的直流穩壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩壓電源品種很多, 但均存在以下問題: 當輸出電壓需要精確輸出, 或需要在一個小范圍內改變時(如1. 05～ 1. 07V ) ,困難就較大。二是穩壓方式均是采用串聯型穩壓電路, 對過載進行限流或截流型保護, 電路構成復雜,穩壓精度也不高。
傳統的直流穩壓電源通常采用電位器和波段開關來實現電壓的調節,并由電壓表指示電壓值的大小. 因此,電壓的調整精度不高,讀數欠直觀,電位器也易磨損.而基于單片機控制的直流穩壓電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。隨著科學技術的不斷發展,特別是計算機技術的突飛猛進,現代工業應用的工控產品均需要有低紋波、寬調整范圍的高壓電源,特別是在一些高能物理領域,急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調整范圍的電源。
從上世紀九十年代末起，隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通訊設備的技術更新推動電源行業中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發展。在80年代的第一代分布式供電系統開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業正面臨著新的挑戰，即如何在現有系統加入嵌入式電源智能系統和數字控制。
在家用電器和其他各類電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由220V 的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩壓電路將交流電轉換成穩定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。
2、方案論證與比較：
方案一: 采用單級開關電源，由220V交流整流后，經開關電源穩壓輸出。但此方案所產生的直流電壓紋波大，在其后的幾級電路中很難加以抑制，很有可能造成設計的失敗與技術參數的超標。
方案二：并聯式穩壓電源，電路簡便易行，所用元器件相對較少，當負載電流恒定時穩定性相對較好，其突出優點就是可承受輸出短路。但是效率低于串聯式穩壓電源，輸出電壓調節范圍較小，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大，因而不能采用。
方案三：串聯式穩壓電源，利用可調的三端式集成穩壓器先提供穩壓電壓和小電流，再通過三極管擴流的方式使之提供大功率。由于集成穩壓器通常內部已有各種保護電路，輔助電路就可以簡化。其次想采用經典的分立式元件形式，因為在理論課及實驗室中看到的大多是這種電源，并且具體電路形式很豐富，可借鑒的結構也較多。
比較以上幾種方案，決定采用方案三，即經典的串聯式穩壓電源，穩扎穩打，力爭做好。
3、硬件電路的組成與設計
直流穩壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩壓電路所組成。
我國電網供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。脈動大的直流電壓須經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。濾波后的直流電壓，再通過穩壓電路穩壓，便可得到基本不受外界影響的穩定直流電壓輸出，供給負載RL。
3.1電源變壓器
電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓變換為整流電路所需要的交流電壓。
本設計方案所需要用到的降壓變壓器是將電網交流電壓220V變換成復合需要的交流電壓，此交流電壓經過整流后可獲得后級電路所需要的直流電壓12V。
由于所需的直流電壓比起電網的交流電壓在數值上相差較大，考慮到穩壓部分中的集成穩壓器須在輸入電壓≥10V 時才能使輸出電壓為0.7V～9V。所以，降壓后的電壓設為10V～12V，才能達到要求輸出的電壓為0V～10V，即該部分電路采用變壓器把220V交流市電變為約10V 的低壓交流電，作為電源的輸入電壓。變壓器原輔線圈的匝數比為：
N1/N2 = U1/U2 = 220V/10V≈22/1
電路中的保險絲可起到保護電源的作用，當電流大于0.5A 時，保險絲熔斷，從而防止電源燒壞。電源變壓器的效率為：
其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。
一般小型變壓器的效率如表1所示，因此，當算出了副邊功率后，就可以根據下表算出原邊功率。
表1小型變壓器的效率
3.2整流濾波電路
整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。
如圖所示，在本設計中采用四個二極管組成橋式整流電路，利用單相橋式整流電路把方向和大小都大小都變化的50Hz的交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。其優點是電壓較高,紋波電壓較小,整流二極管所承受的最大反向交流電流流過,變壓器的利用率高。濾波電路：利用儲能元件-電容C兩端的電壓不能突變的性質,采用RC濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分濾除,得到比較平滑的直流電。
圖2橋式整流橋電路
直流電壓與交流電壓的有效值間的關系為：
在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：
流過每只二極管的平均電流為：
其中：R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數RC應滿足：
其中：T = ms是50Hz交流電壓的周20期。
3.3穩壓電源電路
三端穩壓器各項性能指標的測試
輸入電壓u2受負載和溫度發生變化到影響而發生波動時，濾波電路輸出的直流電壓VI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓VI穩定不變，需要對電壓進行穩壓。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的電壓輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些元件所組成。采用集成穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。
三端穩壓器的引腳及其應用電路見附錄圖3。
7806為三端式集成穩壓器，這種集成穩壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調整。W78系列三端穩壓器輸出正極性電壓，一般有：5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V，輸出電流最大可達1.5A（加散熱片）。若要求輸出負電壓，可選用W79系列穩壓器。圖3是7806的外型和三個引出端，其中：
1―輸入端（不穩定直流電壓輸入端）；
2―輸出端（穩定直流電壓輸出端）；
3―公共端；
圖3三端式集成穩壓器
它的主要參數有：輸出直流電壓Uo=6±5%；最大輸入電壓Uimax=35V； 電壓最大調整率Su=50mV；靜態工作電流Io=6mA； 最大輸出電流Iomax=1.5A；輸出電壓溫漂ST=0.6mV/oC。
3.4穩壓系數的測量(調節輸出電壓為5V時)
按圖所示連接電路， 在u1=220V時，測出穩壓電源的輸出電壓Vo，應改變電源電壓上升和下降10%，分別測量穩壓電源的輸出電壓VO，RL=100Ω。在實驗室調節交流不太方便時,可采用變壓器的次級變換的方法,如①②腳電壓為18V,測量一次,記下VO1.再更換到③①腳測量一次VO2, 將測量的結果填入表5中。則穩壓系數為：
SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)
表2
3.5輸出內阻的測量(調節輸出電壓為5V時)
按圖4所示連接電路，保持穩壓電源的輸入電壓不變 ，在不接負載RL時測出開路電壓Vo1，此時Io1=0，然后接上負載RL，測出輸出電壓Vo2和輸出電流Io2，測量結果填入表3中。則輸出電阻為：
RO=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2
表3
3.6紋波電壓的測量(調節輸出電壓為6V時)
用示波器觀察Vo的紋波峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Vop-p的值（約幾mV）。
4、直流電源系統原理圖
電流與電壓范文6
關鍵詞:高壓直流輸電 輕型 電壓源換流器
1954年,世界第一條高壓直流輸電聯絡線被運用到了商業之中,隨著它日益成熟的技術為海底電纜、遠距離大功率以及兩個交流系統間的非同步聯絡等各方面提供了十分廣泛的電力效益。但是,由于在經濟和技術方面存在著一定的局限性,因此導致近距離小容量輸電場合和的高壓直流輸電未能得到充分利用。然而,在電力半導體特別是絕緣柵雙極晶體管（LGBT）的大力促進下,使得高壓直流電更加輕型化。目前,以電壓源換流器（VSC）與絕緣柵雙極晶體管為基礎,使高壓直流輸電的容量幾MW擴大到了幾十MW。這類小功率的輕型高壓直流電以其各種優勢充分展現了它的發展前景。
1、輕型高壓直流輸電的技術特點
(1)電壓源換流器的電流可以自動斷開并工作在無源逆變方式,因此它無需另外的換相電壓。與傳統高壓直流輸電的有源網絡不同的是,輕型高壓直流輸電的受端系統是無源網絡的,因此克服了受端系統必須是有源網絡的根本缺陷,繼而促進了高壓直流輸電對遠距離孤立負荷進行送電的實施。
(2)同傳統的高壓直流輸電正好相反,在潮流進行反轉的時候,直流電流方向能在直流電壓極性不變的情況下進行反轉。HVDC的這個特點能夠促進不僅為潮流控制提供便利且提供較為可靠的并聯多段直流系統的構成,繼而使傳統多端的高壓直流輸電系統在并聯連接時不方便進行潮流控制以及串聯連接時影響可靠性的問題得到有效解決。
(3)對輕型電壓直流輸電進行模塊設計能夠極大的縮短其設計、安裝、生產以及調試周期。與此同時,電壓源換流器所采用的脈沖寬度調制（PWM）技術,其有著相對較高的開關頻率,在高通的濾波后便能夠產生所需的交流電壓,省略了變壓器不僅簡化了換流站的結構,同時還大大減少了所需濾波裝置的容量。
(4)傳統的高壓直流輸電因為其控制量只有觸發角,所以傳統HVDC是無法對無功功率和有功功率進行單獨控制的。而輕型高壓直流輸電在正常運行的時候,其電壓源換流器能夠對有功功率以及無功功率同時進行獨立控制,甚至可以使功率因數為1。此種調節不僅能夠提高完成效率,還能對之加以靈活的控制。另外,電壓源換流器不但無需交流側提供無功功率并且還起著靜止同步補償器的作用,使無功功率的交流母線得到動態補償繼而促進交流母線電壓的穩定性。換而言之,即使是在故障的情況下,只要電壓源換流器的容量足夠就可以使輕型高壓直流輸電系統對故障系統進行無功功率緊急支援或有功功率緊急支援,從而促使系統的電壓穩定性以及功角穩定性的提高。
2、輕型高壓直流輸電的發展及前景
在我國,輕型高壓直流輸電技術的發展一直以來都受到電力工作者的重視,并且對之展開了一系列的初步的研究。另外,一些應用單位逐漸認清了輕型高壓直流輸電的具體優勢,因此也開始考慮采用HVDC于實際輸配電工程之中。然而從整體上來講,輕型高壓直流輸電的研究在我國依舊是匱乏的且基本處于空白期。因此我們要盡可能快的促進研究水平的提供以將之能夠迅速的有效利用起來,此項研究不僅十分迫切且具有相當重要的現實意義。所以,筆者就研究工作的展開提出以下幾點建議。
(1)在輕型高壓直流輸電中建立數字仿真研究手段,因此電力工作者要在研究過程中制定出輕型電壓直流系統全部一、二次設備的數字仿真新方法與新興數學模型;(2)經過對電壓源換流器的故障以及運行特性的分析,電力工作者要在研究過程中具有針對性的提出適合VSC運用的PWM技術和相關的保護措施;(3)構建一個輕型高壓直流輸電的物理模型,然后通過高速數學新高處理芯片對輕型高壓直流輸電的控制器進行研制;(4)對于電壓源換流器連接構成的控制方式（電壓控制、無功潮流控制、有功潮流控制）、多端直流系統的運行特性,還有輕型高壓直流系統的保護措施進行一系列研究與制定;(5)對于整個電網電能質量,輕型高壓直流輸電有著怎樣的影響且如何對之加以控制都需要電力工作者進行更深一步的研究;(6)對技術經濟進行論證,從而確定輕型高壓直流輸電技術對于我國電力技術發展的可行性與必要性。
隨著電力半導體以及其控制技術的不斷發展,尤其是IG-BT的日益進步從而衍生了輕型高壓直流輸電技術。即將投運以及已經投運的各項輕型高壓直流輸電技術工程的成功建設已經充分表明了HVDC技術正在日漸地成熟與發展著。可再生能源的全面開發、高新技術的飛速發展,還有電力技術的不斷進步與完善,都對電網靈活且可靠的運行以及高品質電能質量提出了進一步的要求,從這一系列情況的顯示來看,輕型高壓直流輸電的使用范圍正在不斷擴大,這勢必會使HVDC light在我國得到進一步的研究與重視。
3、結語
綜上所述,輕型高壓直流輸電作為一項新型的輸電技術正通過其自身特點在各方面的應用中充分展示了其獨特的優勢,主要有對電壓以及潮流的有效控制、對環境的影響不大、設計表轉化、建設效率化、結構模塊化且緊湊等各種優越性。綜合這一系列優點,輕型高壓直流輸電不僅僅是引起國家以及各應用單位的重視,并且在未來將會漸漸地運用到建設當中去,最終會有利于促進我國科技以及經濟的發展。
參考文獻
[1]徐政,陳海榮.電壓源換流器型直流輸電技術綜述[期刊論文].高電壓技術,2007(1).