導語：如何才能寫好一篇交流電壓，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

眾所周知，油浸紙絕緣電力電纜的現(xiàn)場試驗一般都采用直流電壓。試驗時可以同時測量泄漏電流，由泄漏電流的變化或者泄漏電流與試驗電壓的關系，可用以判斷絕緣狀況。數(shù)十年對油浸紙絕緣電力電纜采用直流耐壓試驗的實踐，已證明其作為現(xiàn)場定期預防性試驗項目能得出滿意的試驗結(jié)果，這也就是充油和壓氣電纜用直流電壓進行現(xiàn)場試驗的理由。這個試驗方法也同樣用于高壓XLPE絕緣電纜，它似乎是唯一可行的方法。

1XLPE絕緣電纜線路用直流耐壓試驗的缺點

高壓XLPE電纜線路的運行試驗表明，現(xiàn)場采用直流耐壓試驗不能有效地檢出有缺陷的XLPE絕緣電纜及附件。各國運行經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)通過直流耐壓試驗的XLPE絕緣電纜及附件在投入運行后有擊穿故障發(fā)生。

為此，CIGREWG21-09工作組(高壓擠包絕緣電纜試驗)于1984年向世界各國電纜制造商和電力公司調(diào)查，并組織進行模擬結(jié)構(gòu)樣品試驗，進一步確認高壓XLPE絕緣電纜采用直流耐壓試驗是不恰當?shù)?，其存在以下明顯的缺點：

a)直流電壓下絕緣電場分布與交流電壓下電場分布不同，前者按電阻率分布，而后者按介電系數(shù)分布，尤其在電纜終端和接頭等高壓電纜附件中，直流電場強度的分布與交流電場強度分布完全不同。這往往造成交流工作電壓下有缺陷部位在直流耐壓的現(xiàn)場試驗時不會擊穿而被檢出，或者在交流工作電壓下絕不會產(chǎn)生問題的部位，而在直流耐壓現(xiàn)場試驗時發(fā)生擊穿。

b)XLPE自身的固有場強高，要用很高的直流試驗電壓甚至嚴重損傷電纜才能檢出。例如，20kVXLPE電纜絕緣的50%處有金屬尖端，結(jié)果卻在10U0的直流電壓下才能使其擊穿。再者，在接頭內(nèi)有金屬尖端或密封電纜頭周圍有嚴重的缺陷，即使用12U0～16U0直流電壓試驗也不可能檢出。

c)由于XLPE的高絕緣電阻和相應的空間電荷效應，尚不能排除在直流電壓下會造成XLPE電纜絕緣非故意的預先損傷。直流耐壓試驗時形成的空間電荷，可造成電纜在投入交流工作電壓運行時擊穿，或附件界面因積聚電荷而沿界面滑閃。

2調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置實例

傳統(tǒng)的直流電壓試驗存在著嚴重缺點，必須尋求新的較為有效的試驗方法。非常自然的、符合絕緣機理的傾向，是采用交流電壓試驗方法，關鍵是要開發(fā)新型的交流電壓試驗設備。本文將詳細介紹由西門子柏林電力電纜廠等研制的8MVA，160kV調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗裝置。

2.1移動式

調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置設計的首要目的是試驗安全、簡便和快速，整個試驗設備均安裝在低底架的大卡車上。最重的組件是電抗器，重156.8kN。車輛總重量約400kN。

2.2試驗電壓連接線

電源電壓經(jīng)OHL門架的戶外終端和變壓器的輸出端或氣體絕緣開關(GIS)而饋電至用戶的電纜線路。通常連接到試驗設備的電抗器，包括可接至戶外套管或試驗電纜的插入式澆注樹脂絕緣管。內(nèi)部絕緣為SF6，以便能夠快速、安全和干燥地裝配。

1—帶有固定電感的電抗器，并可改變電壓輸出；2—戶外終端；3—已裝在電纜盤上的試驗電纜，帶有符合IEC859的開關設備的密封終端；4—饋電連接電纜；5—SF6氣體充氣站；6—用液壓驅(qū)動的起吊機；7—控制室；8—戶外終端運輸用的貯存器

2.3戶外套管

戶外套管的戶外部分有防水硅橡膠裙邊，并模鑄在耐壓的增強玻璃纖維塑料支撐管上。戶外套管的內(nèi)部，導體是用交聯(lián)聚乙烯絕緣并用硅橡膠電容式應力錐來控制場強。附加的內(nèi)部絕緣為SF6。這種結(jié)構(gòu)使安裝比較容易，此外，試驗也不會受天氣的影響。

戶外套管裝在電抗器上，用柔軟的銅導線接至被試電纜線路的戶外密封終端。如果該銅導線很長或沿著曲折的途徑，則應采用絕緣子來支撐。

2.4GIS饋電的試驗電纜

如果被試電纜和系統(tǒng)端接在GIS(氣體絕緣開關設備)內(nèi)，則電源饋電線可接至為試驗而特殊安裝的連接器殼體，殼體尺寸符合IEC859要求。

兩端都有密封終端的試驗電纜繞在電纜盤(安裝在車上)上，而且可拉開至70m長。用電子器件控制電纜盤的傳動機構(gòu)使敷設試驗電纜時達到靈活而且支撐牢固。用試驗電纜可接至現(xiàn)場GIS附近的任何地方。

試驗電纜的密封終端，與戶外套管一樣都是充以SF6氣體，確保裝配工作簡易和安全。

2.5初級電源的連接電纜

在大多數(shù)使用場合，試驗電源均從用戶的系統(tǒng)獲取。根據(jù)被試電纜的長度和電容，視在功率可能需要達200kVA。但是，在很多的試驗場合下，可能僅僅需要電源視在功率小于50kVA。為此，運輸車還有裝在電纜盤上的連接電纜，長度200m。

在所接入的電源負荷較大的場合或者饋電位置遠離公用電源系統(tǒng)時，本移動式大容量調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置還添加有可靈活移動的發(fā)電機。

2.6絕緣氣體源的環(huán)境安全

運輸車上有SF6氣體充氣站，提供所需的SF6氣體以及充氣至密封終端的真空和壓力系統(tǒng)，并提供可排氣和再充氣5MPa的壓力容器。

2.7在運輸車上起吊工作

戶外終端或試驗電纜密封終端安裝至電抗器需要質(zhì)量達100kg的起重機。起重機也安裝在拖車上。這樣，在用戶的現(xiàn)場就可直接進行工作而不受其他任何輔助設備的限制。

在開始安裝的時候，通常不可能與用戶的電網(wǎng)相連接。因此，起重機由直流電動機液壓驅(qū)動，直流電動機由拖車上的蓄電池供電。這樣，進行試驗的準備工作不會有任何延誤。

2.8設備控制和用戶操作室

運輸車是按成套移動式調(diào)頻串聯(lián)裝置而設計的，適用于戶外使用。因此，也裝有寬敞的測試間。其內(nèi)包括電子器件控制設備，計算機控制的聯(lián)機裝置以及容納操作和觀察人員的足夠空間。用戶能在各種氣候條件下從事試驗，而且便于試驗時做記錄或試驗全部結(jié)束后立即編寫試驗報告。

3運行經(jīng)驗

本試驗裝置自研制成功后，已用于110kVXLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗，并取得初步有效運行經(jīng)驗。

自從1996年以來，已在高壓電纜線路進行交流電壓試驗。大約80%的試驗連接是經(jīng)由戶外密封終端而進行的，約20%則是經(jīng)由GIS開關裝置進行。在已試驗的電纜線路中，長度最長的約3.8km，最高試驗電壓為160kV，僅利用試驗設備最大功率的50%。這意味著還可以試驗更長的電纜線路。

經(jīng)由戶外密封終端可方便地把交流電壓饋電至被試電纜線路。接線方式如圖2所示。利用銅導線把電抗器的電壓輸出接至電纜密封終端。

4結(jié)束語

用于長距離電纜線路的交流電壓試驗，需要相當大和重的試驗設備。為此，以往的XLPE電纜都是采用直流電壓試驗。高壓XLPE電纜線路的運行經(jīng)驗表明，采用直流電壓耐壓試驗不能有效地檢出XLPE電纜缺陷，特別是有缺損的XLPE電纜附件。這一點已取得國際共識，采用更有效的試驗方法勢在必行。

通過對工頻串聯(lián)諧振試驗裝置的研究和試制，已獲得一種適合于XLPE絕緣電纜和附件的試驗方法，即施加工頻或接近工頻的交流電壓，在電纜及附件上產(chǎn)生的電場分布與實際運行工作電壓下的電場分布相同，能夠比較有效地檢出XLPE電纜及附件缺陷，并逐步成為各國用作XLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗方法。

本文所介紹的新型調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗裝置，是把供電電源、產(chǎn)生試驗能量的主設備、連接至電纜線路的專用連接線和控制單元等所有組件全部安裝在低底架的拖車上。這樣就能機動靈活便于運作。迄今，最頻繁使用的是把試驗電壓接至戶外密封終端，也進行過把交流電壓經(jīng)由試驗電纜而饋電至符合IEC859的GIS開關設備。運行經(jīng)驗表明，該裝置的電氣系統(tǒng)和連接技術(shù)兩者的研制都是令人滿意的，而且可對高壓XLPE絕緣電纜線路進行既可靠又經(jīng)濟的交流電壓試驗。

綜上所述，開發(fā)并應用適合現(xiàn)場試驗的交流高壓試驗裝置具有現(xiàn)實意義。我們要借助國外的經(jīng)驗，加強試驗設備研制開發(fā)，加強試驗技術(shù)的研究，希望高壓XLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗會有突破性成就。

參考文獻

1WeinbergW，GoehlichL,ScharchmidtJ.SitetestsofXLPE-insulatedhigh-voltagecablesystemswithACvoltage［J］.ElektrizittsWirtschaft,1997,96(9):400～407

篇2

【關鍵詞】試驗變壓器；串聯(lián)諧振設備；電力變壓器；特點

【中圖分類號】TM832【文獻標識碼】A【文章編號】1006-4222（2015）23-0181-02

前言

對于特高壓輸電技術(shù)和絕緣的研究需要使用特定的特高壓交流試驗電源，而隨著特高壓輸電技術(shù)的進步，對于特高壓交流試驗電源的要求也越來越高，一般來說，特高壓交流試驗電源需要更大的工作電壓和充電容量，能為試驗提供更多的輸入電壓和電源容量，同時能在標準工作電壓下長期穩(wěn)定運行，符合相應的絕緣水平的標準要求。在試驗頻率上要高于工作頻率，能適應電壓調(diào)整并且能沖擊合閘。因此對于特高壓交流試驗電源不同類型電源進線特點研究和比較顯得極為重要。

1特高壓交流試驗電源特點探討

1.1試驗變壓器

1.1.1電壓和電源容量

試驗變壓器一般來說包括單級式試驗變壓器和串級式試驗變壓器，串級式試驗變壓器能滿足三相組的電流和電壓需求。從電壓的角度來看，試驗變壓器的輸出電流較小，輸入容量受到嚴格的控制，因此電源容量較小，而利用串級式試驗變壓器提高電源容量在理論層面可行，但是從經(jīng)濟性和操作可行性的角度來看并不現(xiàn)實，經(jīng)濟效率較低，而且實際意義不大。

1.1.2運行方式和絕緣效果

試驗變壓器是運行效果并不算優(yōu)異，由于其自身的散熱性能的影響，并不能長期的運行，而且絕緣系數(shù)較小，絕緣效果不理想，并不能滿足絕緣要求，在大氣電壓和操作電壓增大的同時很難做出相應的調(diào)整。

1.1.3輸入頻率

試驗變壓器的輸入頻率采用工頻源輸入，利用調(diào)壓器來調(diào)節(jié)電壓。試驗變壓器經(jīng)濟效益好，適用于容量較小的短時間試驗。

1.2串聯(lián)諧振設備

1.2.1電壓和電源容量

串聯(lián)諧振設備主要適用于單相高電壓的試驗，在三相電壓試驗中并不能應用，而且在一定程度上根據(jù)具體的調(diào)節(jié)情況，數(shù)據(jù)分析可以選擇其中一相來進行分析，在每一相都對稱的情況下，選擇哪一相對整體結(jié)果影響都不大，而三相電壓試驗中三相負荷并不對稱，選擇其中一相很難準確。從具體的特高壓交流試驗中可以看出，對負荷特性的要求較高，尤其是不能影響品質(zhì)因素，而串聯(lián)諧振設備對三相串聯(lián)諧振回路的調(diào)節(jié)很困難。串聯(lián)諧振設備主要的原理就是諧振原理，利用電感補償容性來調(diào)節(jié)無功功率，利用較小的輸入電源來達到較好的試驗效果，但是串聯(lián)諧振設備主要還是適合容性容量較小的試驗。

1.2.2運行方式和絕緣效果

串聯(lián)諧振設備本身具有散熱裝置，能長時間穩(wěn)定運行，但是絕緣系數(shù)較小，絕緣效果不理想，并不能滿足絕緣要求，在大氣電壓和操作電壓增大的同時很難做出相應的調(diào)整。

1.2.3輸入頻率

串聯(lián)諧振設備的回路主要有工頻串聯(lián)諧振回路和變頻串聯(lián)諧振回路，兩種不同的回路的輸入頻率不同。工頻串聯(lián)諧振回路一般來說，需要選擇工頻源，然后通過對電感量和電壓的調(diào)節(jié)來達到諧振效果，而變頻串聯(lián)諧振回路利用調(diào)節(jié)變頻裝置源來調(diào)節(jié)如初頻率，然后調(diào)節(jié)變頻范圍和電壓達到預期目的。串聯(lián)諧振設備適用于單相高電壓試驗，并且容量較大。

1.3電力變壓器

1.3.1電壓和電源容量

電力變壓器本身的容量較大，尤其是和其他類型的特高壓交流試驗電源來說容量更大，而且在實際的電力系統(tǒng)中應用更為普遍。電力變壓器本身就是一種較為常見的交流試驗電源，可以通過升壓變壓器將試驗電壓進行調(diào)整，同時也能滿足三相組的要求，容量更大。對于電壓來說，由于輸入電流較大，因此輸出容量受到一定的限制，在具體的特高壓交流試驗中可以降低電壓的空載損耗，選擇最小的限制容量，這樣能保證其長期穩(wěn)定運行。

1.3.2運行方式和絕緣效果

電力變壓器和試驗變壓器的結(jié)構(gòu)有很大的差異，其中有較大的設計亮點，散熱能力和絕緣水平較好。電力變壓器能長期穩(wěn)定的運行，保證試驗長時間的工作，但是需要注意的是，如果電力變壓器的容量長期比試驗用的容量大會在一定程度上影響機械設備的運行成本，因此需要增加試驗容量。在電力變壓器的絕緣效果上考慮，根據(jù)標準的設計要求，能承受較大電壓的侵襲，絕緣效果較好，因此不需要進一步的電壓限制措施。

1.3.3輸入頻率

電力變壓器的工頻源能滿足工頻頻率的要求，并且能滿足不同試驗頻率的要求，也能將電源電壓進行調(diào)整，產(chǎn)生變頻源，使其符合試驗電壓的要求。電力變壓器能通過調(diào)壓器和調(diào)壓機組來進行電壓調(diào)節(jié)。電力變壓器經(jīng)濟效益較差，但是適應能力強，適合大多數(shù)的特高壓交流試驗。

2特高壓交流試驗電源特點比較

特高壓交流試驗電源中試驗變壓器、串聯(lián)諧振設備和電力變壓器這三種特高壓交流試驗電源的具體特點，從電壓和電源容量、運行方式和絕緣效果、輸入頻率、適用范圍四個方面對這三種特高壓交流試驗電源進行比較，能直觀的看出每種交流電源的具體特點。通過對特高壓交流試驗電源不同類型的比較，可以分析出每種交流電源的特點和適用范圍，同時也能根據(jù)具體的試驗選擇不同類型的電源。在特高壓交流試驗電源想選擇上可以從經(jīng)濟性、時間范圍和容量以及相數(shù)等方面選擇，通過不同指標的綜合衡量選擇最佳的特高壓交流試驗電源類型，能更好的保證試驗效果，為特高壓輸電技術(shù)試驗提供更為標準、穩(wěn)定的電源。

3結(jié)語

綜上所述，特高壓交流試驗電源主要包括試驗變壓器、串聯(lián)諧振設備和電力變壓器這三種特高壓交流試驗電源，通過對每種交流電源的特點分析，明確了每一種交流電源的特點和適用范圍，具體來說，試驗變壓器經(jīng)濟效益好，適用于容量較小的短時間試驗，串聯(lián)諧振設備適用于單相高電壓試驗，并且容量較大，電力變壓器經(jīng)濟效益較差，但是適應能力強，適合大多數(shù)的特高壓交流試驗。根據(jù)三種特高壓交流試驗電源的特點探討和比較能在之后的工作中根據(jù)實際情況選擇不同的電源，滿足試驗的要求。

參考文獻

[1]丁薇，張福增，馬儀，王科，徐肖偉.特高壓交直流污穢試驗電源特性試驗研究[J].高壓電器，2012，03：1~5+11.

[2]方璐，徐先勇，羅安，方厚輝，李琪，吳敬兵.調(diào)頻式諧振特高壓試驗電源最優(yōu)PWM波形分析與實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，03：15~21.

篇3

引言

交流穩(wěn)壓技術(shù)的發(fā)展一直倍受廣大用戶和生產(chǎn)廠商的關注，其原因在于我國市場上現(xiàn)有的各種交流電力穩(wěn)壓產(chǎn)品，在技術(shù)性能上都有不盡人意之處。

在我國應用較早，且用戶最廣的交流電力穩(wěn)壓電源當屬柱式（或盤式）交流穩(wěn)壓器，雖然這種穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)點，但由于它是用機械傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動碳刷（或滾輪）以調(diào)節(jié)自耦變壓器抽頭位置的方法進行穩(wěn)壓，所以存在工作壽命短，可靠性差，動態(tài)響應速度慢等難以克服的缺陷。

近年來不少生產(chǎn)廠家針對柱式交流電力穩(wěn)壓器所存在的缺點，紛紛推出無觸點補償式交流穩(wěn)壓器，大有取代柱式穩(wěn)壓器之勢。這種電源實質(zhì)上仍然是采用自耦方式進行調(diào)壓，所不同的只是通過控制若干個晶閘管的通斷，改變自耦變壓器多個固定抽頭的組合方式，來代替通過機械傳動驅(qū)動碳刷改變自耦變壓器抽頭位置的一種調(diào)壓方法。這種方法固然提高了穩(wěn)壓電源的可靠性和動態(tài)響應速度，但卻失去了一個重要的調(diào)節(jié)特性——平滑性，即調(diào)節(jié)是有級的，其必然結(jié)果是穩(wěn)壓精度低（一般只有3％～5％），并且在調(diào)節(jié)過程中，當負載電流很大時會沖擊電網(wǎng)并產(chǎn)生低頻次諧波分量，對負載也會產(chǎn)生沖擊；另外采用這種方法所用變壓器較多（一相至少需二臺，即一臺自耦變壓器，一臺補償變壓器），這就增加了電源的自重和空載損耗。

    伴隨著全控開關器件的容量和性能以及模塊化程度的提高，集成控制電路功能的不斷完善，吉林市長城科技有限責任公司憑借自己的科技實力，率先研制出采用PWM技術(shù)，通過全控開關器件IGBT，對交流進行斬波控制的新型補償式交流穩(wěn)壓電源——JJY－ZK/BW系列斬控補償式交流穩(wěn)壓電源。為我國交流穩(wěn)壓技術(shù)的創(chuàng)新和滿足市場對高性能交流穩(wěn)壓電源的需求開創(chuàng)了新局面，下面對PWM交流斬控技術(shù)在該種交流穩(wěn)壓電源中的應用原理及性能做一簡要介紹。

1 PWM交流斬控調(diào)壓原理

圖1（a）所示，假定電路中各部分都是理想狀態(tài)。開關S1為斬波開關，S2為考慮負載電感續(xù)流的開關，二者均為全控開關器件與二極管串聯(lián)組成的單相開關[見圖1（b）]。S1及S2不允許同時導通，通常二者在開關時序上互補。定義輸入電源電壓u的周期T與開關周期Ts之比為電路工作載波比Kc，（Kc=T/Ts）。圖1（c）表示主電路在穩(wěn)態(tài)運行時的輸出電壓波形。顯然輸出電壓uo為：

式中：E（t）為開關函數(shù)，其波形示于圖1（c），函數(shù)由式（2）定義。

在圖1（a）電路條件下，則

E（t）函數(shù)經(jīng)傅立葉級數(shù)展開，可得

式中：D=ton1/Ts，ωs=2π/Ts，θn=nπ/Ts；

D為S1的占空比；

ton1為一個開關周期中S1的導通時間。

將式（4）代入式（3）可得

    式（5）表明，uo含有基波及各次諧波。諧波頻率在開關頻率及其整數(shù)倍兩側(cè)±ω處分布，開關頻率越高，諧波與基波距離越遠，越容易濾掉。

在經(jīng)LC濾波后，則有

把輸出電壓基波幅值與輸入電壓基波幅值之比定義為調(diào)壓電壓增益，即

由此可見電壓增益等于占空比D，因此改變占空比就可以達到調(diào)壓的目的。

2 控制方案設計與工作原理

一般情況下，PWM交流斬控調(diào)壓器的控制方式與主電路模型、電路結(jié)構(gòu)及相數(shù)有關。

若采用互補控制，斬波開關和續(xù)流開關在換流過程中會出現(xiàn)短路，產(chǎn)生瞬時沖擊電流；如設置換相死區(qū)時間，又可能造成換相死區(qū)時間內(nèi)二個開關都不導通使負載開路，在有電感存在的情況下，會產(chǎn)生瞬時電壓沖擊。本方案采用有電壓、電流相位檢測的非互補控制方式，如圖2所示。對相數(shù)而言本方案采用三相四線制，即用三個單相電路，組合成三相電源，這樣可以避免相間干擾，保持各相電壓輸出穩(wěn)定。

    由圖2可見，V1，VD1與V2，VD2構(gòu)成雙向斬波開關，Vf1，VDf2與Vf2，VDf1構(gòu)成雙向續(xù)流開關；Lof及Cof分別為濾波電感、電容；u1為補償變壓器初級繞組兩端電壓，u2為向主電路補償?shù)碾妷?。本方案采用了有電壓、電流相位檢測的非互補控制方式。圖3為在RL負載下，這種非互補的斬波開關和續(xù)流開關門極驅(qū)動信號的時序配合及一個電源周期中輸出電壓的理想波形。

由圖3可見根據(jù)負載電壓電流相位，一個電源工作周期可分為4個區(qū)間.

上述工作狀態(tài)，可用邏輯表達式表示為：

為保證電源滿足負載特性的要求及運行可靠性,本方案采用了圖4所示的控制電路結(jié)構(gòu)。

3 補償穩(wěn)壓原理及控制

圖5示出補償穩(wěn)壓電路。

圖5中電網(wǎng)電壓u，補償電壓uc，輸出電壓uo均為工頻。當u與uc相位差?=0°時，uo=u＋uc；當?=180°時，uo=u－uc。因此，當電網(wǎng)電壓u變化時調(diào)節(jié)uc的大小以及與u的相對極性即可保證uo的恒定。

    u與uc相對極性變換的控制如圖6所示。其輸出uQ接雙向晶閘管的過零觸發(fā)電路。采樣信號取自uo經(jīng)整流濾波后的輸出。電位器Rp用于調(diào)節(jié)輸入信號的門檻電壓，其傳輸特性如圖6（b）所示。

4 結(jié)語

PWM交流斬控技術(shù)用于交流穩(wěn)壓，顯著地提高了交流穩(wěn)壓電源的技術(shù)性能，其主要特點是：

    1）可采用全固態(tài)器件，真正做到了無觸點、無抽頭，因而可靠性高、工作壽命長；

2）平滑調(diào)節(jié)，輸出無級差，對電網(wǎng)及用戶無沖擊，不產(chǎn)生低頻次諧波干擾；

3）輸出精度高，實際精度可達到±0.5％，即便在正補償與負補償變換瞬間，輸出電壓波動也不超過額定電壓的1％；

    4）動態(tài)響應速度快，可達ms級；

篇4

關鍵詞: 封閉母線支柱絕緣子交流耐壓試驗

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一．概述

某發(fā)電廠#7機組發(fā)電機出口電壓27kV，出線采用離相封閉母線，主回路封閉母線A相50米，B相60米，C相43米，規(guī)格為外殼Ф1572×11，導體Ф940×16；三角連接回路封閉母線規(guī)格為外殼Ф1230×8，導體Ф600×15；分支封閉母線單相220米，規(guī)格為外殼Ф780×5，導體Ф150×12。支柱絕緣子采用瓷質(zhì)絕緣，兩側(cè)盆子采用有機絕緣。通過封閉母線，將發(fā)電機、中性點柜、勵磁變壓器、高壓廠用變壓器、主變壓器連接在一起。

二．試驗過程說明

封閉母線試驗電壓為57.6kV，由于封閉母線相當于一圓柱形電容，電容值大，試驗需要大容量設備。本次試驗采用串聯(lián)諧振式工頻耐壓裝置，一次容量150kVA,二次容量350kVA，可以滿足本次試驗所需容量。試驗前空試儀器，過壓整定為59.6kV，作為過壓保護用。為避免交叉作業(yè)，試驗選擇晚上進行。4日晚，準備工作結(jié)束，開始進行發(fā)電機封閉母線交流耐壓試驗。A、B相絕緣電阻分別為37.6/85.5 GΩ、37.4/88.0 GΩ，吸收比都在2.3左右，絕緣良好，交流耐壓試驗順利通過。C相絕緣電阻170 MΩ，并且?guī)缀鯖]有吸收現(xiàn)象，絕緣狀況差。根據(jù)電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準，35kV及以下的支柱絕緣子的絕緣電阻值，不應低于500 MΩ，初步確定，C相封閉母線有不合格支柱絕緣子。經(jīng)討論，先施加較低電壓等級交流電壓，檢查是否有放電聲音。試驗電壓升至23kV時，周圍有輕微的悶響，伴隨著悶響，諧振變壓器控制臺的電流表和功率因數(shù)表有小幅度的抖動現(xiàn)象，當電壓升至25kV時，試驗裝置過流保護動作，耐壓裝置斷電。試驗后C相絕緣電阻值為180 MΩ，變化不大。5日清晨，輕霧，空氣濕度略大，由于封閉母線微正壓裝置未投運，A、B兩相封閉母線絕緣電阻值均有明顯下降，阻值500 MΩ左右，C相略有下降；至上午10時，天氣晴好，A、B兩相封閉母線絕緣電阻值均明顯回升，達到50 GΩ左右，C相封閉母線絕緣電阻值變化仍然不明顯。初步判斷C相有支柱絕緣子帶有裂紋。5日晚繼續(xù)進行第二次交流加壓，電壓長時間維持在25kV左右后，再逐步升高電壓至試驗裝置保護動作。6日晚第三次施加交流電壓，至7日晚第四次施加交流電壓時，封閉母線內(nèi)部發(fā)出爆裂聲，試驗裝置保護動作時的試驗電壓分別為25kV、42kV、33kV、30kV。停止試驗，做好封閉母線的接地后，進入封閉母線檢查，發(fā)現(xiàn)一絕緣子已經(jīng)爆裂。8日更換該絕緣子后，C相封閉母線絕緣電阻值上升為39.4/89.5GΩ，交流耐壓試驗順利通過。

三．試驗過程分析

絕緣子為陶瓷材質(zhì)，陶瓷與金屬底座之間采用混凝土膠裝，整體為夾層絕緣，并且封閉母線等同于大電容，測試絕緣電阻時會有吸收現(xiàn)象，支柱絕緣子受潮或者絕緣體內(nèi)部有貫穿性缺陷時，吸收現(xiàn)象不明顯甚至沒有吸收現(xiàn)象。5日清晨的絕緣數(shù)據(jù)說明，A、B兩相絕緣子表面附著一層水膜，使絕緣電阻下降，并且無吸收現(xiàn)象，天氣晴好后，水膜消失，絕緣電阻回升；而C相一只絕緣子存在裂紋，潮氣一直存在于裂紋中，使絕緣電阻基本沒有變化。繼續(xù)施加交流電壓的目的在于，施加交流電壓后，絕緣子裂紋沿面會因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，熱量積累一定程度便會爆裂，從而確定問題絕緣子的位置。前兩次試驗電壓因為長時間維持在25kV以下，發(fā)熱使裂紋中的潮氣散發(fā)出去一部分，5日晚試驗時的放電電壓比4日晚試驗時的動作電壓高，因為相同的原因，第二次試驗電壓比第一次高。經(jīng)過兩次放電，使絕緣子裂紋沿面部分碳化，使第三次試驗動作電壓略低，第四次試驗時因為熱量積累到了極限發(fā)生爆裂。進入封閉母線檢查，印證了推測，絕緣子已經(jīng)破裂為若干片，從殘片上可以看出絕緣子內(nèi)部的裂紋。更換絕緣子后，絕緣電阻和其它兩相相近，說明C相封閉母線中僅此一只絕緣子絕緣不合格。

四．圖片分析

圖一 試驗后爆裂的支柱絕緣子

圖二 爆裂后的殘片

圖一所示為試驗后爆裂的支柱絕緣子，可以看出絕緣子內(nèi)部膠裝疏松，不均勻，瓷質(zhì)內(nèi)部有裂紋，耐壓過程中，裂紋表面發(fā)生沿面放電。圖二所示，是絕緣子爆裂后相對較小的碎片，約5cm×2cm×1cm，圖中可以看出絕緣子瓷質(zhì)部分在燒制過程中內(nèi)部形成的裂紋，裂紋處表面圓滑泛光，與周邊瓷質(zhì)粗糙的表面不同。圖片右下方是與封母導體接觸的地方，此處碳化痕跡最嚴重，說明此處放電最先發(fā)生。

五．試驗電壓的計算方法

27kV電壓等級設備的交流耐壓試驗電壓值，在電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準（GB50150－91，本工程當時尚未2006版規(guī)程）中沒有明確給出。本次試驗采用插入法計算得出試驗電壓值。用曲線模擬試驗電壓值與設備電壓等級之間的關系，其中，為設備電壓等級，為試驗電壓值。該曲線為一近似曲線，取不同的常數(shù)a、b、c可以模擬不同的曲線，基本可以滿足工程的需要。取15kV、20kV和35kV電壓等級設備試驗電壓作為參考，由于試驗時帶封閉母線兩側(cè)的盆子進行，試驗電壓標準取固體有機絕緣材料等級，分別為36kV、45kV、72kV，列方程組如下：

------（1）

------（2）

------（3）

求解此方程得：a=1.8，b=1，c=9。

把27kV電壓等級帶入曲線，求得試驗電壓值應為57.6kV。

六．小結(jié)

交流耐壓試驗為破壞性試驗，本案例正是利用了這一點。長時間施加交流高電壓，使絕緣體內(nèi)部絕緣薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生較大的介質(zhì)損耗，發(fā)生熱擊穿。

篇5

關鍵詞：直流；交聯(lián)聚乙烯絕緣；空間電荷；模注接頭；模注終端；界面；應力錐；

為探索交聯(lián)聚乙烯絕緣直流電纜附件的設計參數(shù)，筆者曾用交流110kV 和220kV 的預制型戶外終端和預制型中間接頭分別安裝在±200kV的交聯(lián)聚乙烯絕緣直流電纜上多次進行直流性能的摸底試驗。令人驚訝的不僅是這兩個電壓等級的交流電纜附件都不能通過±200kV直流電纜的熱循環(huán)試驗，在熱態(tài)（導體溫度70℃，電壓DC 1.85U0）下很快發(fā)生擊穿，而且交流110kV附件和交流220kV附件的擊穿水平無明顯差異。這一事實證明，盡管交、直流電纜附件在結(jié)構(gòu)上很相似，但是簡單地用加大電纜附件的絕緣尺寸的辦法設計直流電纜附件，其結(jié)果是不理想的。眾所周知，這是由于交、直流電纜的工況有很大差異。交流電場是由介電常數(shù)ε控制，受電場和溫度的變化量較小。直流電場是由材料的電導率σ控制，σ隨電場和溫度影響很大甚至達到幾個數(shù)量級。因此，在直流電纜附件的絕緣內(nèi)，電導率-溫度-電場相互交替影響，不斷地變化。絕緣內(nèi)，特別是在不同絕緣材料組成的交界面（界面）上，會積聚空間電荷，導致局部電場畸變，甚至發(fā)生絕緣擊穿【1】。抑制絕緣界面的空間電荷是開發(fā)高壓直流電纜附件的關鍵技術(shù)。

1. 絕緣界面空間電荷的抑制

和交流電纜附件的結(jié)構(gòu)相似，直流電纜附件的絕緣往往也是由多種絕緣材料組合而成的。不同絕緣材料的交界面處（界面），由于材料性能的差異，會積聚空間電荷，導致局部電場畸變，甚至可以達到正常工作場強的 7～8倍，導致絕緣的擊穿。

直流電壓下，空間電荷的積聚情況與材料性能（導電率和介電常數(shù)）、所施加的電壓和測試的溫度有關，而且變化很大。作為一個概念性的說明，圖1 顯示一個模型電纜絕緣層內(nèi)空間電荷的積聚的情況。圖1（A）顯示單一的電纜絕緣（XLPE）內(nèi)，空間電荷主要積聚在電極（導體和屏蔽）上，絕緣層的中間部分較少。然而，電纜附件的絕緣層往往是由兩種或兩種以上的絕緣材料組成，例如圖1（B）示出由XLPE和EPR組成的組合絕緣，在XLPE和EPR的界面上積累大量的空間電荷。

目前普遍采用馬克斯韋爾-瓦格納（Maxwell-Wagner）的界面極化理論【2】【3】來解釋界面空間電荷的積累情況，認為如果能使附件的增強絕緣的材料性能，主要是在不同溫度和不同電場下材料的導電率和介電常數(shù)之比值與電纜的主絕緣相近，就能有效地抑制界面上的空間電荷，從而可以從根本上保證直流電纜附件的成功。這一理論也已被國內(nèi)外大量學者在實驗室中反復證實。

根據(jù)上述原理，一些電纜附件制造商和材料供應商開始研究和開發(fā)能在不同溫度和不同電場下材料的導電率和介電常數(shù)之比值與電纜的主絕緣相近的新的直流電纜附件材料。從迄今所獲得的結(jié)果【4】-【9】來看，國內(nèi)一般都是以乙丙橡膠（EPR/ EPDM）為基料作改性配方。雖然有些實驗室數(shù)據(jù)顯示了不錯的性能，但是迄今尚未見有商業(yè)化使用這類材料的報道?？梢?，對此種附件材料的開發(fā)難度相當大。

據(jù)介紹【10】ABB公司提出在電纜絕緣與附件增強絕緣之間加入了一層非線性過渡層，它能在不同溫度和不同電場下分別與兩側(cè)的絕緣（電纜絕緣與附件增強絕緣）材料的導電率和介電常數(shù)之比值接近，從而抑制界面上的空間電荷。當然，這是解決界面空間電荷的一種很理想的方案，然而也是難度極大的方案。

基于現(xiàn)實的條件，為了解決電纜附件絕緣界面空間電荷積聚的問題，本文提出一種新型直流電纜附件的設計----無界面交聯(lián)聚乙烯電纜附件。新的設計理念是將電纜附件的應力錐和接頭增強絕緣用與電纜絕緣相似的交聯(lián)聚乙烯料在電纜絕緣上模注成型。附件增的強絕緣與電纜絕緣交界面融成一體，皮之不存毛將焉附，消除了“界面”，空間電荷的積累情況得以根本的改善。

由此，筆者設計了直流模注型接頭和直流模注型終端。上述兩個模注型直流電纜附件試制樣品安裝在同一根±200kV/ 1000mm2的直流電纜上進行試驗，取得良好效果。

2. 直流模注型接頭的設計

圖2 是直流模注型接頭的結(jié)構(gòu)示意。導體連接采用等直徑焊接。導體屏蔽、接頭增強絕緣和絕緣屏蔽采用與電纜絕緣相似的交聯(lián)聚乙烯料模注成型，與電纜的絕緣和屏蔽熔融一體。

直流模注型接頭的絕緣外徑可以與電纜絕緣等直徑，也可以略大于電纜絕緣外徑。同時，接頭的結(jié)構(gòu)上充分考慮了海底電纜的使用特點。因此，直流模注型也可以作為海底電纜的工廠軟接頭用。

3. 直流模注型終端的設計

直流模注型終端的結(jié)構(gòu)與預制型終端很相似，外絕緣是瓷套管或復合套管，油浸式，用應力錐控制終端內(nèi)外電場分布。傳統(tǒng)預制型終端的應力錐是在工廠內(nèi)用硅橡膠或乙丙橡膠預制成型，在現(xiàn)場擴張后套入經(jīng)過處理后的電纜絕緣上。這樣，在電纜絕緣和應力錐之間形成了一個界面。如上所述，這層界面上在直流電場下會積聚空間電荷。直流模注型終端的應力錐用與電纜絕緣相似的交聯(lián)聚乙烯料在電纜絕緣上模注成型，應力錐與電纜絕緣交界面融成一體，消除了“界面”，空間電荷的積累情況得以根本的改善。圖3是直流模注型終端的結(jié)構(gòu)示意和與傳統(tǒng)預制型終端的比較。

4. 安裝工藝和質(zhì)量檢測

直流模注型接頭和直流模注型終端的模注成型是在現(xiàn)場進行的。方法如圖4所示。圖5示出現(xiàn)場安裝工藝流程。全部工藝參數(shù)，包括注料量，注料溫度，真空度，注料壓力和交聯(lián)溫度等全過程用計算機控制。

5. 樣品鑒定試驗

眾所周知，迄今還沒有相應的國家（GB）標準和國際（IEC）標準規(guī)范直流電纜及附件的試驗方法和要求。目前國際上大多數(shù)制造商都是參照國際大電力網(wǎng)會議第21工作組（CIGRE WG21-01）推薦的TB496【11】的試驗方法進行試驗。我國國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢測中心推薦的技術(shù)規(guī)范TICW7.1-2011【12】等同采用了CIGRE TB496 WG21-01的推薦方法，在國內(nèi)普遍受到認同。

本次樣品鑒定試驗是參照上述CIGRE TB496 WG21-01和TICW7.1-2011推薦的方法進行的。在一根±200kV / 1000mm2的直流電纜上，安裝±200kV 直流模注型接頭和±200kV 直流模注型戶外終端組成試驗回路。在國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通過了采用電壓源換流器（VSC）的±200kV直流系統(tǒng)的電纜附件型式試驗項目。表1列出主要試驗項目及試驗結(jié)果。

6. 結(jié)言

直流電壓下，電纜絕緣與附件增強絕緣交界面上的空間電荷的積累會導致局部電場嚴重畸變，甚至發(fā)生擊穿。降低和控制電纜附件絕緣界面空間電荷的積聚是開發(fā)高壓直流電纜附件的關鍵技術(shù)。

直流模注型接頭和直流模注型戶外終端的應力錐和接頭的增強絕緣是用與電纜絕緣相似的交聯(lián)聚乙烯料模注在電纜絕緣上成型，消除了“界面”，空間電荷的積累情況得以根本的改善。已經(jīng)成功地開發(fā)了±200kV電壓等級的直流電力電纜附件，在國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心按照國際大電網(wǎng)會議CIGRE TB496推薦的試驗方法和我國國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢測中心推薦的技術(shù)規(guī)范TICW7.1-2011通過了型式試驗。進一步的預鑒定試驗正在進行之中。

無界面高壓直流電纜附件的開發(fā)為今后的直流擠出絕緣電纜的附件發(fā)展提供了新的設計理念

參考文獻

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[3] S. Delpino， D. Fabiani， G.C Montanari et al Polymeric HVDC cable design and space charge accumnlation. Part 2： Insulation interfaces IEEE Electrical Insulation Magazine 2008 24（1） 14-22

[4] 顧金，王俏華，伊毅，李旭光高壓直流XLPE電力電纜預制式接頭的設計高電壓技術(shù)第35卷第12期 3159-3163， 2009.12

[5] 王雅群，高壓直流塑料電纜中空間電荷抑制方法研究上海交通大學碩士論文 2009

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[8] 王俏華，顧金，吳建東，尹毅預處理溫度對高壓直流電纜附件絕緣材料空間電荷的影響電網(wǎng)技術(shù) 2011第1期

[9] 呂亮，王霞，何華琴硅橡膠/三元乙丙橡膠界面上空間電荷的形成中國電機工程學報 2007， 27（15） 106-109

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篇6

關鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜串聯(lián)諧振耐壓耐壓試驗車

中圖分類號： U273.94文獻標識碼： A

為了檢驗XLPE電纜的施工質(zhì)量，確保電纜在長期高場強、大負荷運行運行條件下不發(fā)生故障，國內(nèi)外的電力公司竣工投產(chǎn)前或檢修后運行的試驗中，通常需要對在高壓電纜進行耐壓試驗。

根據(jù)國際電工學會IEC 60840規(guī)定，110kVXLPE電纜耐壓試驗有兩種方法：直流耐壓3U0，15分鐘；交流耐壓1.7U0 5分鐘或1U0 24小時；IEC 62067標準中220kVXLPE電纜試驗取消了直流耐壓，規(guī)定交流耐壓1.7U0 5分鐘或1U0 24小時。國內(nèi)目前交接試驗一般按照GB 50150《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》進行，電纜運行后的檢修依據(jù)Q/GDW 168《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》進行。

高壓電纜耐壓試驗方法

高壓電纜耐壓試驗方法主要有直流耐壓試驗、傳統(tǒng)的交流耐壓試驗、串聯(lián)諧振耐壓試驗、振蕩電壓試驗系統(tǒng)、超低頻試驗系統(tǒng)等等，不同的耐壓試驗方法的特點各有不同

電纜直流耐壓試驗對試驗設備以其重量輕，可測電纜長度長為特點，便于應用。但是其電場分布與交流電壓下的電場分布不同，導致?lián)舸┨匦圆灰恢拢恢绷鞲邏涸囼炓膊荒馨l(fā)現(xiàn)XLPE電纜絕緣中的水樹枝等缺陷，而且由于空間電荷的作用，還容易試驗投產(chǎn)后在交流電場作用下的絕緣擊穿；另外如果現(xiàn)場直流試驗發(fā)生閃絡或擊穿可能會對其他正常的電纜和接頭的絕緣造成危害，因此直流耐壓試驗現(xiàn)在很少使用。

傳統(tǒng)的交流耐壓試驗使用的電源為普通試驗變壓器型式，對試驗電源與變壓器要求較高，尤其長的電纜線路，其容量很難滿足要求，而且體積龐大不利于現(xiàn)場運輸。

為了減輕電源系統(tǒng)的重量，電纜變頻諧振耐壓試驗得到廣泛應用，其原理是通過改變試驗系統(tǒng)的電感量或試驗頻率，使試驗回路中電抗與電纜的容抗值相同，組成諧振回路，試品上的大部分容性電流與電抗器的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，從而降低了試驗電源的容量。試驗方法包括串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振兩種方式，其中括串聯(lián)諧振耐壓試驗應用最廣泛。GB 50150規(guī)定交接試驗中，電纜變頻諧振耐壓試驗的頻率范圍為20~300Hz。

振蕩電壓試驗這種試驗方法包括用直流電源給電纜充電，然后通過一個觸發(fā)球隙放電給一組串聯(lián)電阻和電感，從而得到一個阻尼振蕩電壓。必須注意對于長電纜，振蕩電壓方法是有問題的。盡管振蕩電壓試驗方法比直流耐壓試驗方法更有效，但此方法仍不如工頻試驗效果好。

超低頻試驗（VLF）已被廣泛應用于中壓電纜的試驗，但目前還沒有可用于高壓電纜試驗的超低頻裝置。

串聯(lián)諧振耐壓試驗的原理

圖1 串聯(lián)諧振等效電路

變頻串聯(lián)諧振的基本原理是一個基本的LC串聯(lián)諧振回路，具體如圖1。要使回路發(fā)生諧振，有很高的輸出電壓，回路中的容抗與感抗必須相等。即：

此時：

式中 f0——電源頻率；

I——試驗回路電流；

w0——電源角頻率；

串聯(lián)諧振可通過調(diào)節(jié)電感、電容或頻率使電路達到諧振條件，由于該試驗大多是針對現(xiàn)場大電容設備進行的，因而電容確定時，一般通過采用調(diào)感或調(diào)頻來進行補償使試驗回路達到串聯(lián)諧振狀態(tài)。

由于容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)時，電源供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，為試品容量的1/Q（Q為系統(tǒng)的諧振因素），因此試驗電源的容量降低，重量大大減輕。

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與電纜電容實現(xiàn)諧振，在電纜上獲得高電壓，是當前高電壓試驗比較成熟的方法。

變頻串聯(lián)諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形的畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對電纜的誤擊穿。變頻串聯(lián)諧振工作在諧振狀態(tài)，當電纜的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降。發(fā)生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧立即熄滅。

電纜變頻諧振耐壓試驗車

杭州供電公司從事的35kV及以上高壓電纜交接試驗以及檢修后的試驗均采用串聯(lián)諧振耐壓試驗，傳統(tǒng)的試驗方法是通過調(diào)節(jié)電抗器值，使電路在50Hz頻率附近達到諧振條件。但該試驗方法通常包括電源箱、控制柜、隔離變、勵磁變、電抗器等主要設備，缺點是設備多、集成性差、試驗接線復雜、不便于運輸。

為了解決傳統(tǒng)串聯(lián)諧振耐壓試驗的缺陷，杭州供電公司于2013年通過引進德國海沃公司的WRV型變頻諧振試驗系統(tǒng)，并組織專業(yè)人員技術(shù)改造，形成了現(xiàn)在的高壓電纜耐壓試驗車，其結(jié)構(gòu)及實物見圖2、3。

該設備的優(yōu)點是通過變頻控制單元調(diào)節(jié)電源頻率可以使電纜線路與高壓電抗器的組成串聯(lián)諧振回路，而不必如傳統(tǒng)的試驗方法需要多個電抗器串并聯(lián)以使回路來達到諧振點，因此占地面積??；設備使用的高壓電抗器采用鐵殼式電抗器，外接散熱片，具有良好的散熱效果;而國產(chǎn)設備采用絕緣桶結(jié)構(gòu)，散熱效果欠佳，在大電流時耐壓時間難以持續(xù)太長，電抗器易過熱燒壞；系統(tǒng)的可靠性高、多種完善的保護措施，例如電抗器的溫度檢測和過熱保護、隔離阻抗對擊穿后瞬態(tài)過電壓的保護、穿檢測和快速關斷、其它軟件和硬件保護；并且該設備可以測量電纜的局部放電量，可以發(fā)現(xiàn)電纜的不明顯缺陷，保證電纜投運后的安全。

圖2 串聯(lián)諧振耐壓試驗車結(jié)構(gòu)圖

圖3 串聯(lián)諧振耐壓試驗車

串聯(lián)諧振耐壓試驗車試驗過程及需要注意以下問題：

1.試驗必須可靠接地,接地電纜截面不小于50mm2

2.勵磁變的輸入對地必須絕緣

3.在通電前及工作過程中，必須關好柜門

4.斷掉總電源至少6分鐘才能進行變頻柜的內(nèi)部維修，查找原因

5.即使面板上的按鈕開關關掉，控制部分也可能帶電，必須關掉總電源才能進行維修

6.三相供電(尤其是柴油發(fā)電機)的中性點(N線)必須接地，合閘前必須檢查供電電壓,包括線電壓和相電壓（柴油發(fā)電機運行幾分鐘后，用萬用表測量，正常后再送電）

7.供電開關不能帶漏電保護

8.柴油發(fā)電機的容量應為所需容量的2.5倍以上

篇7

關鍵詞：特高壓輸電；超高壓輸電；交直流輸電

中圖分類號： TF351 文獻標識碼： A 文章編號：

現(xiàn)階段，我國的電網(wǎng)骨干架實行的是500kV的交流、±500kV的直流，電力輸送的能力以及電力輸送的規(guī)模受到限制。從我國的實際情況考慮，負荷受端電網(wǎng)比較密集，開辟新的輸電線路存在較大的難度，負荷受端電流短路的情況比較突出，實行長距離送電會產(chǎn)生較大的電力損耗。筆者將主要對特高壓輸電以及超高壓輸電進行對比，分析兩者存在的差異，以便作為參考。

一、分析國家大力建設特高壓電網(wǎng)的原因

近幾年來，我國電源發(fā)展的速度比較快，但是電網(wǎng)的建設相對落后，輸電能力有待加強，電源的發(fā)展和電網(wǎng)的發(fā)展不協(xié)調(diào)。在當前情況下，500kV跨區(qū)同步的電網(wǎng)之間的聯(lián)系較為薄弱，輸電的能力受到一定的限制，大型電網(wǎng)不能發(fā)揮出它的優(yōu)越性，跨區(qū)域的電網(wǎng)對電力的補償明顯不夠，現(xiàn)有的電網(wǎng)在遠距離和大容量輸電方面存在不足，需要引入特高壓電網(wǎng)進行輸電。

二、特高壓和超高壓的概念

根據(jù)電壓的不同，交流輸電電壓主要分為三種：第一，高壓；第二，超高壓；第三，特高壓。超高壓簡稱EHV，國際上定義的電壓范圍是330 kV～1000 kV，特高壓簡稱UHV，電壓為1000 kV，特高壓直流簡稱UH-VDC，電壓為±600 kV以上。

從我國的實際情況來看，超高壓分為三個層次：第一，330 kV；第二，500 kV；第三，750 kV。特高壓交流為1000kV電壓，特高壓直流為±800kV電壓。在特高壓電網(wǎng)建成之后，我國的電網(wǎng)骨干架將變成交流輸電網(wǎng)1000kV、直流系統(tǒng)±800kV電壓，可以和各級輸配電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)，使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得更加清晰。

三、特高壓輸電以及超高壓輸電的比較

1、輸送的容量

在交流輸電線路中，自然功率是體現(xiàn)輸送能力的重要標志。自然功率與電壓的平方存在正比的關系，阻抗與波阻抗呈現(xiàn)反比的關系。如果交流線路是1000 kV，和500kV相比，它的波阻抗比較低，輸電的能力比較高，在自然功率上，前者是后者的5倍。在特高壓輸電線路送電的能力方面，一回1000kV約為500萬千瓦，500kV約為88.5萬千瓦，前者大約是后者的5倍。

當直流特高壓為±800kV時，它的輸電能力約為640萬千瓦；當高壓直流為±500kV時，前者和后者輸電能力的比例為21:10；當高壓直流為±620kV時，±800kV與±600kV輸電能力比例為27:10。

2、增強聯(lián)網(wǎng)能力

對交流特高壓進行同步聯(lián)網(wǎng)，可以減小電氣距離，使電氣的聯(lián)系更加緊密，穩(wěn)定性增強。大電網(wǎng)互聯(lián)可以產(chǎn)生多種效益，主要包括：第一，水火互濟；第二，錯過峰期；第三，跨流域?qū)崿F(xiàn)互補；第四，降低系統(tǒng)裝機的備用容量。采用特高壓聯(lián)網(wǎng)，在網(wǎng)間可以提高功率交換的水平，對資源進行優(yōu)化配置，對電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進行改善，短路電流超過標準的問題得到解決。

3、送電距離

在電網(wǎng)中計算兩個節(jié)點的電氣距離時，可以用與電壓等級相對應的等效串聯(lián)阻抗值來計算。電氣距離主要和以下因素相關：第一，線路電壓；第二，線路長度；第三，單位長度的阻抗。電氣距離和線路電壓的平方存在正比的關系，線路長度越大，電氣距離越大，電氣距離與單位長度的阻抗呈現(xiàn)正相關的關系。如果電氣的距離比較短，電氣之間的聯(lián)系就越緊密，電氣的穩(wěn)定性比較好。1000kV的交流特高壓輸電和500kV的輸電線路，如果兩者的線路長度相等，電氣距離前者是后者的四分之一。如果兩者的輸送功率相同，前者的最遠送電距離是后者的四倍。

應用±800kV的直流輸電技術(shù)，可以加大送電的距離，實現(xiàn)超遠距離輸電。它的經(jīng)濟送電距離可以超過2500公里。

4、線路損耗

在電網(wǎng)運行中，線路的電阻損耗是很重要的評價指標。它與兩個因素存在關系：（1）線路電阻，它和線路電阻呈現(xiàn)正相關的關系，（2）線路電流，它和線路電流的平方成正比例關系。如果輸送的容量相同，當提高電壓時，電流就會降低，線路電阻的降低以平方的狀態(tài)呈現(xiàn)。對于1000kV交流線路和500kV的交流線路，如果兩者的導線截面和輸送容量都一樣，前者的電阻損耗是后者的四分之一。

如果直流線路為±800kV、±500kV，前者與后者的電阻損耗比例為39:100；如果直流線路為±800kV、±620kV，兩者電阻損耗的比例為3:5。

5、對土地資源的節(jié)約

在特高壓電流中，同塔雙回線路走廊寬度為75米，貓頭塔單回線路走廊寬度為81米。前者單位走廊的輸送能力是13.3萬千瓦/米，后者的單位走廊的輸送能力是6.2萬千瓦/米，兩者的比例約為2:1。同類型500kV線路的單位走廊輸送能力約為它的三分之一。

在特高壓直流中，直流輸電方案定為三種，第一，±800kV、640萬千瓦，設為A；第二，±500kV、300萬千瓦，設為B；第三，±620kV、380萬千瓦，設為C。在線路走廊、單位走廊寬度的輸送量上，A種方案和B種方案的比例是129:100，A種方案與C種方案的比例為137:100。

6、減少工程投資

應用特高壓輸電技術(shù)，能夠減少導線、鐵塔架構(gòu)的使用，節(jié)省工程的資金投入。據(jù)相關的研究結(jié)果顯示，在計算單位輸送容量的綜合造價時，1000kV和500kV輸電方案的比例為73:100，大大節(jié)省了投資。

四、采用特高壓產(chǎn)生的效益分析

1、使電力制造業(yè)技術(shù)水平提高

建設特高壓電網(wǎng)，可以使電力企業(yè)的創(chuàng)新能力得到增強，輸變電設備的制造企業(yè)制造水平得到提升，電力裝備的技術(shù)增強，產(chǎn)品形成了競爭優(yōu)勢。

2、經(jīng)濟效益比較明顯

建成特高壓電網(wǎng)，規(guī)模較大的跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)就可以實現(xiàn)。產(chǎn)生的效益如下：（1）錯峰，（2）調(diào)峰，（3）水火互濟，（4）互為備用，（5）降低棄水的電量，（6）降低網(wǎng)間損耗。原來的輸電線路是500kV輸電，采用交流特高壓之后，可以節(jié)省成本，輸電通道的重復建設變少，減少了資金的投入。

3、電網(wǎng)更加安全、可靠

現(xiàn)階段，大區(qū)域500kV交流聯(lián)系相對較弱，影響到電網(wǎng)的安全性；在負荷集中的地區(qū)，500kV短路電流會出現(xiàn)超過標準的現(xiàn)象。在我國，實行特高壓電網(wǎng)的建設工作，上述問題就可以得到妥善的解決，在東部地區(qū)，用電負荷比較大，可以為其進行網(wǎng)架支撐。

4、減輕鐵路運輸?shù)膲毫?/p>

建成特高壓電網(wǎng)后，可以把大型的電網(wǎng)、大型的火電、大型的煤礦結(jié)合在一起，使煤、電成為一體，煤炭的回采率增加，煤炭、電力的成本變小。

結(jié)語：

經(jīng)濟社會快速發(fā)展，人們的生活水平明顯提高，生活用電、企業(yè)用電以及其他類型的用電量不斷增加，東部地區(qū)是用電的集中區(qū)，電網(wǎng)系統(tǒng)需要升級。針對以上的問題，建設特高壓直流電網(wǎng)，電網(wǎng)的安全性得到增強，電網(wǎng)變得更加可靠，經(jīng)濟效益比較顯著，鐵路運輸?shù)膲毫Φ玫骄徑?，電力制造業(yè)技術(shù)升級，電力企業(yè)的創(chuàng)新能力不斷增強，有助于完善電網(wǎng)系統(tǒng)，保證生活用電、工業(yè)用電等。

參考文獻：

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[3]徐秉雁.特高壓輸電與超高壓輸電經(jīng)濟性比較[J].電瓷避雷器，2011(1)

篇8

關鍵詞：交流測速；發(fā)電機；軸電壓誤差；分析

在我國的自動化控制系統(tǒng)以及解算裝置中，交流測速發(fā)電機具有非常多的作用和功能，最主要的功能有四個。第一個功能是作為系統(tǒng)中的測速元件進行使用；第二個功能是作為系統(tǒng)中的校正元件進行使用；第三個功能是作為系統(tǒng)中的解算元件進行使用；第四個功能是作為系統(tǒng)的角加速度測量信號元件進行使用。我們針對不同型號和參數(shù)的測速發(fā)電機，對于其使用性能以及相應的精度參數(shù)都有不同的要求。如果交流測速發(fā)電機的主要作用是進行速度反饋以及阻尼元件使用，那么我們就要求發(fā)電機的堵轉(zhuǎn)加速度較高同時零速輸出的電壓較低；如果交流測速發(fā)電機作為積分元件進行使用，我們就要求發(fā)電機的輸出電壓不會在溫度升高的過程中有很大的偏差，同時要求發(fā)電機具有較短的加熱時間。因此我們在進行測速發(fā)電機的設計過程中，要參照實際的使用情況以及發(fā)電機的用途不同和要求不同來進行具體的設計，最主要的是要突出發(fā)電機的使用功能特性，這樣就會讓發(fā)電機的其他特性受到一定程度的減弱。在歐美國家中測速發(fā)電機根據(jù)使用的功能不同，大致分成了三種。第一種是阻尼測速發(fā)電機；第二種是溫度補償測速發(fā)電機；第三個是網(wǎng)絡補償測速發(fā)電機。在我國并沒有按照相關的用途進行測速發(fā)電機的種類區(qū)分，但是我國的測速發(fā)電機的指標要求較高；例如發(fā)電機的頻率靈敏度指標；發(fā)電機的電壓靈敏度指標以及軸誤差指標等。文章對零速輸出電壓有所了解，以便生產(chǎn)廠家能在生產(chǎn)過程中加以控制和測量，使用方能在系統(tǒng)中加以補償，以減小或消除其影響。零速輸出電壓可分為基波同相分量、基波正交分量、軸誤差電壓、位置誤差電壓等。文章對軸誤差電壓的概念和測量方法做一分析介紹。

1 交流測速發(fā)電機的軸誤差電壓的主要內(nèi)容

在測速發(fā)電機中，軸誤差電壓主要是基波輸出電壓伴隨著轉(zhuǎn)子的180度范圍旋轉(zhuǎn)的電壓變化而變化的電壓。軸誤差電壓的數(shù)值為零速輸出電壓的基波有效值中的最大值以及最小值兩者之差的一半。同相位的軸誤差電壓是最大的同相零速輸出電壓相位旋轉(zhuǎn)180度之后的最大輸出電壓和最小輸出電壓之間差值的一半。關于正交位置過程中的誤差電壓數(shù)值是正交零速電壓輸出基波的相位最大輸出零速電壓和最小輸出零速電壓之間的差值的一半。如果發(fā)電機在運行過程中不存在這一位置，正交位置的誤差電壓的數(shù)值就指的是相同相位的最大輸出零速電壓同最小輸出零速電壓之間差值的一半。具體的計算公式為

2 交流測速發(fā)電機中的軸誤差和速敏輸出電壓之間的關系

速敏輸出電壓主要指的是測速發(fā)電機輸出電壓只是轉(zhuǎn)速函數(shù)的基波電壓。根據(jù)美國的相關標準規(guī)定：發(fā)電機的軸誤差電壓在相同的轉(zhuǎn)速以及試驗條件下，是兩個方向的同相位基波電壓的代數(shù)和的一半。具體的計算公式為：

根據(jù)上述的公式我們可以得出，發(fā)電機的軸誤差電壓過大同時發(fā)電機的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)的輸出電壓的差值過大，會嚴重的影響發(fā)電機的運行效果。

3 交流測速發(fā)電機中的軸誤差電壓的主要測量方法

根據(jù)美軍標MIL一-T2282lB對軸誤差電壓的定義和試驗，可以分為以下兩種測量方法。

（1）測量正、反轉(zhuǎn)向時的輸出電壓的基波值求其代數(shù)和的二分之一。以同向軸誤差電壓為例：用精度試驗臺測量在相同轉(zhuǎn)速和試驗條件下（包括相同的電壓頻率溫度等）兩個旋轉(zhuǎn)方向的同相基波輸出電壓。我們可以用以下公式表示：

（2）測量零速輸出電壓同相分量的最大幅值a和最小幅值b進行計算：當轉(zhuǎn)子位置在0°-360°范圍內(nèi)改變時，用相敏電壓表測出a和b來。若a和b的相位相差180時，則同相軸誤差電壓為：

在沒有精度試驗時，就可以用這種方法求同相軸誤差電壓。

4 交流測速發(fā)電機中的軸誤差電壓以及同相線性誤差之間的關系

第一，根據(jù)美國的相關標準，在相同相位的情況下，速敏輸出電壓在數(shù)值上就等于同轉(zhuǎn)速以及同試驗條件下的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)測量得到同相位基波輸出電壓的數(shù)值之差的一半。第二，按照我國的相關標準規(guī)定，測量計算同相位線性誤差電壓的方法是：在線性上的最大轉(zhuǎn)速以內(nèi)測量正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)五到六次，通過測量得出同相位下的基波輸出電壓的最大值以及最小值，同樣也要取兩者之差的一半。

5 交流測速發(fā)電機中的軸誤差電壓較小的具體方法

交流測速發(fā)電機的軸誤差，經(jīng)過現(xiàn)階段的研究發(fā)現(xiàn)，主要的原因在于測速發(fā)電機在運行過程中的磁不對稱導致的。所以我們在交流測速發(fā)電機的設計以及運行過程中都要對磁不對稱現(xiàn)象給予充分的認識和關注。關于交流測速發(fā)電機中的軸誤差電壓較小的具體方法的闡述和分析，文章主要從兩個方面進行分析。第一個方面是在發(fā)電機的結(jié)構(gòu)上盡量采用調(diào)整磁的不對稱結(jié)構(gòu)。第二個方面是要在發(fā)電機的磁性材料上進行細致科學的而選擇。下面進行詳細的分析和論述。

5.1 在發(fā)電機的結(jié)構(gòu)上盡量采用調(diào)整磁的不對稱結(jié)構(gòu)

在交流測速發(fā)電機的設計過程中，我們對于其中的相關結(jié)構(gòu)要給予重新認識，在采用內(nèi)定子以及外定子結(jié)構(gòu)的過程中，我們應該將發(fā)電機中的鐵心形狀做成不對稱的形式。我們通過調(diào)整發(fā)電機內(nèi)部的鐵心的具置以及相應的補償繞組的方式來縮小發(fā)電機的磁不對稱問題；同時我們還可以使用外轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式來進行不對稱結(jié)構(gòu)的調(diào)整。通過打磨定子的鐵扼以及繞組補償?shù)姆绞絹砜s小發(fā)電機的磁不對稱問題。

5.2 要在發(fā)電機的磁性材料上進行細致科學的選擇

交流測速發(fā)電機在磁性材料的選擇過程中，要充分的結(jié)合發(fā)電機的使用情況，同時還要根據(jù)發(fā)電機的主要使用功能來進行選擇。在選擇過程中，要選擇質(zhì)地勻稱的磁性材料，同時要疊壓，按照預定的標記進行槽錯位置的選擇。這些都是能夠有效改善發(fā)電機磁不對稱性的方式。通常情況下，我們不僅僅要選擇合適的方式來減少發(fā)電機的磁不對稱性，同時我們還要注意發(fā)電機的加工方式以及選擇的加工材料，因為這些因素也能夠在一定的程度上影響發(fā)電機的軸誤差電壓的產(chǎn)生。在要求較高的發(fā)電機系統(tǒng)當中，我們還可以采用相應的措施來改善或者消除發(fā)電機的軸誤差電壓的出現(xiàn)。

參考文獻

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篇9

1．1特性測試模型的建立

設置交流電源電壓峰值為100V，電阻值為1Ω，脈沖發(fā)生器周期為0．02ms，設計晶閘管特性測試模型如圖1所示。

1．2結(jié)果分析

調(diào)整晶閘管各項參數(shù)，運行圖1所示程序，得到圖2所示的運行結(jié)果。圖中第1個波形是交流電壓源產(chǎn)生的電壓，可以看到它是一個正弦交流電壓。第2個波形是脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，可以看出當交流電壓源給電路提供正向交流電壓時(即晶閘管上加正向電壓時)，脈沖發(fā)生器給電路一個正向脈沖。第3個波形是通過晶閘管的電流波形，可以看出，當交流電壓源給電路提供正向交流電壓時(即晶閘管上加正向電壓時，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正向脈沖)，通過晶閘管的電流等于電路中的電流，說明此時晶閘管處于導通狀態(tài);當電壓源反向時(即晶閘管上加反向電壓時，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖)，流過晶閘管的電流為零，說明此時晶閘管不導通，電路中沒有電流流過。第4個波形是負載電阻R兩端的電壓，可以看出當交流電壓源給電路提供正向交流電壓時(即晶閘管上加正向電壓，脈沖發(fā)生器還沒有產(chǎn)生脈沖時)，負載R兩端電壓等于交流電壓源的電壓(因為負載電阻阻值為1Ω)，說明此時晶閘管處于截止狀態(tài);當交流電壓源給電路提供正向交流電壓時，負載R兩端的電壓為0，說明此時晶閘管導通;當交流電壓源由正變負(即二極管上加反向電壓時，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖)，負載R兩端的電壓等于交流電壓源的電壓，說明此時晶閘管處于截止狀態(tài)。第5個波形是晶閘管兩端電壓波形，在交流電壓源供給電路正向電壓時(脈沖發(fā)生器還沒有產(chǎn)生脈沖)，二極管兩端電壓為0;相應第3條波形中此時晶閘管兩端的電壓也為0，說明此時晶閘管不導通;當脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖時(即晶閘管上加正向電壓，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖)，晶閘管兩端的電壓等于交流電壓源的電壓，當電壓源反向時(即晶閘管上加反向電壓時，脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖)，晶閘管兩端的電壓為零，說明此時晶閘管導通電路中有電流流過，晶閘管處于導通狀態(tài)。測試結(jié)果表明，晶閘管導通條件為:一是陽極、陰極間必須加正向電壓;二是門極、陰極間必須加上適當?shù)恼蜷T極電壓。晶閘管一旦導通，門極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。欲使晶閘管關斷，必須使陽極電流減少到一定電流數(shù)值以下，這只有通過使陽極電壓減少到零或反向的方法來實現(xiàn)。

2GTO的特性測試模型

GTO(Gate－Turn－OffThyristor)是門極可關斷晶閘管的簡稱，它是晶閘管的一個衍生器件。但可以通過門極施加負的脈沖電流使其關斷，屬于全控型器件。

2．1特性測試模型的建立

設置直流電源電壓值為90V，電阻值為1Ω，脈沖發(fā)生器周期為T=0．02ms，調(diào)整GTO各項參數(shù)，設計的GTO特性測試模型如圖3所示。

2．2結(jié)果分析

運行圖3所示程序，得到圖4所示的運行結(jié)果，圖4中第1個波形是脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，從圖中可以看到它是間斷性的供給電路脈沖。第2個波形是GTO兩端的電壓，可以看出當脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖時(即GTO上有電壓，GTO上有脈沖)，GTO兩端有電壓，說明此時GTO處于導通狀態(tài);當脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖消失時(即GTO上沒有脈沖)，GTO兩端的電壓等于0，說明此時GTO處于截止狀態(tài)。第3個波形是負載電阻R兩端的電壓，可以看出當直流電壓源給電路提供電壓，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖時(即GTO上加正向電壓，GTO上有脈沖)，負載R兩端電壓等于GTO兩端的電壓(因為負載電阻阻值為1Ω)，說明此時GTO處于導通狀態(tài);當脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖時(即晶閘管上加正向電壓，GTO上沒有脈沖)，負載R兩端的電壓等于0，說明此時GTO處于截止狀態(tài)。第4個波形是流過GTO的電流，在直流電壓源供給電路電壓時，流過GTO的電流為0，相應第3個波形中此時負載兩端電壓等于電源電壓，說明此時GTO導通，并且導通壓降近似為0;當脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生電壓時(即GTO上沒有脈沖)，此時有流過GTO的電流，相應第3個波形中負載兩端電壓為零，說明此時GTO不導通。以上分析說明:門極可關斷晶閘管GTO具有普通晶閘管的全部功能，且具有自關斷能力。GTO既可以用門極正向觸發(fā)信號使其觸發(fā)導通，又可向門極加負向觸發(fā)電壓使其關斷。

3P－MOSFET特性模型

金屬－氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal－Oxide－SemiconductorField－EffectTransistor，MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管(field－effecttransistor)。MOSFET依照其“通道”(工作載流子)的極性不同，可分為“N型”與“P型”兩種，通常又稱為N－MOSFET與P－MOSFET。

3．1特性測試模型的建立

設置直流電源電壓為90V，電阻為1Ω，脈沖發(fā)生器周期為0．02ms，MOSFET測試模型如圖5所示。

3．2結(jié)果分析

運行圖5所示的源程序得出圖6所示的波形圖，圖中第1個波形是脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖，從圖中可以看到脈沖發(fā)生器在間斷性的產(chǎn)生脈沖。第2個波形是負載電阻R兩端的電壓，可以看出脈沖發(fā)生器給電路提供脈沖時(即P－MOSFET上加脈沖時)，負載R兩端有與脈沖同周期的電壓(因為負載電阻阻值為1Ω)，說明此時P－MOSFET處于導通狀態(tài);當脈沖發(fā)生器停止產(chǎn)生脈沖時(即MOSFET上沒有加脈沖時)，負載R兩端的電壓等于0，說明此時P－MOSFET處于截止狀態(tài)。第3個波形是通過P－MOSFET的電流波形，從圖中可看出:當脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖時(即MOS-FET上有脈沖時)，通過P－MOSFET的電流等于電路中的電流，說明此時二極P－MOSFET處于導通狀態(tài);當脈沖發(fā)生器沒有脈沖時(即P－MOSFET上沒有脈沖時)，流過P－MOSFET的電流為零，說明此時P－MOSFET不導通電路中沒有電流流過。第4個波形是P－MOSFET兩端電壓波形，在脈沖發(fā)生器給電路脈沖時，P－MOSFET兩端電壓為0，相應第2個波形中此時負載兩端有電壓，說明此時P－MOSFET導通;當脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖由有變沒(即MOSFET上沒有脈沖)，P－MOSFET兩端的電壓近似等于負載R導通時的電壓，說明此時P－MOSFET不導通。

4結(jié)束語

篇10

A.圖1表示交流電，圖2表示直流電

B.兩種電壓的有效值相等

C.圖1所示電壓的瞬時值表達式為u=311sin100πt V

D.圖1所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10∶1的變壓器變壓后.頻率變?yōu)樵瓉淼?10

學生根據(jù)學過的知識較容易是可以選出正確答案是C.這條高考也就經(jīng)常出現(xiàn)在了高考復習資料中了，有些學生練習后提出了這樣的問題：圖2中的交流電是一種什么波形交流電？其有效值等不等于Um2？如果不等，則如何求解？下面將高中幾種較常出現(xiàn)的交流電有效值推導出來，供大家參考和批評.

1三角波式交流電

圖2中所示的交流電是三角波式交流電，是一種非正弦式交流電，主要用在CRT作顯示器件（如示波器、顯像管、顯示器等）的掃描電路中.

很多學生根據(jù)勻變速直線運動中的平均速度求法，想當然地認為其有效值等于Um2.對不對呢？

根據(jù)有效值的定義：“讓交流與恒定直流通過相同的電阻，如果它們在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，而這個恒定電流是I、電壓是U，我們就把I、U叫做這個交流的有效值.”因此在計算非正弦式交流電的有效值時，要根據(jù)電流熱效應來求，也就是上述的定義，簡稱為“三同”（同電阻R、同周期T、同熱量Q）.

三角波式交流的有效值就用上述方法來求.為了簡化，按圖3所示波形處理.由圖3可知，在0～T4內(nèi)，u=4UmTt，在純電阻R上的所產(chǎn)生熱量

從上面的分析可知，三角波式交流電的有效值顯然不等于Um2，需要指出的是Um2等于其平均值，在計算通過電路的電量時可以用到.

2正弦式交流電

高中物理課本中，給出的正弦式交流電的有效值公式是U=Um2，未給出其推導過程.現(xiàn)從最簡單的情況入手，過程推導如下：

如圖4所示的正弦式交流電u=Umsinωt，在0～T4內(nèi)，通過純電阻R所產(chǎn)生的熱量Q1，則

一個電壓為U的恒定直流在一個周期T內(nèi)在純電阻R上產(chǎn)生的熱量Q直=U2TR.若Q直=Q交，則有U=Um2，即正弦式交流電的有效值U=Um2.

3矩形脈沖電流

矩形脈沖電流如圖5所示，也叫方波電流.方波是一種非正弦曲線的波形，通常會于電子和訊號處理時出現(xiàn).以理想的矩形脈沖電流研究，其有效值推導過程較簡單，如下：

在一個周期T內(nèi)，矩形脈沖電流在純電阻R上產(chǎn)生的熱量Q交=U21R?T2+U22R?T2.

一個電壓為U的恒定直流在一個周期T內(nèi)在純電阻R上產(chǎn)生的熱量Q直=U2TR.若Q直=Q交，則有U=U21+U222，即矩形脈沖電流的有效值U=U21+U222.若U1=U2=Um，則矩形脈沖電流的有效值U=Um，從電流熱效應角度來說，矩形脈沖電流跟直流是一樣的了.

4鋸齒波式交流

鋸齒波式交流如圖6所示，可作為顯示器和示波器的掃描電壓.鋸齒波式交流與三角波式交流有類似，也有不同.三角波電壓先是線性上升的形式，然后是電壓線性下降，呈現(xiàn)出對稱狀態(tài)，如圖3；而鋸齒波式電壓先是線性上升后即刻變?yōu)榱?，再線性上升，再即刻變?yōu)榱?，如此反?它們的有效值推導過程基本一樣，參考上述三角波式交流有效值的推導過程，即鋸齒波式交流電有效值U=Um3.