《平衡》

《平衡》（共12篇）

《平衡》 篇1

摘要：目前抽油机井平衡的计算主要是沿用了“使上、下冲程中减速器曲柄轴扭矩相等”的准则, 依据这一准则使用的是“电流平衡”计算方法, 认定平衡率在85%100%之间抽油机就是平衡的。这一做法简单、方便, 但从电动机的工况上看, 应用上述准则存在一些弊端, 诸如电动机所做负功增加、能耗较高等。为了有效提升抽油机井的管理水平, 在此引入了“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则, 即应用“功率平衡”测试方法。现场应用情况表明, “功率平衡”测试方法较“电流平衡”计算方法具有明显的优势。

关键词：抽油机,电流,功率,平衡调整

目前常用的机采举升方式有三种, 其中抽油机作为主要的举升方式之一, 其应用数量占油田举升设备总数的90%以上[1]。抽油机的平衡状况直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电动机的效率与寿命。在此通过改善抽油机的平衡状况来达到延长减速箱和电动机的使用寿命, 提升其工作效率。由此引入的“上、下冲程电动机做功相等”平衡判断准则, 给出了应用“功率平衡”测试结果来计算平衡半径调整的方法, 并将其与“电流平衡”计算方法进行了比对, 从而体现出“功率平衡”测试方法的优势。

1 两种平衡计算方法统计分析

依据不同的平衡判定准则可以导出不同的平衡计算方法。从简单方便的角度出发, 多采用“使上、下冲程中减速器曲柄轴扭矩相等”准则中的“电流平衡”计算方法;在此依据“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则给出了“功率平衡”测试方法。

1.1 电流平衡法

测量电动机上、下冲程中的电流峰值, 下电流与上电流的比值作为平衡率, 可由公式 (1) 表示:

式中:

ηI——单井平衡率, %;

Id max——抽油机下冲程最大电流, A;

Iu max——抽油机上冲程最大电流, A。

当比值在85%~100%之间即认为达到了平衡状态。

1.2 功率平衡法

功率法是用功率记录仪把电动机的功率变化曲线记录下来, 以判断抽油机的平衡状况和调整平衡半径的方法[2]。利用单项功率表, 依据“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则, 通过测试其功率曲线, 依据上、下冲程电动机平均功率的变化情况, 给出平衡块的调整方法。

式中:

ηT——抽油机的机械传动效率;

Ns——光杆冲速, min-1;

Gq——单块曲柄平衡块的重力, k N;

k——安装的曲柄平衡块的数目。

2 两种平衡调整方法对比分析

为了检验电动机功率法判断和调整抽油机平衡半径的可靠性与实用性, 进行了电流曲线法和电动机功率法的实测分析。两种方法分别测试调整了50口井。表1为其中两口井的测试数据。

2.1 两种调整方法对比

通过2口井的测试数据表明电流平衡法是平衡的。为了更合理些, 仍然做了调整。功率平衡法显示的平衡比是不平衡的, 将现场数据输入功率法计算公式后, 按照给出的建议, 一次调整成功。两种平衡调整方法对比见表2。

2.2 两种方法调整后综合对比

两种平衡调整方法调整后都使抽油机处于平衡状态, 但是电流法工作量大, 日耗电有所增加, 而功率平衡法一次成功, 日耗电量降低。电力及能耗测试结果表明, 功率曲线和电流曲线较之前平缓了许多, 但从调整次数、精确程度及能耗角度来讲, 功率平衡法调整比电流法具有很大的优势。两种平衡法调整后综合统计见表3, 两种平衡调整方法优缺点对比见表4。

3 两种平衡调整方法经济效益对比

按照每个小队 (60个小队) 配备一个测试仪, 电价按0.638 1元/k Wh计算, 功率法较电流法多创经济效益112.56万元 (表5) 。

4 结论

1) 在实际生产过程中, 针对抽油机平衡测试存在的问题, 建议使用平衡功率测试仪来解决测试工作中存在的问题, 这不仅减轻了采油工测试调整工作量, 还提高了平衡调整的精度。

2) 功率平衡法判断抽油机的平衡比电流平衡法更具有优势, 能消除电流平衡法在一些情况下的假平衡现象。

参考文献

[1]王洪勋, 张琪.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社, 1989:56-61.

[2]张明亮, 雷长森, 田小兰, 等.抽油机曲柄平衡的调整计算及效果预测[J].石油机械, 2001, 5 (2) :3-5.

《平衡》 篇2

化学平衡电离平衡复习课教案

●教学目的1.通过复习和练习，进一步理解强、弱电解质与结构的关系及弱电解质的电离平衡和盐的水解的知识。2.结合典型的例题和练习，掌握pH的计算方法及电离平衡知识、水解平衡知识的应用。●教学重点1.弱电解质的电离平衡和电离平衡的移动2.强酸弱碱盐和强碱弱酸盐的水解3.强酸和强碱的中和滴定●教学难点1.弱电解质的电离平衡及平衡移动，多元弱酸的电离平衡2.盐类水解的本质3.有关强酸强碱中和滴定的计算●教具准备投影仪●教学方法总结、归纳、讲练结合●课时安排一课时●教学过程［引言］《电离平衡》这一章的内容与第二章《化学平衡》的知识密切相关，而且本章内容节与节之间也联系紧密，是高考的热点，也是难点，为学好这一章的内容，我们这节课对本章进行复习和回顾。［板书］第三章  复习课［讲述］本章一共四节内容，我们先来复习第一节的内容。［板书］一、电离平衡［师］什么样的物质才存在电离平衡？［生］弱电解质。［师］那么强电解质和弱电解质有何区别和联系呢？请同学们填写下表：［投影］［板书］1.强电解质和弱电解质的比较［学生活动：让一个学生把结果填在胶片上］［投影显示结果］   ［师］下面请同学们做以下练习题：［投影］1.下列仅能在水中导电的电解质是（    ）A.H3PO4                                                                                                                   B.NH3C.KOH                                                            D.C2H5OH2.关于强弱电解质的叙述错误的是（    ）A.强电解质在溶液中完全电离，不存在电离平衡。B.在溶液里，导电能力强的电解质是强电解质，导电能力弱的电解质是弱电解质。C.同一弱电解质的溶液，当温度或浓度不同时，其导电能力也不相同。D.纯净的强电解质液态时有的导电，有的不导电。3.下列电离方程式书写正确的是（    ）A.CH3COOH+H2O      CH3COO－+H3O+B.BaSO4         Ba2++SO C.H2CO3      2H++CO D.FeCl3====Fe3++3Cl－答案：1.A  2.B  3.AD［师］那么弱电解质的电离平衡与第二章所学的化学平衡有什么联系呢？下面我们复习一下弱电解质的电离平衡。［板书］2.弱电解质的电离平衡［说明］以下学生回答时教师板书［问］什么叫电离平衡？［生］在一定条件下，电解质分子电离成离子的速率和离子重新结合成分子的速率相等时，电离达到平衡状态。［师］与化学平衡有何共同之处？［生］都是动态平衡，外界条件改变平衡可以发生移动。［师］哪些条件的改变可引起电离平衡移动？［生］浓度、温度［师］温度升高，电离平衡如何移动？［生］正向移动。［师］请同学们看下面这道题。［投影］4.在H2S的饱和溶液中存在下列平衡①H2S     H++HS－ ②HS－      H++S2－，且知K1＞K2，采取下列哪种措施后，既可增大c(S2－)又能提高pH还能使电离平衡逆向移动？（    ）A.加NaOH                                                      B.通入H2S气体C.降温                                                            D.加入Na2S晶体［分析］投影，并由学生填写： 答案：D［师］弱电解质电离程度的大小如何衡量？［生］用电离平衡常数［师］电离平衡常数的大小由哪些因素决定？［生］电解质本身的强弱和温度的高低。［师］多元弱酸的电离是分步的，各步的电离平衡常数有何关系？［生］一级电离大于二级电离大于三级电离。［板书内容］［过渡］水是一种弱电解质，水的电离平衡的移动，可以引起溶液酸碱性的改变，下面我们复习水的电离和溶液的pH。［板书］二、水的电离和溶液的pH1.水的电离［师］水电离出的H+和OH－浓度有何关系？［生］相等。［师］什么叫水的离子积常数？常温下水的离子积是多少？［学生回答，教师板书］水的离子积Kw=c(H+)·c(OH－)（25℃时，Kw=1×10－14）［师］影响水的电离平衡的因素有哪些？［生］温度、酸、碱、可水解的盐。［师］温度升高，水的电离平衡如何移动？水的离子积是否改变？［生］水的电离平衡正向移动，水的离子积增大。［师］在水中加酸、碱或可水解的盐时，水的电离平衡如何移动？水电离出的H+和OH－浓度还是否相等？水的离子积是否改变？［学生在回答上述问题时，教师板书］ ［师］在酸性或碱性的溶液中，H+和OH－浓度有什么关系？［学生回答，教师板书］2.溶液的酸碱性和pH：  ［师］溶液的酸碱性除可用H+和OH－浓度的相对大小表示以外，还可以用什么的大小表示？［生］pH［师］溶液的pH如何计算？［生］H+浓度的负对数。［师］25℃时，溶液的pH与酸碱性有何关系？［学生回答，教师接上板书］  ［师］请同学们做以下几道练习题：［投影］1.在不同温度下，水的离子积K25℃=1×10－14  K35℃=2.1×10－14，下列叙述正确的是（    ）A.pH随温度的升高而增大B.在35℃时，c(H+)＞c(OH－)C.水在25℃时，电离程度大D.水的电离是吸热的2. 重水（D2O）的离子积为1.6×10－15，可以用pH一样的定义来规定pD=－lgc(D+)，以下关于pD的叙述正确的是（    ）A.中性溶液pD=7.0B.0.01 mol的NaOD的D2O溶液1 L，其pD=12C.溶解0.01 mol DCl的D2O溶液1 L，其pD=2D.在100 mL 0.25 mol·L－1的DCl重水溶液中，加入50 mL的0.2 mol·L－1的NaOD的重水溶液，其pD=1.03.要使10 mL 0.05 mol·L－1的硫酸溶液pH变为7，应采用的方法是（    ）A.加水稀释至1000 mLB.加入10 mL 0.1 mol·L－1的氨水C.加入100 mL 0.005 mol·L－1的Ba(OH)2溶液D.加入100 mL 0.05 mol·L－1的NaOH溶液答案：1.D  2.CD  3.C［过渡］不同的盐对水的电离平衡的影响是否相同呢？［生］不相同。［师］盐对水的电离的影响程度也就是盐的水解程度与哪些因素有关呢？下面我们复习第三个问题。［板书］三、盐类的水解［师］盐类水解的实质是什么？［板书］1.实质［生］盐电离出的离子与H2O电离出的H+或OH－结合，从而促进水的电离。［师］盐电离出的离子能不能全部或大部分与H2O电离出的离子结合？［生］不能。［师］也就是说盐的水解程度一般来说是微弱的，但也有少数盐可以完全水解或水解程度很大，也就是一些资料上提到的双水解。即阳离子和阴离子都水解，相互促进。如Al2S3、CH3COONH4。那么盐的水解及溶液酸碱性有何规律？［板书］2.规律［生］谁弱谁水解，谁强显谁性。［教师补充并板书］谁弱谁水解，两弱剧水解；谁强显谁性，两弱具体定。［师］水解程度的大小由哪些因素决定？［板书］3.影响因素［生］盐水解生成的酸或碱的相对强弱、浓度、温度。［师］这些因素对盐的水解程度的影响有何规律？［生］酸、碱越弱越水解，浓度越小越水解，温度越高越水解。［讲述］盐类水解的知识在日常生活中有广泛的`应用，如某些溶液的配制、化肥的混施、泡沫灭火器的原理等，都涉及盐的水解知识，盐的水解也是常考的知识点，请同学们做下列练习题：［投影］1.将滴有甲基橙试液的饱和醋酸钠溶液加热，溶液的颜色是（    ）A.黄色不变                                                     B.黄色变橙色C.黄色变红色                                                        D.橙色不变2.有一种酸式盐AHB，它的水溶液呈弱碱性，今有下列几种说法，其中错误的是（    ）①相同物质的量浓度的AOH和H2B，前者的电离程度大于后者。②H2B不是强酸。     ③HB－的电离程度大于HB－的水解程度。④该盐溶液的电离方程式一般写成：AHB====A++HB－  HB－====H++B2－A.①②                                                            B.③④C.②③                                                            D.①④3.物质的量浓度相同的下列溶液，NH 浓度最大的是（    ）A.NH4Cl                                                          B.NH4HSO4C.CH3COONH4                                                                                                D.NH4HCO3答案：1.A  2.B  3.B［讲述］本章最后一个问题就是中和滴定。［板书］四、酸碱中和滴定1.原理［师］酸碱中和滴定是用一种已知浓度的酸或碱来测定未知浓度的碱或酸的浓度的方法，那么中和滴定的原理是什么？［学生回答，教师板书］：cAVA=cBVB［师］为了使实验结果准确，都需要选用哪些仪器？［生］酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、铁架台、滴定管夹。［板书］2.主要仪器：滴定管、锥形瓶。［师］那么操作过程中应注意什么问题呢？下面请同学们阅读下面一段话，说出其中有几处错误。［板书］3.操作步骤［投影］某学生中和滴定过程如下：①取一支碱式滴定管；②用蒸馏水洗净；③立即加入待测NaOH溶液；④记录液面刻度；⑤用酸式滴定管放出一定量的标准酸液；⑥置于未经标准液润洗的洁净锥形瓶中；⑦加入适量蒸馏水；⑧加入酚酞试液2滴；⑨滴定时，边滴边振荡；⑩眼睛注视滴定管内液面变化；11滴到溶液由无色变成粉红色时，即停止滴定；12记录滴定管液面刻度；13根据滴定管的两次读数得出NaOH溶液的体积为22 mL。［分析］③装待测NaOH溶液的滴定管应用该待测液润洗2~3次。⑩滴定时，眼睛应注视锥形瓶内溶液颜色变化。11溶液由无色变成粉红色应半分钟内不褪色才能停止滴定，记录刻度。13滴定管读数时，应读到小数点后两位。［小结］这节课我们仅仅是复习了本章的主要知识，那么这些知识在解题中能否灵活应用，还得靠大家自己多练习。［布置作业］复习题一、二、三、四、五●板书设计第三章  复习课一、电离平衡1.强电解质和弱电解质的比较2.弱电解质的电离平衡 二、水的电离和溶液的pH三、盐类的水解1.实质2.规律：谁弱谁水解，两弱剧水解。谁强显谁性，两弱具体定。3.影响因素四、酸碱中和滴定1.原理2.主要仪器：滴定管、锥形瓶3.操作步骤●教学说明按要求本章复习课为一课时，这就要求在教学中，必须把握本章的重点和难点，严格依据大纲要求，不随意拓宽和加深。在教学中，可采用教师引导学生回顾主要知识，并配合典型例题和练习的方法来完成本节课的教学任务，使学生对本章的重点和难点知识加深理解。●考点分析1.强、弱电解质的比较强、弱电解质与物质的导电性，弱电解质的电离平衡以及在一定条件下电离平衡的移动，强酸与弱酸、强碱与弱碱的性质比较，以及由酸性的强弱所表现出的一般反应规律。2.水的电离平衡及其应用3.盐的电离与水解的应用（1）水解平衡的移动（2）电离与水解对溶液酸碱性、微粒数、离子浓度的影响4.溶液pH的计算和判断（1）溶液的稀释。（2）溶液的混合。5.离子浓度大小的判断。6.中和滴定的基本操作及有关计算。

平衡力和二力平衡 篇3

一、知识精讲

1.平衡状态——物体在几个力的作用下处于静止或匀速直线运动状态，我们就说物体处于平衡状态.

可见，判断一个物体是否处于平衡状态的依据是：物体是否处于静止或匀速直线运动状态.如：静止在桌面上的物体，在平直轨道上匀速行驶的火车，停泊在海港的轮船，匀速上升的飞艇，他们均处于平衡状态.

2.平衡力——使物体处于平衡状态的几个力称做平衡力.

平衡力并不是一个实际存在的作用力，它仅是一个物体在平衡状态下所受的几个作用力间的一种相互关系而已.因此，对物体进行受力分析时，不能把平衡力看成是另一个实际作用力，只有处于平衡状态下的物体才有平衡力的关系.

3.二力平衡——物体在两个力的作用下处于平衡状态，就叫做二力平衡.

物体处于平衡状态时，可能是两个或更多个力同时作用的结果.其中，最简单的情况是受两个力作用而平衡，即“二力平衡”，若受三个力作用而平衡则称“三力平衡”.理解二力平衡概念时要抓住两个要点：一是“一个物体同时受两个力的作用”；二是“物体要保持静止或匀速直线运动状态”.

4.二力平衡的条件——当作用在一个物体上的两个力，如果大小相等、方向相反、且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡，称为一对平衡力.

归纳起来有四点：同体(同一物体)、等值(大小相等)、反向(二力方向相反)、共线(二力在同一直线上)，这也是判断物体所受二力是否平衡的重要依据.

平衡力与相互作用力的区别是：相互平衡的两个力均作用在同一物体上，而相互作用的两个力分别作用在两个不同的物体上，其余条件则完全相同.

二、例题精析

例1一个物体受到两个力的作用，这二力的三要素完全相同，则两个力().

A．肯定是平衡力

B．肯定不是平衡力

C．一定是重力和支持力

D．一定是拉力和摩擦力

解析三要素完全相同的两个力，其特点是：同体、等值、同向.这显然不符合二力平衡条件中的“反向”特征，所以肯定不是一对平衡力.正确选项是B.

点评本题主要考查二力平衡条件的应用.“相互平衡的二力”与“三要素相同的二力”唯一的区别就在于“方向的异同”，而这一点也是最容易忽视和混淆的一面.

例2一物体以1m／s的速度在水平桌面上做匀速直线运动，受到的摩擦力是40N；若速度增大到3m／s后，仍在该水平桌面上做匀速直线运动(不计空气阻力)，此时它受到的摩擦力为().

A．大于40NB．小于40N

C．等于40ND．条件不足，无法判断

解析做匀速直线运动的物体，无论其速度大小如何，均为平衡状态，因而受力平衡.本题中相互摩擦运动的两个物体除了先后两次匀速运动速度不同外，其它条件均未变，则先后两次的摩擦力均相同.正确选项为C.

点评本题最易出错的是：速度增大因而摩擦力减小，误选B.事实上，拉力与摩擦力始终是一对平衡力，其大小并不随速度改变而改变.解答此类问题切忌思维定势，关键在于抓住题眼——匀速直线运动.

例3如右图，一个重为50N的铁块静止放在水平地面上，张华用30N竖直向上的拉力欲提起它，但铁块仍未动，则下列说法正确的是().

A．铁块重力与地面对铁块支持力是一对平衡力

B．张华的拉力与铁块的重力是一对平衡力

C．张华的拉力与铁块对地面的压力是一对相互作用力

D．地面对铁块的支持力与张华拉力的合力大小等于铁块的重力

解析对物体进行受力分析可知，铁块在三力作用下平衡，分别是：竖直向下的重力50N、竖直向上的拉力30N、地面竖直向上的支持力20N.选项A、B中所指的二力大小不等；选项C中的两个力分别作用在两个物体上，但不是一对相互作用力.正确选项是D.

点评本题考查了平衡力、相互作用力、合力等知识点的理解和应用能力.解答时要针对具体的力画出受力分析图，再依据条件判断则更为直观.

例4在探究二力平衡条件的实验中，用细线系住薄木板的左右两端，细线的两端跨过桌边的滑轮各悬挂一个质量相同的钩码，木板才能在如左图位置保持静止.

①木板静止时受到的两个拉力大小相等.说明二力平衡的条件之一是.

②若把木板扭转一个角度，使两个力的作用线不在同一直线上，放手后木板不能静止，重新平衡后，两个力的方向又在同一直线上了.说明二力平衡的另一条件是 .

解析①两个力大小相等；②两个力必须在同一直线上.

点评本题是通过实验探究的方法研究二力平衡的条件.我们不仅要能正面解答此类问题，而且要学会如何根据实验探究目的去设计合理的实验方案并独立完成实验，这是初中物理学习过程中必需掌握的基本方法和技能.

三、练习

1.一个重100N的正方体物体，在20N水平向右的拉力作用下保持匀速直线运动状态，请用力的示意图表示物体的受力情况.

2.如右图所示，箱体顶部固定一根弹簧，其下端挂有一物体，若整个箱体由竖直向下匀速运动变为竖直向下减速运动时，弹簧的长度将().

A．变长B．变短

C．不变D．无法确定

参考答案

1.竖直方向受重力、地面支持力，大小均为100Ｎ；水平方向受拉力、摩擦力，大小均为20N(图略). 2.B

《平衡》 篇4

中短波天线馈线形式多种多样, 除了个别低功率发射机采用同轴馈电, 大部分都是采用架空平行双线式馈电, 也就是说一般都是采用平衡馈线。但是绝大部分的测试设备, 例如矢量网络分析仪等都采用同轴接口进行测试, 且其特性阻抗均为50Ω, 而大部分天线馈线的特性阻抗都是300Ω。因此当使用仪器进行测量和调整天线时, 就需要一个平衡/不平衡的转换设备, 且满足3MHz-30MHz的10倍频宽带内完成转换和匹配。

根据实际需要, 我们进行了短波波段平衡/不平衡转换器的研制。

2平衡/不平衡转换器的研制

2.1平衡/不平衡转换器的基本电路

平衡不平衡转换电路一般包括有传输线变换方式和高频变压器变换方式。传输线变换方式中, 一种是高频开路法, 在传输电缆屏蔽层的外皮加入λ/4波长的套筒如图1所示, 这样可以抵消原外皮的辐射电流。由于λ/4圆筒的阻抗无穷大, 可视为开路, 接入的电抗X, 对该频率无影响, 从而实现了平衡/不平衡的转换。但是, 这种方法工作带宽很窄, 频率低时, λ/4波长套筒就显得太长, 只适合于大功率窄带变换时应用。

另外一种是采用传输线变压器实现, 传输线变压器是由传输线 (扭绞双线、三线或同轴线等) 绕在磁芯上构成的, 因而可以视为是集中参数变压器和分布参数传输线阻抗变换器相结合的产物, 它既吸收了分布参数传输线变压器能工作于高频的长处, 又保持了集中参数变压器尺寸小、相对带宽宽的特点。

传输线变压器具有如下三个特点:

(1) 使用频率范围很宽, 下限频率在几十kHz以下, 上限频率与具体的变换形式有关, 最高可达几GHz;

(2) 相对带宽宽, 典型的约为9倍频;

(3) 体积小, 制作简单。

由于传输线变压器频带特别宽, 因此可以用做宽频带变压器, 兼做阻抗变换器和进行平衡/不平衡转换。但是, 传输线变压器也有其固有的缺点:

(1) 传输线变压器一般只适宜低阻抗 (几百Ω左右以下) 的阻抗变换。因为高阻抗变换, 要求采用高阻抗特性传输线绕制, 而高阻抗特性的传输线将带来许多麻烦, 例如尺寸大、频带窄、上限频率低等。

(2) 传输线变压器对于阻抗比为整数平方比的变换, 能充分发挥其频带宽的长处, 而对于非整数平方比的变换比较困难。

传输线变压器大体有两种基本结构, 一种是传输线绕在磁芯上, 另一种是将磁芯套在传输线上。对于前一种结构, 传输线绕组的自身分布电容和端口电容依然存在, 故上限频率受到限制, 而后种在制作上有一定困难。

平衡不平衡转换电路的变换也可采用高频变压器来实现。对于理想变压器, 输入阻抗和输出阻抗的关系为R1/R2= (N1/N2) 2, 通过调节初次级圈数比就可以实现特定的阻抗变换。高频变压器一般分为磁芯变压器和空心变压器。空心变压器漏磁较大, 耦合松, 由于没有磁芯损耗, 可以工作在较高的频率上;磁芯变压器耦合紧, 漏磁少, 耦合系数近似于1, 体积也小, 但随着工作频率的升高, 磁芯损耗加大, 分布参数和端口电容增大, 电路由电感耦合变为电感电容耦合, 其等效电路如图1所示, 其中:M为高频变压器, RL为负载阻抗, Ri为电源内组, U为电源, C0为分布电容。

这时输入阻抗和输出阻抗的关系不仅与初次级圈数比有关, 还与分布电容C0有关。实际制作时, 通常都选择合适的圈数比和较高导磁率的磁心以保证低频段的匹配;在高频段, 则通过线径和绕制方法来控制分布参数达到匹配要求。

综上所述, 由于要研制的平衡/不平衡转换器工作频率低 (3-30MHz) 、功率小 (仪器测量使用) 、工作频带宽 (10倍频) 、兼具阻抗变换等功能, 因此适合采用高频变压器模式或传输线变压器模式。

2.2实现非整数平方比阻抗变换的几种形式

传输线变压器使用的传输线包括不平衡传输线 (例如同轴电缆) 、平衡传输线 (扭绞双线、平行双线和薄膜带状线等) 以及耦合传输线 (例如三根单线的扭绞线) 等三种。为了实现非整数平方比的阻抗变换, 其绕制方式也与一般的1/1, 1/4或者1/9有很大不同, 目前大概有以下几种形式, 下面以1/6阻抗变换为例介绍。

图3是一种1/6阻抗变换器的接线图。图3中, 左边用5/4的绕组比来实现 (5/4) 2≈1.56的阻抗变换;而右边部分则是一个1/4的不平衡/平衡的阻抗变换, 总变换比为1/6.24近似1/6, 同时还可实现不平衡/平衡的转换。

1/1.56的阻抗变换用一个磁芯就可以实现, 而1/4的阻抗变换有很多种实现形式, 可以用单个磁芯也可以用两个磁芯来实现变换。

图4是采用单个磁芯, 用高频变压器的模式实现1/6平衡/不平衡阻抗变换的接线图。使用7股扭绞线, 用2/5的绕组实现1/6的变换。

2.3双线传输线

传输线变压器如果用双线传输线来实现, 则传输线的最佳特性阻抗如下式:

Zopt=SQRT (ZinZout)

式中:Zopt为最佳传输线阻抗,

Zin为传输线变压器输入特性阻抗,

Zout为传输线变压器输出特性阻抗。

经过计算得知双线传输线的最佳特性阻抗为SQRT (300×50) =122.5Ω。当传输线的特性阻抗为122.5Ω时, 由传输线引起的损耗最小。

但是在实际制作中单独定制特性阻抗为122.5Ω的双线传输线也不现实, 市场上的6类网线的双绞线特性阻抗为120Ω, 可以用来制做小功率的阻抗变换器。一般情况下, 均采用不同线径不同长度的漆包线进行双线相互绞绕, 以取得近似122.5的特性阻抗, 代替122.5Ω的双线传输线。这样可降低成本, 且制做方便。

2.4转换器磁芯的选择

目前铁氧体软磁性材料主要有锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两种。锰锌铁氧体是MnF2O4和ZnFe2O4的固溶体, 具有磁导率高, 品质因数好等特性, 属于尖晶石结构, 锰锌铁氧体使用频率一般在2MHz以下, 有功率型和高导铁氧体之分;镍锌铁氧体是NiFe2O4与ZnFe2O4的固熔体, 具有尖晶石结构, 在低频段性能不如锰锌铁氧体, 镍锌铁氧体的初始磁导率要小于锰锌铁氧体, 但是在高频段其性能大大优于MnZn铁氧体。

通过上述分析可知, 采用NiZn铁氧体作为平衡/不平衡转换器的磁芯, 是最佳的选择。

根据传输线理论, 磁芯引起的传输损耗总是随频率的上升而下降, 最后趋于金鱼斯诺克常数有关的恒定值。因而, 如果在频带的低端能满足传输损耗的要求, 那么在高于这一下限频率的传输损耗也将能满足要求。因此对磁芯的要求是:初始磁导率μ高、斯诺克常数S大。本文均采用了初始磁导率分别为800和1500的镍锌铁氧体磁环进行试验、分析和比较。

2.5试验及结论

根据之前选择的接线方式以及不同的磁环, 我们设计了一些不同形式的转换器并进行了测试和比较。

图5为使用一个初始磁导率μ=800的NiZn软磁环, 传输线为7股 (拆开的) 6类网线的芯线扭绞, 采用2/5的接线方式制成的转换器, 在不同绕制圈数下的驻波比测试数据 (横坐标为频率, 单位MHz, 纵坐标为驻波比, 下同) 。

图6为不同初始磁导率的NiZn软磁环, 都使用7股0.8mm漆包线扭绞, 采用2/5的接线方式制成的转换器的驻波比测试曲线。

图7为使用一个初始磁导率μ=1500的NiZn软磁环, 传输线为7股扭绞漆包线, 采用2/5的接线方式制成的转换器, 在不同圈数下的驻波比测试数据。

以上试验采用了不同导磁率的磁芯, 不同线径, 不同绕制方法, 汇总可得出如下结论:

(1) 当漆包线粗细以及圈数固定的情况下, 转换器的驻波比随着初始磁导率μ的增加而降低, 因此应尽量采用μ高的磁芯。

(2) 随着绕线圈数的增加, 高频段的驻波比也随之增加, 这是由于圈数增加后绕线长度增加, 使得分布参数增加, 导致高频端指标变坏, 出于减少分布参数和制作材料方便的角度考虑, 宜采用较粗的漆包线加工制作。

(3) 在试验中发现, 同一方法制作的成品, 技术参数的一致性较差, 有的成品测出的技术指标非常好, 有的又很差, 经过反复对比和试验, 发现在漆包线扭曲时一致性较差, 由于松紧疏密的不同, 使得分布参数差别很大, 难以控制。

最终采用三线紧密并绕, 克服了分布参数不同的影响, 又调整了圈数, 固定了绕线位置, 确定了接线长度, 采用这一固定的绕制工艺后, 最终克服了大量制作时, 产品技术特性不一致的缺点。

2.6实际制作

(1) 50Ω/50Ω (1:1) 不平衡/平衡转换器

制作:用φ=1.2mm的高强度漆包线在一个长110mm、直径20mm的塑料管上3线紧密并绕15圈, 紧固即可。管内放置φ=10mm, L=100mm NiZn铁氧体磁柱。其中A、C端连接平衡端, B、C端连接到不平衡端, 其中B端连接地端, C接连接另一端, 结构如图8所示。

实测的阻抗圆图和驻波比曲线如图9、图10所示。

3MHz时SWR=1.15, 30MHz时SWR=1.14 (未装入金属盒内, 下同) 。

(2) 50Ω/300Ω (1/6) 不平衡/平衡阻抗转换器

制作:用φ=1.2mm的高强度漆包线在一个镍锌铁氧体软磁体磁环上3线并绕8圈, 靠外两个线圈头尾相接, 中间加绕两圈接平衡端, 中间线圈接不平衡端。为避免漆包线绝缘漆皮被磁芯割伤, 先在磁芯上绕一层绝缘胶布 (在后面所用的磁芯均做此处理) 。

磁环规格为R1K5 NiZn铁氧体31×18×7, 即外圈直径×内圈直径×厚度。接线如图11所示。

实测的阻抗圆图和驻波比曲线如图12、图13所示。

3MHz时SWR=1.19, 30MHz时SWR=1.13;

3MHz时SWR=1.15, 30MHz时SWR=1.04。

(3) 50Ω/600Ω (1/12) 不平衡/平衡转换器

制作:用φ=1.2mm的高强度漆包线在一个镍锌铁氧体软磁体磁环上3线并绕5圈, 靠外两个线圈头尾相接, 中间加绕四圈接平衡端, 中间线圈接不平衡端。紧固即可。磁环规格为R1K5 NiZn铁氧体31×18×7, 即外圈直径×内圈直径×厚度, 接线如图14所示。

实测的阻抗圆图和驻波比曲线如图15、图16所示。

3 M H z时V S W R=1.2 3, 3 0 M H z时VSWR=1.18。

2.7转换器外壳

转换器安装在125mm×75mm×55mm (即长×宽×高) 的铝合金壳体内, 平衡输出两端距离45mm, 形状如图17所示。

该不平衡/平衡阻抗变换器使用的线圈和磁芯经3mm胶木绝缘垫安装在金属盒内, 通过高频插头和绝缘磁柱输入和输出, 测试其端口与外壳耐压均大于1000V。

当转换器安装在壳体内后, 由于分布参数和端电容的影响, 高频段的驻波比变坏, 一般增大0.2-0.4以内, 但仍可满足测试要求。

3小结

以上分析采用了多种形式实现非整数平方比变换的不平衡/平衡阻抗变换器的实现形式, 以及采用不同磁芯, 不同绕制方法的试验数据。最终制作出了工作频带在3MHz到30MHz的50Ω/50Ω (1/1) 、50Ω/300Ω (1/6) 、50Ω/600Ω (1/12) 的不平衡/平衡阻抗变换器。在工作频带内驻波比SWR<1.3, 加装金属屏蔽盒后, 在工作频带内驻波比SWR<1.6, 仍能满足试验以及短波天馈线的测试需求。

该不平衡/平衡阻抗变换器是做为调整测试天馈线时与仪器配接使用。一般网络分析仪的输出电平为10dBmw, 输出端口电压在5V以内, 全反射时端电压不高于8V。因此也未对该不平衡/平衡阻抗变换器承受功率的大小做详细计算。考虑到能否做小功率发射机的阻抗变换器使用, 做了一个试验。使用日本八重州857D通讯机, 输出功率100W, 最大调幅95%, 平均调幅30%, 在6MHz、15MHz、25MHz三个频点上, 各连续工作2小时, 该不平衡/平衡阻抗变换器线圈和磁芯没有明显温升。

上述研制出来的三种不平衡/平衡阻抗变换器已在广电系统多个台站调整馈线行波系数时使用, 效果很好。该变换器接线方便, 测试数据准确, 提高了工作效率, 可进行推广。

摘要：文章对传输线变压器理论和平衡/不平衡转换器的基本电路进行了分析, 并通过试验, 总结出了制作符合技术要求的平衡/不平衡转换器的经验, 最后介绍了实际制作过程中需要注意的问题。

关键词：传输线变压器,平衡/不平衡转换器,研制,试验,制作

参考文献

[1]张纪纲.铁氧体宽带器件.科学出版社, 1986.

学平衡车作文 篇5

看着周围小伙伴们一个个踩着平衡车像鱼儿一样自由自在地在广场上“游来游去”，我羡慕极了。于是，我从网上也买了一台平衡车。这个平衡车全身银白色，它与手机连上蓝牙踩上去会播放出各种不同的美妙的音乐。如果在夜晚玩平衡车，车轱辘上会呈现出七彩的光芒，漂亮极了。

上星期天早上，爸爸带我去云中河公园学平衡车。我们在公园找了一块宽广的空地。我想象着自己马上就能踩着心爱的平衡车奔驰在地面上时，我兴奋极了!可是事实上并非如此。我刚踩上平衡车，车身就开始猛烈地摇晃。我也像醉汉一样左摇右摆。幸亏有爸爸在身边陪着我，我才没摔个大马趴。试了好几次，我的小腿都开始抽筋了，还是没有学会平衡车。我开始灰心丧气了，想放弃学平衡车。爸爸不断鼓励我：“世上无难事，只怕有心人。”最后，我咬着牙坚持了一遍又一遍，终于快到中午的时候学会了平衡车。我踩着平衡车在路上奔驰着，心里比蜜还甜。

通过这次学平衡车，我明白了一个道理：失败是成功之母。只要不怕失败，坚持下去就会取得成功。

浅析化学平衡中的等效平衡 篇6

【关键词】等效平衡 规律 应用

化学平衡是中学化学教学中的一个重要内容，也是每年高考的重点考查内容。但由于其内容较抽象，命题也往往比较灵活，导致学生在学习中往往陷入迷茫，解题时也顾此失彼。因此化学平衡成为了学生学习化学中的一个难点，如何来突破这个难点呢？本人认为关键在于以下两点：一是掌握外界因素对化学平衡的影响；二是建立等效平衡观念。下面就重点谈谈等效平衡。

一、什么是等效平衡

所谓等效平衡就是指可逆反应从两个不同的起始状态开始，达到平衡时两个体系中对应组分的百分含量均相同，这两个平衡互称为等效平衡。那么如何才能达到等效平衡呢？一般认为在以下三种情况下可逆反应可达到等效平衡：

1. 在定温定容时，对于所有的可逆反应若起始加入情况不同，但转化为反应方程式同一边物质后对应物质的物质的量均相同，则可达到等效平衡。

2. 在定温定压时，对于所有的可逆反应若起始加入不同，但转化为方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比，则可达到等效平衡。

3. 在定温定容时，对于反应前后气体分子数相等的反应，若起始加入情况不同，但转化为反应方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比，则可达到等效平衡。

二、等效平衡的建立和特征

条件：两反应体系的温度、容积（或温度、压强）完全相同，且参加反应的各种物质的量也必须相等（或对应成比例）。

特征：由同一可逆反应建立的两个气态化学平衡体系，外界条件温度压强（或温度容积）完全相同，平衡混合物中各物质的百分含量对应相等（或各物质的量对应相等）。

三、等效平衡规律

1. 无论在恒温、恒压（或恒温、恒容），只要起始加入物质的物质的量相同，则平衡时，每种物质的物质的量、浓度和百分含量都对应相同，即两平衡完全相同，是等同平衡。

2. 恒温、恒压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。平衡时每种物质的百分含量对应相同，物质的量等倍数地增大或减小。

3. 恒温、恒容下：①对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效。平衡时每种物质的百分含量对应相同，物质的量等倍数的增大或减小。②对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，如通过化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等同。

四、等效平衡应用及举例

先看条件：若为定温定压则只需转化后各物质的物质的量成正比即可判定等效平衡；若为定温定容，则看反应前后气体分子数，若反应前后气体分子数相等，也只需转化后各物质的物质的量成正比即可达到等效平衡；若反应前后气体分子数不等，则必须转化后各物质的物质的量相同才能达到等效平衡。

【例】恒温下在一个密闭容器中发生如下反应：A（g）+3B（g）= 2C（g）

（1）若容器的容积可变，反应在恒压下进行。开始时放入物为1 mol A和3mol B（记为反应甲），结果到达平衡后，生成了a mol C，且C在平衡混合物中的体积分数为ε。若开始时放入0. 5 mol A，x mol B和y mol C（记为反应乙），到达平衡后要使C在平衡混合中的体积仍为ε（A、B的体积分数也对应相等，下同）则x=___，y=___，平衡时C的物质的量是a的__倍。

（2）若容器的容积恒定，开始时放入1mol A和3 mol B（记为反应丙），达到平衡后，C的体积分数也为ε，则容器的容积比反应甲的起始体积___（选填 “大”“小”“相等”）。若开始时放入物是0. 5 mol A，w mol B，z mol C（记为反应丁），达平衡后，C的体积分数仍为ε，则w =__，z = __。

解析：首先根据化学方程式，把投料中的生成物假设完全发生逆反应而转化成反应物，并与直接投入的同种反应物的物质的量相加，作为该反应物的起始量。这一步简称之谓“转并”。然后对不同次投料经“转并”后的“起始量”进行比较，得出是否“等效”的结论。规律是：

对恒压容器（容积可变），只要两次投料中各物质的物质的量之比相等，则平衡混合物的百分组成也相同。但这种“等效”的两平衡体系，混合物的总量并不相同，平衡总物质的量之比等于起始物质的量之比。

对恒容容器，则要求两次投料（转并后）完全相同才能使平衡态时混合物的百分组成相同。这时两平衡体系的总物质的量也相等。

本题（1）是恒压容器，为使反应甲、乙的投料比例相等，即乙的投料要符合n（A）∶n（B）= 1∶3，x应该取1. 5 mol，而y可以是任意值。反应乙的投料总量（转并后）是反应甲的（y+1）/2倍，故平衡时C的物质的量是a的（y+1）/2倍。本题（2）是恒容反应。由题可知，反应丙的平衡态与反应甲的平衡态完全相同，所以丙的容积应与甲的平衡体积相同。由于甲的容积在反应过程中是减小的，平衡时最小，故反应前比丙的容积大。反应丁的平衡和反应丙的平衡是恒容下的等效平衡，必符合投料（经转并后）完全相同的条件。故有n（z）=1 mol， n（w） = 1.5 mol 答案：（1） x=1.5 mol，y = 任意摩，一定范围，（y+1）/2 （2） 小，w = 1.5 mol ，z = 1 mol

采暖系统的阻力平衡和热平衡刍议 篇7

1 供热系统阻力分析

对采暖系统的管理不能不注意分析供热系统阻力。供热系统的阻力主要分为沿程阻力和局部阻力。沿程阻力指的是热水在输送路径中流动而生成的阻力。各种管件和供热设备对水的流动生成的阻力叫局部阻力。在采暖系统中, 对阻力平衡影响最大的是供暖环路的各种阻力, 因此很有必要对此类阻力因素加以分析。

1.1 热源阻力分析

一般来说, 供暖系统主要分为热水锅炉直接供暖和换热器换热间接供暖。热水锅炉在供热系统中是使用最为广泛的供暖系统。通常来说当额定水量通过时, 40~80Kpa是其合适的阻力范围, 但在实际供暖操作中很容易出现由于实际水量大于循环水量而出现的阻力增大的问题, 常用的解决措施主要有以下几点。其一, 优化分流管道设计, 根据锅炉流量增加的程度来对分流的管径进行合理的计算, 并相应地增加与锅炉并联的分流管道来达到降低阻力的效果。同时需要注意的是, 分流管道上应安装安装调节阀或平衡阀, 不能安装蝶阀或闸板;其二, 阀门的开启程度要由锅炉的实际测定水量来决定, 并且在测量时应严格按照流量计操作流程测量;其三, 由于过高的流量会增加换热器的阻力导致水泵出力受到影响, 因此板式换热器作为供热系统中常用的换热器, 应将换热器的阻力最好控制在2~5米。

1.2 循环泵进出口的阻力分析

由于水泵进出口各种管件的阻力和进出口管道的阻力决定了水泵进出口阻力的大小, 循环泵进出口的阻力控制不当会影响整个系统的阻力平衡。因此, 在实际操作中要把最不利环路中的比摩阻控制在30Kpa~60Kpa之间, 而其它环路的比摩阻应小于或者等于300Pa/m, 同时水流速度不可以超过3m/s。供热循环泵的进出口管道是供热系统中所有环路最不利的一部分, 故而当条件允许时, 水泵进出口的管道管径应该根据实际需要增大。

2 热平衡分析

2.1 影响热平衡的因素

影响热平衡的要素简要归纳起来主要有以下几种。第一, 闸门开启程度不适当;第二, 新、老管网之间的连接不恰当;第三, 循环水泵提供的压力, 不能达到末端用户对资用压差的要求;第四, 热源距离各热用户不一样, 横向水力失调导致横向热力失调;第五, 如果没有设置热媒介质流量计, 光靠经验主义调整阀门, 无法保证热平衡。

2.2 热平衡调节方法

在采暖系统中, 热平衡调节主要有集中调节和局部调节法。集中调节主要采用质调节 (通过改变供水温度的同时保持系统循环水量一定) 、量调节 (通过改变系统循环水量并让供水温度一定) 和混合调节 (质与量调节同时进行) 。局部调节以调节散热量为目标, 通常是用单组散热器支管上的阀门改变热媒流量来实现。

3 自力式阻力平衡阀的平衡调节作用

为了实现热网的阻力平衡, 达到既节热又省电的目标, 自力式阻力平衡阀无疑是集中供电管中的重要部分, 它有无可比拟的优势。相比之下, 近似阻力平衡调节是以平衡阀为代表的水力调节元件群, 它在初调节中难以使热网达到平衡;水力平衡元件是循环流量调节中的关键装置, 其功能主要在于根据各个热用户的实际所需循环流量来进行调节, 从而满足各个热用户的循环流量需求, 最终实现热网平衡。

自力式阻力平衡阀主要包含压力控制反馈管路、自动调节孔板、压差自动平衡机构、手动调节孔板、设定流量的刻度标尺等结构。特别需要注意的是, 自力式阻力平衡阀为了同自力式流量控制阀相区分, 增设了锁定装置和压力检测孔, 以此来实现恒定流量的功能。在进行热网初调节工作时, 锁定装置应处于打开状态, 这样能够利用自力式流量控制阀的调节特点, 促使热用户的流量迅速达到平衡状态。自力式流量控制阀在应用中主要功能主要体现在实现流量分配和实现系统的动态平衡, 并且这两种功能可根据具体进行转换。阀的进出口压力靠测压检测孔来测量, 并根据定流量状态下的实际流量来计算阻力和阻力系数。这些都能有效保障热网平衡, 达到热用户的需求。

4 自力式流量控制阀的适用场合

通常来说, 当系统处于以热源为主动变流量调节或是靠变频、减少循环泵数量、换小循环泵等来减小系统的流量时, 管网的压力会相应减小, 因此自力式流量控制阀只能适用于定流量的质调节系统。一旦热网近端用户压力变小, 流量阀自动阀芯就会开大以保证之前的流量稳定平衡。近端用户和远端用户不能跟着总流量的改变而进行等比改变。因为, 在各并联管段中, 网路的总特性阻力数会随着管段的特性阻力数S值发生变化, 且总流量在各管段中的分配比例也是相应变化着的。这样就必然会导致热网的动态水力失调, 从而远端用户无法满足用热要求。因此, 热网中装有自力式流量控制阀的就不能采用变流量运行模式。

由于自力式流量控制阀存在自限性, 当出现用户采用主动变流量运行而阀后用户又需要增加流量的情况下时, 流量无法实现立即增加。此外, 用户之间的干扰现象往往出现在阀后用户的需求量减少时, 这时自力式流量控制阀便失去功效, 成为单纯消耗水泵功率的无用阀。因此, 自力式流量控制阀无论在以用户为主动变流量的热网还是以热源为主动变流量的热网中都存在应用不适应的问题, 相比之下, 自力式流量控制阀在定流量的质调节系统中更能发挥其高效功能。

5 结束语

本文对采暖系统阻力和热平衡进行了分析, 并浅述了几点阻力平衡和热平衡的控制方法。由于控制阀在采暖系统中作用和地位显著, 文章后部分主要讲解了自力式控制阀的作用与适用场合。

参考文献

[1]李宪莉.太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究[D].天津大学, 2010.

《平衡》 篇8

很多同学对于如何抑制平衡与促进平衡判断不好, 这一部分在高考中也是作为重点考察的内容。

例1. 醋酸的电离平衡, 其电离平衡方程式有两种表示:

( 1) 对于b这种写法要与醋酸跟的水解方程式CH3COO-+ H2OCH3OOH + OH-区分开;

( 2) 反应需要破坏化学键, 所以电离是吸热的;

( 3) 加热, 加入碱性物质、活泼金属、金属氧化物, 还有加入水稀释都可以促进醋酸的电离。其中, 加入水稀释促进醋酸电离, 可以这样理解:

在化学平衡中, 如A ( g) + B ( g) C ( g) + D ( g) 根据平衡移动原理, 若加入B, 则A的转化率增加, B的转化率减小。

所以在醋酸中加水稀释, 则醋酸的转化率增加, 也就是醋酸的电离程度增大, 所以加水稀释促进醋酸的电离。而增加醋酸的浓度, 如增加冰醋酸, 醋酸的转化率减小, 抑制醋酸的电离。

( 4) 抑制醋酸电离的方法还有有降温、加入酸性物质、通入酸性气体等, 同理在CH3COO-+ H2OCH3OOH + OH-中, 加水稀释也是促进醋酸根离子的水解。

例2. 醋酸钠水解平衡的方程式可表示为:

( 1) 水解反应的逆反应是中和反应, 中和反应放热, 所以水解反应是吸热的。

( 2) 促进CH3COO-水解可以升高温度或者加酸性物质, 还可以加水稀释加水稀释时, CH3COO-的转化率增加, 也就是它的水解程度增大, 所以促进水解。

二、电离平衡和水解平衡中的守恒

1. 物料守恒 ( 元素守恒)

例: Na2CO3溶液, CNa+= 2[CO32 -]水解前 = 2〔CCO32 -+ CHCO3-+CH2CO3〕

2. 电荷守恒 ( 阴阳离子所带电荷数相等)

例: Na2CO3溶液, C Na++ CH+ -= 2CCO32 -+ CHCO3-+ COH

3. 质子守恒 ( 水电离出的CH+= COH-)

例: Na2CO3溶液, CH+= COH-+ CHCO3-+ 2 CH2CO3

注: 质子守恒也可根据物料守恒与电荷守恒相减得来

得出: CH+= COH-+ CHCO3-+ 2 CH2CO3

典型练习: 在Na2S溶液中下列关系不正确的是:

分析: Na2S溶液中存在下列平衡: Na2S = 2Na++ S2

1根据物料守恒: ( 钠与硫的物质的量2︰1) [Na+] = 2[S2 -] + 2[HS-]+ 2[H2S], 所以A错2根据电荷守恒: [Na+]+[H+]= 2[S2 -]+[HS-]+ [OH-], 所以B正确。根据质 子守恒 ( 或1、2两式相减) 。[OH-]=[HS-]+[H+]+ 2[H2S], 所以D错误。答案为A、D。

4. 盐类水解规律及应用

( 1) 谁弱谁水解, 谁强显谁性, 越弱越水解, 都弱都水解, 两强不水解。

( 2) 大多数盐水解程度较小, 多元弱酸的酸根分步水解, 以第一步水解为主。

( 3) 多元弱酸的酸式根电离与水解并存。例如, HCO3-、HS-, HPO42 水解大于电离, 所以溶液显碱性, 而H2PO4-、HCO3-电离大于水解, 他们的溶液显酸性。

例: 由一价离子组成的四种盐溶液AC、BD、AD、BC, 浓度均为0. 1mol/L, 在室温下前两种溶液的p H = 7, 第三种溶液p H > 7, 最后一种溶液p H <7。根据水解规律分析这四种盐中阴阳离子所对应的酸、碱的相对强弱是怎样的?

分析: 根据水解规律, “越弱越水解, 两强不水解”, 强碱弱酸盐溶液的碱性越强, 其相应弱酸的酸性就越弱。同理, 强酸弱碱盐溶液的酸性越强, 其相应弱碱的碱性就越弱。

解答: 由于AC溶液p H = 7, AD溶液p H > 7, 说明D-为弱酸根离子, 且D - 的水解程度大于C-, 因此, 它们相应酸的酸性: HC > HD。又因AC溶液p H = 7, BC溶液p H < 7, 说明B+为弱碱阳离子, 且水解程度大于A+, 因此, 它们相应碱的碱性: AOH > BOH。

高考中在证明弱酸、弱碱方面是个重点。

例1: 现有酚酞、石蕊、0. 1mol/L氨水、氯化铵晶体、0. 1mol/L盐酸、熟石灰和蒸馏水, 若仅用上述试剂怎样用简单实验方法证明氨水是弱碱? 请讨论可能的实验方案。

方法 ( 1) : 取少量NH4Cl晶体溶于水, 滴加石蕊试液, 溶液显红色, 说明NH4 + 水解生成了NH3·H2O和HCl, 从而破坏了水的电离平衡, 亦说明氨水是弱碱。

方法 ( 2) : 将0. 1mol/L NH3·H2O与0. 1mol / L盐酸等体积混合, 再滴加石蕊试剂, 溶液显红色, 说明NH4 + 水解破坏了水的电离平衡, 从而说明氨水是弱碱。

方法 ( 3) : 取少量氨水, 滴加酚酞, 溶液呈红色, 然后向其中加人少量CH3COONH4晶体, 振荡, 可看到红色变浅, 说明氨水中存在电离平衡, 氨水为弱碱。

例2: 25℃时, p H均等于11的Na OH溶液和Na CN溶液中, 水的电离度是否也相同呢? 请讨论比较两溶液中水的电离度大小。

分析: 水解得到的H+或OH-都来自水。Na OH中CH + 水= 10- 11, Na CN中COH - 水= 10- 4, 所以后者水的电离度大。

摘要：电离平衡与水解平衡的平衡移动, 很多同学对于如何抑制平衡与促进平衡判断不好, 这一部分在高考中也是作为重点考察的。对此, 进行了分析探讨。

《平衡》 篇9

运行中的转子出现不平衡是必然的, 造成转动件不平衡的原因主要有:旋转件本身形状不对称;加工制造上的公差;工件组装不当;旋转件运转时变形;旋转件磨损;旋转件本体附着异物。

对于转子而言, 特别是高速回转体, 转子不平衡是主要激振力, 是产生振动、噪声的主要原因, 如风机、水泵电机、汽轮发电机组等。不平衡给设备其他部件, 如轴承、电机、齿轮等带来损坏, 因此转子平衡是消除旋转设备振动的一项重要措施。

转子平衡有动平衡和静平衡两种方式, 由于静平衡架的制作精度要求高, 静平衡操作费时, 结果准确度不高, 用动平衡方法代替静平衡方法进行平衡校验, 得到静平衡数据, 对于提高转子在平衡校验过程中的准确度和工作效率, 有着重要的现实意义。

二、回转体的平衡原理

在了解动平衡和静平衡前, 首先了解回转体的平衡原理。

任何一个回转体在旋转, 可以看作其体内的无数个微小质点在绕轴心作旋转运动, 并因此产生离心惯性力, 这些离心惯性力组成一个惯性力系, 作用在回转体上, 使之产生弯曲变形。弯曲变形改变了质点到旋转轴心的距离, 使离心惯性力大小发生变化, 又使回转体产生新的弯曲变形, 如此反复, 直到抵抗弯曲变形的弹性恢复力与离心惯性力平衡为止。在工程中, 若回转体在离心惯性力的作用下, 只产生微小的弯曲变形, 则称之为刚性回转体, 反之, 则称之为柔性回转体。在机械产品的平衡检测中, 绝大部分是针对刚性回转体。

假设一个任意形状的刚性回转体, 以等角速度ω绕一固定z轴旋转, 取z轴上任意一点为坐标原点, 记为点o, 按照理论力学原理可知, 刚性回转体上的无数个质点产生的离心惯性力向点o简化的结果, 将得到此惯性力系的主矢Ro及主矩Mo (见图1) , 用矢量表示为:

式中:

mi:第i个微小质点的质量 (kg)

ri:第i个微小质点到z轴的距离矢量 (m)

Fi:第i个微小质点产生的离心惯性力 (N)

M:刚性回转体的总质量 (kg)

rc:刚性回转体的质心C点到Z轴的距离矢量 (m)

ρi:第i个微小质点到原点o的距离矢量 (m)

Jyz:刚性回转体对x轴的离心惯性积 (Kg·m2)

Jzx:刚性回转体对y轴的离心惯性积 (Kg·m2)

主矢Ro的大小与原点o的位置选择无关, 而主矩Mo的大小却与原点o的位置选择有关。刚性回转体在旋转时, 主矢Ro和主矩Mo会随同发生旋转性变化, 因此对支承轴产生交变的动压力, 从而刚性回转体平衡的必要与充分条件是该惯性力系向任一点简化得到的主矢Ro和主矩Mo都为零, 根据式 (1-1) , 由Ro=o可以推出rc=o, 即z轴必须经过质心Co, 根据式 (1-2) , 由Mo=o或|Mo|=o可以推出Jyz=o和Jzx=o, 即z轴必须是刚性回转体的某一条惯性主轴。满足条件Ro=o和Mo=o的轴, 就称为中心惯性主轴。为了使一个不平衡的刚性回转体成为平衡的回转体, 就需要重新调整其质量分布, 使其新的中心惯性主轴与旋转轴重合, 这个过程就是回转体的平衡。

三、校正面和平衡精度的概念

(一) 校正面

校正面:超出平衡允差的转子往往需要校正, 这些不平衡的校正通常不能在所设定的平衡允差平面上进行, 而需要在转子可以增加、去除或重新配置材料的平面上进行, 这样的平面就称为校正面。

刚性回旋体的静平衡, 一般只需要一个校正面, 这个校正面应该是该回转体的质心所在的平面或其很近的位置, 对于刚性回转体的动平衡则必须选择两个校正面。这两个校正面应将刚性回转体的质心夹在两个面之间。

(二) 平衡精度

刚性回转体的惯性力系的主矢Ro=Mω2rc[见式 (1-1) ], 令U=M·rc, 称为不平衡量, U排除了转速ω的影响, 可以更好地表现惯性力的大小。工程中也常用|U|=m·r来确定校正质量m及校正半径r乘积的大小。一般来说, 回转体的总质量越大, 允许的剩余不平衡量也越大, 为了方便地比较两个不同质量的回转体的平衡精度, 采用不平衡量U来比较就很不适当, 因此在工程中采用了偏心距e=|U|/M, 当U的量纲单位为g·mm、回转体总质量M的量纲单位为Kg时, 偏心距e的量纲单位就为μm。偏心距e在工程上又可称为剩余不平衡率, 即每单位质量上的剩余不平衡量。

由国际标准化组织推荐, 以质心c点旋转时的线速度eω为平衡精度等级, 记为平衡精度等级G, 量纲单位为mm/s, 并以G的大小作为精度标号。平衡机精度等级之间的公比为2.5, 共分为G4000, G1600, G630, G250, G100, G40, G16, G6.3, G2.5, G1, G0.4共十一级。

在确定某一回转体的精度等级G时, 不仅要考虑技术上的先进性, 还应该注意经济上的合理性, 不应盲目地追求高精度等级。在工程中可以根据不同类型的工作要求进行选择。

四、动、静平衡的概念和进行动静平衡的条件

(一) 静平衡

在转子的一个校正面上进行的校正平衡, 校正后的剩余不平衡量, 以保证转子在静态时是在许用不平衡的规定范围内, 为静平衡又称单面平衡。

(二) 动平衡

在转子两个校正面上同时校正平衡, 校正后的剩余不平衡量, 以保证转子在动态时是在许用不平衡的规定范围内, 为动平衡又称双面平衡。

(三) 转子做静平衡的条件

对刚性转子做静平衡的条件定义为:“如果盘状转子的支撑间距足够大并且旋转时盘状部位的轴向跳动很小, 从而可忽略偶不平衡 (动平衡) , 这时可以用一个校正面校正平衡, 即单面 (静) 平衡。”从这个定义中不难看出转子只做单面 (静) 平衡的条件主要有三个方面:一个是转子的几何形状为盘状, 何谓盘状?主要由转子的直径 (D) 与转子两校正面间的距离 (b) 之间的比值来确定, D/b≥5, 可视为盘状转子。二是支撑间距要大, 支撑间距 (L) 与转子两校正面间的距离 (b) 之间的比值L/b≥5, 可视为支撑间距足够大。转子的轴向跳动小主要指转子旋转时, 校正面的端面跳动小。

满足上面三个方面的就做静平衡, 反之不能满足的就要做动平衡。

五、动、静平衡的检测方法

(一) 静平衡的检测方法

1. 首先要准备符合做静平衡试验的静平衡装置。静平衡装置由双条刃形支承组成。一般对刃形支承的要求为:工作表面平度面不大于0.02mm/m;水平方向不平行度不大于1mm/m;平面度不大于0.04mm/m;硬度为HRC56-60, 粗糙度最大允值为Ra0.4μm;长度为≥7d (d为平衡专用芯轴两端与刃形支承接触处轴径) 。

2. 根据该转子所选用的平衡品质级别G, 计算出许用剩余不平衡量 (Uper) 。

3. 将转子与平衡专用芯轴组装后, 放于符合上述要求的平衡装置上, 置芯轴轴线与刃形支承长度方向呈垂直位置。

4. 将转子在静平衡装置上向左右两个方向转动若干次, 以确定不平衡角 (方向) 。

5. 在转子上进行配重, 直至整个平衡系统在静平衡装置上出现随意平衡。

6. 将配重与配重距支承轴线距离的乘积 (即实际不平衡量) 与许用剩余不平衡量 (Uper) 进行比较, 实际不平衡量小于许用剩余不平衡量, 则该转子的平衡符合所选用的平衡品质级别G, 反之则不符合。

(二) 动平衡的检测方法

1. 将转子称重后, 确定转子在平衡机上的两个支撑点位置, 并确定转子在轴向上的质心位置所在平面与两支撑点位置的间距。

2. 根据该转子所选用的平衡品质级别G, 计算出许用剩余不平衡量 (Uper) , 再将许用剩余不平衡量 (Uper) 按质心位置所在平面与两支撑点位置的轴向间距, 成比例的分配到两个校正面上许用剩余不平衡量 (UperA和UperB) , 在这里Uper=UperA+U-perB。

3. 将转子在平衡机上固定, 测量好两支撑点间距, 选好两校正面, 注意:选择的两校正面必须夹着转子的质心所在的平面。测量好两校正面的间距及校正面上校正点距回转轴线的距离。

4. 定好一个能让平衡机正常工作的转速, 让转子进行旋转, 待转子转速稳定后, 平衡机上会分别显示出两校正面上的实际不平衡量。

5. 将两校正面上的实际不平衡量与分配到两个校正面上的许用剩余不平衡量 (UperA和UperB) 进行比较, 如果两个校正面上的实际不平衡量均小于两个校正面上的许用剩余不平衡量, 则该转子的平衡等级符合所选用的平衡品质级别G, 反之则不符合。

(三) 动平衡方法比静平衡方法的优势

动平衡采用两面校正, 在转子旋转运动时在平衡机上进行测量, 静平衡采用单面校正, 在平衡架上用人工方法进行测量。静平衡相对动平衡而言, 静平衡装置实现起来要求较高, 现许多厂家自行设计制造的静平衡装置往往达不到标准中规定要求, 使用起来准确度不高。还有就是静平衡测量过程中需要用人工反反复复增加配重, 测试需要的时间长, 精度也因操作者而异, 不好把握。而动平衡的测量就是将转子按规定的要求在动平衡机上进行安装, 由平衡机运转后自行生成测量数据, 数据重复性好, 效率高, 精度好, 操作者容易操作。

六、如何用动平衡方法得到静平衡数据

由上面的动平衡测量方法, 我们可以看到, 当两个校正面的间距不断缩小, 直至两个校正面重合时, 实现上就变成一个校正面, 动平衡的数据也就变成了静平衡的数据。由于在平衡机上两个校正面的间距设为零时, 平衡机会不正常显示, 我们可以把两个校正面的间距设为一个比较小的数 (相对两支撑间距而言) , 如10mm, 注意:此时选择的两校正面应该是与该回转体的质心所在的平面很近的位置, 然后按动平衡的检测方法进行测试, 这时, 在平衡机上显示的在两个校正面上的不平衡量会完成一致, 我们只需要选择其中任意一个数值, 这个数值就是这个转子的静不平衡量的数值。

用这种方法实质上与静平衡方法在平衡原理上其实质上是一致的, 只不过用动平衡方法是用平衡机为我们把不平衡量找出来, 而用静平衡方法是用人工方法把不平衡找出来。

在GB/T9239.1-2006《机械振动恒态 (刚性) 转子平衡品质要求第1部分:规范与平衡允差的检验》中4.5.2条中第三款明确指出:“对于单面平衡 (即静平衡) , 转子可以不必旋转, 不过由于灵敏度和准确度的原因, 在大多数情况下, 仍会使用旋转式平衡机合成不平衡能够被测定并校正到限值内”。这就是我们用动平衡方法得到静平衡数据的标准依据。

用动平衡方法代替静平衡方法, 在农业机械设计、研发的实践中将大大提高平衡校验的效率和精度, 对企业提高生产效率和保证转子的精度等级有重要意义。

摘要：运行中的转子出现不平衡是必然的, 不平衡会对如轴承、电机、齿轮零件等带来损坏;因此对转子进行平衡校验是消除旋转设备振动的一项重要措施。用动平衡方法代替静平衡方法进行平衡校验, 得到静平衡数据, 对于提高转子在平衡校验过程中的准确度和工作效率, 有着重要的现实意义。

KPF平衡阀在平衡调节中的应用 篇10

1 现状

物业管理三公司管理供热面积573.31×104m2, 附属3座燃煤锅炉房, 9座燃油 (燃气) 锅炉房, 46座热力站。负责登峰、铁人、拥军、丰收等22个住宅小区875栋住宅楼和附属公共设施的供热服务。

1.1 调节设施

2011年初, 公司外网共计287条供热环路, 环路分、回水缸处主要使用闸阀、蝶阀、球阀等类型的阀门进行二网流量调节, 其中蝶阀、闸阀数量占总数的76% (表1) 。

外网环路上, 除奔二地区使用了KPF平衡阀外, 其他地区仍以闸阀、蝶阀为主。

1.2 存在问题

在平衡调节方面主要存在以下问题:

闸阀、蝶阀等阀门为快开特性阀门, 不具备调控功能;

该类调节精度不足, 有空回间隙, 开度与流量不对应, 调节范围不足;

环路上的流量无法计量, 无法判断单个环路流量是否满足供热用户需求;

管网中各个环路的长度不同, 循环阻力相差较大, 造成流量分配不均。

鉴于上述原因, 在平衡调节时, 工人只能根据室内温度及经验进行反复调节, 无法达到按需供热的要求。当系统存在水力失调现象时, 传统的做法是增大供热管网的管径或增大循环泵的流量, 采用“大流量、小温差”的供热运行方式缓解低温问题, 造成能源浪费。

2 KPF平衡阀的选用

针对目前存在的问题, 若要实现水力工况平衡, 首先要加强外网调控手段, 主要是装设孔板、平衡阀、自力式平衡阀等。由于公司采用分阶段改变流量的质调节的供热运行方式, 且热力站内使用变频泵, 导致系统循环流量、压力变动频繁;若使用自力式平衡阀, 则每改变循环流量或系统压力波动时, 都要对阀门进行调整设定, 给运行管理带来很大不便, 所以不宜采用。孔板平衡措施由于管网实际安装与计算工况很难相同, 所以会有一定的误差。而装设具有流量标定功能的KPF平衡阀进行管网的水力平衡调节, 由于其成本低, 且管网具有可调性, 适合公司范围内使用。

KPF平衡阀具有良好的流量调节特性及开度锁定记忆装置, 配合使用专用智能仪表可测量单体建筑的供热流量。该阀门可实现系统平衡后、总流量增减时, 各支路、各用户的流量同比例增减, 同步传至每一个末端装置, 可有效避免流量失衡、各个环路相互干扰造成的热量浪费。

综上所述, 选择在外网安装使用KPF平衡阀, 加强调控手段, 实施平衡调节。

3 KPF平衡阀的调节方法

3.1 国内现有平衡调节技术

目前国内平衡调节的主要方法有温差法、比例法和CCR法。温差法是在用户入口安装压力表、温度计, 观察热用户处供水、回水温差和热源处的总供水、回水温差的偏离程度大小, 根据经验对其用户阀门进行节流。该方法调节周期时间长, 需要反复进行, 它适用于保温较好的管网。但此调节方法属于粗调, 调节不准确。比例法是利用2台便携式超声波流量计、步话机来完成的。比例法的基本原理为:如果2条并联管路中的水流量以某比例流动 (如1∶2) , 那么当总流量在±30%范围内变化时, 它们之间的流量比仍然保持不变 (1∶2) 。但用比例法调节时相互间不易协调, 对操作人员素质要求较高, 并需要2台相同的流量计。CCR法由数据采集、计算机计算和现场调整三部分构成。先测出被测管网的各管段阻力数S值, 再根据所要求的各支路流量计算出各调节阀相应的开度, 最后根据计算结果依次将各调节阀调节到所计算的开度, 使系统达到所要求的流量。此方法测量各管段实际阻力数S值较为不易。

3.2 KPF综合调节法的研究

通过分析上诉各类调节方法的优缺点, 结合公司选择使用KPF平衡阀的现状, 提出一种新的外网调节方法, 此方法具有比例法和CCR法的一些特点, 因此称之为“KPF综合调节法”。该方法是计算出每栋单体建筑的理论循环流量, 通过安装KPF平衡阀, 利用其专用智能仪表标定通过阀门的实际流量, 调节阀门开度, 使实际流量趋近于理论流量, 实现水力工况平衡。

3.2.1 计算理论流量

由公式 (1) 和公式 (2) 确定各类建筑的设计热指标:

式中:qp为计划热指标;qd为设计热指标;ti为室内温度;toa为室外平均温度。

式中:Q为计划用热量;S为供热面积。

由公式 (3) 计算出单体建筑计划供热量:

式中:G为环路理论流量;C为水的比热容;ts为供水温度;tr为回水温度。

然后计算出运行高峰期每栋建筑的理论循环流量 (在实际操作中, 需根据实际供暖温度、当前室外天气条件以及单体建筑在环路中所处的位置等相关信息综合考虑理论流量) 。

3.2.2 单体流量标定

单体阀门的调节, 将智能仪表与要进行平衡调试的平衡阀阀体上的2个测压小阀连接, 对该平衡阀作二次开度调节。由于智能仪表中已储存各型号平衡阀的性能曲线, 在向仪表输入二次开度值后, 仪表即能获得对应于2个开度下的流量Q1、Q2及阀门在不同开度情况下的流通系数Kv1, Kv2。随后, 仪表即自行解联立方程, 求出系统其他部分的流通系数Kva。之后, 向仪表输入该平衡阀处要求流经的理论流量Q3, 仪表即能计算出该平衡阀在系统水力平衡时的开度值 (由仪表显示出圈数值) 。最后将阀门调试到确定的理论阀门开度值, 完成调试。按照此方式, 对平衡阀进行逐个标定, 即可完成外网的初调节工作。

使用KPF综合调节法对管网进行平衡调节时有两个假设条件:对某一平衡阀做调试时, 系统其他部分看作一个阻力, 用相应的流通系数Kva表示;调节某一平衡阀2个任意开度过程中 (并非2个极端位置) , 系统的阻力系数Kva保持不变, 水泵扬程H保持不变。从实际调试的结果看, 最后1个单体阀门调节后, 最初的阀门流量变化率为3%, 以上2个假设条件对最终的结果影响不大。

3.2.3 整体调节原则

KPF综合调节法遵循下述原则:

在站内总体调节上, 采取“先外后内”的原则。即供热运行初期, 首先将热力站内的循环流量调整到最大值;其次对外网环路进行平衡调节, 将每一个单体建筑的循环流量调整接近至理论流量, 确定阀门开度;然后根据平衡调节的实际情况, 调整热力站分、回水缸处每一条环路的通过流量, 确定阀门开度;最后将热力站内的循环流量降低到供热运行初期所需要的理论流量。

在外网调节上, 采取“先近后远”的原则。首先利用专用智能仪表对相对于热力站较近的平衡阀进行流量标定, 这样可以有效地增大中端和末端的使用流量;其次根据理论流量及实际测温情况, 适当控制中端和末端的流量, 使整个环路水力工况达到平衡。

由于KPF平衡阀具备良好的等比例增长特性, 系统平衡后, 站内流量调整时, 可保证通过外网阀门的流量等比例增长, 所以在完成初调节后, 只需要针对具体情况进行精细调节, 无需再对其他阀门进行调整。

4 KPF平衡阀的应用

公司在2011年实施的《小区采暖计量控制研究》项目中, 启用了奔二地区原有的79个KPF平衡阀, 并新安装平衡阀41个, 确保所有住宅楼及公设的入户都安装有KPF平衡阀。2012年公司又采购并安装了KPF平衡阀224个, 将各锅炉房、热力站的分、回水缸处的阀门更换为KPF平衡阀。KPF平衡阀及专用智能仪如图1所示。

在安装KPF平衡阀后, 公司应用KPF综合调节法完成了供热管网初调节。以奔二地区西环路外网调节为例, 理论流量与实际流量的对比见表2。

从表2可以看出, 调节前近端流量远大于理论流量, 末端流量还达不到理论流量, 存在严重水力失调问题。应用KPF平衡法进行逐步调节, 当住户温度基本都达标后确定最终流量及阀门开度。但是, 3-13#楼的阀门开得再大, 也达不到理论流量, 可判断出该楼管网存在问题, 需要夏季处理。

各环路的调节也是如此, 以站内安装环路调节为例, 理论流量为78.87 m3/h, 外网单体建筑物水力平衡调节后, 实测流量为89.00 m3/h, 经测温普遍偏高, 说明该环路流量设定偏高。以理论流量为依据, 当流量调节为69.50 m3/h时测温比较理想, 最后将该环路流量下调至标定值。

此外, 奔二机厂环路上的原红光修理厂超供问题长期被因保温效果差造成的低温所掩盖, 导致末端环路住宅楼低温, 经过流量标定、调节后, 温度达标率明显上升。还解决了西路2-7至2-14超供高温、安装环路整体高温等诸多问题。在平衡调节中应用KPF平衡阀, 不仅从根本上解决了水力失调问题, 消除了冷热不均现象, 而且节约了热能。

5 结论

《平衡》 篇11

最近，奥巴马总统在公开讲话中表示要对中国采取“强硬”态度。美国在中日钓鱼岛问题上支持日本，在南海问题上纵容越南、菲律宾与中国对抗，并提出针对中国的所谓“冻结现状”的方案。不久前，美国还与澳大利亚签署新的《驻军地位协定》，为美在澳达尔文市驻扎海军陆战队和海军使用澳港口提供了法律依据。这些举措是美国积极推进“亚太再平衡”战略的延续，更反映出美国在全球地缘政治中扮演“离岸平衡者”的理念。这一理念，是其“进攻性现实主义”对外战略思想的核心。

什么是“离岸平衡”呢？哪些国家扮演过“离岸平衡者”的角色呢？

历史上，只有英国和美国。英国自然已是“明日黄花”，不必再提。美国仍然是积极的“离岸平衡者”（或称“离岸平衡手”）。

美国对海外干预有两种模式：一是全面布局，充当世界警察；二是“离岸平衡”，有选择地直接或间接干预。在经历伊拉克、阿富汗两场战争后，美国老百姓大多不再支持它全面卷入世界各地的冲突。“离岸平衡”随之流行起来。从干预性质看，两者一样，只是后者手法更为巧妙。

“离岸平衡者”（ offshore balancer）是“进攻性现实主义”（ offensive realism）代表人物米尔斯海默教授提出的地缘政治概念。在他的成名作《大国政治的悲剧》一书中，米氏根据中美地理特点、地缘政治现实以及美对华战略判断，得出美需要遏制中国崛起、并充当“离岸平衡者”的结论。

“离岸平衡”在二战之后逐步成为美国家安全战略的核心思想。从字面上看，“离岸平衡”是指美需要保持欧亚大陆各大力量之间的平衡，避免该板块上出现能挑战美国全球霸权的“竞争者”，以确保美本土安全以及美在全球的领导地位。而“亚太再平衡”战略，则是美从“离岸平衡”思想出发，根据亚太形势变化，特别是中国发展壮大的现实，提出的亚太离岸平衡新版本。

美是搞地缘政治平衡的老手，深明其道。美亚太版“离岸平衡”与传统意义上的“离岸平衡”是有区别的，也较通常的“离岸平衡”更加复杂、更多层次。

近年来，美国将中国视为正在东亚崛起的竞争对手，开始改变对华“战略模糊”政策，实施以迟滞中国发展为主要目标的“亚太再平衡”战略。毋庸置疑，这已经破坏了亚太的力量均势，给中国周边安全环境增加了更多的不确定性，也对中美关系的走向产生了“逆推力”。

从全球和历史视野来观察美国“离岸平衡”战略的运作，可以对美国“亚太再平衡”有更清晰的了解。

一是“隔岸观火”。许多地区的动荡、战乱背后，都有美国的“离岸推手”。

最为突出的是中东地区。在两伊战争中，美国支持伊拉克打击伊朗，伊拉克在萨达姆统治下坐大，美又找种种理由对伊拉克发动战争，推翻了萨达姆。如今面对伊拉克混乱局面，除了空袭“伊斯兰国”组织武装，压伊拉克总理马里基下台，基本撒手不管。

在亚洲，美国对付阿富汗和巴基斯坦也是如此。

二是“枪打出头鸟”。盟友也不例外。

上世纪七八十年代，日本经济发展势头迅猛，直逼美国，美国内“恐日”情绪弥漫。于是，在美国主导下，西方国家上世纪80年代签署《广场协议》，日元迅速升值。日本很快陷入经济低迷的十年，至今仍未恢复。

美国对待欧盟也毫不客气。走向一体化的欧盟和日益走强的欧元，在美国眼里一样踩了“进攻性现实主义”的“红线”。2008年金融危机爆发时，欧盟国家银行持有近一半美国五花八门的金融衍生品，立即陷入债务危机无法自拔。美联储还向欧洲国家提供美元流动性，将欧盟紧紧地绑在美元体系内。

2014年的乌克兰危机更是天赐良机，美国拉欧盟联合制裁俄罗斯，不仅加强了北约的力量，还使俄欧关系复趋紧张。

三是集中力量应对中国的快速发展和壮大。美国“进攻性现实主义”在亚太的现实对象是中国。美调整对外战略，推行“亚太再平衡”，战略重心转移到亚洲，目的就是要防范和牵制中国的崛起，以维护美国在亚太特别是东亚的主导地位。

中国经过几十年的艰苦奋斗和改革开放，发展势头不可阻挡。中国成为全球强国，将是21世纪人类历史最重要的里程碑。对此，一方面，美国直接下注“对冲”，在西太平洋增兵添将，集中美国60%以上的军事资源，重兵压城，以双重岛链封锁中国——美国与澳大利亚军事合作升级，就是出于此目的；另一方面，鼓噪“中国威胁论”，诱引亚洲邻国对中国崛起的忧虑，并公开支持日本、越南和菲律宾，激化它们与中国的海洋权益争端，挑唆周边国家与中国的分歧和矛盾，将区域和历史遗留问题国际化。

美国以为，这样做可收“一石多鸟”之效：一来，借此更深介入亚洲国家矛盾，从中渔利：二来，激化中国与周边国家矛盾，使中国处于孤立和被群起而攻之的困境；三来，一旦中国被激怒，客观上又能帮助美国牵着其他亚洲国家的鼻子走。亚洲四分五裂，有利于美国的“战略平衡”。可见，运用“离岸平衡”术，美国已达到炉火纯青的地步。

美国的全球战略，就是维护其独霸全球的地位和利益，而要实现这一目标，美国需要控制欧亚大陆及其战略支点欧洲、亚洲和中东。掌控战略支点的绝招，就是使用各种手段，使欧洲、亚洲和中东内部处于分裂状态，相互牵制，形不成合力。这样美国才能高枕无忧，稳坐钓鱼台。美国最担心的是失去对全球的掌控，退回美洲，成为区域性大国。“进攻性现实主义”思想时时刻刻提醒美国，要未雨绸缪，坚决守住老大的位置。从这个意义讲，美国整个民族的忧患意识历来十分强烈。

然而，21世纪毕竟不是19世纪和20世纪。由于核武器“确保相互摧毁”战略的存在，大国之间的热战很难打起来。在全球化迅猛发展的今天，各国相互依存日益加深，中美2013年贸易额已超5000亿美元，冷战的代价也太大。因此，美国在亚洲扮演“离岸平衡者”往往采取两手策略，既要从中渔利，又要防止危机失控，确保按美设计的“路线图”精准发力，有序地推进“亚太再平衡”。

我们了解美国的“离岸平衡”战略，目的是知己知彼，寻求破解之道，扩大中美利益融合，加强“战略再确认”，建设新型大国关系，以避免陷入守成大国与新兴大国的冲突。

美国的两手策略有以下两点值得关注：

首先，在对华合作与遏制中“掌握平衡”。在奥巴马放狠话的同时，美方对建设“中美新型大国关系”总体持积极态度，愿意“求同存异”。中美最近一轮战略和经济对话中，双方在政治、经济、军事、非传统安全等领域获得众多成果，如确认推动双边投资协定（BIT）早日达成、共同推进气候变化国际谈判等。这些正是中美建立新型大国关系得以具体落实的体现。

再则，在中美关系和与同盟国的关系之间“把握平衡”。美国“亚太再平衡”战略涉及中、美和第三国的复杂互动，其中最难处理的是东海、南海问题。对于中日关系，美虽不断重申对盟国日本的支持，但也注意尺度，并就日二战历史问题对日表达“失望”，适当加以约束。在南海问题上，美对华施压已成新常态，但也注意避免过分刺激中国，而是更多地将菲、越等推向前台。

随着中国发展壮大，美国国内现实主义思想占据主流，“合作与竞争并存”会成为现阶段中美关系的主要特征。在军事安全等问题上，竞争可能更突出，也更激烈。这对两国都是新的挑战。

“离岸平衡”思想，实际上与时代发展已经不合拍了。新世纪需要新思维和新的国际关系理论，习近平主席提出的中美建设新型大国关系，就是中国对新的国际关系理论顶层设计的重大贡献。

美国将作为亚太主要力量长期存在，而中国的发展壮大将继续势如破竹。这就需要中美在地缘政治的互动中不断磨合，管控好可能发生的冲撞和危机，真正做到求同存异，增进了解，实现互利共赢。这也是建设中美新型大国关系的要义。

美方提议的“战略再保证”，与建设新型大国关系有相通之处。双方可以深入探讨，提出合适的路径和建议，稳步推进。

军事安全领域，可能是双方需要关注的重点。军事现代化是中国国家现代化的有机组成部分，也是中国利益延伸的实际需要。而美国将维持其全球军事绝对优势看作美霸权的支柱，尤其在西太平洋地区。双方要寻求和平共处的空间，给对方留出回旋余地。

《平衡》 篇12

与传统的二极管不控整流器和相控整流器相比,PWM整流器具有高功率因数、低谐波、能量双向流动等优点[1,2],得到越来越广泛的应用。传统的三相电压型PWM整流器的控制方法是建立在三相输入电压平衡基础上的,当电网电压不平衡时,这些控制方法的性能会受到较大影响,致使电网输入电流和直流输出电压产生大量谐波,影响PWM整流器的控制效果[3,4]。

为抑制直流输出电压的谐波,文献[5]由功率平衡关系导出了使直流电压无谐波的输入电流正负序分量,在正序同步旋转坐标系下对输入电流进行PI控制。由于电流负序分量在正序坐标系下表现为交流量,通过PI调节不能实现无静差调节。文献[6]在两相静止坐标系下对输入电流进行控制,为实现电流的无静差调节,采用了内模控制器。这种方法不需要检测电流正负序分量,简化了控制系统设计,而内模控制器设计则是一个难点。

本文以抑制直流输出电压的谐波为目的,根据功率平衡原理[7],提出了基于正负序控制器的不平衡控制策略。根据功率平衡原则,推导出输入电流正负序分量指令值。为实现对电流的无静差调节,构建正负序两个控制器,分别对输入正负序电流分量进行控制。由于在各个控制器下的控制量均为直流量,采用普通的PI调节器就可以获得良好的控制性能。在Matlab/Simulink上的仿真结果表明提出的控制策略的正确性。

2 基于功率平衡的整流器原理

三相电压型PWM整流器结构图如图1所示。

由图1可推导出在空间矢量上的电压平衡关系式:

$\mathit{E}{}_{\text{s}}=\mathit{V}{}_{\text{s}}+L\frac{\text{d}\mathit{{\rm I}}{}_{\text{s}}}{\text{d}t}+R\mathit{{\rm I}}{}_{\text{s}}(1)$

式中:Es,Vs,Is分别为交流侧电压和电流矢量;L,R为滤波电感和等效电阻。

电网电压不平衡时,Es可分解为正负序电压分量:

Es=ejω tE${}_{dq}^p$+e-jω tE${}_{dq}^n$ (2)

式中:E${}_{dq}^p$,E${}_{dq}^n$分别为正负序同步旋转坐标系电压矢量,E${}_{dq}^p$=Epd+jE${}_q^p$,E${}_{dq}^n$=E${}_d^n$+jE${}_q^n$;ω为电压矢量的旋转角频率。

将Vs,Is也作上述分解,代入式(1),可得:

$\{\begin{array}{l}\mathit{E}{}_{dq}^p=V{}_{dq}^p+L\frac{\text{d}{\rm I}{}_{dq}^p}{\text{d}t}+R{\rm I}{}_{dq}^p+\text{j}\omega L{\rm I}{}_{dq}^p\\ \mathit{E}{}_{dq}^n=V{}_{dq}^n+L\frac{\text{d}{\rm I}{}_{dq}^n}{\text{d}t}+R{\rm I}{}_{dq}^n+\text{j}\omega L{\rm I}{}_{dq}^n\end{array}(3)$

式中:V${}_{dq}^p$,V${}_{dq}^n$,I${}_{dq}^p$,I${}_{dq}^n$分别为交流侧电压、电流矢量的正负序分量。

在电网电压不平衡时,电网的输入功率矢量可表示为

$\begin{array}{l}\mathit{S}={\rm P}+\text{j}Q=\mathit{E}{}_{\text{s}}\mathit{{\rm I}}{}_{\text{s}}^{*}\\ =(\text{e}{}^{\text{j}\omega t}\mathit{E}{}_{dq}^p+\text{e}{}^{-\text{j}\omega t}\mathit{E}{}_{dq}^n)(\text{e}{}^{\text{j}\omega t}\mathit{{\rm I}}{}_{dq}^p+\text{e}{}^{-\text{j}\omega t}\mathit{{\rm I}}{}_{dq}^n){}^{*}\end{array}(4)$

代入E${}_{dq}^p$,E${}_{dq}^n$,I${}_{dq}^p$,I${}_{dq}^n$,可求得

$\{\begin{array}{l}{\rm P}(t)={\rm P}{}_0+{\rm P}{}_{c2}\cos (2\omega t)+{\rm P}{}_{s2}\sin (2\omega t)\\ Q(t)=Q{}_0+Q{}_{c2}\cos (2\omega t)+Q{}_{s2}\sin (2\omega t)\end{array}(5)$

其中

$\{\begin{array}{l}{\rm P}{}_0=1.5(E{}_d^p{\rm I}{}_d^p+E{}_q^p{\rm I}{}_q^p+E{}_d^n{\rm I}{}_d^n+E{}_q^n{\rm I}{}_q^n)\\ {\rm P}{}_{c2}=1.5(E{}_d^p{\rm I}{}_d^n+E{}_q^p{\rm I}{}_q^n+E{}_d^n{\rm I}{}_d^p+E{}_q^n{\rm I}{}_q^p)\\ {\rm P}{}_{s2}=1.5(E{}_q^n{\rm I}{}_d^p-E{}_d^n{\rm I}{}_q^p-E{}_q^p{\rm I}{}_d^n+E{}_d^p{\rm I}{}_q^n)\\ Q{}_0=1.5(E{}_q^p{\rm I}{}_d^p-E{}_d^p{\rm I}{}_q^p+E{}_q^n{\rm I}{}_d^n-E{}_d^n{\rm I}{}_q^n)\\ Q{}_{c2}=1.5(E{}_q^p{\rm I}{}_d^n-E{}_d^p{\rm I}{}_q^n+E{}_q^n{\rm I}{}_d^p-E{}_d^n{\rm I}{}_q^p)\\ Q{}_{s2}=1.5(E{}_d^p{\rm I}{}_d^n+E{}_q^p{\rm I}{}_q^n-E{}_d^n{\rm I}{}_d^p-E{}_q^n{\rm I}{}_q^p)\end{array}(6)$

根据功率平衡原理,当忽略滤波电感和电阻的影响时,电网输入功率等于直流侧的输出功率。由式(6)可知,由于电网不平衡,导致输入有功功率和无功功率均存在2次电网频率的谐波分量。输入有功功率的2次谐波分量将导致直流电压也存在2次谐波,影响整流器的直流输出特性。

为抑制直流电压的2次谐波,可令电网输入有功功率的2次谐波分量为零,即P*c2=P*s2=0;同时为了获得单位功率因数,令输入无功功率的直流分量为零,即Q*0=0,代入式(6)的前4个式子,可求得抑制直流电压谐波的电流指令值:

$\begin{array}{l}\left[\begin{array}{c}{\rm I}{}_d^{p*}\\ {\rm I}{}_q^{p*}\\ {\rm I}{}_d^{n*}\\ {\rm I}{}_q^{n*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}E{}_d^p& E{}_q^p& E{}_d^n& E{}_q^n\\ E{}_q^p& -E{}_d^p& E{}_q^n& -E{}_d^n\\ E{}_q^n& -E{}_d^n& -E{}_q^p& E{}_d^p\\ E{}_d^n& E{}_q^n& E{}_d^p& E{}_q^p\end{array}\right]{}^{-1}\left[\begin{array}{c}\frac{2}{3}{\rm P}{}_0^{*}\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right]\\ =\frac{2{\rm P}{}_0^{*}}{3D}\left[\begin{array}{c}E{}_d^p\\ E{}_q^p\\ -E{}_d^n\\ -E{}_q^n\end{array}\right](7)\end{array}$

式中:P*0为设定的有功功率的直流分量;D=[(E${}_d^p$)2+(E${}_q^p$)2-(E${}_d^n$)2-(E${}_q^n$)2]≠0。

根据式(7)的电流指令值,通过合适的电流控制策略,可以使输入有功功率不含2次谐波,直流电压的谐波将得到很好的抑制。但是,由式(7)可知,输入电流的负序分量不为零,致使电网电流各相不平衡,而且输入无功功率也存在2次谐波。

3 不平衡控制策略的实现

由于在正序同步旋转坐标系中,负序分量表现为2次电网频率的交流值,当使用PI调节器时,不能实现无静差调节。所以,本文在正序坐标系下用正序控制器实现对正序分量控制的同时,增加了一个负序控制器,实现对负序分量的无静差调节。

3.1 正负序电压电流分量检测

将电压矢量Es变换到正序同步旋转坐标系,可得:

e-jω tEs=E${}_{dq}^p$+e-j2ω tE${}_{dq}^n$ (8)

由式(8)可知,负序电压分量表现为频率为2倍电网频率的交流量,使用陷波频率为2次电网频率的陷波器将负序交流分量滤除,即可得到正序电压分量。同理,在负序同步旋转坐标系中,通过陷波器滤除正序交流分量,可得到负序电压分量。检测电网电压正负序分量的原理图如图2所示。

图2中,坐标系之间的转换矩阵如下:

$\mathit{C}{}_{abc/\alpha \beta }=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right](9)$

$\mathit{C}{}_{\alpha \beta /dq\_p}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\omega t)& \sin (\omega t)\\ -\sin (\omega t)& \cos (\omega t)\end{array}\right](10)$

$\mathit{C}{}_{\alpha \beta /dq\_n}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\omega t)& -\sin (\omega t)\\ \sin (\omega t)& \cos (\omega t)\end{array}\right](11)$

正负序电网电流的检测原理也与此相同。

3.2 输入电流指令计算

由式(7)可知,要获得电流指令值,首先要计算输入有功功率的直流分量P*0。为了保持直流输出电压Udc稳定,加入电压外环,采用PI调节器进行控制。直流电压设定为U*dc,由功率关系,电压PI调节器的输出与直流输出电流相对应,则输出功率为

${\rm P}{}_{\text{o}\text{u}\text{t}}^{*}=[({\rm K}{}_{v\text{Ρ}}+\frac{{\rm K}{}_{v\text{Ι}}}{s})(U{}_{\text{d}\text{c}}^{*}-U{}_{\text{d}\text{c}})]U{}_{\text{d}\text{c}}^{*}(12)$

由功率平衡关系,输入有功功率P*0即等于输出功率P*out。根据式(7),结合检测到的正负序电压分量,即可求得输入电流指令值。

3.3 基于正负序控制器的电流控制

在正序同步旋转坐标系下,由式(3)可知正序电流的d轴和q轴分量相互耦合,所以采用基于前馈的解耦控制规律,对解耦后的d,q轴分量分别进行PI调节。经过前馈解耦和PI控制,可推导出整流器交流侧正序电压分量为

$\{\begin{array}{l}V{}_d^p=E{}_d^p-({\rm K}{}_{i\text{Ρ}}+\frac{{\rm K}{}_{i\text{Ι}}}{s})({\rm I}{}_d^{p*}-{\rm I}{}_d^p)+\omega L{\rm I}{}_q^p\\ V{}_q^p=E{}_q^p-({\rm K}{}_{i\text{Ρ}}+\frac{{\rm K}{}_{i\text{Ι}}}{s})({\rm I}{}_q^{p*}-{\rm I}{}_q^p)-\omega L{\rm I}{}_d^p\end{array}(13)$

同理,在负序同步旋转坐标系下,对负序电流进行前馈解耦和PI控制,得到交流侧负序电压分量为

$\{\begin{array}{l}V{}_d^n=E{}_d^n-({\rm K}{}_{i\text{Ρ}}+\frac{{\rm K}{}_{i\text{Ι}}}{s})({\rm I}{}_d^{n*}-{\rm I}{}_d^n)-\omega L{\rm I}{}_q^n\\ V{}_q^n=E{}_q^n-({\rm K}{}_{i\text{Ρ}}+\frac{{\rm K}{}_{i\text{Ι}}}{s})({\rm I}{}_q^{n*}-{\rm I}{}_q^n)+\omega L{\rm I}{}_d^n\end{array}(14)$

将交流侧电压正负序分量变换到两相静止坐标系:

$\left[\begin{array}{c}V{}_{\alpha }^{}\\ V{}_{\beta }^{}\end{array}\right]=\mathit{C}{}_{dq\_p/\alpha \beta }\left[\begin{array}{c}V{}_d^p\\ V{}_q^p\end{array}\right]+\mathit{C}{}_{dq\_n/\alpha \beta }\left[\begin{array}{c}V{}_d^n\\ V{}_q^n\end{array}\right](15)$

式中:Cdq_p/α β,Cdq_n/α β分别为坐标系之间的转换矩阵,Cdq_p/α β=Cαβ/dq_n,Cdq_n/α β=Cα β/dq_p。

根据交流侧电压矢量Vα,Vβ,通过SVPWM调制方法可以得到控制功率开关的6个开关信号,实现不平衡控制策略。

不平衡电压下PWM整流器的整体控制框图如图3所示。

4 仿真分析

为了验证提出的不平衡控制策略,在Matlab/Simulink下搭建仿真平台,进行仿真分析。仿真参数如下:正序电压幅值$E{}_p=220\times \sqrt{2}\text{V}$;负序电压幅值$E{}_n=22\times \sqrt{2}\text{V}$;滤波电感L=2 mH;等效电阻R=0.05 Ω;滤波电容C=2 200 μF;负载电阻RL=20 Ω;直流电压设定U*dc=700 V。

图4为正序控制器控制时的波形。由图4可知,直流电压、输入有功功率和无功功率都存在频率为100 Hz的2次谐波。说明正序控制器不能实现对输入电流的无静差调节,从而影响PWM整流器的直流输出特性。图5为正负序控制器控制时的波形。可以看到,对电流的正负序分量分别在正序和负序控制器下进行控制,使得输出直流电压和输入有功功率的2次谐波都得到很好的抑制。输入电流中加入了负序分量,输入无功功率也存在2次谐波,与理论分析相符。当电压从平衡到不平衡变化时,正负序控制器控制时的波形如图6所示。可以看出过渡过程平缓, 过渡时间较短,直流电压和输入有功电流几乎没有波动,输入电流加入了负序分量,输入无功功率从零变化为2次谐波量。

由仿真波形可知,基于正负序控制器的控制策略可以对直流电压2次谐波起到很好的抑制作用,改善整流器的直流输出特性。

5 结论

本文提出了一种使三相电压型PWM整流器直流输出电压无谐波的不平衡控制策略。根据功率平衡原理导出输入电流的正负序分量,采用正序和负序两个控制器来分别对电流的正负序直流分量进行控制,可以达到快速而且无静差的控制效果。仿真结果表明,提出的不平衡控制策略能够很好地抑制直流输出电压的谐波,改善PWM整流器的直流输出特性。此外,提出的控制策略是在原有正序控制器的基础上只增加了一个负序控制器,并不增加额外的硬件资源,易于在平衡控制策略基础上实现。

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