电压电流

电压电流（精选十篇）

电压电流 篇1

已重新进入机车市场的捷克斯柯达公司, 最近展示了一款3种电压电流制式的新型机车——Š109E型。3种电压电流制式分别是AC25 kV50 Hz、AC15 kV16.7 Hz和DC3 kV。机车尾端由复合材料制成, 并装有铝合金制动盘。研发人员非常重视防火问题, 在机车的机器间装有各种烟火报警器和自动喷淋装置。司机室和机器间之间的隔断墙可以阻燃15 min。最初设计风格来自于保时捷, 后来为满足机车TSI防撞性标准要求而进行了大量的设计更改。捷克铁路 (CD) 公司已经订购了20台200 km/h的机车, 以满足在2009年末的国际长途运输。

电压电流转换器 篇2

信号，在仪器仪表及自动化系统设计中经常会遇

到。有很多技术资料介绍了各种各样的电压电流

转换器（V/I转换器），各有特色。

对这种电路的基本要求是：

1） 输出电流与输入电压成正比；

2） 输出电流为恒流源。即当负载电阻在规定范

围内变化时，输出电流保持不变，；

3） 输出电流对电源变化、环境温度等的变化不

敏感。

一般地，还要附加一个要求，即输入电压

与输出电流共地。

一种典型的V/I变换器要求将0~5V输入电基本精度压线性地转换为0~20mA电流源输出，

在0.2%以内；当负载在0~300Ω变化时，输出电

流变化应在规定精度之内。

笔者认为图1所示电路是最简单的一种。一般资料的介绍仅限于：设图中电阻R1~R4相等，则输出电流Iout=Vin/R5，即输出电流正比于输入电压，与负载电阻（R6）大小无关。当将此种电路用于批量化的产品时，由于元器件成本控制，电阻值不可避免的误差及电路其他参数的影响，往往使电路实际精度下降。有的生产厂不得不选用其他较复杂的电路。笔者介绍这种电路的实用化设计方法，供读者参考。此种设计已用于批量产品中，有很好的性能价格比。

1 电路原理分析

图1中，R6是负载电阻，允许在一定范围内变化。Iout是输出电流。据电路基本定律，对R1、R2支路，由图1可列出如下方程

V2*(1/R1+1/R2)=Vin/R1+V4/R2

这里，已令 α=R2/R1。

如果忽略运放失调电压，运放正常工作时，其二输入端电压相等，对R3、R4支路，有 V2?V3*R3V3?

这里， β=R4/R3。

假定，R2》R5，R2》R6，即电阻R2对输出电流Iout的分流作用可以忽略，对R5、R6支路，

V4?V3*R6V3*??

或 V3?V4*（1??）1 ?V4*（1?）??

这里， γ=R6/R5。

将（2）、（3）式代入（1）式， V4?V3*（1??）V4*(1?1/?)*(1??)?Vin*???Vin*? 1??1??

Vin*? （1?1/?）*（1??）*（1??）?1(4) 解得， V4?

对R6支路，有 Iout=V4/R6。

将（4）代入，进一步推导，可得

Iout?Vin*R21??* R1*R51???（???）*R6/R5 （5） 这里，α=R2/R1，β=R4/R3，同时要求R2》R5，R2》R6。

当α=β时，有 Iout?Vin*R2 R1*R5 (6)

这是一种电路简单同时又有较高精度的电压（Vin）/电流（Iout）转换器。其输出电流Iout与负载大小无关。图1是α=β=1时的特例。设Vin变化范围是0～5V，要求输出电流范围是0～20mA。则可选R1= R3 =500kΩ，R2=R4=200 kΩ，R5=100Ω。运算放大器可选LM358。

2 误差分析

简单地将（6）式用于批量产品是不行的，至少对转换精度不利。原因是批量生产很难保证条件α=β，即R2/R1=R4/R3成立。如果α≠β，对输出精度有多大影响？

（5）式是通用表达式，可改写为

Iout?Vin*R2*k R1*R5 （7）

这里， k?1?? 1???（???）*R6/R5 (8)

当α=β时，有k=1。

一般情况，电压电流转换器仅仅是我们产品的一小部分。我们认为，在产品中，输出电流的零位及满度值调整是不难的`。问题是输出电流能否真正作到恒流，即当负载R6变化时，能否保证输出电流偏差仍旧在设定精度之内？负载R6的大小主要由用户决定，是一个变数。

设β=α*(1+δ)，其中δ是一个正或负的小数。例如，δ=±0.05或δ=±0.01或δ=±0.005等。则（8）式可改写为

k?1????? 1?????R6/R5R6??）* R51??一般，α≤1，δ》1，故上式可近似简化为 k?1?（1?

对前述典型应用：

Vin=0～5V，Iout=0～20mA。取α=200 kΩ/500kΩ=0.4，

R5=100Ω，R6在0～300Ω范

围内取值，则对不同的δ值，可计算出k―R6曲线。如以R6=250Ω时对应的k值为1，则图2所示为ki=k(R6)/k(250Ω)曲线组。其中，k1,k2,…k6

分别对应δ参数值是0.05, －0.05, 0.01, －0.01, 0.005, －

0.005。

从诸曲线可见，k值最大偏差与δ值很接近。对某级别精度x的电阻，其δ值最大值

约为4x。举例如下：设R2实际值是标称值R20的下限，其精度是x，则R2=R20（1-x）；设R1实际值是标称值R10的上限，其精度是x，则R2=R20（1+x）；类似，设R4=R20(1+x)，R3=R10(1-x)。α=R2/R1=R20(1+x)/R10(1-x) ≈R20/R10*(1+2x) ；类似，β=R4/R3≈R20/R10*(1-2x)。可见，δ=β/α-1=(1-2x)/(1+2x)-1≈1-4x-1=-4x。

按上述分析，R1～R4即使选0.5级精度的电阻，在批量生产电压电流转换器时，当输出负载有大的变化时，输出电流的变化最差时可能达到4*0.5=2级，即输出误差可能达到2%。这对很多用户而言，都是不允许的。

3 实用化设计

从（5）式可见，只要α=β，即R2/R1=R4/R3，则输出电流与负载大小无关。最简单的办法是用电位器来调节其中一个电阻，使α=β。如图3。

图3实现Vin==0～5V到Iout=0～20mA的转换器。调节W1，使条件R2/R1=R4/（R3+W1） 满足，则输出Iout将与负载

R6的大小无关。具体调试方

法可根据电路原理制定，不再

赘述。

正如前述，批量生产时

R1、R2、R5参数可能不标准，

由（7）式知，有可能使电压

电流转换器的传输比稍有偏

离。但此比值不难在其他电路

中得到修正。据此原理设计的

电路已成功用于产品，有很好

用“类比法”学电压与电流 篇3

电压和电流是初中电学中两重要的概念，但它们既看不见又摸不着，对于初中学生来说比较抽象，怎样用“类比法”突破这个难点呢？

我们先看看电流的概念如何建立：放学后，同学们一起沿着学校门前的街道回家，这就形成了一股“人流”；如果骑自行车回家，形成一股“车流”；长江、黄河中的水日夜东流，形成“水流”；与此类似，导体中的电荷向一定方向流动，就会形成“电流”.

那怎样判断电流的存在呢？与“力”类似，导体中有电流时，常会产生一些特有的现象，称为电流的效应.人们就是根据电流的效应来判断电流的存在，并进行测量的.电流有三大效应：（1）电流的热效应即导体通电时发热的现象，电炉、电灯等电热器就是利用电流的热效应工作的.（2）电流的化学效应即导电溶液中有电流通过时发生化学反应的现象.工业上常用电流的化学效应提炼铝和铜，进行电解、电镀等.（3）电流的磁效应即通电导体的周围存在着磁场.电话、电风扇等就是利用这一原理工作的.

再看看电流强度的概念如何建立：

一江水比一盆水的水多，水的多少叫水量.带电体使验电器箔片张开的角度不同，张角越大，表明带电体带的电荷越多，即带电体所带的电荷也是有多少之分的.物理学中把电荷的多少叫电量，单位是库仑，这是为了纪念法国科学家库仑而命名的.

在汛期，长江水在河道某一横截面上每秒流过的水量多，流速快，称为流量大；在枯水期，每秒流过的水量少，流速慢，称为流量小，流量表示了水流的强弱.

与此类似，我们取导体的一个横截面，电荷做定向运动时就有部分电荷通过这一横截面，如在相等的时间内通过导体横截面的电量越多，电流也就越强.我们把1秒内通过导体横截面的电量叫电流强度，简称电流.注意，此处“电流”指电流的强弱，而非上面所说的“电流”概念.电压相同的情况下，通过100W灯泡比通过15W灯泡的电流要强，其含义是：1秒内通过100W灯泡钨丝横截面的电量比通过15W灯泡钨丝横截面的电量多，也就是通过100W灯泡钨丝的电流强度比通过15W灯泡钨丝的大.

在一定时间内，通过导体某一横截面的电量越多，电流就越大.如果在1秒内通过导体横截面的电量是1库，导体中的电流就是1安，即1A=1C/s，电流的常用单位有mA、μA，其换算关系为：1A=1000mA，1mA=1000μA.日光灯的电流约150mA，电冰箱的电流约1A，柜式空调的电流约10A.

最后再看看电压的概念如何建立的：

如图1（a）所示的水路对同学们来说是形象直观易于理解的，而图（b）所示的电路对同学们来说是抽象的.图1（a）所示水路的组成包括水泵（又叫抽水机）、水管、水轮机、阀门四大部分.水泵的作用是在水路中保持一定水压；水管的作用是传输水流；水轮机是利用水能的设备，消耗水能转化为动能；阀门的作用是控制水流的通断.在这个水路中，抽水机的作用是保持水压，从而形成水流.

与此类似，图1（b）所示电路的组成包括电源、导线、电灯、开关四大部分.电源的作用是在电路中保持一定电压；导线的作用是传输电流；电灯就是一个用电器，作用是消耗电能转化为内能和光能；开关的作用是控制电流的通断.在这个电路中，电源的作用是保持电压，从而形成电流.

可见，电压是形成电流的原因，电源的作用就是提供电压，使电路中不断有电流通过.不同的抽水机，在水管两端产生的水压不同，例如离心泵就比压水井产生的水压大；类似地，不同的电源在电路两端产生的电压也不同.如照明电路的电压比干电池的电压大.

国际上通常用字母U表示电压，电压的国际单位是伏特，简称伏.常用单位有：千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV），其换算关系为：1kV=1000V，1V=1000mV，1mV=1000μV.1节干电池的电压是1.5V，1节铅蓄电池是2V，照明电路的电压220V，对于人来说，安全电压不能超过36V.

例 我们常常将看似无关的两个事物或现象联系起来，进行“类比”.“类比法”可以帮助我们理解概念、巩固知识，以下是两个“类比”学习案例：

（1）将如图2所示的“水路”模型类比基本电路，可以发现：

①叶轮机在“水路”中的作用与下面哪个元件在电路中的作用相当？（ ）.

A.电源 B.开关 C.用电器 D.导线

②类比“水路”模型中“水压是使水管中水定向运动形成水流的原因”，我们很容易理解电压是使电路中 定向运动形成 的原因.

（2）运用“类比法”，我们还可以将实验室交流发电机和直流电动机列表比较，请完成表中的三处填空（将答案直接写在横线上）.

电压电流转换电路的探究 篇4

关键词：转换电路,电信号

1 定义

电压电流转换器 (V/I) 是将输入的电压信号转换成电流信号的电路, 是电压控制的电流源。

2 工业控制应用

在工业控制和监测中, 会常使用到变送器。变送器 (transmitter) 是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号 (或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源) 的转换器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。

由于电信号一般是以电压形式出现, 但电压信号在远距离传输时, 由于信号源内阻及传输线路的阻抗存在会引起电压信号的衰减, 如考虑到输出端的低电阻特点, 则电压信号的衰减会更大。为了避免电压信号的衰减, 需提高输出电阻, 但输出电阻的增加, 会降低传输线路抗干扰性, 造成电压信号输出不稳定。因此, 在远距离传输时, 一般不以电压信号输出, 而是先将电压信号转换成电流信号再输出。

此外许多工业仪表中, 是先将非电信号 (如压力表、流量表、物位表等等) 转化成电信号 (一般是电压信号) , 经长距离传输至中控室后以电流方式配接, 也要求将输出端将电压转换成电流。故对电压电流转换电路的研究是很有实际生产的意义。

V/I就是得以实现这一需求, 方便于信号的长距离传输。V/I转换器一般由运放电路组成。

3 原理分析

电压/电流转换器即V/I转换器, 是将输入的电压信号转换成与输入电压成线性关系的电流信号。转换后的电流变为一个恒流源, 即输出电流不会因负载的变化而变化, 它是一个恒定值。它/I过, 欧

最简单的V/I变换电路可以通过一只电阻来实现, 如图1所示。由欧姆定律变换可得:I=U/R, 因此只要电阻不变, 则输出电流将会与输入电压成比例变化。

在接入负载后, 由于负载以电阻的形式存在, 因此上式中的R会发生变化, 变成R/=R+RL, 故输出电流也将发生变化。

由上面分析并考虑到电路的实际应用性, 要求V/I电路应具备:

1) 输入与输出回路应具有相互隔离性质, 即它们之间相互不受影响;

2) 输出回路的电阻应足够大, 理想为无穷大。

考虑到上述两条性质的因素, 利用运算放大器的输入电阻很大的特性可以隔离输入与输出之间的联系, 同时利用运放电路输出与输入间良好的线性关系, 可以满足V/I电路的要求。为了使负载电阻的变化不影响到V/I的变换, 还需要对电路进行一些调整, 联想到三极管输出电流的恒流特点, 这里使用了负载与三极管串联以此极大提高输出电阻, 实现输出电流恒流的特性。

电压电流转换电路是通过负反馈的形式来实现的, 可以是电流串联负反馈, 电路如图2所示, 也可以是电流并联负反馈, 如图3所示。

在图1中, 利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0;因此流过Ri的电流:

再利用运算放大器的“虚断”概念可知I+=I-=0, 流过RL的电流

4 实际应用电路

根据以上分析, 设计了图4电路, 经由实验测试数据, 可以达到很理想的线性V/I输出效果。电路主要元件由运算放大器LM324和三极管BG9013及一些辅助元件构成, V0为偏置电压, Vin为输入电压即待转换电压, R为负载电阻。其中运算放大器起比较器作用, 将正相端电压输入信号与反馈电压Vf进行比较输入, 经运算放大器放大输出后再经三极管放大, BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上, 由运放“虚断”性质可知:

由电路可知流经负载R的电流Io=k·Ib。令R1=R2, 则有:

V0+Vm=V+=V-= (1+k) ·Ib·Rw= (1+1/k) ·Io·Rw

考虑到k>>1, 故有:

Io≈ (Vo+Vin) /Rw

由上式可知, 输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时, 与输入电压Vin成正比, 而与负载电阻R的大小无关, 满足V/I所要求的两个条件, 说明了该电路良好的恒流性质。式中Io单位是m A, Vo、Vin单位是V, Rw是kΩ。

改变Vo的大小, 可在Vin=0时改变Io的输出范围。在Vo一定时改变Rw的大小, 可以改变Vin与Io的比例关系。

示例.若需将0~5V电压信号转换成1~5m A电流信号, 试确定基准电压Vo及反馈电阻Rw的值。

解:由输入输出关系式可得:

求解可得:

V0=1.25V, Rw=1.25kΩ

同理如要将0~5V电压转换成0~5m A的电流信号, 可求得V0=0, Rw=1kΩ, Vo=0相当于将其直接接地。其他转换可依次类推。

5 实验测试

电路测试参数:

R1=R2=Rf=10k, R3=2k, R4=1k, 运放为LM324, 三极管为9013, 负载Rl用10k电位器替代, Rw用5k线绕电位器。

经多次实验测试, 上述转换电路的最大非线性失真均小于0.02%, 转换精度符合要求.

应用中应注意的是, 为了使输入输出获得良好的线性对应关系, 应注意元器件的选择, 如输入电阻R1、R2及反馈电阻Rw, 要选用低温漂的精密电阻或精密电位器, 并须经过仔细调试以获得最佳的性能和最小误差。

按0~5V电压信号转换成1~5m A电流信号测试

参考文献

《电流跟电压、电阻的关系》 篇5

说明：通过该情景的创设达到三个目的，一是创设物理情景，激发学生的学习兴趣;二是培养学生科学选择研究课题的能力;三是回顾前面所学知识(①电压是形成电流的原因;②电阻是导体本身的一种属性，跟导体两端的电压及导体中的电流无关)。

二、引导学生猜想与假设

结合前面所学的知识，电压是形成电流的原因，而导体的电阻是导体本身阻碍电流的一种性质，采用谈话──讨论式的方法，引导学生猜测“电流跟电压、电阻的关系”。

导体两端的电压越大，导体中的电流越大;导体的电阻越大，导体中的电流越小。

说明：通过此环节，一是让学生明确猜想是经常用到的物理研究方法之一;二是让学生知道猜想是建立在大量的科学事实基础之上的，不是胡乱猜想，是有科学依据的。

三、学生制定计划与设计实验

1.探究方法

由猜想知道导体中的电流跟导体两端的电压、导体的电阻有关，那么如何研究电流跟电压、电阻的定量关系呢?让学生分组讨论下面两个问题：

①前面学过的哪些实验课题与该实验课题类似?举例说明

②你所列举的实验中用到的物理研究方法是什么?

浅议人体电阻安全电流及安全电压 篇6

关键词：人体电阻；安全电流；安全电压

随着国家经济的日益发展及人们生活水平的逐步提高，在生产和生活中电器设备和用电器材越来越多。由于电本身具有看不见、摸不着的特性，当人们一旦接触或接近带有一定电压的设备和导体时，即有可能造成触电事故。因此安全用电的问题就显得十分重要。那么，多高的电压为安全电压呢？“36伏”，多少有点常识的人会这样说。好像这是个不容置疑的值。全国技工学校电工类教材《安全用电》对“安全电压值”定义为“人体持续接触不会使人直接致死或致残的电压为安全电压”。安全电压值的规定是以通过人体的电流（不超过安全电流）与人体电阻的乘积为依据的。即：

Us=IsRb

式中Us——安全电压（伏）

Is—安全电流（安）

Rb——人体电阻（欧）

教材中还给出了一个具体的数值Is=30毫安，Rb=1700欧。故算得Us约为50伏。其实真正回答此问题并非如此简单。前几年在电视节目中我们看到过，有人能一面接触着220伏工频交流电，一面神色自如地表演节目。但同时也有报道，日本曾发生过多起人在35伏电源上触电身亡的事例。所以对“安全电压”这一概念不能简单地回答。笔者在具体的教学过程中感到要想把这个问题讲透讲清，应让学生学会辩证地看问题，真正了解“人体电阻”“安全电流”和“安全电压”这三个概念。现将问题分述于后。

一、人体电阻

一般人体的电阻分为皮肤电阻和内部组织电阻两部分。由于皮肤的角质层有一定的绝缘性能，所以人体电阻主要是以皮肤外角质层为主的。人的个体差异很大，不同的人其角质层不同，就是同一个人，不同的部位角质层之厚薄也不同。加之外界环境的不同（如温度、湿度），人不同时期的体质、情绪等诸多因素的影响使这个值会在较大范围内变化。还要对学生着重讲到，此角质层的绝缘强度很有限，它随接触电压升高（一般50伏以上）、接触时间的延长会出现破坏。一旦破坏其电阻值会降低甚至击穿。

当这层皮肤绝缘层被击穿后，人体组织内部电阻就成为通过电流的主要因素了。人体内部组织电阻一般是不稳定的，约为500~600欧，与外加电压关系不大，对电流的阻碍能力极小。

二、安全电流

电流对人体的伤害程度与电流的强弱、频率等诸多因素也有很大关系。首先电流对人体的伤害程度与电流的强弱程度有很大关系。因为对象是人，试验数据不可能很多。又因实验条件和对象不完全相同，统计数据也不完全一样。但总体来说，当电流通过人体时，由于每个人的生理条件不同，对电流的反应也不同。有人敏感些，身体通过几毫安的工频交流电也忍受不了；有的人身体甚至通过十几毫安也不在乎。因此很难找到一个对所有人都合适的安全极限电流值。

男性对电流的抵抗力普遍较女性高一些。对摆脱电流的能力，工频电流男性约为16毫安，女性约为10.5毫安（平均值）；直流电流男性约为76毫安，女性约为51毫安（平均值）。可见工频交流电流对人体危害最大，直流电流、频率较高的电流对人体危害稍次。我们经常接触的多为220伏的工频交流电，故这点应引起我们足够的重视。

三、安全电压

通过前面的讲解可以看出“人体电阻”“安全电流”的值在具体问题中是个相对的概念，是个大致范围，需要具体问题具体分析。建立起这样的概念之后，安全电压的问题就比较好讲了。正如前文所给的公式Us=IsRb，我们认为具体条件下，允许短时间流过人体的电流值乘以人体电阻值，就是最高的安全电压值。前文得出的50伏就是这样得出的，为安全起见我国将其限制在36伏。

需要说明的是，上述这个值是我国《低压电路接地保护导则》中规定的，是“人体在状态正常、手脚皮肤干燥的情况下，在接触电压后有较大危险性的场所”得出的。该导则还给出了其他状态下的安全电压值。

讲解安全电压问题时，需要给学生强调，高电压对人的生命很危险，但一般人对其有一种本能的提防，触电死亡率反而不是太高。通常情况下人们对低电压警惕性不高，却经常致人死亡。有统计表明触电死亡发生在低电压的约占85％以上，所以千万不要因为电压低，思想就麻痹大意，这一点我们要经常给学生强调。

经过以上论述，我们可以看出，所谓“安全电压”其实是个笼统的说法，它受制于多个差异性很大的因素。因此目前各国对安全电压的规定不尽相同。安全电压的制订和选用必须考虑用电场所和用电器具对安全的影响。我国目前常用的36伏和12伏安全电压是这样规定的：

1.凡高度不足2.5米的照明装置、机床局部照明灯具、移动行灯、手持电动工具（如手电钻）以及潮湿场所的电器设备其安全电压可采用36伏。

2.凡工作地点狭窄、工作人员活动困难，周围有较大面积接地导体或金属结构（如在金属容器内），因而存在高度触电危险的环境以及特别潮湿的场所，则应采用12伏为安全电压。

以上仅仅是我们常有可能接触的两种用电环境下的安全电压值，还有一些特殊用电环境下的安全电压值这里就不再谈了。这些安全电压值通常是和它们生产的触电保安器的工作电压和动作时间相配合的。因此，安全电压按理应该还有一个附加条件，就是允许通过电流的时间。

最后还需要说明一点的是，安全电压值的取得对其电源也有要求。这些问题比较专业，我们一般用电者接触较少，不再赘述。美好而幸福的生活是建筑在安全的基础之上的，愿我们大家一定要规范用电、安全用电。

参考文献：

［1］《安全用电》全国技工学校电工类通用教材（二版）（三版）.

［2］《低压电路接地保护导则》安全用电国家标准GB3805-83.

低电压大电流整流电源并联供电 篇7

低电压电解电源,稀土熔盐钕电解、镀锌线电解脱脂电源,硅钢片生产线电解脱脂电源的特点是输出电压很低,约为10～50 V,而输出电流大,可达3～10 kA。若采用三相桥式整流电路,变压器利用率高,但整流元件数量加倍,而且电流的每条通路都要经过2个整流元件,有2倍的管压降损耗,降低了整流装置的效率。此类电源整流元件的导通压降和线路压降对整流效率的影响极大,在设计时均采用双反星整流电路,即由整流变压器加双反星整流器组成。

2 双反星整流电路

双反星整流电路是整流电路并联的典型联结,它由2组三相零式整流电路并联而成,其原理如图1所示。它与由2组三相半波整流电路串联而成的三相桥式整流电路相比,输出电流可增大一倍。整流桥臂V1,V3,V5为一组三相零式整流电路, 晶闸管阳极分别连到变压器副边a1,b3,c5;整流桥臂V4,V6,V2为另一组三相零式整流电路,晶闸管阳极分别连到变压器副边a4,b6,c2。为了解决两组电流平衡问题,特设平衡电抗器(或三相5柱变压器两侧的铁芯柱),它可作为直流的正(或负)极。

双反星整流电路中6条整流桥臂在一个工频周期里,整流桥臂V1,V3,V5轮流导电和换相,整流桥臂V4,V6,V2也轮流导电和换相,它们是2个独立的换相组。每组提供总负载电流的一半。双反星整流电路由2组三相半波整流电路并联而成,其整流电压平均值等于一组三相半波整流电路的整流电压平均值,在不同控制α角时,

Ud=1.17 U2cos α

式中:U2为变压器副边相电压。

3 整流变压器

在双反星整流电路中多采用双反星形带平衡电抗器变压器和三相5柱变压器。

3.1 双反星形带平衡电抗器变压器

在典型的双反星形带平衡电抗器的整流电源中,整流变压器是常规的三相3柱变压器,二次侧每相有2个匝数相同,相位差180°的绕组,a1 和a4绕在同一个铁芯上, b3和b6绕在同一个铁芯上, c5和 c2绕在同一个铁芯上,故称为双反星形电路。 a1,b3,c5为一组,a4,b6,c2为一组,2组的相电压相位差180°,2组的相电流相位也差180°,每相的相电流平均值相等,而绕组极性相反,因此消除了变压器中的直流磁势。

为了使2组星形电路并联运行,把它们并联连接,连接后就会产生环流,环流会使2组电流分配不均匀,为此在2个星形绕组的中点之间串联平衡电抗器,当电感量足够大时,就可以减少环流,使负载电流的分配比较均匀。平衡电抗器在结构上分为两半,每组整流电路各占一半。电抗器的2个绕组绕在同一个铁芯上,由于2个绕组一起向负载供电,使这2个绕组的极性形成相反方向,直流磁势相互抵消,电抗器铁芯就不会产生直流磁化和饱和问题。实际上,2组电流相等时,磁势相互抵消,铁芯中没有磁通,也就没有电感的作用。只有当2组电流不平衡时,才会产生磁通,并感应电势,使电流的分配趋于相等达到平衡。平衡电抗器是为维持2个换相组并联导通而设置的,利用其产生的感应电势使2组三相零式整流电路中整流元件的导通角保持120°,以提高变压器和整流元件的使用效率。

3.2 三相5柱整流变压器

三相5柱整流变压器是近期在双反星形整流电源中应用较多的一种整流变压器。

5柱变压器是在常规的3柱变压器两侧各增加1个铁芯柱,由整流电路中的3次谐波电流所产生的谐波磁通通过此2柱,产生感应电势维持2组整流桥的电势平衡, 取代了平衡电抗器,这样简化了电路结构和母排联接,所以在双反星整流电源中得到广泛应用。

值得注意的是这种电路结构方式,感应电势是由谐波电流通过磁通耦合产生的;而平衡电抗器方式是由输出直流电流的变化通过平衡电抗器产生平衡电势-Ldi/dt。

在晶闸管整流电路中,由于采用相控技术,3次谐波的相位是不固定的,因而与原设计的工作机理有所不同,在单台电源运行时,如考虑了晶闸管相控技术影响后,设计的5柱变压器仍可正常运行。但是在多台5柱变压器加双反星形整流器的电源直流侧并联供电时,不同的机理就有不同的结果。

4 整流电源并联运行

在多台整流电源并联运行时,为了减少整流器对电网的谐波影响,各台整流变压器输出电压有不同的相移角,形成多脉波的直流输出。由于整流器的输入相电压相位不一样,必然在各整流器之间产生动态环流。这部分动态环流的加入,破坏了原设计的磁路环境,导致5柱变压器两侧柱铁芯饱和,不能产生足够的平衡电势,使双反星形整流电路中的整流元件不能保持120°导通,输出直流电流下降。当铁芯完全饱和时,导通角降为60°,双反星形电路变为六相零式整流电路,因而5柱变压器不能用于多台双反星晶闸管整流电源并联运行。而双反星带平衡电抗器的整流变压器,其平衡电抗器产生的感应电势使2组三相零式整流电路中整流元件的导通角保持120°,可用于多台双反星晶闸管整流电源并联运行 。

5柱变压器与整流器配套时的工况如下。

4.1 多台双反星形二极管整流电源并联供电

由于二极管整流器中二极管的换相角始终为α=0°,各机组之间的动态环流是一个相位固定的分量,它也会增加各台5柱变压器中两侧柱铁芯的饱和度,使之不能产生足够的平衡电势,减小了二极管的导通角,但是导通角的变化是恒定的,电源仍可稳定运行,合理的设计仍可保持120°的导通角; 所以在多台并联低压大电流系统中仍可采用5柱变压器加双反星二极管整流器供电方式。

4.2 多台晶闸管稳流的整流电源并联供电

由于晶闸管整流电源是一个电流闭环自动稳流系统,如前所述,稳流控制是通过晶闸管的相控方式实现的,其触发角α是0～90°的变化量,在不同α时环流的相位是不同的,因而对两侧柱磁通的饱和影响极不稳定,所产生的平衡电势也难以均衡两组运行状态,使晶闸管导通角在120°～60°之间跳动变化,输出电流不能稳定,将出现以下问题。

1)导通角的减小导致输出的直流电流减小,因为电流反馈值UF是整流变压器中电流互感器输出电流IC2整流后的电压值,而IC2与直流输出电流ID的变流系数是晶闸管导通角的函数:导通角为120°时,UF∝ID;导通角为60°时,UF∝1.414ID。对应同样的ID,导通角的减小导致电流反馈值的增加。因而在晶闸管稳流系统中,由于导通角减小,系统输出的直流电流小于给定值。

2)输出的直流电流振荡在电源电流给定值恒定的情况下,若触发角为α1,导通角为120°,输出电流应达到给定的电流值,系统可稳定运行。但是由于上述环流的原因,两侧柱铁芯饱和度增加,不能产生足够的平衡电势,使晶闸管的导通角减小,小于120°,则相应的电流反馈UF立刻增大,电流反馈大于给定值,自动稳流系统误认为输出电流大于给定电流,将α角由α1后移至α2,使输出电压减小,企图稳流 ;但在α2时,由于电流减小,两侧柱铁芯饱和度降低,导通角又立刻增加,使电流反馈值小于给定值,自动稳流系统又误认为输出电流小于给定电流,将α角由α2前移至α1,使输出电压增加,输出电流增大,铁芯饱和度增加,导通角又减小……,如此恶性循环,电流发生剧烈振荡。由于晶闸管稳流系统只能控制触发角,不能控制导通角,所以系统电流无法稳定。

用示波器观察晶闸管的电压波形,可见其导通角的大小几乎在每个周期都在不停的改变,证明此时5柱变压器已无法提供足够的平衡电势,系统不能正常运行,母排剧烈抖动,变压器也发出巨大的噪音。

3)在输出同样直流电流时,整流元件导通角的减小将导致元件负荷的增加,降低了元件的电流余量。

发生上述问题的根本原因是5柱变压器产生平衡电势的机理是依靠柱内谐波磁通,而多台并联时的动态环流破坏了其磁通的分布,使其不能产生足够的平衡电势。在阿尔斯通2003年国际年会上,就此问题进行了专题讨论,认为这是由于附加2柱的铁芯饱和所致,可在附加柱铁芯上增设气隙的措施予以解决,这需要国内变压器行业的专家作进一步研究,作为整流器本体是无法解决的。

在国内也曾有2例采用5柱变压器加晶闸管整流器多台并联配置的系统,均不能正常工作,最终还是重新配置平衡电抗器得到初步解决。由于现场施工困难,这种解决方法既未拆除5柱变压器的2个附加柱,也未在两附加柱上增加气隙,只是可以维持运行。在运行中发现由于2柱的存在,在大负荷运行时,变压器输出电压的正负半波出现宽度不对称状态。

5 结论

综上所述,对于此类低压大电流整流电源,在要求多台电源并联供电系统中,目前在设计时应避免采用双反星形晶闸管整流器加5柱变压器的配置方案。

参考文献

小电流接地系统电压异常处理分析 篇8

我国电力系统中性点接地方式主要有两种, 即:大电流接地系统 (中性点直接接地或经小电阻接地) 和小电流接地系统 (中性点不接地或经消弧线圈接地) , 在我国6.6~35kV的电网系统一般采用小电流接地系统。在小电流系统中, 虽然当发生单相接地故障后, 规定线路可以短时间带接地运行, 但是随着电缆线路的增多、线路的增长, 发生单相接地时产生的电弧过电压可达相电压的3~4倍甚至更大, 对设备造成严重损坏甚至造成停电事故;另外, 谐波震荡、压变故障等造成的电压波动对电网运行也造成较大的影响。因此, 加强电压异常分析, 准确判断异常原因, 及时处理异常情况对保证电网安全运行, 提高用户供电可靠性有着重要意义。

本文针对日常工作中小电流接地系统中产生电压异常的原因进行分析, 并针对发生各类故障后的电压变化进行对比, 提出处理要点供参考。

二、电压异常故障判断

在各级变电站中, 我们所观察到的电压数据均是二次测量电压, 因此引起电压显示异常的原因可以总体分为两大类:测量回路故障、实际电压异常。

测量回路故障主要有以下几种:压变高压熔丝熔断、压变低压熔丝熔断、二次回路故障。其中二次回路故障是指压变以下二次回路异常, 表现为二次线烧断、回路接错、表计异常等, 此时实际电压无法判断, 在排除压变故障 (含高、低压熔丝) 且通过对侧电压、合母分等判断一次电压无异常的情况下, 可确定为二次回路故障。

实际电压异常是指压变闸刀以上电压异常 (即一次侧电压异常) , 引起的原因主要有以下几种:接地、断相、谐振等, 此时因一次侧电压实际发生变化, 可能引起测量回路故障。

下面通过图表 (表1) 的方式对因上述原因产生的电压变化进行对比说明。

三、电压异常处理方法

当值班人员通过监控系统发现电压异常时, 一般处理原则为:及时到达现场, 立即检查各相对地电压、线间电压、开口三角电压, 并做好记录;检查母线上的设备是否异常, 如母线是否有电晕放电声, 是否有火花;当母线电压异常时, 可能还有其他信号, 如交流回路断线, 保护装置异常等;通过拉合母分开关, 查看两端母线电压情况, 判明故障是在哪段母线。另外, 可通过相关变电所 (主要指35kV系统) 查看电压是否正常以判断母线电压异常或者测量回路异常。

1. 测量回路异常处理

测量回路异常处理较为简单, 根据表1初步判断故障原因。先检查压变低压空开是否跳开或低压熔丝是否熔断, 合上空开或更换低压熔丝后检查电压是否正常。若电压仍不正常, 将压变改至检修, 更换高压熔丝, 再次检查电压。若电压仍不正常, 则可判断为二次回路故障, 通知检修人员进行检修。在处理此类故障时应注意, 在排除二次回路故障前不得随意将该二次回路并列至正常压变的二次回路, 以免扩大范围。

2. 母线电压异常处理

在处理母线电压异常时, 首先改变电网参数 (如拉/合母分开关等) 的方式确定是否为谐振, 若改变电网参数后电压异常消失, 基本可判定电压异常为谐振引起。通过母分开关的拉、合可缩小查找的范围, 并且可以根据电压的变化, 区别单相接地还是压变高压熔丝熔断。

具体电压异常处理分析如图1所示:

四、总结

为保证用户可靠供电, 在配网系统中基本采用小电流接地系统, 而电压异常是小电流接地系统中常见故障, 因此需要调控员对各类故障产生的异常现象有初步的判断, 熟练掌握各类故障处理方法。在日常工作中, 通过不断总结、归纳、分析, 切实做到判断准确、处理及时、思路清晰, 提高用户供电可靠性, 保证电网安全稳定运行。

参考文献

[1]国家电力调度通讯中心.电网典型事故分析[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[2]顾伟, 等.宁波电网典型事故处理分析[J].机电工程.2012, (9) .

电压互感器与电流互感器特征分析 篇9

电压互感器工作时相当于一台空载运行的降压变压器;电流互感器是将高压系统中的电流或低压系统中的大电流改变为低压系统标准的小电流, 相当于一台短路运行的变压器。

电压互感器是利用电磁感应原理工作的, 若忽略一、二次绕组的漏阻抗压降, 其一、二次侧电压近似与一、二次绕组匝数成正比, 即U1/U2=N1/N2, 通过选择适当的匝数比, 可将系统的高电压改变为标准的低电压, 所以电压互感器工作时类似于一台降压变压器。又由于电压互感器的低压绕组与二次负载的电压线圈并联, 而电压线圈的阻抗很大, 类似于开路, 所以电压互感器工作时, 相当于一台空载运行的降压变压器。

电流互感器也是利用电磁感应原理工作的, 是一种电流比例在运行中几乎不变的变压器, 由于其二次绕组串联的测量仪表或继电器的电流线圈内阻抗很小, 接近于短路, 因此其二次侧电压很低。也正是由于电流互感器的二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联, 而电流线圈的内阻抗很小, 类似于短路, 因此电流互感器运行时, 相当于一台短路运行的变压器。

2 两种互感器一、二次侧工作特征

(1) 电压互感器工作时, 高压绕组与被测电路并联, 低压侧绕组与测量仪表或继电器的电压线圈并联;电流互感器工作时, 一次绕组与被测电路串联。

电压互感器工作时, 高压绕组与被测电路并联, 其匝数很多, 此时高压绕组上所加的电压即为被测线路的高电压。低压侧绕组与测量仪表或继电器的电压线圈并联, 其匝数很少, 但因二次负载的阻抗很大, 通过的电流很小, 电压较低, 其二次负载的阻抗值不得低于规定值。

电流互感器工作时, 一次绕组与被测电路串联, 其匝数很少, 此时一次绕组内流过的电流即为被测线路的大电流。电流互感器的二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联, 其匝数很多, 不论电流互感器一次侧电流有多大, 其二次侧额定电流都是标准的小电流。

(2) 电压互感器工作时, 其二次侧不允许短路;电流互感器工作时, 其二次侧不允许开路。

电压互感器工作时, 低压侧绕组与测量仪表或继电器的电压线圈并联, 由于电压线圈的阻抗很大, 电压互感器相当于开路运行, 其二次侧不允许短路。因为电压互感器本身阻抗很小, 如果二次侧短路, 二次侧电流将大大增加, 会造成二次侧熔断器熔断, 导致表计少计量和继电保护误动。

电流互感器工作时, 其二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈串联, 由于电流线圈的阻抗很小, 二次侧总阻抗很小, 电流互感器相当于短路运行, 其二次侧不允许开路。因为电流互感器正常运行时, 一次磁势与二次磁势基本平衡, 励磁磁势很小, 铁心中的磁通以及二次绕组的感应电势都很小。如果二次侧开路, 则一次磁势全部用来励磁, 铁心将过度饱和, 磁通波形变为平顶波, 二次电势则变为尖顶波, 二次绕组将出现很高的电压, 危及操作人员和设备的安全。

3 互感器的负载特性

互感器的容量是指二次负载总视在功率。

电压互感器的容量分额定容量和最大容量。与一般电力变压器不同的是, 它的额定容量不是根据发热程度来规定的, 而是为了满足测量精度。测量精度越高, 允许的误差范围越小, 准确等级就越高, 根据电压互感器的允许误差范围, 可以把电压互感器的准确度分为0.2级、0.5级、1级和3级4个等级, 基数越大, 误差越大。电压互感器在每一准确度等级下都有其对应的额定容量。除此以外, 电压互感器还根据长期工作的容许发热条件, 规定了一个最大容量, 电压互感器在使用过程中, 在任何情况下都不允许超过此最大容量。

电流互感器在每一准确等级下都有其对应的额定容量, 额定容量可表示为:SN=I22NZ2N, 其中I2N为二次额定电流, 其值为5 A或1 A, Z2N为某一准确度等级下的二次额定负载阻抗, 由于二次电流为标准值, 且只随一次电流变化而变化, 故可用二次额定负载阻抗值来表示电流互感器的额定容量大小。电流互感器工作时, 二次侧的负载阻抗不能大于铭牌上规定的二次负载阻抗, 以保证测量的准确性。

4 互感器二次回路一点接地

电压电流 篇10

关键词：500kV,电压电流,不平衡度

在输电线路中, 由于三相架空线路自身参数的不平衡, 以及输电线路不换位或不完全理想换位, 导致在线路正常运行时, 每相导线的阻抗和导纳是不相等的, 导致了电力系统中的不对称电流和不对称电压。当系统电压、电流的不平衡度超过允许水平时, 就可能影响到发电机等电气设备的正常运行。按照国家标准《电能质量三相电压允许不平衡度GB/T 15543-1995》的要求, 需要对系统电压、电流的不平衡度进行控制。

1计算原理

1.1通过复穿透深度公式计算线路阻抗矩阵, 得到线路的各相自阻抗Zaa、Zbb、Zcc。

1.2根据线路的输送功率和功率因数, 计算负载阻抗。这里采用三相对称负载:

式中:Zs-系统阻抗 (R-系统电阻;X-系统电抗) , Ω;U-系统额定电压 (线电压) , k V;S-系统视在功率, MVA;cosφ-功率因数;Zload-负载阻抗, Ω。

1.3加入三相对称电压源ua、ub、uc

1.4求出负载端的电流和电压ia、ib、ic和ua’、ub’、uc’

1.5利用相序变换矩阵求解正、负、零序分量

式中:a eÁÁÂÃÁ

1.6计算电压、电流不平衡度 (εu、εi)

由于计算中采用三相对称负载, 故εu=εi, 只计算电压不平衡度即可。

2程序流程

电压电流不平衡度的计算程序流程见图1

3计算实例

实例1:计算江苏田湾核电站500千伏单回送电线路的不平衡度。线路参数:全长约130km, 导线采用LGJ-630/45, 直径33.6mm, 直流电阻0.04633Ω/km, 每相4分裂, 分裂间距0.5m。地线型号:全线采用JLB20A-80地线, 导线直径11.4mm, 直流电阻1.0788Ω/km。计算结果如表1所示。

实例2:计算江苏田湾核电站500千伏双回送电线路的不平衡度。线路参数:全长63.8km, 不需换位, 导线采用LGJ-630/45型钢芯铝绞线, 直流电阻0.04633Ω/km, 直径33.6mm, 每相导线4分裂, 分裂间距500mm。地线采用JLB40-150型铝包钢绞线, 200C直流电阻为0.2952Ω/km外径15.75mm。计算结果与ATP仿真结果的比较如表2所示;图2表示ATP仿真中的杆塔的参数设置;图3表示仿真中相序示意图

4结语