电路补偿法的基本原理精选(九篇)

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第1篇：电路补偿法的基本原理范文

关键词： 板式电位差计 测量 电动势

板式电位差计实验是大学物理实验课程电磁学实验部分的一个常见实验。一般我们是用板式电位差计去测量干电池的电动势和内阻。实验的内容并不多，但是学生普遍感觉比较难做，甚至很多学生无法完成实验。最主要的原因是学生没有掌握本实验的关键点。

下面首先介绍实验的基本内容，再分析实验的难点与要点。

1.基本实验内容

板式电位差计测量电池的电动势和内阻是电磁学实验中的一个常规实验。其基本实验内容包括以下几个部分。

1.1补偿法的原理

用电位差计测电动势，其原理如图1所示，其中E为待测电动势，E为数值已知并且可以调节电动势。若调节E使检流计指示为零，则表示待测电动势E与此时的E大小相等，这时我们称电路达到补偿。用这种方法测量电动势（或电位差）称为补偿法。使被测电动势与标准电动势比较，电位差计就是依据此原理设计制成的仪器［1］。

1.2板式电位差计实验的基本原理

实用电位差计测电动势的原理如图2所示，将电源E，限流电阻R和粗细均匀的滑线电阻R串联成闭合电路，称为辅助回路，调节R，使电路中有一恒定的电流通过，R上有两个滑动头C、D，移动C、D，不仅能改变R的值，同时也可以改变U的值的大小，所以U相当于图1中的E，是一个可以调节数值大小的电源［2］。

用板式电位差计测电动势（电位差）分两步进行：

（1）校准电位差计，将转换开关K′倒向S，则CEGDC组成校准工作电流回路，调节限流电阻R，改变工作回路中的电流，并调节C、D滑动头，使图2中

U=E=IR（1）

这时检流计中无电流通过，C、D间的电压恰好与标准电池的电动势E相等，即电位差计处于补偿状态，这时工作回路中的电流就被精确地校准到所需要的电流值，这一步骤称为电位差计校准。

（2）测量未知电动势E，保持辅助回路电流I不变，将转换开关K′倒向X，且调节滑动头C、D的位置至C、D，则CEGDC组成测量回路，若C、D的位置合适，使电压U=E，则

U=E=IR（2）

比较（1）式和（2）式得

=

得E=•E（3）

因电阻丝AB是粗细均匀的，电阻之比等于相应长度之比，所以

E=•E（4）

L、L可测出来，E为已知，则根据（4）式可计算得E。

（3）测电池内阻r

将E与R并联，测出端电压U，根据U=E-Ir即可求出

r=•R（5）

1.3用板式电位差计测量电池的电动势

板式电位差计的结构如图3所示，电阻丝AB长11米，往复绕在11个插孔上，依孔号顺序，相邻两插孔电阻丝长1米，插头C作粗调节，可插在插孔0、1、2…10中任一位置（图中联在6号孔）、电阻丝OB下面有一根带刻度的米尺，触头D可在OB上滑动，进行微调。移动C、D两个触头便可获得所需要的电压，使电位差计处于补偿状态。

（1）校准电位差计，按图3连接电路，接通开关K，调节滑动电阻R使电压指示约为2.2伏（0.20伏/米），将开关K′倒向标准电池的接线端钮，根据标准电压电动势的数值（例如1.01861伏），将活动插头C插入合适的插孔，并滑动触头D，使检流计指针几乎不偏转，合上开关K″，进一步细调D的位置，使I=0，电位差计已调准，以后保持工作电流不变，读取CD间电阻丝和长度L值。

（2）将转换开关K′倒向X，根据待测电池电动势的估计值，调整C、D调整两个活动触头在合适的位置，使I=0，记录此时C、D间的电阻丝的长度L值。

按以上步骤重复测量五次，取L和L的平均值代入（4）式计算E值。

（3）根据实际情况估计L和L的绝对误差，并计算E的相对误差。

1.4用板式电位差计测量干电池的内阻

为了测量干电池的内阻，可把干电池同一已知电阻R（用电阻箱）构成图4所示回路，合上开关K，电路中没有电流I通过，内阻

r==•R（6）

式中R为干电池放电的外电阻。

测外电阻R=500Ω时的内电阻。

测量时，将图4中的m、n两接线端接到图3的对应点m、n上去，仿照测电动势的方法，平衡时，读取此时对应C、D间电阻丝长度L的数值，重新调整，测量五次，求其平均值。注意：被测电池应是断续放电，可以证明，（5）式可改写为：

r=•R（7）

用上式计算出干电池的内阻r。

2.实验的难点与要点

2.1实验难点

学生在做板式电位差计实验时，普遍感觉比较困难。难点有如下几个。

（1）图3中C、D两点的初始位置难以很好地确定。

这就要求在测量之前要初步估计待测电动势的数值。并根据这个数值估计C、D间电阻丝长度大概应该是多少。

（2）在调节D点的位置时，出现电路时通时断的现象。

出现这种现象，主要是因为电阻丝在长期使用以后发生弯曲变形，使得滑动触头D在移动过程中不能很好地保持与电阻丝接触。正确的做法是先移动滑动触头D使其到达预定位置，再按住滑动触头D，使其触点与电阻丝接触，然后再观察检流计指针的偏转情况。

（3）在进行重复测量时，往往前后两次的测量结果相差很大。

出现这种情况往往是由于实验系统在前一次调节平衡以后，回路中的工作电流发生了漂移。此时需要对电路重新进行校准，然后再进行测量［3］。

（4）对内阻的测量方法理解不透。

此时教师应该注意结合电路详细讲解测量原理，并与前面的电动势测量进行类比，同时将测量原理的推导过程尽量详细地展示给学生，以帮助他们理解［4］。

2.2实验要点

根据实验难点，我们概括了实验过程中必须要注意的操作要点。遵循这些操作要点将大大提高实验的成功率［5］。

（1）实验开始，合上主电路开关，必须调节划线变阻器，使得AD两端电压为2.2伏，即电阻丝上的电压降为2.2/11=0.2V。这一步必须做，是为了以后便于估计Ls，Lx的长度，从而能够更快地确定C点和B点的位置。

（2）用万用表粗测被测干电池的电动势，以便更好地估计与Ex对应的Lx的数值。例如，粗测被测干电池的电动势为1.56伏，则可以估计Lx=1.56/0.2=7.8米。即将C点插在7米的孔里，将B点滑动并接触到80cm处，再调节电桥平衡，则电桥将很快就能够通过调节达到平衡。

（3）在实验过程中，必须时刻注意保持B点与电阻丝的接触。由于一些电位差计的电阻丝已经弯曲，故常常导致B点按下去时，电阻丝滑开，导致B点不能很好地与电阻丝接触，此时，检流计的指针往往会只往一边偏（无论怎么调节）。

（4）实验中出现故障，检流计的指针往往会只往一边偏（无论怎么调节），还有可能是电路中某一根连接线断路了。此时，需要用万用表检查每一根线的电阻。若电阻为零，则该连接线正常。否则该连接线就有问题，需要更换。

（5）设计电路时，要注意对检流计的保护，最好在检流计支路上串接一个电阻箱，用来限制通过检流计的电流。

（6）注意电阻丝和检流计不宜长时间通电。

（7）B点滑动时不宜与电阻丝接触，必须在滑动到位置后，再按下B点，才使其与电阻丝接通。

（8）检流计使用之前，必须调零。

（9）读取Ls，Lx的长度（以米为单位）时，必须取小数点以后4位小数。

（10）做板式电位差计校正电表实验时，表中数值可以按照电流读数值变化，也可以按照Rs阻值变化，如果按照电流读数值变化时，则当电流值为50MA时，Rs阻值往往只有1欧姆左右。可能会有一些问题出现，例如，误差比较大，等等，应当想办法解决这些问题。

3.总结

板式电位差计测量电池的电动势和内阻是一个相对较难的实验，为了更好地完成这一实验，我们对实验过程中的难点及其解决方法进行了研究，并总结了实验过程中的操作要点。上述经验已经在实验教学中得到了应用，收到了很好的效果，学生实验的成功率也大为提高。

参考文献：

［1］孟桂菊.板式电位差计与箱式电位差计的区别与联系［J］.黄冈师范学院学报，2002，22，（3）:74-75.

［2］张学华.用板式电位差计测电池的电动势和内阻的实验研究［J］.大学物理实验，2010，23，（5）:65-66.

［3］潘渊.对十一线电位差计工作电流选择问题的讨论［J］.陕西工学院学报，2000，16，（1）:85-87.

［4］元晶，宋燕飞.用板式电位差计测干电池内阻［J］.甘肃联合大学学报（自然科学版），2006，20，（6）:55-58.

第2篇：电路补偿法的基本原理范文

关键词：供配电系统；电能质量；监测

引言

电力系统中存在各式非线性或不对称负荷,对电能质量的影响日益严重，甚至威胁电力系统和用户设备的正常运行。特别是对那些高度自动化的用电设备，每年因电能质量问题要承受巨大的经济损失，应用新技术解决电能质量问题已成为电力系统研究领域中的热门课题之一。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电能的需要与日俱增，与此同时对电能的要求也随之增加。为了满足生产和生活的需要，提高供配电系统的电能质量就显得势在必行。

2电能质量。

电能质量(Power Quality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。其可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

但是从工程实用角度出发的电能质量包括电流质量、电压质量、供电质量和用电质量四个方面。其中，电流质量主要包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前与滞后噪声等方面；电压质量主要包括电压偏差、电压频率偏差和电压不平衡等方面；供电质量主要电压质量和供电可靠性等方面；用电质量主要包括电流质量和非技术含义等方面。随着我国供配电系统规模的不断发展壮大，供配电系统电能质量产生的问题也随之增加，电能质量主要受谐波、非线性负荷和元件等因素的影响。

2.1谐波。在供配电系统中，谐波主要是由电力变压器产生的。由于收到变压器铁芯饱和

磁化曲线非线性的影响，使得磁化电流呈尖顶波形，从而产生谐波。因为电网谐波的污染，使得电网电能质量指标下降，从而进一步对影响供配电系统的安全稳定运行和增加了供配电系统的附加损耗。

抑制谐波的根本做法就是尽量减小以至消除波源产生的谐波分量，从而使注入电网的谐波降到国家标准的规定值以下。我国颁布的国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》中规定电网谐波电压的限值。抑制谐波的根本做法有消除和补偿这两种方法，消除法是通过改变谐波源的工作特征和工作方式，使谐波源少产生甚至不产生谐波。补偿法是通过设置吸收装置来吸收谐波源产生的谐波。装设滤波器、设置有源滤波器和采用新型整流电路是目前抑制谐波的基本措施。其中，装设无源滤波器是目前最实用、最有效和最常用的措施。无源滤波装置主要由电力电容器、电抗器和电阻器联结而成，在实际运行中，不仅可以滤波，而且可以用于无功补偿。

2.2非线性负荷和元件。在电力系统中，由于大量的非线性设备和负荷的存在，从而导致

谐波的产生。例如，家用的洗衣机和电风扇等设备的不平衡电流导致的电网波形改变，这也是谐波的重要来源。工业生产中，典型的非线性负荷有冷轧钢机，电弧设备、矿热炉、硅铁炉和高频炉等均属此类非线性电力设备。随着电力电子技术的飞速发展，晶闸管在电力工业中获得了广泛的应用，然而这些电子器件也是电力系统中的谐波源。

3改善电能质量的措施

目前改善电能质量措施的研究涉及面很广。在减小频率和电压偏差方面，电网调度自动化、无功优化和负荷控制是常用的方法；城乡电网改造工程也是提高电能质量的一个重要措施；无源滤波器和静止无功补偿器(SVG)在抑制电网谐波、降低电压波动和闪变方面有着重要的应用；随电力电子元器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT等)的飞速发展，柔流输电系统（FACTS）是改善电能质量的一种十分重要的途径。

3.1静止无功发生器

静止无功发生器(StaticVarGenerator，简称SVG)具有连续调节、调节范围大、响应速度快、控制精度高、运行可靠等优点，是目前性能最好的动态无功补偿装置，它代表了当今无功补偿装置的发展方向。

所谓静止无功发生器(SVG)，是指用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，它与静止无功补偿(SVC)装置相比，具有调节速度更快，运行范围宽等优点，并且在采取多重化、多电平或脉冲宽度调制(PWM)技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量，因此在静止无功发生器进行研究对电能质量的提高具有一定的指导意义。静止无功发生器的基本原理：就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，来调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。

其中，表示逆变器的输出电压，表示电网侧的电压。当以时，SVG处于超前运行状态，发

出容性的无功功率，此时起到电容器的作用；当时，SVG处于滞后运行状态，吸收感性的无功功率，此时起到电抗器的作用；当时，SVG与电网系统之间不存在无功交换。SVG在正常工作时，就是利用电力电子半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频同相的输出电压，它就像一个交流电压逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，改变SVG交流侧输出电压的幅值及其相对于地的相位，就可以改变电抗上的电压，从而达到控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值的目的，也就控制了SVG吸收无功功率的大小，从而起到了补偿的目的。

3.2电能质量的监测。随着现代科学技术的发展，通过对电能质量监测技术进行相关研究，从而为建立起表征电能质量的数据库提高理论基础，在供配电系统和用电设备运行失效之前，捕获到早期的故障信息，从而更好的保护供配电设备的安全运行，更好的提高电能质量。

3.3谐波发生器的控制。在主电路与控制对象均已确定的情况下，电流控制手段会影响装置的整体性能。由于电能质量调节器的容量相对较大，对其所用的电力电子器件的安全性和效率要求较高，因此，控制器设计在提高电流跟踪精度的同时，还应尽量保持逆变器的开关频率恒定、提高装置的安全性、提高直流电压利用率以减小整个装置的容量和损耗。在UPFC实际应用中一般采用基于PWM的电压源逆变器作为发生器。现使用较多的控制方法有三角载波线性控制和滞环比较控制、前者是最简单的控制方法，开关频率恒定，装置安全性较高，但响应较慢，精度较低。后者精度较高且响应快，但开关频率可能波动很大。随着微机控制技术和数字信号处理技术的迅速发展，控制披术的数字化必将在UPQC中得到进一步的应用、如无差拍控制就是在电流滞环控制技术的基础上发展起来的全数字化控制技术的范例。基于人工神经网络、甚于模糊逻辑以及预测控制等控制方法在电能质量调节器的控制策略中亦有所应用。

3.4电能质量调节技术及应用。作为改善电能质量的技术手段，从LC无源滤波装量发展到串联／并联型APF，又从单一的APF走到将二者结合为一体的UPQC，历经30多年。虽

然UPQC在我国电网户的实际应用距发达四家还存在一定的差距，但随着电力市场的形成，供电质量问题将日益尖锐，势必会促进UPQC乃至电能质量调节器的实用化。

结束语。

在市场经济环境下，随着对供用电质量的日益重视，电能质量直接关系到国民经济的总体效益和用户的切身利益。电能质量标准也是在实践中不断完善和发展的，对提高供配电系统电能质量进行相关研究不仅具有重要的理论意义，而且还有非常重要的现实意义。

参考文献