小功率计论文范文

小功率计论文范文（精选11篇）

小功率计论文 第1篇

正是基于LabView软件的上述特点及特性,我们选择了此种软件来实现一种功率计的功率测量平台。本平台具有逼真、形象的特点,并仿真多个参数的整个测量过程;操作使用方便,实时给出测量结果;软件流程清晰,控制功能强,易于扩展。

1 虚拟仪器的设计方法

1.1 LabView简介

LabView(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台)是美国N I公司推出的一种基于G语言(G r a p h i c s Language,图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。

用LabView设计的虚拟仪器可脱离LabView开发环境,用户最终看见的是和实际硬件仪器相似的操作面板。

1.2 在LabView平台下虚拟仪器的组成

在LabView平台下,一个虚拟仪器由3部分组成:前面板(Panel),框图程序(Diagram Programme)以及图标/连接端口(Icon/Terminal)。

前面板由控制、指示和修饰(Decoration)构成,是图形化用户界面,其功能等效于传统测试仪器的前面板,用于设置输入数值和观察输出量。每个前面板对应一个框图程序。

框图程序由节点(N o d e)和数据连线组成,用图形化编程语言编写,其功能等效于传统测试仪器与前面板相联系的硬件电路。所有的V I都有图标和连接器。图标和连接器指定了数据流进流出VI的路径。在框图中图标是VI的图形符号,而连接器则定义了输入和输出。图标和连接器端口可以把V I变成一个对象(SubVI,即VI子程序),然后像子程序一样在其他VI中调用。

1.3 虚拟仪器的设计步骤

通常,一个虚拟仪器的设计步骤如下:

(1)在前面板设计窗口放置控件;

(2)在流程图编辑窗口放置节点、图框;

(3)数据流编程;

(4)运行检验,包括仿真检验和实测检验两方面;

(5)程序调试技术;

(6)数据观察;

(7)命名存盘。

2 虚拟小功率计及功率测量的实现

功率测量的组成框图如图1所示。

2.1 搭建功率计前面板

设计调整后的面板如图2所示。

2.2 设计、编辑后面板

2.2.1 创建结构

创建While循环结构作为主程序的结构,在While循环结构中创建C a s e循环结构,用于放置各个子程序。

2.2.2 编辑子VI及各部分的程序

(1)调零子VI

A创建控制器,并命名为噪声输入、粗调、细调,其类型分别为双精度型、有符号16位整型、无符号16位整型;

B创建指示器,命名为输出,类型为双精度型;

C确定逻辑,输出为噪声输入、粗调、细调三者之和,且每个加数的加权系数是不同的,完整程序如图3所示。

(2)档位控制子VI

A创建控制器,命名为Boolean,Boolean2,类型均为Boolean型;

B创建指示器,命名为Numeric,类型为双精度型;

C确定逻辑,当B o o l e a n开关为开状态时,输出为1.00,当B o o l e a n2开关为开状态时,输出为1000.00,为此选用Select控件,程序如图4所示。

(3)输出限幅器子VI

因小功率计量程有限,若输入超过量程,则输出只会显示最大量程,为此,用公式节点进行编程,其程序如图5所示。

(4)校准输入子VI

此子VI的功能是,若选择的校准因子与小功率计所测频段对应的校准因子不相同,则输出会产生一定误差,其逻辑是对二者之差进行加权处理,程序如图6所示。

(5)开关子VI

开关子VI的功能是:电源开关为开时,量程选择为mW档,mW的指示灯亮,否则UW的指示灯亮,同时对应量程起作用,用两个公式节点,编程实现其功能,程序如图7所示。

(6)噪声产生程序

有两处需要噪声,一处是为实现仪器使用时进行调零操作,人为加入一个随机噪声;另一处是发射机的内部热噪声,仍选用随机噪声,程序如图8所示。

(7)频率选择程序

此程序实现对发射机的不同频率进行选择的功能,选用Text Ring控件和公式节点,程序如图9所示。

2.2.3 连接各个子VI及各个部分的程序

根据功率测量的过程、各个子VI及各个部分的程序的输入、输出将分散的程序连接起来。

(1)连接噪声产生程序和调零子VI;

(2)连接电源开关与开关子VI;

(3)连接开关与档位控制子VI;

(4)连接频率选择程序与输出控件;

(5)连接其他的控件。

至此,后面板编辑设计完毕,程序如图10所示。

3 关于功率测量方面的重点难点

3.1 调零子VI设计

在实际的功率测量中,每次测量之前,要对功率计进行零点校准,以确保测量结果的准确性。用软件虚拟功率测量过程就必须包含这一步。在设计调零子VI过程中,完全地仿真功率计的工作过程,既要使调零子VI工作时完成调零功能,又要使调零子VI不工作时不影响其他部分的正常工作,只是影响测量结果的精度,这是难点所在。

经过多次调试和修改,确定采用Select和Add控件组合,使调零子VI处于加数的位置上,不影响被加数的性质,只是影响被加数的大小,从而模拟了调零操作。

3.2 开关子VI设计

开关子VI的功能是用电源开关来控制量程档位和量程显示开关,同时,电源开关还作为整个功率计的控制信号被用来控制其他控件的工作。其难点不仅在于控制量程档位和显示开关的逻辑编程,而且还在于整个功率计各个控件的时序和逻辑关系。

采用Select结构,使电源开关作为选择控件的输入信号,对量程档位和显示开关进行编程,使其受到电源开关的控制。另外,将电源开关直接作为其他控件的输入信号,从而达到控制其他控件的功能。

3.3 前面板布局

出于模块化的原则,前面板的布局是从分系统开始的。分系统布局好以后才进行平台的总体布局。这虽然使得编程任务变得相对容易,但是却增加了前面板的布局难度。因为,将布局完整的分系统的前面板转移到平台上面去,有些控件属性需要重新设置,有些控件需要重新创建。

因而,整体布局要在分系统布局之前完成,这将极大地简化工作量,提高工作效率。

3.4 后面板连线

后面板连线是最为繁琐的工作,因其不仅关系到控件之间的连线,而且关系到控件之间的时序、逻辑关系,所以是遇到的最大困难。

4 结束语

运行结果如图11所示。本虚拟小功率计具有逼真、形象的特点,并仿真多个参数的整个测量过程;操作使用方便,实时给出测量结果;软件流程清晰,控制功能强,易于扩展。

参考文献

[1][美]Bishop R H著,乔瑞萍,林欣译.LabView6i实用教程[M].北京:电子工业出版社,2003

[2]杨乐平,李海涛,肖相生,等.LabView程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2001

测量小灯泡电功率教案 第2篇

（一）教学目的

1．掌握用伏安法测定小灯泡的额定功率和小灯泡不在额定电压下的功率。

2．加深对额定功率、实际功率的理解。

3．进一步提高学生使用电流表、电压表和滑动变阻器的能力。

（二）实验器材

磁性黑板，电路元件卡片一套。

学生分组实验器材：每组配备干电池二节（或低压学生电源），电压表、电流表、滑动变阻器、开关各一只，“1.5伏”的小灯泡及灯座各一只，导线若干。

（三）教学过程

1．师生共同讨论实验预习题1～7题（在教师启发下，教师问，学生答），边讨论边板书：实验目的、原理、器材、实验电路图、数据表格。

当讨论到实验器材时学生回答一个器材，教师在磁性黑板上贴上相应的器材卡片。学生回答完，磁性黑板上贴有如图1所示的器材卡片。然后让学生观察自己实验桌上的器材，再回答下列问题：（下列问题在课前就写在黑板上相应的“器材”位置处）

小灯泡的额定电压是_____伏；

滑动变阻器：最大电阻值是______欧；

最大允许电流是_______安；

电压表量程选_______伏；

电流表量程选_______安；

电源________用。

开关一个，导线若干。

当讨论到5、6两题，先后请三位同学上黑板，第一位同学画出自己设计的实验电路图，第二位同学按照第一位同学的电路图把磁性黑板上的图9梍4连接起来，第三位同学把自己设计的数据表格写到黑板上。

2．教师讲述实验注意事项（把下面（1）、（2）两点课前写在黑板上）（1）连接电路时，开关应_____，滑动变阻器的滑片应置于______位置。（可对照图9一4讲述）

（2）使U=1.2U额时，要小心移动滑动变阻器，以免因实际电压超过额定电压过大，烧坏灯泡。

3．学生实验，教师巡回指导。

实验步骤：

（1）按照电路图连接实物，并认真检查各部分接线是否正确，是否符合要求，若没有把握，可请老师检查。

（2）使小灯泡两端电压等于额定电压，观察小灯泡的发光情况，在数据表格中记下U、I，算出P额。

（3）使小灯泡两端电压约为额定电压的1.2倍，记录和计算。

（4）使小灯泡两端的电压低于额定电压，记录和计算。

4．实验数据分析和小结

（l）实验完毕，请几组同学汇报实验结果，选一实验做得好的同学将数据填入黑板上的表中。

（2）讨论

①从实验看出，小灯泡在什么情况下正常发光？在什么情况下小灯泡比正常情况更亮？这样做好不好？在什么情况下小灯泡比正常情况下暗？

②使用用电器时，为什么应该让它在额定电压下工作？

③若为了测定小灯泡的额定功率，实验中发现电压表的示数是2伏，那么滑动变阻器的滑片P应向哪个方向移动？若电压表的示数是1.2伏，又如何？（对照图9梍4分析。）

④两只额定电压都是1.5伏的相同的小灯泡，如何连接才能正常发光？（串联，电源电压是3伏；并联，电源电压是1.5伏。）

（3）教师小结P实与P额的三种关系和用电器只有在额定电压下使用才能正常工作。

（四）说明

l．使用磁性黑板，可以激发学生学习兴趣，而对于学习一般或较差，能力不够的同学，还可帮助他们顺利连接线路，做好实验。如无磁性黑板可用绒布板（或其他）代替。

2．器材卡片的制作是这样：找一张较硬的白纸（如挂历纸），裁成一个长约13厘米、宽12厘米的长方形，在白纸上画出图形，如要制作灯泡卡片，就在白纸上画出如图9梍5所示的灯泡图形，用水彩笔涂上色彩，然后在纸上订上订书针或别上三四个圆形针，这样灯泡卡片就做好了，就可以往磁性黑板上贴。如用薄铁皮做也是一样。

3．实验前，要向学生强调注意事项（2），在U=1.2U额的时间不要过长，尽量少损坏小灯泡。电源最好用干电池，也是为了少损坏灯泡。

小功率计论文 第3篇

关键词： 额定电功率 伏安法 伏阻法 安阻法

测量“小灯泡额定电功率”是初中电学的一个重点和热点，此实验中考察的知识点有：电路的连接，电表量程的选择，电路的设计，以及电路计算。课本上主要介绍的是“伏安法”测量小灯泡的额定电功率。随着电学知识的融合出现了一些特殊的测量小灯泡额定电功率方法。这要求教师在教学过程中注重对学生的学法进行指导，全方位拓展学生思维，有效地解决实际问题。笔者在教学中发现：在测量“小灯泡额定电功率”实验中，可以找寻出处理这类问题的一般方法，学生也能很好理解，非常有效。下面以三个典型的问题为例，谈谈我在处理这类问题时的做法，供大家学习和参考。

例1：（2014苏州）在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已连接的部分电路如图a所示，图中电源电压恒定，小灯泡上只能看到“3.8V“字样。

图a 图b

第（1）题答案

（1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整。

（2）开始实验后，当变阻器滑片滑到图示位置时，电压表的示数为3.0V，接着应将滑片向？摇？摇 ？摇？摇滑动，直至灯泡两端电压为额定电压，此时电流表的示数如图b所示，则灯泡的额定功率为？摇？摇 ？摇？摇W。

（3）实验时某小组学生发现电流表损坏，他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验，于是向老师要了一个R的定值电阻（阻值适当）和一个单刀双掷开关（符号为），借助原有实验器材，顺利完成了实验，假如由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案。

①在虚线框内画出实验电路图。②简述实验步骤。（用相应的字母表示测出得出物理量）

③写出灯泡额定功率的表达式P=？摇？摇 ？摇？摇。（用已知量和测量量表示）

分析：（1）按要求进行电路连接是初中电学的基本考点；①伏安法测量小灯泡电功率的电路图；②电表量程的选择；③滑动变阻器的连接。

（2）①电路动态分析：在此电路中，当滑动变阻器的滑片向左移动时连在电路中电阻的变大，电流减小，电压表示数减小，灯泡变暗；反之正好相反。②当U=Ue时P=Pe；当UUe时P>Pe。（3）没有电流表，但是有电压表和已知阻值的电阻相配合，可以当“电流表”使用（伏阻法）；注意这里是测量小灯泡的额定功率，所以测算的电流一定要是小灯泡正常工作时通过灯泡的电流，判断小灯泡正常工作的方法是：电压表与小灯泡并联，移动滑动变阻器使电压表示数为3.8V。

解：（1）电压表应选0～15V的量程，滑动变阻器接上接线，电路图如上图所示。

（2）由电路图可知，应向右移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变小，灯泡两端的电压变大，当电压表示数等于灯泡额定电压3.8V时，灯泡正常发光，灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W。

（3）方法一：（电路图如图所示）

方法二：（电路图如图所示）

实验步骤：①按图连接电路，闭合S，S接2，调节滑动变阻器滑片到最左端，读出电压表示数为U（电源电压）。

②S接1，移动滑动变阻器滑片的位置，使电压表示数为3.8V。

③保持滑动变阻器滑片的位置不变，S接2，电压表示数为U1。

数据处理：求出滑动变阻器连入电路中的电阻；

通过灯泡的电流是Ie=；小灯泡的额定功率。

例2：（2015苏州模拟）在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V。

（1）电路连接好后，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是？摇 ？摇？摇？摇。

甲 乙 丙

（2）排除故障后，在将滑动变阻器的滑片从一端缓慢移到另一端的过程中，发现电压表示数U与滑片移动距离x的关系如图乙所示，电压调节非常不方便，这是由于选用了？摇？摇 ？摇？摇（选填“A”或“B”）滑动变阻器。可供选用的滑动变阻器

A：滑动变阻器A（阻值范围0-500′Ω，滑片行程10cm）。

B：滑动变阻器B（阻值范围0-50′Ω，滑片行程10cm）。

（3）换用了另一个滑动变阻器并接通电路后，移动滑片位置，当电压表的示数为3.8V时，电流表的示数如图丙所示，其读数为？摇？摇 ？摇？摇A。

（4）实验中刚刚测完上述（3）中的一个数据，电流表突然损坏了。他们找到了一个阻值为10′Ω的定值电阻和一个单刀双掷开关（符号为（—/二）），借助原有的实验器材，重新进行了测量。假如由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案。

①在虚线框内画出实验电路图。

②简述实验步骤。

③写出灯泡额定功率的表达式P=？摇？摇 ？摇？摇。（用已知量和测量量表示）

分析：（1）串联电路的常见故障，一般是断路和短路，主要先看电路中的电流大小，电流为0，就是断路；再看电压表是否有示数，就可以确定断点的位置。

（2）根据图像，我们发现滑动变阻器的滑片移动了一段较长的距离，电路中电流仍然较小，加在小灯泡两端的电压较低，说明此时电路电阻较大，滑动变阻器量程太大的缘故。

（3）电表读数是初中生的基本技能。首先要明确量程，进而明确分度值，读数即可。

⑷在没有电流表的情况下，主要的思想方法是伏阻法。同学绝大多数使用例题1的方法一，没有仔细分析，小灯泡要正常发光，加在其两端的电压是3.8V，此时的电流是0.5A，小灯泡的电阻是7.8′Ω，由于电源电压是6V，要小灯泡正常工作电路的总电阻是12′Ω，此时提供给我们的定值电阻R>12′Ω-7.8′Ω=4.2′Ω，所以采用方法一是不可行的，只能采用方法二。

解：（1）小灯泡断路；（2）A；（3）0.5A；（4）①实验电路图。

②实验步骤：第一步：根据电路图，闭合开关S，S接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V；

第二步：保持滑动变阻器滑片位置不变，S接2，读出电压表示数U。

③数据处理：求出滑动变阻器连入电路中的电阻R=

通过灯泡的电流是Ie=；小灯泡的额定功率Pe=。

通过对以上两个例题的分析，我们可以发现和在处理没有电流表、只有电压表和定值电阻的配合测量小灯泡额定电功率的一般方法：（1）电源电压是否已知；如果未知优先采用方法一，表达比较简单点；（2）电源电压已知，先尝试一下方法一，注意检验在滑动变阻器接入电路电阻为0时，能否使小灯泡正常工作，如果能如果不能就采用方法二。

例3（2013扬州）在测“3.8V”小灯泡额定电功率实验中，由于没有电压表，提供已知阻值的电阻R，下列也能测出该灯泡额定功率的是（？摇 ？摇）

A B C D

分析：安阻法：电流表和定值电阻配合可以当做电压表使用。首先，要能够保证小灯泡正常发光，要加在电压表两端的电压是3.8V，只能是电流表和定值电阻串联后再与小灯泡并联，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为I=3.8V/R，然后再不改变滑动变阻器电阻情况下（不改变电路连接，使电压分配没有变化）使电流表测量出总电流I，这样通过小灯泡的电流是I=I-3.8V/R，这样就可以算出Pe=3.8V（I—3.8V/R）。所以只能选C。

小功率计论文 第4篇

70年代以来, 因电压失稳而导致系统瓦解的事故在国外一些大电网多次发生, 造成了长时间大面积的停电和巨大的经济损失。电压稳定问题受到普遍重视, 成为国际电工界研究的热门课题之一。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高, 用电负荷逐年增长, 电力系统的输电线路越来越接近极限方式运行, 系统的电压稳定容易遭到破坏, 有必要准确分析计算负荷节点的功率极限以利于保证系统的电压稳定。目前电力系统电压稳定分析方法有很多, 动态时域仿真法和小扰动稳定分析方法是其中的两种重要方法。因此, 本文应用EuroStag对动态功率极限和小扰动功率极限进行了比较, 分析研究各自不同的影响因素。

1 分析方法与分析工具介绍

动态时域仿真法能充分计及系统中的各种动态, 如发电机励磁系统、调速系统、原动机系统、负荷动特性、继电保护装置动作等, 然后将电力系统各元件模型根据元件间拓扑关系形成全系统模型, 这是一组联立的非线性微分方程组和代数方程组, 然后以稳态工况或潮流解为初值, 求扰动下的数值解, 即逐步求得系统状态量和代数量随时间的变化曲线。动态时域仿真法仿真的时间范围可以从暂态、中期到长期, 能更贴合实际系统分析电压稳定性。但是对于做实际系统研究的电力工作者, 如何建立现实电力系统的各种动态元件的模型, 如何获得典型的参数和实时数据, 如何向实用性方向发展等问题都存在一定的难度。

小扰动稳定分析方法就是把描述电力系统动态行为的非线性微分方程组和代数方程组在运行点处线性化, 形成状态方程, 通过判定线性系统线性化系数矩阵的特征值是否都在复平面的左半平面 (特征根具有负实部) 来判断该运行点的稳定性。小扰动稳定分析方法在分析实际电力系统时, 一般是根据研究对象考虑恰当的动态元件, 建立描述系统动态过程的模型, 这样就避免了动态时域仿真法出现的问题, 实用性更强。

最近二十几年, 由于计算机技术的快速发展, 大型的电力系统动态仿真软件应运而生, EuroStag就是一种可以计及电力系统动态元件的中长期时域仿真软件, 它可以很好的仿真缓慢的电压失稳过程, 通过结果曲线得到功率传输极限, 成为动态时域仿真法分析电压稳定性的一个有力的工具。此外, 它还提供了计算状态矩阵和状态矩阵特征根的事件文件, 可以方便灵活的计算出任何时刻的特征矩阵和特征根, 以利于快速简便的进行小扰动稳定分析。

2 系统描述

图1为单机4节点系统。该系统的发电机采用外部参数定义的6阶模型, 包括一个恒定励磁电压的励磁系统模型和一个2阶的调速器模型, 变压器包括一个固定变比升压变压器T1和一个可变变比降压变压器T2, 采用的初始负荷为600+j200MVA。

本文采用了3种不同的负荷特性来分别比较小扰动功率极限和动态功率极限。

A类负荷选取了对电压和频率敏感的静态负荷模型:

其参数为:

B类负荷选取了商业室用空调的静态负荷模型, 其典型参数为:

功率因数PF=0.75,

负荷中电动机所占的比例PF=0.75,

C类负荷选取了A类负荷与五阶感应电动机模型的组合, 其中感应电动机占37.67%。感应电动机的典型参数为:

惯性常数H=0.8MW.s/MVA,

额定机械功率mP=320MW,

额定角速度0ω=100 rad/sπ,

额定视在功率nS=320MVA,

最大转矩maxT=4 p.u.,

启动转矩0T=0.73 p.u.,

有功功率所占的比例αp=0.75,

无功功率所占的比例αq=0.4792。

3 不同负荷特性下的动态功率极限与小扰动功率极限的比较

在仿真计算的过程中, 设置了负荷从1s开始等功率因数持续增加这种扰动事件。

3.1 A类负荷特性下的功率极限

A类负荷特性下的仿真计算在11.05 s因为达到了最小步长停止计算。在3.67 s有功功率达到动态功率极限627.30MW, 对应的电压标幺值为

0.97, 利用Eurostag计算状态矩阵特征根的事件可以发现, 在11.03 s开始出现正实部的特征根, 系统出现小扰动的电压不稳定。所以小扰动功率极限也发生在3.67s, 达到了627.30MW, 对应的电压标幺值为0.97。

A类负荷特性下动态功率极限与小扰动功率极限之间的偏差为0。

3.2 B类负荷特性下的功率极限

B类负荷特性下的仿真计算在6.22 s因为达到了最小步长停止计算。在4.42 s有功功率达到动态功率极限652.76MW, 对应的电压标幺值为0.91。

与A类负荷特性的输出曲线比较来看, 负荷节点有功功率和电压的变化趋势都是相同的, 但B类负荷特性下时域仿真的时间更短, 有功功率和节点电压的下降幅度更小。这是因为负荷选取的是商业室用空调静态负荷特性, 而空调负荷具有较小的惯性常数, 因此容易失速。测试表明, 当故障清除时间在5周波及以上时, 空调负荷在电压降至60%左右时减速直至失速。所以由图3可以看出, 空调负荷节点电压降至0.55p.u., 大约53%时失速, 系统的电压稳定性遭到破坏, 仿真结束。而A类负荷特性下可以仿真到电压降至0 p.u.。

利用Eurostag计算状态矩阵特征根的事件可以发现, 在3.3 s开始出现正实部的特征根, 系统出现小扰动的电压不稳定。所以在3.2 s, 负荷节点的有功功率达到小扰动功率极限643.9MW, 对应的电压标幺值为0.985。

B类负荷特性下动态功率极限与小扰动功率极限之间的偏差为:

3.3 C类负荷特性下的功率极限

C类负荷特性下的仿真计算在20.70 s因为达到了最小步长停止计算。在4.76 s有功功率达到动态功率极限632.60MW, 对应的电压标幺值为0.97。

与前两类负荷特性的输出曲线比较来看, 负荷节点的有功功率和电压的变化趋势是相同的, 但C类负荷特性下时域仿真的时间更长, 有功功率和节点电压在持续降至同一时刻后, 下降的程度有所缓和。这是因为C类负荷特性中包含感应电动机模型, 而电动机的无功值对电压水平较灵敏, 当电压开始降低时, 无功就会减少, 但当电压进一步降低时, 无功反而增加。当电压降低至0.3 p.u.时, 无功反而增加, 导致系统的无功得到了一定程度的补偿, 有功功率和节点电压的下降幅度有所缓和, 但由于系统的平衡已经破坏, 所以负荷节点的无功功率经过短暂的增加后又开始缓慢降低, 使系统电压进一步恶化, 最后导致电压崩溃。

利用Eurostag计算状态矩阵特征根的事件可以发现, 在3.1s开始出现正实部的特征根, 系统出现小扰动的电压不稳定。所以在3 s, 负荷节点的有功功率达到小扰动功率极限624.90MW, 对应的电压标幺值为1.025。

C类负荷特性下动态功率极限与小扰动功率极限之间的偏差为:

3.4 动态功率极限与小扰动功率极限的比较

根据上面仿真计算的结果, 列出了三类不同负荷特性下的动态功率极限与小扰动功率极限, 如表1所示。

对以上结果进行比较分析, 本文得出了下面的结论:

1) 三类负荷特性下的小扰动功率极限与动态功

率极限之间的偏差都很小, 是实际工程可以接受的。所以用小扰动稳定分析方法研究实际电力系统的电压稳定性具有可行性和科学性。

2) 三类负荷特性下的小扰动功率极限都要小于

或者等于动态功率极限, 但两者之间的偏差又都很小, 说明小扰动稳定分析方法比动态时域仿真法稍稍趋于保守, 对我们分析实际电力系统的电压稳定性更具有预警价值和研究价值。

3) 含有感应电动机负荷的C类负荷特性下的小

扰动功率极限是最小的, 对应的电压是最高的, 也就是说电动机的比重越大, 系统的电压稳定性就越脆弱。这是因为当电压水平降低时, 电动机需要从系统中吸收更多的无功功率, 使系统的最大传输能力降低, 功率极限减小。

4) B类空调负荷特性下的功率极限和其他两类

负荷特性下的功率极限的差值很大, 相差了大约20MW, 进一步证明了在动态负荷特性中空调负荷对系统电压稳定性不容忽视的影响和重要性。

4 结论

本文应用动态时域仿真法和小扰动稳定分析方法来分析计算负荷功率极限时都充分计及了发电机、励磁系统、调速器和负荷等元件的动态特性。动态时域仿真法真实的反映了系统非线性的动态过程, 而小扰动稳定分析方法则将非线性过程进行了线性化, 所以用小扰动稳定分析方法来分析计算负荷功率极限自然会产生一定的误差。本文正是用动态功率极限来验证小扰动功率极限, 得出了小扰动功率极限与动态功率极限之间的偏差是实际工程可以接受的结论, 从而证明了小扰动稳定分析方法在分析动态电力系统电压稳定性中的科学性和实用性。

摘要：针对三种不同的负荷特性, 应用动态时域仿真法和小扰动稳定分析方法, 分别分析计算了系统的负荷功率极限, 得出了不同情况下小扰动功率极限与动态功率极限之间的偏差都是实际工程可以接受的结论。动态时域仿真法能真实的反映电力系统非线性的动态过程, 本文用动态功率极限来验证小扰动功率极限, 从而证明了对复杂多变的实际电力系统运用小扰动稳定分析方法的科学性和准确性。

关键词：小扰动稳定,动态时域仿真,功率极限,负荷特性

参考文献

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[7]蔡小玲.基于EUROSTAG的电力系统后稳定分析.北京:华北电力大学, 2003.

测量小灯泡电功率教学反思 第5篇

《测量小灯泡的电功率》是电学中第二个同时使用电压表和电流表、滑动变阻器进行定量测量综合实验，对学生的要求比较高，对于完成好本节课的教学任务有一定的难度。本节重点：用伏安法测量小灯泡的实际功率的方法，区分额定功率与实际功率。难点：学生自己设计实验电路和实验步骤。本节实验与前面做过的探究实验相比较，更突出了实验探究过程及实验过程中应思考的问题。通过实验加深了学生对实际功率的理解，从实验角度使学生了解电流、电压如何影响用电器的实际功率。

由于试验器材缺乏，学生试验没开展好；学生没有连接过电路，对电路图的设计也很欠缺；而且教学进度上，学生还没有学习前一节电功率，学生不知道用伏安法测量用电器电功率的方法，还没有建立起公式P=UI的认识，这就给教学增添了很大的难度。要让本节实验探究顺利展开，在与学生见面时，我大略地介绍了电功率的定义及公式；并让学生接触试验器材，知道看电路图连接电路的顺序。在课堂教学中做得较好的有以下几点：

1.新课引入从学生生活经验中创设问题情景，从学生思维冲突中引出本课题。让学生看灯泡，说出它们的瓦数并用生活体验判断60w的灯泡与25w的相比较，哪个会更亮？并出示两个台灯，通过让学生对比两灯泡的亮度，质疑： 60w的灯泡一定比25w的灯泡亮吗？引导学生思考如何测量电功率。

2.考虑到学生的实际学情，在引导学生设计试验时，我先给学生回顾了电阻的公式R=U/I，再复习了电功率的公式P=UI，分析了两个公式的相同点是都有U与I;不同点是计算方式的不同。测量灯泡的电阻可用伏安法，那么测量电功率也可用伏安法。它们的试验器材，电路图，连接方式都是一样的。这样通过对测量灯泡电阻试验的回顾来展开测量电功率试验教学。

3.理顺了实验原理、计算电功率的公式、实验器材、电路图、滑动变阻器的作用、连接电路图时应注意的事项、电压表和电流表的量程的选择、表格的设计后，为学生探究实验清理了障碍。

4．通过对比实际电压和额定电压、实际功率和额定功率的关系，能更好的使学生区分额定功率和实际功率。

小功率计论文 第6篇

关键词：导学案；小组合作学习；反思

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）07-0064

【案例教学过程】

知识储备

1. 实验原理是：_______ 。

2. 实验中用到哪些测量仪器：_______。

3. 尝试画出实验电路图：（1）用 _______测出小灯泡两端的电压，并_______ 接在电路中；用_______ 测出通过小灯泡的电流，并_______ 接在电路中；（2）要测小灯泡的额定电功率，可以用_______ 调节灯泡两端的电压，应_______联在电路中，在闭合开关前，它的滑片应滑到_______，这样做是为了防止电路中的电流过大，将灯泡烧坏。

活动一：你能对实验器材进行正确的选择吗？（灯泡上标有2.5V的字样）

1. 连接电路时开关应处于_______狀态。

2. 测额定电压是2.5伏的小灯泡的电功率时，至少要选节_______

干电池串联作电源。

3. 电压表的量程应选_______，电流表的量程应选_______ 。

4. 在实验中，通过移动滑动变阻器的滑片来改变电路中的

，从而达到改变小灯泡两端_______的目的。

活动二：根据你的实验方案利用桌上的器材正确连接电路并进行实验

1. 实验步骤

（1）根据电路图连接实物，电流表和电压表要选择合适的量程。

（2）检查电路无误后闭合开关，注意观察电压表的示数，然后缓慢移动变阻器滑片的位置，直到电压表的读数等于2.5V，记录电压表和电流表的读数，观察小灯泡正常发光的亮度。

（3）改变变阻器滑片位置，使小灯泡两端的电压低于它的额定电压（如2V），分别记下电压表和电流表的读数，并观察小灯泡的亮度的变化。

（4）再改变变阻器的滑片位置，使小灯泡两端的电压高于它的额定电压（如3V），分别记下电压表和电流表的读数，并观察小灯泡的亮度的变化。

（5）整理实验器材。

2. 记录实验数据

【案例说明】

学生通过计算得出不同情况下小灯泡的实际功率，并和小灯泡正常工作时的额定功率及发光情况对比。在此培养学生收集实验数据及记录实验现象的能力，并学会数据处理及分析论证。新的课程理念强调体验过程和方法，通过学生对物理实验过程的真实体验，了解规律，感受并逐步掌握科学研究方法，这才能从根本上提高学生的科学素养。

活动三：针对实验情况解决下列问题

1. 伏安法测电阻也是要求测三次，和这个实验中的测三次目的一样吗？能否依据三次测量数据计算小灯泡的平均功率，为什么？

2. 你在实验中出现了哪些故障？是怎样解决的？

【案例说明】

由于初中学生的探究能力并不成熟，教师要给以适当的引导和点拨，才能真正提高学生解决具体问题的能力，不断提升学生的探究能力，同时使他们真正体验到探究的乐趣。笔者以提问的方式，引导学生对探究过程进行思考，问题由浅入深，展开课堂讨论，实现“生生互动”“师生互动”，学生积极参与、主动探究，营造和谐的探究式课堂。

活动四：观察数据分析灯泡亮暗及功率大小它们之间的变化有什么规律？

1. 小灯泡两端的实际电压只有_______ 额定电压时才能正常发光，此时的实际功率_______ 额定功率。即U实_______U额时，P实_______P额。

2. 当U实 _______ U额时，小灯泡实际消耗的功率实际功率P实_______P额。

3. 当U实 _______ U额时，小灯泡实际消耗的功率实际功率P实_______P额。

结论：小灯泡的亮度取决于_______ （填P实还是P额）。

活动五：拓展实验

1. 小组合作测量二极管在与小灯泡亮度相当情况下，二极管两端的电压和电流值，并计算实际功率。

2. 比较亮度相当时，二极管的实际功率与小灯泡实际功率的差异。并说明二极管更有利于节约能源的原因？

3. 通过课后查阅资料，分析其他家用电器在低于或高于额定电压下工作时的弊端或对用电器有哪些影响和危害？

【案例说明】

联系生活实际，让学生能从熟悉的生活现象中思考问题，认识问题，学习才能变被动为主动。真正实现“从生活走向物理，从物理走向社会”。初步认识科学及相关技术对社会发展和人类生活的影响，注意科学技术对环境保护、资源利用等方面所起的作用。

【案例反思】

《物理课程标准（实验稿）》指出：“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探究精神、实践能力以及创新意识”。对于大多数探究活动来说，探究的过程比探究的结果更重要。笔者在导学过程中，通过活动一、活动二、活动三有意识地去培养学生根据（上接第64页）实验目的，选择种类与规格合适的器材以及根据现有器材去选择合适方案的意识与能力，形成良好的习惯。活动四：通过学生在实验过程中收集的实验数据和观察到的实验现象总结实验结论，同时注意培养学生用规范的物理语言进行表述的能力。活动五：学生小组合作测量并计算二极管在与小灯泡亮度相当情况下的实际功率，使学生进一步巩固测量用电器电功率的方法，同时增强学生节约能源的意识。最后通过鼓励学生上网查阅相关资料，了解其他家用电器在低于或高于额定电压下工作时的影响和危害，既可以培养学生自学能力，还可以使学生感到物理离我们并不远，就在生活当中，从而大大提高学生的学习兴趣。

小功率无线电源技术浅析 第7篇

关键词：电磁感应,电磁共振,TI,IDT,无线电源

0 引言

随着科学技术的发展, 各种便携式电子产品越来越多, 现代的无线技术使它们变得越来越轻便, 越来越容易联网, 似乎把数字时代迅速地发展到了无线时代, 然而电源线妨碍了我们进入这个无线时代。在现实生活中, 每个电子产品都有一个与之匹配的充电器, 每年全球设计、生产、使用、制造、运输乃至回收数以十亿计算的电源适配器引发了一系列的问题, 既增加产品的成本, 又浪费资源、不利于环保, 给使用者带来了相当大的困惑。具有统一标准的无线电源技术能够方便地解决这一系列的问题。

1 无线电源技术现状

无线电源技术是一种利用无线电技术传输电力能量的新技术, 电能可以无接触地传输给负载。早在20世纪70年代美国就有相当多的人在研究这个问题了, 但国内研究的人极少。2008年12月17日, 由Convenient Power Limited、Fulton Innovation LLC、Logitech SA、国家半导体、奥林巴斯、飞利浦、三洋、桑菲电子和德州仪器等公司成立了全球首个推动无线充电技术标准化的无线电源联盟 (Wireless Power Consortium, 简称WPC) , 之后三星和诺基亚也加入到这个联盟。2009年1月, 全球无线电源联盟首次会议在香港科学园召开, 并启动了提高电子产品充电便利性的最新全球计划。2010年7月23日, 该联盟制定了Qi标准, 确定了低功率 (不超过5W) 技术规范, 定义了界面规范、测试程序以及最低性能, 2010年8月14日认证了第一批产品。2010年8月31日, WPC将Qi标准正式引入中国, 并开始了在国内的推广, 之后WPC陆续在香港和欧美多个城市, 举办了标准发布活动。目前Qi标准已被WPC的126家行业领先成员公司支持并采用, 其中有30%是中国公司, 包括海尔、华为和桑菲通信等。

2 无线电源技术原理

无线电源技术是一种利用无线电传输电力能量的技术, 它要求传输效率尽可能高, 传输功率尽可能大, 这样才能满足对电力的需求。其研究应用领域涉及广泛, 传输功率相差较大, 小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备几十瓦功率, 大到电动汽车或运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。目前存在三种解决技术:电磁感应技术、无线电波技术和电磁共振技术。

2.1 电磁感应技术

此技术类似电力系统中常用的变压器技术。在变压器的原边通入交变电流, 副边由于电磁感应原理会产生感应电动势, 若副边电路连通, 即可出现感应电流, 其方向遵从楞次定律, 大小可由麦克斯韦电磁理论解出。相对于无线电源而言, 变压器的原边相当于电源发射线圈, 副边相当于电源接收线圈, 这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。这种非接触式无线电力传输方式制造成本较低、结构简单、技术可靠、传输功率可从几瓦到几百瓦。但是传送距离小于1cm, 被充电产品必须置于充电器附近, 充电器必须具备对被充电产品进行辨识的能力, 否则会向附近任意金属传输能量, 导致其发热并产生危险。

2.2 电磁共振技术

这种技术基于电磁共振耦合原理, 需要的发射和接收两个共振系统可分别由感应线圈制成。通过调整发射频率使发射端以某一高频率振动, 其产生的不是弥漫于各处的普通电磁波, 在两个线圈间形成一种能量通道。接收端的固有频率与发射端频率相同, 因而发生了共振。随着每一次共振, 接收端感应器中会有更多的电压产生。经过多次共振, 感应器表面就会集聚足够的能量, 这样接收端在此非辐射磁场中接收能量, 从而完成了磁能到电能的转换, 实现了电能的无线传输。这种非接触式无线电力传输方式传输功率可达几千瓦、传送距离可达3~4米, 但是必须对所需频率进行保护, 在几米范围内进行传输需要几MHz到几百MHz的频率。

2.3 无线电波技术

这种技术是利用微波或激光形式来实现电能的远程传输, 系统由电磁波发生器、发射天线、接收天线、高频电磁波整流器、变电设备和有线电网组成。电磁波发生器是微波源或激光器, 把电源传送的电能转变为大功率、高频的电磁波, 馈送给发射天线;发射天线将电磁波发送出去;接收天线收集电磁波的能量并输入高频电磁波整流器, 产生的高压直流电经逆变后送入有线电网。这种非接触式无线电力传输方式传送距离可达10m, 但是传输功率小 (最高100m W) 、功效低, 发射器无线电波发送的大量功率以无线电波的方式被浪费掉。

3 目前小功率无线电源技术解决方案

3.1 TI公司无线电源技术解决方案

2011年德州仪器 (TI) 推出业界首款符合Qi标准的5V无线电源解决方案, 可保证与其他满足Qi标准器件的互操作性。该方案是由无线电源发送器 (bq500210/bq500110, bq500210的数字解调信号处理技术与bq500110模拟解调电路系统相比, 可大幅减少总体系统组件) 和无线电源接收器 (bq51013/bq51011) 两部分组成。此器件不但提供AC/DC电源转换, 同时还集成符合Qi通信协议标准所需的数字控制功能。bq5101x接收器与bq500x10发送器控制器相结合, 可为无线电源解决方案实现完整的非接触式电源传输系统。嵌入在便携式设备中的接收器线圈采用近场感应电源传输, 可通过相互耦合的电感器接受发送器发送的电源, 可支持高达5W的应用。bq5101x接收器集成了一个低阻抗完全同步整流器、低压降稳压器、数字控制和精确电压与电流环路, 整个功率级均采用低电阻NMOSFET技术确保高效率与低功耗。TI无线电源系统框架如图一所示。

3.2 IDT公司无线电源技术解决方案

2012年, IDT (Integrated Device Technology) 公司推出全球首个真正的单芯片无线电源发送器和业界最高输出功率的单芯片接收器解决方案。与现有解决方案相比, IDT的高集成多模式发送器可减少80%的板面积和50%的解决方案材料清单成本。更多功能的多模式接收器输出功率为通常使用解决方案的两倍, 可将充电时间缩减一半。IDTP9030和IDTP9020提供了无线电源发送器和接收器解决方案, 专为满足无线充电联盟的Qi标准而设计, 可保证与其他满足Qi标准器件的互操作性。发送器和接收器均能够进行“多模式”操作, 可支持Qi标准和专用格式, 以增加功能、改进安全和提高功率输出能力。内置的协议检测可实现Qi与专用模式间的动态转换, 从而实现平稳过渡和可靠的用户体验。这些器件可用于大量移动应用, 以进行便利和轻松的电池充电。IDTP9030是如今集成度最高的无线电源发送器。它将大量分立元件的特征和功能结合成一个简单、具有成本效益且高效的解决方案。集成最大程度地将应用面积和元件数量降至最低, 让客户可以设计和部署更多紧凑的、具有成本效益和交通便利的无线充电站。IDTP9020是一个高效率的单芯片无线电源接收器。在Qi模式时, 该器件为系统传递高达5W的功率。当与IDTP9030发送器在专用配置使用时, 它可传递高达7.5W的功率, 让器件适用于强大的移动器件。IDTP9020和IDTP9030还拥有专利的多层次异物检测 (FOD) , 利用精密的多参数算法以保证高水平的安全, 同时避免FOD误报。IDT的解决方案拥有过温、过压和过流保护, 可提供市场上最全面的保护功能, 从而保证安全和可靠的操作。此外, 当不能使用无线充电站时, 接收器还可支持USB电缆充电, 在移动设备中不再需要USB适配器转换器。TI无线电源系统框架如图二所示。

4 小功率无线电源技术发展前景

无线电源系统是采用无线充电技术充电的系统, 与传统的相比有以下优点: (1) 形成一个便携式消费电子产品充电的通用平台; (2) 减少了生产和制造包装传统充电器的资源能量消耗以及运输这些传统充电器的交通运输的能量消耗; (3) 减少了大量的废弃的、有毒的、不能生物分解的充电器形成的电子垃圾; (4) 减少处理、清洁这些废弃的传统的充电器形成的电子垃圾的人力、资源和能量的消耗。

小功率无线电源传输的需求前景非常明朗, Qi标准已开始得到广泛采用, 无线电源充电技术正在向着成为主流技术的方向前进, 该技术将会无处不在。据无线充电联盟内部统计, 未来几年中无线充电技术将在手提电话、PMP/MP3播放器、数字照相机、笔记本电脑等产品领域得到快速应用。2013年全球无线充电潜在市场容量接近140亿美元, 到2014年无线电源充电解决方案市场将增长70倍, 接收器的出货量将达到2.4亿台。支持无线充电功能的设备将由2012年的500万部增至2015年的1亿部以上。根据研究公司Pike的报告, 到2020年, 整个无线充电行业的产值将比2012年翻三番, 达150亿美元。

5 结束语

无线电源技术真正的商业化于我们的生活才刚刚开始, 具有巨大的市场潜力。到目前为止, 尽管很多知名的大公司已经成立了无线电源联盟, 但是无线电源作为一种相当新的技术, 它必将引起消费者对安全问题的担忧。一般而言, 电磁辐射和安全性将成为最重要的问题。因此, 该技术必须消除与最终用户安全性有关的所有疑问, 围绕无线电源技术建立一个良好运转的生态系统, 促使该技术成为主流。

参考文献

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[4]夏增林, 陈启军.简易无线供电系统设计[J].微计算机信息, 2005, 21 (09S) :1-2, 16.

小功率光伏并网发电系统设计 第8篇

1 光伏并网系统的结构组成

光伏并网逆变器的结构如图1所示。系统可工作于独立运行和并网运行两种方式。MPPT电路和交流逆变电路采用DC/DC/AC架构, 其中DC/DC采用Boost电路拓扑, DC/AC采用四开关管桥式逆变结构。系统主要包括八块100W串联的太阳能电池板、基于ARM7架构的单片机核心控制器、DC/DC电路、DC/AC逆变电路。太阳能电池板输出的100V-150V直流电压送到DC/DC电路, 在DC/DC电路里完成系统的最大功率点跟踪, DC/DC电路输出的约400V母线电压送到逆变电路由逆变电路逆变成230V, 50HZ的交流电压, 最后送到电网负载。控制器设计有RS 232接口, 可以把系统相关的数据 (如:太阳能电池输出电压、电流、MPPT输出电压、电流;负载数据等) 传到上位机, 并可以通过上位机控制控制器工作或修改相关的参数。

2 核心硬件电路设计

2.1 DC/DC电路

电路如图2, 在DC/DC电路中有两个电流闭环控制器件, 型号为MAX4080。其中一个用于太阳能电池板输出电流监测, 控制器输出的电流值与电阻R2、R20的分压电路输出的电压分别送到LM3S618的ADC0和ADC1完成太阳能电池板实时输出电压和电流的监测, 为MPPT跟踪提供实时数据。另一个电流闭环控制器件主要完成升压后直流母线的电流监测, 与R21、R3的分压电路输出的电压分别送到LM3S618的ADC5和ADC4以完成逆变器直流侧的电流电压稳定, L1、Q1、Q12、Q13、Q2、D21、D1、R28、R42、C46组成Boost拓扑的DC/DC电路。MPPT (Maximum power point tracking) 的PWM脉冲从LM3S618的36脚输出, 单片机根据两路闭环电流电压的大小进行算法运算最终调节脉冲占空比完成最大功率点的跟踪。

2.2 核心控制电路

电路如图3, 本电路主控C P U采用LM3S618的ARM Cortex-M3内核控制器, 支持最大主频为50 MHz, 32 KByte FLASH, 8 KByte SRAM, 集成正交编码器、ADC、带死区PWM、温度传感器、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器, I2C、CCP等外设。

系统人机交换界面有两部分, LCD显示界面显示太阳能电池板的输出电流电压和逆变器输出的电流电压及逆变器的效率, 上位机通过串口与单片机进行通信, 实现远程监控系统电池板的输出功率, 逆变器输出功率, 保护状态, 调节系统工作状态等。LM3S618通过调节PWM信号的占空比从而调节Boost电路的开关状态, 使电池板输出功率达到最大值, 实现最大功率点跟踪 (MPPT) 。系统采用逐次逼近法, 不断地改变PWM信号的占空比, 实时监测太阳能电池板的输出功率把前次输出与下次输出的功率进行比较, 当电池板的输出功率增大时减少PWM信号的占空比, 否则向反方向调节, 采样频率为500HZ。系统通过JTAG口下载控制算法软件, 便于系统进行二次开发。系统具备有声光告警功能, 如出现过压或过流、超限时相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警。

2.3 DC/AC电路

系统的DC/AC电路主要包括馒头波产生电路, 50HZ方波产生电路, SPWM发生器, 延迟电路, 电流电压检测电路, 全桥功率电路等组成, 电路的设计结构直接影响系统的输出波形和效率。电路原理框图如图4所示。

如图5, 在馒头波产生电路中输入信号可以通过开关SW1选择, 当系统处于独立发电时开关接到50HZ的文氏电桥电路, 当要并网发电时开关接到电网输入端, 电网输入端外接一个3W的小变压器把220V交流电压变成5V的交流电压作为外接参考电平。信号通过C55耦合到运放U9A完成阻抗变换, 再送到由U12A、U12B、U10A组成的零电平整流电路把50HZ的交流信号整流成馒头波, 最后把信号送到加法器U10B把馒头波信号电平抬高2.5V, 同时全桥功率电路输出的并网电流相位通过检测电路取样后送到单片机进运算后得到一直流电平与馒头波相加, 最后送到SPWM产生芯片SG3525的第二脚用以产生SPWM调制信号,

如图6, 从SG352513脚输出的SPWM信号通过与非门选通然后送到延迟电路对信号进行延迟, 信号最后送到全桥逆变电路逆变成235V, 50HZ交流信号再接到电网负载。

2.4 系统软件设计

系统上电先检测太阳能电池板输出的电压电流看是否符合DC/DC电路输入设定值的范围, 如果不符合, 通过单片机关闭DC/DC电路的输出, 启动报警和显示电路, 如果在设定范围之内系统启动交流输出。同时把监测到的电池板的输出电压电流值进行功率运算启动最大功率点的控制。系统有完善的软硬件保护功能, 使系统运行于安全状态。程序流程图如图7。

3 结语

本文提出了一种基于LM3S618控制的单相光伏并网逆变系统的设计方法, 分析了系统的结构和控制原理, 设计了最大功率跟踪MPPT算法和锁相环的软件, 构建了实验室样机, 以ARM为核心的光伏并网逆变系统具有响应快、超调小、无静差等优点, 提高系统的抗干扰能力, 是光伏并网发电领域的一个较佳的方案。

摘要：设计开发一套500W小功率光伏并网发电系统。控制器电路采用DC-DC-AC架构, 该并网逆变器能实现最大功率跟踪和反孤岛效应控制功能, 控制芯片采用LM3S618, 外电压跟踪采用双闭环方式实现与网压同步的正弦电压输出, 构建了实验室样机, 通过实验测试逆变器输出的电流基本与电网电压同频同相, 并网的功率因数近似为1。

关键词：光伏并网发电,DC-DC-AC架构,最大功率点跟踪

参考文献

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[3]周志敏, 周纪海, 纪爱华.高频开关电源设计与应用实例[M].北京:人民邮电出版社, 2008.12.156～159.

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[6]高卫, 马一静, 孙尔康.对实验教学仪器选用的几点看法[J].实验室研究与探索, 2010, 29 (6) :185～186.

小功率计论文 第9篇

二滩水电站是中国上个世纪建成投产的最大水电站, 位于四川省西南部的雅砻江下游, 坝址距雅砻江与金沙江交汇口33km。地下厂房内安装有6台550 MW的混流式水轮发电机组, 调速器采用武汉事达公司的WT-SPLC-STARS双可编程微机调速器。二滩水电站单机容量大, 调节性能好, 是川渝电网的主力电站, 承担系统的调频、调峰、调压、断面潮流控制及事故备用任务。

有功功率测量是调速器控制的重要环节之一, 本文通过分析功率变送器故障现象, 提出调速器程序逻辑优化方案, 以期为同行提供参考。

1 案例分析

1.1 现象描述

2013年12月18日调速器工作在“远方-自动-功率调节-#1PLC主导”方式。08:39:48监控系统发“五号机有功联合控制模式退出、五号机有功调节故障、有功无法调节至设定值”报警信号。8:40:09监控系统发“五号机机组有功功率上限I 580MW”报警信号, 机组实际出力已经达到596.984MW。运行人员在监控系统操作员站上迅速将五号机组导叶开限由87%压至62%, 使有功功率减至504 MW。

1.2 原因分析

从图1可以看出, 五号机跨振动区有功功率调整后, 监控系统变送器测量的五号机有功功率值逐渐大于调速器变送器测量的五号机有功功率值, 监控系统检测到“五号机有功调节故障、有功无法调节至设定值”, 五号机AGC退出, 此时五号机有功设定值 (监控) 跟踪五号机有功功率 (监控) 输出值518.78MW, 调速器以518.78 MW为给定值进行调整, 由于五号机调速器主用的#1PLC功率变送器故障, 测量值比实际值小, 当调速器判断调整到位后, 机组实际出力已经达到596.984 MW, 导致五号机组有功功率超调、越限报警。

2 调速器工作方式介绍

2.1 调速器有功功率测量

二滩水电站调速器有功功率测量采用两块SINEAX PQ502型功率变送器 (4~20mA对应0~650 MW) , 以一对一的方式分别送给#1PLC和#2PLC, 两者信号相互独立。

2.2 调速器工作模式

调速器并网后有两种工作模式, 一种是功率调节模式、一种是开度调节模式。

调速器工作在功率调节模式时, 调速器接收监控系统下发的功率给定值与调速器的功率变送器测量值进行比较, 用功率偏差作为调节量来调整负荷, 从而控制导叶的开或关, 以实现有功功率的调整。

调速器工作在开度调节模式时, 调速器功率给定按“功给-开度-水头”三者关系曲线计算出的开度值与实际开度值比较, 用开度偏差作为调节量调整负荷, 从而控制调速器导叶的开或关, 以实现有功功率的调整。

2.3 监控系统下发功率给定方式

监控系统下发给调速器的功率给定方式有两种, 一种是模拟量, 一种是开关量。当调速器工作在“远方-自动”方式时, 接收监控系统下发的模拟量功率给定值;当调速器工作在“远方-手动”方式时, 接收监控系统下发的开关量脉冲增减功率给定值。

3 案例引发的思考

3.1 原调速器对功率变送器故障的判断缺陷

原调速器程序中对功率变送器只做断线、溢出 (即硬故障) 的故障判断, 对功率变送器测量值异常 (测量值偏大或偏小) 的软故障未作判断, 这可能导致调速器发生有功功率越限或者溜负荷时没有告警和相应的处理。如何判断本文案例中的功率变送器故障, 避免有功功率波动值得业内人士思考。

3.2 功率变送器故障引起调节模式切换

判断功率变送器故障后将引起调速器由功率调节模式切换至开度调节模式, 由于调速器程序中“功给-开度-水头”三者关系曲线计算出的开度给定值与实际开度值存在偏差, 所以调速器在功率调节模式切换至开度调节模式时或者调速器在开度调节模式运行时会发生有功功率调节不准的波动现象, 如何避免这种情况值得进一步深入探讨。

4 优化建议

4.1 功率变送器的故障判断

针对功率变送器测量值偏差过大判断需引入参考的功率变送器测量值, 具体有以下有两种方式:

(1) 两套功率变送器测量值互送。通过#1PLC、#2PLC间通信, 实现两套功率变送器测量值互送, 以作比较判断依据, 假定两套有功功率差值>30 MW, 则认为功率变送器有故障。但该方法的缺点是无法准确定位哪套功率变送器故障;优点是仅作软件优化, 不增加硬件, 不增加元件和维护费用。如果通过通信能把监控系统的功率变送器测量值也读取过来, 那就可以确定正确的功率值。既可提高系统可靠性, 又经济简单有效。

(2) 增加一个功率变送器。增加一个功率变送器, 实现两套PLC间通信, 每套PLC都读取三个有功功率值, 并采用三选二方式判断功率变送器故障情况, 该方法缺点是增加了元件, 增加了元件故障率和费用, 且回路需改动;优点是能准确判断出是哪套功率变送器故障。

4.2 调速器功率、开度模式切换优化

功率变送器故障后, 调速器将由功率调节模式自动切换至开度调节模式, 因二滩水电站调速器“功给-开度-水头”三者关系曲线的精确度问题, 调速器将发生有功功率波动, 调速器如何实现模式无扰动切换呢?需优化调速器程序, 当调速器模式切换时保持当前开度不变, 即调速器功率调节模式运行时, 开度调节模式对应开度值实时跟踪导叶开度实际值, 当调速器切换至开度调节模式运行时, 可实现保持当前开度不变的要求。

4.3 开度调节模式下有功功率调整优化

并网条件下, 当调速器在远方-自动方式时, 不管其在功率调节模式还是开度调节模式下均实现外部功给模拟量控制, 即通过监控系统有功设定值AO通道赋值给调速器外部功给OE。当调速器在远方-手动方式时, 不管其在功率调节模式还是开度调节模式下均实现外部功给开关量控制, 即通过监控系统有功设定值增减按钮DO通道改变调速器有功功率给定值。

调速器开度调节模式下无论通过模拟量还是开关量调整机组有功功率都涉及功给-开度-水头关系曲线, 因水头传感器测量精确度不高, 关系曲线很难整定精确。同时正常情况下, 调速器运行在功率调节模式下, 只有调速器空载或功率变送器故障或频率超差>0.5 Hz (含孤网运行方式) 或并网后人为设定模式情况下才运行在开度调节模式, 所以, 在一定程度上可以认为开度调节模式为非正常运行模式, 建议对调速器开度调节模式程序进行优化, 取消目前功给-开度-水头关系曲线, 将监控系统脉冲量控制对象由功率给定值改为导叶开度值, 实现功率调节模式切换至开度调节模式同时切调速器至远方-手动方式, 最终, 调速器运行在开度调节模式下将报警, 取消了该模式下模拟量调整功能。当需要调整有功功率时, 由运行人员通过监控系统操作员站以脉冲方式增减导叶开度实现功率调整。同时相应完善监控系统逻辑, 监控系统中增加功率调节模式信号作为投调速器闭环条件, 当调速器由功率调节模式切换至开度调节模式后自动退出调速器闭环, 将调速器设为远方-手动方式, 同时监控系统中增加调速器闭环退出后, 退单机AGC功能。

5 结语

调速器作为机组有功功率控制的调节执行机构, 其功率变送器是否故障的可靠判断尤为重要, 本文对功率变送器测量偏差过大的软故障提出了判断思路, 是对功率变送器故障判断的有效补充, 其所提方法和措施对相关电站有参考借鉴价值。

参考文献

[1]王秀梅, 丁仁山.二滩水电站调速器控制系统国产化改造[J].中国电业 (技术版) , 2011, (3) :45-50.

[2]魏守平, 王雅军.数字式电液调速器的功率调节[J].水电自动化与大坝监测, 2003, 27 (4) :20-22.

小功率胶体蓄电池充电器 第10篇

我的电台室几乎所有地方都要用到蓄电池。小功率(QRP)电台,扫描接收机,都有自己的胶体蓄电池。我有几块蓄电池始终保持着充满的状态,随时可以把它们放入4×4越野车的后备箱或野营帐篷里。当我们得不到市电时,蓄电池总是最好的电源。

番茄和西红柿

尽管火腿们都爱叫它胶体蓄电池,但它实际上是阀控式密封铅酸蓄电池(VRSLA)的一种。VRSLA家族还包括了吸附式玻璃纤维隔板(AGM)蓄电池。这两种蓄电池对于我的应用场合都很理想,因为它们内部的电解质不会洒出来,不会泄漏,不会被冷天冻坏,不会释放出危险的氢气(这意味着可以在室内安全使用)。这些蓄电池通常安装于电子计算机房的不间断电源中,用于驱动电动自行车,或应用于应急照明系统中。图1是一块VRSLA家族的蓄电池。

统一充电

家里的胶体蓄电池的型号太多,麻烦就来了——怎么才能保持它们都时刻充满呢?你可以在《QST》文库中找到许多种不同的充电器设计。其中一些的电路很简单,另一些则需要专门的IC。

C1、C2:1000μF、50V电解电容C3:0.01μF、50V电容D1～D6:3A、50V或更高规格的二极管。可选用1N5408DS1、DS2:发光二极管F1:见正文R1:0.1Ω、1/4W电阻R2:0.33Ω、1/4W电阻R3、R4、R6:1kΩ、1/4W电阻R5:270Ω、1/4W电阻R7:5kΩ电位器R8:27kΩ、1/4W电阻R9:6.2kΩ、1/4W电阻U1:LM317稳压器散热片自恢复保险接线端子

我曾经花了很长时间想设计一个复杂的充电器,我觉得它应该能给我的7Ah蓄电池方便地充电。最终,我设计出了一个结构简单、操作方便的充电器,请看图2。它的充电电流很低,所以充电的速度并不快。我给这个设计项目起名叫“QRP胶体蓄电池充电器”。

首先声明,这个电路并非由我原创,这是一个非常常见的电路。我只是稍做了一些修改,添加了一些元件,让它可以在充电的同时还可以带小功率负载。这样的话,在突然停电的时候,蓄电池可以立即直接接过供电任务。电源的自动切换由二极管完成。充电器给蓄电池充电的同时可以带负载,输出电流最大1A。充电器在一块双面印制电路板上组装完成,请看图3。当然,这个电路的组装也没有什么特别的地方,用万能板也可以[1]。

随着蓄电池的放电程度不同,这个充电器充满一块电池需要几小时至24小时不等。从1.2Ah～32Ah的胶体蓄电池,我都用它充过电。

工作原理

这个充电器需要配合一个16V 2A的墙插式变压器使用。这是最简单的交流电源连接方式。变压器的输出送给了全桥整流电路。R1位于整流桥和滤波电容之间,是0.1Ω的电阻。

这个充电器的核心元件是LM317可调节稳压器。电阻R6、R7、R8决定输出电压。二极管D5用来防止蓄电池向U1反送电流。

U1的输出分为两路。一路经过D5、R2后输出给蓄电池。R2的作用是限制蓄电池的充电电流,以图中的元件值,限流为500mA。另一路,也就是OUT接口,连接负载,充电器最高可输出1A的负载电流。这个1A的电流是充电电流和负载电流的合计值,这意味着充电电流和负载电流不能都是1A。

为了防止负载发生短路损坏蓄电池,F1处安装了一个自恢复保险器。当蓄电池有电且市电停电的情况下,蓄电池会经由D6输出至负载。当充电器有电流输出的时候,发光二极管DS1便会亮起。

调节微调电位器R7可以把输出电压设定为可以把蓄电池充满的电压值。我每次会使用掉蓄电池50%的电量,所以我把充电器的输出调为14.2V。如果充电电压设为13.5V～13.9V的浮充电压,蓄电池可以在这个电压下安全充电好几年。

作为蓄电池12V充电器使用的时候,电阻R9是不存在的。这个电阻用来把充电器的输出降低至6V,给6V铅酸蓄电池充电。如果你需要的是12V充电器,就不要安装R9。

元件选择

组装你自己的充电器时不用太死板。虽然我用的是1N5408二极管,其实你可以使用任何一种3A 50V或更高规格的二极管。我给R1和R2标注的是Mouser公司的型号,因为它俩能正好适合PCB的预留位。你也可以用色环电阻代替,立式安装在PCB上。

C1和C2是1000μF,50V的电容。如果你确定你的负载会消耗满1A的电流,我建议你增加C1和C2的电容值。在这种情况下,4700μF是一个不错的取值。这两种容量的电容外形尺寸一样。

虽然墙插式变压器是理想的选择,但你也可以安装分立变压器。你的变压器的输出最好在交流14V至16V之间。注意,变压器的输出电压越高,稳压元件的发热就越大。我试过18V输出的变压器,电路也能正常工作,只是散热片比用16V变压器时更烫。不管采用什么形式的变压器,它的输出电流应该能达到2A。你可以去All Electronics这类尾货处理店找找有没有能用的变压器[2]。但这些店的货源很杂,经常变化。

充电器的组装

不论使用面包板还是PCB,充电器的组装都很简单。其他的我不管,我只要求你一定给U1安装散热片。PCB上有散热片的孔位,可以使稳压IC以正常电流工作时保持凉爽。如果你不用PCB组装这个电路,那你无论怎样也要让U1贴到一块金属上,用机壳给它散热也可以。稳压IC的固定孔是带电的,所以在安装它的时候要使用TO-220绝缘固定件。

我不喜欢PCB上有很多线进进出出,所以PCB设计的时候预留了安装接线端子板或AMP连接器的位置。安装哪种都可以,但是最好不要混装。

组装好的PCB要放在一个小盒子里,像图4那样。我承认,我偷懒把一块成品充电器电路板直接拧在了工作台的架子下面。我可以方便地通过上面的AMP连接器快速连接上变压器和蓄电池并立刻开始充电。虽然实现方式不太雅观,但是确实挺实用。

我又组装了一套充电器,随手翻出一个Ten-Tec机壳装了进去。我给这套充电器加装了一个数字电压表,随时监视蓄电池电压。当蓄电池的电压和充电器的输出电压相等的时候,我就知道充电已完成。蓝色LED亮表明充电器已经通电,绿色LED亮表明蓄电池连接到了充电器上。在这套充电器上,我没有带负载。

充电输出采用安德森插头,通过一截导线连接至蓄电池。电源输入通过同轴连接器连接至墙插式变压器。

充电器的调试和使用

充电器的调试非常简单。你需要一块万用表(最好是数字万用表),和你要充电的蓄电池。

将PCB的AC IN连接至变压器的输出端,打开电源(把变压器插入插座),你会看见两颗LED灯都亮了。这时用万用表测量Battery处的输出电压,调整微调电位器R5,把输出电压调整为14.2V。对于绝大多数蓄电池来说14.2V上下都是很合适的充电电压[3]。电压根据不同的蓄电池,可上下做些调整。现在拔下变压器给PCB断电。把万用表调整到电流档,串联进充电电路测量蓄电池的充电电流[4]。重新给充电器通电,这时你应该能在万用表上读出最高500mA的充电电流。你的实际读数取决于蓄电池之前的放电程度。经过一段时间的充电后,充电电流应该会开始下降,而蓄电池电压开始上升。当蓄电池电压和充电器输出电压相等时,如图5,充电电流会降低至非常小。这时蓄电池就充满了。

保持蓄电池的连接,拔下变压器。这时交流电源指示灯会熄灭,直流指示灯会保持点亮。这时用万用表测量充电器OUTPUT处的输出电压,这个电压应该十分接近蓄电池的电压。

小功率开关磁阻电机驱动系统的设计 第11篇

目前, 生产厂家均采用永磁直流电机作为电动自行车的驱动电机, 但永磁直流电机本身存在的缺陷, 制约了电动自行车持续、健康发展。首先, 有刷直流电机需要安装换向器和电刷, 导致结构复杂、需要定期维护;其次, 有刷、无刷电机都需要永磁材料, 而稀土不可再生。

开关磁阻电机 (SRM) 定转子由硅钢片压制而成, 结构简单、高启动转矩、频繁启停、效率高[1]的优点决定SRM更适合车辆负载。设计电动自行车用小功率开关磁阻电机驱动系统, 重点讨论辅助电源、MOSFET驱动电路以及角度位置控制方式, 以实现对开关磁阻电机的精确控制。

1 驱动系统结构

以额定电压48V、功率250W、三相6/4极SRM为控制对象, 驱动系统如图1所示, 包括SRM、蓄电池、主控模块、功率变换、辅助电源、MOSFET驱动、电流采集及过流保护、位置检测电路等。

2 系统硬件电路设计

2.1 主控模块

主控模块采用基于Cortex TM-M3内核的微控制器STM32F103C8, 其具有集成度高、价格低等诸多优点, 在电机驱动、变频器等领域广泛应用。片内资源分配:

(1) 电流检测、给定信号:ADC模块。

(2) 位置检测信号:I/O口。

(3) 捕获异或位置信号:TIM2、TIM3。

(4) PWM:高级定时器TIM1。

(5) 过流检测信号:外部中断INT0。

2.2 功率变换电路

常用主电路有不对称半桥、电容裂相型、H桥主回路等。综合考虑, 采用不对称半桥主回路, 如图2所示, 其中Q1~Q6选用80A/75V的功率管STP75NF75, D1~D6选择30A/100V的肖特基二极管MBR30100, 其反向恢复时间小于10ns。

2.3 辅助电源电路

驱动、控制电路需要15V、5V和3.3V电压, 需要对48V电压进行变换, 通常采用线性稳压器件或者DC/DC变换器。线性稳压器具有价格低等优点, 但效率低;DC/DC变换器效率高, 但控制复杂。采用两种方案相结合的方式, 如图3所示。

5V、3.3V由线性稳压器件U1、U2得到。48V变换到15V, 若采用线性稳压器件, 其允许最高输入电压应为60V左右, 但是这种器件价格较高且不多见;而采用Q1、Q2、U1A构成的简易DC/DC变换器, 既节约成本, 又可降低损耗。R11为启动电阻, 使U1A上电瞬间获得5V工作电压。将15V作为反馈电压U, 当U高于15V时, Q1、Q2关断, U降低;小于15V时, Q1、Q2导通, U增大, 最终U稳定在15V左右。R3为分压电阻, 由实验获得。

2.4 MOSFET驱动电路

低侧MOSFET驱动电路如图4 (a) 所示, Q2、Q3构成推挽输出, 具有阻抗小、驱动能力强等特点。

高侧MOSFET驱动有隔离电源法、脉冲变压器法、自举法。隔离电源法需4路隔离电源, 结构复杂;脉冲变压器法在高频时, MOSFET无法有效导通;自举法常用自举栅极驱动IC实现, 具有性能可靠、功耗小等优点, 但成本较高。高侧MOSFET导通时, 源、漏极电压相等, 为48V, 如果栅极电压高于漏极电压15V, 就能避免采用上述方案, 这需将栅极电压升压, 驱动电路如图4 (b) 所示。R1~R4、C1、UA组成了方波电路, 通过R4、C1充放电实现高低电平的自由转换。U1B输出高电平UH、低电平UL时, 对应的阀值电压分别为UP+、UP-。设某时刻U1B输出电压U0=UH, 则同相输入端电位UP=UP+, U0对C1充电, 反相输入端电压UN逐渐升高;当UN大于UP+, U0从UH跳变到UL, 同时UP从UP+跳变到UP-;随后C1通过R4放电, UN逐渐降低, 当UN小于UP-, U0就会从UL跳变到UH, 同时UP从UP-跳变到UP+重新对C1进行充电;上述过程周而复始。变压器次级电压经过整流后抬升到63V。MOSFET允许栅极最大电压为20V, 防止栅极被击穿。应在栅-源极并联18V稳压二极管, 同时并联电阻。

2.5 电流采样及过流保护电路

电流采样选择电阻采样法, 如图5所示。经采样电阻采集的信号U经滤波、放大 (1+R3/R2倍) 后, 一路送入ADC0, 一路送给比较器U1D, 用于过流检测, 当发生过流超过给定值, INT0输出低电平, 关断MOS-FET。

2.6 位置信号检测电路

位置信号采用光电式位置传感器, 由光电脉冲发生器和码盘组成。输出周期为90°的转子位置方波信号A、B、C, 三相位置信号异或得到周期为30°的方波信号S, 如图6所示。该信号一路送入CPU捕获端口, 用于转速计算;一路用于角度细分, 用于角度位置控制。

2.7 其他模块

电压检测及显示进行模块:通过电阻分压对蓄电池电压进行采样, 送入ADC, 欠压时发出提醒并执行相应程序。

手柄输入模块:手柄输入采用霍尔传感器, 转角为20°~80°, 小于20°手柄无控制信号输出, 当输出信号维持20s以上不变时即进入定速巡航。

3 系统软件设计及实验结果

系统软件主要包括初始化、位置检测、给定输入、启动、过流保护、转速计算和控制子程序等, 如图7所示。

系统采用PWM/APC控制方式, PWM控制改变占空比即改变导通相平均电压;高速时, 反电动势抑制绕组电流上升, 此时选用APC控制, 改变开通角, 绕组电流最大值也随着改变, 进而改变导通相绕组电流的有效值, 达到调速目的。电流波形如图8所示, (a) 为PWM控制下电流波形, (b) 为APC控制下电流波形, 开通角为-2°, 关断角为16°。

4 结语

实验表明, 设计的硬件电路配合软件控制, 具有结构简单、成本低、可靠性高、调速响应快等优点, 目前已成功应用于电动自行车。

参考文献

[1]武长河.基于开关磁阻电机的电动自行车的驱动电路设计[J].农机使用与维修, 2008, (3) :24

[2]李正中, 孙德刚.高压浮动MOSFET栅极驱动技术[J].通信电源技术, 2003, (03) :37-38

[3]钟锐, 徐宇拓, 陆生礼.基于STM32的开关磁阻电机角度位置控制系统[J].计算机测量与控制, 2012, 20:2962