電路補償法的基本原理精選(九篇)

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第1篇：電路補償法的基本原理范文

關(guān)鍵詞： 板式電位差計 測量 電動勢

板式電位差計實驗是大學(xué)物理實驗課程電磁學(xué)實驗部分的一個常見實驗。一般我們是用板式電位差計去測量干電池的電動勢和內(nèi)阻。實驗的內(nèi)容并不多，但是學(xué)生普遍感覺比較難做，甚至很多學(xué)生無法完成實驗。最主要的原因是學(xué)生沒有掌握本實驗的關(guān)鍵點。

下面首先介紹實驗的基本內(nèi)容，再分析實驗的難點與要點。

1.基本實驗內(nèi)容

板式電位差計測量電池的電動勢和內(nèi)阻是電磁學(xué)實驗中的一個常規(guī)實驗。其基本實驗內(nèi)容包括以下幾個部分。

1.1補償法的原理

用電位差計測電動勢，其原理如圖1所示，其中E為待測電動勢，E為數(shù)值已知并且可以調(diào)節(jié)電動勢。若調(diào)節(jié)E使檢流計指示為零，則表示待測電動勢E與此時的E大小相等，這時我們稱電路達到補償。用這種方法測量電動勢（或電位差）稱為補償法。使被測電動勢與標準電動勢比較，電位差計就是依據(jù)此原理設(shè)計制成的儀器［1］。

1.2板式電位差計實驗的基本原理

實用電位差計測電動勢的原理如圖2所示，將電源E，限流電阻R和粗細均勻的滑線電阻R串聯(lián)成閉合電路，稱為輔助回路，調(diào)節(jié)R，使電路中有一恒定的電流通過，R上有兩個滑動頭C、D，移動C、D，不僅能改變R的值，同時也可以改變U的值的大小，所以U相當于圖1中的E，是一個可以調(diào)節(jié)數(shù)值大小的電源［2］。

用板式電位差計測電動勢（電位差）分兩步進行：

（1）校準電位差計，將轉(zhuǎn)換開關(guān)K′倒向S，則CEGDC組成校準工作電流回路，調(diào)節(jié)限流電阻R，改變工作回路中的電流，并調(diào)節(jié)C、D滑動頭，使圖2中

U=E=IR（1）

這時檢流計中無電流通過，C、D間的電壓恰好與標準電池的電動勢E相等，即電位差計處于補償狀態(tài)，這時工作回路中的電流就被精確地校準到所需要的電流值，這一步驟稱為電位差計校準。

（2）測量未知電動勢E，保持輔助回路電流I不變，將轉(zhuǎn)換開關(guān)K′倒向X，且調(diào)節(jié)滑動頭C、D的位置至C、D，則CEGDC組成測量回路，若C、D的位置合適，使電壓U=E，則

U=E=IR（2）

比較（1）式和（2）式得

=

得E=•E（3）

因電阻絲AB是粗細均勻的，電阻之比等于相應(yīng)長度之比，所以

E=•E（4）

L、L可測出來，E為已知，則根據(jù)（4）式可計算得E。

（3）測電池內(nèi)阻r

將E與R并聯(lián)，測出端電壓U，根據(jù)U=E-Ir即可求出

r=•R（5）

1.3用板式電位差計測量電池的電動勢

板式電位差計的結(jié)構(gòu)如圖3所示，電阻絲AB長11米，往復(fù)繞在11個插孔上，依孔號順序，相鄰兩插孔電阻絲長1米，插頭C作粗調(diào)節(jié)，可插在插孔0、1、2…10中任一位置（圖中聯(lián)在6號孔）、電阻絲OB下面有一根帶刻度的米尺，觸頭D可在OB上滑動，進行微調(diào)。移動C、D兩個觸頭便可獲得所需要的電壓，使電位差計處于補償狀態(tài)。

（1）校準電位差計，按圖3連接電路，接通開關(guān)K，調(diào)節(jié)滑動電阻R使電壓指示約為2.2伏（0.20伏/米），將開關(guān)K′倒向標準電池的接線端鈕，根據(jù)標準電壓電動勢的數(shù)值（例如1.01861伏），將活動插頭C插入合適的插孔，并滑動觸頭D，使檢流計指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，合上開關(guān)K″，進一步細調(diào)D的位置，使I=0，電位差計已調(diào)準，以后保持工作電流不變，讀取CD間電阻絲和長度L值。

（2）將轉(zhuǎn)換開關(guān)K′倒向X，根據(jù)待測電池電動勢的估計值，調(diào)整C、D調(diào)整兩個活動觸頭在合適的位置，使I=0，記錄此時C、D間的電阻絲的長度L值。

按以上步驟重復(fù)測量五次，取L和L的平均值代入（4）式計算E值。

（3）根據(jù)實際情況估計L和L的絕對誤差，并計算E的相對誤差。

1.4用板式電位差計測量干電池的內(nèi)阻

為了測量干電池的內(nèi)阻，可把干電池同一已知電阻R（用電阻箱）構(gòu)成圖4所示回路，合上開關(guān)K，電路中沒有電流I通過，內(nèi)阻

r==•R（6）

式中R為干電池放電的外電阻。

測外電阻R=500Ω時的內(nèi)電阻。

測量時，將圖4中的m、n兩接線端接到圖3的對應(yīng)點m、n上去，仿照測電動勢的方法，平衡時，讀取此時對應(yīng)C、D間電阻絲長度L的數(shù)值，重新調(diào)整，測量五次，求其平均值。注意：被測電池應(yīng)是斷續(xù)放電，可以證明，（5）式可改寫為：

r=•R（7）

用上式計算出干電池的內(nèi)阻r。

2.實驗的難點與要點

2.1實驗難點

學(xué)生在做板式電位差計實驗時，普遍感覺比較困難。難點有如下幾個。

（1）圖3中C、D兩點的初始位置難以很好地確定。

這就要求在測量之前要初步估計待測電動勢的數(shù)值。并根據(jù)這個數(shù)值估計C、D間電阻絲長度大概應(yīng)該是多少。

（2）在調(diào)節(jié)D點的位置時，出現(xiàn)電路時通時斷的現(xiàn)象。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因為電阻絲在長期使用以后發(fā)生彎曲變形，使得滑動觸頭D在移動過程中不能很好地保持與電阻絲接觸。正確的做法是先移動滑動觸頭D使其到達預(yù)定位置，再按住滑動觸頭D，使其觸點與電阻絲接觸，然后再觀察檢流計指針的偏轉(zhuǎn)情況。

（3）在進行重復(fù)測量時，往往前后兩次的測量結(jié)果相差很大。

出現(xiàn)這種情況往往是由于實驗系統(tǒng)在前一次調(diào)節(jié)平衡以后，回路中的工作電流發(fā)生了漂移。此時需要對電路重新進行校準，然后再進行測量［3］。

（4）對內(nèi)阻的測量方法理解不透。

此時教師應(yīng)該注意結(jié)合電路詳細講解測量原理，并與前面的電動勢測量進行類比，同時將測量原理的推導(dǎo)過程盡量詳細地展示給學(xué)生，以幫助他們理解［4］。

2.2實驗要點

根據(jù)實驗難點，我們概括了實驗過程中必須要注意的操作要點。遵循這些操作要點將大大提高實驗的成功率［5］。

（1）實驗開始，合上主電路開關(guān)，必須調(diào)節(jié)劃線變阻器，使得AD兩端電壓為2.2伏，即電阻絲上的電壓降為2.2/11=0.2V。這一步必須做，是為了以后便于估計Ls，Lx的長度，從而能夠更快地確定C點和B點的位置。

（2）用萬用表粗測被測干電池的電動勢，以便更好地估計與Ex對應(yīng)的Lx的數(shù)值。例如，粗測被測干電池的電動勢為1.56伏，則可以估計Lx=1.56/0.2=7.8米。即將C點插在7米的孔里，將B點滑動并接觸到80cm處，再調(diào)節(jié)電橋平衡，則電橋?qū)⒑芸炀湍軌蛲ㄟ^調(diào)節(jié)達到平衡。

（3）在實驗過程中，必須時刻注意保持B點與電阻絲的接觸。由于一些電位差計的電阻絲已經(jīng)彎曲，故常常導(dǎo)致B點按下去時，電阻絲滑開，導(dǎo)致B點不能很好地與電阻絲接觸，此時，檢流計的指針往往會只往一邊偏（無論怎么調(diào)節(jié)）。

（4）實驗中出現(xiàn)故障，檢流計的指針往往會只往一邊偏（無論怎么調(diào)節(jié)），還有可能是電路中某一根連接線斷路了。此時，需要用萬用表檢查每一根線的電阻。若電阻為零，則該連接線正常。否則該連接線就有問題，需要更換。

（5）設(shè)計電路時，要注意對檢流計的保護，最好在檢流計支路上串接一個電阻箱，用來限制通過檢流計的電流。

（6）注意電阻絲和檢流計不宜長時間通電。

（7）B點滑動時不宜與電阻絲接觸，必須在滑動到位置后，再按下B點，才使其與電阻絲接通。

（8）檢流計使用之前，必須調(diào)零。

（9）讀取Ls，Lx的長度（以米為單位）時，必須取小數(shù)點以后4位小數(shù)。

（10）做板式電位差計校正電表實驗時，表中數(shù)值可以按照電流讀數(shù)值變化，也可以按照Rs阻值變化，如果按照電流讀數(shù)值變化時，則當電流值為50MA時，Rs阻值往往只有1歐姆左右?？赡軙幸恍﹩栴}出現(xiàn)，例如，誤差比較大，等等，應(yīng)當想辦法解決這些問題。

3.總結(jié)

板式電位差計測量電池的電動勢和內(nèi)阻是一個相對較難的實驗，為了更好地完成這一實驗，我們對實驗過程中的難點及其解決方法進行了研究，并總結(jié)了實驗過程中的操作要點。上述經(jīng)驗已經(jīng)在實驗教學(xué)中得到了應(yīng)用，收到了很好的效果，學(xué)生實驗的成功率也大為提高。

參考文獻：

［1］孟桂菊.板式電位差計與箱式電位差計的區(qū)別與聯(lián)系［J］.黃岡師范學(xué)院學(xué)報，2002，22，（3）:74-75.

［2］張學(xué)華.用板式電位差計測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗研究［J］.大學(xué)物理實驗，2010，23，（5）:65-66.

［3］潘淵.對十一線電位差計工作電流選擇問題的討論［J］.陜西工學(xué)院學(xué)報，2000，16，（1）:85-87.

［4］元晶，宋燕飛.用板式電位差計測干電池內(nèi)阻［J］.甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，20，（6）:55-58.

第2篇：電路補償法的基本原理范文

關(guān)鍵詞：供配電系統(tǒng)；電能質(zhì)量；監(jiān)測

引言

電力系統(tǒng)中存在各式非線性或不對稱負荷,對電能質(zhì)量的影響日益嚴重，甚至威脅電力系統(tǒng)和用戶設(shè)備的正常運行。特別是對那些高度自動化的用電設(shè)備，每年因電能質(zhì)量問題要承受巨大的經(jīng)濟損失，應(yīng)用新技術(shù)解決電能質(zhì)量問題已成為電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的熱門課題之一。隨著我國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，人們對電能的需要與日俱增，與此同時對電能的要求也隨之增加。為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，提高供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量就顯得勢在必行。

2電能質(zhì)量。

電能質(zhì)量(Power Quality)，從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。其可以定義為：導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。

但是從工程實用角度出發(fā)的電能質(zhì)量包括電流質(zhì)量、電壓質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個方面。其中，電流質(zhì)量主要包括電流諧波、間諧波或次諧波、電流相位超前與滯后噪聲等方面；電壓質(zhì)量主要包括電壓偏差、電壓頻率偏差和電壓不平衡等方面；供電質(zhì)量主要電壓質(zhì)量和供電可靠性等方面；用電質(zhì)量主要包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義等方面。隨著我國供配電系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的問題也隨之增加，電能質(zhì)量主要受諧波、非線性負荷和元件等因素的影響。

2.1諧波。在供配電系統(tǒng)中，諧波主要是由電力變壓器產(chǎn)生的。由于收到變壓器鐵芯飽和

磁化曲線非線性的影響，使得磁化電流呈尖頂波形，從而產(chǎn)生諧波。因為電網(wǎng)諧波的污染，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量指標下降，從而進一步對影響供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和增加了供配電系統(tǒng)的附加損耗。

抑制諧波的根本做法就是盡量減小以至消除波源產(chǎn)生的諧波分量，從而使注入電網(wǎng)的諧波降到國家標準的規(guī)定值以下。我國頒布的國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中規(guī)定電網(wǎng)諧波電壓的限值。抑制諧波的根本做法有消除和補償這兩種方法，消除法是通過改變諧波源的工作特征和工作方式，使諧波源少產(chǎn)生甚至不產(chǎn)生諧波。補償法是通過設(shè)置吸收裝置來吸收諧波源產(chǎn)生的諧波。裝設(shè)濾波器、設(shè)置有源濾波器和采用新型整流電路是目前抑制諧波的基本措施。其中，裝設(shè)無源濾波器是目前最實用、最有效和最常用的措施。無源濾波裝置主要由電力電容器、電抗器和電阻器聯(lián)結(jié)而成，在實際運行中，不僅可以濾波，而且可以用于無功補償。

2.2非線性負荷和元件。在電力系統(tǒng)中，由于大量的非線性設(shè)備和負荷的存在，從而導(dǎo)致

諧波的產(chǎn)生。例如，家用的洗衣機和電風(fēng)扇等設(shè)備的不平衡電流導(dǎo)致的電網(wǎng)波形改變，這也是諧波的重要來源。工業(yè)生產(chǎn)中，典型的非線性負荷有冷軋鋼機，電弧設(shè)備、礦熱爐、硅鐵爐和高頻爐等均屬此類非線性電力設(shè)備。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管在電力工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，然而這些電子器件也是電力系統(tǒng)中的諧波源。

3改善電能質(zhì)量的措施

目前改善電能質(zhì)量措施的研究涉及面很廣。在減小頻率和電壓偏差方面，電網(wǎng)調(diào)度自動化、無功優(yōu)化和負荷控制是常用的方法；城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程也是提高電能質(zhì)量的一個重要措施；無源濾波器和靜止無功補償器(SVG)在抑制電網(wǎng)諧波、降低電壓波動和閃變方面有著重要的應(yīng)用；隨電力電子元器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT等)的飛速發(fā)展，柔流輸電系統(tǒng)（FACTS）是改善電能質(zhì)量的一種十分重要的途徑。

3.1靜止無功發(fā)生器

靜止無功發(fā)生器(StaticVarGenerator，簡稱SVG)具有連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍大、響應(yīng)速度快、控制精度高、運行可靠等優(yōu)點，是目前性能最好的動態(tài)無功補償裝置，它代表了當今無功補償裝置的發(fā)展方向。

所謂靜止無功發(fā)生器(SVG)，是指用自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置，它與靜止無功補償(SVC)裝置相比，具有調(diào)節(jié)速度更快，運行范圍寬等優(yōu)點，并且在采取多重化、多電平或脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量，因此在靜止無功發(fā)生器進行研究對電能質(zhì)量的提高具有一定的指導(dǎo)意義。靜止無功發(fā)生器的基本原理：就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過控制開關(guān)器件的通斷，來調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或發(fā)出所需無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

其中，表示逆變器的輸出電壓，表示電網(wǎng)側(cè)的電壓。當以時，SVG處于超前運行狀態(tài)，發(fā)

出容性的無功功率，此時起到電容器的作用；當時，SVG處于滯后運行狀態(tài)，吸收感性的無功功率，此時起到電抗器的作用；當時，SVG與電網(wǎng)系統(tǒng)之間不存在無功交換。SVG在正常工作時，就是利用電力電子半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻同相的輸出電壓，它就像一個交流電壓逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，而是電網(wǎng)。因此，改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于地的相位，就可以改變電抗上的電壓，從而達到控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值的目的，也就控制了SVG吸收無功功率的大小，從而起到了補償?shù)哪康摹?/p>

3.2電能質(zhì)量的監(jiān)測。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過對電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)進行相關(guān)研究，從而為建立起表征電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫提高理論基礎(chǔ)，在供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備運行失效之前，捕獲到早期的故障信息，從而更好的保護供配電設(shè)備的安全運行，更好的提高電能質(zhì)量。

3.3諧波發(fā)生器的控制。在主電路與控制對象均已確定的情況下，電流控制手段會影響裝置的整體性能。由于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的容量相對較大，對其所用的電力電子器件的安全性和效率要求較高，因此，控制器設(shè)計在提高電流跟蹤精度的同時，還應(yīng)盡量保持逆變器的開關(guān)頻率恒定、提高裝置的安全性、提高直流電壓利用率以減小整個裝置的容量和損耗。在UPFC實際應(yīng)用中一般采用基于PWM的電壓源逆變器作為發(fā)生器?，F(xiàn)使用較多的控制方法有三角載波線性控制和滯環(huán)比較控制、前者是最簡單的控制方法，開關(guān)頻率恒定，裝置安全性較高，但響應(yīng)較慢，精度較低。后者精度較高且響應(yīng)快，但開關(guān)頻率可能波動很大。隨著微機控制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，控制披術(shù)的數(shù)字化必將在UPQC中得到進一步的應(yīng)用、如無差拍控制就是在電流滯環(huán)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)的范例。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、甚于模糊邏輯以及預(yù)測控制等控制方法在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制策略中亦有所應(yīng)用。

3.4電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)及應(yīng)用。作為改善電能質(zhì)量的技術(shù)手段，從LC無源濾波裝量發(fā)展到串聯(lián)／并聯(lián)型APF，又從單一的APF走到將二者結(jié)合為一體的UPQC，歷經(jīng)30多年。雖

然UPQC在我國電網(wǎng)戶的實際應(yīng)用距發(fā)達四家還存在一定的差距，但隨著電力市場的形成，供電質(zhì)量問題將日益尖銳，勢必會促進UPQC乃至電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的實用化。

結(jié)束語。

在市場經(jīng)濟環(huán)境下，隨著對供用電質(zhì)量的日益重視，電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益和用戶的切身利益。電能質(zhì)量標準也是在實踐中不斷完善和發(fā)展的，對提高供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量進行相關(guān)研究不僅具有重要的理論意義，而且還有非常重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻