线路阻抗模拟负载

实验十 功率因数的提高一、实验目的1.了解日光灯结构和工作原理；2.学习提高功率因数的方法；3.了解输电线线路损耗情况，理解提高功率因数的意义。

二、实验原理与说明1.正弦电流电路中，不含独立电源的二端网络消耗或吸收的有功功率P=UI cos ϕ,cos ϕ称为功率因数，ϕ为关联参考方向下二端网络端口电压与电流之间的相位差。

2.在工业用户中，一般感性负载很多，如电动机、变压器等，其功率因数较低。

当负载的端电压一定时，功率因数越低，输电线路上的电流越大，导线上的压降也越大，由此导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备的容量得不到充分的利用。

从经济效益来说，这也是一个损失。

因此，应该设法提高负载端的功率因数。

通常是在负载端并联电容器，这样流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，此时负载消耗的有功功率不变，且随着负载端功率因数的提高，输电线路上的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。

电路见图10-1。

3.图10—2是供电线路图，在工频下，当传输距离不长、电压不高时，线路阻抗1Z 可以看成是电阻R 1和感抗X 1相串联的结果。

若输电线的始端(供电端)电压为U 1，终端(负载端)电压为U 2，负载阻抗和负载功率分别为()222Z =R +jX 和P 2，负载端功率因数为2=cos λϕ，则线路上的电流为222P I U cos ϕ＝线路上的电压降为12U U -U ∆=输电功率为22221221P P P P P P P I R η∆===++ 式中，P 1为输电线始端测得的功率，P ∆为线路上的损耗功率。

实验时，可以用一个具有较小电阻的元件模拟输电线路阻抗，用日光灯模拟负载阻抗Z 2，研究在负载端并联电容器改变负载端功率因数时，输电线路上电压降和功率损耗情况以及对输电线路传输效率的影响。

图10-1 图10-2 负载的功率因数可以用三表法测U 、I 、P 以后，再按公式P=cos =UIλϕ计算得到，也可以直接用功率因数表或相位表测出。

功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能2008-05-15 17:51:20 作者：未知来源:电子设计技术关键字：功率放大器匹配电路匹配网络s参数串联电阻输出功率Cout耗散功率网络分析仪高Q值对于任何功率放大器（功率放大器）设计，输出匹配电路的性能都是个关键。

但是，在设计过程中，有一个问题常常为人们所忽视，那就是输出匹配电路的功率损耗。

这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器，以及其他耗能元件中。

功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。

因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件，所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。

输出匹配的具体电路不同，损耗也不一样。

对于设计者而言，即使他没有选择不同技术的余地，在带宽和耗散损失之间，在设计方面仍然可以做很多折衷。

匹配网络是用来实现阻抗变化的，就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统，RF设计者们在这上面下了很大的功夫。

对于功率放大器，阻抗控制着传送到输出端的功率大小，它的增益，还有它产生的噪声。

因此，功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。

损耗有不同的定义，但是这里我们关心的是在匹配网络中，RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。

这些损耗掉的功率是没有任何用途。

依据匹配电路功能的不同，损耗的可接受范围也不同。

对功率放大器来讲，输出匹配损耗一直是人们关注的问题，因为这牵涉到很大的功率。

效率低不仅会缩短通话时间，而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。

例如，一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时，效率是55%，能够输出34dBm的功率。

在输出功率为最大时，功率放大器的电流为1.3A。

匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级，这与输出匹配的具体电路有关。

在没有耗散损失时，功率放大器的效率为62%到69%。

尽管损耗是无法完全避免的，但是这个例子告诉我们，在功率放大器匹配网络中，损耗是首要问题。

耗散损失现在我们来看一个网络，研究一个匹配网络（图1a）中的耗散损失。

如何理解输出阻抗与带负载能力的关系什么是输出阻抗？阻抗是电路或设备对电流的阻力，输出阻抗是在出口处测得的阻抗。

阻抗越小，驱动更大负载的能力就越高。

输出阻抗（outputimpedance）含独立电源网络输出端口的等效电压源（戴维南等效电路）或等效电流源（诺顿等效电路）的内阻抗。

其值等于独立电源置零时，从输出端口视入的输入阻抗。

输出阻抗与输入阻抗相对应的，是输出阻抗。

输出阻抗，是指电路负载从电路输出端口反着看进电路时电路所等效的阻抗，其实主要是针对能量源或者输出电路来说的，是能量源在输出端测到的阻抗，俗称内阻。

电压源驱动的电路电压源在加到负载上时，除了在负载端消耗能量，自身也会产生能量的消耗，这里是因为电压源在输出能量的时候，内部存在阻碍能量输出的阻抗，比如电池的内阻。

比如恒压源U，输出阻抗为Rout，负载端电压为Ur，负载R，电流为I=U/（Rout+R），负载端电压Ur=I*R=U*R/（Rout+R），负载产生的功率为P=Ur*I=U2*R/（Rout+R）2。

由此公式可知，输出阻抗越小，驱动负载的能力越大。

对于电流源驱动的电路，也存在输出阻抗，输出阻抗并联在恒流源两端。

电流源输出恒定电流I，一部分In消耗在内阻Rout上，剩余的电流Ir消耗在负载R上，由此可知，负载R上电压为Ur=Ir*R，和内阻Rout两端电压一致，即Ur=Ir*R=In*Rout，又因为I=Ir+In通过推导可知Ur=I*Rout*R/（Rout+R），负载端功率：由此可知，在Rout=R时，外端负载P最大。

因此，对于恒流源负载，要想获得最大功率，需要将负载的电阻值和电流源的内阻匹配一致，即尽量趋近同一个值。

带负载能力就是代表器件的输出电流的大小。

对于标准TTL器件，输出负载能力的高电平为0.4mA，而作为下级负载的TTL器件的输入高电平电流为0.04mA（40uA），这样一个标准TTL器件最大可以驱动8个以上标准TTL负载。

电力电缆阻抗模拟试验负载一、主要要求：1.电力电缆阻抗模拟试验负载可以模拟在母线运行工作过程不同电缆位置的接地故障。

（前半部分0-250米任意可调、后半部分任意可调、中间点接地）。

2.50米电缆的正序阻抗技术要求：正序电阻为0.008欧姆，电抗为0.0035欧姆。

内置有3路通道，满足三相电力并网模拟试验。

3.50米电缆的零序阻抗技术要求：零序电阻为0.01欧姆，零序电抗为0.005欧姆。

内置有1路通道，满足模拟零线并网模拟试验。

二、可选配件1.接地故障短路模拟装置，可模拟单相、三相或任意2相短路故障，可模拟0.1Ω---2Ω接地短路故障，模拟相相短路故障、相地短路故障。

最大短路电流2300A.2.接地故障短路模拟装置，可模拟单相、三相或任意2相短路故障，可模拟0.7Ω、1Ω、2Ω接地短路故障，模拟相相短路故障、相地短路故障。

三、主要功能1.电力电缆阻抗模拟试验负载可以精确模拟0-500米微网接入电缆的阻抗及感抗，满足分布式电源实验检测需要。

2.主机面板上具有调节RL阻抗及感抗的开关，根据现场实验测量需要，可以任意调节。

3.可以在控制台上可以调节RL阻抗及感抗，实现高效率检测。

4.内置RL阻抗及感抗是高精度元器件，满足长时间工作，不会因为温度升高引发阻抗变动而影响试验结果。

5.电力电缆阻抗模拟试验负载模拟电缆长度的步进是50米，可以任意远程切换、快速调节及选择，无需更换电缆接头。

四、技术说明：1.电感、电阻均采用特殊工艺，附加参数低，温漂极低，长时间工作整个温度变化范围内参数变化小于千分之一。

2.主机内置有A、B共2部分，分别可选按键有“直通、50米、100米、150米、200米、250米”共6档，A、B分别模拟250米。

最大模拟500米。

同时每相配接地电阻用于模拟对地短路电流（0.7Ω 1Ω和2Ω三档，每相可单独加载）。

电力电缆阻抗模拟试验负载3.正序电阻为0.008Ω/50米，电抗为0.0035Ω/50米，零序电阻为0.01Ω/50米，电抗为0.005Ω/50米。

负载均流的自适应虚拟阻抗下垂控制方法王天宏;李奇;陈维荣【摘要】为实现直流外电网系统的负载均流,提高系统稳定性,在考虑线路阻抗的前提下,提出一种基于色适应虚拟阻抗的下垂控制方法.该方法根据输出下垂特性和虚拟阻抗原理,将负载电压、电流等代队虚拟阻抗算法,对所得虚拟阻值进行适当修正,实现了虚拟阻抗的色适应修正,能够有效改善负载均流效果.在搭建的实验平台上与传统下垂控制、传统虚拟阻抗下垂控制进行实验测试与对比,结果表明:传统虚拟阻抗下垂控制方式和色适应虚拟阻抗下垂控制方式均能将负载电流差异抑制在0.04 A内,各并联单元输出电流差异小;色适应虚拟阻抗下垂控制方式的负载调整率为0.1%,具有更低的负载调整率;综合考虑输出电流差异、负载调整率、母线电压等因素,色适应虚拟阻抗下垂控制方式具有良好的负载均流优越性和系统稳定性.%An adaptive virtual impedance droop control method considering line impedance is proposed to achieve load sharing of a DC grid system and improve system stability. Based on the output droop characteristics and the principle of virtual impedance,the load voltage and current are taken into consideration in the virtual impedance algorithm. Then,the virtual resistance obtained is modified to realize adaptive correction, which effectively improves the load sharing performance. Finally, experimental measurement and comparison with traditional droop control and traditional virtual impedance droop control are carried out on the experimental platform. The results indicate that the traditional virtual impedance droop control mode and adaptive virtual impedance droop control mode can maintain the load current difference under 0. 04 A.Further,the parallel output current difference is small,and the load regulation rate of the adaptive virtual impedance droop control method is 0. 1%, which is lower than those of the other two control methods. Given factors such as output current difference,load regulation rate,and bus voltage,the adaptive virtual impedance droop control method has load sharing superiority and system stability.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2017(052)005【总页数】9页(P1020-1028)【关键词】直流微电网;变换器并联运行;负载均流;下垂控制;色适应虚拟阻抗【作者】王天宏;李奇;陈维荣【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TM715微电网由分布式电源、储能装置、负荷和保护装置等组成，其能实现自我控制、保护和管理，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，能降低间歇性分布式电源给电网带来的不利影响［1-2］.微网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题［3-5］.根据电源的不同可将微网分为直流微网和交流微网，与交流微网相比，直流微网可忽略无功功率以及集肤效应等问题，因此直流微网工作效率更高、更可靠，控制方法也更容易实现［6-7］.图1为低压直流微网结构示意.直流微电网负载电流分配不均会直接导致并联单元间的不稳定，是当前的研究热点之一［7］.为解决负载均流问题，国内外学者已提出多种不同的控制方法，但绝大部分的控制方法需要借助模块间的通信，这增加了控制的复杂性，另外信号丢失及外部噪声干扰都会造成系统的不稳定性［8］.为克服上述问题，文献［9］分析并提出一种下垂控制方法，该方法易于实现且不需要任何通信;文献［10］提到，要实现并联变换器输出电流平均分配，只需要合适调整每个变换器输出电压;文献［11］提出一种新颖的下垂控制方式，能自适应调节每个单元的输出电压，实现变换器的均流输出;文献［12］提到并联系统中线路阻抗的作用，不可忽略其对实现负载均流的重要性;文献［13］提出电压变化的下垂控制方法，可以有效提高负载调整率;文献［14］采用加入虚拟阻抗的下垂控制方法实现负载均流，但该方法只能针对参数特定的系统，在负载变化系统中难以实现;文献［15］针对交流并联系统，提出一种基于阻性输出阻抗的功率下垂策略，改善有功功率调节;文献［16］提出下垂电阻调节技术，下垂电阻根据负载电压、电流改变自身阻值，输出合适电压满足系统需求.本文根据传统下垂控制的基本原理，基于输出下垂特性和虚拟阻抗原理，提出了一种计及负载均流的直流微网自适应虚拟阻抗下垂控制方法.通过搭建的实验测试平台，将所提出的控制方法与传统下垂控制、自适应下垂控制进行了实验对比测试，验证了该方法的优越性.下垂控制方法是通过调节系统输出外特性倾斜度(输出阻抗)来达到并联模块均流的目的.图2所示为直流并联系统结构.为便于分析并联下垂特性以及负载电流分配问题，给出了图3所示的变换器输出侧等效电路图.图3 中，为模拟实际直流微电网，考虑了直流变换器到负载之间存在的线路阻抗［12］，V o1、V o2分别为直流变换器1、2的输出电压，R c1、R c2分别为变换器1、2到负载的线路阻抗，I o1、I o2分别为变换器1、2的输出电流，R为负载电阻，IR为负载电流，VR为负载电压.VR与IR的关系可表示为式中:R c为变换器的输出阻抗;V o为空载时变换器输出电压.当电流增量为ΔI时，变换器输出阻抗上的电压增量为ΔV，有ΔV/ΔI=R c，ΔV/ΔI代表变换器的输出电压调整率.根据式(1)画出输出电压下垂特性曲线，如图4所示.由图4可知，由于线路阻抗的存在，变换器端输出电压与负载端电压存在一定偏差，偏差值可由式ΔU=R cΔI计算.在R c即线路阻抗一定的情况下，IR越大，ΔU 也越大，如果不加以调整，将导致负载调整率变大，不利于系统稳定.另外，在实际直流并联系统中，由于直流变换器中所采用的元器件存在偏差，相同变换器的参数不能完全一致，导致变换器输出电压不同;另外，还存在线路阻抗不一致等因素，导致各个变换器输出电流差异较大，如图5所示.图5 中1、2分别为变换器1、2的输出特性曲线.由图5(a)可知，在变换器1、2输出特性一致的情况下，输出电压越高，变换器分担的电流越大;由图5(b)可知，在变换器1、2输出电压一致的情况下，输出特性斜率越小，即线路阻抗越小，分担的电流越大.鉴此，设法改变变换器的输出特性以及电压调整率，可使得变换器输出的电流分配更加均匀.根据图 3和式(1)，再由基尔霍夫电压(KVL)、基尔霍夫电流(KCL)以及欧姆定律可得到算式(2)～(5).将式(4)、(5)代入式(2)、(3)，可得两个变换器输出的电流I o1、I o2的表达式(6)～(7).式中:R m=R(R c1+R c2)+R c1 R c2.由式(6)、(7)可知，变换器分配电流受变换器输出电压、线路阻抗以及负载阻值影响.因此，从理论上考虑，若能给每个变换器配置恰当的参数，则能实现均流输出的目的.根据前述分析以及式(6)、(7)可知，如果在变换器的输出端引入适当阻值的功率电阻，改变线路阻抗，能够实现负载均流输出的目的.但是，这种方法在实际操作过程中会增加额外的功率损耗，尤其在输出电流较大和系统功率等级较高的时候，损耗尤为明显，因此实际系统中引入功率电阻实现负载均流输出的方法不可取.虚拟阻抗引入法，兼具改变输出特性和不增加额外损耗的优点，非常适合用来实现负载均流［10-16］.如图6所示，在系统变换器的输出侧引入虚拟阻抗R d，用于模拟线路阻抗，改变输出特性.据前文分析，通过调节R d大小，即可分配每个变换器输出的电流值，实现负载电流平均分配.图6 中，R d1、R d2分别为加在变换器1、2上的虚拟阻抗.引入虚拟阻抗后，变换器的参考电压由先前的变为，其中V oi表示第i个变换器的参考电压和的关系可由式(8)表示.式中:I oi表示第i个变换器输出电流.利用增加的虚拟阻抗改变变换器输出电压，实现负载均流.图7为并联系统在变换器侧加入虚拟阻抗后控制回路的结构图.图中，为计算所得的新参考电压，计算方法由式(8)可知，该参考电压只受虚拟阻抗以及输出电流的影响，利用控制器经过PI(proportional integral)运算输出适当 PWM(pulse width modulation)波，稳定变换器输出电压在新的参考值附近.由图6，根据KCL、KVL定律，有式(9)～(12)成立.由式(9)～(12)计算可知变换器1、2输出电流分别为式中:由式(13)、(14)以及，且令I o1=I o2，可计算出所需的虚拟阻抗值分别如式(15)、(16).式(16)中，R c1、R c2可由 RCL 仪器测得，再通过测量其余参数，代入式(15)和式(16)中即可得到虚拟阻抗值.计算得到虚拟阻抗值后，将其代入式(8)即可得到新的参考电压.根据式(8)可知，引入虚拟阻抗后使新的参考电压比先前的参考电压低，导致母线电压一定程度地降低，且变换器输出电流越大，参考电压下降的幅值也越大，故负载调整率将随着系统功率等级的增加而增加，不利于给负载供电.由文献［14］可知，对虚拟阻抗进行适当修正，有利于提高母线电压，减小负载调整率，现对上述的虚拟阻抗下垂控制方法进行改进.根据变换器输出电压与母线额定电压对比情况，制定了如下自适应虚拟阻抗策略: (1)若 V oi大于额定电压，且两者差值超过5%，则修正后的虚拟阻抗为式中:m为修正系数，用于当变换器输出电压大于(1+5%)倍额定电压时对虚拟阻抗的修正.(2)若V oi大于额定电压，且两者的差值在额定电压的5%以内，则式(18)成立.该情况对虚拟阻抗的取值不作处理，能够保证系统工作在稳定状态，提高负载电压.(3)若V oi低于母线额定电压，且偏差在5%以内，则有当变换器输出电压在负载额定电压与(1－5%)倍额定电压范围内时，仍使用m对虚拟阻抗进行修正.(4)若V oi低于母线额定电压，且偏差超过5%，则有式中:n为修正系数，用于变换器输出电压小于(1－5%)倍额定电压时对虚拟阻抗的修正.虚拟阻抗具体修正可由图8表示.图8中，VRrated表示额定负载电压，选择修正系数n＞m，经过反复实验，修正系数m和n最终取值为 n=0.185，m=0.073，当负载电压与额定负载电压相差较大时，能较快改变变换器输出电压，保证负载电压稳定在VRrated与(1+5%)VRrated之间.为开展不同控制方法对直流微电网系统的控制响应特性及均流效果研究，本文基于图2所示的直流并联系统结构，搭建了实物测试平台，如图9所示.本系统采用两块额定电压均为36 V的锂电池用于模拟微网电源，经过直流变换器后并联给电子负载供电.数据采集记录模块采用USB-1902DAQ，测试记录平台采用自行设计的LabVIEW测试记录程序.利用采集卡以及LabVIEW测试程序进行实时采集、显示各变换器输出的电压、电流等参数，以便实时记录分析.另外，为加快控制频率、提高系统响应速度以及采集数据的精度，本系统采用TI公司的TMS320F28069作为主控芯片，执行和处理本文提出的控制方法和对比方法，进而调节PWM模块输出，实现对直流变换器的输出电压控制.在搭建的实验测试平台上，开展了不同控制方法的对比实验测试.在如表1所示的参数条件下，将本文提出的自适应虚拟阻抗下垂控制方法与传统下垂控制、传统虚拟阻抗下垂控制分别进行对比测试.2.2.1 传统下垂控制方法两变换器输出端和母线电压波形如图10所示，在该控制方法下变换器输出电压稳定在14.90～14.95 V，母线电压因为存在线路阻抗下降较大.图11为两变换器输出电流和负载电流波形.在该控制方法下，两变换器输出电流存在较大差异，且对比图10可知，在0～300.0 s加载过程中母线电压逐渐下降，在300.0～400.0 s 减载过程中母线电压逐渐回升.图12为变换器1、2输出电流和负载电流在176.0～179.0 s的局部波形，虽然变换器1、2输出电流差异较大，但加载过程控制在2.0 s内完成，证明系统动态性能良好.如图13所示，两变换器输出电流偏差(I o1－I o2)的变化趋势与图11所示的负载电流变化趋势一致.在0～300.0 s加载过程中，两变换器输出电流差异变大，直流电源出力更加不均匀，在300.0～400.0 s减载过程中，两变换器输出电流差异变小.利用式(21)计算输出电流差异的百分比.图14 为两变换器输出电流差异百分比曲线，能够直观表示两变换器在传统下垂控制方式下输出电流的差异.从图14 可知，在150.0 ～200.0 s期间，误差百分比超过100%，证明该控制方式均流能力极差.2.2.2 传统虚拟阻抗下垂控制方法两变换器输出电压以及负载端电压波形如图15所示.在该控制方法下，随着负载变化，两变换器输出电压和母线电压会随之改变，且低于额定参考电压.由图15可知，两变换器输出电压和母线电压随着负载电流变化而变化，不能恒定.图16为两变换器输出电流和负载电流波形.对比图16与图11可知，在该控制方法下，两变换器输出电流基本一致.图17为变换器1、2输出电流和负载电流在108.5 ～112.5 s的局部波形，3.0 s内系统从4.00 A加载到4.75 A并且稳定运行，系统动态性能良好.由图18所示的两变换器输出电流差异波形可知，两变换器输出电流最大差值不超过0.05 A，与图12相比，均流效果较好.由图19的两变换器输出电流差异百分比可知，电流差异百分比最大不超过3.5%，可证明传统虚拟阻抗下垂控制方法均流效果较好.虽然在该控制方法下负载电流能均匀分配到每个变换器上，但是两变换器输出电压和母线电压与额定电压的偏差较大.2.2.3 自适应虚拟阻抗下垂控制方法两变换器输出电压和母线电压波形如图20所示，母线电压恒定在15.10 V，两变换器输出电压恒定在15.20 V，证明该控制方法能够提高两变换器的输出电压和母线电压，同时也能维持母线电压的稳定.图21为两变换器输出电流和负载电流波形，由图21可知，两变换器输出电流基本一致.图22为变换器1、2输出电流和负载电流在138.5～142.5 s的局部波形，从响应到系统稳定时间控制在3.0 s内，证明系统响应速度较快.由图23所示的两变换器输出电流差异波形可知，在该控制方法下，两变换器输出电流差异在0.05 A内有良好的均流效果.图24为自适应虚拟阻抗下垂控制下变换器输出电流差异百分比，从图24中可直观看出，变换器输出电流差异百分比极小，最大不超过3.5%，均流效果良好.式中:VRmax为负载电压最大值;VRmin为负载电压最小值.据式(22)，由图10可计算出在传统下垂控制方式下，负载调整率为1.0%;由图15可计算出在传统虚拟阻抗下垂控制方式下，负载调整率为3.0%;由图20可计算出在自适应虚拟阻抗下垂控制方式下，负载调整率为0.1%.表2列举出在3种控制方式下，变换器输出电流差异、负载电压以及负载调整率.对比3种控制方式，在自适应虚拟阻抗下垂控制下，负载调整率更低，变换器输出电流差异更小，保证了系统稳定性，效果良好.负载调整率公式为本文在搭建的试验测试平台上，先后对传统下垂控制、传统虚拟阻抗下垂控制、自适应虚拟阻抗下垂控制3种方法进行试验测试.测试结果显示，不同控制方式，对系统有不同作用效果:在传统下垂控制方式下，变换器输出电流差异高达2.40 A，不能均匀分配，均流效果极差;在传统虚拟阻抗下垂控制方式下，负载调整率为3.0%，相比于另外两种控制方式，负载调整率较大，不利于系统稳定;在自适应虚拟阻抗下垂控制方法下，各并联单元输出电流差异为0.04 A，差异较小，负载调整率为0.1%，与另外两种控制方式相比，调整率最低;对比3种控制方式，在自适应虚拟阻抗下垂控制下，母线电压不会受虚拟阻抗影响，具有良好的负载均流优越性和系统稳定性，效果良好.【相关文献】［1］ LI Qi，CHEN Weirong，LIU Zhixiang，et power control based on linear matrix inequality for proton exchange membrane fuel cell system［J］. 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什么是阻性负载什么是阻性负载?感性负载?容性负载?解答这个问题前先解释几个名词：有功功率、无功功率、视在功率。

有功功率：在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上，功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能，光能，或机械能），称为有功功率；无功功率：电路中，电感元件建立磁场，电容元件建立电场消耗的功率称为无功率，这个功率是随交流电的周期，与电源不断的进行能量转换，而并不消耗能量；视在功率：交流电源所能提供的总功率，称为视在功率，在数值上即是，电压与电流的乘积，单位VA,视在功率即是交流电源的容量；阻性负载:Resistive load即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性(如负载为白帜灯、电炉等）通俗一点的讲，仅是通过电阻类的元件进行工作的纯阻性负载称为阻性负载。

感性负载Inductive Load通常情况下，一般把负载带电感参数的负载，即符合和电源相比负载电流滞后负载电压一个相位差的特性的负载为感性(如负载为电动机;变压器;)。

通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。

这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。

例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。

此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生*势电压，这种电压的峰值远远大于车载交流供电器所能承受的电压值，很容易引起车用逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。

因此，这类电器对供电波形的要求较高。

容性负载Capacitive load电路中类似电容的负载，可以使负载电流超前负载电压一个相位差（和电源相比），降低电路功率因数。

一般把负载带电容参数的负载，即符合电压滞后电流特性的负载成为容性负载。

充放电时，电压不能突变。

其对应的功率因为为负值。

对应的感性负载的功率因数为正值。

一般电源控制类产品，所给出的负载，如未加说明则是给出的是视在功率；即总容量功率；它既包括有功功率，也包括无功功率；。

负载端阻抗1. 什么是负载端阻抗？负载端阻抗是指电路中连接负载的一端的电阻大小。

在电路中，负载是指与电源相连的部分，负载端阻抗决定着电源向负载提供电能时的电流大小和波形。

2. 负载端阻抗的重要性负载端阻抗对电路性能具有重要影响。

正确匹配负载端阻抗可以实现最大功率传输，确保电路的高效工作。

负载端阻抗不匹配可能导致信号反射、功率损耗和信号失真等问题。

3. 负载端阻抗的影响因素3.1. 负载电阻负载电阻是指在直流情况下，负载对电流的阻碍程度。

不同的负载电阻会使电流分布发生变化，影响电路的工作状态。

3.2. 负载电感负载电感是指负载对交流信号的阻碍程度。

负载电感会导致信号反射和频率响应衰减等问题。

3.3. 负载电容负载电容是指负载对交流信号的传导程度。

负载电容会导致信号衰减和相位延迟等问题。

3.4. 负载阻抗变化负载端阻抗可能随着工作条件的变化而发生变化，如温度、湿度等因素的影响。

这些变化将直接影响电路的性能。

4. 负载端阻抗的匹配为了实现最大功率传输和电路性能的最佳化，需要匹配负载端阻抗。

常见的方式包括：4.1. 负载匹配网络使用负载匹配网络可以将负载端阻抗与源端阻抗匹配，以实现最大功率传输。

常见的负载匹配网络包括L型匹配网络、π型匹配网络等。

4.2. 变压器变压器可以通过改变变压器线圈的匝数比例，将负载端阻抗变换为源端阻抗的某个倍数。

4.3. 负载变换器负载变换器通过电子元件（如晶体管、集成电路等）的控制，改变负载端阻抗的数值和特性，以满足电路的需求。

5. 负载端阻抗的测试为了了解负载端阻抗的数值和特性，需要进行负载端阻抗的测试。

常见的测试方法包括：5.1. 二端口参数测试使用二端口参数测量仪器（如网络分析仪）可以测量负载端阻抗的反射和传输特性。

5.2. 瞬态分析瞬态分析可以通过观察电路的瞬态响应，得到负载端阻抗的信息。

5.3. 数值模拟使用电磁仿真软件可以对电路进行数值模拟，得到负载端阻抗的数值和特性。

模拟电路阻抗匹配
电路阻抗匹配是指将信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配，以达到最大能量传递和最小信号失真的目的。

在模拟电路中，阻抗匹配通常通过使用衰减器、阻抗转换器、滤波器等器件来实现。

阻抗匹配的基本原则是使信号源的输出阻抗等于负载的输入阻抗。

这样可以使信号源能够将尽可能多的能量输出给负载，减少信号的反射和失真。

常见的阻抗匹配方法包括共源极放大器、共源结构、双端口网络等。

其中，共源极放大器是最常用的阻抗匹配方法之一。

它可以将高阻抗源阻抗匹配到低阻抗负载上，以实现最大功率传递。

在阻抗匹配设计中，还需要考虑频率和功率要求。

由于电路中的元件参数会随着频率和功率的变化而变化，因此需要根据具体的设计要求选择合适的元件。

此外，还需要考虑信号的衰减、失真、反射等问题，以保证最佳的信号传递效果。

需要注意的是，阻抗匹配过程中的一些器件和网络都会引入一定的损耗，因此需要在匹配设计中权衡性能和成本。

同时，还需要考虑信号源和负载的特性和要求，以确定最适合的阻抗匹配方案。

总之，阻抗匹配是模拟电路设计中的重要环节，通过合理选择
和设计阻抗匹配器件和网络，可以实现信号的最大传递和最小失真，以提高电路性能和效果。

模拟电路常见故障的诊断及处理分析模拟电路作为电子技术中的重要分支，应用广泛，但其复杂性也使得故障诊断和处理显得尤为重要。

以下针对模拟电路常见故障进行分析和处理建议。

一、电压不稳定1.引线接触不良：如果电源引线松动或接触不良，会导致电压不稳定。

可检查电源端子的引线是否接触牢固，若无问题则需检查整个供电系统是否存在问题。

2.负载变化：负载的变化也可能导致电压不稳定。

可尝试断开负载并检查电压是否稳定，如果仍不稳定则可能是系统内部问题。

3.电源老化：电源老化也是引起电压不稳定的一个原因。

如果电源已经使用超过约10年，则需要更换新的电源模块。

二、信号干扰信号干扰是模拟电路中最常见的问题之一。

以下是一些确定信号干扰来源的方法：1.电源杂波：电源杂波是导致信号干扰的最常见原因之一。

在排除其他原因之后，可检查电源的输出波形，检查电容和滤波器等部件是否存在问题，并更换损坏的部件。

2.某些继电器和开关：有时候，信号干扰也可能来自开关和继电器的操作。

这些部件可能会产生电磁干扰，导致信号干扰。

在排除其他原因之后，可检查开关和继电器之间的距离，或使用光电开关等其他开关器件。

3.共模干扰：共模干扰是指来自供电或地线等共同信号线的噪声。

在排除其他原因之后，可检查线路的接线情况，或者将电路模块的地线分开放置，尽量避免共模干扰。

三、信号失真信号失真通常指信号变形或位移。

以下是几种常见的信号失真问题和对应的解决方法。

1.非线性材料：如果电路中的元器件使用了非线性材料，则可能会导致信号失真。

在设计前应尽可能使用线性元器件，如OPA和磁性电感等。

2.负载和阻抗失配：如果负载和阻抗失配，则信号波形也会变形。

需要检查这些元器件是否适配，保证输出电压与负载电阻的匹配。

3.温度变化：温度变化也可能导致元件参数变化，进而导致信号失真。

需确保元器件的工作温度范围内不会出现异常情况，并在设计中使用具有较稳定温度参数的元器件。

1.确定故障的来源：通过排除不同的故障源，最终找出导致故障的元器件或电路模块。

简易交流电子负载
一、任务
设计并制作一个单相交流可调阻抗电子负载，输入电压有效值为0~18V，频率为50Hz。

交流电子负载系统框图如图1所示。

图1系统主电路框图
二、要求
1基本要求：
(1)模拟负载范围Z eq=(6Ω~36Ω)∠(-30°~30°)。

(2)能适应的输入电压最大值V imax≥18V，输入电压最小值V imin≤3V。

(3)输入电流谐波畸变率THD≤2%。

(4)能显示当前输入电压、输入电流和等效负载值，具有负载预设功能。

2发挥部分：
(1)扩展可模拟负载的范围至Z eq=(5Ω~100Ω)∠(-50°~50°)。

(2)减小最小适应电压范围至尽量小。

(3)具有模拟恒功率纯阻性负载功能，输入电压范围9V~18V时，功率范围
5W~25W输入电压电流同相位。

(4)具有模拟恒流纯阻性负载功能，电流范围0A~3A，输入电压电流同相位。

(5)其他。

三、评分标准
注：测试中，以电流总谐波畸变率小于6%时对应的输入电压作为能适应的最小输入电压。