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开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇交流电压，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词:Modbus协议;交流电压峰值;MSP430F449;MAX1270
中图分类号:TB971,TP368.1文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)10-146-03
Design of AC Voltage Peak Detection Instrument Based on Modbus-RTU
WANG Jichang
(Seismic Geophysical Company of Shengli Oil Field,Dongying,257100,China)
Abstract:The peak voltage detection of AC is an important index in industry power safety monitoring.AC voltage peak detection system based on hardware of MSP449,MAX1270 and RS 485,and protocol of Modbus-RTU are introduced.This system have been used in AC voltage peak detection successfully.This system has advantages of portable,low power and so on.Meanwhile,it is easy to interface with PC or controller in accordance with Modbus-RTU protocol to construct remote monitoring and control system conveniently.
Keywords:Modbus protocol;AC voltage peak;MSP430F449;MAX1270
收稿日期:2008-10-23
0 前 言
交流电压峰值是指交流电压的最大值(正峰值)或最小值(负峰值),是工业生产过程中一个非常重要的参数。为保证用电设备的安全,对供电电压的峰值[1]进行检测具有重要意义。测量峰值的方法主要有示波器法、间接计算法、专用峰值表法。利用示波器虽然可直观地显示电压的波形和峰值,但在成本和便携性上示波器均不能作为现场监视设备;间接计算法只适用于标准正弦波,实用性不大;专用峰值表大都存在体积较大,携带不便,且与电脑或控制设备相连不便的缺点。针对以上缺点,采用MSP430[2]系列单片机、MAX1270模/数转换器,并利用Modbus-RTU协议,成功地开发出了低成本、便携、智能的峰值表设备。
1 测量原理
由于供电电网的波动及电网的电压波形是一种非标准正弦波,其峰值不能通过平均值或有效值间接计算。该系统采用对非标准正弦波在一个周期内多次采样,并通过冒泡法比较采样值,得到电压的最大值或最小值作为其正峰值和负峰值。显然只要采样密度适当,完全可以得到真实的电压峰值。我国交流电的频率为50 Hz,设计中采样频率设置为10 kHz,即每个交流波形周期中采样200次,足以正确地反映出电压的变化情况,从而确定电压的峰值。
2 硬件设计
设计中,以MSP430F449[3]单片机、MAX1270模/数转换器为主要器件。前端A/D输入采用电阻分压方式将交流电进行降压;采用RS 485芯片作为通信接口芯片,硬件框图如图1所示。
图1 硬件框图
2.1 A/D输入调理保护电路设计
以220 V交流电为例,其理论峰值电压为311 V,但考虑到电网波动、正弦波失真等,电压峰值很可能超过311 V,这时可根据工作经验和实测情况,选定一个电压值作为电压可能达到的最大值,假定为500 V。如果MAX1270的输入范围设置为±5 V,则分压电阻的分压比应设置为100∶1。分压后的电压经过运放缓冲后作为A/D芯片的输入,为保护后级A/D转换芯片,设置两个稳压二极管组成限幅电路。输入调理电路如图2所示。
图2 A/D输入信号调理保护电路
2.2 A/D转换电路
A/D转换电路采用MAX1270[4]芯片,MAX1270是8通道、多量程双极性输入、串行输
出、逐次逼近型12位A/D转换器,最高采样率为110 kS/s。在单+5 V电源供电下,可通过编程实现±5 V,±10 V,5 V,10 V量程。其中,双极性输入十分适合作为交流电压测量。
MAX1270转换电路如图2所示,由MSP430F449的I/O口线控制MAX1270的串行接口。由于MAX1270在5 V电压供电下,输出4.5 V以上高电平,而MSP430F449的I/O口电平为3.3 V,因此必须附加一个接口芯片,以实现5~3.3 V的电平转换,这里采用MAX3001双向电平转换芯片。A/D转换电路如图3所示。
2.3 RS 485接口电路
该设计采用RS 485总线[5],可通过电缆或光纤将信号有效地远传上千米,配合Modbus-RTU协议,可方便地与符合Modbus-RTU协议的控制设备连接。设计中采用MAX3485芯片作为RS 485接口芯片,电路如图4所示。
图3 A/D转换及电平转换电路
图4 RS 485接口电路
3 软件设计
设计中,主要的软件模块包括A/D转换,Modbus-RTU协议和串口编程。对于串口编程不再赘述,主要对MAX1270[6]和Modbus-RTU[7]协议进行说明。
3.1 MAX1270编程
MAX1270的控制字格式如表1所示,最高START为起始位,保持为“1”;SEL2~SEL0为输入通道选择位;RNG,BIP分别为量程和极性选择位;PD1和PD0为掉电和时钟模式选择位。各位的具体意义请参考MAX1270数据手册。该设计中,MAX1270设置为:量程10 V,双极性输入(即实现±5 V测量)、外部时钟25 CLK/s正常操作模式,使用通道CH0作为输入通道,控制字的格式为10000101。
表1 MAX1270控制字
BIT7(MSB)BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0(LSB)
STARTSEL2SEL1SEL0RNGBIPPD1PD0
/*函数:max1270_ACQ()功能:读取A/D转换数据*/
unsigned int max1270_ACQ()
{
unsigned char cmd;
cmd=0x85;//双极性正负5 V输入范围,通道0,常规操作、外部时钟模式
unsigned char t=8;
do//写入控制字
{
max1270_CLK_CLR;
_NOP();
if((cmd & 0x80)==0x80)
max1270_DI_SET;
else
max1270_DI_CLR;
cmd
_NOP();
max1270_CLK_SET;
_NOP();_NOP();
}
while (--t!= 0);
max1270_DI_CLR;
//等待转换完成
for(int i=5;i>0;i--)
{
max1270_CLK_CLR;//时钟下降沿
_NOP();_NOP();
max1270_CLK_SET;//时钟上升沿
_NOP();_NOP();
}
//读出转换结果
unsigned int dat=0;
t=12;
do
{
max1270_CLK_CLR;
_NOP();
dat
if(max1270_DO)//DO的输出为1
dat++;
max1270_CLK_SET;
_NOP();
}
while (--t!=0);
_NOP();_NOP();
max1270_DI_CLR;
max1270_CLK_CLR;
_NOP();_NOP();
return dat;
}
3.2 Modbus-RTU协议
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。Modbus-RTU是Modbus[8]协议的一种传输模式,在该模式下,消息中的每个8 b包含2个4 b的16进制字符。Modbus协议的核心程序是CRC校验[9]程序的编写。该系统中采用CRC-16校验法,具体程序实现如下:
//CRC生成和校验:用于CRC生成和校验,其中frame为数组指针,n为数据个数//
unsigned int CRC(unsigned char *frame,int n)
{
int i,j;
unsigned int flag,crc;
crc=0xffff;
for(i=0;i
{
crc^=*frame++;
for(j=0;j
{
flag=crc&0x0001;
crc>>=1;
crc&=0x7fff;//crc高位补零
if(flag)
{
crc^=0xa001;//crc xor A001
}
}
}
flag=crc%256;//取模求余得到crc低字节
i=(crc-flag)/256;
crc=flag*256+i;//高低字节交换
return(crc);
}
3.3 其他重要子程序
程序中采用定时器中断触发每次采样,保证采集周期的精度,同时每次采集时都以过零点作为采集数据的开始。这两点都有利于提高系统精度。
//定时器设置
CCR0=399;//400×0.25 μs=0.1 ms,即采样周期
设定为10 kHz(10 k/50=200)
TACTL=TASSEL_2+MC_1+TACLR;//MCLK=4 M,Up Mode,CCTL0=CCIE;//CCR0中断使能
//正过零点判断
if(AD_Result
Start_Flag=1;//Start_Flag为开始存储数据的标志
else
Start_Flag=0;
4 测试结果
通过施加标准正弦波、非标准正弦波、三角波测试,可使该表的峰值测量精度高于1级,完全满足工业现场设备供电检测的需求。该表与工控组态软件MCGS[10]配合,工作良好。此外,该表除了测量峰值以外,还扩展了电压平均值、有效值的计算,设计成一个具有多功能的智能仪表。
5 结 语
该设计以MSP430F449单片机、MAX1270为核心,编写了Modbus-RTU协议,同时利用RS 485接口可方便地进行数据远传或与符合Modbus-RTU协议的设备相连,该表的体积小,功耗低,可使用干电池或蓄电池供电,非常适合作为编携式设备,随身携带,也可作为功能模块直接安装在工业现场设备对电网供电电压峰值、有效值等参数进行监测。
参考文献
[1]李玉峰.自动切换量程的峰值电压检测系统[J].电测与仪表,1999,36(12):14-16.
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[6]Maxim Corporation.MAX1270 Datasheet\.2007
[7]王兴贵,张明智,杜莹.Modbus RTU通信协议在智能仪表与工控机通信中的应用[J].低压电器,2008(2):8-11.
[8]Modbus协议[EB/OL].,2007.
1 在研究电容器的耐压值时，用交流电的峰值。即为了保护电路中的电容器不被击穿，接在电容器两端的交流电的峰值必须小于等于电容器允许承受的最大电压值。
例1 交变电流电源的电压为6V，它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起组成电路如图所示，图中电压表读数为U1，为保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值U2应，则以下判断正确的是（ ）
A．U1=62V B．U1=6V
C．U2≥6V D．U2≥62V
解析 平常我们所说的交流电的电压是指交流电的有效值，因接在电容器两端的交流电的峰值必须小于等于电容器允许承受的最大电压值（即电容器的耐压值），交流电的有效值与交流电的峰值的关系是U峰值=2U有效值，则D正确。电压表的读数是交流电的有效值，则B正确。
2 在研究交电流做功、电功率及产生的热量时，要用有效值；交流电压表和电流表的读数也是交流电的有效值；接入电路的用电器的额定电压同样是看交流电的有效值。
例2 如图1所示，为交流发电机示意图，匝数为n=100匝的矩形线圈，边长分别为 10cm和20cm，内阻为 5Ω，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以502rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部 20Ω的电阻R相接，求：（1）S断开时，电压表示数；（2）电键S合上时，电压表和电流表示数；（3）为使R正常工作，R的额定电压是多少？（4）电阻R上所消耗的电功率是多少？
解析 （1）感应电功势最大值
Em=nBSω=100×0.5×0.1×0.2×502V=50V。
S断开时，电压表示数为电源电动势有效值
E=Em2=50V
(2)电键S合上时，由全电路欧姆定律
I=ER+r=5020+5A=2.0A
U=IR=2×20V=40V
即电流表示数为 2A,电压表示数为40V。
（3）额定电压即为电压有效值，故R的额定电压为 40V。
（4）电阻R上所消耗的电功率 P=IU=2×40W=80W。
3 求通过导体截面的电量时，只能交流电的用平均值。
例3 矩形线圈面积为S，匝数为N，内阻为r，绕OO′轴以角速度ω做匀速转动，当它从图中位置转过90°过程中，求：通过电阻R的电量是多少？
解析 线圈转过90°的过程中，平均感应电动势为：ε =NΔΦΔt=NBsπ/2ω=2NBsωπ，所以平均感应电流为I=εR=2NBsωπR，则通过电阻R的电量为Q=It=NBsR
4 研究某一时刻在磁场中转动的线圈受到的磁力矩时，只能用交流电的瞬时值。
例4 如图3所示，边长为a的N匝正方形线圈在磁感强度为B的匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为R0，求线圈从中性面开始转过30°角时，磁场对线圈的磁力矩是多少？
解析 线圈从中性面开始转过30°角时的感应电动势的瞬时值为：e=NBa2ωsin30°=NBa2ω2，电流的瞬时值为：i=eR0=NBa2ω2R0，磁场对电流的瞬时安培力为：F=Bia=BaNBa2ω2R0。此时，线圈受到的磁力矩如图4所示，则有：M=2N×F×a2sin30°=NFa2=aN2BaNBa2ω2R0=N2B2a4ω4R0
关键词：MF47型万用表 原理 使用
MF47型万用表是一种可以测量多种电量、具有多量程的模拟式仪表，具有使用方便、功能较全的特点。它主要用来测量直流电流、交直流电压、电阻、三极管的放大倍数、电感量、电容量等。MF47型万用表具有灵敏度、高分档细、体形轻巧、性能稳定、读数清晰、使用方便的特点。
一、MF47型万用表的原理
MF47型万用表的结构主要由测量机构（表头）、转换开关、测量线路、面板组成。其内部电路主要由公共显示部分、保护电路部分、直流电流电路部分、直流电压电路部分、交流电压电路部分和电阻电路部分组成。测量机构是一个磁电系直流微安表，电路中使用电位器来调节测量机构回路中的电流大小，用两个二极管和电容反向并联来保护二极管，用于限制测量机构两端的电压，使测量机构不会被过大的电流、电压而烧坏。
电路的“+”位置为红表笔的插孔，“*”位置为黑表笔的插孔。当测电压和电流时，被测量就会有电流通入测量机构，因此此时不需要内部电池。当转换开关打到交流电压挡时，通过二极管的整流和限流电阻的限流后，由测量机构通过指针偏转显示出来;当打到直流电压挡时，此时整流二极管没有接入整流，仅有限流电阻在限流;打到直流电流挡时，整流二极管和限流电阻都没有接入电路，万用表直流电流测量电路实质上就是一个多量程的直流电流表，并且采用了闭路式分流电路;测电阻时，把转换开关打到电阻挡，由于此时没有外部电流通入测量机构，因此必须要用到内部电池作为电源。
二、MF47型万用表的使用
1.使用前准备
（1）为了减小测量误差，在使用前应机械调零。检查指针是否和刻度上的零点重合，如不重合时，应调整调零旋钮使指针指示在零点。
（2）将红、黑表笔分别插入“+” 插孔和“-”插孔中，如测量大的电流和电压时，即交流直流2500V或直流5A时，应将红插头分别插到“2500V”或“5A”的插孔中。
2.电阻的测量
测量电阻的步骤：进行欧姆调零、选择量程、进行测量、读数。
（1）测量电阻时首先应该先欧姆调零，即将表笔短接，这时指针发生偏转，然后调整左上角的欧姆调零旋钮，调整后让指针指到零刻度位置（若此时指针调不到零刻度位置，需更换新电池，是其内部1.5V电池电压不足造成的）。
（2）在测量电阻时，首先应将两表笔接到被测的电阻两端，此时查看指针在刻度线上的读数，用读数乘以该挡位的倍数，即为被测电阻的阻值。
（3）在测量电阻时应注意：
①在测量电阻时，为了减小误差，应将指针尽量能够使指针指到仪表刻度盘的中间位置。
②如测量电路中的电阻时，应先切断电路电源，防止电流串入仪表内部。
③特别要注意的是每次换挡位，都要重新欧姆调零。
④在测量电阻时不能两手同时捏住电阻和表笔测量，否则测量时就接入了人体电阻，导致测量结果阻值的偏小。
3.直流电压的测量
测量直流的步骤：选择合适的直流电压量程、进行测量、读数。
首先应先估测被测直流电压的大小，然后将转换开关拨至合适的量程，注意所测量的量不能超过所选的量程，再将红表笔接被测电压的“+”接线端，黑表笔接被测量电压的“-”接线端。然后根据该挡量程和直流电压挡上的指针所指的位置读出被测电压的大小。
4.交流电压的测量
测交流电压的方法与测量直流电压基本相同，所不同的是因交流电没有正负之分，所以测量交流电压时，表笔也就不需要区分正负。必须注意的是，测量交流电压时必须选择“交流电压挡”，读数方法与上述测量直流电压读法一样。
三、小结
总之，万用表最大的特点是：实现各种测量的种类和量程都是通过量程转换开关来切换的。指针式的MF47型万用表是我们在电工学习和维修时必不可少的一种常见的仪表，掌握它的基本使用方法非常重要。本文主要介绍了其原理和测量电阻、直流电压、交流电压的方法。
参考文献：
[1]秦辉，陈东风.HP-36B型数字万用表的原理与维修[J].仪表技术，2006（04） .
关键词：直流微网；新能源；电能利用率
目前家庭用户中很多家用电器都是使用直流电，这些用电器必须配有整流器，把交流电转化成直流电，才能供用电器使用。因而直流电在传输与使用的过程中存在着许多交直流转换问题，大大降低了能源的利用率。为了降低能源的消耗，有效地使用新能源并产生一定的经济效应，我们研究了一种光伏发电家用直流微网。通过智能低压直流配电技术提高对新能源的开发和利用，同时节省家庭用电开支，大大减少火力发电厂的的供电压力，有利于缓解能源危机。
家用直流微网系统的基本原理是协调利用交流电网、各种分布式电源（例如小型光伏发电设备）以及应急电源（如蓄电池）为直流负荷供电，并根据分布式电源的电压变化情况，合理控制电能的分配。平时，家用直流微网系统主要利用分布式电源发电给直流负载供电。当分布式电源电压不足时，系统的主控电路系统会根据整个直流负载的用电情况来协调控制交流电网的供电比例。此外，当交流电网与分布式电源由于客观条件不能供电时，系统中的应急电源也能为直流负载供电，使系统能够稳定工作。而当交流电网与分布式电源供电充足时，系统将为应急电源进行充电。
对于既能使用直流电也能使用交流电的用电器，AC/DC转换器可以省略，不需要整流。当光照充足时，分布式电源能够供负载使用，直接使用新能源提供的直流电；当光照不足时，由交流电网给负载供电。
我们对整个系统进行了模拟。
新能源发电受时间、天气的影响较大，用电负荷在一天中的不同时段也有很大的变化，所以对整个系统进行检测与控制就是检测新能源的发电情况，协调交流电网和应急电源对其进行补充。我们选择了凌阳16位单片机SPCE061A作为直流微网系统的主控芯片。
我们选用的分布式电源是太阳能电池板，最大输出电压为25V。通过实验发现，随着照射到太阳能电池板表面的太阳光强度的变化，其输出电压将发生明显的改变，且具有一定线性关系。经过分析，我们提出了用太阳能电池板表面的光照强度反映太阳能电池板输出电压的思路。利用光敏传感器测量照射到太阳能电池板表面的太阳光强度，便可计算出太阳能电池板的输出电压大小。
我们选用了光敏传感器模块，在不同强度的太阳光下分别测量太阳能电池板输出电压和光敏传感器模块输出的模拟电平。经过测量、拟合，求出了太阳能电池板输出电压和光敏传感器输出模拟电平值的函数关系：
y=-6.7×x+25
从而能近似计算太阳能电池板输出电压值。
当新能源所发电能因太阳光强度减弱而不能满足直流微网系统需要时，主控芯片需要协调交流电网和应急电源对其进行补充。这就要求主控芯片除了能检测太阳光强度外，还能同时检测交流电网的供电情况。
通常情况下，交流电网具有两种工作状态，可以用0和1来表示：0供电正常，电压为220V。为了接入直流微网系统，用AC-DC整流器将其转成20V直流电；1停电，电压为0V。为了将交流电的通断转换成单片机能识别的电平信号，我们用两个大电阻对整流后的20V电压进行分压得到2.3V的低电压，然后接到一个比较器的反向输入端。当交流电网供电正常时，比较器反向输入端电压为2.3V左右，大于正向参考电压1.5V，比较器将输出低电平，主控单片机将检测到逻辑0信号；当交流电网停电时，比较器的反向输入端电压为0V
当新能源所发电能过剩时，需要将多余的电能存储到蓄电池中；当新能源所发电能不足时，需要将这些暂时不够利用的电能存储起来，以提高新能源的利用率。可是，这样就需要对蓄电池进行频繁的充放电，减少了蓄电池的使用寿命。我们把充满电的蓄电池作为系统的应急电源，这些蓄电池将只放电，不充电；而未充满电的蓄电池则用来作储能电池，这些蓄电池将只充电，不放电；当应急电源中的蓄电池电量不够时，可以与储能电池调换。这样，充电与放电分开管理，简化了蓄电池管理，利于延长蓄电池的使用寿命。
家用直流微网系统需要根据环境情况，协调利用各种电源为直流负荷供电，这些工作将由主控芯片来完成。主控芯片在检测到光强信息和交流电网供电信息后，需要对信息进行识别和处理，然后选择相应的电源为负载供电。我们选择了继电器模块作为电源选择的执行部件。因为主控芯片的控制信号是0和1的逻辑电平，这两种电平将使继电器模块上的开关接通和关断，利用主控芯片多个引脚就可以控制多个开关的通断，从而实现不同电源的选择。另外，继电器可以选择低电平导通，这样能减少电源控制环节的电能消耗，提高系统的效率。
综合以上设计，我们搭建了一套家用直流微网系统的实物模型，测试了它的工作方式，发现该系统能充分利用太阳能，且大多数时间市电环节都不用工作（除交流用电器耗电）。在实际的系统中，系统输出功率设计为500W，一年按晴天200天、平均日照8小时计，年生产约800度电，一年能节省约400元，相当于一户普通家庭年电费的20%。如果系统普遍推广，每年能减少燃煤12亿吨，迎合了当今低碳环保的主题。尤其是偏远地区，既提高了用电可靠性，还能减少交流电网输电压力。
将终端供电系统由交流改为低压直流，有必要性，也有可行性。如果能够广泛推广，应用于所有家庭，会产生巨大的经济效益，更能加快新能源利用推广速度！
参考文献
关键词：电力电子变流装置、单相可控整流电路、SMES、直流输电系统
众所周知，1948年晶体管的发明引起了电子工业革命，半导体器件首先被用于小功率领域，如通信、雷达、电视和计算机等。1958年美国通用电气公司研制成功晶闸管，以晶闸管为主的的电力半导体器件具有反应快、重量轻、体积小、能量消耗低等特点，晶闸管和它的各种派生器件能使电能变换和孔氏从旋转变流机组、离子交换器等庞大设备转而迈入以半导体器件等组成的静止交换器时代。就这样，电力电子技术诞生了。
电力电子变换技术的各种变流装置按其功能不同，课分如下及类：可控整流器、逆变器、斩波器、交流调压器、周波变换器等。可控整流器是把交流电压转换成固定或可调的直流电压。逆变器是把直流电压交换成频率固定或可调的交流电压。斩波器是把固定或变化的直流电压变换成可调或恒定的直流电压。交流调压器是把固定或变化的交流电压变换成可调或固定的交流电压。周波变换器是吧固定频率的交流电变换成频率可调的交流电。以晶闸管或功率晶体管为核心的各种电力电子变换设备的优点有（1）晶闸管或功率晶体管为静止型的电力半导体器件，具有 体积小，重量轻、寿命长、可靠性高等优点。因而由它构成的变换装置与旋转变流机组相比，没有旋转机械部分的磨损，无噪声，维护方便。（2）电力电子变流装置功率增益高，只需很小的输入信号，就能控制数百安、数千伏以上的工作电流和电压，即功率增益可高达数万倍以上。（3）控制的动态特性好，晶闸管装置的响应为毫秒级，功率晶体管则为微秒级，快速性好。（4）效率高，节省能源。晶闸管或晶体管工作在开关状态，是理想的无触点开关器件，经济指标好。
1、单向可控整流电路
单向可控整流电路，是将单相交流电经晶闸管开关控制，变成输出电压大小可调的直流电压的电路。在生产中，有大量设备需要可调的直流电源，如直流电动机的调速、电焊、电镀等。
单相半波可控整流电路
单相半波整流电路的优点是只用一个晶闸管。线路简单，调整方便。其缺点是输出电压脉动大，电流的有效值与平均值的比值大，且因变压器只工作半周，造成变压器的容量不能充分利用；又因变压器副边绕组中流过含有直流分量的电波，会引起直流磁化，为使变压器的贴心不饱和，必须增大铁芯的截面积，从而使设备容量大。因此，单相半波可控整流电路只适用于小容量和要求不高的场合使用。
单相桥式全控整流电路
为了克服单相半波可控整流电路的缺点，我们自然想起在二极管整流电路中所采用的单桥式整流电路。用VT1，VT2，VT3，VT4四个晶闸管分别接在整流桥的四个桥臂上，而整流桥的两个对顶端接交流电源u2和负载，这样就构成了单相桥式全控整流电路（如图1）。
图1
对比单相半波整流电路可见，单相桥式全控整流电路具有整流波形好，变压器无直流磁化、原边和副边绕组利用率高及功率因素高等优点，因此它在中小功率的整流装置我得到广泛应用。
单相桥式半控整流电路
在单相桥式全控整流电路中，我们利用晶闸管来控制导通的时刻和电流流通的途径，在全控桥式电路中，负载同时流过两个晶闸管。但作为整流电路，每个支路只需一只晶闸管就能满足控制要求，而将另一个晶闸管用不可控的大功率硅整流二极管来代替，这样就构成了所谓单桥式半控整流电路（如图2）半控电路在电阻性负载时的工作情况与全控电路完全相同。
图2
单相可控整流电路的主电路和触发控制电路，使用元件少，结构简单，调整容易，但输出电压脉动大，容易造成三相交流电网不平衡，所以单相可控整流装置只用于几千瓦一下的中小容量的设备上。如果负载大，则一般采用三相可控整流电路。
应用
1、超导储能在电力系统中的应用
从储能的角度来看，SMES系统在概念上非常简单，其基本原理就是对超导电感线圈通以直流电源从而将能力储存在线圈的磁场中，其储存在超导电感线圈镇南关的能连可表示为
E=1/2LI2
E为储存在线圈中的能量；L为线圈电感；I为线圈电流
如果春能线圈是有常规导线绕制而成，那么线圈所春村的磁能将以热的方式损耗在导线的电阻上。由于超导体的直流电阻为零，其电流密度仅受临界值的限制，可比普通导向高两个数量级，所以超导线圈具有很高的储能密度且其储存的能力可永久不衰减，知道需要释放为止。
现代工业生产过程自动化地持续发展使得越来越多的用户对电力的质量提出更高的要求。低劣的电力质量会干扰生产过程、造成生产系统误操作甚至使生产中断。基于SMES的动态电压补偿器为瞬间电压扰动对负载的危害问题提供了一个强有力的解决措施。当发生瞬间电压扰动时，SMES系统快速吸收或释放能量来补偿电压扰动，使得负载端地电压在故障期间保持正常不间断。同电池等其他动态电压补偿装置相比，基于SMES的动态电压补偿器具有效率高、反应速度快、重复率高、对环境污染小一级安全可靠等特点。出了在瞬间的电压扰动期间起动态电压补偿作用外，SNES系统还能屏蔽电压波动、频率波动、高次谐波等连续的电网扰动，避免这些扰动影响负荷的正常运行，保证对负荷供电的高质量。另外，对于中工业及暂态系统用户的非线性负荷、波动和冲击负荷，SMES还能起到补偿和隔离作用，是电网的电力质量不受其影响。
2、直流输电技术的应用
在许多环境下，在电力系统中引入直流联络线具有明显的经济和技术上的优点。在某些特定条件下，它甚至可能书输送电能的唯一可行的方式。例如，当被接连的两个交流系统不能同步时，以及当传输距离和陆地或海底电缆的长度太长以致不能稳定地和经济地进行交流输电时，采用直流系统就成为唯一的选择。此时，交流在一个换流站被转换成直流，然后将其输送到第二个换流站，再转换回交流，并被输入另一个电网。
参考文献
[1] 康华光，电子技术基础。第四版.北京：高等教育出版社。1999
[2] 李加升，电子技术。北京：北京理工大学出版社，2007
【关键词】电力电子;变流技术;电力系统;应用
电力系统是提供相应的电能生产和电能消费的系统，它需要通过发电、输电、配电等环节实现对电能的有效管控，对人们的正常用电有着重要的保障作用。在电力系统的发展过程中出现了电力电子技术，它是应用相应的电力电子器件来控制和变换电能的技术。随着电力电子技术在电力系统中的广泛应用和不断发展，电力电子变流技术也在不断的成熟和完善，在电力系统中的作用也越来越明显，推动了电力系统的现代化。电力电子变流技术在发达国家的电力系统中的应用更为普遍，它不仅能优化电能和提高电力系统的工作效率，还能够促使机电一体化的发展和对传统产业的改造。
一、电力电子变流技术概述
随着社会用电的需求，电力电子技术逐渐得到了相应的研究与发展。20世纪60年代以后，电力电子技术开始被应用到相关的领域，如电力电子领域和控制技术领域。其中，电力电子技术在控制技术方面的研究和应用使相应的电能能够得到科学有效的转换和控制，从而推动了电能的合理应用和可持续发展。电力电子技术是用计算机系统将电子技术、电路技术和电力控制技术等方面进行相应的整合应用的现代化的电力技术，晶闸管的出现标志着这项技术发展到相应的成熟阶段。
电力电子技术主要包括两个方面的技术，一是电子电子器件制造技术和电力电子变流技术。电力电子器件制造技术在发展过程中得到了不断的提高和发展。相应的电力电子器件已经由第一代的低耗能和小体积发展到具有自动关断功能和结合相应的功率器件、驱动器件、控制器件等更完善的第三代电力电子器件。其发展前景更加可观。电力电子变流技术也在不断的发展中得到了广泛的应用。20世纪70年代，整流电路得到了广泛的应用，逆变电路也在此过程中得到了一定程度的发展。随着自动断电器件的应用，逆变电路开始有了更为迅速的发展。与此同时，随着控制技术的不断发展，使电力电子系统的现代化控制技术得到了不断的发展，出现了模糊控制、自适应控制等控制方式。控制技术在很多领域都得到了相应的应用，也为电力电子技术的发展提供了更多的技术支持。
二、电力电子变流技术的应用形式
作为电力电子技术中的一部分，电力电子变流技术从上个世纪七、八十年代开始被广泛应用到电力系统中。一经应用便受到社会各界的极大关注。随着不断的发展，电力电子变流技术以整流电路、交流调压电路、逆变电路、斩波电路等形式在电力系统中都得到了广泛的应用，并取得了相应的良好效果。
（一）整流电路
整流电路是用可以调节大小的直流电代替了交流电供给直流用电设备的一种电力电子变流电路。整流电路通过整流二极管将输出的电压较低的交流电转化成直流电，实现对交流电的整流。交流电压在通过整流电路之后，就会变成混合电压，既有交流电压也有直流电压。整流电路被应用到一些相应的用电控制和相关输电环节，实现了快速高效控制并推动了电网的稳定运行。与此同时，整流电路还用多相整流的方式减少和控制了输出电压的脉动情况，并减少了电能的损失。
整流电路一般是由变压器、滤波器和整流主电路组成的，在调节直流电动机的速度和调节发电机的励磁、电镀、电解等方面得到了相应的普遍运用。整流电路的变压器的设置是为了使输入的相应的交流电压与输出的直流电压之间保持相匹配协调，并实现对交流电网与整流电路之间的隔离。变压器在整流电路中的设置情况需要依据相应的具体情况来确定。整流电路中的滤波器是为了能够将直流电压中的交流电压过滤掉而在主电路与负载之间进行的相应连接。20世纪70年代，整流电路的主电路主要是由晶闸管和整流二极管。随着不断发展，发光二极管等新形材料逐渐被应用到主电路中。
电力系统中的整流电路主要包括半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。其中，半波整流电路是整流电路系统中最为简单的一种，它能够通过电源变压器将220伏电压转变成所需要的电压大小，整流二极管能将相应的交流电转换成直流电。经过反复的转换过程，一半的交流电被演变成了直流电，这也是半波整流的由来。半坡整流电路的电流利用率比较低，多用于电压高、电流小的领域。全波整流电路可以认为是由两个半波整流电路组成的，其通过对整流电路的相应调整，达到了对电能的高效运用，但其二级管所承受的电压相对较大。桥式整流电路是使用最为广泛的整流电路，它通过接入两个二极管使电路形成了桥的形状。桥式整流电路既能够高效利用电能，还能够使承受的反向电压相应减少，对其稳定运行有一定的作用。
（二）交流调压电路
关键词：绝缘监测装置；试验仪；研发
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.243
1 现场实际验收试验存在的问题
目前现场验收人员在实际验收中主要依据上述绝缘监测装置相关验收要求对新设备进行验收试验，但通过对现场的调研发现，主要存在以下几个问题：
（1）由于不同直流系统标称电压等级，绝缘监测装置的绝缘电阻整定值也不同，在验收试验时需按照电压等级准备不同阻值的接地模拟电阻，以尽可能有效接近告警值；（2）单个接地模拟电阻大小不一，甚至将多个模拟电阻作串联、并联方式接地，仍只能模拟出单一接地电阻值，无法在绝缘电阻整定值附近做有效的连贯性动作复归试验，也就无法精确地对整定值做有效判断；（3）在进行绝缘监测装置交流窜直流故障的测记和报警功能试验时，部分现场施工人员和厂家人员直接以220V工频交流电压注入直流系统中试验，在试验过程中过高的交流电压可能会造成直流设备及其他由直流系统供电的设备损坏，同时单一地以220V工频交流电压作为试验电压将无法对绝缘监测装置设定的交流窜入告警值进行检验。
2 绝缘监测装置试验仪的研发
为能妥善解决绝缘监测装置现场验收产生的上述问题，国网绍兴供电公司直流设备检修专业研制开发了一台直流系统绝缘监测装置试验仪。该试验仪以微机控制为核心，以直流系统电压试验模块、直流系统绝缘接地电阻告警功能试验模块和直流系统交流窜入告警功能试验模块等三大模块为重要组成部件，配以相关试验电源、继电器等辅助部件。
2.1 直流系统电压试验模块
为检测绝缘监测装置直流母线电压及正、负极对地电压准确度，直流系统电压试验模块以小型可调整流模块产生的直流电压为电源，向绝缘监测装置注入该电源，通过对比绝缘监测装置和试验仪的显示电压值来判断装置的电压准确度，原理图如图1。
2.2 直流系统绝缘接地电阻告警功能试验模块
绝缘接地电阻告警功能试验模块由微机控制可调线性模拟接地电阻，信号反馈启动单元组成，其原理图如图2。模拟接地电阻是一种能由微机控制调节，并能生成0至50Ω间较为线性阻值的电阻。试验绝缘接地告警动作时，将绝缘监测装置试验仪模拟接地电阻试验输出端接入直流系统中馈线支路或母线，将绝缘监测装置绝缘动作告警硬接点反馈接入试验仪，由微机控制逐步线性调高模拟接地电阻，当绝缘监测装置告警时，绝缘动作告警硬接点动作反馈至试验仪，试验仪接收到硬接点动作信号后，信号反馈启动单元动作，将该信号告知微机控制启动记录动作时模拟接地电阻阻值，同时检查绝缘监测装置显示绝缘阻值、绝缘接地极性和馈线选线正确性。告警复归测试亦采用相同原理方法。
2.3 直流系统交流窜入告警功能试验模块
直流系统交流窜入告警功能试验模块由可调交流电源、保护单元、信号启动反馈单元为主要组成部分，其原理如图3。
由于直流系统是一个不接地系统，而交流电源是一个接地系统，一旦交流窜入直流，不仅会造成直流系统接地，同时若输入试验的交流电压过高也会造成直流系统上的设备损坏，因此可调的交流电源和保护单元对于直流系统交流窜入告警功能试验模块是必不可少的。试验时将试验仪交流输出接线L线接于+HM、+KM或-KM，N线接于接地点，逐步调升试验电压，当输入绝缘监测装置的交流电压大于其整定值时，绝缘监测装置告警，相应的交流窜直流告警硬接点动作，信号启动反馈单元动作启动微机控制器采样交流电压并予以保存。告警复归测试亦采用相同原理方法。
3 应用效果
直流系统绝缘监测装置试验仪可应用于发电厂、变电站内新建和技改工程中新安装的绝缘监测装置各项主要功能的试验，能在装置投运前有效判断其各项功能的正确性，确保设备能正常投运，并能有效降低试验时造成直流系统中其余设备损坏的概率，减少不必要的经济损失，实现该项试验的安全化、可靠化、便携化。
参考文献：
【关键词】模拟式多用电表；符号意义；构造；原理；使用方法；误差
1 模拟式多用表概述
多用表有许多型号，不管哪种，表盘上都印有一些符号和数字，弄清这些符号和数字的含义，才能正确使用。一般常见的符号有以下几种：1）表示该表应水平放置使用。2）表示该表应垂直放置使用。3）表示整流系仪表，测量交流电压时使用内部整流器。4）表示交直流两用。5）表示多用表与表壳之间能经受50Hz、3千伏交流电压历时一分钟的绝缘强度试验。6）表示三级防外磁场能力。7）表示以标度尺长度的百分数表示准确度等级。8）表示以指示值的百分数表示的准确度等级。9）20 kΩ/V或20000 Ω/V表示直流电压灵敏度。表示测量直流电压时，电表的输入电阻为伏20千欧。10）4 kΩ/V或4000 Ω/V表示交流电压灵敏度。测量交流电压时，电表输入阻抗为伏4千欧。11）0dB=1mW600Ω表示分贝（dB）标度尺是以600欧负荷阻抗上得到1mW功率为零分贝作为参考电平的。12）45～1000Hz表示该表在交流正弦频率为45～1000Hz范围内使用，超出此范围时误差将增大。13）A-V-Ω是指安培、伏特、欧姆。就是说这只表是安培表、伏特表、欧姆表的复用表。14）MF：F指复用式，M指仪表。MF放在一起是指万用表，MF―15中的15表示型号。
除弄清以上各符号及数字的意义外，还应懂得多用表的几个基本术语，这对测量准确度很重要。多用表的准确度也叫做精度或误差，表示测量结果的准确程度。也即多用表指示值（测得的数值）与被测标准值之间的基本误差值。多用表的准确度等级是用基本误差百分数的数值表示的。换句话，基本误差百分数值就是仪表的等级。数值越小，等级越高。例如，1等级精度多用表的基本误差是±1.0%；2.5级精度多用表的基本误差是±2.5%。
磁电式多用表表头的基本参数包括表头内阻、灵敏度和线性。表头内阻是指表头线圈的直流电阻及上下两盘游丝直流电阻之和。表头灵敏度是指指针转到满标度（满量程）时的电流值。此电流数值越小，说明表头灵敏度越高。表头的线性是指表针偏转幅度与通过表头电流值之间的正比例关系。以上是表头参数。而多用表的灵敏度一般是指整个多用表的电压灵敏度。一般以伏多少欧姆表示。如500型多用表直流电压灵敏度为20kΩ/V，这个数值是怎么来的呢？假设有一只灵敏度为I、内阻为R的表头。由欧姆定律U=IR可知，它本身就是一只量程为U的电压表。我们给它串联一只电阻以扩大它的量程到U1，此时U1=I（R+R串）。例如，一只100μA的表头，其内阻为1.52 kΩ，可用它测量的电压量程为U=IR=100×10-6×1.52×103=0.152V，如果给它串联一只8.48 kΩ的电阻，量程就扩大到U1=I（R+R串）=100×10-6×（1.52+8.48）×103=1V。此时该电压表的内阻为10kΩ，其物理意义为：这只电压表测量1V直流电压需要10kΩ内阻，即10kΩ/V，这个数值称为100μA表头的直流电压灵敏度。实际上因为I=U/R，所以它就是表头灵敏度的倒数。即= =10000Ω/V=10kΩ/V。有了电压灵敏度的概念，就可以方便地将电压表各档内阻计算出来。例如用50μA表头装成直流电压表，其10伏档内阻R10V=10V×直流电压灵敏度=10V×20kΩ/V=200kΩ，而直流100伏档内阻R100V=100V×直流电压灵敏度=100V×20 kΩ/V=2000kΩ.直流电压灵敏度越高的多用表，测量直流电压时从电路中分去的电流就越少，对被测电路影响越小，也即测量结果越准确。
交流电压灵敏度与直流电压灵敏度的概念相似。由于测量交流电压时需要由表内整流器整流，故多一个整流效率因素。一般计算交流电压灵敏度，只要将直流电压灵敏度乘以一个常数K（整流电路的工作总效率）即可。计算交流电压各档内阻时，也只需将该档的电压乘以交流电压灵敏度即可。可见高档内阻也是比低档内阻高的。
2 多用表的基本构成与基本原理
多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分构成，表头是一块高灵敏度磁电式电流表，如图1（a）所示，其满偏电流约为几十到几百微安，选择开关和测量线路相配合【如图1（b）（c）（d）（e）】，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等等。若接入更复杂的测量电路【如图1（f）】，还可测量音频电平、三极管的放大倍数等等。每进行一种测量时只使用其中的一部分电路，其他部分不起作用。
多用表的上半部分是表盘，下半部分是选择开关，周围有标有测量功能的区域及量程（如图2）。将多用表的选择开关旋转到电流档或电压档，多用表内的电流表或电压表电路就被接通，将选择开关旋转到电阻档，多用表内的欧姆表电路就被接通。另外还可以测量二极管的单向导电性及三极管的放大倍数等等。
测电阻是依据闭合电路的欧姆定律原理设计的。而测电压和电流是依据串、并联电路的特点及部分电路的欧姆定律原理设计的。欧姆表内部电路如图3所示，其中R为调零电阻，红黑表笔短接进行欧姆表调零时，表头指针偏，此时闭合回路的总电阻即为欧姆表的内阻。根据全电路的欧姆定律有I= R=R+R+r=；当红黑表笔间接有未知电阻Rx时，有I=，故每一个未知电阻都对应一个电流值I，我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx值，
所测电阻值就可以从表盘刻度直接读出；
当待测电阻Rx0=Rg+R+r时，I===Ig，指针指向刻度盘中央，此时的待测电阻称为中值电阻（即R中=Rx0=Rg+R+r），所以
R内=Rg+R+r=Rx0=R中，即欧姆表内阻等于中值电阻 ，这是一个普遍规律。
3 多用表的正确使用方法
如图2，多用表表头下部有一个定位螺丝，这是机械调零螺丝。按照表头上“”或“”符号，垂直或水平放好多用表。此时看表针是否指在电压弧形标度尺的零点。如果没有，应该用小螺丝刀轻轻转动表盘中间部分的调零螺丝，使表针指零。多用表的下方有红黑两表笔，红表笔为正表笔，黑表笔为负表笔，测直流电压时将红表笔接触高电位点，黑表笔接触低电位点。如果接反，表针会向反方向冲击，时间久了指针会打弯，或损坏多用表表头内的线圈。
测量电阻时，测量之前先将两表笔的金属指针接触在一起，此时指针应指在电阻标度尺的零点。如果不指零点，可调节表头下面的“Ω”旋钮使表针指零。如果仍指不到零，说明多用表内的电池电动势已不足，需要换新电池。图4测量电阻的方法是错误的。两手同时接触电阻会使人体电阻与被测电阻并联，造成测量值不准。测量电路的电阻时，应该用电烙铁烫开电阻的一端，使这端悬空，再测量电阻的数值。另外，每变换一次电阻档位都应使表笔短接一次，调整欧姆表校零旋钮，使指针指向零欧姆，进行调零。为了提高测量的准确度，选择量程时应尽量使表针指在标度尺中间位置及其附近（可参考指针偏转在 R中～5R中的范围）。测量电路中的电阻之前必需将电源断掉，将大电容器放电，以免损坏多用表。
测量电压的方法是将多用表通过表笔并联到电路中去。测量直流电压时，应将红表笔接触高电位点，黑表笔接触低电位点。如果接反，表针会向反方向冲击，时间久了指针会打弯，损伤多用表。如果事先不知道电路中某两点电压的高低，则应先用一只表笔接触其中的一点，再用另一只表笔短暂试触第二点，然后快速离开，看表针转动的方向。如果表针反向运动，则需将表笔对换一下，再正式进行测量。测量电压时选择量程很重要，量程选小了，指针强烈冲击，损伤多用表。量程选择太大，固然安全，但多用表的内阻增高，指针偏转很小，不便于读数，也会增大测量误差。如果不知被测两点电压的数值范围，应选用最大量程档先试测一下，若指针偏转角度太小，则应换接较小量程。
测量交流电压时，一般应注意以下几点：（1）被测电压应该是正弦波，这是多用表的要求。所测电压波形与正弦波相差越大，测量误差也越大。（2）被测电压的频率应符合多用表的要求。一般在45～1000Hz范围内测量时准确度可以保证，超出此范围，测量误差增大。（3）多用表测得的交流电压数值是有效值。（4）被测电压中含有交直流成分时，若只测交流成分，就应在表笔探针上加一个耐压400V以上的0.1μF左右的电容（如图5）。
测量电流是将多用表通过表笔串入被测电路。在事先不知被测电流大小时，也应选择最大量程，测出大概范围之后，再用适当的量程正式测量。
多用表的分贝标度尺是用来测量音频电平的。一般多用表的分贝刻度大部分是以在600Ω电阻上得到0.775V，即获得1毫瓦功率时定为零电平（或称零分贝）。表1是交流10档对应的分贝数值。如果用其他档测量电路中某点的电平，还应加上该档的一个附加值。例如用50档测得音频电平10dB（分贝尺），再加上14dB，实际值为24dB。如果用250档测得某点电平为12dB，再加上28dB，实际值应为40dB。
表1
最后谈一下多用表的使用注意事项：
第一，每次测量之前必须核对转换开关是否符合欲测的内容，切勿用电流、电阻档测量电压，以免烧坏多用表。
第二，测量完毕时，要把表笔从测试孔中拔出，选择开关应置于交流电压最高档或OFF档。若长期不用电表，还应把电池取出。
第三，测量高电压或大电流时，不能带电旋转转换开关，以防止触点产生电弧，损伤触点，加大接触电阻。
【参考文献】
[1]赵青生.大学物理实验[M].安徽大学出版社，2004，9.
[2]武建谋，宋见林.全品高考复习方案・物理[M].西苑出版社，2007，6.
H：Hybrid；F：forward；E：commonemitter（共射接法），其实就是三极管的电流放大倍数。
万用表的使用方法：判断出三极管的三个极（b、c、e），然后插入相应的插孔，此时万用表屏幕上就会显示该三极管的电流放大倍数。
资料拓展：万用表又称为复用表、多用表、三用表、繁用表等，是电子电力等部门不可缺少的测量工具，一般测量电压、电流和电阻为主要目的。
万用表是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测量交流电流、电容量、电感量以及半导体的一些参数。
万用表是由磁电系电流表、测量电路和选择开关等组成，通过选择开关的变换可以方便地对多种电学参数进行测量。其电路计算的主要依据是闭合电路的欧姆定律。
万用表的直流电流档是多量程的直流电压表，表示并联分压电阻即可扩大其电压量程。万用表的直流电压档是多量程的直流电压表，表示串联分压电阻即可扩大其电压量程。
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关键词：动车组；电机牵引；交流传动；技术应用
上世纪90年代初，交流电动机牵引开始逐渐代替动力牵引和直流电牵引模式应用于高速铁路的驱动系统当中。交流电动机可分为同步电动机和异步电动机。同步电动机最早应用于法国，其特点是机器运转稳定性较高，但是其必须在定子和转子的同步转速下才能实现转矩，这就使它的适用性大大降低。在此基础上异步电动机应运而生。异步电动机的结构简单，转矩条件也相对较低，并且运行效能较高，弥补了同步电动机的不足。此外异步电动机还可以根据运行环境的不同衍生出所需产品，实用性极高。时至今日，异步电动机仍为电动机产品的首选。
1 动车组交流传动系统的构成
在全世界范围内，各国高铁及动车组的牵引控制系统都采用交流方式进行动力的传送。其构造部件如下：
1.1 交流牵引电机
铁路列车和动车组系统中多使用三相交流电机。三相交流电机是异步交流电机的一种，它的构造最为简单，转速极高，黏着性好，牵引力强，具有较好的制动性，是同步直流电机所不可比拟的。目前各个国家还在进一步提高交流电动机的性能和技术研发水准，我国也在不断加大研发力度，以求开创交流电机在我国应用的新局面。
1.2 变流装置
在工业领域，三相交流电机的应用十分广泛，高铁和动车组上就是用三相交流电机作为机车的牵引装置。为了配合三相交流电机的使用，最大程度的发挥牵引效能，就需要配备专门的交流装置。这种装置结构较为繁复，所需功率极大，是专门应用于铁路运输系统的，它的作用就是将原有的单向交流电转化为系统需要的三相交流电。其特点具体归纳如下：（1）与直流电相比，交流电动势图呈正弦波的趋势，可有效减轻在变矩过程中电流谐波对转矩的干扰。（2）承载力和适应性强。可以应对多种突发状况，如电压不稳，车轮侧滑等，保持电机牵引的稳定和可靠性，进而实现动车车体运行状态在可控范围。（3）操控特点不同于直流装置，牵引效能的好坏受制于多种因素，如转矩需要达到一定标准才可启动等等。（4）变频幅度大，可根据实际情况不同进行频率的随时调整，最低点为0.4Hz，最高可达200Hz。在此过程中，变化的稳定性高，不会产生较大的起伏。（5）动车供电系统在供电时，输出功率要尽可能平稳，不要产生太大波动，功率参数保持在1左右最好，以最大限度缓解对整个控制系统的负面影响。（6）变流装置的牵引效能较直流装置好，对材料的浪费率低，稳定性高。（7）系统在检测，调试，安装和故障修理时更容易。（8）交流设备体积小巧，抗震性强，适用于动车组的运行环境。9）可进行能量和动力的双向转换。
2 交流传动技术在动车运行过程中的控制策略
2.1 交流传动控制策略
交流机车一般可分为两类，其中单项工频机车的控制系统多采用交-直-交的方式进行电流的传输和控制。这种方式又包含两种控制方法：网侧变流器控制和电机侧逆变器控制。
（1） 网侧变流器控制。网侧变流器是动车组电机传动系统的主要部件，它的工作原理为通过调节变流器的输出电压来实现对电流大小的控制，是将交流电转化为直流电的设备。相对其他变流器，其优点是在列车运行时可以有效减少电谐波对周边所带来的影响。另外，由于动车组的顺利运行需要稳定的电压作为前提保障，网侧变流控制器可以变交流电为直流电的特性正符合了动车运行时对电压的要求。所以电机网侧变流器适用于以单项交流电位主控制系统的动车组，要根据需要合理配备网侧变流器。（2）电机逆变器控制。电机侧逆变器是将直流电转化为交流电的电机设备，与变流器对电流的控制方向正好相反，分为正弦波逆变器和方波逆变器。动车电机牵引设备中包含有异步牵引电机，其要和配套的电机逆变器结合使用。动车的牵引控制具有特殊性，牵引系统是通过三相交流电的传动得以实现的。
2.2 交流异步电机控制技术
异步电动机较传统的交流电动机而言更具有动态性，它可以将交流电传动系统转化为直流电传动系统，易于操控，扩大交流电系统的使用范围。异步电动机可通过调整电压和电频生成动车组系统中的三相交流电。它通过调控定子电流和定子电压使之发生变化，进而改变转子磁链和电磁转矩。现阶段异步电机有如下几种操控手段：（1）矢量控制方法，是将定子电流分解达到矢量变换的目的。（2）自适应控制方法，能够克服参数的变化自动适应电流的转变。（3）直接转矩控制方法。
3 交流电动机的运行原理及实际运用
交流电动机对于日常生活的意义十分重大，它覆盖了工农业机械设备，科技国防等各个领域，尤其在与人们生活息息相关的家用电器领域，其应用更为广泛。交流电动机包括同步电动机和异步电动机两大类。同步电动机的调速靠改变供电电压的频率来改变同步转速。由于中间环节是直流电压，在电压型逆变器中电力半导体器件始终保持正向偏置，由于采用了晶闸管器件，就必须进行某种形式的强迫换流。根据换流方式的不同，电压型逆变器的种类很多，其中带有辅助晶闸管单独关断的并联逆变电路，即著名的麦克墨莱电路在机车传动中有一定的代表意义。麦氏电路是借助辅助晶闸管接通L、C振荡换流电路，使导通的晶闸管中的负载电流降到零并承受一定时间的反向电压的一种强迫换流电路。交流调速系统主要是针对异步电动机而言，它是交流传动与控制系统的一个重要组成部分。对于铁路牵引，要求传动系统按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率） 运行，同时又不断地迅速地加速或减速。
动车机车牵引系统多为闭环的传动方式，这样可以更好的保持动车在运行过程中牵引系统控制的有效性和平稳性。传动装置通过变矩器进行变速变矩，达到机车动力的传动效果。一般情况下，传动过程中可以采用以下方法进行变矩：第一种方法是直接控制转矩。通过比对实测的转矩与原有的转矩之间的信号差异，进而导入新的转矩信号，实现转矩的目的。还有一种方法是参考其他的系统信号值，将这些相关值进行检测对比，生成转矩信号，间接实现系统的转矩。这两种转矩方式的应用范围都较为广泛，适用于各种类型的列车。尤其是直接转矩的方式更加受到人们的称赞。科技的进步使得近年来交-直-交变频调速系统不断涌现新的调速方式，如电压、频率协调控制的变频调速系统，转差频率控制的变频调速系统，谐振型变频调速系统，矢量控制的变频调速系统和直接转矩控制的变频调速系统等。
4 结束语
上文系统阐述了动车组动力传动技术和传动系统的运行原理。迄今为止，越来越多的国家在发展高铁项目时都采用交流传动技术，该项技术能够更快的实现电流的变矩，牵引功率高，有利于提高电机的牵引效能，实现运输系统的跨越式发展。
参考文献
[1]李芾，安琪，王华.高速动车组概论[M].西南交大出版社，2008.
关键词：两相交流电机；变频控制；改进
随着高性能变频调速技术在感应电机中应用的越来越广泛，使得感应电机的调速性能有了很大的提高，高性能调速技术因此在两相电机中的进步也越来越快。两相交流电机即将单相电机的运行绕组、起动绕组改为对称的两绕组和同时参与运行。相对于单相电机，两相交流电机的转矩效率、能量密度方面都有了较大提高，调速性能也较好。传统的单相电机，由于运行电容的影响，在非额定情况下，其调速性能受到很大的影响，所以去除电容，将单相异步电机变为两相异步电机，并使它与电力电子技术相结合，进行变频调速技术的研究是当今的主流。本文从两相交流电机的特点与矢量控制入手，对两相交流电机在SVPWM的实现方法作了介绍与讨论，研究了两相交流电机的控制策略，讨论了两相交流电机的发展趋势与发展方向。
一、两相交流电机的特点
两相交流电机的副绕组上去掉了电容或电抗器，使得电机的两相绕组对称并且同时参与起动和运行工作。在运用矢量控制时，由于两相绕组对称，能够使电机产生圆形旋转磁场。单相电机的副绕组上带有分相电容，在等效电机模型中仍然带有分相电容，而分相电容的参数与电机的转速密切相关，因此在调速时单相电机的运行性能会受到很大的影响。单相电机的副绕组只参与起动而不参与运行工作。单相电机的两相绕组阻数不同，因此等效后的单相电机都有不对称性，所以电机产生的磁场为椭圆形。在运用矢量控制时，两相电机与单相电机相比减少了对称变换这一步骤，实现起来更方便。
当前国内外单相异步电动机变频调速技术的研究，是将单相电机看作两相电机模型来进行研究。在两相电机的模型中，单相电机的主绕组和副绕组的工作方式与原来有较大的区别：副绕组不仅仅承担电机起动作用，而将参与到电机的整个运行过程中；副绕组不再需要串电抗器或者电容器，而是采用变频器给两相电机的两个绕组分别供电，获得较小的起动电流、较大的起动转矩和较好的运行性能，电机工作在变频调速状态下。从国内外研究的现状来看，变频调速技术是两相电机调速控制的主要发展方向。
二、两相交流电机矢量控制
交流电机是一个多变量、强耦合、非线性的庞大系统。矢量控制主要是以转子磁场定向控制的成功运用使得交流异步电机变频调速性能发挥出来，甚至超过直流电机的调速性能。使交流异步电机变频调速在电机的调速领域里占有越来越重要的地位。两相交流电机矢量控制原理为：将两相交流电机的两相定子交流电，经坐标变换后，分解为励磁电流分量和转矩电流分量，通过对两者的直接控制，求得类似与直流电机的控制量再经坐标反变换，求得交流电机控制量，通过设定控制量实现两相交流电机的变频调速控制。
矢量控制可分为转子磁场定向矢量控制、定子磁场定向矢量控制和气隙磁场定向矢量控制三种类型，其中定子磁场定向矢量控制与气隙磁场定向矢量控制不能实现磁场与转矩电流之间的解耦，无法实现良好的转矩控制，因此系统选用以转子磁场定向的矢量控制。矢量控制要以以下三点为原则：一是忽略两相交流电机的磁路饱和，可以认为各相绕组的互感与自感都为线性。二是忽略铁心的损耗。三是不考虑温度和频率的变化对两相交流电机相关参数的影响。
三、两相交流电机的空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制策略的实现
空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术是从电机的角度出发，其目的在于使电机产生圆形旋转磁场]，是根据逆变器空间电压矢量的变换来控制逆变器的一种控制方法。最早是由日本学者提出的，目前已成功运用于三相交流电机的控制当中。是通过正弦电源供电使得交流电机产生理想的圆形磁链为目的。根据要求决定逆变器中开关管的开关状态，为使电机的实际的磁链能尽可能逼近理想的圆形轨迹，进而产生PWM波形。SVPWM的特点是直流电压利用率高，并且开关次数少，减少了开关损耗，进而减小了驱动电机的电流电压的谐波信号，便于实现数字化控制。在电压矢量合成时，给定电压矢量是由其所在扇区的两个相邻基本电压矢量合成，因此要计算作用在这两个基本电压上的时间。在确定基本电压作用时间后，需要合理安排基本电压空间矢量的作用顺序。其顺序的安排一般需要遵循尽可能减少开关管的关次数和相邻电压矢量的切换只能有一个桥臂的开关管动作两个原则。
四、磁场定向与解耦
在两相交流电机的矢量控制中Park变换与Park反变换是必不可少的。Park变换的定义是在dq坐标系下使d轴与转子磁链重合，让q轴超前d轴90度的电角度，并且使坐标系在空间以同步角速度旋转。这种坐标变换实现了将两相静止坐标系向两相旋转坐标系的转换。定子电流的励磁分量用于产生转子磁链与转矩分量无关。定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的。当转子磁链保持不变时，输出转矩与转矩分量成比例，因此可以分别控制励磁分量和转矩分量，实现单独控制电机的转矩和磁链。
五、两相交流电机的变频控制的发展趋势
到目前为止，电机的变频调速技术研究主要集中在三相交流电机上，对于单相电机变频调速技术的研究较少，尤其是对两相交流电机的研究。目前对单相电机变频调速的研究，是将单相电机去掉副绕组上的电容器而看作两相电机，副绕组不但参与启动工作而且参与运行工作，电机采用变频器供电，使得电机的起动电流小，起动转矩大。从国外来看，两相电机变频调速技术的研究是从上世纪90年代开始的，其研究内容主要包括两相电机逆变器的结构、逆变器的控制策略，以及电机的控制方法等方面。近几年来，关于两相电机变频调速技术的文章发表明显增加，其中研究矢量控制用于单相异步电机，研究了无速度传感器的单相异步电机矢量控制方面较多。两相交流电机变频调速技术研究在国内开始的时间晚，研究的也较少。从总体来看，两相交流电机变频调速技术的发展远远比不上三相电机的变频调速技术，对两相电机变频调速技术的研究目前还基本处于理论研究和实验开发阶段。
两相交流电机的变频控制有很多地方还需要进一步研究。一是仿真方面的完善：两相交流电机的变频控制系统往往只搭建了基于SVPWM控制两相交流电机变频调速系统，对于系统内部的具体模块没有做更好的处理。比如说为了使仿真系统更接近实际系统可以增设IGBT的死区时间。增加对两相交流电机的参数辨识可以大大提高系统控制精度。二是硬件方面的完善：系统可以增加温度保护电路，以免在运行时温度过高影响系统的可靠性。增加能耗制动，可以避免在停机时因电流过大而烧坏元器件。三是软件方面的完善：可以增加更多控制电机程序和按钮，比如加速程序及按钮，减少程序及按钮。另外，由于两相交流电机一般用于小功率、低成本的场合，研究无速度传感器的电机控制技术，可以大幅度降低系统的成本，提高两相电机调速系统在应用中的竞争力。
参考文献
[1] 刘超.异步电机矢量控制技术在抽油机井的应用[J].中外能源.2013（04）.
[2] 谢雅，黄中华，左金玉.三相交流异步电机矢量控制系统仿真建模[J].湖南工程学院学报（自然科学版）.2013（01）.
正弦交流电路的稳态分析
本章的主要任务是学习正弦量、正弦交流电路和相量法的基本概念、正弦交流电路的稳态分析与计算、正弦交流电路功率的概念和计算。在此基础上理解和掌握功率因数提高的意义及谐振的概念。
本章基本要求
(1)
正确理解正弦量和正弦交流电路概念；
(2)
正确理解相量法引入的意义；
(3)
正确理解有功功率和功率因数的概念；
(4)
掌握相量法；
(5)
掌握电路定律的相量形式和元件约束方程的相量形式；
(6)
分析计算正弦稳态电路；
(7)
了解功率因数提高的意义；
(8)
了解谐振的概念。
本章习题解析
3-6
解：由题意知：
负载阻抗
Ω
因此为感性负载
3-10
解：利用相量图计算各电路中表的读数。
（a）选电压为参考相量，
则
A，A
、和构成直角三角形
A
安培表的读数为14.1安
（b）选电压为参考相量，
则
A，A
、和构成直角三角形
A
安培表的读数为10安
（c）选电流为参考相量，
则
V，V
由直角三角形知：
V
电压表的读数为40伏
（d）选电流为参考相量，
则
V，V
由直角三角形知：
V
电压表的读数为100伏
3-13
解:
V
A
A
A
A
3-19
解:
由题意知：
3-20
解:
由题意知：
，
，
3-21
解:
由题意知：
，
