桌上型微电脑酸碱度-ORp-温度三合一测定仪(完整版)实用资料

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HI9017桌上型微电脑酸碱度ORp温度三合一测定仪（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）桌上型微電腦酸鹼度/ORP/溫度三合一測定儀

使用說明書(具RS-232電腦連結功能)在開始使用之前,我們建議您詳細閱讀本使用說明書.本說明書詳載了詳細規格與功能,以及正確的使用方法.本儀器均符合CEEN-50081-1及EN50082-2之規定,確保儀器不受或產生其他電磁波的干擾及影響.預祝您使用愉快!初步檢查從包裝箱內取出儀器,仔細檢查確保在運輸過程中沒有發生任何損壞.如果有,請立即與經銷商聯繫.全套配件包括有:HI1131B酸鹼度電極1支,具1公尺導線.HI7669/2W溫度探棒pH4.01及pH7.01標準校正溶液,各30mlHI7071電極填充液,30mlHI76405電極支架1組12VDC電源供應器1組防塵套1個中/英文說明書各1份保證卡1張注意:請您在確認儀器功能正常前,保存所有原包裝材料.有問題的儀器在退還時,所有測量儀器與配件都必須恢復原有的包裝狀態.儀器概觀HI9017,是哈納針對要求最為嚴格的實驗室,所設計出的精密酸鹼度計系列之一.它的特色有:方便易操作的軟質按鍵自動校正功能,並記憶多種校正溶液值可選擇手動或自動溫度補償功能在關機後仍可記憶校正數據數碼顯示,可指引使用者完成校正程序或輕鬆排除操作障礙配備有RS-232標準通訊埠,方便您將本儀器與電腦設備相連結隨機所附贈的原廠HI76405三電極支架,能夠同時讓您使用三支電極,置於樣本容器中進行測量.純鋼所製成的平台底座,經過瓷釉表面處理,可耐化學品及強酸鹼侵蝕,不易翻倒.若樣本有需要進行混合,您更可直接將磁力攪拌器直接置於平台上,方便您的測量.本系列精密型酸鹼度計,適用於各種要求高精密度的場合.例如:品管實驗室,研發單位,環境污染控制,工業程序監控,化學實驗,廢水處理,飲用水質分析,水耕農業,一般園藝業,食品監控……等等.HI9017能夠自行辨識三種標準溶液,pH4.01,pH7.01,pH10.01.所測量的酸鹼度值及溫度值,能分別同時顯示於面板上,寬廣的mV電位測量,能允許您完成ORP或離子選擇測量!HI9017儀器外觀6組內建程式模組指引溫度視窗

本視窗會顯示經由HI7669/2W溫度探棒所測得之溫度數據,或顯示經由手動溫度補償所設定之數值.在手動溫度補償狀態下(未連接溫度探棒時),會出現閃爍的”℃”符號;當溫度探棒接上後,此”℃”符號將不再閃爍.

當超出本機所能測量之溫度範圍(-10-125℃)時,會出現”Err3”之警告訊息.pH及mV視窗

會顯示pH或mV之數據(您可使用RANGE鍵切換).各式按鍵:

ENTERA鍵:資料輸入A鍵

ENTERB鍵:資料輸入B鍵

CLEAR鍵:清除輸入或關閉警報

PGM鍵:程式選擇鍵

ON鍵:打開電源開關

OFF鍵:關閉電源開關

RANGE鍵:切換pH或mV測量功能

CAL鍵:啟動校正模式

CON鍵:確認校正讀值

+/-鍵:輸入負數值

TEMP鍵:在手動溫度補償時使用

0-9數字鍵:輸入0-9之數字及小數點用CAL鍵:進入/退出校正模式機背外觀BNC母接頭,可連接pH或ORP電極參考電極接頭(1)參考電極接頭(2)溫度探棒接頭RESET系統重置鍵RS-232C電腦連接埠電源供應器插孔電極與探棒的連接若您使用複合式的pH或ORP電極,請直接連結至上述#1之BNC母接頭.若為使用單獨的參考電極,請將測量電極插入#1BNC接頭中,而將參考電極插入#2,或#3插孔中.要進例溫度的測量或自動溫度補償,請將溫度探棒插入#4的溫度探棒插座中.RESET系統重置鍵當本機因為強烈的電磁干擾,而連續出現多組錯誤訊息;或因不當電源中斷時.請按下RESET鍵以重新啟動本機器.電源供應將隨機所附之12VDC電源供應器插入#7插頭中.請注意其極性為”內負外正”.備註:HI9017內備有一顆充電電池.在失去外接電源時,可確保記錄校正數據不致流失.在電池完全充滿的情形下,可持續約30天.待外接電源恢復時,即會自動充電.當您要拔下電源插頭時,請務必關閉電源(按下OFF鍵),再行拔除.只有在此種情形下,校正數據才能完整記錄在記憶體中.否則,本儀器即需重新校正.在不當斷電的情形發生後,需重新校正本儀器.在打開電源時,本機微電腦將自動比對儲存在記憶體中之最後校正數據.若零點在+/-0.1pH,斜率在70-108%之間,即會進入正常之測量模式,開始測量.規格說明HI9017測定範圍

0.00–14.00pH

+/-399.9mV(ISE)

+/-1999mV(ORP)

–10.0–125.0℃解析度0.01pH

0.1mV(ISE)

1mV(ORP)

0.1℃準確度+/-0.01pH

+/-0.2mV(ISE)

+/-1mV(ORP)

+/-0.5℃pH校正自動兩點校正,記憶3種標準溶液值溫度補償-10–125PAGE\#"'頁:'#'

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'"內附電極HI1331B玻璃電極,可重新裝填電解液,附一米導線溫度探棒HI7669/2W輸入阻抗1012Ω電腦輸出端子RS-232C電源供應12VDC使用環境0–50℃,RH95%尺寸/重量230x170x70mm/1.3kg酸鹼度的測量在開始測量前,請先確定完成pH校正程序(詳見後述).打開儀器電源.預設模式即為酸鹼度測量.測量酸鹼度十分的簡單,僅需將pH電極及溫度探棒前端浸入待測樣本深約4cm.靜待1至2分鐘使電極穩定.LCD顯示幕中,左方為溫度,右方為酸鹼度值.使用自動溫度補償(ATC)時,溫度探棒應儘量接近pH電極的薄膜玻璃頭,並等待1-2分鐘,其結果較正確.哈納建議您:在每次的測量前,先使用該待測溶液漂洗電極,可加快電極的反應速度,以及減少樣本液的交互污染.如何使用可重裝電解液的pH電極?在進行測量時,請打開位於電極上方,電解液填充孔的小型螺栓.如此可平衡電極內部壓力,及加快反應速度.待測量完畢後,再行旋回即可.手動溫度補償當溫度探棒未被連接時,可使用哈納的Checktemp或其他準確的玻璃溫度計來測量被測樣本的溫度.以數字鍵輸入該溫度值,例如:37.2℃:

按”3”鍵,按”7”鍵,按”.”鍵,按”2”鍵,按”TEMP”鍵若溫度為負值時,例如:-7.3℃,方法如下:

按”7”鍵,按”.”鍵,按”3”鍵,按”+/-“鍵,按”TEMP”鍵在未接溫度探棒的情況下,螢幕中的”℃”會呈閃爍狀.ORP氧化還原電位的測量如同安裝pH電極步驟,將ORP電極連接妥當.打開儀器電源,並用RANGE鍵選擇至mV(ORP或ISE)測量功能.將ORP或ISE電極前端浸入待測樣本深約4cm.等待數分鐘讓讀值穩定.當讀數低於+/-400mV時,會自動顯現小數點下一位;超過後即不再顯示.當超過儀器測量範圍時(+/-1999mV),螢幕將會顯示”Err2“符號.溫度的測量將溫度探棒連接妥當.打開儀器電源.將HI7669/2W(一般/液體測量用溫度探棒)前端置入待測樣本中約4cm深.等待1-2分鐘讓讀值穩定即可.其結果顯示在左方螢幕中.pH校正方法為了更佳的精確度,哈納建議您經常校正儀器.在以下狀況時,務必進行校正程序:全新的儀器及電極拆裝或更換電極後最少每月固定校正一次測量強烈化學藥劑後需要特別精確的讀數時pH校正程序在清潔的燒杯中,分別倒入約4公分深的pH7.0及pH4.0(或pH10.0)標準溶液.儘可能使用塑膠燒杯,以避免EMC的干擾.若您測量酸性樣本,第二組校正液請用pH4.0標準液;若您測量鹼性樣本,則用pH10.0作為第二點校正液.為了較好的準確度,每種校正液均使用兩個燒杯為佳.第一個用來漂洗電極,第二個才用來實際校正用.將電極及溫度探棒安裝妥當後,打開電源.將電極前端約4cm置入pH7.0標準溶液中.並輕微攪拌.溫度探棒應儘量靠近pH電極的薄膜玻璃頭.按下CAL鍵.此時經過補償的酸鹼度值會顯現在左方的螢幕中,且”pH”符號會開始閃爍.如果溶液的溫度為25℃,pH值會顯示”pH7.01”;若此時溶液的溫度為20℃,則會顯示為”pH7.03”.溫度與pH的對照表,詳請見英文說明書第36頁,或標準液之外包裝.如果您使用了錯誤的標準溶液,在左方的螢幕會顯現”Err4”的符號.靜待1-2分鐘讓讀數穩定.按下CON鍵以確認該數據,並傳輸此一數據到右方螢幕中.同時”Err5”的符號會出現在左方螢幕.此時零點校正已經完成.若您只想進行單點校正,此時即可按下CAL鍵離開校正模式.然而,哈納建議您進行下述的第二點(斜率)校正,較為精確.將電極用清水沖洗後,再用下個標準液漂洗(pH4.0或pH10.0).將電極前端約4cm置入pH4.0(或pH10.0)標準溶液中.並輕微攪拌.溫度探棒應儘量靠近pH電極的薄膜玻璃頭.此時,“Err5”的符號將會消失.左方螢幕會出現經過溫度補償的pH讀數,“pH”符號會不斷閃爍.如果標準液不正確,“Err5”的符號會再次出現在左方螢幕中.靜待1-2分鐘讓讀數穩定.按下CON鍵以確認該數據,並傳輸此一數據到右方螢幕中.此時左方螢幕會重新出現溫度值,回復正常測量模式.本機已校正完成.備註:左方的螢幕,是顯示經過溫度補償的標準液值,例如:在25℃為pH4.01或pH10.01,而在20℃時,則為pH4.00或pH10.06.在整個校正過程中,pH符號會持續閃爍在左螢幕中;而右螢幕則顯現實際測量的結果.溫度及ORP的校正本儀器的溫度及ORP均已在原廠完成校正.即使您更換新溫度探棒或ORP電極,您亦無需再作重新校正.如果有十分嚴重之誤差,請您連絡最近的哈納授權經銷商或維修中心.HI9017的程式模組本機內建有6組程式模組.請直接使用數字鍵選擇適當程式後,再按PGM鍵即可啟動該模式.

例如:要選擇第一組程式模組

1.按”1”鍵

2.按”PGM”鍵

在此階段,左螢幕會呈現”PX-Y”的顯示方式.X代表程式號碼,而Y代表步驟程序.在右螢幕中則永遠顯示測量值(pH或ORP)您輸入的每個數字,都會出現在左螢幕中.若您按下了ENTERA或ENTERB鍵,亦或您輸入的數值不正確時,會發出一個長音的”嗶~~”聲來警告您.以下是6組儲存在本機微電腦中的程式模組:PROGRAM1:自行設定標準校正溶液值PROGRAM2:設定酸鹼度上/下限警報值PROGRAM3:設定mV上/下限警報值PROGRAM4:設定溫度上/下限警報值PROGRAM5:設定滴定終點及警告點PROGRAM6:設定RS-232CESCcode(預設為16)要結束任何程式模組,請選擇”0”,按下”PGM”鍵即可.備註:程式模組1,2,5必須使用在pH測量模式.程式模組3必須使用在ORP測量模式.在錯誤的情況下,您會聽到長音的”嗶~~”聲來警告您.程式模組PROGRAM1當您要設定:原本所記憶之3種標準校正值以外的校正溶液時(例如:pH6.86,pH9.18),請依下列步驟進行:切換至pH測量模式按”1”鍵按”PGM”鍵此時,您已啟動了”程式模組1”.在左螢幕中會顯示”P1-1”;而在右螢幕中會顯示所測量到的酸鹼度值.將電極與溫度探棒同時置入HI7006(pH6.86)標準溶液中,等約1-2分鐘待電極穩定.請依據”溫度與pH相對參照表”,取得您現在溫度的相對酸鹼度值.例如:pH6.95@5℃時,請按下列步驟操作按”6”鍵按”.”鍵按”9”鍵按”5”鍵按”ENTERA”鍵“6.95”的數字連同閃爍的”pH”符號會出現在左螢幕中.如果左右兩側螢幕中,顯示的酸鹼度值差異在pH1.0以上,您會聽到一聲”嗶~~”的警告.一切正常時,請按”CON”鍵以確認.此時,左螢幕的數值會傳送到右螢幕中.而出現”P1-2”之簡碼.請進例第二步驟.將電極與溫度探棒同時置入HI7009(pH9.18)標準溶液中,等約1-2分鐘待電極穩定.請依據”溫度與pH相對參照表”,取得您現在溫度的相對酸鹼度值.例如:pH9.39@5℃時,請按下列步驟操作按”9”鍵按”.”鍵按”3”鍵按”9”鍵按”ENTERB”鍵“9.39”的數字連同閃爍的”pH”符號會出現在左螢幕中.如果左右兩側螢幕中,顯示的酸鹼度值差異在pH1.0以上,您會聽到一聲”嗶~~”的警告.一切正常時,請按”CON”鍵以確認.此時,左螢幕的數值會傳送到右螢幕中.左螢幕回復為正常溫度測量值.備註:如果您只想改變”零點”(OFFSET)值,您可以第一次按下CON鍵確認後,再按”0”及”PGM”鍵,以離開程式模組狀態.本機微電腦可以接受任何相差在pH2.0以上的標準溶液值,來進行兩點校正.相差在pH2.0以內的會視為同一種標準液.您可選擇例如:pH4.01/pH10.01,或pH4.01/pH6.86.程式模組PROGRAM2您可透過此模式,設定酸鹼度值之上/下限警報器.當酸鹼度值達到您所設定的任一上/下限度時,會發出警告聲,且螢幕的”pH”符號與數字會同時閃爍.您可按下CLEAR鍵,以關閉警報聲.但螢幕會持續呈現閃爍狀.欲關閉此模式,請按下”0”鍵與”PGM”鍵即可.例如:您希望監測的酸鹼度值範圍在pH9.32到pH6.03之間.先切換至pH測量模式按”2”鍵按”PGM”鍵啟動”程式模組2”之後,左螢幕會顯示”P2-1”,右螢幕會出現測量出的酸鹼度值.先設定上限值(例:pH9.32):按”9”鍵按”.”鍵按”3”鍵按”2”鍵按”ENTERA”鍵左螢幕會出現”P2-2”簡碼再輸入下限值(例:pH6.03):按”6”鍵按”.”鍵按”0”鍵按”3”鍵按”ENTERB”鍵完成設定,可進行實際測量.程式模組PROGRAM3設定mV(氧化還原電位)之警報範圍.當mV值達到您所設定的任一上/下限度時,會發出警告聲,且螢幕的”mV”符號與數字會同時閃爍.您可按下CLEAR鍵,以關閉警報聲.但螢幕會持續呈現閃爍狀.欲關閉此模式,請按下”0”鍵與”PGM”鍵即可.例如:您希望mV值超過500mV,低於-20.3mV時啟動警報.先切換至mV測量模式按”3”鍵按”PGM”鍵啟動”程式模組3”之後,左螢幕會顯示”P3-1”,右螢幕會出現測量出的mV值.先設定上限值(例:500mV):按”5”鍵按”0”鍵按”0”鍵按”ENTERA”鍵左螢幕會出現”P3-2”簡碼再輸入下限值(例:-20.3mV):按”2”鍵按”0”鍵按”.”鍵按”3”鍵按”+/-”鍵按”ENTERB”鍵完成設定,可進行實際測量.程式模組PROGRAM4設定溫度之上/下限警報範圍.當溫度值達到您所設定的任一上/下限度時,會發出警告聲,且螢幕的”℃”符號與數字會同時閃爍.您可按下CLEAR鍵,以關閉警報聲.但螢幕會持續呈現閃爍狀.欲關閉此模式,請按下”0”鍵與”PGM”鍵即可.例如:您希望溫度值超過49.3℃,低於-6.3℃時啟動警報.按”4”鍵按”PGM”鍵啟動”程式模組4”之後,左螢幕會顯示”P4-1”.先設定上限值(例:49.3℃):按”4”鍵按”9”鍵按”.”鍵按”3”鍵按”ENTERA”鍵左螢幕會出現”P4-2”簡碼再輸入下限值(例:-6.3℃):按”6”鍵按”.”鍵按”3”鍵按”+/-”鍵按”ENTERB”鍵完成設定,可進行實際測量.程式模組PR0GRAM5此模式可設定”pH滴定終點”與”警告點”.當酸鹼度值接近被設定的警告點,尚未達到滴定終點時,本機會發出一個單音的”嗶~”聲來警告您.在當完全達到滴定終點時,會持續的發出警報,並且螢幕數值會不斷的閃爍.要關閉警報,您可按下CLEAR鍵即可.要結束此模式,請您按下:按”0”鍵按”PGM”鍵例如:您要設定一個滴定終點為pH9.32,而當pH值為9.03時先發出警報來提醒您.切換至pH測量模式按”5”鍵按”PGM”鍵此時,您已啟動了程式模組5,在左螢幕會出現”P5-1”簡碼,而在右螢幕會顯現酸鹼度值.首先您要輸入”滴定終點值”:按”9”鍵按”.”鍵按3”鍵按”2”鍵按”ENTERA”鍵接著左螢幕會顯示”P5-2”,請您輸入”警告點值”:按”9”鍵按”.”鍵按”0”鍵按”3”鍵按”ENTERB”鍵完成設定,可進行實際測量.程式模組PR0GRAM6可設定RS-232CESC碼例如:您欲設定ESC碼為20(整數位)按”6”鍵按”PGM”鍵此時,您已啟動了模式程組6,左螢幕會顯示”P6-1”簡碼.您可輸入您要設定的ESC碼:按”2”鍵按”0”鍵按”ENTERA”鍵備註:ESC碼應界於0-127之整數間,預設值為16.pH電極保養pH電極薄膜頭應經常維持濕潤.若因保存時間長,使用時測值不穩定,容易漂移,原因是pH電極薄膜頭脫水過乾造成.只要把pH電極薄膜頭浸在HI70300L電極保存溶液,或pH7.01緩衝液或清水中,時間在2～12小時即可.pH電極參考透析膜孔的堵塞是另一個常見的故障原因.預防的方法是使用哈納儀器出品的一系列電極清潔液,做例行性保養,可以延長其使用壽命.

一般清潔: 浸入HI7061一般清潔液中約30分鐘

蛋白質: 浸入HI7073蛋白質清潔液中15分鐘

無機物: 浸入HI7074無機物清潔液中15分鐘

油脂類: 以HI7077油脂清潔液漂洗重要事項:在進行以上清洗程序後,請務必使用大量去離子水(DistilledWater)沖洗電極,並將電解液換新(使用膠質電解液之電極則不用換更).並在HI70300保存溶液中浸泡1小時後,才可以恢復正常之測量.常見的電極問題讀數不穩:

原因為透析膜太髒或阻塞.請依上述清潔程序處理.或為電極內之電解填充液太低所致.單透析膜電極請用HI7071,雙透析膜電極請用HI7082電解液(僅可重裝電解液型電極適用).薄膜頭或透析膜太乾燥:

浸泡在HI70300保存液中至少1小時.讀數亂跳:

將電極前端浸泡於約50-60℃的HI7082溶液中約1小時,再以大量去離子水沖洗.並更換其電解填充液.單透析膜電極請用HI7071,雙透析膜電極請用HI7082電解液(僅可重裝電解液型電極適用).斜率(SLOPE)不穩:

請依上述清潔步驟清洗之.沒有斜率:

電極之玻璃或燈泡破裂.請換更新電極.反應太慢或讀數嚴重亂跳:

將電極前端浸泡於HI7061中約30分鐘後,以大量去離子水沖洗.再依上述清潔步驟處理之.電腦連接界面您可向哈納授權經銷商購買最新版HI92000Windows®相容軟體.讓您的儀器能輕鬆的與電腦相連結.HI92000可相容於市面上最受歡迎的多種試算軟體,例如:Excel®,Lotus1-2-3®.您只需一部3.5”磁碟機及數分鐘的時間,即可完成軟體安裝.在安裝硬體前,請先關閉儀器電源,使用HI920010RS-232C連接線,與電腦相連即可.詳細資料歡迎您與最近的哈納授權經銷商洽詢.選購配件:HI7004L pH4.01標準溶液,460mlHI7007L pH7.01標準溶液,460mlHI7010L pH10.01標準溶液,460mlHI7031L 1413uS/cm標準溶液,460mlHI7033L 84uS/cm標準溶液,460mlHI7032L 1382ppm標準溶液,460mlHI70300M 保存溶液,230mlHI7061L 一般清潔溶液,460mlHI7073L 無機物清潔溶液,460mlHI7074L 蛋白質清潔溶液,460mlHI7077L 油脂類清潔溶液,460mlHI710001 軟質護套HI710009 藍色防摔護套HI710010 橘色防摔護套HI710031 硬質攜帶盒酸鹼度值與溫度變化對照表維修保證凡屬於正常使用範圍和參照說明書使用,而出現儀器本身材料或組裝品質之問題,哈納儀器負責保修1年.此保證僅限於免費維修或調換.由於事故,錯用,濫用或缺乏維修知識而引起的損壞不含在內.如果需要維修,請與您購買儀器的經銷商聯繫.如果在保修範圍時間內,請註明型號,機號,購買日期以及損壞狀況.如果已超過保修時間,則按價維修.在郵寄時請確定包裝完好,並連同預付郵資一同寄出.為使保證書生效,請在購買後15日內填好”保修登記卡”並寄回本公司,此保證書方可生效.為求不斷的精進,哈納儀器保留更改其產品設計,結構和樣式的權利,不預先通知.其他建議事項:在使用本儀器前,請先確認使用環境完全適合本儀器.在居住範圍內使用本儀器可能會對電視機或收音機產生些許的影響.任何使用者對本儀器擅自修改,皆可能會對本儀器之EMC結果有所改變.為避免損壞本儀器,請勿在微波爐內作任何形式的測量.应变片的温度误差及补偿1.应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有:1)电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：Rt=R0（1+α0Δt）(3-14)式中:Rt——温度为t℃时的电阻值;R0——温度为t0℃时的电阻值;α0——金属丝的电阻温度系数;Δt——温度变化值,Δt=t-t0。当温度变化Δt时,电阻丝电阻的变化值为ΔRt=Rt-R0=R0α0Δt（3-15）2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时,不论环境温度如何变化,电阻丝的变形仍和自由状态一样,不会产生附加变形。当试件和电阻丝线膨胀系数不同时,由于环境温度的变化,电阻丝会产生附加变形,从而产生附加电阻。设电阻丝和试件在温度为0℃Ls=L0（1+βsΔt）（3-16）Lg=L0（1+βgΔt）（3-17）当二者粘贴在一起时,电阻丝产生的附加变形ΔL,附加应变εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为ΔL=Lg-Ls=（βg-βs）L0Δt(3-18)εβ=ΔLL0=（βg-βs）Δt(3-19)ΔRβ=K0R0εβ=K0R0(βg-βs)Δt(3-20)由式（3-15）和式（3-20）,可得由于温度变化而引起应变片总电阻相对变化量为折合成附加应变量或虚假的应变εt,有由式（3-21）和式（3-22）可知,因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量,除了与环境温度有关外,还与应变片自身的性能参数（K0，α0，βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。2.电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。1)线路补偿法电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。图3-4所示是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为Uo=A（R1R4-RBR3）（3-23）式中:A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。R1—工作应变片；RB—补偿应变片由上式可知,当R3和R4为常数时,R1和RB对电桥输出电压U0的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。测量应变时,工作应变片R1粘贴在被测试件表面上,补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上,且仅工作应变片承受应变。如图3-4所示。当被测试件不承受应变时,R1和RB又处于同一环境温度为t℃的温度场中,调整电桥参数，使之达到平衡,有Uo=A（R1R4-RBR3）=0（3–2）图3-4电桥补偿法工程上,一般按R1=R2=R3=R4选取桥臂电阻。当温度升高或降低Δt=t-t0时,两个应变片的因温度而引起的电阻变化量相等,电桥仍处于平衡状态,即Uo=A［（R1+ΔR1t）R4-(RB+ΔRBt)R3］=0(3-25)若此时被测试件有应变ε的作用,则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε,而补偿片因不承受应变,故不产生新的增量,此时电桥输出电压为Uo=AR1R4Kε（3-26）由上式可知,电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关,而与环境温度无关。应当指出,若实现完全补偿,上述分析过程必须满足四个条件:①在应变片工作过程中,保证R3=R4。②R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α,线膨胀系数β,应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样,两者线膨胀系数相同。④两应变片应处于同一温度场。2)应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片,称之为温度自补偿应变片。温度自补偿应变片的工作原理可由式（3-21）得出,要实现温度自补偿,必须有α0=-K0（βg-βs）（3-27）上式表明,当被测试件的线膨胀系数βg已知时,如果合理选择敏感栅材料,即其电阻温度系数α0、灵敏系数K0和线膨胀系数βs,使式（3-27）成立,则不论温度如何变化,均有ΔRt/R0=0,从而达到温度自补偿的目的。一、电阻应变片的种类电阻应变片品种繁多,形式多样。但常用的应变片可分为两类:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成,如图3-2所示。敏感栅是应变片的核心部分,它粘贴在绝缘的基片上,其上再粘贴起保护作用的覆盖层,两端焊接引出导线。金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。图3-2金属电阻应变片的结构箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅,其厚度一般在0.003～0.01mm。其优点是散热条件好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状,便于批量生产。薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅,最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏度系数大,允许电流密度大,工作范围广。半导体应变片是用半导体材料制成的,其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。半导体应变片受轴向力作用时,其电阻相对变化为（3-10）式中Δρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量,其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力关系为（3-11）式中:π——半导体材料的压阻系数。将式（3-11）代入式（3-10）中得（3-12）实验证明,πE比（1+2μ）大上百倍,所以（1+2μ）可以忽略,因而半导体应变片的灵敏系数为Ks=（3-13）半导体应变片突出优点是灵敏度高,比金属丝式高50～80倍,尺寸小,横向效应小,动态响应好。但它有温度系数大,应变时非线性比较严重等缺点。项目数控车床丝杠螺距误差的补偿一、工作任务及目标1．本项目的学习任务（1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法；（2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。2．通过此项目的学习要达到以下目标（1）了解螺距误差补偿的必要性；（2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法；（3）能够正确设置螺距误差参数。二、相关知识滚珠丝杠螺母机构数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。1、滚珠丝杠螺母机构的结构滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1和螺母4上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管3连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。2、进给传动误差螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。3、电机与丝杠的联接、传动方式直联：用联轴器将电机轴和丝杠沿轴线联接，其传动比为1：1；该联接方式传动时无间隙；同步带传动：同步带轮固定在电机轴和丝杠上，用同步带传递扭矩；该传动方式传动比由同步带轮齿数比确定，传动平稳，但有传动间隙；齿轮传动：电机通过齿轮或齿轮箱将扭矩传到丝杠，传动比可根据需要确定；该方式传递扭矩大，但有传动间隙。同步带传动、齿轮传动中的间隙是产生数控机床反向间隙差值的原因之一。三、数控系统的半闭环控制开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置到进给系统）。故系统结构简单，但由于无位置反馈，机床的控制精度低，容易丢步。适用于经济型数控机床半闭环数控系统是在驱动装置(常用伺服电机)或丝杠上安装旋转编码器，采样旋转角度进行位置反馈，因此，其结构简单，不会丢步。但由于不是直接检测运动部件的实际移动位置，机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差仍然会影响机床的精度。适用于普及型（中档）数控机床。全闭环数控系统通过光栅尺，直接对运动部件的实际移动位置进行检测，消除了机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差对机床精度的影响。因此其控制精度高，但结构复杂，成本高，易形成振荡，调试周期长。适用于高档高精度数控机床。5.1螺距补偿原理数控机床软件补偿的基本原理是在机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均位置偏差x;把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如下图8所示，指令要求沿X轴运动到目标位置P;，目标实际位置为P}.i，该点的平均位置偏差为x，个;将该值输入系统，则系统CNC在计算时自动将目标位置P;的平均位置偏差x，个叠加到插补指令上，实际运动位置为:P}.i=P.+x;使误差部分抵消，实现误差的补偿。螺距误差可进行单向和双向补偿。5.2反向间隙补偿反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，由十反向间隙的存在，会引起伺服电机的空转，}fU无工作台的实际运动，又称失动。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均反向差值B，作为机床的补偿参数输入系统。CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动B值，然后按指令进行运动。如图9所示，工作台正向移动到O点，然后反向移动到P;点，反向时，电机(丝杆)先反向移动B，后移动到Pi点;该过程CNC系统实际指令运动值L为:L=P;+B反向间隙补偿在坐标轴处十任何方式时均有效。在系统进行了双向螺距补偿时，双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙，因此，此时不需设置反向间隙的补偿值。5.3误差补偿的适用范围从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的二种控制方法可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显著的效果，可明显提高数控机床的定位精度和I重复定位精度。对全闭环数控系统，由十其控制精度高，采用误差补偿的效果不显著，但也可进行误差补偿。（一）丝杠螺距误差补偿的必要性数控机床的直线轴精度表现在进给轴上主要有三项精度：反向间隙、定位精度和重复定位精度，其中反向间隙、重复定位精度可以通过机械装置的调整来实现，而定位精度在很大程度上取决于直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。在数控车床生产制造及加工应用中，在调整好机床反向间隙、重复定位精度后，要减小定位误差，用数控系统的螺距误差螺距补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。由于滚珠丝杠副在加工和安装过程中存在误差，因此滚珠丝杠副将回转运动转换为直线运动时存在以下两种误差。①螺距误差，即丝杠导程的实际值与理论值的偏差②反向间隙，即丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大窜动。定位精度的测量仪器可以用激光干涉仪、线纹尺、光栅尺数显表和步距规。（二）反向间隙补偿1．步骤一：设定参数18002．步骤二：测量反向间隙值（1）回参考点（2）用切削进给使机床移动到测量点指令：G01X100.0F300；（3）安装百分表，将刻度对（4）用切削进给，使机床沿相同方向移动到X200.0处（5）用切削进给返回测量点X100.0处（6）读取百分表的刻度（7）按检测单位换算切削进给方式的间隙补偿量3．步骤三：设置参数1851参数设定范围：-9999~+9999（三）螺距误差补偿步骤一：测量准备（1）将Z轴光栅尺与数显表正确连接。（2）设置滑台的机械坐标系零点，以及正负限位。如下图所示，设置正限位为48，负限位为-257.步骤二：设置如下参数：图2螺距误差补偿画面步骤三：测量补偿值并记录（1）在MDI方式下，输入“G98G01Z-257.0F300”，按下自动循环按钮，滑台运动至Z轴-257mm位置。（2）输入“G98G01Z-255.0F300”，按下自动循环按钮，滑台运动至Z轴-255mm位置。注意：这一步是为了消除反向间隙误差。（3）按下【单步】按键，把光栅尺数显表清零，输入“G98G01W20.0F300”，按下自动循环按钮，滑台向Z轴正方向运动20mm，记录数显表读数后清零，再次运行以上程序，记录各次读数填入下表。步骤四：输入补偿值，再次测量，观察补偿效果。三、实训要点及实施1．实训要点（1）本实训项目实施计划根据FANUC0imateTD数控系统制定，在实际教学中，采用不同的系统，参数设置可能有所不同（2）通过本项目要掌握滚珠丝杠反向间隙和螺距误差补偿方法，并能够正确输入补偿参数。2．工具清单工具：百分表1个，磁力表座1个，光栅尺数显表1个。3．项目实施计划（1）按照反向间隙补偿步骤对机床进行反向间隙的补偿。（2）按照螺距误差补偿方法对机床进行螺距误差补偿。四、实训项目报告实训项目报告一五、思考题六、阅读资料教案第9次课章节、名称第2章计算机数控系统（CNC）§2.5数控系统的刀具半径补偿原理教学目的和要求本次课主要讲授数控系统的刀具半径补偿原理的基本知识。使学生熟悉刀具半径补偿的概念及意义；掌握刀具半径补偿功能的原理和实现方法；掌握直线过渡型刀具半径补偿的的几种类型和各自的特点。掌握刀具半径补偿的概念及含义掌握直线切削刀具半径补偿的计算方法掌握圆弧切削刀具半径补偿的计算方法熟悉直线过渡型刀具半径补偿的三种类型重点难点重点：刀具半径补偿的原理及实现方法难点：直线、圆弧切削刀具半径补偿的计算方法教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配）教学内容：1、刀具半径补偿的概念和意义。2、刀具半径补偿功能的实现直线切削刀具半径补偿的计算；圆弧切削刀具半径补偿的计算3、轮廓过渡时半径补偿的处理方法过渡圆弧法；尖角外轮廓过渡；尖角内轮廓过渡4、直线过渡型刀具半径补偿（C刀补）的三种类型及实现方法伸长型；缩短型；插入型教学方法：课堂讲授、多媒体PPT辅助手段：图片演示、板书推演师生互动：提问，讨论时间分配：总2学时作业布置P712-12主要参考资料《数控技术》，曹甜东主编，华中科技大学出版社，2021《数控车床（华中数控）考工实训教程》，吴明友主编，化学工业出版社，2007课后自我总结分析刀具半径补偿是数控加工中的一个非常重要的概念，对于刀具半径补偿功能的实现方法的熟练掌握对学生了解数控系统的工作原理及加工方式有着重要的意义，也是掌握数控机床编程和零件加工等实践环节的理论基础。在讲授过程中应注意收集和使用一些图像资源，让学生能够直观的了解刀补的具体内容及重要意义，对于具体的实现过程在黑板上进行推演以帮助学生掌握。讲稿第2章计算机数控系统（CNC）§2.5数控系统的刀具半径补偿原理一、刀具半径补偿的概念为了说明数控系统的刀具半径补偿，先来看一个铣削加工零件外轮廓的例子。如图2-37所示。在轮廓加工过程中，由于数控系统控制的是刀心轨迹，因此编程时要根据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精铣三个工步，由于每个工步加工余量不同，因此它们都有相应的刀心轨迹。另外刀具磨损后，也需要重新计算刀心轨迹。这样势必增加编程的复杂性。为了解决这个问题，在数控系统中专门设计了若干存储单元，存放各个工步的加工余量、刀具磨损量、刀具半径值，而刀心轨迹由系统自动进行计算，进而生成数控程序。这样简化了编程的计算，又增加了程序的可读性。这种以按照零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置量为依据，自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。图2-37外轮廓铣削二、刀具半径补偿功能的实现YXYXOA(X,Y)O’A’(X’,Y’)αΔXΔY直线切削刀具半径补偿计算如图2-38所示，加工的直线终点坐标为A（X，Y）。假定程序加工完成后，刀具中心经刀具半径（R）补偿后到达直线O’A’的终点（X’,Y’）。设终点刀具半径偏置矢量AA’的坐标投影为（ΔX,ΔY）,则有图2-38直线切削刀具半径补偿X’=X+ΔXY’=Y+ΔY因为ΔX＝Rsinα=ΔY=-Rcosα=-故A’点的坐标值为X’＝X+Y’＝Y-第二、三、四象限的刀径补偿计算可以类似推导，所差仅为ΔX与ΔY的符号。2、圆弧切削刀具半径补偿的计算如图2-39所示，r为所加工圆弧的半径，圆弧起点A（X0,Y0），终点B（Xe,Ye）。假定上段程序加工完成后刀具中心点为A’(X0’,Y0’),那么BB’和AA’的长度为刀具的半径R。设BB’在坐标轴上的投影为（ΔX,ΔY），则YXOB’(X’eYXOB’(X’e,Y’e)A’(X0’,Y0’)ΔXΔYRB(Xe,Ye)A(X0,Y0)rYe’=Ye+ΔY从而得到ΔX＝Rcosα=ΔY=Rsinα=故B’点的坐标为Xe’＝Xe+Ye’＝Ye-同样容易得到A’点的坐标，即X0’＝X0+Y0’＝Y0-通过上述公式已经能计算出直线和圆弧轮廓经过刀具半径补偿后的起点与终点坐标。但在两段轮廓交接处如何过渡就有问题了，除非两段轮廓交接处正好光滑过渡，即前一程序段终点的刀偏矢量与下一程序段起点的刀偏矢量完成重合，否则必然在交接处出现间断点或交叉点。一种简单的处理是在尖角过渡处使刀具中心轨迹以小于180o的圆弧由上段终点运动至下段始点。该过渡圆弧是由数控系统自动加入的，过渡圆弧的半径就是刀具半径R，如图2-37所示。由图可见，当尖角过渡为外轮廓过渡或光滑过渡时，这种方法是没有问题的。但当尖角轮廓为内轮廓时，很明显会出现工件的过切现象，这是不允许的。3、直线过渡型刀具半径补偿（C刀补）C刀补是数控系统为解决上述尖角过渡问题而设计的，它专门处理两个程序段间转角的各种情况。它由数控系统根据与实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接算出刀具中心轨迹的转接交点，然后再对原来的程序轨迹（刀具中心）轨迹作伸长或缩短的修正。C刀补中，为了避免下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本段的刀具中心轨迹时，提前将下一段程序读入。根据它们之间转换的具体情况，做出适当的处理。在CNC系统中，C刀补根据相邻两段程序段所走的线型不一样以及两个程序段轨迹的矢量夹角和刀具补偿方向的不同，将转接过渡方式分为三种类型：伸长型、缩短型、和插入型。对于直线与直线的转接，系统采用了以下算法。图2-42所示为直线至直线各种转接的情况，编程轨迹为OA->AF。图2-42直线至直线左刀补情况在图2-42（a）和(b)中，AB、AD为刀具半径值，刀具中心轨迹与DK的交点为C，由数控系统求出交点C的坐标值，实际刀具中心轨迹为IC->CK。采取求交点的方法，从根本上解决了肉轮廓加工的过切现象。由于IC->CK相对于OA->AF缩短了CB与DC的长度,因此,这种求交点的内轮廓过渡称为缩短型转换.在图2-42(c)中,C点为IB和DK延长线的交点,由数控系统求出交点C的坐标,实际刀具中心运动轨迹为IC->CK。同上道理，这种外轮廓过渡称为延长型转换。在图2-42（d）中，若仍然采用求IB与DK交点的方法，势必要过多地增加刀具的非切削空行程时间，这显然是不合理的。因此C刀补算法在这里采用插入型转换，即令BC＝C’D＝R，数控系统求出C与C’点的坐标，刀具中心运动轨迹为I->C->C’->K，即在原轨迹中间再插入CC’直线段，因此称其为插入型转换。湖南大学硕士学位论文配电网无功补偿系统的研究与应用姓名：黄志刚申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：罗安;胡昭发20070830摘要本论文介绍了无功补偿的原理和目的，针对当Ｉｉ｛『配电网无功补偿的情况，给出了无功补偿的优化方法。在实时补偿方面，针对不同的负荷状况，从实时的角度研究电容器组的投切及控制算法。针对当前低压无功补偿中遇到的一些问题，通过理论上的分析，结合先进的软硬件技术，详细介绍了解决思路和系统关键技术的实现以及补偿方案的选取。其中针对无触点开关投切电容器时产生的电流冲击问题设计了专门的主电路和触发电路，并结合通断率控制来消除冲击电流；对无功补偿中可能遇到的电流谐振问题，通过理论计算选取了在主电路中串入电感的方法来避免电流谐振的产生；对由投切电容可能引入的电压高次谐波，加入了电压滤波环节，减少对电网的污染；在三相不平衡情况比较严重的情况下，根据功率平衡器的原理进行无功补偿，把功率因数补偿到任意指定值的同时还将三相不对称负荷补偿成对于供电系统来说是三相对称的；对于单个的补偿装置，采用最优控制理论，使功率因数达到最优的控制效果；在进行多点协同的无功补偿时，先根据线路的特点计算寻求线路中的最优补偿点，在此基础上通过多个单机的协同控制，采用了动态规划方法，使线路的损耗达到最小值。该装置目前在韶关冶炼厂已投入运行，运行结果表明，该装置不仅响应速度快，数据传输可靠，控制精度高，而且操作简单，易维护，很好的满足了控制要求。关键字：无功补偿；无触点开关；谐波；最优补偿点ＩｌＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｇｉｖｅｎ．Ｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒ’Ｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅ．Ｂｙｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｕｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｙｓ，ｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍ＇ｓｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＶａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｍｐｕｌｓｅｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｎｔｈｅｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈｏｎｏｒｃｕｔｏｆｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｗｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｄｅｓｉｇｎｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｔｒｉｇｇｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｕｓｅｔｈｅｏｐｅｎ－ｏｆｆｒａｔｉｏｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｉｍｐｕｌｓｅｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｈｕｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ｗｅｕｓｅｓｅｒｉｅｓｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｉｎｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｂｙｔｈｅｏｒｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｗｅａｄｄｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈａｒｍｗｈｉｃｈｖｏｌｔａｇｅｈａｒｍｏｎｉｃｄｏｔｏｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅｓｅｖｅｒｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｕｎｂａｌａｎｃｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｗｅｕｓｅｔｈｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｄｏＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．ＷｅＣａｎｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｒｅａｃｈｇｉｖｅｎｖａｌｕｅａｎｄｍａｋｅｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｌｏａｄｂｅｃｏｍｅｂａｌａｎｃｅｉｎｔｈｅｓａｌｎｅｔｉｍｅ．Ｗｅｍａｋｅｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｇｅｔｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｂｙｕｓｉｎｇｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｔｏａｓｉｎｇｌｅｃｕｎｔｒｏ｜ａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｔｏｍｕｌｔｉ—ａｐｐｌｉａｎｃｅ，ｆｉｒｓｔｗｅｇｅｔｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｎｏｄｅｓｉｎｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｗｅｕｓｅＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｙｓｏｆｌｅａｓｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｅｂｙｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉａｎｃｅ．Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｉｓｅａｓｙｔｏｏｐｅｒａｔｅ，ｅｘｔｅｎｄａｎｄｍａｉｎｔａｉｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｇｓｏｆｃｏｎｔｒ０１．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｖａｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｏｎ＿ｃｏｎｔｒａｃｔｏｒｓｗｉｔｃｈ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｔｈｅｍｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍＶａｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ１１１湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：苕压硎ｊ’日期：姊每？≈其｜ｓ日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留弗向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于ｌ、保密口，在年解密后适用本授权书。弋／不保密团。（请在以上相应方框内打“、／”）作者签名：删导师签名：ｌ罗座日期：矽矽年纱月／，日日期：》固每｜船其ｌｓ日Ｉ第一章绪论１．１课题背景由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。在城农网改造过程中，对无功就地平衡提出了新的要求，本论文针对低压配电网络如｛可实现无功平衡，并实现自动补偿功能进行分析。１．２国内外研究现状电力系统是一个典型的非线性大系统，随着社会的进步，经济的发展，社会对电力的需求不断增加，使现代电力系统发展迅速，系统日趋复杂。大机组、重负荷、超高压远距离输电，大型互联网络的发展，以及对电力系统安全性、经济性及电能质量的高要求，使柔性输电系统（ＦＡＣＴＳ）技术成为目前电力系统的一个重要的研究领域。传统的无功补偿设备可满足一定范围内的无功补偿要求，但存在响应的速度慢，故障维护困难等缺点。静止无功补偿器（ＳＶＣ）近年来获得了很大发展，已被广泛用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于负载无功补偿。其典型代表是固定电容器＋晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）。晶闸管投切电容器也获得了广泛的应用…。除了在控制器件方面的改进，随着人工智能技术的不断发展，在控制方法上也有很大的进步。采用模糊神经网络、自适应控制等智能型控制方法，研制能同时对电压、无功功率、三相不平衡、谐波等进行综合调节和补偿控制的装置已经成为大家的共识。目静，在城市配电网公用变压器低压侧，由于用户家用电器感性负载的不断增加，使得其功率因数较低，导致公用变压器低压侧线路损耗大，供电电压指标不能满足用户要求。因此，在公用变压器低压侧进行无功功率补偿已成为目ｌｉ｛『研究的另一个热门。国外，城市、农村电网是否安装户外无功补偿已成为衡量配电网性能的主要指标之一。在日本，配电网系统户外补偿电容器的自动投切率已达８６．４％；在荚国，许多城市道路旁的电线杆上装有并联电容器组，并采用自动装置控制”“”１。国内，无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。据统计，当前，国内典型城乡配电网无功损耗情况如下：按电压等级划分，０．４ｋ级损耗占５０％，ｌＯｋＶ级占３０％，３５ｋ＇Ｆ以上占２０％。在农村，长距离供电较为普遍，ｌＯｋＶ线路损耗较大；在城网中，配网损耗主要在０．４ｋＶ侧，因此，做好ｌＯｋＶ等级电压以下的无功补偿具有重要意义。近年来，由于计算机技术的发展，无功补偿技术已得到很大的改进，无功补偿装置的发展已进入一个新的阶段。然而，许多电网仍存在补偿不足，调节手段落后，电压偏低，损耗增大等问题。负荷无功补偿主要有以下几个问题：１）无功补偿容量不足。在供电方面，公用变压器在全国大中小城市中大量存在，而且伴随着一户一表等城网改造的开展，还会大量增加。由于资金匮乏及重视程度不够，公用变压器区内无功补偿容量严重不足，有功损耗大，公用变压器的利用率不商。在用户方面，由于公用变压器区内低压用户很多，供电企业管理不便，低压用户感性负荷很大。由于各用户没有统一的无功功率补偿，造成补偿不合理，效果不明显。２）无功补偿装置落后。在无功补偿装置上，大量的装置采用采集任选一相的无功信号或一相电流另两相电压得出的无功信号并以此作为投切容量的依据，但这种方式只适用于以三相动力为主的配电区，它可能会对非采样相造成过补或欠补。在投切容量的确定方面，往往功率因数为参考，电容器分组投切，当功率因数滞后时，则投入一组电容器；当有超前的无功分量时，则切除一组电容器；按步投切电容量，无功补偿的精度不高。这些装置常因为电容器容量级差大而投切精度低或频繁投切。３）集中补偿占大多数。集中补偿只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所产生的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的有功损耗。由于用户内部的无功损耗没有减少，所以降损节电效果必然受到限制。负荷所需的无功功率，仍然需要通过线路供给，依然产生有功损耗。户外型无功自动补偿系统的研究正在起步，已有一些科研单位和公司推出了相应产品。早期生产的低压网无功补偿控制器多选用分立的电子元件；８０年代起发展为采用ＣＭＯＳ集成电路；近年来发展的新产品是以微处理器为核心的电脑型智能化产品，并根据用户需要开发出了一批多功能的新产品，可以获得优良的调节性能和某些独特的环节，使控制器更趋于完善。控制器电路．发计和生产过程的完善化，对电子元件的老化试验和筛选，提高了控制器整体的工作可靠性和使用寿命，产品质量的档次得到提高。目前主要存在问题是控制规律简单、抗干扰能力差，不能很好的解决无触点开关投切电容的问题，在三相不平衡条件下不能有效的进行无功补偿。同时由于户外工作环境相对恶劣，装置的可靠性和控制精度难以满足现场运行的要求。此外还不具备通讯功能，不能实现全电网的无功优化，不能对电能质量进行在线监视以满足现代化电力系统建设的需要。在公用变低压侧进行无功功率补偿，现在对并联电容器的分组方式得到了共识。过去生产按等容量分组的控制器，后生产按ｌ：２：４或１：２：４：８不等容量分组的控制器，调控补偿设备的容量分组分别为７级和１５级。主要发展带逻辑电路“先投先切，后投后切”的等容量分组方式的控制器，以使各组并联电容器投入运行的时间大致均等，并可减少增减补偿容量过程中电容器的投切次数，但仍旧没有解决无级投切的问题。随着高电压、大功率半导体器件的不断更新和发展，功率变换控制技术的闩臻完善，极大地推动了电力电子技术在电力工业中的广泛应用，对增强电力系统运行的稳定性和安全性，提高输电能力和用电效率，以及在节能和改善电能质量等各方面都起着越来越重要的作用。专家们认为在２１世纪，会有更多更新的高电压大功率半导体器件和装置投入电力工业的实际运行中，使目前基本不可控的系统变为灵活可控（称为柔性交流输电系统——ＦＡＣＴＳ）。１．３目前国内主要补偿方案的简介及存在的问题国内无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。从补偿方法上看，主要有固定、手动、自动三种“３。２１．３．１固定补偿方案固定补偿主要综合整个电网的各项年平均参数，根据无功的分布情况选取若干个补偿点，每个点投入若干单位的电容量，使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个电网的运行特点，既取得了最佳经济效益又兼顾了全网无功潮流的平衡；缺点是补偿容量不能跟随电网的实时运行状况，其最佳值是年平均意义上的，电压波动问题依然存在，当电网负荷发生变化时，这种方法就无能为力了。１．３．２手动补偿方案手动补偿通过若干电容器组的组合，达到改变补偿容量的作用，适用于时间上呈一定规律变化的负荷，缺点是分组过于粗糙，设备体积庞大，需专人守护，并且只针对采样点参数进行计算，不能达到最佳补偿效果。１．３．３自动补偿方案自动补偿是微电子技术在电力系统的应用。控制器根据传感器的数据，计算出当前电网所需的无功补偿量并控制电容器组的投切，达到实时补偿的目的。１。进几年，由于电脑技术的应用，功率因数自动补偿系统的发展进入了一个新阶段。虽然各种微电脑功率因数自动控制器硬件、软件设计不同，但其原理基本如图卜１所示：囝ｌ－Ｉ徽电脑功率因数自动控制器方榧图检测单元通过电压、电流互感器采得电压和电流信号，并利用运放电路、门电路得到反映相位差的方波信号，传给控制单元。微处理器接收到检测信号，经过逻辑运算得到实时ＣＯＳ毋，分别送到显示和比较单元。在比较单元中与设定值进行比较，确定是否发出投切命令。同时控制单元还具有过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能。执行单元接到命令后，通过投切装置完成电容器组的投切。３微计算机技术的应用进一步加强了控制单元的功能，集成化程度大大提高了，自诊能力、扩充能力都得到了加强。１．３．４现有无功自动补偿器存在的问题从外部特性和各项指标及用户反映的情况来看，现有无功自动补偿器主要存在以下问题：１．没有解决无触点安全投切电容和无级调节投入电容容量的问题旧现有的采用无触点控制的无功补偿装置在电容的无级投切这一点上做的不很理想，大多采用控制触发角来控制投切电容量的多少。这样做会造成较大的冲击电流和引入高次谐波，使晶闸管的寿命变短，因而无触点控制的优势无法充分的体现出来。２．不能提供动态无功补偿的三相均荷控制无功补偿装置通常按三相平衡设计，但是电网中的许多冲击负荷往往具有三相不平衡性质，如冶会电弧炉、大型熔焊机、电气化铁路的电力机车等均为具有随机特征的三相不平衡负荷，民用照明负荷也肓显著的不平衡特征。显然，不论是瞬问的电压闪变还是持续的中点电位偏移，都不仅会干扰相关系统的证常工作而且可能危及人身与设备安全，这就要求帽应的动态无功补偿装置在快速补偿无功的同时，还具有均荷能力，可以实时地将三相不平衡负荷自动均衡为三相平衡负荷。３．易导致谐波放大“１在低压配电系统中，采用微机控制品闸管投切电容器组，实现基波无功的分相，分级和跟踪补偿。当配电系统非线性用电负荷比重较大时，并联电容器组的投入，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷，严重影响其使用寿命：另一方面，当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大，其结果是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，影响其他用电设备的安全运行。４．现有的装置容易产生高次的谐波嘲传统上曾以交流接触器作为电力电容器投切控制执行元件，现已被晶闸管所取代，通４过对晶闸管触发控制角的控制，可以实现对补偿电容投切容量的动态连续调整，这就是所谓的静止无功功率补偿装置（ｓｖｃ）。ＦＣ＋ＴＣＲ（固定电容器＋晶闸管控制电抗器）和ＴＳＣ（晶闸管开关电容器）是ＳＶＣ的两种典型结构。但是用触发控制角的控制容易产生高次谐波。５．抗干扰能力差，故障率高因为控制器的工作环境存在大电流、较强磁场等，对弱电设计部分的抗干扰能力要求很高。户外工作的环境更加恶劣，因此目前大多数控制器均只能在户内工作，并且故障率高，大大限制了补偿器的使用范围咖。６．不能达到全局最优目前的自动补偿方式均针对采样点数据进行计算，因为控制器之问缺乏信息交流，采用的算法落后，控制器不能综合全网运行情况使无功潮流的分布趋于最合理，经济效益达到最佳，同时也不能实现对电网的遥测，不适于现代化电网的发展趋势。５第二章无功补偿的原理及意义２．１无功补偿的原理在电力系统中，由于电感、电容元件的存在，不仅系统中存在着有功功率，而且存在无功功率。虽然无功功率本身不消耗能量，它的能量只是在电源及负载问进行传输交换，但是在这种能量交换的过程会引起电能的损耗，并使电网的视在功率增大，这将对系统产生以下一系列负面影响：（１）电网总电流增加，从而会使电力系统中的元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，使用户内部的起动控制设备、量测仪表等规格、尺寸增大，因而使初投资费用增大。在传送同样的用功功率情况下，总电流的增大，使设备及线路的损耗增加，使线路及变压器的电压损失增大。（２）电网的无功容量不足，会造成负荷端的供电电压低，影响正常生产和生活用电；反之，无功容量过剩，会造成电网的运行电压过高，电压波动率过大。（３）电网的功率因数低会造成大量电能损耗，当功率因数由０．８下降到０．６时，电能损耗将近提高了一倍。（４）对电力系统的发电设备柬说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。为了保证转子绕组币常工作，发电机就不允许达到预定的出力。此外，原动机的效率是按照有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，会导致原动机效率的相对降低“…。目前，随着电力电子技术的迅速发展，工厂大量使用大功率丌关器件组成的设备对大型、冲击型负载供电，这使电能质量问题Ｆ１益严重。如果，不进行无功补偿，在正常运行时，会反复地使负载的无功功率在很大的范围内波动，这不仅使电气设备得不到充分的利用，网络传输能力下降，损耗增加，甚至还会导致设备损坏、系统瘫痪。２．１．１电力网的功率因数电力网除了要负担用电负荷的有功功率Ｐ，还要负担负荷的无功功率Ｑ。有功功率Ｐ、无功功率Ｑ和视在功率Ｓ之间存在下述关系：Ｓ＝√Ｐ２＋９２（２－１）而专＝ＣＯｓ≯（２－２）被定义为电力网的功率因数，其物理意义是线路的视在功率Ｓ供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用束供给有功功率，以减少无功功率的消耗。６２．１．２补偿无功功率的电路和向量图ａ１电路ｂ）向量图（欠补偿）ｃ１向量图（过补偿）国２—１补偿无功功率的电路和向量图在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例：异步电动机、变压器、萤光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比重。电力系统的电抗器和架空线等也要消耗一些无功功率；同时，各种谐波源也要消耗一定的无功功率。阻感负载可看作电阻Ｒ与电感Ｌ串联的电路，其功率因数为ｃ０。Ｄ：．！！√Ｒ２＋Ｘ：（２．１）式中Ｘ￡＝观给Ｒ、Ｌ电路并联接入Ｃ之后，电路如图２．１ａ所示。该电路的电流方程为ｉ＝ｉｃ＋ｉｕ（２－４）由图２．１ｂ的相量图可知，并联电容后电压Ｄ与ｊ的相位变４，Ｔ，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流ｊ的相位滞后于电压Ｄ，这种情况称为欠补偿““。７ｋ若电容ｃ的容量过大，使供电电流，的相位超前于电压口．这种情况称为过补偿，其相量图如图２．１ｃ所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率同样会增加电能损耗。如果供电线路电压因此而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器的寿命。２．３提高功率因数的意义１）提高功率因数可以减少电压损失电力网的电压损失可以表示为：ＡＵ：—ＰＲ＋—Ｑｘ（２．６）Ｕ可看出，影响△【，的因数四个：线路的有功功率Ｐ、无功功率Ｑ、电阻Ｒ和电抗ｘ。如果采用容抗为％的电容来补偿，则电压损失为：ＡＵ：—ＰＲ＋Ｑ（—ｘ－ｘｃ）（２．７）Ｕ故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△Ｕ减小，改善了电压质量。２）减少线路损失当线路通过电流，时，其有功损耗为：ＡＰ＝３１２Ｒ×１０—３（枷１（２－８）或ＡＰ＝３麦≥枷弋Ｍ∽”可见，线路有功损耗△Ｐ与ｃｏｓ２妒成反比，ｃｏｓ矿越商，ＡＰ越小。对全网线路有功损耗的降低值，应按线路节点问电阻以及所通过的无功负荷分段求出，再将各段的值相加。３）提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系Ｐ＝Ｓｃｏｓ≯（２－１０）可见，在传送一定有功功率Ｐ的条件下，ｃｏｓ庐越高，所需视在功率越小。４）降低变压器的损耗投入电容补偿后，流过变压器绕组中的电流减少，单台变压器减少的有功功率为：叱：Ｑ三簪％×１０一，Ｌ，。Ｇ：补偿电容量：Ｑ：变压器无功负荷；如：变压器等效电阻。故绕组的有功损耗也相应减少。（２．１１）铜损减少的有功功率为：／－．、２婢＝∥２峨【１＿粤Ｉ（２．１２）ｋＣＯＳ吼／鼻：变压器的负载率；ＣＯＳ妒ｔ、ＣＯＳ≯２：补偿Ｉｊ｛ｆ、后的功率因数；△尸ｋ：变压器的额定铜损。５）增加变压器的输出功率’由于补偿后无功负荷的减少，负载降低，相应地增加了变压器的富裕容量，提高了输出能力。设补偿后的功率因数为ＣＯＳ痧。，补偿后新增负荷的功率因数为ＣＯＳ矽。，则有四种情况：１．当ＣＯＳ驴。＜ＣＯＳ毋。时，可增加的视在功率为：ＡＳ＝√ｓ；