电压测量（精选十篇）
电压测量 篇1
对未知电压, 原则上, 在不清楚线路具体情况时, 不允许贸然测量, 但在某些情况下, 如变电所保护屏、高压开关柜、仪表室等位置, 交、直流相互交错, 如果标识不清或缺少图纸, 则无法区分交、直流电压, 给故障判断、查找带来困难, 就不得不对未知电压进行测量。
测量未知电压, 可用万用表交流电压的最大挡测量, 再逐级减小量程, 直到测出读数。如果读数与理论值相差太大的话, 可能是直流电压。如误测直流220 V时, 常用的BM 9205型数字万用表交流电压挡也会有显示, 大概在10 V上下, 且不稳定。这时候可用直流电压的最大挡去测量, 再逐级减小量程, 直到测出读数。也可根据理论值, 用相应的直流电压挡去测量, 即会显示正确值。
从实际应用来看, 只要将数字万用表挡位调在交流电压最大挡就可以进行测量, 不管被测量的是交流电压还是直流电压, 对万用表都不会造成损害。需引起高度重视的是, 如果是交流电压, 误用数字万用表的直流电压挡去测量, 380/220 V电压下也常常会导致数字万用表烧毁报废。所以, 在不知道被测电压是直流还是交流的情况下, 先用交流电压挡去测量, 这样可以防止数字万用表烧坏。
测量电压教学反思 篇2
电压是一个较为抽象的概念。建立电压的概念对学生来说难度较大，本节课是用水压类比来理解电压(电源与水泵、水管与导线、灯与水轮机、开关与阀门类比)，再通过课件演示更形象化，学生理解起来较简单。对于电压表的使用通过与电流表的对比，既复习了前面的知识又加深了两者在使用时的不同，一箭双 雕。通过实验测量得出串联电路、并联电路电压特点，更便于记忆。
在学习《电压》，我考虑到学生对“电压”这一物理概念有所了解，但对电压的作用不够明确，在学习新课之前，我利用电源、开关、小灯泡进行演示，让学生进一步观察闭合开关后小灯泡发光，若将电源取下，小灯泡不发光了，并提出问题：电源在这里扮演什么角色，有什么作用?激发学生兴趣，让学生带着疑问阅读教材走进文本。通过阅读教材，学生们了解了电压的作用，接着出示电压表和电流表让学生进行区分，并分析讨论他们使用时的异同点，最后让学生动手操作巩固电压表和电流表的使用，取得了较好的效果。
电流和电压用电表组方法测量 篇3
用电流表测电流、用电压表测电压时，都要正确选择电表的量程。如果手边没有较大量程的电表，能否用几只电表组合起来进行测量呢？本文就讨论用两只电流表并联和用两只电压表串联，作为电表组来测量电流和电压的问题。
1.用两只电流表测电流，见图1。设电流表A1的量程为Im1，
内阻为r1，电流表A2的量程为Im2，内阻为r2。通过两表的电流分别为I1和I2，由于两表并联，故
即所测电流值是两表读数之和，两表读数跟表的内阻成反比。用电流表组测电流时，必须使通过每只电表的电流不超过其量程。如果两表满足关系式，跟式（2）相比，则
此时用并联电流表组测电流，其量程可达Im= Im1 + Im2，使用时以两表量程之和作为电表组的量程。如不满足关系式，当测量电流逐渐增加时，有一只电表的读数首先增大到满刻度值。假设A1读数I1 先增大到Im1，A2读数I2 尚未达到Im2，I2< Im2，由式（2）可得，电表组的量程为。
通常我们能知道电流表的量程，但不知道其内阻。这时应先将两电流表并联，通入较小的电流，观察两表指针偏转角度。如果两表指針偏转角度相同，则说明读数和量程之间存在的关系，电表组的总量程为两表量程之和；如果指针偏转角度不相同，偏角较大的电流表（如A1）在逐渐增大电流时首先达满刻度值，则该电表组的总量程。
2、用两只电压表测电压。见图2。设电压表V1的量程为Um1，
内阻为r1；电压表V2的量程为Um2，内阻为r2。加在两电压表上的电压分别为U1和U2。由于两表串联，故
即所测电压值是两表读数之和，两表读数跟表的内阻成正比。用电压表测电压时，必须使加在每只电压表上的电压不超过其量程。如果两表满足关系式，跟式（4）相比，则，此时用串联电压表组测电压时，其量程可达Um=Um1+Um2，使用时以两表量程之和作为电表组的量程。
但在一般情况下，两表不满足关系式，这时要估计到串联电压表组测量的电压逐渐增加时，有一只电压表的读数首先增大到满刻度值，假设V1的读数U1先增大到Um1，V2的读数U2尚未达到Um2，U2 在不知电压表内阻的情况下，电压表组的量程可以通过试验得出：将电压表串联，加上较小的电压，观察两表指针偏转角度。如果指针偏转角度相同，说明读数和量程之间存在的关系，电表组的总量程为两表量程之和；如果指针偏转角度不相同，则偏转角较大的电压表（如V1），在逐渐增加电压时，首先达满刻度值，该电表组的总量程。 至于电表组的测量误差，可先求出两表读数的各自误差（△I1，△I2或△U1、△U2），然后相加。根据式（1）和式（3），即可知道△I=△I1+△I2、△U=△U1+△U2。 电压相量是电力系统的一个重要参数, 其中母线电压相量是系统运行的主要状态变量, 是系统能否稳定运行的标志之一[1]。由于相角涉及到电力系统的监视、控制、保护和调度等诸多领域, 因此, 对相角的有效及精确测量, 无论是对电力系统的静态稳定还是暂态稳定都有极其重要的意义。 随着通信技术的发展, 特别是全球定位系统 (GPS) 的出现, 为电力系统提供了统一的时钟标准, 使电压相量的同步测量成为可能。西方国家从20世纪90年代之后开始把电压相量测量装置 (以下简称PMU) 应用于电力系统的监测、稳定控制和保护的理论及应用研究工作中。国内的一些单位和学者也开展了PMU的研究开发工作, 并取得了一些成果[2]。PMU在电力系统中应用的基本技术包括GPS时间的获取、相量测量技术、大量采集数据的实时传输技术和实时数据的管理和分析处理等, 全网配置PMU的具体实现中还涉及到大量其它有关技术, 如用于数据采集、数据处理的计算机软硬件技术、实现PMU内部通信的局域网技术和各PMU与主站之间通信的广域网技术、管理采集和处理结果的数据库技术等, PMU对这些技术要求都较高。 本文主要讨论了电压相角测量的3种算法, 即递归Fourier算法、过零点同步测量算法和过零点异步相角测量算法, 并利用过零点异步相角测量算法设计了一种GPS母线电压相角测量装置。 本文利用过零测量算法测量电压相角原理简单, 硬件软件上都较易实现。 1 递归Fourier算法[3] 若需要每一个采样点都能实时地计量出电压相角, 可采用如下的递归Fourier算法。在实时测量中得到2个采样集: {Xk|k=r…, N+r-1}对应基波向量X′ (1) {Xk+1|k=r+1, …, N+r}对应基波向量X″ (2) 式中: 式 (1) 、 (2) 的离散Fourier变换分别表示为 式中:θ为采样角, 式 (5) 即为电压相量DFT (离散Fourier) 递归算法的迭代计算公式。 对于纯工频的电压信号, 递归Fourier算法计算出的相量在复平面上是一个固定的量。利用GPS提供的精确时标, 即能计算出不同地域同一时刻的相角差, 在理论上计算结果也很精确。但递归Fourier要确保一定精度的话, 就必须采用高精度的A/D转换器和高速的CPU, 一旦有数据丢失将不能得到正确的相角差, 就会导致整个装置成本的提高。另外, 由于采用单一CPU的集中数据采集和处理, 可靠性低。同时, 采用定频率采样进行计算, 虽然对于电压幅值影响不大, 但对于电压的相角则会产生较大的影响。 2 过零测量算法 2.1 过零点同步相角测量算法 过零点同步相角测量算法是一种比较直观的同步相角测量方法[4], 只需要将被测工频信号的过零点时刻与某一时间标准相比较即可得出相角差。目前市场上GPS-OEM接收模块的秒脉冲 (1 pps) 上升沿的精度误差在±1 μs之内, 对于50 Hz的工频其相位误差在±0.018°, 在允许的相位误差范围之内。国内目前RTU通信网络的速率比较低, 传送一次数据需0.5～1.5 s, 因此只要将正序电压过零点时刻与1 pps相比较, 便能得到相对于协调世界时UTC (Coodinated Universal Time) 绝对时间的各节点正序电压相角, 如图1所示。再以系统中的主力发电厂或中枢变电站作为参考站, 各子站根据自身的相角和参考相角即可得到各子站相对于参考点的角度, 该角度可用于子站的控制, 如发电机的调速、切机等等。 图1中的工频信号、子站相对于参考站的电压相角差为 要真正实现相角每一个周波的实时监控, 就必须大大提高RTU的通信速率, 达到每一个周期传送一次数据, 这在实际工程中较难实施。另一种解决方法是采用专用的通信网络传送相角实时数据, 技术上可行, 但工程代价较昂贵。 过零点同步测量算法原理简单, 硬件软件上较易实现, 但该算法要求各个母线电压的过零点时刻是同步的, 并且由于电压过零点的谐波影响和过零检测电路的不一致性也会造成测量误差。 2.2 过零点异步测量算法 在图2 (a) 中, 设电站A的2个相邻过零点时刻分别为tA1、tA2, 图2 (b) 电站B的2个相邻过零点时刻为tB1、tB2, 则以式 (6) 为基础可得2个电站之间的电压相角差为 式中:|tB1-tA1|为A站电压过零点到B站电压过零点之间的时间差;tA2-tA1为电压相量变化的半波周期;n=|tB1-tA1|/ (tA2-tA1) 是|tB1-tA1|对tA2-tA1的取整。 过零点异步相角测量算法与过零点同步相角测量算法的基本原理相同, 主要区别是过零点异步相角测量算法不需要数据的的同步采集, 即在相角数据刷新时不需要各个母线的过零点时标同时到达调度中心, 而是只要有过零点时标传送到调度中心就可以对此母线电压与参考母线电压计算相角差, 实现电压相角的实时刷新。 过零点异步相角测量算法适用于静态电力系统即系统频率是稳定不变的, 它不要求数据同步、实时采样和处理, 只要周期地去采集电压的过零点并为其打上精确的时间标签就可以得到精确的相角差, 从而大大减小了数据的传输量, 也不会对相角差的精确测度产生影响。传输信息量小、更新速度快, 这是该算法的主要优点。 2.3 归算后的母线电压相角 利用以上算法得到的是实际的母线电压相角差, 而变压器不仅能改变电压大小而且有相移功能[5], 如果将电力变压器所改变的母线电压相移减去就可以得到归算后的母线电压相角差。下面介绍常用变压器对电压相移的影响。 (1) Yd11、 YNd11和Dyn11联结 母线电压经变压器Yd11、YNd11或Dyn11联结后二次绕组电压相角与一次绕组电压相角差为30°, 实际母线电压相角差由式 (7) 可得, 归算后的电压相角差为 (2) Yyn0和Y0Y0联结 母线电压经变压器Yyn0或Y0Y0联结型后不会改变母线电压相角, 利用式 (7) 就可以计算出参考母线与子母线间实际电压相角差, 这时实际相角和归算后的相等。 在实际工程中如果参考站的母线电压去的是A相, 而子站电压可能是B或C相, 这时二次绕组电压相角与一次绕组电压相角差为120°, 实际母线电压相角差仍由式 (7) 可得, 归算后的电压相角差为 对于110 kV以上的电力变压器一般采用的是Y0Y0联结, 110～35 kV一般采用Yd11和YNd11联结, 35～10 (6) kV一般采用Yd11、Dyn11和Yyn0联结。 3 母线电压相角测量装置结构图 由过零点测量算法可知, 只要能得到母线电压过零点的时刻就可以得到母线间的相角差。笔者利用过零测量算法设计了一种母线电压相角测量装置。 整个测量装置结构图由过零点时标生成模块、通信模块和一个中心处理模块[6]组成, 如图3所示。下面简单介绍一下装置结构图的工作原理。 首先由过零点时标生成模块给电压的过零点时刻打上精确的时间标签, 利用GPS接收器串口提供的时间信息和采用顺序编号给计算结果添加全网统一的时间标签, 因此, 可以对大范围的监测节点在同一时间的数据进行比较处理。再利用通信模块处理数据信息, 通过高速通信网络上传到调度中心, 实现远程数据传送。最后, 中心处理模块完成对过零点时标生成模块上传的一系列时间数据处理, 利用式 (8) 计算出2条母线的电压相角差。 图3中, 一般参考母线电压选为电压等级较高的母线电压, 所得的母线电压相角差都以该母线电压为基准, 即相对于参考母线电压的相角差。 数据采集是过零点时标生成模块的一部分, 它要定时地采集参考母线和各个子母线的电压过零点时刻, 一旦有子母线过零点时标上传到调度中心, 就要以参考母线电压的过零点时标为基准计算出该子母线与参考母线的电压相角差, 同时参考母线电压的过零点时标也在不断更新。调度中心根据母线相角差的变化来监控电力系统运行的实时变化, 当相角差大于特定的值时说明系统已经出现了问题, 必须采取一定的措施, 保证系统的正常运行, 这对电力系统的安全运行有很重要的意义。 4 结语 基于GPS的母线电压相角测量算法的研究和应用被称为当今电力系统的三项前沿课题之一[7]。本文探讨了3种电压相角测量算法, 通过分析它们的优缺点得出过零测量算法是静态电力系统母线电压相角测量最合适的方法。利用过零测量算法设计了一种GPS母线电压相角测量装置, 实现了对电力系统运行的实时监控和调度, 该装置具有较高的工程实用价值。 摘要：探讨了递归Fourier算法、过零点同步相角测量算法和过零点异步相角测量算法, 分析了3种电压相角测量算法的优缺点, 并利用过零点异步相角测量算法设计了一种GPS母线电压相角测量装置, 介绍了该装置的结构组成及工作原理。该装置实现了对静态电力系统运行的实时监控和调度, 具有较高的工程实用价值。 关键词：电力系统,电压相量,相角测量,递归Fourier算法,过零点同步相角测量算法,过零点异步相角测量算法 参考文献 [1]周捷, 陈尧, 崔建中.母线电压同步相角测量算法研究及实现[J].继电器, 2002, 30 (3) :13-16. 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[6]卢志刚, 穆永民.GPS技术在实时相角测量中的应用[J].电力自动化设备, 2000, 20 (6) :22-22. 电压的测量 教学目标 1、知道电压是提供电路中有持续电流的“推动作用”。 2、知道常见的一些电压值。 3、会把电压表正确连入电路。 4、会根据不同的量程读出电压表的读数。 教学重难点分析 教学设计 重点：使用电压表－－电压的测量 难点：电压的概念 【问题引入】电源接入电路时，为什么电路中就有电流呢？ －－首先明确：电流时电路中的电荷朝一个方向运动产生的。－－那么，为什么电荷会运动起来呢? －－必定有一种力推着它动起来，这种推动力有谁提供呢？ －－原来是电源上的电压对电荷产生了推动力－－由此引入电压 或者： 【复习】 1、(1)把一节干电池、小灯泡、开关放在示教板上，请一位同学按所画电路图，用导线将电路连接起来(连接电路之前，开关应当是断开的)。 (2)提问：什么叫电路，它由哪几部分组成？ 2．引入新课 【演示】闭合示教板上电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流。【提问】电流是怎样形成的？－－电流时电路中的电荷朝一个方向运动产生的 取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。 【提出问题】在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么？ 3．进行新课 为了说明在什么情况下才能形成电流，我们先用水流作比喻，看看水流是怎样形成的？ 【提问】将装有水的U形管连通器的底部用止水钳夹住，两管内水面相平。打开止水钳，两管内的水会不会发生流动？ 【演示】向U形管左管内加水，使左管水面高出右管水面(图1)。(提问：打开止水钳，两管内的水会不会发生流动，如果发生流动，水怎样流动？)打开止水钳，水从左管向右管流动。 甲图中A处的水位高于B处的水位，打开阀门，管中的水从A处通过涡轮向B处流动，水的流动使涡轮转动。A处的水面下降，B处的水面上升，当A、B两处水面相平时，水位相同，水停止流动，涡轮不再转动，幻灯片要显示上述过程。可见，水位差(水压)使水管中形成水流。 现在，我们用一台抽水机不断地把水从B处抽到A处(如图3乙所示，将抽水机置入，同时表现出抽水的动态情况)、使A处的水总比B处的水位高，由于水管两端总保持一定的水位差(水压)，于是水管内就有持续的水流。 下面我们来看看图4所示的电路(示数板上接好的简单电路)的情况。 说明：电源的正极聚集有大量的正电荷，负极聚集有大量的负电荷，在电源的正、负极之间就产生了电压。这个电压使电路中电荷发生定向流动，使正电荷从正极流向负极，或者使负电荷从负极流向正极，于是在电路中产生了电流。－－可见，电压是使电路中形成电流的原因。 在电路中，电源在工作时不断地使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，保持电路两端有一定的电压，使电路中有持续的电流。电源是提供电压的装置。【板书】 1、电压使电路中形成电流，电源是提供电压的装置。 电压用符号U表示 在图3所示装置中，不同的抽水机可以在水管两端产生不同的水位差，即大小不同的水压。同理，不同的电源可以在电路的两端产生大小不同的电压，为此，首先要确定电压的单位。在国际单位制里，电压的单位是伏特，简称伏(V)。此外，常用单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)等。介绍它们的换算关系。【板书】在国际单位制里，电压的单位是伏特(V) 看课本几种电压值的表：要求记住的电压值有： 一节干电池电压：1.5伏； 家庭电路的电压：220伏； 对人体安全的电压：不高于36伏。【练习题】 (1)电压使电路中形成______，______是提供电压的装置。(2)220伏=______千伏=______毫伏。 【摘 要】在单相桥式整流滤波电路的功率因数测量中，使用电压、电流的相位差来计算功率因数，实际上电压、电流的波形通过桥式整流滤波电路后并不是完整的正弦波，计算出来的功率因数存在误差。本文介绍一种基于电压与电流中心测量功率因数的测量方法，即使电压、电流波形畸形，零点到电压、电流中心的位置是始终不变的。 【关键词】功率因数 电压电流中心 测量方法 整流滤波 一、引言 随着理论的发展和技术的进步，人们对电气设备使用交流电源的效果更加关注，为了表征交流电源的利用率，在电工学中引入了功率因数PF（Power Factor）这个术语。目前，众多产品的电源模块使用桥式整流滤波电路，虽然交流输入电压基本上未出现波形失真，但是随着接入负载，电流的波形却不能保持正弦波形，而是呈现不连续的峰值较高的脉冲。电压、电流的波形再经过零比较器转成一定幅值的方波，但实际上电流方波在一个周期内出现了多次的波形畸形，导致在测量电压、电流的波形之间的相位差存在较大的误差。所以本文着重介绍基于电压、电流中心测量功率因数的方法。 二、传统测量方法的缺点 桥式整流滤波电路，在实际应用中电路图如图1所示。 图1桥式整流滤波电路 在分析桥式整流滤波电路，由于二极管在正向导通压降，电压的正半周的时候，电流在电压大于0.7V才形成波形。 桥式整流滤波电路在带上负载的电压、电流波形如图2所示。 图2电压、电流波形 从上图的波形图可以看出，波形较为正弦波的为电压通过桥式整流滤波电路后的波形，波形出现上下尖峰脉冲的为电流通过桥式整流滤波电路后的波形，其中电压的波形幅值略小于电流波形幅值，通过调节后级波形整形电路可实现电压、电流波形的幅值相等。 但是进入单片机IO口的波形需要再经过由运放组成的整形电路，通过运放构成的电路不仅只实现波形的整形，而且还需电平匹配转换。本文中使用到的单片机是STC12C5A60S2，工作电压为+5V，则波形转化输出后波形的峰峰值为5V。电压、电流波形整形后如图3所示。 图3 电压、电流波形整形 从图3可以看出： 占空比为50%的方波——电压波形。 高电平期间多出一个小方波——电流波形。 使用测量电压、电流的相位角，进而通过相位角计算功率因数。测量电压、电流的相位角，可以通过测量电压、电流的上升沿或者下降沿之间的时间差值，从而计算出相位角度￥。因为电流的波形在高电平期间多出一个小方波，导致测量电压、电流下降沿之间的时间存在很大的测量误差，测量的误差为小方波的周期时间。 所以这并不是我们都期望得到的测量值，实际上期望所得到的理想波形如图4所示。 图4 电压、电流理想波形 对比图3、图4可知，图4的理想波形通过微处理器计算电压、电流的两个下降沿的时间t，整个波形的周期为T=50ms，一个周期内为2π，通过公式计算出相位差￥，在计算相位差的余弦函数，即可得到功率因数。但实际上并不是这样，从图3分析可以得出电压的一个正半周的时间电流波形出现了两次下降沿的跳变，所以实际测量的功率因数存在較大的误差。 三、电压、电流中心测量方法 通过如上的分析可以得知，电流的波形不是完整的正弦波，所以导致测量的误差。在通过波形的整形电路，将电压、电流中心波形如图5所示。 图5 电压、电流中心波形 从图中可以得出，功率因数的变化直接最直观的表现就是电流的低电平的宽度的变宽。将单个下降沿的波形进行放大，详情地分析电压、电流测量方法。电压、电流中心测量方法图6所示。 图6 电压、电流中心测量方法 电压、电流中心测量方法也是基于测量电压、电流的相位角，电压、电流相位时间差值，比上一种测量方式更加精准。电压、电流的中心是固定不变的，其从零点到电压、电流中心的时间是电压或者电流周期的四分之一，时间为5ms，从而只需要测量电流低电平的宽度，即可计算出电压、电流的相位时间差值。如测量出电流的低电平宽度为t，相位时间差值为ΔT=T/4-t/2。 功率因数是交流电路中电压与电流之间的相位差的余弦。由于已知交流电频率f和周期T，因此功率因数可以根据电压与电流之间相位差对应的时间差t计算求得。其计算公式为： 周期 （1） 相位差 （2） 功率因数 = （3） 四、结语 本文阐述了一种基于电压与电流中心测量功率因数的检测方法，从实际理论分析，根据实际的电路得出的波形图，进行详细的分析、研究，最终得到完整理想的电压、电流中心波形图，证实基于电压与电流中心测量功率因数的检测方法是可行的，为嵌入系统计算提供了强有力的基础。 【参考文献】 [1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999. 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[6]叶林，周弘，张洪，等.相位差的几种测量方法和测量精度分析[J].电测与仪表，2006，43（04）：11-14. 串联谐振试验方法具有所需的电源容量小, 变压器电压等级需求低等优点, 降低了现场进行特高压容性设备耐压试验对试验设备的要求, 是现场试验过程中普遍采用的对电缆, 开关, CT等容性设备进行交流耐压的试验方法。 现场一般采用变频的方式进行串联谐振试验, 由于在改变电源频率时高压端电压会发生较大的不可控的变化, 为了试验的安全, 在试验时先在低压下将试验频率调节到谐振频率, 然后再按照相关要求升高试验电压。随着串联谐振的广泛应用, 生产串联谐振试验装置的厂家越来越多, 试验装置的频率调节能力越来越强, 现有的串联谐振装置在试验时基本能调节到完全谐振的状态。 在串联谐振交流耐压试验时, 往往采用电容分压器直接在高压端测量试验电压值, 这种方法对测量设备的电压等级要求比较高, 在需要精确测量时采用;此外, 有时候还会采用在最低一节电抗器高压端与地之间并联电容分压器的方法, 以所测得的电压乘以串联电抗器的节数得到试验电压, 本文把这种方法称为测量中间电压法, 在现场试验中, 电抗器及高压电晕损耗、试验仪器频率调节能力、电容分压器电容、试验变压器出口电抗以及试验回路杂散电容等因素会导致采用这种方法测量的电压与实际的试验电压之间出现偏差。 迄今, 国内外在现场串联谐振试验的试验设备参数配合等方面开展一系列的研究, 对于现场采用的这几种测量方法的测量误差, 一直未有相关的研究公布。本文主要结合现场试验的经验, 以三节电抗器串联为例, 分析了测量中间电压法的误差情况, 以确定现场采用这种测量方法的可靠性, 为现场试验提供参考。 2 测量中间电压法的原理 中间电压法是在忽略各种因素对谐振频率以及测量电压的影响下, 所采用的间接测量电压方法。在按照这种方法计算时, 假定试验回路的谐振角频率以及试验电压满足以下方程。 undefined (1) U0=nUm (2) 在现场试验时, 由于电抗器本身的损耗、高压端的电晕损耗、分压器电容量以及谐振程度等因素的影响, 采用测量中间电压法进行的现场试验其试验频率与测量的试验电压与理想状态下的谐振频率和测量电压不同。 3 测量中间电压法误差分析 为了分析各种因素对测量结果的影响, 本文以三节电抗器串联为例, 对试验的谐振频率以及测量电压分别建立了相应的电气模型, 如下图所示。图中, 为便于分析, 将试验时高压端电晕电阻与高压引线及试品电容之间的并联支路, 等效为串联支路, 故试品两端电压为等效串联支路两端电压。其中涉及到的参量包括各电抗器电阻RL、各电抗器电抗L、电容分压器电容Cm、电容分压器测量电压Um、试验谐振角频率ω、电抗器级数n、试验电压测量值U0m, 高压端电晕等效电阻RY、试品等效电容C0以及试验电压真实值U0。 为了衡量因素对试验频率以及试验电压的影响, 本文引入参量频率偏差undefined与电压偏差undefined。 undefined (3) undefined (4) (1) 电容分压器电容对试验谐振频率的影响。 由于试验在低压时将频率调节到谐振频率之后, 频率不再改变, 而低压时高压端还没有电压放电现象, 因此试验角频率满足如下的方程。 Aω6+Bω4+Cω2+D=0 (5) 其中: A=4L3C2mC2 B=-8L2CmC2+4LC2mC2Rundefined-4L2C2mC C=6CmCL+3LC2-4R2LC2Cm+LCundefined D=-Cm-C 方程中的B、C项, 其中含RL的子项远小于其他子式, 可忽略不计。在忽略RL的影响时, 针对Cm占C0的比例不同, 计算分析了其对试验回路谐振角频率的影响, 计算结果如表1。 从上表结果可以看出, 当电容分压器的电容不大于试品电容的1%时, 导致的谐振回路频率偏差小于0.06%。 (2) 各因素对测量结果的影响。 电抗器自身的损耗、试验时在高压端产生电晕现象, 都会影响测量电压与试品端电压之间的关系。综合考虑各个影响因素, 此时的测量误差如式6。 undefined 从已经有的经验以及相关的研究结果来看, 500kV断路器、GIS试验的品质因数一般能达到20以上。本文针对15、20、30、40、50几种试验品质因数Q, 考虑Cm占C0的比例分别为0.1%、0.5%、1%、2%、5%的情况下, 计算了二者对测量结果导致的总偏差, 如表2所示。从表中可以看出, 针对一般现场情况, 在Q大于20, 电容分压器电容占试品电容比例小于1%, 以上各种因素导致的测量误差小于1.267%。 4 变压器出口电抗以及试验回路杂散电容的影响 在试验时, 变压器出口有一个很小的抗性内阻, 高压引线对地之间有杂散电容存在。变压器的抗性内阻与电抗器串联在一起, 增加了串联回路的电抗值, 使谐振频率下降, 将使测量值比实际值偏大, 由于变压器的内阻抗相对于试验回路而言, 远远小于试验回路的阻抗值, 因此其对试验的影响可以忽略不计。 高压引线对地的杂散电容与试品电容并联在一起, 相当于增加了试品的电容量, 其作用可视作试品电容, 因此对测量结果没影响。 5 结论 通过本文的分析, 说明采用测量中间电压法, 在三节电抗器串联时, 测量电压与实际加在试品两端的电压之间的误差远小于相关标准要求的5%, 而且测量电压值大于试品两端的电压, 不会导致试品因电压过高, 因此在现场采用测量中间电压法是可行的。 摘要：分析了电抗器损耗、电晕损耗、分压器电容、试验仪器频率调节能力以及谐振程度等因素对现场特高压串联谐振试验时采用测量中间电压法的测量误差的影响, 认为电抗器损耗、电晕损耗、分压器电容等因素在现有的条件下导致的测量误差限在可接受的范围内。 关键词：串联谐振,误差分析,测量中间电压法 参考文献 [1]支余庆.利用串联谐振耐压现场检出和处理GIS缺陷[J].高电压技术, 2000, 26 (2) , 78-79. [2]张文亮, 张国兵.特高压交流试验电源特点探讨及比较[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (4) , 1-4. [3]蔡翊涛.变频串联谐振试验方法的应用[J].变压器, 2005, 42 (10) , 30-32. [4]闫永利, 闫军.工频串联谐振耐压装置现场试验参数配合的计算及调整[J].高压电器, 2004, 40 (5) , 391-393. [5]张文亮, 张国兵.特高压GIS现场工频耐压试验与频谐振装置限频方案原理[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (24) , 1-4. 对有源二端网络开路电压和短路电流的测量,通常采用直接测量法,由于电压表、电流表内阻的存在,这种测量的误差是必然的,有时可能还是很大的。造成这种误差的原因是由于电表的接入改变了原电路的工作状态。那么,如何减小甚至消除电表内阻的存在给测量带来的误差?当然是改进测量方法。文献[1]提出了两次测量计算法,文献[2,3,4]均提出了采用补偿测量法,文献[5]进行了用补偿法补偿电表的讨论,文献[6]讨论了应用万用表准确测量直流电压的方法,其中也谈到了补偿测量法,可见,补偿测量法是一种重要的方法。补偿测量的方法不止一种,在多种方法中,用哪种方法更好,以上文献均缺乏实验验证。本文对开路电压和短路电流几种补偿测量方法进行了讨论,并进行了实验验证。 1 短路电流和开路电压补偿测量法 1.1 短路电流补偿测量法 对于任何一个有源二端网络,它的外部特性可以等效为理想电流源ISC和电阻RS的并联组合支路,其中,ISC为原网络的短路电流,RS为原网络内所有独立电源置零后端口处的入端电阻[7]。若电流表内阻为RA,则短路电流直接测量的相对误差 1.1.1 电流源补偿法 短路电流的电流源补偿测量法如图1所示,其中,虚线框内为补偿电路。方法是,先用电流表粗测有源二端网络的短路电流,再用一个可调直流稳流源按图1连接电路,调节稳流源输出电流,当检流计G的读数为零时,C,D两点等电位,CD两端相当于短路,即补偿电路的接入没有改变原电路的工作状态,因此,这种补偿测量法完全消除了电流表内阻对测量短路电流带来的误差,电流表的读数即为有源二端网络的短路电流。 1.1.2 电压源补偿法 短路电流的电压源补偿测量法如图2所示[4],其中,虚线框内为补偿电路。方法是,调节电位器RP,使毫伏表读数为零,此时CD两端相当于短路,电流表的读数即为有源二端网络的短路电流。由于补偿电路的接入没有改变原电路的工作状态,因此,这种补偿法也完全消除了电流表内阻对测量带来的误差。 1.2 开路电压补偿测量法 对于任何一个有源二端网络,它的外部特性可以等效为理想电压源U0C和电阻RS的串联组合支路,其中,U0C为原网络的开路电压,RS为原网络内所有独立电源置零后端口处的入端电阻[7]。若电压表内阻为RV,则开路电压直接测量的相对误差 如果有可调直流稳压电源,可以采用如图3所示的电路,虚线框内为补偿电路。方法是:先用电压表粗测CD两端的开路电压,然后调节直流稳压源的输出电压近似等于所测开路电压,将C′,D′两点分别与C,D两点相接,再细调直流稳压源输出电压。当检流计G中的电流为零时,CD两端相当于开路,即补偿电路的接入没有改变原电路的工作状态,此时电压表的读数即为有源二端网络的开路电压。因此,这种补偿测量法完全消除了电压表内阻对测量开路电压带来的误差。 如果直流稳压电源不可调,则可以采用如图4所示的分压电路[4],虚线框内为补偿电路。方法是:先用电压表粗测CD两端的开路电压,然后闭合开关K,调节分压器输出电压,使分压器输出电压近似等于所测开路电压,将C′,D′两点分别与C,D两点相接,再细调分压器输出电压,使检流计G中的电流为零,此时CD两端相当于开路,即补偿电路的接入没有影响原电路的工作状态,电压表的读数即为CD两端的开路电压。可见,采用这种补偿测量法也完全消除了电压表内阻对测量开路电压带来的误差。 2 实验测试 2.1 短路电流补偿测量法测试结果 按图1,图2所示电路,取ISC=4 mA,RS分别为50 Ω和500 Ω,补偿法测量有源二端网络短路电流的结果如表1所示。实验结果与理论分析相吻合。 2.2 开路电压补偿测量法测试结果 按图3,图4所示电路,取U0C=8 V,RS分别为10 kΩ和30 kΩ,补偿法测量有源二端网络开路电压的结果如表2所示。实验结果与理论分析相吻合。 3 结 语 由于电压表、电流表内阻的客观存在,直接用电压表和电流表测量有源二端网络的开路电压和短路电流,必然带来一定的测量误差,原因是电表的接入改变了原电路的工作状态。为了减小甚至消除由于电表内阻的存在给测量带来的误差,可以改进测量方法,补偿测量法就是其中重要的一种。从以上的理论分析和实际测试结果表明,采用适当的补偿测量法,可以减小甚至消除电表内阻的存在给测量带来的误差。 应该说明是,补偿测量的方法并不止文中讨论的几种,但不管哪种方法,补偿的目的都是使电表的接入不应改变原电路的工作状态,同时使电表的读数显示的是被测量的数值。补偿测量法由于受条件和仪器设备等因素的影响,一般来说只适用于高精度测量的科研工作中,不适用于一般的工程测量。具体测量时,采用哪种方法更好,必须由实验条件和仪器设备以及对测量精度的要求来决定。 摘要：电压、电流的测量是工程实践中最基本的测量内容之一,由于电压表、电流表的内阻是客观存在的,必然给测量带来误差。为了减小甚至消除这种误差,可以改进测量方法,补偿测量法就是其中重要的一种。文中对有源二端网络中开路电压和短路电流测量的几种补偿测量方法进行了研究和比较,并通过实验进行了验证,实验结果与理论计算相吻合。 关键词：电压,电流,补偿测量,实验验证 参考文献 [1]张建彭.减小仪表测量误差的方法[J].科技信息,2010(16):483-484. 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[6]吴凌燕.应用万用表准确测量直流电压的方法[J].计量与测试技术,2010(11):55-56. 随着电力电子技术的不断发展,电力系统负载的复杂程度也在不断增加,电力线上传输的已经不再是纯净的50Hz交流电,而变成包含着谐波和各种干扰的复杂的供电系统。比如由于重负载会导致发电机组频率下降(低周),电网频率异常情况下,对电网的各种参数如电压的测量也带来了很多新问题。常规的电压实时测量方法,在正常工况下其测量是准确的,但在非正常工况下,其测量就会产生较大的误差甚至错误。其测量不准确的原因在于电压、电流的波形已发生畸变。已不再是纯净的正弦波型,即波形因数发生了变化,此时采用常规的通过峰值或平均值测量再折算出有效值测量方法,就会产生很大的误差。由于高精度的电压测量运算量比较大,且在在测量电压参数时,还需要进行电网频率的测量,为了保证测量结果的实时性。本文的设计了采用TMS320VC5402作为电压测量的主控制器,充分利用DSP的运算功能来完成实时的测频算法,并根据测得的周期值来修改采样的定时间隔,完成实时的数据处理,最后利用DSP的控制功能来完成实时的数据输出。 2 频率测试方案 2.1 实时测频算法 本文设计的的硬件测频电路部分,采用一个可变域值电平的具有施密特特性的电压比较器来完成。最初的设计思路是将测频电路的输出连接到DSP的外部中断引脚上,每次测频输出的下降沿都要发出一次DSP的外部中断,再通过定时器来测量出中断的间隔时间,最后根据采样点数计算出采样定时间隔,并使用定时器的中断方式来完成数据的等间隔采样。尽管在该电路中采用了施密特比较器电路,并进行了有效的电磁兼容设计,也不能避免单次测量产生误差,该误差产生的原因如下:原因之一,由于计数器的计数间隔不可能无限小,因此计数器的测量会带来1个计数误差;原因之二,由于外部千扰会在测频比较器的输入端产生尖峰干扰,如果改尖峰干扰的正脉冲与输入波形叠加后的电平超过了施密特电路的正向域值翻转电平,或者干扰的负脉冲与输入波形叠加后小于施密特比较器的负域值电平,都可能引起比较器的误翻转,导致测频不准确。鉴于单次测量总是产生误差,又由于电网频率的变化具有相对稳定性,因此本文采用了改进的测频方案。 本系统是使用了将多测量周期值进行筛选并加权平均的算法,来测量出电压信号的频率的。如果采用单次测量周期的来确定下一周期的采样间隔的方法,显然响应速度快,但会受到单次测量误差的影响,导致测量不准确。然而采用多周期测量值平均的算法显然克服了单次周期测量误差的影响,但同时也带来了缺点,就是所测得的频率只是前几个周期频率的平均值,显然只适用于固定频率的系统,而不适用于频率变化的系统。为此,需要研究如何既消除单次的测量误差,又能使测得的频率更接近于下一周期的频率。本文采用了两种消除方法。第一、运用数据筛选法,从最新的5个采样周期数值中筛选出最接近的3个数值进行计算,通过此法来去除因干扰产生的错误周期测量值。第二、在系统中采用多周期进行加权平均的周期测量方法。鉴于实时测量系统的需要,因为系统的频率变化又是相对缓变的,因此采用了加权平均的方法,即越新的周期测量值使用的权值越大。因此是将当前最新的5个周期测量值中最接近的3个进行加权平均的。 每次周期测量结束后,都会将循环缓冲区中最新的5个周期值中的3个最接近的周期值进行加权平均,并将算得的周期值除以N(每周期的采样点数)算出采样间隔时间,并将此时间值转换成定时器的计数脉冲数并设置到定时器中,使定时器工作于连续工作、常数自动重载、中断方式。在每个定时中断时启动一次采样,并在转换结束时将此采样数值存入采样数组中,以备数据处理时使用。 2.2 频率测试电路 由于系统的测量是通过对信号进行周期采样的方法来实现的,因此其准确性不仅来源于采样的准确性还来源于系统频率测量的准确性,因此加入测频电路是必不可少的。测频电路设计如图1: 该电路是一个可变门限的具有施密特特性和低通滤波特性的比较器。将经调理后的电压信号接到本电路的输入上来。C18的接入使电路具有了低通滤波特性,可以滤除高次谐波,还可以有效的衰减二次以上的谐波。电路中加入了R51使电路具有了施密特特性。精密电位器POT2的引入可以调整比较器的比较门限。 2.3 电压测试方案 对于电压量的测量,采用电阻分压法进行电压测量,由于电阻的温度特性对测量的影响。由于电阻的阻值会随温度变化而发生变化,因此本文使用的是10PPM的精密电阻,即温度每变化一度电阻的阻值变化百万分之十。当温度从-10度变化到30度时,阻值变化0.04%,因此可以实现高精度的要求。 传统的测量电压的方法是利用功率等效的原理进行测量,即被测电压(或电流)与某一直流电压(或电流)在相同阻值的电阻上在相同时间发热相等,被测电压(或电流)的有效值等于该直流电压(或电流)的幅值。被测量不是纯交流量,所以不能使用(UM是峰值电压),或者从平均值折算得出有效值,因为不同的波形其波形因数也不同,这样会带来很大的误差。因此,从采样值计算出有效值即电压的均方根值,对于模拟量电压的有效值算法如下: 式中:U——电压有效值,V;u(t)——表示电压的瞬时值V; 在含有谐波成分时,将该公式展开为下面公式形式: 式中:U0——电压直流分量,V;U1、U2、U3…——电压的基波、二次谐波、三次谐波的分量的有效值,V 对于数字算法我们可以对信号进行每周期N点的等间隔采样,获得整周波的采样序列,就得到下面公式: 式中:U——电压有效值,V;N——每周波的采样点数;Ui——电压的瞬时采样值,V; 由公式3运用积分的知识,也可得出公式1。这两个公式具有等价性。因此可以使用公式2进行电压的有效值的运算。 由于本系统属于实时测量系统,因此所有算法都是实时算法。即在数据处理时,每读入一个新的采样值就进行一次有效值运算。每个周期都要对被测波形进行N点等间隔采样,所以连续的N点就代表一个周期内的所有采样值。同时也有最新的N个采样值就代表最新的一个周期的采样序列。将最新的N个采样数据按照上式进行有效值运算,得到的有效值就是当前电压的有效值。硬件接口电路设计如下: 将被测交流电压信号直接加在U_INPUT+和U_INPUT-之间,经精密电阻R31和R32分压后送到隔离放大器的输入端上,该放大器的输出由于带负载能力低,而且在输出端还有零偏电压,因此在隔离放大器的输出端加入了一级具有调零功能的一阶有源低通滤波器。调零的方法是通过调节精密电位器W2来实现的。又由于电路的最终输出要送AD进行数据采集,因此在低通滤波器的输出端又增加了一级反向放大器。最后将输入电压信号同相输出到A/D的输入端上。此外由于该采用了隔离放大器,因此该放大器的前级必须采用隔离供电的方法,本系统采用DC/DC芯片是与DCP010515DP功能相同的E0515D来实现的,该芯片将系统电压的5V供电电压经隔离开关变换器转变成与系统隔离的士15V电压,给隔离运放的前端进行供电。 2.4 测试结果 按照本文的设计方案,设计了一个频率故障情况下电压测量系统,该系统由主CPU板、模拟量采集板、人机接口板三块主要板卡组成,此外还配有直流电源升压变换模块,薄膜键盘,机箱等部分。其中主要的三块板卡都采用了多层插针式连接结构。为了使系统稳定工作,采用CPU板在中间,该板卡上面插接了人机接口板,下面插接了模拟量采集板,各板卡之间通过双通铜柱进行固定并与面板相连接。根据最终的设计方案进行测试,测试结果如下: 从测量的数据可知,各测量的精度都达到了0.4%的精度范围。 3 总结 本文的创新点提出并设计了一种高精度变频故障下的电压测量方案。通过测试证明该方案运行稳定,抗干扰能力强,测量精度可达0.4%以内,达到了预定的设计要求,因此具有很强的应用价值。但是本文的设计还有一些不足之处,如测频的实现方法还不够理想,在算法上尝试使用长序列的频谱分析方法来实现。 摘要：研究频率异常的情况下,高精度电压的实时测量技术,提出了一种基于DSPTMS320VC5402的实时测量方案,该方案首先对电网频率进行测量,避免因频率异常而导致电压的测量误差,对提出的电压设计方案进行分析和推导,证明了方案的可行性。 关键词：测频,电压测量,电网,故障,TMS320VC5402 参考文献 [1]黄志刚陆超李立理韩英铎基于小波分析的动态电压稳定判据[J].电力系统自动化,2008,32[5]:24-28. [2]朱金刚基于单片机的工频电压测量[J].仪表技术,2008[2]:3-5. [3]梁雁农高频电压测量中检波效率的线性化处理[J].仪器仪表学报,2006,27[6]:579-582,652. 关键词：光电效应,普朗克常数,反向遏止电压法 0 引言 现在很多高校在物理教学中对于实验普遍采用反向遏制电压这种方法来对普朗克常数值进行实验。在试验中总难免出现各种问题, 因此结果也总是有较大的误差 (误差范围在百分之八到百分之十四之间) 。本文通过大量的调查、研究、分析后对实验进行了改革, 分析实验中的影响条件以消除影响因素, 从本质上提高了实验的精确度 (误差范围在百分之五之内) 。 1 实验参数和h测定方法 实验中使用了YJ-GD-3型光电效应实验仪, 对于仪器的分析结果如下: (1) 微电流放大器:在零漂开机半小时后, 电流测量共分为六档, 分辨率为十的负十四安, 电流的数值为10-8~10-13A。 (2) 光电管工作电源:电压调节范围:-2~+2V, -2~+30V, 分2档。 (3) 光电管:光谱响应范围:300-700nm;阳极:镍圈;暗电流:I≤2×10-12A。 (4) 滤光片组:滤光片组共分为五组, 在测试时其中心波长分别为三百六十五纳米, 四百零五纳米, 四百三十六纳米, 五百四十六纳米, 五百七十七纳米。 汞灯:汞灯可分为低压和高压, 试验中可以用的为三百六十五纳米, 四百零五纳米, 四百三十六纳米, 五百四十六纳米, 五百七十七纳米五种。 普朗克常数测定方法根据爱因斯坦的光电效应方程 可得 其中 因而h=ek, e=1.60×10-19c。通过测定△U和△ν的比值来测定普朗克常数h。 2 光电效应实验方法与结果 把汞灯及光电管暗箱庶光盖盖上, 将汞灯暗箱光输出口对准光电管暗箱输入口, 调整光电管与汞灯距离为约35cm并保持不变[1]。再将光电管暗箱电压的输入端和电压测试仪的输出端用专用的线路进行连接。 2.1 光电管接收装置和光源之间的距离d的选择 对普朗克常数测试仪进行测试比较, 分别得出未加光阑时不同距离下的实验结果如表1所示。 在实验中将光源与光电管的接收装置距离从25cm改变到40cm过程中实验测量结果显示最佳距离约为33cm。从上述实验结果中可知距离的选择比电流误差的消除对实验结果的影响更大。 2.2 光源对于普朗克常数数值影响 实验中暗电流和本底电流的影响可忽略不计, 主要需消除的电流误差就是阳极光电流 (反向电流) 。为了克服或减小这一反向电流的影响, 在光电管前加一孔径为Ф=2mm, Ф=4mm, Ф=8mm的光阑, 能使光能有效地通过它照射到阴极, 而又能完全屏蔽照射到阳极下的光线。光源与光电管接收装置距离33cm时, 所测普朗克常数测定值与公认值之间误差见表2。 由实验结果可知, 将电压选择按键置于-2V~+2V档, 将“电流量程”选择开关置于10-12A档, 测试仪要先断开电流再接上, 将测试仪电流输入电缆断开, 将其指数归零再把它恢复。测出在这几种情况365纳米, 405纳米, 436纳米, 546纳米, 577纳米波长下, 光阑为Ф=4mm时所测的h与标准值的相对误差最小为0.4%。将电压选择按键置于-2V~+30V档, 将“电流量程”选择开关置于10-11A档, 将测试仪电流输入电缆断开, 调零后重新接上, 分别测出365nm, 405nm, 436nm, 546nm, 577nm波长下, 光阑为Ф=4mm相对与Ф=2mm和Ф=8mm时较小为2.9%。加光阑测普朗克常数与公认值之间得到的结果相差不大, 反向电流对实验结果影响较大, 特别是在有光照的时候, 反向电流会增加。所以遏止电压U0, 的起点我们可以设定为电流开始饱和的时候, 这样的实验结果相差较小。 2.3 电压选择按键档我们选择的是-2V~+2V档;“电流量程”选择开关我们置于10-12A档, 断开测试仪电流输入的电缆, 将其指数归零后再接上, 在365nm, 405nm, 436nm, 546nm, 577nm波长下, 光阑分别为Ф=2mm, Ф=4mm, Ф=8mm时的截止电位U0。其结果如表3。 计算平均结果: 与标准值[2]h标准=6.6260755×10-34JS的相对误差为: 同理, 当Ф=4mm, 计算得h与标准值的相对误差为0.4%;当Ф=8mm, 计算得h与标准值的相对误差为1.5%。由此可知, 当Ф=4mm, 计算得h与标准值的相对误差最小。 3 结论 通过上述讨论, 可知, 在利用光电效应实验测定普朗克常数时, 存在光源与光电管接收装置最佳距离d约为33cm (YJ-GD-3型光电效应实验仪) , 主要是因为两者的距离太近, 光电管阴极容易疲劳, 距离太远, 又会使得阴极电流过小, 而致使微电流计灵敏度降低[3];加不加光阑对普朗克常数的测量是有影响的, 加的光阑大则测出来的结果就大, 反之, 普朗克常数就小一些, 光阑的使用也存在一个最佳值。 另外, 由于日光含有长短波, 使得在测定短波时, 长波对短波有很大影响, 这是造成短波截止电压偏低的主要原因[4], 进而使电压与频率U-ν图中的直线斜率降低导致h值降低, 当阴极被阳光照射时, 阳极不要让阳光照射到, 这样做的好处是反向电流影响小些。总之, 对反向遏止电压法测普朗克常量的实验做了一些简单研究和改进, 得到了<0.5%实验误差测量, 期望对以后此实验的改进起到抛砖引玉的结果。 参考文献 [1]蒙上阳, 霍连得, 杨秀清.光电效应实验分析[J].物理实验, 2001, 32 (2) :41-43. 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电压的测量(教案)（最终版） 篇5
电压测量 篇6
高压串联谐振试验电压测量方法探讨 篇7
补偿法测量电压和电流的研究 篇8
变频故障下电压实时测量方法研究 篇9
反向遏止电压法测量普朗克常数 篇10