串并联的电流规律教案

串并联的电流规律教案（精选7篇）

串并联的电流规律教案 篇1

1 逆变器无互连线并联原理

1.1 功率均分控制原理[2]

由潮流理论[3]可知,在一个供电系统中,要使多台逆变器能保持功率平衡,可以通过调节各台逆变器输出电压的频率和幅值实现。对于逆变器并联系统,当不加任何环流抑制措施时,由于逆变器输出引线阻抗很小,各模块输出电压幅值和相位等参数的微小变化都将在模块间产生很大的环流,使得逆变器各模块不能均分负载功率,因此必须采取措施抑制环流。本文采用的是逆变器输出端直接串联电感[4,5],以2台逆变器为例,其简化的原理图如图1所示。

逆变器1输出电流为

由于R1远小于电感X1的感抗,上式可以简化为:

逆变器1输出的复功率:

则其有功功率PO1和无功功率QO1分别为:

一般情况下,功率角φi(i=1,2)比较小,则可对有功功率和无功功率进行简化、微分得:

由式(6)、(7)可知,输出电压的相位变化影响其输出有功功率的变化,而输出电压的幅值变化则会改变其输出的无功功率。因此,要控制逆变器输出的有功功率和无功功率,只需通过调节逆变器输出电压的幅值和相位即可。由于相位不易检测,一般通过调节输出电压的频率来达到改变输出电压的相位,进而调节逆变器的输出有功功率。这是PQ法的基本思想,其控制方程式为:

从式中可以看出要得到较好的功率均分特性,必须增大下垂系数m和n。下垂系数m、n的上限值分别为:

1.2 电流分解原理[6]

当电压型逆变器的负载为非线性时,其输出电流由四个部分组成:

式中,io为直流分量;ip为有功电流分量;iq为无功电流分量;ih为谐波分量。将式(9)扩展可得:

在逆变器模块并联系统中,要实现成功并联,各模块输出的有功功率、无功功率和谐波功率要保持基本平衡,而各种功率分量可通过检测输出电流中各分量来得到。图2为电流分解原理图。

2 无连线并联控制系统

2.1 并联控制方案

并联控制系统原理框图如图3所示,为了提高系统的动态性能,基于传统的PQ调节做如下改进[4,5]:

式中,md、nd的取值一般是相应的m、n值的1%左右。

从图3可以看出,系统是通过检测逆变器输出电压和输出电流,每个工频周期计算出它的输出功率,利用PQ下垂理论及时地改变逆变器正弦参考信号,以达到各逆变器输出功率在系统中均分的作用。从整个控制结构上看,这种逆变器控制结构具有三环控制结构,外环是一个微调参考信号的慢速控制环节,一个工频周期调节一次;而内环是两个快速控制环节,分别是在一个开关周期内调节输出电压和输出电流,使得输出电压能快速跟随在上一个工频周期已调整后的参考正弦信号。

2.2 功率调节

功率调节所要完成的任务是对功率计算中获得的功率,按照改进的PQ理论修正相应的幅值和频率,并在下一个工频周期进行调节。将式(11)、(12)进行离散化得:

整理上述表达式得:

式中,ω(k)、V(k)分别表示当前周期时刻获得的正弦参考信号的频率和幅值;P(k)、P(k-1)、Q(k)、Q(k-1)分别表示当前周期和前一周期的功率计算量;

功率调节的具体流程如图4所示。

3 实验证明

3.1 实验系统的创建

实验系统由两逆变器、开关、连线阻抗和负载组成,如图5所示。本实验采用TMS320LF2407A DSP来进行控制和产生PWM波形。DSP能实现复杂的算法,控制boost变换器的开关,从而实现在各种条件下的快速响应。图5中两个逆变器的额定容量、输入电压、输出参考电压幅值、输出参考电压频率分别为1 000VA、400V、220V、50Hz;频率下垂系数m、md分别为0.001、0.000 01;电压下垂系数n、nd分别为0.01、0.000 1;连线的阻抗分别为0.1+j0.282Ω、0.12+j0.301Ω。输入电压由TDGC2J型接触调压器供给。

3.2 实验结果讨论

本实验主要验证方案的有效性,即对于非线性负载,基于电流分解的无连线并联控制对功率均分的效果。用电感性负载和整流桥负载来进行仿真,图6是系统带电感性负载进行仿真的结果,图6(a)是在基本PQ法的无连线并联方案下得到的P、Q;图6(b)是在基于电流分解的无连线并联方案下得到的P、Q。图7是系统带整流桥负载进行仿真的结果,图7(a)、图7(b)也是分别在基本PQ法的无连线并联方案和基于电流分解的无连线并联方案下得到的P、Q图。

从两类负载的仿真结果来看,基于电流分解的无连线并联具有更强的负载适应力,即对于非线性负载中的无功功率也能进行很好的功率均分。

从实验结果可以看出,基于电流分解的无连线并联控制方案对于非线性负载也能取得很好的控制效果,完全可满足逆变器并联控制的要求。

摘要：针对基本 PQ 控制法对非线性负载均流性能较差的缺点,采用了基于电流分解的方法对逆变器进行无连线并联控制。给出了功率均分和电流分解原理,提出了逆变器并联控制的实现方案和 DSP 在并联控制中的应用。实验表明,该方案对于非线性负载也具有很好的均流性能。

关键词：逆变器,并联控制,功率均分,电流分解

参考文献

[1] 段善旭,康勇,陈坚.UPS 模块化电源系统并联控制策略分析[J].电工技术杂志,2004(1) :46-50．

[2] 王兆安.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2001．

[3] 韩祯祥.电力系统分析[M].杭州:浙江大学出版社,1993．

[4] TULADHAR A,JIN H,UUGER T,et al.Parallel operation of single phase inverter modules with no control interconnections[C].//Applied Power Electronics Conference and Exposition,1997． APEC 97 Conference Proceedings.1997:94-100．

[5] TULADHAR A,JIN H,UNGER T,et al.Control of parallel inverters in distributed AC power systems with consideration of the line impedance effect[C].//Applied Power Electronics Conference and Exposition,1998． APEC 98 Conference Proceedings.1998:321-328．

串并联的电流规律教案 篇2

1.知识与技能

运用电磁感应知识分析交流发电机的实际模型，理解交流电的产生原理和过程。

综合运用电磁感应知识，并借助数学工具，推导并总结交流电的变化规律。

结合交流电产生过程的分析，正确理解中性面、交流电的瞬时值、最大值的含义。

2.过程与方法

通过对交流发电机的实际模型观察，提高观察能力、空间想象能力，并领会立体图转化为平面图处理问题的方法。

通过对交流电变化规律的推导，逐步形成利用数学工具及物理规律解决实际问题的能力。

3.情感态度与价值观

通过观看三峡工程的相关视频，了解它的作用和意义，激发学生爱国主义热情，体会物理理论应用于实践所产生的价值。

通过对交流电变化规律的推导，逐步树立应用物理规律分析实际问题的信念。

教学重难点：

1.重点：交流电的产生原理和过程及交流电的变化规律。

2.难点：交流电的变化规律的推导。

教学资源：

演示实验：交流发电机、灯泡、电流表；交流发电机模型；示波器、函数信号发生器。

课时安排：45分钟。

教学过程：

活动之一：引入交变电流的概念。

图片引入：展示“三峡大坝”图片并简单介绍，引入实验。

演示实验：实验1：发电机与小灯泡连接。

实验2：发电机与电流表连接。

进入新课引入概念：引导学生观察实验现象，得出发电机产生的是大小和方向都随时间变化的交变电流，并进入新课。

活动之二：分析交变电流的产生过程。

设置疑问：对比恒定电流和直流电流，引出问题：为什么会产生交变电流？

介绍结构：介绍教学手摇发电机的主要构造。

理论分析：结合发电机模型，引导学生从理论上分析交变电流产生的过程，引出中性面的概念，让学生定性的得出交变电流的大小和方向的变化特点。

实验验证：通过实验验证交变电流的方向变化特点。

动画模拟：模拟形成电流的微观自由电荷定向运动的特点

活动之三：推导交变电流的具体变化规律。

创设情景：情景1：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动。提供已知条件，推导线圈在中性面和垂直中性面两个特殊位置的感应电动势。

引导分析。

得出结果：引导学生先将立体图转化为平面图，再进行分析，得出结果。

拓展情景。

学生推导。

集体评价。

确定结果：情景2：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。提供已知条件，推导线圈在t时刻的感应电动势。

学生请一个学生上台推导，得出结果。然后集体评价，得出正确结论。

拓展情景：情景3：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，求感应电动势。

集体完成：情景4：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。求感应电流，路端电压。

总结规律：规律：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动时，产生正弦式。

交变电流。简称正弦式电流。

实验演示：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式。

知识延伸同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之四：描述交变电流的变化规律。

公式描述：借鉴前面的推导结果，直接写出正弦式交变电流的数学表达式。

图象描述：引导学生画出感应电动势的变化图像，强调画图的规范性和条理性。

实验验证：运用示波器显示人工匀速摇动发电机的电压随时间变化的图象，并引导学生分析不是正弦式图象的原因。

实验演示：引入家庭用电，输入到示波器。显示出正弦式波形。

知识延伸：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式，同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之五：大型交流发电机的介绍。

播放视频：播放大型发电机的视频。

知识介绍：介绍交流发电机的基本组成和种类。

课堂小结：引导学生进行课堂小结。

播放视频：通过视频展示三峡工程的全面效益。

课后任务：布置课后作业。

板书设计。

第一节 交变电流的产生和变化规律。

一、交变电流的产生

1.什么是交變电流？

大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

2.交变电流的产生过程：

中性面：线框平面与磁感线垂直的位置。

线圈位于中性面时，Φ最大，

线圈垂直中性面时，Φ=0，最大

线圈越过中性面时，线圈中I感方向要改变，转一周，改变两次。

二、交变电流的变化规律

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦式交变电流，简称正弦式电流。

1.正弦式电流的表达式： 2.正弦式电流的图象：

三、几种常见的交变电流波形

串并联的电流规律教案 篇3

【教材分析】本节授课选自人教版义务教育课程标准实验教科书《物理》八年级下册，是初中物理电学的重要内容，串、并联电路中电压的规律又是初中物理知识的重点，本节既是练习使用电压表，又是进一步学习欧姆定律的基础，是一节集物理现象、物理概念、物理规律于一体的课。

【学生分析】通过前面的学习，学生已经知道了串、并联电路中电流的规律和电压表的使用。学生对科学探究已经有了初步的认识，本节课可以让学生仿照探究串并联电路中电流的规律的学习过程进行本节的探究。

【教学目标】根据全面提高学生素质的总体目标与课程标准的要求以及学生已有的认识基础，我确定了本节的教学目标如下：

1．知识与技能：（1）通过探究实验，得出串、并联电路中电压的规律，学习科学探究的方法；

（2）在实验过程中，训练学生连接电路、正确识记、使用电压表的基本技能。

2．过程与方法：

（1）通过观察和实验，探究串、并联电路中电压的规律，提高学生对问题的探究能力；

（2）通过学生的亲自实验，培养他们初步的观察能力、动手操作的实验能力和对实验结论的归纳总结的概括能力。

3．情感态度和价值观：

（1）通过学生探究活动，激发学生学习兴趣，培养学生热爱科学、积极研究、探索科学知识的精神；

（2）通过同学们共同探究的实验过程，培养学生严谨的科学态度和协作精神。【教学重点】

通过实验探究串、并联电路中电压的规律。【教学难点】

组织指导学生在探究过程中认真观察，仔细分析，归纳得出恰当的结论。【教具准备】

电池组、小灯泡（带灯座）、开关、导线若干、电压表、投影仪。【设计理念】

1．在串、并联电路中电压规律的探究过程中，通过给学生创设问题的情景，充分调动学生的积极性，使学生去讨论、猜想、设计实验方案并动手做实验，让学生成为串、并联电路中电压的规律的“发现者”，课堂的主人翁，使本节课的教学过程如研究课题那样去进行。

2．在整个教学过程中，教师是学生的合作者、引导者和参与者。教学过程是师生交流、共同发展的互动过程。当学生遇到困难时，教师要和学生一起猜想、分析，从中点拨其思维。

3．教学的真正目的是让学生探索规律，获得研究、思维的方法，然后通过方法的获得以及运用方法探索、创造的过程，使学生形成对科学研究有亲近热爱、和谐相融的情感，具有乐于探索物理现象和日常生活中的物理学原理的科学精神。因此，本节课将把思维程序作为贯穿整个教学过程的主线，教给学生一种研究问题的思维方法，从而培养学生的多种能力，尤其是创造能力，达到教学的真正目的。

【教学过程】

一、创设情景，引入新课

1．教师引导：请同学们在纸上画出你熟悉的串、并联电路图。2．学生画图，教师巡视，选出较好的图，用投影仪放大。

3．教师引导：

（1）同学们观察自己画出的串、并联电路图。

（2）你已经了解了串、并联电路的哪些知识，还想知道哪些内容，还有什么问题？

4．学生回答：（1）串联电路中的电流处处相等；并联电路中干路中的总电流等于各支路中电流之和。

（2）电流表工作的时候必须串联在电路中。

5．学生提问：（1）串联电路中的电压有什么样的关系？也和电流一样，处处相等吗？

（2）并联电路中的电压有什么样的关系？也和电流一样，干路中的总电压等于各支路中电压之和吗？

二、进行新课，探究新知 1．猜想或假设：（1）教师引导：

这位同学提出了很好的问题，我们先来一起研究串联电路中的电压有什么关系。同学们可以大胆猜想，你认为串联电路中的电压有什么样的关系？会是什么呢？

（2）学生猜想或假设：

学生A：我认为串联电路中电压的关系应该和电流的关系相同，也是处处相等。

学生B：我们认为灯泡大的地方电压大，灯泡小的地方电压就小。学生C：我们认为电压应该从电源正极出发，沿着电流的方向越来越小。因为电压是使电路中形成电流的某种“力量”，力量会越用越小。学生D：串联电池组的电压等于各个电池的电压之和，串联电路各点的电压之和也应该等于两点间的总电压。

2．设计实验

（1）教师引导：同学们做出了各种猜想、各样假设，真实的结果到底是什么？请同学们用实验来求证。大家先来设计实验。

（2）学生设计实验：（学生讨论，教师巡视了解）

（3）教师引导：各组可以简单说明你们的设计方案。（4）学生汇报设计方案：

第一组：我们组选择两只不同的灯泡，选三块电压表，同时测量每只灯泡和两只灯泡的电压，比较结果。

第二组：我们计划用三节电池，选择两只完全相同的灯泡，分别测出每只灯泡两端的电压和两只灯的总电压进行比较。

第三组：我们组选择三只差别较大的灯泡，分别测量每只灯泡的电压，每两只灯泡的电压和三只灯泡的总电压。

第四组：我们计划选四只灯泡，两只一组，先将两只灯泡串联接入电路，分别测每只灯泡的电压和两只灯泡总电压。然后再换上另外两只灯再次测量。

第五组：我们想选择两只灯泡，一块电压表，象测电流那样分别测出A、B、C各点的电压，然后进行比较。

（5）教师引导：

老师觉得同学们的设计都很好。不过要提醒大家一点，你的设计一定要有书面的内容，你要怎么做，你是怎么做的，你得出了什么样的结果，以便于自己检查和与别人交流做更好的改进。（6）学生补充设计方案：各组同学补充设计实验电路和实验数据表格。（7）教师引导：很好！同学们进一步完善自己的设计方案后，可以进行实验。建议大家在实验中更换不同的小灯泡，进行重复测量，并在时间允许的情况下探究并联电路中电压的规律。

3．实验论证：

（1）学生分组实验，教师巡视指导

要求同学们注意仪器使用的规范性。特别是电压表正、负接线柱连接正确，量程要选择合适，读数时要弄清分度值，读数准确。原始数据的记录要实事求是如实记录，不许随意改动。实验中出现的问题要记录下来，以便查找、分析原因。

（2）分析和论证： 教师引导：

同学们认真分析你们测量出的数据。测量结果说明了什么？你得出了什么样的结论？和你原来的猜想一致吗？

学生汇报实验现象：

学生A：我们用的是两只完全相同的小灯泡，测出每只小灯泡两端的电压相等，并且每只灯泡两端电压的和与测出的两只灯泡的总电压几乎相等。

学生B：我们用两只不同的灯泡串联，测出每只灯泡的电压不同，但两只小灯泡两端电压的和等于电源电压。

学生C：我们用的是三只差别较大的小灯泡，测出来每只灯泡的电压都不同，但每两只灯泡电压的和都和直接测得的这两只灯泡的总电压相等，三只小灯泡电压的和几乎等于电源电压。学生D：我们先用两只小灯泡测，然后又换了两只不同的小灯泡测。尽管测出的四只小灯泡的电压都不一样，但前一次测量的两只小灯泡电压的和与第二次测量的两只小灯泡电压的和几乎相等，且都差不多等于电源电压。

学生E：做完串联，我们还将两只小灯泡并联起来，分别测它们的电压，结果电压表指针指的是同一个位置。

学生F：我们也测并联了，相同的两只小灯泡电压相同，不同的两只小灯泡电压也相同。

学生G：我们从两只灯泡并联开始，一直增加到四只小灯泡并联，测出来的结果几乎不变。

学生H：我们在原来两只小灯泡串联的基础上给其中的一只灯泡并联了第三只小灯泡，结果并联的两只小灯泡两端的电压相等。

教师引导：同学们这种勇于探索的精神非常好，归纳大家的实验，可以得到一般结论吗？

学生A：不管怎样选择灯泡，不论如何进行测量，尽管测出的数据不相同，但是有一个共同点就是同一个串联电路中各个灯泡两端电压的和等于这几个灯泡两端的总电压且等于电源电压。

学生B：通过实验可以得到结论：

串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。

并联电路中的总电压，等于各个支路两端的电压，各支路电压相等。

4、交流与评估：

（1）教师引导：同学们通过自己的努力和同伴的配合得出了串联电路中电压的规律，祝贺同学们得到了一个正确的结论。不过，对同学们来讲获得结论的过程更重要。请大家对自己的探究活动过程进行回顾，认真分析、思考在实验过程中真正明白了哪些问题，还有什么新的发现？

（2）学生交流评估1：

学生A：我开始将电压表连接错了。现在我知道了，电压表的正负接线柱必须连接正确，否则接通电源后，指针反偏，并且速度很快，很容易将电压表指针打弯。

学生B：电压表的量程选择也很重要。如果选择的量程太大，指示值很小，几乎不能读数，如果选择的量程太小，指针偏出了刻度盘外。

学生C：我们连电压表的时候，先不接死，合上开关，迅速“试触”一下，大概估计好量程再连接，很省事，一次就差不多能选对。

学生D：读数也很重要。我第一次读数，读出一只小灯泡的电压值比电源电压还大，原来电压表接的是小量程，我是按大量程的刻度读出来的。

学生E：我将电压表接在了一根导线两端，结果灯都亮了，可是电压表读数是零，为什么呢？

学生F：我不小心将电压表串联在了电路中，灯全不亮，电压表却有指示值，和电源电压几乎一样大。

学生G：我们是将电路连接正确了，电压表也有指示，就是灯不亮，换了另外一个灯泡还是不亮，用手按住才亮起来。

学生H：我们组开始做时，有一只灯亮，另一只灯不亮，测电压时，亮着的灯有指示值，不亮的灯两端电压为零。

（3）学生交流评估2：

教师引导： 同学们发现了这么多的问题，说明大家一定是很认真地去做了。养成好的习惯要比得到一个正确的结论更重要，希望同学们以后继续努力。刚才提到的问题，请同学们互相讨论，看能不能找出问题的原因。

学生讨论：

（教师巡视并参加同学们的讨论）

学生A：电压表接在一根导线的两端，中间没有用电器，相当于“一”点，所以电压表示数为零。

学生B：将灯泡用手按着才能亮，我觉得是因为没有接触好，另外的问题我不知道。

教师引导：同学们一定非常想知道这些问题的答案，那就在以后的学习中努力，相信你一定会有收获的。在同学们的交流中我注意到许多同学都用了“几乎相等”这个词，而不是说“相等”，为什么呢？

学生C：因为它们相差很小，但又不完全相等。教师引导：能分析出其中的原因吗？

学生D：因为读数或用表测量的过程中有一些偏差。

教师引导：同学们的表现都很棒。现在需要同学们根据你们的探究过程写一份科学探究的小报告。

学生完成探究报告：教师巡视，选择完成较好的，利用投影和同学们交流、小结。

三、归纳小结，深化目标，布置作业 1．小结本课的知识点。

（1）串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。

（2）并联电路中的总电压，等于各个支路两端的电压，各支路电压相等。2．告诉学生：大家实验做得很好，得到了许多有用的数据。科学家也是这样经过实验探究、分析数据从而找出规律的。从而激发学生的探索热情。

【板书设计】

串联电路中电压的规律：串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。

串并联的电流规律教案 篇4

【主体知识归纳】 1．电池组的电压

(1)串联电池组的电压等于各节电池的电压之和．(2)并联电池组的电压等于每节电池的电压． 2．串联和并联电路中电压的特点

(1)在串联电路中，总电压等于各部分电路两端的电压之和．(2)在并联电路中，各支路两端的电压都相等．

【基础知识讲解】

1．预习本节课的实验内容，写出预习报告，课前仔细观察电压表(注意：量程、最小刻度值、零刻度的位置)，了解本节实验研究串、并联电路的电压关系所采用的实验电路．

2．实验前，比较一下电压表跟电流表在外形上各有何特征；使用目的是否相同；使用方法和注意事项有何相同之处，有何不同之处；读数方法的异同等．注意串联电池组的电压等于串联的各电池的电压之和．

3．怎样做好“用电压表测电压”的实验？

(1)实验前应复习串联电路和并联电路的连接方法，及正确使用电压表的规则．为便于记录、分析实验数据，事先设计记录表，想想看，本节实验的记录表应该怎样设计呢？

(2)根据电路图连接电路，进行测量时，要手执开关，眼看电压表，进行试触．闭合开关后，根据所选量程进行读数，每次读数后应及时断开开关，并如实记录数据．

(3)根据测得的数据，回答课本各步实验后提出的问题．总结一下，通过实验你能得出哪些结论？

4．实验结束后，写个简单的实验报告．实验报告一般包括：目的、器材、原理、步骤及数据分析和得出的结论等几部分．

(1)目的：是指实验要研究什么，达到什么目的．

(2)器材：要列出实验所需仪器、材料和用品等(包括数目及规格)．本节实验都用到了哪些器材？

(3)步骤：指实验过程中每一步的内容和顺序．

(4)实验结束后，要对测得的数据进行分析、归纳，得出实验结论．

例1．图6—11是某同学做实验时的电路图，闭合开关后，发现

L１、Ｌ２均不亮，电流表无示数，而电压表示数接近电源电压，则可能出现的故障是

A．电源正极到a点之间有断路 B．a、L２、b之间有断路

C．电源负极到b点之间有断路 D．电流表被烧坏了

解析：两灯都不发光，电流表无示数，说明某处有断路．假若在电源正极到a点之间，或电源负极到b点之间，或电流表被烧坏，有一处断路，那么电压表的示数绝不会接近电源电压，而应该等于零．所以选项A、C、D都是不正确．实际上，当a、L2、b之间有断路，电路就变成了L１、A、V的串联，电源电压只有几伏，电压表的电阻很大，电路中电流很小，这时电流表示数几乎为零，L１两端电压也几乎为零，所以电压表示数接近电源电压了．

方法指导：用电压表逐段测量电压，是检查电路故障常用的方法，本题只是其中一例．解

答这类问题时应注意：由于电流表内阻较小，电流表只有串联在被测电路中才能测量电路的电流；电压表内阻很大，电压表只有并联在被测电路两端才能测量电压．在电路中，如果电流表指针几乎不动，而电压表有明显偏转，故障的原因就在于与电压表并连的那段电路中一定发生了断路．

例2．按图6—12(甲)的电路图，将图(乙)的实物用笔画线代替导线把它们连接起来，要求导线不要交叉．(甲图中电压表V１的示数是1．8 V，电压表V２的示数是3 V)

解析：从图6—12(甲)的电路图可以看出：灯L１、Ｌ２串联，电压表V１测灯L１两端的电压，量程应选0～3 V，电压表V２测量灯L１和Ｌ２串联后的总电压，量程应选0～15 V．实物图连接如图6—13所示．

方法指导：根据电路图连接实物图是同学们感到困难的问题，很容易出现错误．这就要求连接实物时，仍应从电源正极开始依次将开关、灯泡L１、Ｌ２串联起来组成闭合回路，然后再连接电压表．电压表V1并联在灯Ｌ１两端，电压V２并联在灯L１、Ｌ２串联后的两端．注意电压表的量程．电流从电压表正接线柱流入，从电压表负接线柱流出．连线时注意电路中的连线不要交叉，实物元件应与电路图中的元件对应，位置不允许移动，最后检查所连接的实物

串并联的电流规律教案 篇5

1 电容器过电压产生的原因及危害

1.1 过电压产生的原因

1) 中性点不接地系统三相负荷不平衡。电力系统三相负荷不平衡的问题不同程度的存在, 在中性点不接地系统中可导致中性点偏移, 造成某一相或两相过电压。

2) 电容器组都是由单个电容串联或并联而成, 如果并联接入电容器容量不一致, 导致分压不均, 就会出现个别电容过电压。

3) 装设于送电端的电容器, 由于变电所母线电压高于电容器额定电压, 从而使电容器长时间处于过电压情况下运行。

4) 开断电容器组或经变压器投入电容器组时, 可能与电力系统的感性设备如变压器等发生谐振, 形成电感——电容组成的振荡回路, 产生操作过电压。电容器所承受的基波电压与谐波电压的几何和 (电压有效值) 平均值不超过额定电压的1.1倍[1]。

5) 在10kV三相五柱式电压互感器的运行中, 当一相接地或雷雨天气系统可能出现雷电过电压, 而铁磁性互感器易引起铁磁谐振过电压[2], 此过电压会波及连接在同一母线上的电容器。

6) 断路器合闸动作的不同期会使合闸过电压有所提高。以正常合闸为例, 当一相或两相先合时, 通过相间电容的耦合, 暂态过电压在未合相的孤立导线上感应出同极性的残留电压, 如合闸相位角恰好与被感应出来的电压极性相反, 这就使过电压增大10%～30%。

7) 断路器触头间电弧重燃。断路器在切断电容器时易产生电弧重燃, 原因是断路器在开断容性电流时, 分闸初期触头间有较高的恢复电压。开关在开断时, 总有—相率先过零熄弧 (假设为A相) , 此时会有一个接近幅值的相电压残留在电容器端。由于B、C相的存在, 中性点出现位移, 10ms后开关A相触头的恢复电压可达2.5Uphmax (最高运行相电压幅值) , 而此时可能出现B相、C相不能开断的情况。如果C相不能开断, 恢复电压最大可达4.1Uphmax, 若此时开关触头发生重燃相当于一次合闸, 引发振荡[3]。但此种情况在运行状态发生改变时, 比如接待的负荷变化时情况有所改善。

8) 电网接线及运行方式的影响。在线路上接有普通电磁式电压互感器时, 在断路器初分后几个工频周期内, 就能通过互感器的电感把残留电荷对地泄放, 因而重合闸就和正常合闸的情况完全一样, 重合闸过电压显著降低。当母线还有其他空载出线时, 也能降低过电压。从物理意义讲, 这是因为其他空载出线能吸收合闸线路上过渡过程中的部分能量。如果其他线路的出线是带有负荷的线路, 则降低过电压作用更为显著。

1.2 过电压的危害

1) 长时间过电压运行, 会使电容器发热, 加速绝缘老化, 电容器温度升高, 加剧容抗的不平衡。

2) 油浸纸绝缘介质在高电场下加速老化, 部分甚至全部绝缘性能降低, 导致绝缘弱点发生击穿。

3) 电弧重燃过电压经常造成电容器、避雷器爆炸, 断路器损坏。接于同一母线上的设备绝缘击穿、闪络等故障。

2 电容器过电流产生的原因及危害

2.1 过电流产生的原因

1) 电容器组投入电网时产生的合闸涌流。

电容器投入时, 因回路电压不能跃变, 瞬间相当于短路, 因此产生过渡性电流, 单组投入时一般为6～8Ie[4], 多组投入时因先投入的电容器会给后投入的电容器充电, 且此时的电感较小, 会产生高达几十甚至上百倍额定电流值的冲击电流[5]。

2) 因电容器绝缘老化和发热等, 造成短路。

短路时系统频率一般会增加, 造成电容器等效容抗下降, 这会进一步增加电容器的短路电流冲击值。

3) 运行电压升高使电容器过电流。

过电压引起的过电流与过电压成正比, 过电压允许值110%Ue, 故相应过电流为110%Ie, 一般情况下, 电容器允许长期过电流为额定电流的130%, 考虑谐波过电流时, 低压电容器为额定电流的143%。长期过电流是造成电容器额外发热及绝缘加速老化的重要原因。

4) 电源电压波形畸变造成电容器过电流。

现代电力系统中非线性元件越来越多地采用, 导致配电变压器铁芯的严重饱和, 系统电压畸变为非正弦波, 其中的高次谐波造成容抗减少, 谐波电流增大;同时可能出现某次谐波分量引起的RLC振荡, 形成电流谐振, 该谐振电流的大大增加可能使电容器过负荷, 造成电容器的严重损坏或无法运行。

5) 重合闸过电流。

电容器使用后停用, 很快又投运时, 因残余电荷未充分放电而存在残压, 将出现大的冲击电流, 同时其他电容器也向新投运的电容放电, 冲击电流将更大[6]。

电容器带电荷合闸时, 如果合闸瞬间电压极性正好和电容器上残留电荷的极性相反的话, 将引起很大的冲击电流, 易引起过热爆炸。因此, 重新投运跳闸或拉闸的电容器前, 必须充分放电5～10min。甘肃某站曾发生由于110kV电源线路掉闸后重合, 产生的过电流导致引接于10kV母线上的电容器组爆炸, 损坏了19台电容器的事例。

2.2 过电流的危害

1) 长时间频繁过电流运行, 会使电容器发热, 加速绝缘老化, 影响寿命、甚至导致运行中漏油、爆炸等。根据绝缘的8℃ (有的文献上是6℃) 原则:电气设备的运行温度每上升8℃, 其使用寿命降低一半。

2) 经常过电流会导致电容器容量衰减、鼓肚、击穿、烧毁等。如果是纯电容补偿, 容易导致其与系统感性负载发生谐振导致谐波被放大, 如果刚好落在某频次谐波上, 会导致该次谐波放大很多倍, 危害可能导致整个配电系统烧坏。

3 防范电容器过电压过电流的措施

1) 减少投切次数。频繁投切是引发谐振的关键因素, 减少电容器的投切次数可有效避免因谐振引发的过电压及过电流。

2) 采用适用性好的开关 (熔断器、断路器) 。如采用SF6断路器及真空断路器, 以利电弧熄灭, 性能良好的开关可避免因电弧重燃引发的过电压冲击。

3) 电容器组串连电抗器。串联电抗器除可以限制电容器过电流外还可以限制回路短路电流, 降低断路器开断容量, 同时还可抑制高次谐波。

4) 设置失压掉闸保护, 防止短时间内重新投入电容器, 同时避免类似操作。

5) 电容器两端并联放电电阻, 使其停电后自动放电。

6) 严格按规定控制三相电压的不平衡度, 不能大于10%。

7) 在电容器所在母线上设置避雷器。性能良好的避雷器可将施加于设备上的危险过电压及时泻放入大地。

4 结论

并联电容器无功补偿是电力系统的重要技术之一, 在并联电容器的使用过程中出现的过电压及过电流如长期频繁出现会对电容器组造成击穿、闪络等危害, 除了本文所介绍的预防方法外, 采用动态无功补偿设备也是一个较理想的方法。

摘要：针对电力电容器在运行中出现的过电压及过电流问题进行了分析, 并提出在现场中限制过电压及过电流的方法, 在一定程度上解决了电容器运行中的问题。

关键词：并联电容器,过电流,过电压,措施

参考文献

[1]李春生.并联电容器过电压和过电流的判断条件[J].电力电容器.2001, 15 (4) :22-25.

[2]徐铭, 徐旭.电磁式电压互感器铁磁谐振的发生及预防[J].甘肃科技, 2008, 17 (5) :50-52.

[3]林静, 胡红, 郭飞.变电站投切电容器组过电压研究[J].四川电力技术, 2010, 20 (10) :11-15.

[4]骆真真.并联电容器组投入运行时的涌流分析及抑制方法[J].中国科技论文在线, 2006, 17 (5) :22-24.

[5]蒋家久.电容补偿装置投切涌流与过电压的研究[J].大功率变流技术, 2008, 21 (6) :41-45.

电阻的串联和并联教案 篇6

如果电路中有两个或两个以上电阻一个接一个地顺序相连，并且在这些电阻中通过同一电流，则这样的连接方式称为电阻的串联。

在电路中，电阻的连接形式是多种多样的，其中最简单和最常用的是串联与并联。

一、电阻的串联

如果电路中有两个或两个以上电阻一个接一个地顺序相连，并且在这些电阻中通过同一电流，则这样的连接方式称为电阻的串联。图1(a)所示为N个电阻串联的电路。

图1电阻的串联

N个电阻串联可用一个等效电阻R来代替，如图1(b)所示，等效的条件是在同一电压U的作用下电流I保持不变。等效电阻等于各个串联电阻之和，即

eq

(1)显然，等效电阻Req必大于任一个串联的电阻。串联电阻上的电压有如下分压公式

(2)可见，串联电阻上电压的分配与电阻成正比。式(2)称为分压公式。

电阻串联的应用很多。譬如在负载的额定电压低于电源电压的情况下，通常需要与负载串联一个电阻，以降落一部分电压。有时为了限制负载中通过过大的电流，也可以与负载串联一个限流电阻。如果需要调节电路中的电流时，一般也可以在电路中串联一个变阻器来进行调节。另外，改变串联电阻的大小可以得到不同的输出电压。

二、电阻的并联

如果电路中有两个或两个以上电阻连接在两个公共的结点之间，则这样的连接方式称为电阻的并联。在各个并联支路（电阻）上的电压为同一电压。图2(a)所示是N个电阻并联的电路。

图2电阻的并联

N个电阻并联也可用一个等效电阻R来代替，如图2(b)所示。等效电导等于并

eq联的各电导之和，即

(3)或

(4)电阻并联时各电阻中的电流为：

(5)可见，并联电阻上电流的分配与电导成正比，即与电阻成反比。当其中某个电阻较其他电阻大很多时，通过它的电流就较其他电阻上的电流小很多，因此，这个电阻的分流作用常可忽略不计。

一般负载都是并联运用的。负载并联运用时，它们处于同一电压之下，任何一个负载的工作情况基本上不受其他负载的影响。并联的负载电阻愈多（负载增加），则总电阻愈小，电路中总电流和总功率也就愈大。但是每个负载的电流和功率却没有变动（严格地讲，基本不变）。

三、电阻的串并联

电路中有电阻的串联，又有电阻的并联，这种连接方式称电阻的串并联。例1计算图示电路中各支路的电压和电流。

串并联的电流规律教案 篇7

在DC/DC变换器中,Buck、Boost、Buck Boost、Cuk、Forward和Flyback等单管构成的电路一般应用于中小功率场合。全桥变换电路拓扑由于具有开关管电压、电流应力小,功率变压器利用率高等优点,在中大功率应用场合是首选拓扑[1,2,3,4]。

全桥零电压零电流开关(ZVZCS)变换器[5,6,7,8,9,10,11]克服了传统的全桥零电压开关(ZVS)变换器[12,13,14,15]滞后臂零电压开关困难的缺点。但对目前在大、中功率变换器中应用最为广泛的IGBT电子器件,采用零电流开关(ZCS)较ZVS更能有效地消除由于拖尾电流所带来的开关损耗[16],可以在提高效率的基础上提高变换器的开关频率,增加功率密度。本文提出一种新型并联型零电流转换(ZCT)全移相DC/DC变换器,以辅助电路中谐振电感电流为分析主线,在每个主功率开关管动作之前的一段时间就触发辅助开关管,使辅助电路开始工作,控制谐振电流的流向,从而实现主开关管及辅助开关管的零电流开关。同时,二极管以谐振换流方式开通和关断,减小了反向恢复损耗。辅助电路的引入还克服了变压器漏感及其他电路寄生参数的影响。

除此之外,该变换器还具有以下优点:

a.滤波电感在输入侧,其承受的电压相对较低,输出整流二极管的电压应力就是输出电压;

b.如果采用该变换器构成多路输出,则只需一只输入电感,主路和从路的输出端均不接输出电感,只用电容滤波,从路电压的变化范围大为减小。

1 电路拓扑与工作原理

图1为新型并联型ZCT全桥DC/DC变流器拓扑。它通过在高频变压器的初级侧并联一个简单的辅助电路,由1个有源开关管VTr,2个辅助电感和1个电容及1个二极管组成,Lk为实际变压器中的漏感。不仅使主开关管和辅助开关管VTr在整个负载范围内均实现了ZCS,而且还实现了输出整流二极管的软换流。同时,辅助电路中的谐振电感Lr1也能帮助辅助开关VTr软开通。4个主开关管VT1~VT4采用移相控制,VT1、VT4为超前桥臂,VT2、VT3为滞后桥臂,主电路工作模式与基本的Boost型全桥变换器基本结构相同。

为简化分析,假设电路中所有器件都是理想的;输入电感Li很大,近似为稳定工作时为恒流源,输入电流Ii恒定;输出滤波电感和电容很大,近似为输出电压和电流恒定;n=n1:n2为变压器原副边匝数比。在一个开关周期内,根据4个开关管的状态和辅助电路中电流的流向,变换器稳定工作模式为12个阶段,列出前半个周期不同阶段的等效电路进行工作原理分析。

首先,给出变换器的工作过程时序图和主要工作的电压、电流图形,如图2所示。图中,uT1~uT4分别是相应开关管的驱动信号,uCr为辅助电容上的电压,ig1、ug T1分别为开关管VT1的集电极电流和集电极-射极电压。

阶段1[t0-t1]VT1、VT3导通传输能量

在该时间段内,谐振网络和变压器原边换流结束,辅助电路停止谐振,电容uCr的电压保持为UCr0。变压器工作于常规PWM方式,能量通过变压器传输到负载。

阶段2[t1-t2]辅助电路正向谐振

在t1时刻,保持VT1、VT3导通状态,同时开通辅助开关管VTr,辅助电路形成谐振回路:Cr-VTr-Lr1。由于电感的电流不能突变,VTr为零电流开通。此模式持续时间为正向谐振的半个周期,辅助电容Cr电压从UCr0变为-UCr0。

谐振周期:

谐振电流成正弦变化:

谐振电压成余弦变化:

阶段3[t2-t3]辅助电路反向谐振

谐振电容Cr电压-UCr0,辅助电路反向谐振,谐振电流过零并开始反向增加,VDr流过电流,此阶段关断VTr为零电流关断,由于此时对角开关管VT1、VT3导通,在反向谐振阶段的前一阶段,谐振回路引入了变压器漏感。

a.当iLr2

谐振回路电压:

随着iLr2(t)正弦增加,流过开关管VT1、VT3和变压器原边及漏感的电流相应的减小。对应副边电流和VD1、VD3电流减小,副边整流桥开始换流。

b.当iLr2(t)=Ii时,设此时为ta,流过VT1、VT3和变压器原边及漏感的电流等于零。此后关断VT3为零电流关断,同时开通VT4为零电流开通。

c.当iLr2(t)>Ii时,VDT4、VDT1软开通,电流继续增大,多余的谐振电流流过反并联二极管VDT4、VDT1,此时的谐振回路变为:Cr-iLr2-VDr-VDT4-VDT1。流过谐振回路的电流:

谐振回路的电压:

d.当再次iLr3(t)=Ii时,谐振回路不变,反并联二极管VDT4、VDT1软关断。此时VT4开始流过电流,并随着iLr3的减小而增大。

e.当iLr3(t)=0时,Ii全部流过VT1、VT4。此时副边整流桥换流结束,4个整流二极管同时流过I0/2的电流。此阶段辅助电容的电压由-UCr0谐振变为UCr0。

阶段4[t3-t4]VT1、VT4导通储能

开关管VT1、VT4同时导通,输入电感Li充电储存能量。辅助电路中电流为零,谐振电容电压为UCr0,变压器副边整流桥二极管关断,同时电容给负载提供电流通路。

阶段5[t4-t5]辅助电路正向谐振

在t4时刻开通VTr,与阶段2相同,辅助电路形成谐振回路,谐振电流成正弦变化:

谐振电压成余弦变化:

阶段6[t5-t6]辅助电路反向谐振

在t5时刻,辅助电容Cr电压为-UCr0。辅助电路反向谐振,谐振电流过零并开始反向,当VDr再次流过电流时,此阶段关断VTr为零电流关断。此阶段谐振回路为:Cr-Lr2-VDr-VDT1-VDT4。

谐振周期为

谐振电流为

谐振电压为

电流iLr5(t)反向增大,由于近似认为Ii恒定不变,则超前桥臂电流减小。当iLr5(t)=Ii时,流过VT1、VT4的电流等于零。此后关断VT1为零电流关断,同时开通VT2为零电流开通。谐振网络继续谐振,当iLr5(t)>Ii时,VDT1、VDT4软开通,流过电流。之后iLr5(t)达到最大值:

再次iLr5(t)=Ii时,VDT1、VDT4软关断,VT2开始流过电流,并随着iLr5(t)的减小而增大。最后iLr5(t)=0,Ii全部流过VT2、变压器原边及漏感和VT4。同时副边整流桥VD2、VD4软开通,此时谐振结束。此阶段中辅助电容电压由-UCr0谐振变为UCr0。

阶段7[t6-t7]VT2、VT4导通传输能量

t6时刻,谐振网络和变压器原边换流结束,辅助电路停止谐振,电容Cr的电压保持为UCr0。变换器工作于常规的PWM方式,能量通过变压器传输到负载。

2 参数设计

2.1 软开关分析

由工作过程分析可知,辅助开关必须在要动作的主功率管开关管之前一段时间导通,使辅助电路开始谐振,为主功率开关管的导通和关断创造零电流条件。现分2种情况讨论。

2.1.1 储能状态换成传输能量状态

该状态即每个周期中由VT1、VT4开通转变为VT2、VT4开通或者VT2、VT3开通转变为VT1、VT3开通的过程,由阶段6分析看出,主功率管的开通和关断时刻必须在谐振电流2次iLr(t)=Ii时间段之间,故VTr提前开通时间存在最小值和最大值,只要在此时间范围tv1内,都可以实现主功率开关管的ZCS,为

其中,teq1为阶段6中谐振电流从谐振过零到等于输入电流的时间段,满足式:

2.1.2 传输能量状态换成储能状态tw

该状态即每个周期中由VT2、VT4开通转变为VT2、VT3开通或者VT1、TT3开通转变为VT1、VT4开通的过程,对阶段3进行分析,得出VTr提前导通的时间范围tv2为

其中,teq2为阶段3中谐振回路:Cr-iLr2-VDr-VT3-变压器原边及漏感Lk-VT1,电流谐振过零到电流等于输入电流的时间长度,满足如下公式:

2.1.3 辅助开关管VTr的关断时间范围tw

在一个周期中,由储能状态向传输能量状态转换时,tw满足关系:

由储能状态向传输能量状态转换时,tw满足关系:

2.2 谐振网络参数的设计

2.2.1 谐振电容稳定电压值分析计算

由变换器稳定工作分析,可以得出稳定电压都等于谐振结束时的电压,由谐振理论可得,最后稳定电压为变压器原边电压的2倍[17]。前面分析等效此变换器为Boost型,可知UCr0=2 Ui/(1-D),其中D为全桥占空比[18]。稳定工作时D为固定量,所以UCr0为定值。

2.2.2 谐振电感和电容的要求

由阶段3和阶段6可以看出,要使每个开关管都能实现零电流开通和关断,要求谐振电感的电流大于输入电流Ii,由于谐振回路不同,现分别讨论。

对阶段3[t2-t3],要求:

对阶段6[t5-t6],要求:

比较以上两式,只要式(27)成立就可以满足ZCT条件,计算得谐振电容Cr和谐振电感Lr2必须满足的关系式为

3 仿真试验及结果分析

为验证上述电路可行性,对输入电压Uin=180 V,输出电压U0=48 V的全桥ZCT电路,在工作频率fz=50 k Hz的情况下进行了仿真和实验。仿真参数设计为:变换器频率fz=50 k Hz,输入电感Li=400μH变压器漏感Lk=8μH,辅助电路电容Cr=18 n F,电感Lr1=14μH,Lr2=19μH,IGBT采用IRGPC50UD2。

图3给出了变换器额定工作时,开关管VT1、VT3栅极驱动波形和集电极电流波形对应关系(从上到下依次是VT1集电极电流iT1、栅极电压ug T1,VT3集电极电流iT3、栅极电压ug T3),图4给出了变换器额定工作时,开关管VT2、VT4栅极驱动波形和集电极电流波形对应关系(从上到下依次是VT2集电极电流iT2、栅极电压ug T2,VT4集电极电流iT4、栅极电压ug T4),从图中可以看到,VT1、VT3和VT2、VT4的开通是在零电流条件下开通。同时各开关管关断是在集电极电流降到零才移去栅极正向电压ug T2,此后功率管开始关断为零电流关断,实现了主功率开关管的零电流开通和关断,减小了开关损耗。

图5为辅助开关管VTr的栅极触发电压和集电极电流的关系(图中,从上到下的波形依次是VTr的集电极电流iTr,栅极电压ug Tr)。可以看出VTr加栅极电压开通时集电极的电流才开始上升,所以为零电流开通,同理在移去栅极电压关断VTr之前,集电极电流就已经降到零,为零电流关断。

通过分析得出在实现主功率开关管零电流开关的同时,辅助开关管也是在零电流条件下关断的,有效地减小整个变换器的开关损耗。

4 结论