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電流與電壓范文第1篇

[關(guān)鍵詞] 直流電動機(jī) 電壓 電流 功率

直流電動機(jī)的電壓、電流與功率問題，一直是高中物理“電功與電功率”這節(jié)內(nèi)容教學(xué)中的難點(diǎn)。因為電動機(jī)電路屬于非純電阻電路，歐姆定律并不適用，而學(xué)生往往沒真真理解歐姆定律的使用條件，常常也用歐姆定律來解直流電動機(jī)的電壓、電流與功率問題，導(dǎo)致這類題目錯誤率很高。接下來筆者結(jié)合自己的實踐經(jīng)驗來談?wù)剬@部分內(nèi)容的教學(xué)體會。

一、直流電動機(jī)的電壓與電流

直流電動機(jī)是根據(jù)通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的原理制成的，其線圈的等效電路如圖1所示（即可等效為一個定值電阻

與一個無阻值的理想線圈串聯(lián)而成）。當(dāng)給電動機(jī)通上電，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，線圈導(dǎo)線切割磁感線，這樣在線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)楞次定律可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向與使線圈轉(zhuǎn)動的電流方向相反，故稱為反電動勢ε。電動機(jī)線圈轉(zhuǎn)動的越快，說明線圈的導(dǎo)線切割磁感線越快，所以反電動勢ε就越大。又因為線圈本身具有直流電阻（等效為圖1中的定值電阻R），因此加在電動機(jī)兩端的電壓應(yīng)分為兩部分：其一用來平衡反電動勢ε；其二為線圈直流電阻上損失的電壓U΄。

即有：U = ε + U΄；①

由于直流電動機(jī)的電流Ι（即電動機(jī)的工作電流）就是流過電動機(jī)線圈電阻的電流。

所以有：U΄ = ΙR；②

有①、②兩式可得：

直流電動機(jī)兩端的電壓U =ε +ΙR；③

因此直流電動機(jī)的電流Ι=（Uε）/ R；④

由此可見部分電路歐姆定律Ι=U / R對電動機(jī)是不適用的。

當(dāng)電動機(jī)接通電源后，啟動的開始階段電樞的轉(zhuǎn)速較小，產(chǎn)生的反電動勢很小，所以啟動電流很大，最大可達(dá)額定電流的15―20倍。這一電流會使電網(wǎng)受到擾動，機(jī)組受到機(jī)械沖擊，換向器產(chǎn)生火花。

為了限制啟動電流，常在電樞回路內(nèi)串入專門設(shè)計的可變電阻，其接線原理見圖2。在啟動過程中隨著轉(zhuǎn)速的不斷增大，應(yīng)及時逐級將各分段電阻短接，使啟動電流限制在某一允許值以內(nèi)，這一啟動方式稱為串聯(lián)電阻啟動。這種啟動方式非常簡單，設(shè)備輕便，廣泛應(yīng)用于各種中小型直流電動機(jī)中。但由于啟動過程中能量消耗較大，不適用于經(jīng)常啟動的電動機(jī)和中、大型直流電動機(jī)中。

二、直流電動機(jī)的功率

如果用Ι去乘③式中的各項就可以得到：

UΙ=εΙ +Ι2R；⑤

電流與電壓范文第2篇

關(guān)鍵詞：小接地；電力系統(tǒng)；內(nèi)部過電壓；預(yù)防

小接地電流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中常見的類型，其有著自身的特性，比如，該系統(tǒng)中性點(diǎn)不直接間接，采用的是間接接地的形式，有的采用的是消弧線圈接地或者中阻接地。有的電力系統(tǒng)內(nèi)部含有的設(shè)備比較多，而且負(fù)荷、對地電容也比較大，比如容易出現(xiàn)過電壓。本文對小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的預(yù)防進(jìn)行了探討，系統(tǒng)可以減少過電壓帶來的危害，從而保證電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

1、小接地電力系統(tǒng)概述

小接地電流系統(tǒng)是指一種特殊的電力系統(tǒng)，其屬于中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，容易產(chǎn)生過電壓。小接地電流系統(tǒng)也被稱作中性點(diǎn)間接接地系統(tǒng)，當(dāng)有一相出現(xiàn)接地故障后，由于無法構(gòu)成短路回路，接地故障電流與負(fù)荷電流相比，會小很多，這也是小電流接地系統(tǒng)名稱的由來。在我國對小接地電流系統(tǒng)的劃分有著一定標(biāo)準(zhǔn)，一般X0/X1>4～5的系統(tǒng)屬于小接地電流系統(tǒng)，其中：X0為系統(tǒng)零序電抗，X1為系統(tǒng)正序電抗。

小接地電流系統(tǒng)在正常運(yùn)行時，電氣設(shè)備在額定電壓下是處于絕緣狀態(tài)的，只有遭到雷擊或者人為操作失誤等問題時，才會出現(xiàn)故障，這時系統(tǒng)內(nèi)局部電壓會超過額定電壓，從而造成小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，會影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。接地或者斷線故障都會引起內(nèi)部過電壓，而且我國電網(wǎng)改造工程的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，35KV及10KV開關(guān)柜式設(shè)備越來越多，三相相間距離及單相對地距離的絕緣性能比較差，這會導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)故障率增加。下面筆者對小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓產(chǎn)生的原因、危害及預(yù)防措施進(jìn)行簡單的介紹，以供參考。

2、小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的現(xiàn)象及危害

當(dāng)前社會，電網(wǎng)的建設(shè)在不斷加快，很多電力系統(tǒng)的35kv、10kv設(shè)備都采用了的戶內(nèi)開關(guān)柜式設(shè)備，與敞開式布置相比，三相相間距離及單相對地距離的絕緣性都比較小，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)過電壓后，會增加柜內(nèi)故障產(chǎn)生的概率，內(nèi)部過電壓是導(dǎo)致小接地電流系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障的主要原因。內(nèi)部過電壓并不是直接導(dǎo)致設(shè)備故障的原因，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地或相間短路故障后，隨著故障的延續(xù)和發(fā)展，會產(chǎn)生較大的內(nèi)部過電壓，從而導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大，如果不及時處理，會損壞設(shè)備，影響整個系統(tǒng)的安全性，還會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

以某電廠為例，該電廠在一年內(nèi)曾多次發(fā)生過電壓，在對故障記錄進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，過電壓現(xiàn)象產(chǎn)生后，設(shè)備會出現(xiàn)跳閘，PT熔斷器會被熔斷，從而導(dǎo)致PT燒毀，這嚴(yán)重威脅了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會導(dǎo)致設(shè)備損壞，增加了維護(hù)的成本。在對系統(tǒng)對地電容進(jìn)行多次測量后，相關(guān)工作人員對過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為電弧接地是引起過電壓的主要原因，在測量后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)電容電流并不大，所以，間歇電弧并不是引起過電壓的原因。在進(jìn)一步調(diào)查后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)是鐵磁諧波引起的系統(tǒng)內(nèi)部過電壓，是由于電磁式電壓互感器飽和形成的。具體產(chǎn)生的原因分析如下：

（1）基波諧振

在對于系統(tǒng)每次出現(xiàn)過電壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，17Hz的分頻電壓一般都很高，而且會燒斷PT保險，技術(shù)人員需要從PT入手，對過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。在本文的案例中，PT是電磁式，而且會產(chǎn)生中性點(diǎn)位移的現(xiàn)象，過電壓會出現(xiàn)在電磁式電壓互感器的母線上。

（2）諧波諧振

由于鐵芯的磁通飽和會引起電流、電壓波形的畸變，即產(chǎn)生了諧波，使上述諧振回路還會對諧波產(chǎn)生諧振。當(dāng)線路很長，互感器的勵磁電感很大，致使回路的自振頻率很低，有可能發(fā)生分次諧振（通常是1/2次）。其一般出現(xiàn)在水輪機(jī)、循環(huán)水泵等遠(yuǎn)方設(shè)備啟、停及故障時。當(dāng)線路短，或者互感器的勵磁電感很小（例如互感器的鐵芯質(zhì)量很差或電網(wǎng)中有多臺電壓互感器），使自振頻率很高，就有可能產(chǎn)生高次諧波諧振過電壓。兩者的表現(xiàn)形式都是三相對地電壓同時升高，但是在分次諧波諧振時過電壓具有忽高忽低作低頻擺動的特點(diǎn)。

3、小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的預(yù)防措施

為了限制和消除小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓，可采取下列措施：

3.1選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器。另外，將兩個特性相同的電壓互感器串聯(lián)使用，以使互感器工作在非飽和區(qū)，只要互感器柜尺寸允許，也不失為一種良好的方法。

3.2在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組中加裝阻尼電阻R≤0.4xT（xT為互感器在額定線電壓作用下?lián)Q算到低壓側(cè)的單相繞組勵磁感抗），可消除各種諧振的影響。對于35 kV及其以下的電網(wǎng)一般要求R值為幾歐至幾十歐。如果將阻尼電阻長期接在開口三角形繞組中，則由于其容量的限制，阻值不能過小。否則，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生持續(xù)性單相接地故障時，在開口三角形繞組兩端將出現(xiàn)100V工頻零序電壓，從而使互感器嚴(yán)重過載。為此，最好采用一種非線性電阻，其冷態(tài)電阻僅幾歐，而在100V工頻電壓作用時，經(jīng)過2～3s后電阻值將緩慢上升到100Ω左右，做到既保證可靠消諧，又能滿足互感器的容量要求。這樣的消諧阻尼器國內(nèi)已有生產(chǎn)并投入試運(yùn)行。

3.3個別情況下，可在母線上加裝一定的對地電容，使xT

3.4前述現(xiàn)象中，多數(shù)發(fā)生的是分頻過電壓，這里介紹一種中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地消除分頻過電壓的方法。當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時，弧光接地過電壓的倍數(shù)相近，并都不高于2.5Ux。就鐵磁諧振而言，由于消弧線圈的電抗值或中性點(diǎn)的電阻值遠(yuǎn)小于PT的勵磁阻抗，因而穩(wěn)住了系統(tǒng)的中性點(diǎn)電位，從根本上消除了鐵磁諧振過電壓。目前國內(nèi)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)發(fā)生故障較多，所以一般不選用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的方法。

4、結(jié)語

綜上所述，小接地電流系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生過電壓與其自身的特性有著較大的關(guān)系，在產(chǎn)生過電壓后，會增加系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，相關(guān)工作人員必須采取有效的措施進(jìn)行處理。變電站出現(xiàn)諧振問題后，技術(shù)人員可以利用故障錄波器或者指針式電壓對系統(tǒng)內(nèi)的電壓進(jìn)行監(jiān)視，然后采用投入消弧線圈的方式破壞諧振。小電流接地系統(tǒng)中間歇電弧是引起過電壓以及諧振電壓的原因之一，為了預(yù)防系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓，必須了解過電壓產(chǎn)生的原因，然后制定出切實可行的方案，從而消除過電壓，降低設(shè)備故障率。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿莉娜，鐘雅風(fēng)，何伯男. 基于66kV系統(tǒng)TV鐵磁諧振現(xiàn)象分析[J]. 東北電力技術(shù). 2013（01）

電流與電壓范文第3篇

關(guān)鍵詞：建筑配電 剩余電流接地故障

中圖分類號：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

剩余電流，為低壓配電線路中各相(含中性線)電流矢量和不為零的電流。監(jiān)測剩余電流值，設(shè)置剩余電流動作保護(hù)裝置，對于電氣電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、保護(hù)人身安全及預(yù)防電氣火災(zāi)來說必不可少。國家現(xiàn)行規(guī)范《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（50054-2011）和《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJT 16-2008）都對剩余電流保護(hù)的設(shè)置有明確規(guī)定。

1剩余電流保護(hù)原理

剩余電流值，是指在被測的三相導(dǎo)線路上與中性N上各裝一個電流互感器，或讓三相導(dǎo)線與N線一起穿過一個零序電流互感器，得到三相導(dǎo)線與中性線N的電流矢量和IA＋I(xiàn)B＋I(xiàn)C＋I(xiàn)N，當(dāng)設(shè)有發(fā)生單相接地故障時，無論三相負(fù)荷平衡與否，則此矢量和為零（嚴(yán)格講為線路與設(shè)備的正常泄漏電流）；當(dāng)發(fā)生某一相接地故障時，故障電流會通過保護(hù)線PE及與地相關(guān)連的金屬構(gòu)件，即IA＋I(xiàn)B＋I(xiàn)C＋I(xiàn)N≠0，此時數(shù)值為接地故障電流Id加正常泄漏電流。當(dāng)數(shù)值超過剩余電流動作保護(hù)器件的設(shè)定動作電流值時，保護(hù)器件發(fā)生動作作用于發(fā)出報警型號或者切斷供電回路。當(dāng)采用過流保護(hù)無法兼做接地故障保護(hù)時，采用剩余電流動作保護(hù)就非常必要了。

利用剩余電流原理，可以作為接地故障保護(hù)的保護(hù)措施。而接地故障引起的電氣火災(zāi)監(jiān)測和電擊防護(hù)，是利用剩余電流原理應(yīng)用保護(hù)的最重要的兩個方面。

2剩余電流保護(hù)器在電氣火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用

由于接地故障產(chǎn)生的電氣火災(zāi)，在火災(zāi)總數(shù)中占有很大一部分比例。接地故障產(chǎn)生的接地電弧，是產(chǎn)生火災(zāi)的直接原因。不論是TN系統(tǒng)還是TT系統(tǒng)，接地故障電路的阻抗都大于帶電導(dǎo)體短路電路的阻抗，接地故障的電路阻抗大，使它易以電弧短路的形式出現(xiàn)，短路電弧長時間延續(xù)，電弧局部溫度可高達(dá)3000°～4000℃，容易烤燃附近可燃物質(zhì)起火，由于高阻抗，接地故障引起的短路電流較小，不足以使斷路器動作跳閘切斷電源，只有在配電線路上加裝剩余電流保護(hù)器件，才能檢測剩余電流，達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)接地故障的目的 。

2.1剩余電流動作報警器用于電氣火災(zāi)監(jiān)控的場所

住宅、公寓等居住建筑和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護(hù)對象分級為二級的建筑物，應(yīng)設(shè)置用于接地保護(hù)的獨(dú)立的剩余電流動作報警器，報警器安裝位置在建筑物的電源進(jìn)線或配電干線分支處。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護(hù)對象分級為特級的建筑物的配電線路，應(yīng)設(shè)置由多個剩余電流監(jiān)控模塊和監(jiān)控主機(jī)組成的防火剩余電流動作報警系統(tǒng)；另外除住宅外，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護(hù)對象分級為一級的建筑物的配電線路，也宜設(shè)置。

2.2電氣火災(zāi)監(jiān)控剩余電流動作報警器動作電流值

此電流應(yīng)躲過正常的線路泄露電流，不應(yīng)過小，否則容易出現(xiàn)因泄露電流引起的頻繁誤動作；也不應(yīng)過大，否則出現(xiàn)由故障產(chǎn)生的剩余電流時，剩余電流動作報警器也不動作，影響保護(hù)系統(tǒng)的靈敏度，甚至保護(hù)失效。剩余電流動作報警器的動作電流設(shè)置一般在300mA至500mA之間。當(dāng)回路的自然漏電流較大，500mA不能滿足測量要求時，宜采用門檻電平連續(xù)可調(diào)的剩余電流動作報警器或分段報警方式抵消自然泄漏電流的影響。

3剩余電流保護(hù)器在電擊防護(hù)中的應(yīng)用

當(dāng)回路或設(shè)備發(fā)生帶電導(dǎo)體與外露可導(dǎo)電部分或保護(hù)導(dǎo)體之間的故障時，防間接接觸保護(hù)電器必須切斷該回路或設(shè)備的供電，以防止人體同時觸及的可導(dǎo)電部分的預(yù)期接觸電壓值。當(dāng)接觸電壓超過交流50V，不能持續(xù)到對人體產(chǎn)生有害和危險的病理、生理反應(yīng)的時間。

3.1防止電擊應(yīng)設(shè)置剩余電流保護(hù)器的設(shè)備

手持式及移動式用電設(shè)備、室外工作場所的用電設(shè)備、環(huán)境特別惡劣或潮濕場所的電氣設(shè)備、家用電器回路或插座回路、由TT系統(tǒng)供電的用電設(shè)備、醫(yī)療電氣設(shè)備急救和手術(shù)用電設(shè)備等需設(shè)置。

3.2電擊防護(hù)對剩余電流動作保護(hù)裝置的要求

首先，保護(hù)裝置的動作電流，在用作直接接觸防護(hù)的附加保護(hù)或間接接觸防護(hù)時，剩余動作電流不應(yīng)超過30mA，通常此保護(hù)器設(shè)置在末端用電回路和插座回路中，此電流值可以保證人身安全。其次，剩余電流保護(hù)器切斷故障回路的時間也有明確的規(guī)定，通常狀況下一般不大于5s，在某些回路中不大于0.4s。

4電氣火災(zāi)監(jiān)測與電擊防護(hù)對剩余電流保護(hù)裝置要求的異同

4.1電氣布線系統(tǒng)中接地故障對剩余電流動作保護(hù)器的基本要求

電氣火災(zāi)監(jiān)測與電擊防護(hù)都是發(fā)生接地故障利用監(jiān)測剩余電流使動作保護(hù)器動作，它們本質(zhì)都是剩余電流動作保護(hù)裝置對接地故障的保護(hù)，所以二者基本保護(hù)原理是相同的，二者對接地故障保護(hù)的基本要求也是相同的。

（1）電氣布線系統(tǒng)中接地故障電流的額定剩余電流動作值不應(yīng)超過500mA。

（2）PE導(dǎo)體嚴(yán)禁穿過剩余電流動作保護(hù)器中電流互感器的磁回路。

（3）對于多級裝設(shè)的剩余電流動作保護(hù)器，其時限和剩余電流動作值應(yīng)有選擇性配合。

（4）當(dāng)裝設(shè)剩余電流動作保護(hù)電器時，應(yīng)能將其所保護(hù)的回路所有帶電導(dǎo)體斷開。即保護(hù)中性線也應(yīng)該斷開，三相系統(tǒng)中應(yīng)使用4P開關(guān)裝置，單相系統(tǒng)中應(yīng)使用2P開關(guān)裝置。

（5）剩余電流動作保護(hù)器的選擇和回路劃分，應(yīng)做到在主要回路所接的負(fù)荷正常運(yùn)行時，其預(yù)期可能出現(xiàn)的任何對地泄漏電蕊均不致引起保護(hù)電器的誤動作。

4.2電氣火災(zāi)監(jiān)測與電擊防護(hù)的要求不同

電氣火災(zāi)監(jiān)測與電擊防護(hù)的最終防護(hù)目的不同，所以對剩余電流動作保護(hù)裝置具體設(shè)置要求也有所不同。

（1）設(shè)置場所和位置不同。用于電氣火災(zāi)檢測的設(shè)置場所是按照建筑的使用性質(zhì)和火災(zāi)危險等級來劃分的，而電擊防護(hù)是按照設(shè)備的性質(zhì)和使用環(huán)境來規(guī)定是否需要設(shè)置保護(hù)器。電氣火災(zāi)檢測通常在建筑低壓配電一二級配電的進(jìn)線處設(shè)置剩余電流動作保護(hù)裝置；而電擊防護(hù)是根據(jù)設(shè)備劃分的，設(shè)備通常處在配電末端，所以電擊防護(hù)的剩余電流動作保護(hù)器常設(shè)置在末端分支回路中。

（2）動作電流不同。由電氣火災(zāi)剩余電流保護(hù)器處在一二級配電處的進(jìn)線處，動作電流的設(shè)置應(yīng)避開配電系統(tǒng)正常的泄露電流，所以不應(yīng)過小，通常為300mA至500mA。而電擊防護(hù)是為了保證人身安全，且通常處于配電末端回路中，所以動作電流不大于30mA。

（3）動作時間不同。剩余電流動作保護(hù)器監(jiān)控電氣火災(zāi)，保護(hù)器件能發(fā)出報警或切斷回路即可，在動作時間上沒有嚴(yán)格的規(guī)定，可根據(jù)剩余電流動作保護(hù)器的上下級配合設(shè)置動作時間。用于電擊防護(hù)的保護(hù)器件有嚴(yán)格的動作時間規(guī)定，以免造成人身傷害，如在TN系統(tǒng)的插座回路和IT系統(tǒng)中，要求動作時間不大于0.4s，其他情況的動作時間通常不大于5s。

（3）動作類型不同。用于火災(zāi)監(jiān)控通常只要求發(fā)出報警信號，而電擊防護(hù)需要切斷故障回路。

5結(jié)語

對建筑電氣設(shè)計和施工人員來說，只有在充分理解剩余電流保護(hù)原理的基礎(chǔ)上，才能正確設(shè)置與安裝剩余電流動作保護(hù)裝置，保證配電系統(tǒng)的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)

電流與電壓范文第4篇

【關(guān)鍵詞】MC9S12XS128 多路交流電壓電流采集 均方根算法 霍爾互感器

1 電力交流采樣系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 總體方案

電力信號數(shù)據(jù)算法主要有兩種，直流采樣算法，交流采樣算法，而交流采樣算法又分為半周期積分算法、均方根算法、傅里葉算法等，交流采鈾惴ㄔ慫懔看螅占用單片機(jī)資源較多，而本設(shè)計主要針對16路交流電的電壓和電流采樣數(shù)據(jù)處理，為了降低對單片機(jī)資源的占用，采用直流采樣算法，而為了達(dá)到電壓采集數(shù)量和電流采集數(shù)量任意組合性，優(yōu)化了電壓和電流的前端采集模塊，實現(xiàn)了電壓采集模塊和電流采集模塊互換后，對信號處理影響很小。系統(tǒng)硬件電路由電源電路、信號采集電路、信號變換電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)傳輸電路等組成，如圖1所示。

電源電路將+12V電源降壓到+5V，信號采集電路采集交流信號，信號變換電路將采集的信號進(jìn)行調(diào)整，信號處理電路將調(diào)整好的信號進(jìn)行A/D采樣并進(jìn)行運(yùn)算處理，數(shù)據(jù)傳輸電路將處理好的數(shù)據(jù)向外傳輸。數(shù)據(jù)的采樣和處理有MC9S12XS128來完成。

1.2 硬件電路設(shè)計方案

1.2.1 單片機(jī)模塊

單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心單元，本設(shè)計采用飛思卡爾MC9S12XS128，該款單片機(jī)帶有16路12位/10位/8位的A/D采樣模塊，該模塊中含有采樣緩沖器、放大器，具有可編程采樣時間，轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志和轉(zhuǎn)換完成中斷，外部觸發(fā)控制，可選擇單次轉(zhuǎn)換模式或者連續(xù)轉(zhuǎn)換模式等特性。其采樣精度可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，數(shù)字量轉(zhuǎn)化時間可以根據(jù)需要進(jìn)行編程設(shè)置。

1.2.2 信號采集電路與信號變換電路

由于220V交流電屬于強(qiáng)電，因此設(shè)計中采用霍爾互感器采集電力線路中的信號。根據(jù)采集的信號不同，分別采用電流型電壓互感器和電流互感器，將220V交流電轉(zhuǎn)變成毫安級的交流信號，提高的了設(shè)計的安全性。互感器絕緣電阻常態(tài)時大于1000MΩ，工作頻率范圍20Hz～20KHz，抗電強(qiáng)度可承受工頻1000V/分鐘，相移小于5°，額定電流不大于20mA。

由于本系統(tǒng)設(shè)計為多路電壓電流采集系統(tǒng)，需對信號采集電路以及信號轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行優(yōu)化，以便根據(jù)不同需求，可以任意選擇前端采集電路為電壓采集電路或者電流采集電路，通過圖2和圖3分析，兩種信號轉(zhuǎn)換電路可以統(tǒng)一采用一種電路，只需將轉(zhuǎn)換電路的輸入信號設(shè)定為統(tǒng)一的要求，即通過選擇更換不同的互感器及相應(yīng)電路，就可以滿足電壓或者電流的采集，在后續(xù)的生產(chǎn)使用中，無需對單片機(jī)的程序進(jìn)行修改即可使用，降低了前期的研發(fā)周期和后期的維護(hù)成本。

U1A放大器組成的是半波整流電路，將交流信號的正電壓部分轉(zhuǎn)換負(fù)成電壓，U2放大器組成的是加法積分電路，將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號。

1.2.3 電源電路

本系統(tǒng)的電源由外部提供±12V電源，而單片機(jī)的主要供電電壓為+5V，因此，需要將+12V電源轉(zhuǎn)換為+5V電源。在設(shè)計中，為了降低功耗，減少電源芯片的發(fā)熱量，在設(shè)計中放棄了簡單的三端穩(wěn)壓塊的降壓電路，而是采用DC-DC電路，提高了轉(zhuǎn)換效率，提高電源芯片的使用壽命和可靠性。見圖4。

該電路轉(zhuǎn)換頻率為380KHz，轉(zhuǎn)換效率大于80%，輸出最大電流1.5A（連續(xù)輸出），紋波小于30mV，滿足系統(tǒng)對+5V電壓的需求。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 軟件整體設(shè)計

程序主要由以下幾個模塊組成：單片機(jī)初始化模塊，兩個定時器中斷，一個外部事件中斷，串口通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊。其中初始化模塊又包括：鎖相環(huán)PLL，高速計數(shù)模塊脈沖累加，定時器PIT，A/D，普通I/O口，串口發(fā)送SCI等。軟件實現(xiàn)的主要功能包括：

（1）通過MC9S12XS128的定時器1與A/D轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)變后的直流信號采集并存儲到寄存器中。

（2）利用算術(shù)平均根算法實現(xiàn)MCU對數(shù)據(jù)的處理。

（3）控制串口與外部中斷實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和交互顯示。

主程序流程圖如圖5所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集和處理程序設(shè)計

本系統(tǒng)采集的信號是直流電平，其采樣周期的選擇與算法的選擇有密切的聯(lián)系，采樣的周期越小，測量結(jié)果越接近真實值，越能夠快速反應(yīng)交流電壓或者交流電流變化的情況。

數(shù)據(jù)采集流程圖如圖6所示。

2.2.1 A/D數(shù)據(jù)采集設(shè)計

本系統(tǒng)采用算術(shù)平均根算法進(jìn)行參數(shù)計算，交流電的頻率為50Hz，周期為20ms，采樣周期10us，采用讀轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位的方式讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。A/D初始化設(shè)置如下：

ATD0DIEN = 0x00；//禁止數(shù)字輸入功能

ATD0CTL0 = 0x0F；//模擬輸入通道為16

ATD0CTL2 = 0x40；//A/D模塊快速清零，禁止外部觸發(fā)，禁止中斷

ATD0CTL1 = 0x40；//A/D分辨率選擇12位，且采樣前不放電

ATD0CTL3 = 0x80；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果右對齊，每個序列16個通道，非FIFO模式

ATD0CTL4 = 0x07；//12位精度，AD模塊時鐘頻率為2MHz

ATD0CTL5 = 0x30；//從通道0開始多通道連續(xù)采樣，同時啟動A/D轉(zhuǎn)換序列

while（！ATD0STAT0_SCF）；//等待A/D轉(zhuǎn)換完成

2.2.2 串口數(shù)據(jù)傳輸

本系統(tǒng)由于采集的信號多達(dá)16路，設(shè)計中采用RS485通信方式將處理的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)或者工業(yè)顯示器上。串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)如下：

void SCI1_send（unsigned char data）

{

while（！SCI1SR1_TDRE）； //等待發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（緩沖器）為空

SCI1DRL = data；

}

unsigned char SCI1_receive（void）

{

while（！SCI1SR1_RDRF）； //等待發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器滿

return（SCI1DRL）；

}

電流與電壓范文第5篇

關(guān)鍵詞：電纜維修 直流耐壓試驗 交流耐壓試驗

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0115-01

在電場作用下，絕緣體漏電是常有的事情，針對其問題，往往進(jìn)行交流耐壓試驗和直流耐壓試驗，在交流耐壓試驗中，必須將導(dǎo)致泄漏電流的三種電流，即為電導(dǎo)電流、吸收電流以及電容充放電電流全部包括，而直流耐壓試驗中，只有電導(dǎo)電流貫徹始終，而其余兩者只存在于試驗之初，因此，兩者并不能進(jìn)行互換使用，現(xiàn)在我們就電纜維修中直流耐壓問題進(jìn)行分析。

1 直流耐壓試驗的效能性

交流耐壓和直流耐壓是鑒定鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的重要方法，其被運(yùn)用到電氣設(shè)備絕緣試驗之中，并發(fā)揮著不同的作用性，而就直流耐壓所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)來看，主要集中在以下幾點(diǎn)。

1.1 試驗設(shè)備輕便

一般來說，電纜的漏電電流量較小，最大為1～2 A，而直流耐壓試驗所需要的設(shè)備容量較小，這就要求質(zhì)量輕盈，容量較小的設(shè)備給以支持，若進(jìn)行交流耐壓試驗，則需要提升電纜電容電流量至幾百安培，這就使得設(shè)備容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直流耐壓試驗儀器容量，因此，從這一方面來說，直流耐壓試驗的應(yīng)用空間較廣，尤其對于那些實驗設(shè)備空間有限的試驗來說，可采用直流耐壓試驗。

1.2 絕緣監(jiān)測強(qiáng)度高

在直流耐壓試驗中，絕緣層中的電壓分布和電阻成正比，在絕緣中存在局部性的缺陷時，其絕緣電阻將會降低，進(jìn)而在一些未造成損壞的部分形成試驗電壓，若在電場強(qiáng)度過高的情況下，未損壞部分發(fā)生擊穿時，則會出現(xiàn)絕緣較低部位擊穿現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致全方位的絕緣擊穿現(xiàn)象發(fā)生。在交流耐壓試驗中，絕緣層的電容量與電壓分布并不形成一致性作用，而成反比，因此，不會出現(xiàn)連續(xù)擊穿的現(xiàn)象，因此，在做交流耐壓試驗時，有可能造成絕緣部位永久性的破壞，而在一些不發(fā)生貫穿性絕緣擊穿現(xiàn)象的情況下，則會形成絕緣缺陷，進(jìn)而影響了電纜保護(hù)性能。

1.3 對絕緣損傷少

在被試驗絕緣中出現(xiàn)氣泡時，通過直流電壓的作用，在實現(xiàn)較高電壓作用情況下，會使氣泡在發(fā)生局部性的放電后，通過電場作用，使得氣泡中的正負(fù)電荷呈現(xiàn)反向移動狀態(tài)，并在氣泡壁上停留，這就使得外電場在氣泡例的作用強(qiáng)度逐漸減弱，進(jìn)而抑制了氣泡內(nèi)部局部性的放電現(xiàn)象，這就降低了放電發(fā)生次數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)了電纜保護(hù)。熱擊穿現(xiàn)象是交流耐壓試驗中存在的問題，而直流耐壓試驗可有效避免其現(xiàn)象發(fā)生，所以，加壓時間與擊穿電壓的相互影響性不大，因此，在試驗中，可以以確定時間的方式，實現(xiàn)試驗。在交流電場中，電壓影響明顯，電壓每改變一次方向，空間電荷便會上升，進(jìn)而加強(qiáng)氣泡內(nèi)部的電場強(qiáng)度，這就增強(qiáng)了局部放電，進(jìn)而影響了試驗的安全性，而在試驗中，幾乎每一個半波都要發(fā)生局部性的放電現(xiàn)象，在其影響下，絕緣材料、油制品等內(nèi)部的溫度會上升，進(jìn)而會導(dǎo)致其分解、變質(zhì)等，而電纜絕緣性能的降低，也反過來促進(jìn)了局部缺陷的增大，這就造成了惡性循環(huán)，容易發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象，由此看來，在交流耐壓試驗中，擊穿電壓與加壓時間具有緊密的聯(lián)系，因此從時間和加壓因素考慮，直流耐壓試驗可有效保護(hù)電纜，進(jìn)而提升電纜使用率和安全性。當(dāng)然，在對絕緣體的考驗中，直流耐壓試驗不如腳力耐壓試驗的真實性和實際性高，這就造成了實驗結(jié)果不夠準(zhǔn)確，而這也是影響直流耐壓試驗進(jìn)行的一個重要原因。

1.4 有效提升電纜狀況判斷

在直流耐壓試驗中，由于直流電連接途徑的直接性，往往以一條線貫穿，因此可以依據(jù)泄漏電流的大小以及電流變化來對電纜運(yùn)行情況以及電纜好壞進(jìn)行判斷，這就利于確定電纜安全性，而在交流耐壓試驗中，電容電流較大，并不能實現(xiàn)電纜情況的判斷。

2 耐壓試驗的實際運(yùn)用

電氣設(shè)備絕緣試驗可分為耐壓試驗和檢查試驗兩種，耐壓試驗即為破壞性試驗，是進(jìn)行絕緣測驗的最有效、最可信的試驗，但是，往往會引起絕緣破壞，在試驗中，所要求的電壓要不低于設(shè)備運(yùn)行過程中所可能受到的電壓，而直流耐壓試驗就是其中一種。

就其直流耐壓試驗運(yùn)用來看，其采用的試驗電源是直流電壓發(fā)生器，在試驗中，測量微安表可在高壓側(cè)和低壓側(cè)進(jìn)行連接，其所測的泄漏電流在5～6kV，而避雷器直流1毫安的參考電壓可達(dá)到290 kV，去試驗電壓是額定電壓的2～2.5倍。交流耐壓試驗具由于在交接、出廠試驗中進(jìn)行，因此具有不同要求的耐壓值；其裝置主要有試驗變壓器、工頻和變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗；在工頻試驗中，根據(jù)設(shè)備電壓等級、交流耐壓試驗標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行電壓值確定，并采用調(diào)壓器、測量球隙、阻容分壓器進(jìn)行試驗。

由于直流、交流電壓在絕緣層具有不同的分布，直流電壓以電導(dǎo)分布，交流電壓以電容反比分布，其反映的是各處電容可發(fā)生的過電壓的情況，其不同于直流電個別部位的反映，同時，兩者的電壓要求不同，因此，交流耐壓試驗與直流耐壓試驗不能進(jìn)行相互替換。

3 結(jié)語

耐壓試驗是針對于電纜絕緣強(qiáng)度測驗而進(jìn)行的，其作用在于通過分析設(shè)備絕緣狀況，實現(xiàn)電纜安全性保護(hù)，通過以上分析，我們可以看出直流耐壓試驗與交流耐壓試驗具有不同之處，直流耐壓試驗具有設(shè)備輕便、介質(zhì)無極化損耗、能夠形成伏安特性曲線等優(yōu)勢，從整體上看，其具有優(yōu)勢性，但是在電壓電容、實驗結(jié)果準(zhǔn)確性等方面存在缺陷，因此在試驗中，要揚(yáng)長避短，以有效實現(xiàn)電纜檢測和故障點(diǎn)查找。

參考文獻(xiàn)

[1] 于俊閣.大型發(fā)電機(jī)定子絕緣的0.1赫高壓試驗[J].大電機(jī)技術(shù)，2010（2）.

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