電壓不穩(wěn)

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電壓不穩(wěn)范文第1篇

關(guān)鍵字：低壓配電線路故障電壓偏低

低壓配電線路，肩負(fù)著配電變壓器功力分配任務(wù)。但是，隨著我國城市工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高：如在城區(qū)賓館、家庭小工廠的開啟，居民家用電器的添加等，為電力系統(tǒng)保證供電質(zhì)量帶來了很大的困難。特別是在酷暑夏日及嚴(yán)寒冬日時(shí)段的用電高峰期，往往容易造成居民用戶電壓偏低，無法正常用電，給居民用戶生活帶來了不便，甚至可能造成經(jīng)濟(jì)損失。

一、對低壓配電線路故障及電壓不穩(wěn)定的原因分析

線路故障的主要原因是部分線路設(shè)備老化嚴(yán)重，設(shè)備固有的隱患不易消除，在季節(jié)發(fā)生變化時(shí)線路跳閘尤為嚴(yán)重。表現(xiàn)在配網(wǎng)線路各類交跨距離不夠，部分線路線路檔距過大，大風(fēng)時(shí)易混線造成相間短路故障。另外，樹障也是造成線路故障的一個(gè)重要因素，再加上配電線路防雷措施不足。線路所處區(qū)域空曠易招雷擊，而配電線路一般沒有避雷線，線路直擊雷或感應(yīng)雷過電壓就會在線路設(shè)施薄弱之處尋找出路，造成損害，而配電絕緣子打壓困難，低值、零值絕緣子長期運(yùn)行，絕緣子質(zhì)量不過關(guān)或存在隱患運(yùn)行，在雷擊時(shí)易引起線路接地或相間短路等。

（一）因線路設(shè)備自身缺陷故障（內(nèi)因）

1．線路設(shè)備老化嚴(yán)重，因種種原因發(fā)生故障，季節(jié)變化時(shí)尤為嚴(yán)重。

2．導(dǎo)線斷線故障：施工工藝不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)線與絕緣子的綁扎處、引流綁扎處扎線脫落，造成引流斷或燒斷導(dǎo)線。

3．配變臺變故障跌落燒毀、配變燒毀、引流斷等造成線路故障。

4．變壓器避雷器損壞造成線路接地。

5．相間短路故障：線路檔距過大，導(dǎo)線弧垂過大，大風(fēng)時(shí)易混線，造成相間短路故障。

6．低值、零值絕緣子造成故障：因配電絕緣子打壓困難，低值、零值絕緣子得不到及時(shí)更換，運(yùn)行造成接地。春秋兩檢時(shí)都能發(fā)現(xiàn)絕緣子擊穿現(xiàn)象。

（二）外力破壞造成線路故障

1．樹障：電力線路走廊樹障一直是影響海南電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要隱患之一，開展電力線路走廊樹障清理，保證電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是提供連續(xù)、安全、穩(wěn)定的電能的一項(xiàng)非常重要的工作。

2．房障、交叉跨越公路危害電網(wǎng)安全，清除步履艱難。一些單位和個(gè)人違反電力法律、法規(guī)，擅自在電力線路保護(hù)區(qū)內(nèi)違章建房、種樹、修路、挖堰，嚴(yán)重威脅著供電安全。

3．違章施工作業(yè)。表現(xiàn)在一些單位和個(gè)人置電力設(shè)施安全不顧，在電力設(shè)施保護(hù)區(qū)內(nèi)盲目施工，有的挖斷電纜，有的撞斷桿塔，有的高空拋物，有的圍塘挖堰，在線下釣魚等，導(dǎo)致線路蹈間。

4．盜竊、破壞電力設(shè)施，危及電網(wǎng)安全。

5．輸電線路下焚燒農(nóng)作物、山林失火及漂浮物（如放風(fēng)箏、氣球、白色垃圾），導(dǎo)致線路跳閘。盜割導(dǎo)線的破壞。

（三）設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)上存在的問題

1．已改造或未改造的線路未裝分段開關(guān)或裝設(shè)的分段開關(guān)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，線路一發(fā)生故障，直接跳變電所開關(guān)，跳閘率高，故障點(diǎn)也不容易查找。

2．外線維護(hù)單位責(zé)任心事業(yè)心不強(qiáng)，線路瞬時(shí)故障重合成功的外線一般不主動查線，致使故障隱患一直存在，得不到消除。因此配電網(wǎng)運(yùn)行多少存在拼設(shè)備的情況。

二、改善低壓配電線路電壓不穩(wěn)定的對策

1、合理的布置配電變壓器位置

由于在城市中心大多數(shù)是百年老城，給我們架設(shè)低壓配電線路和安裝配電變壓器帶來了很大的困難，為了滿足居民用戶電壓要求，確保電壓穩(wěn)定，在滿足城市規(guī)劃的前提下，我們盡量將配電變壓器布置在負(fù)荷中心。當(dāng)負(fù)荷密度高、供電范圍大時(shí)通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)布置，以滿足居民用戶用電電壓的要求。

2、增加配電變壓器的容量

由于受到城市規(guī)劃的限制，在城市道路的兩旁沒有增架配電變壓器的位置，原來的配電變壓器大多數(shù)是城網(wǎng)改造安裝的（一般是s11-m-315/10及以下），甚至有的更早，然而居民用戶用電量日益增加，以前的容量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前用電形式。往往造成居民用戶電壓低，家用電器不能正常使用。當(dāng)遇到這種情況時(shí)：

1、我們可以將配電變壓器由原來的小容量更換成大容量（如s11-m-315/10增加到s11-m-500/10或s11-m-630/10等），來保證居民用戶電壓質(zhì)量。

2、增加配電變壓器臺區(qū)，如果在電壓低的地區(qū)有安裝配電變壓器的位置，我們可以通過加配電變壓器的方法來改善用戶電壓低困難。

3、合理的分配負(fù)載，確保三相負(fù)載平衡：

低壓配電線路是負(fù)責(zé)分配電能任務(wù)的，如果我們在安裝過程中沒有注意負(fù)載合理分配，會造成負(fù)載嚴(yán)重偏相，引起有的用戶電壓低，有的用戶電壓高，電壓低的負(fù)載不能正常工作，電壓高的負(fù)載而損壞。所以我們在三相四線制中，在分配負(fù)載時(shí)要合理，盡量保持三相平衡。

4、改善線路末端電壓

配電變壓器的低壓配電線路供電半徑一般是100-150米，但是有的居民用戶在供電范圍之外甚至更遠(yuǎn)，在低壓配電線路的末端，這種情況如果遇到用電高峰期時(shí)，往往會使居民用戶電壓低，給用戶帶來了生活不便。當(dāng)遇到這種情況時(shí)，我們可以將末端的這些用戶甩給相鄰附近的配電變壓器供電，也可以根據(jù)實(shí)際情況新增加相當(dāng)容量的配電變壓器，以保證用戶的供電質(zhì)量。

電壓不穩(wěn)范文第2篇

關(guān)鍵詞：LDO線性穩(wěn)壓器；LDR；頻率補(bǔ)償；頻率穩(wěn)定

中圖分類號：TN432 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1515703

Pole Tracking Frequency Compensation for LDO Regulator

WANG Xihu,WU Longsheng,LIU Youbao

(Xi′an Microelectronic Technology Institute,Xi′an,710054,China)

Abstract：A novel frequency compensation technique for low-dropout linear regulator is presented.The proposed technique,called pole tracking compensation,provides fast transient response and does not need on-chip frequency compensation capacitor which helps enable higher integration.Theoretical analysis and simulation results show that the stability of LDO regulator is guarded under full load condition.

Keywords：LDO linear regulator;LDR;frequency compensation;frequency stability

1 引 言

便攜電子設(shè)備無論是由蓄電池組，還是交流市電經(jīng)過整流后(或交流適配器)供電，工作過程中，電源電壓都存在變化。例如單體鋰離子電池充足電時(shí)的電壓為4.2 V，放電后的電壓為2.3 V，變化范圍很大。而各種整流器的輸出電壓不僅受市電電壓變化的影響，還受負(fù)載變化的影響。因而近年來，低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Linear Regulator)以其低成本，高電池利用率，潔凈的輸出電壓等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動電話、掌上電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品，以及便攜式醫(yī)療設(shè)備和測試儀器中。

LDO穩(wěn)壓器的頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)，不僅直接決定了頻率穩(wěn)定性，而且對LDO穩(wěn)壓器的性能參數(shù)，尤其是瞬態(tài)響應(yīng)速度，有很大的影響。此外，隨著當(dāng)前半導(dǎo)體集成電路工藝的發(fā)展，越來越多的功能電路能夠被集成于單一芯片中，而現(xiàn)有的LDO穩(wěn)壓器頻率補(bǔ)償技術(shù)，對芯片上頻率補(bǔ)償電容的需要，大大阻礙了LDO穩(wěn)壓器芯片集成度的提高和與其他功能電路的系統(tǒng)集成。

本文對LDO穩(wěn)壓器的頻率穩(wěn)定問題，和現(xiàn)有的頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的頻率補(bǔ)償方法，并給出了電路實(shí)現(xiàn)途徑。通過一個(gè)采用TSMC0.18 μm混合信號半導(dǎo)體工藝，最大輸出電流為100 mA的LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)，對該方法做出了進(jìn)一步的說明。最后，結(jié)合LDO穩(wěn)壓器的HSpice仿真結(jié)果，對本文提出的頻率補(bǔ)償方法的效果進(jìn)行了討論。

2 LDO穩(wěn)壓器頻率補(bǔ)償

LDO穩(wěn)壓器的典型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1中，Vref為具有良好溫度特性的電壓參考信號，Vin為不穩(wěn)定的輸入電壓信號，Vo為輸出電壓信號。LDO穩(wěn)壓器利用由壓差放大器、電壓緩沖器、電壓調(diào)整管Mpass和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路，維持Vo穩(wěn)定。

圖1 LDO穩(wěn)壓器典型結(jié)構(gòu)當(dāng)環(huán)路對一定頻率的信號的相移達(dá)到-180°時(shí)，負(fù)反饋成為了正反饋，如果環(huán)路增益T仍大于單位增益，環(huán)路將產(chǎn)生自激振蕩，失去穩(wěn)定Vo的作用，故需要頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)，來保證在相移達(dá)到-180°之前，T已衰減到單位增益以下。在單位環(huán)路增益頻率fu處，環(huán)路相移與180°的和，被稱為相位裕度θ。在θ與閉環(huán)增益Acl間存在以下關(guān)系：

|Acl(fu)|=1β*11+expj(θ-180°)(1)

其中β為反饋系數(shù)，1/β為低頻閉環(huán)增益。

由式(1)可以看到，若相位裕度小于60°，則|Acl|大于1/β，即發(fā)生過沖。過沖會導(dǎo)致LDO穩(wěn)壓器的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)欠阻尼振蕩(振鈴)。因而相位裕度不僅是考察頻率穩(wěn)定性的重要參數(shù)，而且對瞬態(tài)響應(yīng)也有很大影響。

圖1中存在兩個(gè)低頻極點(diǎn)，分別為位于電壓緩沖器輸出端的極點(diǎn)P1，和LDO穩(wěn)壓器輸出端的極點(diǎn)P2。P1與P2的值由電壓緩沖器的輸出等效電阻Ro1，Mpass的柵、源極電容Cgs，LDO穩(wěn)壓器輸出端的等效電阻Ro2和外接電容Co決定:P1=-12π*Ro1*Cgs(2)

P2=-12π*Ro2*Co=-12π*(Vo/Io)*Co

=-Io2π*Vo*Co(3) 為保證LDO穩(wěn)壓器的頻率穩(wěn)定性和足夠的相位裕度，P1與P2的間距(P1/P2)應(yīng)足夠大。但由式(3)，P2隨著LDO穩(wěn)壓器的輸出電流的增大，逐漸向高頻移動，使P1和P2的間距縮小，造成頻率穩(wěn)定性變差。

傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓器的頻率補(bǔ)償方法，如圖1所示，利用了輸出端電容Co及其等效串聯(lián)電阻Resr，產(chǎn)生一個(gè)左半平面(LHP)零點(diǎn)Z1：Z1=-12π*Resr*Co(4) 若Resr的取值使Z1與P1足夠接近，并相互抵消，則在LDO穩(wěn)壓器的通帶內(nèi)只有一個(gè)極點(diǎn)P2，環(huán)路相移不會超過-180°。但是，Resr會增加Vo在瞬態(tài)過程中的變化幅度，降低對Vin中噪聲的抑制，且對Resr取值的要求，限制了Co可選擇的類型，增大了使用難度和系統(tǒng)成本。此外，Resr的值還受到環(huán)境溫度、電壓和頻率的影響，所以頻率穩(wěn)定性不能得到可靠的保障。

由于以上原因，當(dāng)前的LDO穩(wěn)壓器，多采用內(nèi)部頻率補(bǔ)償。一類內(nèi)部頻率補(bǔ)償技術(shù)借鑒了傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓器的零、極點(diǎn)抵消方法，并利用前饋技術(shù)［1］,或芯片內(nèi)部的RC網(wǎng)絡(luò)［2］和電壓控制電流源［3］，產(chǎn)生所需的零點(diǎn)。但是，要做到芯片內(nèi)產(chǎn)生的零點(diǎn)與相應(yīng)極點(diǎn)的完全匹配，是非常困難的。而未能相互抵消的零點(diǎn)和極點(diǎn)，會成為LDO穩(wěn)壓器通帶內(nèi)的零、極點(diǎn)對(doublet)，造成Vo建立時(shí)間的增加。另一類廣泛使用的內(nèi)部頻率補(bǔ)償為米勒頻率補(bǔ)償。米勒補(bǔ)償具有極點(diǎn)分離的特性，即通過跨接在Mpass柵極和漏極的米勒電容Cm，將P1推向低頻， P2推向高頻。米勒補(bǔ)償后，P1與P2由式(2)、式(3)變?yōu)椋篜1-12π*gm*Ro1*Ro2*Cm(5)

P2-gm2π*Co(6) 其中，gm為Mpass的跨導(dǎo)。

由式(5)，欲使P1遠(yuǎn)小于P2，則Cm會很大，電路內(nèi)部對其充放電的過程造成Vo的壓擺時(shí)間tsr變長。因Co很大，由式(6)，P2處于低頻，限制了增益帶寬GBW。米勒補(bǔ)償對tsr和GBW的影響，直接增大了LDO穩(wěn)壓器的環(huán)路延時(shí)td(參看式(7))。雖然通過嵌套的米勒頻率補(bǔ)償方法［4］或電容倍增電路［5］，能夠減小Cm，但未能根除Cm對LDO穩(wěn)壓器芯片的集成度的影響。tdtsr+1/GBW(7) 針對以上問題，下節(jié)將給出一種能夠保證LDO穩(wěn)壓器的高速，且無需芯片上頻率補(bǔ)償電容的新型頻率補(bǔ)償方法。

3 極點(diǎn)跟隨頻率補(bǔ)償

LDO穩(wěn)壓器空載時(shí)，由式(3)，P2為0 Hz(實(shí)際上，此時(shí)P2=-λ*IDMpass2π*Co，λ和IDMpass為Mpass的溝道調(diào)制系數(shù)和漏極電流)，P1只需大于0 Hz，P1與P2的間距(P1/ P2)就足以保證頻率穩(wěn)定性。隨著輸出電流的增大，P2向高頻移動，如果P1能夠跟隨P2的變化，則P1與P2的間距得到維持。極點(diǎn)跟隨的頻率補(bǔ)償，即是當(dāng)輸出電流變化時(shí)，通過使P1跟隨P2的變化，獲得頻率穩(wěn)定性的方法。

一種使P1跟隨P2變化的電路實(shí)現(xiàn)，可利用共集電極和共漏極電壓緩沖器的輸出電阻，分別與偏置電流和偏置電流的開方成反比的規(guī)律，根據(jù)輸出電流來動態(tài)地調(diào)整電壓緩沖器的偏置電流，使P1也受輸出電流控制。

一個(gè)采用了極點(diǎn)跟隨頻率補(bǔ)償?shù)腖DO穩(wěn)壓器，如圖2所示。其中，完成頻率補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)偏置電壓緩沖器，包括了由MOS晶體管MP3，MN4和運(yùn)算放大器OPA組成的輸出電流監(jiān)測電路，由MN1~MN3和MP1~MP2組成的電流鏡電路，以及由電流源IB2，IB3和雙極晶體管Q3~Q6組成的電壓緩沖器。圖2 一個(gè)采用極點(diǎn)跟隨頻率補(bǔ)償?shù)腖DO穩(wěn)壓器 輸出電流監(jiān)測電路中的MP3與LDO穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整管Mpass的源、柵極驅(qū)動電壓相等，且由于運(yùn)放OPA輸入端“虛短”特性，MP3的漏極(OPA正向輸入端)電壓等于Mpass的漏極(OPA負(fù)向輸入端)電壓，故有：IDMP3IoIDMP3IDMpass=(W/L)MP3(W/L)Mpass=K1(8) 電流鏡電路的輸入電流IDMP3與輸出電流IDMP1，IDMN1，有以下關(guān)系：

IDMP1IDMP3=IDMN1IDMP3=(W/L)MN2(W/L)MN3=(W/L)MN1(W/L)MN3=K2(9)

電壓緩沖電路中，Q3~Q4和IB2~IB3為Q5~Q6提供了甲乙類輸出控制，Q3~Q6構(gòu)成了一個(gè)跨導(dǎo)線性環(huán)(trans-conductance linear loop)，因而有：ICQ3ICQ6=ICQ4ICQ5=AEQ3AEQ6=AEQ4AEQ5=K3(10)其中，AEQ3~AEQ6為Q3~Q6的發(fā)射極面積。

又因ICQ3，ICQ4分別為IB2與IDMP1，IB3與IDMN1之和，若IB2=IB3，IDMP1IB2，IDMN1IB3，則由式(8)、式(9)和式(10)，有：ICQ5=ICQ6=K1K2*K3*Io=K*Io(11) 故動態(tài)偏置電壓緩沖器輸出電阻Ro1為：

Ro1=REQ5REQ6=12*VTICQ5=VT2*K*Io(12)

其中VT為熱電壓。

將式(12)代入式(2)，有：

P1=-12π*Ro1*Cgs=-Io*Kπ*Cgs*VT(13)

對照式(3)與式(13)，可以看到，P1/P2獨(dú)立于Io，故圖2中的LDO穩(wěn)壓器獲得了在整個(gè)負(fù)載變化范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定性。

4 仿真結(jié)果與討論

采用TSMC 0.18 μm混合信號Spice模型，和高精度仿真工具HSpice，對圖2中的LDO穩(wěn)壓器進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證。在Co=1 μF，Io=100 mA的條件下，環(huán)路增益T的幅頻與相頻響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖3所示，在單位環(huán)增益頻率內(nèi)，幅頻特性與單極點(diǎn)系統(tǒng)相同，以-20 dB/dec的速度衰減，相位裕度大于80°。

圖3 LDO穩(wěn)壓器環(huán)路增益的幅頻與相頻特性圖4為輸出電流Io在20 ns內(nèi)由0跳變?yōu)?00 mA時(shí)，LDO穩(wěn)壓器輸出電壓Vo的瞬態(tài)響應(yīng)。由圖4可以看到，Vo從空載到滿載的轉(zhuǎn)換時(shí)間約為0.5 μs。如此良好的瞬態(tài)響應(yīng)是由于極點(diǎn)跟隨頻率補(bǔ)償具有以下優(yōu)點(diǎn)：極點(diǎn)P1對P2的跟隨，減小了P1的附加相移，增加了相位裕度，則由式(1)，有利于減小過沖導(dǎo)致的輸出電壓振鈴現(xiàn)象；無需引入零點(diǎn)，因而避免了零、極點(diǎn)對造成的輸出電壓穩(wěn)定時(shí)間的增加；對帶寬沒有限制，且無需米勒頻率補(bǔ)償電容，則由式(7)，有利于減小環(huán)路延時(shí)。此外，電壓緩沖器中的甲乙類推拉結(jié)構(gòu)和動態(tài)電流，對提高響應(yīng)速度也有很大幫助。

圖4 LDO穩(wěn)壓器瞬態(tài)響應(yīng)最后需要說明的是，對輸出電壓Vo進(jìn)行的直流掃描結(jié)果表明，Vo在整個(gè)輸出電流范圍內(nèi)的變化較大，約為4%。經(jīng)分析，主要由以下因素造成：圖2中的寬帶壓差放大器的非對稱結(jié)構(gòu)引入了較大的輸入失調(diào)電壓；雙極器件的基極電流，以及NPN型器件與PNP型器件參數(shù)(放大倍數(shù)等)的差異引入的誤差。通過改用對稱結(jié)構(gòu)的低失調(diào)壓差放大器，并將雙極器件替換為MOS器件，可提高LDO穩(wěn)壓器的精度。但是由于低失調(diào)壓差放大器引入的低頻極點(diǎn)，以及MOS器件的低跨導(dǎo)造成的P1的頻率降低，會減小相位裕度，所以應(yīng)避免在壓差放大器中采用電流鏡(引入鏡極點(diǎn))或共源共柵(增加節(jié)點(diǎn)電阻)等結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)提高電壓緩沖器中器件的尺寸和偏置電流。

5 結(jié) 語

本文提出的極點(diǎn)跟隨的頻率補(bǔ)償方法，提供了LDO穩(wěn)壓器良好的頻率穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)，且無需芯片上頻率補(bǔ)償電路，因而不僅適用于高負(fù)載變化響應(yīng)速度的單芯片LDO穩(wěn)壓器，在集成電源管理和片上系統(tǒng)(SOC)方面，也有較好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Leung K N,Mok P K T,Ki W H.A Novel Frequency Compensation Technique for Low-Voltage Low-Dropout Regulator\.IEEE International Symposium on Circuits and Systems,1999(5):102-105.［2］Ka Chun Kwok,Mok P K T.Pole-Zero Tracking Frequency Compensation for Low Dropout Regulator\.IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2002(4):735-738.

［3］Chava C K,Silva-Martinez J.A Robust Frequency Compensation Scheme for LDO Voltage Regulators\.IEEE Transactions on Circuits and Systems Part-I,2004,51:1 041-1 050.

［4］Lau S K,Leung K N,Mok P K T.Analysis of Low-Dropout Regulator Topologies for Low-Voltage Regulator\.IEEE Conference on Electron Devices and Solid-State Circuits\.Hong Kong,2003(3):379-382.

［5］Kok Soon Yeo,Ai min Xu,Joel pensating Capacitive Multiplier,U.S.6,812,778 B1\.2004.

電壓不穩(wěn)范文第3篇

關(guān)鍵詞：電力 無功功率 　電壓控制

電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時(shí)才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式是經(jīng)常變化的，由此引起電壓發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓偏移。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則就會偏離額定值。

電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補(bǔ)償設(shè)備，對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行都有著十分重要的作用。如果系統(tǒng)無功電源不足，則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無功功率的減少來彌補(bǔ)無功電源的不足。因此，要維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平，就必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負(fù)荷對無功功率的需求和補(bǔ)償線路和變壓器中的無功功率損耗。

一、無功功率就地補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

（1）無功補(bǔ)償裝置的分布，首先要考慮調(diào)壓的要求，滿足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)。同時(shí)，也要避免無功功率在電網(wǎng)內(nèi)的長距離傳輸，減少電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗。無功功率補(bǔ)償?shù)脑瓌t是做到無功功率分層分區(qū)平衡，就是要做到哪里有無功負(fù)荷就在那里安裝無功補(bǔ)償裝置。

（2）無功功率不足的危害：交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機(jī)，變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無功功率不足，無功電源和無功負(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來諸如出力不足，電力系統(tǒng)損耗增加，設(shè)備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網(wǎng)大面積停電。

（3）無功補(bǔ)償原理：在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流之后電壓九十度，純電容負(fù)載中電流超前電壓九十度，也就是說純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當(dāng)電源向外供電時(shí)，感性負(fù)荷向外釋放的能量由榮幸負(fù)荷儲存起來；當(dāng)感性負(fù)載需要能量時(shí)，再由榮幸負(fù)荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負(fù)荷間相互交換，感性負(fù)荷所需要的無功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

二．無功功率的補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

（1）集中補(bǔ)償

集中補(bǔ)償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補(bǔ)償方式，安裝簡便，運(yùn)行可靠，利用率高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí)，又無自動控制裝置時(shí)，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強(qiáng)，空載運(yùn)行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。

（2）分散補(bǔ)償

分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個(gè)分路的出線上，形成抵押電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，它能與工廠部分負(fù)荷的變動同時(shí)投切，適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場合，這種補(bǔ)償方式效果較好，且補(bǔ)償方式靈活，易于控制。

（3）個(gè)別補(bǔ)償

個(gè)別補(bǔ)償是對單臺用電設(shè)備所需無功就近補(bǔ)償?shù)姆椒?，把電容器直接接到單臺用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺開關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開，俗稱隨機(jī)補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法的效果最好，它能實(shí)現(xiàn)就地平衡無功電流，又能避免無負(fù)荷時(shí)的過補(bǔ)償，是農(nóng)網(wǎng)中對異步電動機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ā?/p>

三、無功功率的平衡

在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時(shí)，頻率就正常，達(dá)到額定值50Hz，而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對對立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負(fù)荷與無功出力相平衡時(shí)，電壓就正常，達(dá)到額定值，而當(dāng)無功負(fù)荷大于無功出力時(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會上升。電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多。

四、無功功率的產(chǎn)生和吸收

同步發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生或吸收無功功率，這取決于其勵(lì)磁情況。當(dāng)過勵(lì)時(shí)產(chǎn)生無功功率，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)吸收無功功率。

架空線路產(chǎn)生或吸收無功功率取決于負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷低于自然負(fù)荷（波阻抗），線路產(chǎn)生純無功功率；當(dāng)高于自然負(fù)荷時(shí)，線路吸收無功功率。

地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負(fù)荷。它們通常工作在低于自然負(fù)荷情形下，因此在所有運(yùn)行條件下總發(fā)生無功功率。

變壓器不管其負(fù)載如何，總是吸收無功功率?？蛰d時(shí)，起主要作用的是并聯(lián)激勵(lì)電抗；滿載時(shí)，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。

負(fù)荷通常吸收無功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷特性是吸收無功功率的，復(fù)合負(fù)荷的有功功率和無功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟(jì)，對于工業(yè)用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計(jì)費(fèi)，這就鼓勵(lì)企業(yè)通過使用并聯(lián)電容器來提高負(fù)荷功率因數(shù)。在一個(gè)并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點(diǎn)的頻率都是一樣的，而電壓與無功電力卻不是這樣的。當(dāng)無功功率平衡時(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會正常的，是可以達(dá)到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實(shí)際上有些節(jié)點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無功出力大于無功負(fù)荷時(shí)，電壓普遍會高一些，但也會有個(gè)別地方可能低一些，反之，也是如此。

五．無功補(bǔ)償設(shè)備的不同

（1）同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)，它是最早采用的一種無功補(bǔ)償設(shè)備，在并聯(lián)電容器得到大量采用后，它退居次要地位。其主要缺點(diǎn)是投資大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。因此，許多國家不再新增同步調(diào)相機(jī)作為無功補(bǔ)償設(shè)備。

調(diào)相機(jī)可以安裝強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓劇烈降低，調(diào)相機(jī)可以強(qiáng)行勵(lì)磁，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電容器輸出無功功率與運(yùn)行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無功將急劇下降，比如，當(dāng)電壓下降10％，變?yōu)?.9Ue時(shí)，電容器輸出的無功功率變?yōu)?.81Q，即其輸出的無功功率將下降19％，所以，電容器此時(shí)不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。

（2）并聯(lián)電容器

作為無功補(bǔ)償設(shè)備，電容器有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：電容器的損耗低，效率高。現(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0.02％左右。調(diào)相機(jī)除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用一定的所用電，損耗2％～30％，大大高于電容器；電容器是靜止設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡單，沒有噪音。調(diào)相機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行維護(hù)很復(fù)雜；并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補(bǔ)償設(shè)備，目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)中90％的無功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。

(3)并聯(lián)電抗器

并聯(lián)電抗器是一種感性無功補(bǔ)償設(shè)備，它可以吸收系統(tǒng)中過剩的無功功率，避免電網(wǎng)運(yùn)行電壓過高。為了防止超高壓線路空載或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，線路的充電功率造成線路電壓升高，一般裝設(shè)并聯(lián)電抗器吸收線路的充電功率，同時(shí)，并聯(lián)電抗器也用來限制由于突然甩負(fù)荷或接地故障引起的過電壓從而危及系統(tǒng)的絕緣。

電壓不穩(wěn)范文第4篇

關(guān)鍵詞：無觸點(diǎn) 補(bǔ)償式 穩(wěn)壓器

中圖分類號：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0020-02

1 研究背景

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會對電能質(zhì)量提出了更高的要求。在電網(wǎng)公司進(jìn)行負(fù)荷調(diào)度以維持電網(wǎng)穩(wěn)定的同時(shí)，許多用戶在負(fù)荷端自行配置穩(wěn)壓裝置以維持自身電壓穩(wěn)定。其中，交流穩(wěn)壓器已成為許多機(jī)電設(shè)備不可或缺的供電裝置。

現(xiàn)在，市場上的大功率交流穩(wěn)壓器以機(jī)械刷式的為主，存在壽命短，維護(hù)頻繁復(fù)雜、易引起電磁干擾、響應(yīng)速度慢、大電流時(shí)易產(chǎn)生火花等缺點(diǎn)。以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的電力穩(wěn)壓器在響應(yīng)速度、控制性能、效率、體積、重量等方面顯現(xiàn)出優(yōu)越性。因此，大功率電力穩(wěn)壓器向著采用電力電子技術(shù)的方向發(fā)展。

2 交流穩(wěn)壓器總體設(shè)計(jì)

2.1 電壓串聯(lián)補(bǔ)償原理

由圖1可知：Uout=Uin+U，其中Uin 為電網(wǎng)側(cè)輸入電壓，U為補(bǔ)償電壓，Uout 為穩(wěn)壓器輸出電壓。當(dāng)Uin 低于Us 時(shí)（為穩(wěn)壓器的設(shè)定電壓），U為正補(bǔ)償；當(dāng)Uin等于Us 時(shí)，調(diào)壓裝置不動作，U為0補(bǔ)償。當(dāng)Uin 高于Us 時(shí)，U為負(fù)補(bǔ)償。

當(dāng)負(fù)荷端電壓在穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)波動時(shí)，穩(wěn)壓器就可以通過智能調(diào)壓補(bǔ)償裝置使電壓維持在正常的設(shè)定電壓。穩(wěn)壓器[1]只需補(bǔ)償電壓偏差電壓U，而無需承擔(dān)負(fù)荷的全部電壓，從而大大減小了穩(wěn)壓器單位額定容量所需的鐵磁材料，也減小了開關(guān)器件的實(shí)際承載電壓，因此，采用電壓串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)研制的穩(wěn)壓器可以做到大容量輸出。

2.2 雙向晶閘管觸發(fā)與門極控制方式介紹

穩(wěn)壓器使用的是雙向晶閘管，其外形與普通晶閘管類似，但它的內(nèi)部是由一種5層結(jié)構(gòu)（NPNPN）構(gòu)成，并引出3個(gè)端線。

雙向晶閘管只有一個(gè)控制極，通過這個(gè)它就能正?？刂齐p向晶閘管工作，所以它的觸發(fā)電路比較簡單。這樣能給設(shè)計(jì)和制造帶來很多的方便，也能使電路的可靠性得到提升，并且使設(shè)備的體積縮小，重量減輕，這是雙向晶閘管的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。

雙向晶閘管有兩種常用的控制方式：移相觸發(fā)和過零觸發(fā)。后者適用于無觸點(diǎn)開關(guān)電路及調(diào)功電路，是在電壓或電流零點(diǎn)附近觸發(fā)晶閘管通斷，在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)，改變晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)來控制電壓或功率。該穩(wěn)壓器采用的即是過零觸發(fā)方式。

如何正確選擇及使用晶閘管，最重要的是對其陽極和門級的伏安特性和主要參數(shù)進(jìn)行了解。該文所選擇的晶閘管的額定電壓約為元件所能承受的最大瞬時(shí)電壓的2～3倍。此外，選晶閘管額定電流參數(shù)的有效值應(yīng)該大于它在電路中可能出現(xiàn)的最大電流的有效值，且一般選擇1.5～2倍的安全裕量。雙向晶閘管的伏安特性為正反向?qū)ΨQ，其主要參數(shù)為斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 和額定通態(tài)電流IT。雙向晶閘管的額定通態(tài)電流是有效值，這是因?yàn)樗恼较蚨寄苡|發(fā)導(dǎo)通。雙向晶閘管額定電流（即均方根值電流）與普通晶閘管額定電流（即平均值電流）之間的換算公式為：

IT（AV）=IT（RMS）=0.45I（RMS）

2.3 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

穩(wěn)壓器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[3]：主電路由帶分接頭的自耦調(diào)壓變壓器T1 和串聯(lián)補(bǔ)償變壓器T2 組成。

S0～S6 為通過智能控制系統(tǒng)控制的晶閘管模塊。S2～S6 通過改變自耦變壓器的變比而控制自耦變壓器的二次電壓U0， S0～S1 通過改變補(bǔ)償變壓器T2 的一次繞組的接入點(diǎn)而控制補(bǔ)償電壓的正負(fù)。與補(bǔ)償變壓器T2一次繞組并聯(lián)的RC電路是為了抑制在換擋瞬間因補(bǔ)償變壓器 T2 一次繞組暫時(shí)開路而引起的沖擊電流。由于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，RC電路只消耗極小的電流，因此在下面的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析過程中忽略不計(jì)RC電路的影響。為了便于分析，該文假設(shè)補(bǔ)償變壓器T2 的一次側(cè)電壓U1的參考正極為右端。則根據(jù)主電路的電磁關(guān)系可得：

由式（8）得，當(dāng)K1分別為1、4/3、4/2、4/1、4/0、時(shí)，補(bǔ)償電壓U2的值占Uin的比重分別為-8%、-6%、-4%、-2%、0。

若設(shè)定的額定輸出電壓Uout為220 V。當(dāng)電壓為最大正補(bǔ)償8%時(shí)，輸入電壓Uin最低可以為204 V；當(dāng)電壓為最大負(fù)補(bǔ)償-8%時(shí)，輸入電壓Uin最高可以為239 V。因此，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于寬范圍、大容量的穩(wěn)壓器。

若輸出額定電壓Uout為40 V，為了更好的演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取K2為6.25。當(dāng)接通時(shí)，補(bǔ)償電壓U2的值占Uin的比重分別為0，4%、8%、12%、16%；當(dāng)接通時(shí)，補(bǔ)償電壓U2的值占Uin的比重分別為-16%、-12%、-8%、-4%、0。因此，交流電壓輸入范圍為34～48 V。

2.4 主電路浪涌電流分析及抑制

浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。由于輸入濾波電容迅速充電，所以該峰值電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。在換擋瞬間，補(bǔ)償變壓器T2 一次繞組暫時(shí)開路引起浪涌電流，該電流易導(dǎo)致電路元件損害、設(shè)備誤動、縮短使用壽命等危害。為此，與補(bǔ)償變壓器T2 一次繞組并聯(lián)的RC電路是為了抑制浪涌電流的產(chǎn)生，從而保護(hù)主電路各設(shè)備的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 李海林，劉小虎.一種無觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2010（4）：34-36.

電壓不穩(wěn)范文第5篇

直流穩(wěn)壓電源包括變壓器部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分，主要技術(shù)指標(biāo)為電壓參數(shù)（如果可調(diào)節(jié)，則為電壓范圍）、紋波系數(shù)（紋波電壓）、輸出電壓調(diào)整率、額定輸出電流。

直流穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。

（來源：文章屋網(wǎng) ）