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

關鍵詞： 板式電位差計 測量 電動勢

板式電位差計實驗是大學物理實驗課程電磁學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阻。實驗的內容并不多，但是學生普遍感覺比較難做，甚至很多學生無法完成實驗。最主要的原因是學生沒有掌握本實驗的關鍵點。

下面首先介紹實驗的基本內容，再分析實驗的難點與要點。

1.基本實驗內容

板式電位差計測量電池的電動勢和內阻是電磁學實驗中的一個常規實驗。其基本實驗內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為數值已知并且可以調節電動勢。若調節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，電位差計就是依據此原理設計制成的儀器［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串聯成閉合電路，稱為輔助回路，調節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，是一個可以調節數值大小的電源［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，將轉換開關K′倒向S，則CEGDC組成校準工作電流回路，調節限流電阻R，改變工作回路中的電流，并調節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，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，將轉換開關K′倒向X，且調節滑動頭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，電阻之比等于相應長度之比，所以

E=•E（4）

L、L可測出來，E為已知，則根據（4）式可計算得E。

（3）測電池內阻r

將E與R并聯，測出端電壓U，根據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

板式電位差計的結構如圖3所示，電阻絲AB長11米，往復繞在11個插孔上，依孔號順序，相鄰兩插孔電阻絲長1米，插頭C作粗調節，可插在插孔0、1、2…10中任一位置（圖中聯在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。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。

（1）校準電位差計，按圖3連接電路，接通開關K，調節滑動電阻R使電壓指示約為2.2伏（0.20伏/米），將開關K′倒向標準電池的接線端鈕，根據標準電壓電動勢的數值（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，合上開關K″，進一步細調D的位置，使I=0，電位差計已調準，以后保持工作電流不變，讀取CD間電阻絲和長度L值。

（2）將轉換開關K′倒向X，根據待測電池電動勢的估計值，調整C、D調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。

按以上步驟重復測量五次，取L和L的平均值代入（4）式計算E值。

（3）根據實際情況估計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阻

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

r==•R（6）

式中R為干電池放電的外電阻。

測外電阻R=500Ω時的內電阻。

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

r=•R（7）

用上式計算出干電池的內阻r。

2.實驗的難點與要點

2.1實驗難點

學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值。并根據這個數值估計C、D間電阻絲長度大概應該是多少。

（2）在調節D點的位置時，出現電路時通時斷的現象。

出現這種現象，主要是因為電阻絲在長期使用以后發生彎曲變形，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情況。

（3）在進行重復測量時，往往前后兩次的測量結果相差很大。

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

（4）對內阻的測量方法理解不透。

此時教師應該注意結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過程盡量詳細地展示給學生，以幫助他們理解［4］。

2.2實驗要點

根據實驗難點，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，必須調節劃線變阻器，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對應的Lx的數值。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，再調節電橋平衡，則電橋將很快就能夠通過調節達到平衡。

（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彎曲，故常常導致B點按下去時，電阻絲滑開，導致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（無論怎么調節）。

（4）實驗中出現故障，檢流計的指針往往會只往一邊偏（無論怎么調節），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，必須調零。

（9）讀取Ls，Lx的長度（以米為單位）時，必須取小數點以后4位小數。

（10）做板式電位差計校正電表實驗時，表中數值可以按照電流讀數值變化，也可以按照Rs阻值變化，如果按照電流讀數值變化時，則當電流值為50MA時，Rs阻值往往只有1歐姆左右。可能會有一些問題出現，例如，誤差比較大，等等，應當想辦法解決這些問題。

3.總結

板式電位差計測量電池的電動勢和內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，并總結了實驗過程中的操作要點。上述經驗已經在實驗教學中得到了應用，收到了很好的效果，學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別與聯系［J］.黃岡師范學院學報，2002，22，（3）:74-75.

［2］張學華.用板式電位差計測電池的電動勢和內阻的實驗研究［J］.大學物理實驗，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］.陜西工學院學報，2000，16，（1）:85-87.

［4］元晶，宋燕飛.用板式電位差計測干電池內阻［J］.甘肅聯合大學學報（自然科學版），2006，20，（6）:55-58.

第2篇：電路補償法的基本原理范文

關鍵詞：供配電系統；電能質量；監測

引言

電力系統中存在各式非線性或不對稱負荷,對電能質量的影響日益嚴重，甚至威脅電力系統和用戶設備的正常運行。特別是對那些高度自動化的用電設備，每年因電能質量問題要承受巨大的經濟損失，應用新技術解決電能質量問題已成為電力系統研究領域中的熱門課題之一。隨著我國經濟和社會的飛速發展，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。為了滿足生產和生活的需要，提高供配電系統的電能質量就顯得勢在必行。

2電能質量。

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

但是從工程實用角度出發的電能質量包括電流質量、電壓質量、供電質量和用電質量四個方面。其中，電流質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；供電質量主要電壓質量和供電可靠性等方面；用電質量主要包括電流質量和非技術含義等方面。隨著我國供配電系統規模的不斷發展壯大，供配電系統電能質量產生的問題也隨之增加，電能質量主要受諧波、非線性負荷和元件等因素的影響。

2.1諧波。在供配電系統中，諧波主要是由電力變壓器產生的。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，從而產生諧波。因為電網諧波的污染，使得電網電能質量指標下降，從而進一步對影響供配電系統的安全穩定運行和增加了供配電系統的附加損耗。

抑制諧波的根本做法就是盡量減小以至消除波源產生的諧波分量，從而使注入電網的諧波降到國家標準的規定值以下。我國頒布的國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》中規定電網諧波電壓的限值。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，使諧波源少產生甚至不產生諧波。補償法是通過設置吸收裝置來吸收諧波源產生的諧波。裝設濾波器、設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、電抗器和電阻器聯結而成，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。在電力系統中，由于大量的非線性設備和負荷的存在，從而導致

諧波的產生。例如，家用的洗衣機和電風扇等設備的不平衡電流導致的電網波形改變，這也是諧波的重要來源。工業生產中，典型的非線性負荷有冷軋鋼機，電弧設備、礦熱爐、硅鐵爐和高頻爐等均屬此類非線性電力設備。隨著電力電子技術的飛速發展，晶閘管在電力工業中獲得了廣泛的應用，然而這些電子器件也是電力系統中的諧波源。

3改善電能質量的措施

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

3.1靜止無功發生器

靜止無功發生器(StaticVarGenerator，簡稱SVG)具有連續調節、調節范圍大、響應速度快、控制精度高、運行可靠等優點，是目前性能最好的動態無功補償裝置，它代表了當今無功補償裝置的發展方向。

所謂靜止無功發生器(SVG)，是指用自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態無功補償的裝置，它與靜止無功補償(SVC)裝置相比，具有調節速度更快，運行范圍寬等優點，并且在采取多重化、多電平或脈沖寬度調制(PWM)技術等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量，因此在靜止無功發生器進行研究對電能質量的提高具有一定的指導意義。靜止無功發生器的基本原理：就是將自換相橋式電路通過電抗器或者直接并聯在電網上，通過控制開關器件的通斷，來調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，使該電路吸收或發出所需無功電流，從而實現動態無功補償的目的。

其中，表示逆變器的輸出電壓，表示電網側的電壓。當以時，SVG處于超前運行狀態，發

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，吸收感性的無功功率，此時起到電抗器的作用；當時，SVG與電網系統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體開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻同相的輸出電壓，它就像一個交流電壓逆變器，只不過其交流側輸出接的不是無源負載，而是電網。因此，改變SVG交流側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，從而起到了補償的目的。

3.2電能質量的監測。隨著現代科學技術的發展，通過對電能質量監測技術進行相關研究，從而為建立起表征電能質量的數據庫提高理論基礎，在供配電系統和用電設備運行失效之前，捕獲到早期的故障信息，從而更好的保護供配電設備的安全運行，更好的提高電能質量。

3.3諧波發生器的控制。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。由于電能質量調節器的容量相對較大，對其所用的電力電子器件的安全性和效率要求較高，因此，控制器設計在提高電流跟蹤精度的同時，還應盡量保持逆變器的開關頻率恒定、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實際應用中一般采用基于PWM的電壓源逆變器作為發生器。現使用較多的控制方法有三角載波線性控制和滯環比較控制、前者是最簡單的控制方法，開關頻率恒定，裝置安全性較高，但響應較慢，精度較低。后者精度較高且響應快，但開關頻率可能波動很大。隨著微機控制技術和數字信號處理技術的迅速發展，控制披術的數字化必將在UPQC中得到進一步的應用、如無差拍控制就是在電流滯環控制技術的基礎上發展起來的全數字化控制技術的范例。基于人工神經網絡、甚于模糊邏輯以及預測控制等控制方法在電能質量調節器的控制策略中亦有所應用。

3.4電能質量調節技術及應用。作為改善電能質量的技術手段，從LC無源濾波裝量發展到串聯／并聯型APF，又從單一的APF走到將二者結合為一體的UPQC，歷經30多年。雖

然UPQC在我國電網戶的實際應用距發達四家還存在一定的差距，但隨著電力市場的形成，供電質量問題將日益尖銳，勢必會促進UPQC乃至電能質量調節器的實用化。

結束語。

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

參考文獻