电压表设计论文
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电压表设计论文范文第1篇
数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。
新型数字电压表的整机设计
该新型数字电压表测量电压类型是直流,测量范围是-5～+5V。整机电路包括:数据采集电路的单片机最小化设计、单片机与PC接口电路、单片机时钟电路、复位电路等。下位机采用AT89S51芯片,A/D转换采用AD678芯片。通过RS232串行口与PC进行通信,传送所测量的直流电压数据。整机系统电路如图1所示。
数据采集电路的原理
在单片机数据采集电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加逻辑器件做接口电路,实现了单片机对AD678转换芯片的操作。
AD678是一种高档的、多功能的12位ADC,由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统,而且一次A/D转换仅需要5ms。
在电路应用中,AD678采用同步工作方式,12位数字量输出采用8位操作模式,即12位转换数字量采用两次读取的方式,先读取其高8位,再读取其低4位。根据时序关系,在芯片选择/CS=0时,转换端/SC由高到低变化一次,即可启动A/D转换一次。再查询转换结束端/EOC,看转换是否已经结束,若结束则使输出使能/OE变低,输出有效。12位数字量的读取则要控制高字节有效端/HBE,先读取高字节,再读取低字节。整个A/D操作大致如此,在实际开发应用中调整。
由于电路中采用AD678的双极性输入方式,输入电压范围是-5～+5V,根据公式Vx10(V)/4096*Dx,即可计算出所测电压Vx值的大小。式中Dx为被测直流电压转换后的12位数字量值。
RS232接口电路的设计
AT89S51与PC的接口电路采用芯片Max232。Max232是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。Max232芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS232电平达到匹配。
串口通信的RS232接口采用9针串口DB9,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。在实验中,用定时器T1作波特率发生器,其计数初值X按以下公式计算:
串行通信波特率设置为1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,计算得到计数初值X=0f3H。在编程中将其装入TL1和THl中即可。
为了便于观察,当每次测量电压采集数据时,单片机有端口输出时,用发光二极管LED指示。
软件编程
软件程序主要包括:下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与PC串口通信程序。单片机采用C51语言编程,上位机的操作显示界面采用VC++6.0进行可视化编程。在串口通信调试过程中,借助“串口调试助手”工具,有效利用这个工具为整个系统提高效率。单片机编程
下位机单片机的数据采集通信主程序流程如图2所示、中断子程序如图3所示、采集子程序如图4所示。单片机的编程仿真调试借助WAVE2000仿真器,本系统有集成的ISP仿真调试环境。
在采集程序中,单片机的编程操作要完全符合AD678的时序规范要求,在实际开发中,要不断加以调试。最后将下位机调试成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash单元中。
人机界面编程
打开VC++6.0,建立一个基于对话框的MFC应用程序,串口通信采用MSComm控件来实现。其他操作此处不赘述,编程实现一个良好的人机界面。数字直流电压表的操作界面如图5所示。运行VC++6.0编程实现的Windows程序,整个样机功能得以实现。
功能结果
电压表设计论文范文第2篇
论文关键词：科学探究；物理概念；物理规律
论文摘要：本文通过创设学习环境，让学生感受科学探究，形成概念、认识规律，建构物理知识体系，让学生体验科学探究；最后，要通过运用、巩固、深化物理知识，让学生再次经历科学探究。
科学探究是科学家运用一系列科学方法通过一定程序解决自然领域或科学问题的研究过程，其本质是以科学态度揭示大自然奥妙并发现科学真理的思维方式。《物理课程标准》将科学探究作为课程目标与重要内容，旨在使学生通过与科学家相似的研究过程，经历提出问题、猜想与假设、实验设计等一系列感受和体验，在获取知识与技能的同时，形成实事求是的科学态度，激励积极主动的探索精神，提升标新立异的创新能力。
一、感受科学探究，创设学习环境
1.感受科学探究，创设学习概念环境。物理概念是从自然现象、物理事实或过程中抽象出来的，在教学过程中必须把相关的现象或过程展现出来，给学生创设一个学习概念的环境。创设环境有运用实验、联系实际等许多方法，但不管采用什么方法，都必须从被动地接受知识向主动地获取知识转化，体现“提出问题”和“猜想与假设”等“科学探究”要素。例如，运用实验引入摩擦力的概念，将放在桌面上的木块与跨过滑轮的绳子相连接，绳子的另一端悬挂掉盘，盘上放重物，木块在绳子的拉力作用下会运动起来。这时让学生猜想，如果逐步减少盘中重物质量，木块将如何？实验之后，再让学生相互交流，分析论证这是为什么。如此，通过科学探究，加深学生对看不见、摸不着的摩擦力的理解。
2.感受科学探究，创设学习规律环境。物理规律揭示的是物理量之间的必然联系，是客观存在的，人们只能去发现规律，而不能凭主观意志去发明创造规律。因此，物理规律教学必须首先提供一个便于探索规律、发现规律的学习环境，使学生通过观察和感受，有所发现、有所联想，萌发或提炼出科学问题。例如，在导入《闭合电路欧姆定律》时，首先将完全相同的8个“6V、0.3A”小灯泡分成两组分别并联在6V的蓄电池和6V的干电池两端，并在电源两端并联电压表监视电路电压，让学生猜想，接通电源后，两电路电压是否相同？两组小灯泡是否一样亮？根据部分电路欧姆定律，两电压表示数必然相同，两组小灯泡也一定一样亮。实验结果却发现，与蓄电池连接的电压表示数基本没有变化，而与干电池连接的电压表示数降低了2V左右，且与干电池连接的小灯泡比与蓄电池连接的小灯泡暗。进一步启发引导学生寻找两电路的不同，猜想现象原因，发现对电路的研究必须考虑电源内阻，引出考虑电源内阻的全电路定律。
二、体验科学探究，建构物理知识体系
1.体验科学探究，形成物理概念。有些概念是在观察、交流、探究等感受和体验过程中，获得感性认识并对感性材料思维加工而形成的。例如，利用人推车，牛拉犁，手提水桶，运动员举起杠铃，磁铁吸引铁钉等常见现象，引导学生分析论证、抽象概括出力是“物体与物体之间的相互作用”。有些概念则需要通过实验来建立，涉及到科学探究的更多要素。例如，电阻的概念首先引导学生回忆“什么叫导体？有哪些常见的导体？”之后，猜想“导体除了能够导电，对电流是否还有其他作用？”“要研究导体对电流是否还有其他作用，可以用什么方法？”“如果需要实验，应使用哪些仪器与材料？如何设计实验？”通过师生、生生互动制定实验方案。在电源、开关、电流表、小灯泡串联的电路中分别串入铅笔芯与镍铬导线之后，引导学生观察灯泡的亮度和电流表的示数，通过讨论、比较、分析、判断，发现镍铬导线对电流的阻碍作用比铅笔芯大，得出在物理学中用电阻表示导体对电流阻碍作用大小的概念。
2.体验科学探究，认识物理规律探索。物理规律需要学生以科学的态度和对科学探索的浓厚兴趣经历科学探究过程，去发现、思考、探讨。首先是通过发现问题、猜想与假设，设计实验，收集证据等一系列活动，探索事物的内在联系，提供实事求是的科学依据；之后再通过分析与论证、评价、交流与合作，得出结论。整个过程要使学生充分体验科学探究，在获取知识的同时，实现培养科学素养的目标。
3.再次经历科学探究，运用巩固物理知识。要真正理解概念掌握规律，还需要在运用物理知识的过程中再次经历科学探究，进行巩固、深化和强化。一是在运用物理知识解决具体问题的过程中强化科学探究。二是在进行实验设计和仪器教具制作的过程中深化科学探究。三是在探索解决问题的思路、方法过程中活化科学探究。
参考文献：
电压表设计论文范文第3篇
[论文摘要]新课标指出高中物理课程应促进学生自主学习，通过多样的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度和科学精神，高中物理探究性实验由于其重视过程和方法，有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，有利于学生创新能力的提高和主体性的发挥。
一、高中物理实验教学存在的问题
目前在应试教育的影响下，物理实验教学难以发挥它应有的作用。许多教师很少做实验，不愿花时间从事实验教学，实验只被作为收集数据，验证理论，应付考试的工具。学生实验形成了教师讲，学生做，教师示范，学生模仿的教学，学生成为被动的接受者，以至于学生很少提出问题。没有养成实事求是的科学态度，没有学会解决问题的科学方法，学生的主体地位远没有得到重视，学生缺乏主动探究的欲望和热情，忽视了实验对学生科学思维方法和创新能力的培养。新课标指出高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。通过多样的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度和科学精神，因此，高中物理实验教学迫切需要改革。探究性实验由于其重视过程和方法，有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，培养与他人合作的精神，养成实事求是的科学态度，有利于学生创新能力的提高和主体性的发挥。强调通过实验探究提高学生的科学素养，已成为当前实验教学改革的主要方向。
二、强化新课程理念，改革实验教学模式
物理实验为培养创新精神提供了最佳环境，尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验，可使学生亲身感受到物理实验的实用价值，能强烈激发学生的创造动机。教师应成为勇于进取、善于创新的模范，无论实验方法的革新、教具的创造、实验的新颖设计，对学生都有很强的感染力，会不知不觉在学生心里播下创造的种子。具体做法：进一步加强了对学生实验兴趣的培养。物理学家爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师。”而兴趣的培养，一要靠老师的正确引导，二要靠学生亲身到实验中去激发。教师要善于把握实验的科学性，挖掘实验的趣味性，制定切实可行的督促、检查方案，或展示、或竞赛、或讨论，使学生饶有兴趣地完成课本或课外小实验、小制作，对活动中表现突出的，及时给予表扬和鼓励，这对提高学生的实验兴趣很有帮助；物理实验教学中，既要发挥教师的主导作用，又要突出学生的主体地位，充分调动学生的积极性和主动性，使学生积极主动的参与实验。课本让学生看，实验让学生做，思路让学生想，疑难让学生议，错误让学生析，并且多给学生提供独立设计实验的训练机会，最大限度地发挥学生的探索潜能，培养学生的实践能力和创造能力。
三、探索实验原理，发展科学思维素质
学生实验的“灵魂”是实验原理，只有把实验原理放在处理实验教学的首要位置，才会使物理实验教学“活”起来。若能在教师有目的的引导下，对实验原理进行挖掘和探索，将能有效地培养学生按科学方法思考解决问题的习惯，发展学生的科学思维素质。在基本实验教学中，必须抓好以下两点：（1）对实验原理的正确理解。要知道这个实验为什么这样做，它的理论根据是什么，不这样做还能怎样做，那一种做法更好，更可行。这是培养学生实验设计能力的一个关键。（2）对常用的物理仪器要熟练使用，这是实验的基础，是实验的工具。常见的实验仪器有以下十三种：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧称、温度计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。对这些常见实验工具不仅要能正确熟练地使用，甚至要知道实验仪器的原理。例如，在《把电流表改装为电压表》实验中，需要测定电流表的内阻，书中直接给出了半偏法，对这一方法的出现学生普遍感到很突然。我们可以这样做，先让学生自己设计一种测电流表内阻的方法，然后对学生中使用最普遍的两种方法进行分析。转贴于 第一种是常见的伏安法，该方法在测一般电阻时可用，但在测电流表内阻时却是不可取的，因为我们测定电流表内阻的目的是用它来改装为电压表，若电流表内阻测量不准确会直接影响改装后的伏特表的精确程度。第二种方法的原理是由伏特表测出电流表和变阻箱两端的总电压U，从电流表读出电流值I，则电流表内阻Rg=U/I-R，这一方法可以消除伏特表分流作用所带来的误差，但却暴露出学生对灵敏电流计的作用不甚清楚，其实灵敏电流计不能准确的测量电流强度，只能作为检流计，既然电流强度的准确值不知道，自然也就无法求出电流计内阻Rg的准确值。在分析了以上两种方法的不足之后，利用并联电路的电流分配关系引导学生得出半偏法已是水到渠成。
四、营造主动探究的氛围，强化学生参与意识
新课程的实验课是要学生通过实验来学到知识，训练技能，并经历一个科学探究的过程。教师在课堂教学中起着主导作用，而一堂课中教师的情感投入往往影响着每个学生的情感投入。教师能否营造一个和谐民主的教学氛围是能否让学生主动探究的前提。在一节课中，有师与生、生与生之间的人际交流，在这个交流环境中，若要使学生有好的课堂氛围，有热烈的讨论，有激烈的争论，有独特的发言，甚至有创造性的思维，都必须让学生从心理上有一种安全感，有一种无拘无束的自然情感的流露。因此，要求教师从尊重学生出发，有和善的语言，温文尔雅的教态去创设这个环境。民主、有序的学习环境有利于激发学生主动探究的欲望，教师要有与人为善的教态，尊重学生、鼓励学生发表独立的见解。实验课中学生的“哇”、“喔”等声音，是学生最真切的情感体现。
当然，在物理实验的教学改革实施中，我们还将面临着许多新的问题，还需要在今后的工作中进一步的研究与探索，我们将在不断的反思中，不断地改进、不断地总结经验，使物理实验的教学改革工作不断地深入，不断地完善。
[参考文献]
[1] 阎金铎.物理教学论[M].南宁:广西教育出版社，1997.
电压表设计论文范文第4篇
[论文摘要]在教学中,要精心创设教学情境,激发学生兴趣。克服思维定势，培养学生的发散性思维、逆向思维等多种思维方式。在生活和实验中培养学生的观察能力和问题意识，激发学生的求知欲望。加强科学探究，培养学生的探究能力、实践能力和创新能力。
深化教育改革，全面推进素质教育，培养二十一世纪具有高素质的创新精神和能力的建设者和接班人，是学校教育的最高目标，作为教育工作者应实现由应试教育向素质教育转变，培养学生的创新能力，使学生全面发展。
一、培养学生的创新思维能力
精心创设情境，激发学生的创新思维。兴趣是激发学生思维能力的重要因素，它能提高学生学习的积极性，主动性，探究性，使学生以一个被动的知识接受者，变成一个主动的参与教学活动的合作者。教师必须精心备课，对所设置的教学问题必须具有趣味性、新奇性、生活性、开放性和适宜性。只有这样才能激发他们的创新思维，例如，在学习光的折射时，提出一些问题，透过圆形金鱼缸看鱼，鱼会变大，筷子斜插入水中，侧面会看到筷子在分界处弯折，学生带着这些问题去学习，会产生兴趣，达到一定的效果。
基础知识，基本技能是培养学生创造性思维能力的前提条件，首先在教学中要狠抓“双基”的落实，让学生学透知识，练实知识，用活知识。用基本的科学知识去解决实际问题，其次要克服定向思维，培养发散性思维和思维的变通能力，对于一个问题，能从不同角度.不同方向去探索解决问题的方法。传统的教学注重解决问题的唯一性。这样不利于培养学生的创新能力，实际中的许多问题，往往是开放的，多变的，答案不是唯一的。在习题教学中要加强一题多问，一题多解，一题多变，多题同解等形式的训练，培养学生的多种思维方式。例如，有这样一道开放题：现有一杯纯净水和一杯食盐水，仪器不限，用那些方法可以鉴别它们，通过各小组的热烈讨论和交流，利用密度、浮力、蒸发结晶、凝固点、导电性等知识,同学们得出了10多种方法,并用实验加以证明，开阔了学生的思路，在教学中还要培养学生的逆向思维。例如有一重为10斤的一个瓶子，用手拿着不动。手与瓶子的摩擦力为多少？当手握瓶子的力增大，此时，瓶子与手之间的摩擦力是否增大。一般的学生会认为摩擦力会随着压力的增大而增大，这是一种定向思维。如果用逆向思维去分析瓶子的状态未变。即静止(受平衡力的作用)f=G，就不难理解。通过这些思维方式的训练和解题的指导，培养学生严密的逻辑推理能力和思维能力。
二、从实验和生活中培养学生的观察能力和问题意识
科学实验离不开观察，观察是科学研究的最基本方法，是创新思维的基础，每个科学实验都有其明确的实验目标。因此，在实验教学中，对每个实验教师首先要让学生明确为什么观察和观察什么?使学生掌握观察的具体内容。例如在观察水沸腾实验中，教师提出让学生观察水在沸腾前后实验现象。实验后有的学生就观察到沸腾前气泡上升中变小，消失，沸腾后气泡会变大，破裂，并提出了相应的问题。又如，在研究液体内部压强时，指导学生观察：当金属盒中的橡皮膜在不同深度，不同液体，不同方向时，分别观察U型管两管液面的高度差是否发生变化，来得出液体内部压强的规律。使学生掌握实验观察的具体方法。如顺序观察法，对比观察法，重点观察法，全面与重点观察法，归纳观察法等。
在平时教学中，学生往往不提问题，也提不出问题，不管是实验还是作业都是按照教师的要求去完成。鉴于这种情况，教师应帮助学生学会观察，鼓励学生在观察的基础上提出问题，培养学生的问题意识。在平时的教学中，教师要把课本知识同生活实际联系起来，提出一些问题。三、注重科学研究，培养学生的科学探究能力
初中阶段的实验大多数是一些验证性的实验。用人为控制的实验条件去验证这些结论，加深对科学知识的理解、掌握，这样不利于充分发挥学生的主动性，培养学生的创新能力。为此，在教学中把演示实验改为分组实验，把一些验证性实验改成探索性实验，增加学生的动手机会，培养他们的实践能力，例如，探索电流与电压、电阻的关系时，让学生按照探究的过程进行，在实验中强化用控制变量法探究，在这个实验中，最难的是电路的设计，教师可采用让学生独立设计——小组讨论合作——各组讨论交流——师生共同补充。整合完成设计的方法，让学生在原有能力的基础上相互学习取长补短。培养学生的观察能力，动手实验能力，严谨求实的科学态度和与他人合作的精神。通过分析实验数据，得出结论，通过评估与交流，让学生发现问题，分析原因，培养学生的实事求是的科学态度。
加强实验设计，培养学生的实践能力和创新意识，开始时，可先让学生设计一些简单的实验。如，用2只开关控制一个灯泡，并且闭合任一只开关都能使灯泡发光等，在这样的基础上教师可采取少给器材，设置故障电路，把仪器调乱，让学生设计实验方案，解释实验中出现的问题，分析实验误差，改进实验等。又如在“测定小灯泡额定功率”的实验中，除按教材上的方法外，教师可提出问题，用一只已知阻值的电阻代替电压表，其他器材不变，设计实验，然后教师再深入引导学生。如果在这个实验中，电压表的量程小于灯泡的额定电压时，怎样测出小灯泡的额定功率，通过这样的引导和启发，激发了学生的求知欲望。
四、开展第二课堂活动，充分发挥学生的聪明才智与创造能力
电压表设计论文范文第5篇
论文关键词：配电网,三相电压不平衡,消弧线圈,供电可靠性
供电可靠性是指城市供电系统对用户持续供电的能力。统计表明，用户停电故障中80％以上由配网系统的故障引起，对用户供电可靠性有很大影响。配电网中三相电压不平衡现象是电网异常和故障的反映。调度员若能根据三相电压不平衡现象准确判断故障，迅速调度指令，隔离故障，恢复运方，可以大大提高对用户的供电可靠性。反之，则可能导致配变烧毁、避雷器爆炸、线路短路，甚至大面积停电事故。
1 三相电压不平衡定义及现状
三相电压不平衡是指在电力系统中各相之间电压不相等或相角不相等，且幅值差超过规定范围，是由各相负载不平衡所造成。配电网的三相平衡一直就是困扰供电单位的主要问题之一，配电网大多是经10／0.4kV变压器降压后，以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。在装接单相用户时，供电部门遵循的原则是将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上。但在实际工作及运行中，由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等，都造成了三相负载的不平衡。
但随着配电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，当发生单相接地时，其他两相的对地电压要升高√3倍，接地电弧不能自动熄灭而产生电弧过电压，一般为3~5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，因此配电网若在三相负荷不平衡度较大情况下运行，最终发展为相间短路将会给配电网与电气设备造成不良影响。
2常见三相电压不平衡现象
通过配电网运行情况我们可以看出，常见的三相电压不平衡有系统完全接地、不完全接地、间歇性接地、弧光接地、由接地诱发的谐振、线路发生断线等现象，举例如下：
2.1 完全接地
如果发生完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相电压上升为线电压，零序电压3U0上升至100V，并发出母线接地信号。此类接地原因主要有：电缆击穿、线路上搭有异物、针瓶击穿、电缆故障等。例如下表所示：
变电站
线路
电压
（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）
接地原因
韩桥变
515
马家湖线
0.2/10.8/10.7/117.5
变压器上面A相避雷器击穿
园台变
514
沿山线
10.3/10.7/0.4/104.4
9#杆真空开关刀闸C相支撑绝缘子击穿
2.2 不完全接地
如果发生不完全接地，故障相电压下降但不为零，非故障相电压上升至相电压与线电压之间，零序电压3U0上升至整定值，发出母线接地信号。此类接地原因主要有：线路间接接地、配电变压器烧毁、电缆故障等。为尽快选出接地线路，避免事故进一步扩大化，各地区部分变电站根据情况安装了小电流接地选线装置，接地时可供调度员们参考。例如下表所示：
变电站
线路
电压
（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）
接地原因
田老庄变
514田梁线
8.3/8.6/2.8/59
2#杆真空开关C相接点打火放电
田老庄变
514田梁线
8.2/2.7/8.0/57.5
黑山墩变支线变压器侧B相线圈烧坏，变压器外壳接地。
2.3 间歇性接地
如果发生间歇性接地，接地现象时有时无，间歇性出现。非故障故障相电压时增时减或有时正常，零序电压3U0也时增时减或有时正常不稳定，接地信号也是发信、复归伴随出现。此类接地原因主要有：扎线松动、风天异物搭接在线路上等。例如下表所示：
变电站
线路
电压
（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）
接地原因
太阳山变
522车站线
间歇性接地
210#杆针瓶绑线松开随风搭在横担上
园台变
514沿山线
间歇性接地
吕光弟石料厂支线6#杆扎线断了
2.4 弧光接地
如果发生弧光接地，电压表指示不稳定，非故障相电压上升至额定电压的2.5-3倍，零序电压3U0可能大于100V。会引起此类接地的原因很多：当金属或者其他导体靠近高压线,距离达到放电距离,就会产生电弧放电,当距离足够小,电弧不能自动熄灭,就是弧光接地了，通常发生风吹着树靠近高压线或者其他事故导致的，也有汽车天线靠近等等。
2.5 由接地诱发的谐振
铁磁谐振有分频、基波、高频谐振三种形式，其共同特征是系统电压升高，母线电压互感器的开口三角绕组出现较高电压，不同点是：
分频谐振三相电压依次轮流升高，超过线电压，一般不超过2倍相电压，三相电压表指针在相同范围出现低频摆动；
基波谐振两相电压升高，超过线电压，但一般不超过3倍相电压，一相电压降低但不等于零；
高频谐振三相电压同时升高或其中一相明显升高，超过线电压，但不超过3至3.5倍相电压。
谐振过电压经常造成设备闪络或击穿、电压互感器喷油、冒烟、高压熔丝熔断等。
2.6 线路发生断线
线路发生断相时，相电压特征是三相电压不平衡，断线相电压和中性点电压升高，非断线相电压降低，供电功率减少，零序电压3U0上升至整定值，发出母线接地信号。此类故障主要有：电缆线路被外力挖断、线路某相跌落保险熔断等。例如下表所示：
变电站
线路
电压
（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）
接地原因
田老庄变
514田梁线
7.7/4.6/6.1/32
线路20#杆处A相跌落保险熔断
南川变
524南源线
2.42/8.56/8.29/63.26
150#杆B、C相跌落保险掉相
2.7 电压互感器高压保险熔断
高压保险一相熔断时，熔断相电压显著降低，其他两相电压不变，发出母线接地、电压回路断线信号。但是，如果高压保险未完全熔断，则可能不会发出母线接地信号。若判断为高压保险熔断，可投入冷备的电压互感器，将故障的电压互感器转检修更换熔断相高压保险。例如下表所示：当时35kV I、II段并列运行，发出“35kVI、II母接地”、“35kV I、II母PT断线”信号，当班调度员判断为C相高压保险熔断。
变电站
线路
电压
（Ua/Ub/Uc kV/3U0 V）
接地原因
关马湖变
32-9PT
20.7/21.6/1.2/36.1
32-9PT C相高压保险熔断
2.8 电压互感器低压保险熔断或二次空开跳闸
低压保险一相熔断时，熔断相电压降低很多，未熔断的两相电压正常，发出电压回路断线信号，开口三角无电压，不会发出母线接地信号。会不会发出母线接地信号是判别高压保险还是低压保险熔断的一个主要依据。例如：五里坡变
6kV母线电压Ua=0.5kV、Ub=0.5kV、Uc=0.5kV、3U0=3.7V，现场检查二次电压均正常，后将母线测控装置二次空开重新合上后电压正常。
2.9 二次电压回路异常及其他
发生这种现象时，电压情况无法预测。其形成原因复杂，通常有二次小线烧断、碰线、回路接错、表计异常等。处理办法一般为调度员根据监控所发信号、现场检查情况将母线电压互感器转检修后交检修单位检查处理。例如：立新变10kV母线电压Ua=6.2kV、Ub=6.2kV、Uc=5.9kV、3U0=8.9V，而且零序电压不断的变化，经保护人员检查为保护插件问题。线路参数不平衡、三相负荷的不对称也会影响母线电压的平衡。
3 三相负荷不平衡的危害
3.1 对配电变压器的影响
（1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗。变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。
从数学定理中我们知道：变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗最小。
（2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果。三相负荷不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。
（3）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大。局部金属件温升增高，在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。
2.2对线路和配电屏的影响
（1）三相负荷不平衡将增加线路损耗。三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为：
ΔP1 = 3I2R
在最大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：
ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R)
即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍，换句话说，若最大不平衡时每月损失1200 kWh，则平衡时只损失200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力巨大。
（2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果。三相负荷不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多。由于发热量Q＝I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50％，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。
同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。
2.3对供电企业的影响
变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。
2.4对用户的影响
三相负荷不平衡，一相或两相电压波形畸变严重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。
变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动、植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。
4 三相电压不平衡原因与治理
4.1线路单相接地
线路正常运行时导线对地电容大致相等，线路对地为相电压，2条线路间的电压差为线电压，在对地电容中流过三相平衡的充电电流，没有零序电流流过，相量图如图1所示。小电流接地系统单条线路发生金属性接地时，接地相与大地同相位，中性点电位发生偏移，其他两相对地电压升高，相量图如图2所示（A相金属接地）。
图1正常状态相量图 图2单相接地相量图
此时三相电压表现为故障相对地电压降低，金属性接地时降低为0；非故障相对地电压升高，金属性接地时升高为线电压。电压互感器（TV）开口三角有电压输出，发出接地信号。
对于这种情况，线路接地不仅仅是指架空线路、电缆，也包括隔离开关、断路器等变电站站内设备。处理时首先应对站内设备进行巡视。检查站内设备正常后将接地母线出线断路器逐一拉合，当拉开某条线路时接地消失则可判定故障点在该线路上。先试拉架空线路多、负荷较轻且无重要用户的线路，后拉负荷较重且有重要用户的线路。
4.2 2条或2条以上线路接地
（1）同一母线的供电线路有时会发生2条或2条以上线路同时接地。若2条线路异名相同时接地，电流速动保护动作，将其中一条线路切除。另一条线路接地，TV开口三角有电压输出，发出接地信号。处理方法可采取单条线路单相接地的办法。
（2）若2条线路同相接地，由于构不成过流保护回路，电流速动保护不会动作。此时绝缘监视显示对地电压指示不平衡，出现接地信号。现象和原理同单条线路单相接地。但是，按照单条线路单相接地处理流程，将所有线路试拉以后接地一直存在。这种情况虽然比较少见，但是现场处理时很容易造成调度员的误判，处理起来也十分复杂。
处理这种三相电压不平衡的一般流程：首先将接地母线上的断路器逐一拉开直到接地现象消失；然后将拉开的线路逐一试送，当试送某一条线路发生接地时立即将该线路拉开直至将全部接地线路找到。这种方法虽然能找到接地线路但是会造成大范围停电，而且对某些线路会造成二次停电，影响供电可靠性。当接地母线所供负荷为中心负荷或所供区域内有重要、敏感用户时该方法的弊端很大。
（3）以2条线路同相接地为例，线路接地时并不是理论上的完全金属接地，总是存在一定的接地阻抗。当2条线路同相接地时零序阻抗图如图3所示。由于接地点位置、绝缘情况等因素不同，线路L1、L2的零序阻抗X01和X02也不会相同。因此拉开线路L1时故障相和非故障相的电压与拉开线路L2时会有一定的差异。利用遥测、遥信工具或运行值班人员现场监视仪表，及时捕捉拉合断路器时电压的差异，往往能判断出接地线路。
图 3 两线同相接地零序阻抗图
4.3线路断线
线路在雷雨、大风、高寒和降雪天气或受到外力破坏时，往往会发生线路断线引发三相电压不平衡，TV开口三角有电压输出，发出接地信号。但与线路单相接地的区别是，此时三相电压表现为一相升高（断线相）另两相（正常相）降低。
电压升高的幅度与断线点和母线的距离有关，断线处离母线越近电压越高，离母线越远电压越低，断线发生在线路末端时，电压变化很小甚至没有变化。另外发生线路断线时常常会接到配电变压器缺相的报告。
线路断线发生后，由于导线悬挂在空中，在风力作用下会和电线杆、大地或周围的树木接触，造成间歇性接地，甚至发展成为线路单相接地。此时，靠近接地处 8m以内即有可能因为跨步电压造成触电，因此线路断线对人员生命安全危险很大，应立即将故障线路切除。
4.4 TV自身故障
TV保险丝熔断也会造成三相电压不平衡现象。TV高压熔丝熔断时三相电压表现为非故障相电压不升高，故障相电压降低但不为0，开口三角有电压输出，发出接地信号。TV低压熔丝熔断时三相电压表现为非故障相电压不升高，故障相电压为0，不发出接地信号。其原因在于 TV 高压熔丝熔断时，在低压侧存在感应电压，熔断相电压不为0。高压侧三相电压不平衡会在开口三角处产生零序电压，启动接地装置发出接地信号，相量图如图4所示（A相熔断）。低压熔丝熔断时，由于没有感应电压的存在，故障相电压为0。一次三相电压仍平衡，故开口三角没有电压，不会发出接地信号。
图4 A相熔断相量图
对TV熔丝熔断造成的三相电压不平衡状况，应首先将母联备自投装置停用，退出与该TV有关的保护。将TV改为冷备用后更换熔断的熔丝，再将TV投入运行，三相电压不平衡即会消失。但是，如果对TV自身故障造成的三相电压平衡现象理解不准确，误判为线路接地或线路断线，则往往会因为试拉线路造成不必要的对外停电，影响供电可靠性。同时，由于处理时间上的延误，TV长时间在不平衡电压下运行容易引发TV损坏。
4.5 消弧线圈补偿不当
通常消弧线圈运行在过补偿状态，补偿后单相接地故障的电流应小于10A。并应优先采用自动跟踪补偿消弧线圈，对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于5％，对于连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈，其脱谐度应小于2％。
在实际运行过程中，由于发生故障或消弧线圈容量不够等原因，有时会引起谐振。此时三相电压表现为一相升高、两相降低或一相降低、两相升高，且三相电压往往不断变化，有时侯还会出现很高的谐振过电压。对这种情况一般将某条线路拉合一次破坏谐振条件后三相电压即恢复正常，并做好记录，以便技术人员参考并重新整定消弧线圈脱谐度。
5 总结
由以上分析可以看出，引起配电网三相电压不平衡的原因很多，彼此之间又有很多相似之处。电网调度人员对此首先要综合各种信号、汇报情况，准确区别各种原因产生的三相电压不平衡现象上的差异，做出准确分析和判断。其次，要了解各种三相电压不平衡现象的机理和产生过程，针对不同的事故情况采用合理的解决办法。最后，处理三相电压不平衡情况时一定要沉着、冷静、思路清晰，对处理步骤做到心中有数。这样才能正确、及时的处理好事故，使电压在最短的时间内恢复正常，保证电网的安全稳定运行，提高供电可靠性。
参考文献：
[1] 程浩忠，艾芊，朱子述，等.电能质量[M]. 北京：清华大学出版社 ，2006.
[2] 人民共和国国家标准. GB/T15543-2008 电能质量 三相电压不平衡度.北京：国家技术监督局，2008.
