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电流与电压范文1
中图分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0105-02
异步电机，也称感应电机，是一种利用气隙旋转磁场与转子绕组感应电流的相互作用，产生电磁转矩，从而将机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电机的种类是多种多样的，同时具有小型轻量化、转速高、运转效率高、制造成本低、控制装置简单等特点，作为现代设备的主要动力装置，在多个领域得到了广泛应用。因此，对电机故障进行智能化诊断，提升电机运行的可靠性，成为相关技术人员重点研究的课题。
1 电机电气信号分析技术
从目前的技术发展情况看，针对电机的测试手段，主要包括动态测试和静态测试两种。其中动态测试是通过对定子电流信号的采集和分析，实现对于电机故障的判断，即MCSA电机电流信号分析技术，静态测试则是结合相关参数的对称性，对电机故障进行判断，由于必须在停机状态下进行，会影响生产效率，因此并不经常使用。而这里提到的电机电气信号分析技术，则是同时对电机的电流信号和电压信号进行采集，结合电流与电压同步频谱，可以对电机故障进行细化，分为电气故障、机械故障以及供电故障，相比于MCSA更加全面，更加可靠。
由欧姆定律可知，电压和阻抗是导致电机电流信号变化的主要因素。若在电压固定的情况下，电流出现较大的变化，则说明阻抗变化较大，可能原因是机械松动、绕组松动、气隙偏心等机械故障；而如果阻抗固定，电流出现变压，则电压变化大，说明电机存在电气故障，如短路、绝缘等问题。因此，电机电气信号分析技术的基本规则为：
（1）峰值出现在电流谱，揭示电机机械故障；（2）峰值同时出现在电流谱和电压谱，揭示电机电气故障；（3）供电频率的转差频率、边频，揭示转子状态；（4）对于轴承故障，峰值仅出现在电流谱，且存在线频的非整数倍与转频非整数倍的频率。
2 神经网络
在神经网络中，对故障样本进行训练，可以确定网络的权值和阀值，当再次输入故障信号时，就可以自动识别。因此，当网络训练完成后，神经网络对于运算量的需求较小，运算速度也相对较快。凭借自身良好的非线性映射能力、并行处理能力以及联想记忆能力等，神经网络十分适用于对复杂电机系统的故障诊断工作。通过将神经网络与电机电气信号分析技术的结合，可以实现对于电机故障的智能化诊断，同时可以有效降低故障的错报和漏报。
这里选择当前理论最为成熟、应用最为广泛的反向传播网络进行分析。反向传播网络，简称BP网络，其学习规则是利用BP，对网络的权值和阀值进行调整，从而使得网络误差的平方和最小。BP神经元与其他的神经元存在很大的相似性，不同之处则是其传输层为非线性函数，部分输出层采用线性函数，其输出为：
BP网络的学习过程如图1所示：
3 异步电机的故障识别
首先，要建立相应的故障库，对故障样本进行存储，方便故障的识别。相关研究表明，当电机转子断条时，在线频f两侧，会出现边频2sf，即：
出现定子绕组匝间短路时，在绕组的中心频率两侧，会出现f以及其边频RS，结合相应的公式，对计算出的结果进行整理，可以得出电压信号、转子断条以及绕组匝间短路电流信号的故障库。
其次，要构建相应的网络。这里采用三层网络结构，分别为输入层、输出层和隐含层。其中，在输入层中输入电流与电压信号的16个特征频率值，采用16个神经元，而输出层采用线性函数，含有3个输出，因此采用3个神经元。隐含层神经元的确定可以根据经验公式获得，如下：
其中，M代表输出节点数，N代表输入节点数，表示1～10之间的常数，可以对隐含层的节点数进行确定，为5～14。
需要注意的是，学习的速率过大或者过小都会对训练的结果产生一定的影响，一般为0.01～0.8。
然后，网络训练。针对标准样本和标准输出进行多次训练，可以确定隐含层的神经元为11，学习速率0.25。经多次训练后，系统误差约为10-5，能够满足故障识别精度的要求。
4 实验与结论
一台定子槽数48，转子条数40，转差为0.097的异步电机，在绕组匝间短路、转子断条和正常情况下运行，电机载荷超过1/4，使用ATPROL电机信号采集器，对电流和电压信号进行同时采集，并将采集到的信号传输到计算机，经过FFT变换后，运用神经网络对其故障模式进行判别，然后对相应的参数进行整理和分析。信号采集与处理装置的结构如图2所示。
针对实验中得出的数据信息进行分析，可以得出以下几个结论。
（1）传感器为非嵌入式，可以方便地对电机的电流和电压信号进行采集，便于进行实时检测。（2）针对不同的故障，电压信号和电流信号均有着相应的反应，利用电机电气信号分析技术，可以对电机中存在的电气故障和机械故障进行识别和区分，同时能够通过两者的相互验证，减少误判的机率，确保电机故障诊断的准确性。（3）虽然神经网络在训练阶段的运算量相对较大，但是在网络训练完成后，所需要的运算量相比于传统的诊断方法更小，而且运算速度更快，更适合现代诊断技术发展的客观要求。
5 结语
实践证明，同时采集异步电机定子电流与电压信号的电机电气信号分析技术，可以有效提升故障诊断的速度和准确性，应该得到推广和普及。
参考文献
[1] 陈，王胤龙，李明辉，等.基于电气信号的异步电机故障识别[J].沈阳工业大学学报，2008，30（3）：241-244，265.
[2] 任志斌，曾德墙.基于极坐标的异步电机新型参数辨识方法[J].河北科技大学学报，2013，34（3）：218-223，229.
电流与电压范文2
关键词:电压电流;测量隔离电路;设计;应用
1 前言
通常用电负载如电动机变化状况是通过电路上所接电压表和电流表上的数值来确定, 然而一些特殊要求, 需要采用电子数字记录仪或是电脑系统对用电负载变化进行记录监测时, 就要在这些测系统输入端与高电压大电流的负载电路之间配置合适的隔离电路端口了。
2 电压电流测量隔离电路设计
2.1 电路结构原理图
附图1 所示测量隔离电路为电子测量系统设置了一个供检测负载电流的端点OP1、一个供检测负荷在线电压的端点OP2和公共接地端。电路中电阻R1和二极管D1是降压整流电路。C1、R2、C2组成滤波电路, C1端电压为18V。直流电压分别经R3、R4加到光电祸合器OC1、OC2内发光二极管正极上, 流过的电流约1mA。电源交流电由负载RL, 和电流取样电阻R5分压后, 经R6和C3输入到OC1, 调制发光二极管上的直流电流, 产生一个与负载电流成正比例线性变化关系的调制信号:
2.2 工作过程与分析
交流电源经R7降压输入OC2, 调制OC2发光二极管上的直流电流, 产生的调制信号与负载在线电压也是成正比例线性变化关系。在隔离电路的另一侧,OC1、OC2的光敏三极管极分别通过VR1、VR2接至电源的正极(+V), 其输出信号分别经C4、C5输出到OP1、OP2端点。DP1的输出随输入信号幅值与负载电流成正比例线性关系, OP2输出信号幅值与负载在线电压成正比例线性关系。电路中R8、R9是直流分压电阻R10、R11和ZD1、ZD2构成限流、稳压电路。
当OP1输出电压为2.5V时, 相应地负载电流是1A;OP2输出电压为2.5V时, 即负载在线电压是240V。在校核光电祸合隔离电路时, 首先测量负载电流值VR1, OP1然后调整, 至使的电压值与负载电流成相对应的比例值测负载在线电压, 再调整VR2, 至OP2的电压值与负荷在线电压为相对应的比例值。
调整R5可以改变光电祸合隔离电路所适配的负载电流测量范围, R5的电阻值由0.5IV来选定;其承受功率应大于0.5IMax。调整R7能改变负载在线电压的测量范围, R7电阻值由Vmax/250选定。Vmax是电源电压的最高值, IMax是负载的最大电流值。
该光电祸合隔离测电路结构简单、可靠, 输出的电压和电流变化与输入的电压、电流保持良好的线性特性, 并且没有损耗给计带来误差.
利用隔离放大器测量电流和电压虽然会有分流电阻功率损耗的缺点,具备高线性度、低成本和设计灵活等优势的分流电阻电流检测是进行电流测量一个经常使用的方法。随着更佳散热性能和更低阻值分流技术的发展,功率损耗可以通过降低分流信号的大小降到最低。
3. ACPL-C78X系列应用方法
电流与电压范文3
【关键词】小电流接地;压敏电阻;应用
1.小电流接地系统分析
1.1 小电流接地系统的特点
对于低压网而言，采用中性点不接地、消弧线圈接地、高阻接地方式（统称小电流接地方式）具有很多其它接地方式所不具备的优点。从电能质量的角度来看，发生单相接地故障时，这两种接地方式的电网都可以带病运行较长时间（一般规定为2h），可在预定时间内有计划停电进行维修，这对企业的连续生产意义重大，减少了产品的损失、设备损耗以及停机时间。
并且，在高阻接地系统中，中性点接地电阻对串联谐振过电压与间歇性电弧接地过电压有很好的抑制作用，减少了电弧击穿损坏设备的可能性，也降低了人身触电的危险性。
北京郑常庄燃气热电工程主厂房厂用电系统设计为中性点经接地电阻接地的接地方式。
1.2 小电流接地系统发生单项接地故障时的特点
中性点不接地系统在正常运行时：若三相系统完全对称，电源中性点和大地之间具有等电位，各相对地电压等于电源相电压。见向量图1所示。
图1 向量图
当发生单相（金属性）接地时，为更为直观的分析，本文针对极限方式讨论即中性点不接地系统单相接地故障，如图2所示。
图2
图3
由图2可以看出，中性点不接地系统发生单相（金属性）接地时：
1）故障相对地对电压为零，非故障相对地电压升高为线电压。因此在这种系统中相对地的绝缘水平应按线电压来考虑。
2）线电压不变，三相系统仍保持对称，用户供电不受影响，可继续运行。但为防止事故扩大，应尽快消除接地故障点，运行时间最多不得超过2h。
中性点经高阻接地发生单项接地故障时的向量图，如图3所示。
2.压敏电阻的应用分析
2.1 压敏电阻的定义
压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"Un"时（Un为阀值电压），流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过Un时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。
2.2 压敏电阻在整流模块中的应用
由于整流模块对电源电压的质量要求比较高，如果电压质量不好很可能造成模块烧毁事故。目前整流模块的应用是十分广泛的，在发电厂电气系统中涉及到整流装置的系统有直流系统、UPS系统、励磁系统及电动机的变频启动装置。由此可见整流装置的安全稳定运行，对机组及设备的安全稳定运行有着至关重要的作用，所以必须引起我们足够的重视。
上面讲的整流装置对电压质量的要求十分严格，为保证电压质量出现波动时对整流装置起到较好的保护，目前比较广泛的采用在电源一次回路并联一组压敏电阻，利用压敏电阻的特性与电源空气开关配合使用，以达到电压发生波动时切断整流装置电源，保护整流装置不被烧毁。如图4所示。
图4
由图4可知，当电源电压发生较大波动时，压敏电阻击穿流过较大电流，从而使进线空气开关动作，切断装置电源。
3.小电流接地系统中压敏电阻配置
3.1 本工程压敏电阻的配置方式及存在的问题
本工程的主厂房厂用电系统为经接地电阻接地系统，为使叙述更为直观易懂还是按照中性点不接地系统地情况进行讨论。
本工程主厂房厂用电系统涉及到整流装置的部分有：1、2号机组直流配电系统;1、2号机组UPS装置及公用V装置;1、2号机组燃机、汽机励磁系统;1、2号燃机变频启动装置（SFC）。其中除燃机变频启动装置以外，其他几个部分整流模块的保护都是采用图5所表示的方式，如图5所示。
图5
如图5可以看出，正常情况下三相电源线电压为380V，相对地电压220V，当电源某项电压发生较大波动，超过压敏电阻的阀值电压Un时，压敏电阻导通空开跳闸。此时的压敏电阻型号是按照220V的电压等级进行选型的。
图6
这样问题就出现了，前面已经介绍过了中性点不接地系统当发生单相接地故障时，非故障相的对地电压升高为线电压（380V）图6，超过了压敏电阻的阀值电压，压敏电阻导通流过相间短路电流（此时两相线接地，发生相间短路），空气开关动作切断电源。如果此时空气开关与上一级断路器配合不当，很有可能造成上一级电源开关跳闸，造成事故的扩大。而中性点不接地系统是允许带单相接地故障运行一段时间的，这显然与设计的初衷相违背。那应该怎么对压敏电阻进行选择呢？
3.2 小电流接地系统中压敏电阻配置
上面所述的配置方法显然是不恰当的，那在中性点非直接接地系统中压敏电阻应该怎样进行设计和选型呢？
我们根据小电流接地系统的第二个特点：单相接地后线电压不变，三相系统仍保持对称。
把三个压敏电阻按照三角型接法并入一次回路，按线电压来进行选型，如图7所示。
图7
如图7所示，当电源系统发生单相接地后，三相之间的线电压仍旧为380V，这样就不会导致一发生单项接地就跳掉空开甚至烧毁压敏电阻了，从而令运行人员有充分的时间检查、排除故障，保证机组及设备的正常连续运行，也使得小电流接地配电系统地优点得以体现。
电流与电压范文4
关键词：农网 安全保护措施 剩余电流动作保护器
随着农村经济的发展和广大农民生活水平与生活质量的不断提高，特别是近些年来，我国东南部和沿海经济发达地区农村经济结构发生了根本变化，农村城镇建设城市化，缩小了农村和城市的差别；农业适度规模经营，种植技术引入了高科技手段，农业生产机械化水平不断提高；乡镇集体企业和个体经济蓬勃发展，农村的大好形势对安全用电提出了更高的要求。
在农村用电中安全用电的主要任务有：
——防止人身触电的伤亡事故；
——防止电气设备损坏事故；
——防止电气火灾事故。
触电伤亡事故的类型，可分为直接接触触电和间接接触触电两种。直接接触触电是指人员直接接触了带电体而造成的触电。这种类型的触电，触电者受到的电击电压为系统的工作电压，其危险性较大，一般情况下，直接接触触电多发生于电气专业工作人员。但在农村电网中，由于设备的具体条件和用电的特点，非电气专业人员的触电也时有发生。间接接触触电是由于电气设备（包括各种用电设备）内部的绝缘故障，而造成其外露可导电部分（金属外壳）可能带有危险电压（在设备正常情况下，其外露可导电部分是不会带有电压的），当人员误接触到设备的外露可导电部分时，便可能发生触电。由于目前在生产领域里各种电气化的工具、设备被广泛应用；生活电器品种多，数量大且已普及应用，这些设备、电器的操作人员多为非电气专业人员，一旦电气设备或生活电器的绝缘故障损坏，使其外露可导电部分带有电压，在没有保护措施的情况下，极易造成人员触电伤亡事故。所以，在安全用电工作中的首要重点，应是防止人身间接接触触电事故。设备内部绝缘故障时，在设备外露可导电部分接地的情况下，还可能造成单相对地短路损坏设备。另外，电气设备和电气线路（特别是室内电气线路）由于绝缘损坏故障引起的单相接地故障。当接地故障长期存在，局部发热、使温度升高，以致烤燃了其周围的易燃物而引起火灾事故（电气火灾发生的原因很多，如设备或线路运行过负荷、绝缘损坏而造成相间短路、导体接触不良、易发热设备安装不合理等），因此，防止电气火灾事故亦为安全用电工作的重点。在有关的国际标准（ISO）及我国的国家标准中，为保证安全用电都制订了防止发生触电事故的措施。
防止直接接触触电的安全措施：
——防止与带电体接触，将带电体绝缘起来；
——在带电体外，加装遮栏和外护物；
——防止无意地触及带电体，设置临时阻挡物；
——保持一定距离，防止人员活动时接触带电体；
——在低压系统（220V／380V）安装动作电流不超过30mA、快速动作型的漏电保护器。
防止间接接触触电的安全措施：
——自动切断电源，以保证发生人身触电事故时能及时脱离电源；
——做好电气设备的接地保护，降低接地装置的接地电阻，以限制接触电压；
——在各种建筑物内实施等电位连接；
——一些电器特别是家用小电器和手持式电动工具选用增强绝缘型，即双重绝缘型；
——在重要用电场所或环境恶劣场所，使用隔离变压器，改变供电制式为不接地型；
——在特殊环境条件下作业，如地下、沟道等，使用安全低电压（50V以下）的电器。
上述各项措施可根据电网和用电单位的具体情况选用。在我国目前农村电网的低压用电系统中，防止触电伤亡事故最基本的措施是能及时、迅速地切断电源。在低压电气系统中，自动切断电源的实现，主要靠各种型式的过电流保护系统，如过流脱扣、熔丝保险。而电流保护系统的关键是在发生故障时，要能形成一个故障电流回路，形成故障回路的主要条件是电气设备要有完善的保护接地系统。
国家标准GB14050《系统接地的型式及安全技术要求》中，电气系统接地保护的型式有TN系统、TT系统及IT系统。TN系统是指电气系统本身有一点接地，系统中电气设备和外露可导电部分与电气系统的接地点直接连接（在低压电气系统中电气设备的外露可导电部分，通过保护线与电气系统的中性线相连接）。TN系统中电气设备外露可导电部分与电气系统接地点的连接方式，又可分为TN-C方式，即电气设备的保护线直接接在系统的中性线，保护线与中性线共用合一的；TN-S方式，即电气设备的保护线与系统的中性线是分开的，电气设备的保护线接在系统专设的保护线上；TN-C-S方式，即电气设备的保护线与系统的中性线，在系统中一部分是合一的，一部分是分开的，也就是系统的保护线不是接在系统电源的接地点，而是连接在系统的中性线的某一部分。
TT系统是指电气系统本身有一点接地。电气设备的外露可导电部分不与电气系统接地点相连接，而独立接地。
IT系统是指电气系统本身不接地或有一点经大阻抗接地，电气设备的外露可导电部分独立接地。
无论在哪一种接地保护型式下，发生设备单相接地事故或人身接触了故障情况下的电气设备外露可导电部分时，电流保护切断电源的首要条件是故障短路电流值要大于保护设备的动作电流值。而故障短路电流的大小，在TN系统中接地故障短路电流取决于故障点距保护装置的距离，故障电流通过导线和保护线的截面、材质；在TT系统中接地故障短路电流除取决于故障点距保护装置的距离和故障电流通过导线的截面、材质外，还取决于电源接地点和设备保护接地点的接地电阻值，同时还要考虑电流保护动作的动作时间。运行实践证明：在一些发生间接接触触电的事故中，由于线路距离过长，接地故障的阻抗大或系统的电流保护的动作电流大，故障电流不足以使保护动作及时切断电源或切断电源的时限过长，而造成伤亡事故。特别是在TT系统中，发生间接接触触电或单相故障接地时，故障电流的大小受各接地点接地电阻的影响，更难以在发生间接接触触电时，使电流保护迅速动作切断电源。在我国农村低压电网中普遍采用TT系统，上述问题更为突出。
为了解决系统的电流保护在单相接地短路故障时，不能迅速动作切断电源的问题，经过多年的研究和实践应用的经验，使剩余电流动作保护器这个问题基本得以解决，为保证用电安全发挥了重要作用。
剩余电流动作保护器切断电源的动作原理不是决定于接地故障电流的大小，而是靠系统中发生接地短路故障时或人员触电时，系统各线间电流形成不平衡的差值来动作脱扣，切断电源。通过接在线路上的零序互感器可以得到电流不平衡的差值，这个差值可以精确到毫安级，剩余电流动作保护器通过高灵敏度的电磁继电器或电子电路可以使其脱扣时间控制在0.1s以内。目前，农村低压电网的保护接地系统普遍采用TT系统，即用户电气设备的外露可导电部分采用独立接地的措施。在TT系统中，过流保护动作的基本条件是，保护接地点接地装置的接地电阻值决定故障电流值。在农村低压电网发生触电事故时，靠TT系统的过电流保护装置动作切断电源，往往因接地电阻值大，无法迅速切断电源，而酿成伤亡事故。在农村低压电网具体条件下，也不可能投入大量资金、金属材料用以改善接地电阻，并造成巨大的浪费。而安装剩余电流动作保护装置，其动作不需要决定于接地电阻的大小，甚至在安装剩余电流动作保护器后，可以适当放宽对电气设备保护接地装置接地电阻的要求。所以在电网中认真执行防止间接接触触电的各项技术措施的同时，安装剩余电流动作保护器作为各项技术措施的后备保护是不可缺少的。应该强调的是：不能因为安装了剩余电流动作保护器而削弱或放弃其他技术措施，剩余电流动作保护器和各项技术措施是不能互相代替的。实践证明：自80年代中期以来，在用电设备上安装使用剩余电流动作保护器对防止单相接地短路故障（人员触电事故、电气设备接地烧毁事故、电气线路剩余电流造成的电气火灾事故等）起了一定的保护作用，特别是大大降低了人员间接接触触电伤亡事故，在农电系统中效果尤为明显。在农网中安装剩余电流动作保护器一般宜按分级保护方式，即农网的终端（用户负荷端）及电源端装设漏电保护器。电源端装设剩余电流动作保护器后，不但可防止架空线路上的故障造成人员触电伤亡事故，还可监测架空线路的运行绝缘水平和泄漏电流。
当前，农网改造工程正紧张地进行，在农电管理体制改革各项工作进行的同时，尤其要做好农电安全用电工作。根据有关用电安全方面的国家标准，在用电中防止发生人身触电伤亡事故有多项技术措施，其中包括从对设备的要求、操作要求、安全设施、改进系统条件等。在目前具体条件下，推广使用剩余电流动作保护器仍是防止人身触电事故、设备损坏事故和防止电气火灾事故，保证安全用电的有效措施之一。
在农电系统推广使用剩余电流动作保护器，应认真贯彻执行国家标准GB13955《漏电保护器的安装和运行》，做好下列几项工作：
1根据国标要求，在用电范围内，下列场合应装设漏电电流动作保护器
(1) 属于防电击保护绝缘等级I类的移动式电气设备和手持式电动工具。(电气产品按防电击保护绝缘等级可分为0、I、II、III四类。I类为产品的防电击保护，不仅依靠设备的基本绝缘，而且还包含一个附加的安全预防措施。其方法是可能触及的可导电的零件与已安装的固定线路中的保护线连接起来，以使可触及的可导电的零件在基本绝缘损坏的事故中不成为带电体。)
(2) 安装在潮湿、强腐蚀性等恶劣环境场所的电气设备；
(3) 建筑施工的电气施工设备；
(4) 暂设临时用电的电器设备；
(5) 各种民用建筑物内的插座回路；
(6) 其他需要安装剩余电流动作保护器的场所。
2正确选用严格把好剩余电流动作保护器的质量关
(1) 应选用技术条件符合国家标准的有关规定，并已检测合格，具有国家认证标志的产品，其技术额定值应与被保护线路或设备的技术参数相配合。
(2) 选用剩余电流动作保护器时要考虑到：供电方式、电气设备的使用环境、被保护线路或设备的正常泄漏电流大小及被保护设备的具体情况及要求，以确定选用的型式及动作参数。
(3) 可根据被保护线路或电气设备具体情况及要求，选用带有附加功能的剩余电流动作保护器，如过电压保护、过负荷保护、三相缺相保护等。
3做好剩余电流动作保护器的运行维护和管理
电流与电压范文5
关键词：变压；整流滤波；稳压；
中图分类号：S611 文献标识码： A
1、引言
直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下问题: 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～ 1. 07V ) ,困难就较大。二是稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。
传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。
从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。
2、方案论证与比较：
方案一: 采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出。但此方案所产生的直流电压纹波大，在其后的几级电路中很难加以抑制，很有可能造成设计的失败与技术参数的超标。
方案二：并联式稳压电源，电路简便易行，所用元器件相对较少，当负载电流恒定时稳定性相对较好，其突出优点就是可承受输出短路。但是效率低于串联式稳压电源，输出电压调节范围较小，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用。
方案三：串联式稳压电源，利用可调的三端式集成稳压器先提供稳压电压和小电流，再通过三极管扩流的方式使之提供大功率。由于集成稳压器通常内部已有各种保护电路，辅助电路就可以简化。其次想采用经典的分立式元件形式，因为在理论课及实验室中看到的大多是这种电源，并且具体电路形式很丰富，可借鉴的结构也较多。
比较以上几种方案，决定采用方案三，即经典的串联式稳压电源，稳扎稳打，力争做好。
3、硬件电路的组成与设计
直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。
我国电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
3.1电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压变换为整流电路所需要的交流电压。
本设计方案所需要用到的降压变压器是将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得后级电路所需要的直流电压12V。
由于所需的直流电压比起电网的交流电压在数值上相差较大，考虑到稳压部分中的集成稳压器须在输入电压≥10V 时才能使输出电压为0.7V～9V。所以，降压后的电压设为10V～12V，才能达到要求输出的电压为0V～10V，即该部分电路采用变压器把220V交流市电变为约10V 的低压交流电，作为电源的输入电压。变压器原辅线圈的匝数比为：
N1/N2 = U1/U2 = 220V/10V≈22/1
电路中的保险丝可起到保护电源的作用，当电流大于0.5A 时，保险丝熔断，从而防止电源烧坏。电源变压器的效率为：
其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1所示，因此，当算出了副边功率后，就可以根据下表算出原边功率。
表1小型变压器的效率
3.2整流滤波电路
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
如图所示，在本设计中采用四个二极管组成桥式整流电路，利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。
图2桥式整流桥电路
直流电压与交流电压的有效值间的关系为：
在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：
流过每只二极管的平均电流为：
其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：
其中：T = ms是50Hz交流电压的周20期。
3.3稳压电源电路
三端稳压器各项性能指标的测试
输入电压u2受负载和温度发生变化到影响而发生波动时，滤波电路输出的直流电压VI会随着变化。因此，为了维持输出电压VI稳定不变，需要对电压进行稳压。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的电压输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
三端稳压器的引脚及其应用电路见附录图3。
7806为三端式集成稳压器，这种集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W78系列三端稳压器输出正极性电压，一般有：5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。若要求输出负电压，可选用W79系列稳压器。图3是7806的外型和三个引出端，其中：
1―输入端（不稳定直流电压输入端）；
2―输出端（稳定直流电压输出端）；
3―公共端；
图3三端式集成稳压器
它的主要参数有：输出直流电压Uo=6±5%；最大输入电压Uimax=35V； 电压最大调整率Su=50mV；静态工作电流Io=6mA； 最大输出电流Iomax=1.5A；输出电压温漂ST=0.6mV/oC。
3.4稳压系数的测量(调节输出电压为5V时)
按图所示连接电路， 在u1=220V时，测出稳压电源的输出电压Vo，应改变电源电压上升和下降10%，分别测量稳压电源的输出电压VO，RL=100Ω。在实验室调节交流不太方便时,可采用变压器的次级变换的方法,如①②脚电压为18V,测量一次,记下VO1.再更换到③①脚测量一次VO2, 将测量的结果填入表5中。则稳压系数为：
SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)
表2
3.5输出内阻的测量(调节输出电压为5V时)
按图4所示连接电路，保持稳压电源的输入电压不变 ，在不接负载RL时测出开路电压Vo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Vo2和输出电流Io2，测量结果填入表3中。则输出电阻为：
RO=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2
表3
3.6纹波电压的测量(调节输出电压为6V时)
用示波器观察Vo的纹波峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Vop-p的值（约几mV）。
4、直流电源系统原理图
电流与电压范文6
关键词:高压直流输电 轻型 电压源换流器
1954年,世界第一条高压直流输电联络线被运用到了商业之中,随着它日益成熟的技术为海底电缆、远距离大功率以及两个交流系统间的非同步联络等各方面提供了十分广泛的电力效益。但是,由于在经济和技术方面存在着一定的局限性,因此导致近距离小容量输电场合和的高压直流输电未能得到充分利用。然而,在电力半导体特别是绝缘栅双极晶体管（LGBT）的大力促进下,使得高压直流电更加轻型化。目前,以电压源换流器（VSC）与绝缘栅双极晶体管为基础,使高压直流输电的容量几MW扩大到了几十MW。这类小功率的轻型高压直流电以其各种优势充分展现了它的发展前景。
1、轻型高压直流输电的技术特点
(1)电压源换流器的电流可以自动断开并工作在无源逆变方式,因此它无需另外的换相电压。与传统高压直流输电的有源网络不同的是,轻型高压直流输电的受端系统是无源网络的,因此克服了受端系统必须是有源网络的根本缺陷,继而促进了高压直流输电对远距离孤立负荷进行送电的实施。
(2)同传统的高压直流输电正好相反,在潮流进行反转的时候,直流电流方向能在直流电压极性不变的情况下进行反转。HVDC的这个特点能够促进不仅为潮流控制提供便利且提供较为可靠的并联多段直流系统的构成,继而使传统多端的高压直流输电系统在并联连接时不方便进行潮流控制以及串联连接时影响可靠性的问题得到有效解决。
(3)对轻型电压直流输电进行模块设计能够极大的缩短其设计、安装、生产以及调试周期。与此同时,电压源换流器所采用的脉冲宽度调制（PWM）技术,其有着相对较高的开关频率,在高通的滤波后便能够产生所需的交流电压,省略了变压器不仅简化了换流站的结构,同时还大大减少了所需滤波装置的容量。
(4)传统的高压直流输电因为其控制量只有触发角,所以传统HVDC是无法对无功功率和有功功率进行单独控制的。而轻型高压直流输电在正常运行的时候,其电压源换流器能够对有功功率以及无功功率同时进行独立控制,甚至可以使功率因数为1。此种调节不仅能够提高完成效率,还能对之加以灵活的控制。另外,电压源换流器不但无需交流侧提供无功功率并且还起着静止同步补偿器的作用,使无功功率的交流母线得到动态补偿继而促进交流母线电压的稳定性。换而言之,即使是在故障的情况下,只要电压源换流器的容量足够就可以使轻型高压直流输电系统对故障系统进行无功功率紧急支援或有功功率紧急支援,从而促使系统的电压稳定性以及功角稳定性的提高。
2、轻型高压直流输电的发展及前景
在我国,轻型高压直流输电技术的发展一直以来都受到电力工作者的重视,并且对之展开了一系列的初步的研究。另外,一些应用单位逐渐认清了轻型高压直流输电的具体优势,因此也开始考虑采用HVDC于实际输配电工程之中。然而从整体上来讲,轻型高压直流输电的研究在我国依旧是匮乏的且基本处于空白期。因此我们要尽可能快的促进研究水平的提供以将之能够迅速的有效利用起来,此项研究不仅十分迫切且具有相当重要的现实意义。所以,笔者就研究工作的展开提出以下几点建议。
(1)在轻型高压直流输电中建立数字仿真研究手段,因此电力工作者要在研究过程中制定出轻型电压直流系统全部一、二次设备的数字仿真新方法与新兴数学模型;(2)经过对电压源换流器的故障以及运行特性的分析,电力工作者要在研究过程中具有针对性的提出适合VSC运用的PWM技术和相关的保护措施;(3)构建一个轻型高压直流输电的物理模型,然后通过高速数学新高处理芯片对轻型高压直流输电的控制器进行研制;(4)对于电压源换流器连接构成的控制方式（电压控制、无功潮流控制、有功潮流控制）、多端直流系统的运行特性,还有轻型高压直流系统的保护措施进行一系列研究与制定;(5)对于整个电网电能质量,轻型高压直流输电有着怎样的影响且如何对之加以控制都需要电力工作者进行更深一步的研究;(6)对技术经济进行论证,从而确定轻型高压直流输电技术对于我国电力技术发展的可行性与必要性。
随着电力半导体以及其控制技术的不断发展,尤其是IG-BT的日益进步从而衍生了轻型高压直流输电技术。即将投运以及已经投运的各项轻型高压直流输电技术工程的成功建设已经充分表明了HVDC技术正在日渐地成熟与发展着。可再生能源的全面开发、高新技术的飞速发展,还有电力技术的不断进步与完善,都对电网灵活且可靠的运行以及高品质电能质量提出了进一步的要求,从这一系列情况的显示来看,轻型高压直流输电的使用范围正在不断扩大,这势必会使HVDC light在我国得到进一步的研究与重视。
3、结语
综上所述,轻型高压直流输电作为一项新型的输电技术正通过其自身特点在各方面的应用中充分展示了其独特的优势,主要有对电压以及潮流的有效控制、对环境的影响不大、设计表转化、建设效率化、结构模块化且紧凑等各种优越性。综合这一系列优点,轻型高压直流输电不仅仅是引起国家以及各应用单位的重视,并且在未来将会渐渐地运用到建设当中去,最终会有利于促进我国科技以及经济的发展。
参考文献
[1]徐政,陈海荣.电压源换流器型直流输电技术综述[期刊论文].高电压技术,2007(1).