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電壓表設計論文范文第1篇

數字電壓表的設計和開發(fā),已經有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數字電壓表各有特點,它們適合在現場做手工測量,要完成遠程測量并要對測量數據做進一步分析處理,傳統(tǒng)數字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數字電壓表,既可以完成測量數據的傳遞,又可借助PC,做測量數據的處理。所以這種類型的數字電壓表無論在功能和實際應用上,都具有傳統(tǒng)數字電壓表無法比擬的特點,這使得它的開發(fā)和應用具有良好的前景。

新型數字電壓表的整機設計

該新型數字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數據采集電路的單片機最小化設計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復位電路等。下位機采用AT89S51芯片,A/D轉換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信,傳送所測量的直流電壓數據。整機系統(tǒng)電路如圖1所示。

數據采集電路的原理

在單片機數據采集電路的設計中,做到了電路設計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現了單片機對AD678轉換芯片的操作。

AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內部時鐘和三態(tài)緩沖數據輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構成完整的數據采集系統(tǒng),而且一次A/D轉換僅需要5ms。

在電路應用中,AD678采用同步工作方式,12位數字量輸出采用8位操作模式,即12位轉換數字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據時序關系,在芯片選擇/CS=0時,轉換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉換一次。再查詢轉換結束端/EOC,看轉換是否已經結束,若結束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個A/D操作大致如此,在實際開發(fā)應用中調整。

由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉換后的12位數字量值。

RS232接口電路的設計

AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。

串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發(fā)送針腳就能實現:同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發(fā)生器,其計數初值X按以下公式計算:

串行通信波特率設置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。

為了便于觀察,當每次測量電壓采集數據時,單片機有端口輸出時,用發(fā)光二極管LED指示。

軟件編程

軟件程序主要包括:下位機數據采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調試過程中,借助“串口調試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統(tǒng)提高效率。單片機編程

下位機單片機的數據采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調試環(huán)境。

在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規(guī)范要求,在實際開發(fā)中,要不斷加以調試。最后將下位機調試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。

人機界面編程

打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應用程序,串口通信采用MSComm控件來實現。其他操作此處不贅述,編程實現一個良好的人機界面。數字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現的Windows程序,整個樣機功能得以實現。

功能結果

電壓表設計論文范文第2篇

論文關鍵詞：科學探究；物理概念；物理規(guī)律

論文摘要：本文通過創(chuàng)設學習環(huán)境，讓學生感受科學探究，形成概念、認識規(guī)律，建構物理知識體系，讓學生體驗科學探究；最后，要通過運用、鞏固、深化物理知識，讓學生再次經歷科學探究。

科學探究是科學家運用一系列科學方法通過一定程序解決自然領域或科學問題的研究過程，其本質是以科學態(tài)度揭示大自然奧妙并發(fā)現科學真理的思維方式?！段锢碚n程標準》將科學探究作為課程目標與重要內容，旨在使學生通過與科學家相似的研究過程，經歷提出問題、猜想與假設、實驗設計等一系列感受和體驗，在獲取知識與技能的同時，形成實事求是的科學態(tài)度，激勵積極主動的探索精神，提升標新立異的創(chuàng)新能力。

一、感受科學探究，創(chuàng)設學習環(huán)境

1.感受科學探究，創(chuàng)設學習概念環(huán)境。物理概念是從自然現象、物理事實或過程中抽象出來的，在教學過程中必須把相關的現象或過程展現出來，給學生創(chuàng)設一個學習概念的環(huán)境。創(chuàng)設環(huán)境有運用實驗、聯系實際等許多方法，但不管采用什么方法，都必須從被動地接受知識向主動地獲取知識轉化，體現“提出問題”和“猜想與假設”等“科學探究”要素。例如，運用實驗引入摩擦力的概念，將放在桌面上的木塊與跨過滑輪的繩子相連接，繩子的另一端懸掛掉盤，盤上放重物，木塊在繩子的拉力作用下會運動起來。這時讓學生猜想，如果逐步減少盤中重物質量，木塊將如何？實驗之后，再讓學生相互交流，分析論證這是為什么。如此，通過科學探究，加深學生對看不見、摸不著的摩擦力的理解。

2.感受科學探究，創(chuàng)設學習規(guī)律環(huán)境。物理規(guī)律揭示的是物理量之間的必然聯系，是客觀存在的，人們只能去發(fā)現規(guī)律，而不能憑主觀意志去發(fā)明創(chuàng)造規(guī)律。因此，物理規(guī)律教學必須首先提供一個便于探索規(guī)律、發(fā)現規(guī)律的學習環(huán)境，使學生通過觀察和感受，有所發(fā)現、有所聯想，萌發(fā)或提煉出科學問題。例如，在導入《閉合電路歐姆定律》時，首先將完全相同的8個“6V、0.3A”小燈泡分成兩組分別并聯在6V的蓄電池和6V的干電池兩端，并在電源兩端并聯電壓表監(jiān)視電路電壓，讓學生猜想，接通電源后，兩電路電壓是否相同？兩組小燈泡是否一樣亮？根據部分電路歐姆定律，兩電壓表示數必然相同，兩組小燈泡也一定一樣亮。實驗結果卻發(fā)現，與蓄電池連接的電壓表示數基本沒有變化，而與干電池連接的電壓表示數降低了2V左右，且與干電池連接的小燈泡比與蓄電池連接的小燈泡暗。進一步啟發(fā)引導學生尋找兩電路的不同，猜想現象原因，發(fā)現對電路的研究必須考慮電源內阻，引出考慮電源內阻的全電路定律。

二、體驗科學探究，建構物理知識體系

1.體驗科學探究，形成物理概念。有些概念是在觀察、交流、探究等感受和體驗過程中，獲得感性認識并對感性材料思維加工而形成的。例如，利用人推車，牛拉犁，手提水桶，運動員舉起杠鈴，磁鐵吸引鐵釘等常見現象，引導學生分析論證、抽象概括出力是“物體與物體之間的相互作用”。有些概念則需要通過實驗來建立，涉及到科學探究的更多要素。例如，電阻的概念首先引導學生回憶“什么叫導體？有哪些常見的導體？”之后，猜想“導體除了能夠導電，對電流是否還有其他作用？”“要研究導體對電流是否還有其他作用，可以用什么方法？”“如果需要實驗，應使用哪些儀器與材料？如何設計實驗？”通過師生、生生互動制定實驗方案。在電源、開關、電流表、小燈泡串聯的電路中分別串入鉛筆芯與鎳鉻導線之后，引導學生觀察燈泡的亮度和電流表的示數，通過討論、比較、分析、判斷，發(fā)現鎳鉻導線對電流的阻礙作用比鉛筆芯大，得出在物理學中用電阻表示導體對電流阻礙作用大小的概念。

2.體驗科學探究，認識物理規(guī)律探索。物理規(guī)律需要學生以科學的態(tài)度和對科學探索的濃厚興趣經歷科學探究過程，去發(fā)現、思考、探討。首先是通過發(fā)現問題、猜想與假設，設計實驗，收集證據等一系列活動，探索事物的內在聯系，提供實事求是的科學依據；之后再通過分析與論證、評價、交流與合作，得出結論。整個過程要使學生充分體驗科學探究，在獲取知識的同時，實現培養(yǎng)科學素養(yǎng)的目標。

3.再次經歷科學探究，運用鞏固物理知識。要真正理解概念掌握規(guī)律，還需要在運用物理知識的過程中再次經歷科學探究，進行鞏固、深化和強化。一是在運用物理知識解決具體問題的過程中強化科學探究。二是在進行實驗設計和儀器教具制作的過程中深化科學探究。三是在探索解決問題的思路、方法過程中活化科學探究。

參考文獻：

電壓表設計論文范文第3篇

[論文摘要]新課標指出高中物理課程應促進學生自主學習，通過多樣的教學方式，幫助學生學習物理知識和技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度和科學精神，高中物理探究性實驗由于其重視過程和方法，有利于提高學生發(fā)現問題、解決問題的能力，有利于學生創(chuàng)新能力的提高和主體性的發(fā)揮。

一、高中物理實驗教學存在的問題

目前在應試教育的影響下，物理實驗教學難以發(fā)揮它應有的作用。許多教師很少做實驗，不愿花時間從事實驗教學，實驗只被作為收集數據，驗證理論，應付考試的工具。學生實驗形成了教師講，學生做，教師示范，學生模仿的教學，學生成為被動的接受者，以至于學生很少提出問題。沒有養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，沒有學會解決問題的科學方法，學生的主體地位遠沒有得到重視，學生缺乏主動探究的欲望和熱情，忽視了實驗對學生科學思維方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新課標指出高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考。通過多樣的教學方式，幫助學生學習物理知識和技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度和科學精神，因此，高中物理實驗教學迫切需要改革。探究性實驗由于其重視過程和方法，有利于提高學生發(fā)現問題、解決問題的能力，培養(yǎng)與他人合作的精神，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，有利于學生創(chuàng)新能力的提高和主體性的發(fā)揮。強調通過實驗探究提高學生的科學素養(yǎng)，已成為當前實驗教學改革的主要方向。

二、強化新課程理念，改革實驗教學模式

物理實驗為培養(yǎng)創(chuàng)新精神提供了最佳環(huán)境，尤其是開發(fā)一些聯系生活實際的應用型實驗，可使學生親身感受到物理實驗的實用價值，能強烈激發(fā)學生的創(chuàng)造動機。教師應成為勇于進取、善于創(chuàng)新的模范，無論實驗方法的革新、教具的創(chuàng)造、實驗的新穎設計，對學生都有很強的感染力，會不知不覺在學生心里播下創(chuàng)造的種子。具體做法：進一步加強了對學生實驗興趣的培養(yǎng)。物理學家愛因斯坦曾經說過：“興趣是最好的老師。”而興趣的培養(yǎng)，一要靠老師的正確引導，二要靠學生親身到實驗中去激發(fā)。教師要善于把握實驗的科學性，挖掘實驗的趣味性，制定切實可行的督促、檢查方案，或展示、或競賽、或討論，使學生饒有興趣地完成課本或課外小實驗、小制作，對活動中表現突出的，及時給予表揚和鼓勵，這對提高學生的實驗興趣很有幫助；物理實驗教學中，既要發(fā)揮教師的主導作用，又要突出學生的主體地位，充分調動學生的積極性和主動性，使學生積極主動的參與實驗。課本讓學生看，實驗讓學生做，思路讓學生想，疑難讓學生議，錯誤讓學生析，并且多給學生提供獨立設計實驗的訓練機會，最大限度地發(fā)揮學生的探索潛能，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造能力。

三、探索實驗原理，發(fā)展科學思維素質

學生實驗的“靈魂”是實驗原理，只有把實驗原理放在處理實驗教學的首要位置，才會使物理實驗教學“活”起來。若能在教師有目的的引導下，對實驗原理進行挖掘和探索，將能有效地培養(yǎng)學生按科學方法思考解決問題的習慣，發(fā)展學生的科學思維素質。在基本實驗教學中，必須抓好以下兩點：（1）對實驗原理的正確理解。要知道這個實驗為什么這樣做，它的理論根據是什么，不這樣做還能怎樣做，那一種做法更好，更可行。這是培養(yǎng)學生實驗設計能力的一個關鍵。（2）對常用的物理儀器要熟練使用，這是實驗的基礎，是實驗的工具。常見的實驗儀器有以下十三種：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧稱、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等。對這些常見實驗工具不僅要能正確熟練地使用，甚至要知道實驗儀器的原理。例如，在《把電流表改裝為電壓表》實驗中，需要測定電流表的內阻，書中直接給出了半偏法，對這一方法的出現學生普遍感到很突然。我們可以這樣做，先讓學生自己設計一種測電流表內阻的方法，然后對學生中使用最普遍的兩種方法進行分析。轉貼于 第一種是常見的伏安法，該方法在測一般電阻時可用，但在測電流表內阻時卻是不可取的，因為我們測定電流表內阻的目的是用它來改裝為電壓表，若電流表內阻測量不準確會直接影響改裝后的伏特表的精確程度。第二種方法的原理是由伏特表測出電流表和變阻箱兩端的總電壓U，從電流表讀出電流值I，則電流表內阻Rg=U/I-R，這一方法可以消除伏特表分流作用所帶來的誤差，但卻暴露出學生對靈敏電流計的作用不甚清楚，其實靈敏電流計不能準確的測量電流強度，只能作為檢流計，既然電流強度的準確值不知道，自然也就無法求出電流計內阻Rg的準確值。在分析了以上兩種方法的不足之后，利用并聯電路的電流分配關系引導學生得出半偏法已是水到渠成。

四、營造主動探究的氛圍，強化學生參與意識

新課程的實驗課是要學生通過實驗來學到知識，訓練技能，并經歷一個科學探究的過程。教師在課堂教學中起著主導作用，而一堂課中教師的情感投入往往影響著每個學生的情感投入。教師能否營造一個和諧民主的教學氛圍是能否讓學生主動探究的前提。在一節(jié)課中，有師與生、生與生之間的人際交流，在這個交流環(huán)境中，若要使學生有好的課堂氛圍，有熱烈的討論，有激烈的爭論，有獨特的發(fā)言，甚至有創(chuàng)造性的思維，都必須讓學生從心理上有一種安全感，有一種無拘無束的自然情感的流露。因此，要求教師從尊重學生出發(fā)，有和善的語言，溫文爾雅的教態(tài)去創(chuàng)設這個環(huán)境。民主、有序的學習環(huán)境有利于激發(fā)學生主動探究的欲望，教師要有與人為善的教態(tài)，尊重學生、鼓勵學生發(fā)表獨立的見解。實驗課中學生的“哇”、“喔”等聲音，是學生最真切的情感體現。

當然，在物理實驗的教學改革實施中，我們還將面臨著許多新的問題，還需要在今后的工作中進一步的研究與探索，我們將在不斷的反思中，不斷地改進、不斷地總結經驗，使物理實驗的教學改革工作不斷地深入，不斷地完善。

[參考文獻]

[1] 閻金鐸.物理教學論[M].南寧:廣西教育出版社，1997.

電壓表設計論文范文第4篇

[論文摘要]在教學中,要精心創(chuàng)設教學情境,激發(fā)學生興趣?？朔季S定勢，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維、逆向思維等多種思維方式。在生活和實驗中培養(yǎng)學生的觀察能力和問題意識，激發(fā)學生的求知欲望。加強科學探究，培養(yǎng)學生的探究能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

深化教育改革，全面推進素質教育，培養(yǎng)二十一世紀具有高素質的創(chuàng)新精神和能力的建設者和接班人，是學校教育的最高目標，作為教育工作者應實現由應試教育向素質教育轉變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，使學生全面發(fā)展。

一、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力

精心創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。興趣是激發(fā)學生思維能力的重要因素，它能提高學生學習的積極性，主動性，探究性，使學生以一個被動的知識接受者，變成一個主動的參與教學活動的合作者。教師必須精心備課，對所設置的教學問題必須具有趣味性、新奇性、生活性、開放性和適宜性。只有這樣才能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，例如，在學習光的折射時，提出一些問題，透過圓形金魚缸看魚，魚會變大，筷子斜插入水中，側面會看到筷子在分界處彎折，學生帶著這些問題去學習，會產生興趣，達到一定的效果。

基礎知識，基本技能是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的前提條件，首先在教學中要狠抓“雙基”的落實，讓學生學透知識，練實知識，用活知識。用基本的科學知識去解決實際問題，其次要克服定向思維，培養(yǎng)發(fā)散性思維和思維的變通能力，對于一個問題，能從不同角度.不同方向去探索解決問題的方法。傳統(tǒng)的教學注重解決問題的唯一性。這樣不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，實際中的許多問題，往往是開放的，多變的，答案不是唯一的。在習題教學中要加強一題多問，一題多解，一題多變，多題同解等形式的訓練，培養(yǎng)學生的多種思維方式。例如，有這樣一道開放題：現有一杯純凈水和一杯食鹽水，儀器不限，用那些方法可以鑒別它們，通過各小組的熱烈討論和交流，利用密度、浮力、蒸發(fā)結晶、凝固點、導電性等知識,同學們得出了10多種方法,并用實驗加以證明，開闊了學生的思路，在教學中還要培養(yǎng)學生的逆向思維。例如有一重為10斤的一個瓶子，用手拿著不動。手與瓶子的摩擦力為多少？當手握瓶子的力增大，此時，瓶子與手之間的摩擦力是否增大。一般的學生會認為摩擦力會隨著壓力的增大而增大，這是一種定向思維。如果用逆向思維去分析瓶子的狀態(tài)未變。即靜止(受平衡力的作用)f=G，就不難理解。通過這些思維方式的訓練和解題的指導，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯推理能力和思維能力。

二、從實驗和生活中培養(yǎng)學生的觀察能力和問題意識

科學實驗離不開觀察，觀察是科學研究的最基本方法，是創(chuàng)新思維的基礎，每個科學實驗都有其明確的實驗目標。因此，在實驗教學中，對每個實驗教師首先要讓學生明確為什么觀察和觀察什么?使學生掌握觀察的具體內容。例如在觀察水沸騰實驗中，教師提出讓學生觀察水在沸騰前后實驗現象。實驗后有的學生就觀察到沸騰前氣泡上升中變小，消失，沸騰后氣泡會變大，破裂，并提出了相應的問題。又如，在研究液體內部壓強時，指導學生觀察：當金屬盒中的橡皮膜在不同深度，不同液體，不同方向時，分別觀察U型管兩管液面的高度差是否發(fā)生變化，來得出液體內部壓強的規(guī)律。使學生掌握實驗觀察的具體方法。如順序觀察法，對比觀察法，重點觀察法，全面與重點觀察法，歸納觀察法等。

在平時教學中，學生往往不提問題，也提不出問題，不管是實驗還是作業(yè)都是按照教師的要求去完成。鑒于這種情況，教師應幫助學生學會觀察，鼓勵學生在觀察的基礎上提出問題，培養(yǎng)學生的問題意識。在平時的教學中，教師要把課本知識同生活實際聯系起來，提出一些問題。三、注重科學研究，培養(yǎng)學生的科學探究能力

初中階段的實驗大多數是一些驗證性的實驗。用人為控制的實驗條件去驗證這些結論，加深對科學知識的理解、掌握，這樣不利于充分發(fā)揮學生的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。為此，在教學中把演示實驗改為分組實驗，把一些驗證性實驗改成探索性實驗，增加學生的動手機會，培養(yǎng)他們的實踐能力，例如，探索電流與電壓、電阻的關系時，讓學生按照探究的過程進行，在實驗中強化用控制變量法探究，在這個實驗中，最難的是電路的設計，教師可采用讓學生獨立設計——小組討論合作——各組討論交流——師生共同補充。整合完成設計的方法，讓學生在原有能力的基礎上相互學習取長補短。培養(yǎng)學生的觀察能力，動手實驗能力，嚴謹求實的科學態(tài)度和與他人合作的精神。通過分析實驗數據，得出結論，通過評估與交流，讓學生發(fā)現問題，分析原因，培養(yǎng)學生的實事求是的科學態(tài)度。

加強實驗設計，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，開始時，可先讓學生設計一些簡單的實驗。如，用2只開關控制一個燈泡，并且閉合任一只開關都能使燈泡發(fā)光等，在這樣的基礎上教師可采取少給器材，設置故障電路，把儀器調亂，讓學生設計實驗方案，解釋實驗中出現的問題，分析實驗誤差，改進實驗等。又如在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，除按教材上的方法外，教師可提出問題，用一只已知阻值的電阻代替電壓表，其他器材不變，設計實驗，然后教師再深入引導學生。如果在這個實驗中，電壓表的量程小于燈泡的額定電壓時，怎樣測出小燈泡的額定功率，通過這樣的引導和啟發(fā)，激發(fā)了學生的求知欲望。

四、開展第二課堂活動，充分發(fā)揮學生的聰明才智與創(chuàng)造能力

電壓表設計論文范文第5篇

論文關鍵詞：配電網,三相電壓不平衡,消弧線圈,供電可靠性

供電可靠性是指城市供電系統(tǒng)對用戶持續(xù)供電的能力。統(tǒng)計表明，用戶停電故障中80％以上由配網系統(tǒng)的故障引起，對用戶供電可靠性有很大影響。配電網中三相電壓不平衡現象是電網異常和故障的反映。調度員若能根據三相電壓不平衡現象準確判斷故障，迅速調度指令，隔離故障，恢復運方，可以大大提高對用戶的供電可靠性。反之，則可能導致配變燒毀、避雷器爆炸、線路短路，甚至大面積停電事故。

1 三相電壓不平衡定義及現狀

三相電壓不平衡是指在電力系統(tǒng)中各相之間電壓不相等或相角不相等，且幅值差超過規(guī)定范圍，是由各相負載不平衡所造成。配電網的三相平衡一直就是困擾供電單位的主要問題之一，配電網大多是經10／0.4kV變壓器降壓后，以三相四線制向用戶供電，是三相生產用電與單相負載混合用電的供電網絡。在裝接單相用戶時，供電部門遵循的原則是將單相負載均衡地分接在A、B、C三相上。但在實際工作及運行中，由于單相用戶的不可控增容、大功率單相負載的接入以及單相負載用電的不同時性等，都造成了三相負載的不平衡。

但隨著配電網的擴大，中低壓架空導線及電纜出線回路數增多、線路增長，中低壓電網對地電容電流亦大幅度增加，當發(fā)生單相接地時，其他兩相的對地電壓要升高√3倍，接地電弧不能自動熄滅而產生電弧過電壓，一般為3~5倍相電壓甚至更高，致使電網中絕緣薄弱的地方放電擊穿，因此配電網若在三相負荷不平衡度較大情況下運行，最終發(fā)展為相間短路將會給配電網與電氣設備造成不良影響。

2常見三相電壓不平衡現象

通過配電網運行情況我們可以看出，常見的三相電壓不平衡有系統(tǒng)完全接地、不完全接地、間歇性接地、弧光接地、由接地誘發(fā)的諧振、線路發(fā)生斷線等現象，舉例如下：

2.1 完全接地

如果發(fā)生完全接地，則故障相的電壓降到零，非故障相電壓上升為線電壓，零序電壓3U0上升至100V，并發(fā)出母線接地信號。此類接地原因主要有：電纜擊穿、線路上搭有異物、針瓶擊穿、電纜故障等。例如下表所示：

變電站

線路

電壓

（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）

接地原因

韓橋變

515

馬家湖線

0.2/10.8/10.7/117.5

變壓器上面A相避雷器擊穿

園臺變

514

沿山線

10.3/10.7/0.4/104.4

9#桿真空開關刀閘C相支撐絕緣子擊穿

2.2 不完全接地

如果發(fā)生不完全接地，故障相電壓下降但不為零，非故障相電壓上升至相電壓與線電壓之間，零序電壓3U0上升至整定值，發(fā)出母線接地信號。此類接地原因主要有：線路間接接地、配電變壓器燒毀、電纜故障等。為盡快選出接地線路，避免事故進一步擴大化，各地區(qū)部分變電站根據情況安裝了小電流接地選線裝置，接地時可供調度員們參考。例如下表所示：

變電站

線路

電壓

（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）

接地原因

田老莊變

514田梁線

8.3/8.6/2.8/59

2#桿真空開關C相接點打火放電

田老莊變

514田梁線

8.2/2.7/8.0/57.5

黑山墩變支線變壓器側B相線圈燒壞，變壓器外殼接地。

2.3 間歇性接地

如果發(fā)生間歇性接地，接地現象時有時無，間歇性出現。非故障故障相電壓時增時減或有時正常，零序電壓3U0也時增時減或有時正常不穩(wěn)定，接地信號也是發(fā)信、復歸伴隨出現。此類接地原因主要有：扎線松動、風天異物搭接在線路上等。例如下表所示：

變電站

線路

電壓

（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）

接地原因

太陽山變

522車站線

間歇性接地

210#桿針瓶綁線松開隨風搭在橫擔上

園臺變

514沿山線

間歇性接地

呂光弟石料廠支線6#桿扎線斷了

2.4 弧光接地

如果發(fā)生弧光接地，電壓表指示不穩(wěn)定，非故障相電壓上升至額定電壓的2.5-3倍，零序電壓3U0可能大于100V。會引起此類接地的原因很多：當金屬或者其他導體靠近高壓線,距離達到放電距離,就會產生電弧放電,當距離足夠小,電弧不能自動熄滅,就是弧光接地了，通常發(fā)生風吹著樹靠近高壓線或者其他事故導致的，也有汽車天線靠近等等。

2.5 由接地誘發(fā)的諧振

鐵磁諧振有分頻、基波、高頻諧振三種形式，其共同特征是系統(tǒng)電壓升高，母線電壓互感器的開口三角繞組出現較高電壓，不同點是：

分頻諧振三相電壓依次輪流升高，超過線電壓，一般不超過2倍相電壓，三相電壓表指針在相同范圍出現低頻擺動；

基波諧振兩相電壓升高，超過線電壓，但一般不超過3倍相電壓，一相電壓降低但不等于零；

高頻諧振三相電壓同時升高或其中一相明顯升高，超過線電壓，但不超過3至3.5倍相電壓。

諧振過電壓經常造成設備閃絡或擊穿、電壓互感器噴油、冒煙、高壓熔絲熔斷等。

2.6 線路發(fā)生斷線

線路發(fā)生斷相時，相電壓特征是三相電壓不平衡，斷線相電壓和中性點電壓升高，非斷線相電壓降低，供電功率減少，零序電壓3U0上升至整定值，發(fā)出母線接地信號。此類故障主要有：電纜線路被外力挖斷、線路某相跌落保險熔斷等。例如下表所示：

變電站

線路

電壓

（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）

接地原因

田老莊變

514田梁線

7.7/4.6/6.1/32

線路20#桿處A相跌落保險熔斷

南川變

524南源線

2.42/8.56/8.29/63.26

150#桿B、C相跌落保險掉相

2.7 電壓互感器高壓保險熔斷

高壓保險一相熔斷時，熔斷相電壓顯著降低，其他兩相電壓不變，發(fā)出母線接地、電壓回路斷線信號。但是，如果高壓保險未完全熔斷，則可能不會發(fā)出母線接地信號。若判斷為高壓保險熔斷，可投入冷備的電壓互感器，將故障的電壓互感器轉檢修更換熔斷相高壓保險。例如下表所示：當時35kV I、II段并列運行，發(fā)出“35kVI、II母接地”、“35kV I、II母PT斷線”信號，當班調度員判斷為C相高壓保險熔斷。

變電站

線路

電壓

（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）

接地原因

關馬湖變

32-9PT

20.7/21.6/1.2/36.1

32-9PT C相高壓保險熔斷

2.8 電壓互感器低壓保險熔斷或二次空開跳閘

低壓保險一相熔斷時，熔斷相電壓降低很多，未熔斷的兩相電壓正常，發(fā)出電壓回路斷線信號，開口三角無電壓，不會發(fā)出母線接地信號。會不會發(fā)出母線接地信號是判別高壓保險還是低壓保險熔斷的一個主要依據。例如：五里坡變

6kV母線電壓Ua=0.5kV、Ub=0.5kV、Uc=0.5kV、3U0=3.7V，現場檢查二次電壓均正常，后將母線測控裝置二次空開重新合上后電壓正常。

2.9 二次電壓回路異常及其他

發(fā)生這種現象時，電壓情況無法預測。其形成原因復雜，通常有二次小線燒斷、碰線、回路接錯、表計異常等。處理辦法一般為調度員根據監(jiān)控所發(fā)信號、現場檢查情況將母線電壓互感器轉檢修后交檢修單位檢查處理。例如：立新變10kV母線電壓Ua=6.2kV、Ub=6.2kV、Uc=5.9kV、3U0=8.9V，而且零序電壓不斷的變化，經保護人員檢查為保護插件問題。線路參數不平衡、三相負荷的不對稱也會影響母線電壓的平衡。

3 三相負荷不平衡的危害

3.1 對配電變壓器的影響

（1）三相負荷不平衡將增加變壓器的損耗。變壓器的損耗包括空載損耗和負荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變，即空載損耗是一個恒量。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化，且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時，變壓器的負荷損耗可看成三只單相變壓器的負荷損耗之和。

從數學定理中我們知道：變壓器的在負荷不變的情況下，當Ia=Ib=Ic時，即三相負荷達到平衡時，變壓器的損耗最小。

（2）三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重后果。三相負荷不平衡時重負荷相電流過大（增為3倍），超載過多，可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱，絕緣老化加快；變壓器油過熱，引起油質劣化，迅速降低變壓器的絕緣性能，減少變壓器壽命（溫度每升高8℃，使用年限將減少一半），甚至燒毀繞組。

（3）三相負荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大。局部金屬件溫升增高，在三相負荷不平衡運行下的變壓器，必然會產生零序電流，而變壓器內部零序電流的存在，會在鐵芯中產生零序磁通，這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴重時將導致變壓器運行事故。

2.2對線路和配電屏的影響

（1）三相負荷不平衡將增加線路損耗。三相四線制供電線路，把負荷平均分配到三相上，設每相的電流為I，中性線電流為零，其功率損耗為：

ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡時，即某相為3I，另外兩相為零，中性線電流也為3I，功率損耗為：

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R)

即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍，換句話說，若最大不平衡時每月損失1200 kWh，則平衡時只損失200 kWh，由此可知調整三相負荷的降損潛力巨大。

（2）三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果。三相負荷不平衡時重負荷相電流過大（增為3倍），超載過多。由于發(fā)熱量Q＝I2Rt，電流增為3倍，則發(fā)熱量增為9倍，可能造成該相導線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的50％，但在選擇時，有的往往偏小，加上接頭質量不好，使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。

同理在配電屏上，造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞，因而整機損壞等嚴重后果。

2.3對供電企業(yè)的影響

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞，一方面增大供電企業(yè)的供電成本，另一方面停電檢修、購貨更換造成長時間停電，少供電量，既降低供電企業(yè)的經濟效益，又影響供電企業(yè)的聲譽。

2.4對用戶的影響

三相負荷不平衡，一相或兩相電壓波形畸變嚴重，必將增大線路中的電壓降，降低電能質量，影響用戶的電器使用。

變壓器燒毀、線路燒斷、開關設備燒壞，影響用戶供電，輕則帶來不便，重則造成較大的經濟損失，如停電造成養(yǎng)殖的動、植物死亡，或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。

4 三相電壓不平衡原因與治理

4.1線路單相接地

線路正常運行時導線對地電容大致相等，線路對地為相電壓，2條線路間的電壓差為線電壓，在對地電容中流過三相平衡的充電電流，沒有零序電流流過，相量圖如圖1所示。小電流接地系統(tǒng)單條線路發(fā)生金屬性接地時，接地相與大地同相位，中性點電位發(fā)生偏移，其他兩相對地電壓升高，相量圖如圖2所示（A相金屬接地）。

圖1正常狀態(tài)相量圖 圖2單相接地相量圖

此時三相電壓表現為故障相對地電壓降低，金屬性接地時降低為0；非故障相對地電壓升高，金屬性接地時升高為線電壓。電壓互感器（TV）開口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號。

對于這種情況，線路接地不僅僅是指架空線路、電纜，也包括隔離開關、斷路器等變電站站內設備。處理時首先應對站內設備進行巡視。檢查站內設備正常后將接地母線出線斷路器逐一拉合，當拉開某條線路時接地消失則可判定故障點在該線路上。先試拉架空線路多、負荷較輕且無重要用戶的線路，后拉負荷較重且有重要用戶的線路。

4.2 2條或2條以上線路接地

（1）同一母線的供電線路有時會發(fā)生2條或2條以上線路同時接地。若2條線路異名相同時接地，電流速動保護動作，將其中一條線路切除。另一條線路接地，TV開口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號。處理方法可采取單條線路單相接地的辦法。

（2）若2條線路同相接地，由于構不成過流保護回路，電流速動保護不會動作。此時絕緣監(jiān)視顯示對地電壓指示不平衡，出現接地信號?，F象和原理同單條線路單相接地。但是，按照單條線路單相接地處理流程，將所有線路試拉以后接地一直存在。這種情況雖然比較少見，但是現場處理時很容易造成調度員的誤判，處理起來也十分復雜。

處理這種三相電壓不平衡的一般流程：首先將接地母線上的斷路器逐一拉開直到接地現象消失；然后將拉開的線路逐一試送，當試送某一條線路發(fā)生接地時立即將該線路拉開直至將全部接地線路找到。這種方法雖然能找到接地線路但是會造成大范圍停電，而且對某些線路會造成二次停電，影響供電可靠性。當接地母線所供負荷為中心負荷或所供區(qū)域內有重要、敏感用戶時該方法的弊端很大。

（3）以2條線路同相接地為例，線路接地時并不是理論上的完全金屬接地，總是存在一定的接地阻抗。當2條線路同相接地時零序阻抗圖如圖3所示。由于接地點位置、絕緣情況等因素不同，線路L1、L2的零序阻抗X01和X02也不會相同。因此拉開線路L1時故障相和非故障相的電壓與拉開線路L2時會有一定的差異。利用遙測、遙信工具或運行值班人員現場監(jiān)視儀表，及時捕捉拉合斷路器時電壓的差異，往往能判斷出接地線路。

圖 3 兩線同相接地零序阻抗圖

4.3線路斷線

線路在雷雨、大風、高寒和降雪天氣或受到外力破壞時，往往會發(fā)生線路斷線引發(fā)三相電壓不平衡，TV開口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號。但與線路單相接地的區(qū)別是，此時三相電壓表現為一相升高（斷線相）另兩相（正常相）降低。

電壓升高的幅度與斷線點和母線的距離有關，斷線處離母線越近電壓越高，離母線越遠電壓越低，斷線發(fā)生在線路末端時，電壓變化很小甚至沒有變化。另外發(fā)生線路斷線時常常會接到配電變壓器缺相的報告。

線路斷線發(fā)生后，由于導線懸掛在空中，在風力作用下會和電線桿、大地或周圍的樹木接觸，造成間歇性接地，甚至發(fā)展成為線路單相接地。此時，靠近接地處 8m以內即有可能因為跨步電壓造成觸電，因此線路斷線對人員生命安全危險很大，應立即將故障線路切除。

4.4 TV自身故障

TV保險絲熔斷也會造成三相電壓不平衡現象。TV高壓熔絲熔斷時三相電壓表現為非故障相電壓不升高，故障相電壓降低但不為0，開口三角有電壓輸出，發(fā)出接地信號。TV低壓熔絲熔斷時三相電壓表現為非故障相電壓不升高，故障相電壓為0，不發(fā)出接地信號。其原因在于 TV 高壓熔絲熔斷時，在低壓側存在感應電壓，熔斷相電壓不為0。高壓側三相電壓不平衡會在開口三角處產生零序電壓，啟動接地裝置發(fā)出接地信號，相量圖如圖4所示（A相熔斷）。低壓熔絲熔斷時，由于沒有感應電壓的存在，故障相電壓為0。一次三相電壓仍平衡，故開口三角沒有電壓，不會發(fā)出接地信號。

圖4 A相熔斷相量圖

對TV熔絲熔斷造成的三相電壓不平衡狀況，應首先將母聯備自投裝置停用，退出與該TV有關的保護。將TV改為冷備用后更換熔斷的熔絲，再將TV投入運行，三相電壓不平衡即會消失。但是，如果對TV自身故障造成的三相電壓平衡現象理解不準確，誤判為線路接地或線路斷線，則往往會因為試拉線路造成不必要的對外停電，影響供電可靠性。同時，由于處理時間上的延誤，TV長時間在不平衡電壓下運行容易引發(fā)TV損壞。

4.5 消弧線圈補償不當

通常消弧線圈運行在過補償狀態(tài)，補償后單相接地故障的電流應小于10A。并應優(yōu)先采用自動跟蹤補償消弧線圈，對于非連續(xù)調節(jié)的自動跟蹤補償消弧線圈，其脫諧度應小于5％，對于連續(xù)調節(jié)的自動跟蹤補償消弧線圈，其脫諧度應小于2％。

在實際運行過程中，由于發(fā)生故障或消弧線圈容量不夠等原因，有時會引起諧振。此時三相電壓表現為一相升高、兩相降低或一相降低、兩相升高，且三相電壓往往不斷變化，有時侯還會出現很高的諧振過電壓。對這種情況一般將某條線路拉合一次破壞諧振條件后三相電壓即恢復正常，并做好記錄，以便技術人員參考并重新整定消弧線圈脫諧度。

5 總結

由以上分析可以看出，引起配電網三相電壓不平衡的原因很多，彼此之間又有很多相似之處。電網調度人員對此首先要綜合各種信號、匯報情況，準確區(qū)別各種原因產生的三相電壓不平衡現象上的差異，做出準確分析和判斷。其次，要了解各種三相電壓不平衡現象的機理和產生過程，針對不同的事故情況采用合理的解決辦法。最后，處理三相電壓不平衡情況時一定要沉著、冷靜、思路清晰，對處理步驟做到心中有數。這樣才能正確、及時的處理好事故，使電壓在最短的時間內恢復正常，保證電網的安全穩(wěn)定運行，提高供電可靠性。

參考文獻：

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