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。
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。
1.引言
二线制仪表，是将工业现场的检测信号，如温度、压力、速度、流量等参数，转换为4-20mA的电流信号，传送到远距离外的控制室，以便于对生产过程进行控制。由于电流信号对噪声不敏感，不易受寄生热电偶和温漂的影响，普通双绞线上可以传输几百米距离，利用250Ω取样电阻就可以将4-20mA电流信号变为1-5V的电压信号，不受传输线的电阻影响。同时，二线制仪表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的电流通断不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤矿、石油天然气等领域的应用越来越广泛。同时二线制变送器具有布线简单的特点。
由于二线制仪表，本身由电流环路供电，所以电流环仅能提供4mA以下的电流为仪表供电，所以对仪表的功耗提出苛刻要求，不能采用常规的方法进行电路设计，为设计人员带来了困难，如何能设计出高性能、高精度的二线制智能仪表，是目前国内许多厂家迫切需要解决的问题。
本文对二线制仪表通用的电源设计和电流环电路设计，进行了详尽的理论分析，结合多年的工业现场的实际应用，提供了简洁实用的应用电路，采用此电路设计生产的二线制超声波物位计，经多家工业现场实际验证，性能稳定，产品输出电流精度满足设计要求。
2.二线制变送器系统方框图
如图1所示，4-20mA电流环路输入的24V电压，经过电源单元转换为5V精密电源，为整个系统供电。主控单元控制超声波的发射和回波信号处理，然后将处理的测量数据，通过D/A和V/I转换单元，输出4-20mA电流，接收端通过负载电阻（250欧姆）取出电压信号，同时与电流环24V电源地相连构成回路。
图1 二线制超声波测量系统框图
3.二线制变送器电源设计理论分析
二线制仪表的原理是利用了4-20mA信号为自身提供电能。如果仪表自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求二线制仪表自身耗电（包括传感器在内的全部电路）小于4mA。
（1）电压条件：在仪表电流环路中，一般取样电阻R=250Ω。当电流I=4-20mA变化时，取样电压为U=1-5V之间变化。考虑到可能会串接其他仪表，以及传输电缆的阻抗，线路阻抗R的最大值可取350Ω，因此在20mA时，仪表两端电压为（24V-20mA×350Ω）=17V.4mA时，仪表两端电压为（24V-4mA×350Ω）=22.6V，所以仪表的工作电压不能大于17V。
（2）电流条件：仪表中总功耗电流要小于4mA。
（3）功率条件：
20mA时，电流环提供的功率最大：
P=20mA×17V=340mW。
4mA时，电流环提供的功率最小：
P=4mA×22.6V=90.4mW。
所以仪表消耗的功率理论上不能大于90.4mw。
4.变送器电源单元设计
电路设计的关键是降低电源电压转换的功耗，转换效率要高，静态电流要小。
将电流环仪表两端的17V-22.6V电压，降压处理，有两种方法。
第一种是直接采用线性稳压芯片，将输入电压稳压到5V，这样会造成稳压芯片本身功耗太大，无法满足其它电路的功率要求。
第二是采用开关型DC/DC芯片，又称为BUCK降压开关电源，电源效率一般高于85%以上，但开关型电源芯片是利用储能电感储能，输出的5V电压是脉动的，电压纹波噪声不能满足D/A及CPU控制芯片的要求。
综合考虑，本电路设计采用“开关型DC/DC芯片+LDO线性稳压器”方式，即利用开关型DC/DC芯片，将电流环提供的高电压降低，然后利用低压差线性稳压器来提高仪表电源的纹波抑制比。同时选择的芯片器件要少，减少能量损耗；
设计电路如图2所示：
图2 电源模块电路图
图2中，L1为储能电感33μH，D1续流二极管，FB=1.25V。开关型降压DC/DC芯片为MAX1776，是MAXIM公司的新型低功耗芯片，静态电流为15uA电压转换效率为95%以上，输入电压范围：Vin=4.5V～24V，输出电压可以通过电阻R1和R2进行调节，输出电压可在1.25V～Vin之间变化。
Vout=1.25×（1+R1/R2）
本设计中，MAX1776输出电压为7V，按电源效率95%计算，可用功率=90.4mw×95%=85.8mW。
低压差线性稳压器，选择为MAX603，是MAXIM公司的超低功耗器件，静态电流15uA。MAX603输入电压范围是2.7V-11.5V，将引脚SET接地时，典型的输出电压为5V，输出电流200mA时，典型压差0.5V，为保证稳压电路可靠工作，考虑脉动成分，所以设定MAX1776输出电压为7V。
5.4-20mA电流环电路设计
4-20mA电流环输出信号，是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度。
本部分电路由D/A和V/I变换部分组成，D/A部分选用美国德州仪器公司的具有串行接口的模数转换芯片TLC5615，它是超低功耗（1.75mW MAX）10位数据、3线串行接口，5V单电源工作，输出电压范围是基准电压的两倍，1.2MHZ更新速率的高精度D/A转换芯片；
V/I变换部分采用MAX409A芯片，是美国MAXIM公司的单电源、微功耗精密单运放，是现今唯一能以1.2μA供电电流工作的运算放大器。MAX409A主要参数：单电源供电2.5V-10V，增益带宽积150，稳定增益10，工作时静态电流1.2μA。
电流环输出模块原理图如图3所示：
图3 4-20mA电流输出电路
工作流程如下，主控CPU芯片将超声波测量单元，测得的二进制数据，通过D/A变换为0.5V～2.5V直流电压值，分别代表量程0和满量程，然后通过V/I变换电路实现4-20mA电流信号输出。
V/I变换原理：设定TLC5615输出电压为V，R3与R5的节点电压为V1，根据运放虚短原理及输入阻抗为无穷大，MAX409A的输入端电压为零电位，有，由于V1=-I×R5当R2=200KΩ，R5=50Ω，，通过调整R3阻值（80KΩ），将0.5V-2.5V输出电压转换成4-20mA电流输出；
经产品测试，采用此电路的超声波物位计的测量精度达到0.2%。
6.结论
二线制仪表的设计，是工业设计的一大难题，本文通过对二线制仪表的理论分析，提供了实用的电源设计方案，以及电流环的应用电路，通过采用超低功耗新型芯片，电路简洁，器件少，极大地降低了功耗，为整个系统的稳定工作和优化设计，提供了保证。采用此电路的二线制超声波物位计，经过工业现场实际应用，性能稳定，精度达到国际先进水平。
参考文献
[1]赵海鸣，英勇，王纪婵.一种高精度超声测距系统的研制[J].矿业研究与开发，2006（3）：62-65.
[2]王利军，田亮.二线制4-20mA仪表的电源设计[J].电力科学与工程，2010，26（5）：47-50.
例1为测量一只标有“6.3V0.3A”的小灯泡的额定功率，某实验小组设计了如图1所示的电路.现有实验器材为：电压表（3V，15V）一只，电流表（0.6A，3A）一只，“10Ω2A”和“50Ω1A”的滑动变阻器各一只，电源（电压恒为12V）一个，开关一个，导线若干.实验时，甲同学认为电压表和电流表都应选用小量程，滑动变阻器应选规格为“50Ω1A”的那只；乙同学认为电压表应选用大量程，电流表应选用小量程，滑动变阻器应选规格为“10Ω2A”的那只.
请你对两位同学器材选择的合理性作出评价，并填入下表中（如合理，不需说明理由；如不合理，请指出不合理之处和产生的后果）.
解析：甲同学器材选择得不合理.小灯泡的额定电压是6.3V，而甲同学选择的电压表的小量程为3V，小灯泡的额定电压超出了电压表的量程，电压表无法正确指示小灯泡的电压.
乙同学的选择也不合理.当小灯泡正常工作时，通过滑动变阻器的电流是0.3A，滑动变阻器两端的电压是12V-6.3V=5.7V，此时滑动变阻器接入电路中的电阻应为19Ω.而乙同学选择的滑动变阻器的最大阻值仅为10Ω，这样就使小灯泡两端的实际电压高于额定电压，容易将小灯泡烧坏.
二、评价实验方案
例2物理课上老师让同学们设计一个测量未知阻值电阻Rx的电路，各组同学都提出了自己的设计方案.下面是其中两组设计的实验方案.
a.甲组设计的实验方案
器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源（电压未知） 、未知阻值电阻Rx、导线.
电路图：如图2所示.
b.乙组设计的实验方案
器材：已知阻值的定值电阻R0、电流表、开关、电源（电压未知）、未知阻值电阻Rx、导线.
电路图：如图3所示.
（1）请你写出未知阻值电阻Rx的表达式：
甲组：Rx=______；
乙组：Rx=______.
（2）请你对以上两组设计的实验方案进行比较分析，并作出合理的评价.
解析：（1）在图2中，电压表测未知阻值电阻Rx两端的电压Ux，电流表测通过Rx的电流Ix，故Rx= .
在图3中，开关S断开时，电流表测通过R0的电流I0；开关S闭合时，电流表测干路中的总电流I，此时通过Rx的电流Ix=I-I0.根据电源电压不变，得I0R0=（I-I0）Rx，所以Rx= R0.
（2）甲组设计的实验方案，电路中有滑动变阻器，可以改变未知阻值电阻两端的电压和通过未知阻值电阻的电流，获得多组实验数据，然后取多次测量的平均值，减小实验误差.乙组设计的实验方案，操作简单，但无法多次测量取平均值，实验误差较大.
三、评价实验数据和结论
例3某初中的同学们在探究“并联电路中干路电流与支路电流的关系”时，小岩所在的小组选了两个“2.5V
0.3A”的小灯泡，按图4所示的电路做了两次实验，记录的数据如表1所示.
在对数据进行分析和论证时，小岩认为该实验应有如下结论：①并联电路中各支路电流都相等；②干路电流与支路电流的关系为I干路=nI支路 （n为支路条数）.
由于本组其他同学对小岩得出的结论有异议，于是他们又选了一个“3.0V0.3A”的小灯泡和一个“2.5V0.3A”的小灯泡，重新做了两次实验，得到的数据如表2所示.
（1）分析表2中的数据，如果你是组内成员，将如何评价小岩的观点？
（2）回忆你在初中阶段的实验经历，并结合本次实验对你的启发，谈谈做物理实验的注意事项.
解析：（1）小岩的结论在特殊条件下（并联电路中各支路电阻相同）是成立的.但分析表2中的数据可知，通过两条支路的电流并不相等，干路电流与支路电流的关系也不符合I干路=nI支路.由此可见，小岩的观点不具有普遍性，是错误的.
（2）分析实验数据，总结物理规律时，不能拿特殊当一般，轻易下结论，而应进行多次实验，寻找归纳普遍规律；实验时，应认真听取别人的意见，设计科学合理的实验方案.
四、评价实验过程
节能工作是支持国民经济迅速发展的重要一环，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3 倍，节能工作潜力很大。对于建筑电气而言，合理的选用设备，合理确定供电电压等级以及采用新材料、新技术等手段都能够较好的实现建筑电气的节能降耗。
一、用电负荷计算
用电负荷计算方法宜按下列原则选取；在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计阶段及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；对于住宅建筑，在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。
二、供配电系统的节能设计
（一）节能型变压器
减少变压器的有功损耗,按下式计算
ΔPb =Po +β2 ×Pk；
式中ΔPb：变压器的有功损耗（kW）；Po：变压器的空载损耗（kW）；Pk ：变压器的有载损耗（kW）；β：变压器的负载率（0≤β≤1）。
Po 又称铁损，由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，大小取决于矽钢片的性能及铁芯制造工艺，故变压器应选用节能型的，如S9 、SL9 型油浸变压器或SC9 型干式变压器。Pk是变压器的线损，与流过绕组的电流的平方成正比。当Po =β2 ×Pk时变压器的效率最高。一般变压器的经济运行负荷率在50 % -70 %时，有功、无功损耗电量最少，运行效率最高，但在实际运行中，负荷率是随时间而变化的，故设计中不按变压器的最佳负荷率来选择，而应略高于变压器的最佳负荷率，一般为75 % ~ 90 %。
（二）减少线路的电能损耗
一个工程的线路全长动辄万米以上,所以线路上的总有功损耗是相当可观的, 减少线路上的能耗应引起设计重视，可从以下几方面入手：
(1) 选用电导率较小的材质作导线，铜芯最佳。
(2) 配电室或配电箱应位于负荷中心，减少单回路导线长度，以减少回路上的电压降，进而减少来回线路上的电能损失。
(3) 适当增大导线截面，对于比较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面的基础上，应再加一级导线截面，以延长导线的使用寿命，减少线路的损耗，也提高了供电质量，并为负荷的发展留有余地。
根据设计经验，住宅单元进户线截面的选择经常取决于住宅面积，如表所示：
住宅面积/m2 单元用电kW/户 电度表/A 进户线截面mm2
60 3-5 5(20)A 4
60-120 5-8 10(40)A 6
120-200 8-10 15(60)A 10
（三）提高配电系统的功率因数
系统中的用电设备如电动机、变压器、气体放电灯中的整流器都有电感，会产生滞后的无功，这就需要从系统中引入超前的无功相抵消。这部分超前的无功从系统经高低压线路传输到用电设备，也产生了损耗。这些损耗的降耗措施如下：
(1) 提高设备本身的功率因数，减少对超前无功的需求；可采用功率因数超前运行的同步电动机，电感整流器的气体放电灯加装电容器等措施。
(2)采用电容补偿，产生超前无功。且无功补偿装置应就地安装，以减少线路上的无功传输。，负荷。
三、电气照明系统的节能设计
（一）确定合理的照明指标
照明节能应能提高整个照明系统的效率，而不是在损失照明质量的情况下片面地强调节能。照明设计应从照度、照明均匀度、眩光值、光色、能效指标等来综合地评价。在民用建筑中实施的照度标准值，可以根据国家标准结合照明要求的档次高低来选择。档次要求高的可提高一级，档次要求低的可降低一级。
（二）采用高效节能光源
采用光效高、光色好、显色性高的光源代替白炽灯。灯具悬挂较高场所的一般照明，宜用金卤灯、高压钠灯；灯具悬挂较低场所的一般照明，宜采用荧光灯。
（三）选择节电的照明电器配件
选择节能型的灯具电器配件（如镇流器）。，负荷。以往广泛应用的直管荧光灯电感镇流器，其自身功耗为光源功率的20%左右，而节能型电感镇流器电能损耗率<10%，更节能的电子镇流器，电能损耗率只有3~5%。在量大面广的照明设计中，采用节能电子镇流器，节能的效果就非常明显。
（四）选择合理的灯具控制方案
建筑物室内照明应尽量利用自然采光，对可以利用自然光的这部分区域的照明，可以采用灯光调节装置，根据照度变化进行灯光自动调节。对长期需要开停，但又要按人流的多少自动调整照度的场合，在增加投资不多的情况下，采用调电压调光，以达到节能的目的。
面积较小的房间宜采用一灯一控或二灯一控，面积较大的房间采用多灯一控的方式，但每个开关控制的灯数不宜太多，也应考虑适当数量的单控灯。室外宜采用光电自动开关或光电定时开关控制。
（五）加强照明用电的管理
加强照明用电管理是照明节能的另一个重要方面。，负荷。主要以节电宣传教育和建立实施照明节电制度为主。实行经济责任制，将节电纳入考核内容，促进职工树立节电意识，对照明灯做到合理控制，养成随手关灯的习惯。这些措施都能有效地降低照明用电量。
四、建筑电气设备的节能
（一）空调系统
其主要包括： ①冷冻水与冷却水系统的优化控制； ②热交换系统温差与流量的优化控制； ③变风量系统等控制技术。
（二）电梯
包括电梯的合理选型(如速度、载重量、调速方式等) 、停层计划及群控策略。
（三）电动机节能
建筑电气中的电动机可采用变频调速器，可在负载下降时，自动调节转速，使其与负载的变化相适应，提高电机在轻载时的效率。
另一种方式是采用软起动器，软起动器是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。因电压连续可调，故而起动平稳。也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信号控制可控硅导通角，以使速度随负载变化而变化。，负荷。
五、利用太阳能等清洁能源
光伏发电技术是民用建筑中应用较多的节能措施。，负荷。太阳能光伏发电系统目前主要应用于太阳能热水、太阳能锅炉、太阳能照明灯具等。，负荷。随着太阳能光伏发电技术的不断发展完善和日趋成熟，该系统将得到更为广泛的应用。
六、结论：无论是供电系统或用电设备, 建筑电气节能的潜力巨大。合理计算建筑的用电负荷，正确设计变配电系统，推广节能型用电设备，运用新技术，再配以科学的管理，是实现建筑电气节能降耗的有效措施。
参考文献
1.李宏毅,金晶编建筑工程电气节能[M],中国电力出版社,2004:30-52
2.赵维福,李国林建筑节能技术研究[J],应用能源技术,2006(5):40-43.
3.GB50034-2004建筑照明设计标准[S],中国建筑工业出版社.
4.欧孟凤建筑电气设计中的节能方式[J],电气时代,2005(12):80-81.
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目，立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验，总结了不少方法，如“伏伏法”、“安安法”，名目繁多，不一而足。其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量，其实验原理最主要的应是两个，一是部分电路欧姆定律（即所谓伏安法），二是闭合电路欧姆定律，兹分述于后：
⑴伏安法。设待测电阻阻值为Rx．若测得Rx两端的电压为U，通过Rx的电流为I，则由其定义可得Rx＝U/I。此处应注意“测”的含义，例如，电压U既可用电压表直接测得，也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻Rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分，利用闭合电路欧姆定律测量，这当然也是间接测得的。
1 电路设计背景和目的
通过多年的教学经验和对中职院校的学生进行的调研情况来看，中职院校的学生普遍文化基础薄弱，对文化课、理论课不感兴趣，但是大部分中职学生对实训课程感兴趣，喜欢动手操作，能够尝试动手去做一些实验，有的甚至能独立完成一些电子产品的安装与调试。例如，简单的门铃电路，流水灯电路等。因此，针对中职院校学生的实际情况，结合我学院电气工程系的学生学习情况，今年，我系领导决定对学生的课程安排进行了大胆改革，去掉纯粹的理论课，所有专业课程都变为一体化课程，让学生通过动手操作掌握理论知识，真正做到在做中学，在学中做，在这样的背景下，我尝试了将所担任学科《电子技术基础》这门理论课程融入到《电子电路的安装与调试》这门实训课程中去，变理论课实训课程为一体化课程。依托这样的改革前提，我尝试对直流稳压电源的电路进行了以下设计，目的就是为了更好的适应电气工程系的改革实践，同时也能够使学生在实际动手操作过程中深刻理解相应的电子专业理论知识，能够培养学生掌握理论知识的能力，激发学生热爱电子专业的热情，提高了学生学习的积极性，最重要的是让学生学会了技能，一技在手，更好地走上工作岗位，尽快地适应社会。
2 电路设计实验设备及器件
所谓巧妇难为无米之炊，电路设计同样需要必要的实验设施和工具，而实验条件的好坏和选择工具的正确与否是设计的关键和前提。下面我来具体阐释我的设计思路中所需要的实验条件、实验工具和必要的原材料：
2.1 电路所需实验设施和工具
本次设计的完成需要在专业的电子试验台上进行，需要的工具如下：示波器、万用表、变压器（12v）、电烙铁、钳子和镊子等，另外需要必要的焊锡和连接线。
2.2 电路所需元器件清单
元器件清单如下：
1A二极管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；发光二极管V5，1只；熔断丝FU 参数为1A1只；100uF 50 V电容C1，1只；10uF25V电容C2，1只；500uF 16V电容C3，1只；2200uF电容C4，1只；开关SW，1只；2.7KΩ电阻R1，1只；190Ω电阻R2，1只；280Ω电阻R3，1只；1KΩ电位器R4，1只；三端集成稳器CW7812 U（可调范围1.25V～12V），一只；可调电阻RW，1只。
3 电路设计思路
直流稳压电源又称为直流稳压器，其作用就是将交流电转化成相应用电器所需要的稳定电压的直流电。其关键是输出直流电压的稳定性，所以我们设计电路的着眼点就是电路转化的稳定性。
3.1 直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其组成框图如图1：
直流稳压电源各部分的作用
（1）电源变压器：主要是降压器，用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的交流电压Ui。（2）整流电路：利用整流二极管单向导电性，把交流电U2转变为脉动的直流电。（3）滤波电路：利用滤波电容将脉动直流电中的交流电压成分过滤掉，滤波电路主要有桥式整流电容滤波电路和全波整流滤波电感滤波电路。（4）稳压电路：利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的，用于将不稳定的直流电压转换成较稳定的直流电压。
3.2 直流稳压电源的设计方法
直流稳压电源的设计，是根据其输出电压UO、输出电流IO等性能指标的要求，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的相关性能参数，选择出这些元器件。
具体设计方法分为三个步骤：第一步：根据直流稳压电源的输出电压UO、最大输出电流IOMAX，确定出稳压器的型号及电路形式。第二步：根据稳压器的输入电压Ui，确定出电源变压器二次侧电压U2；根据稳压电源的最大输出电流IOMAX，确定出流过电源变压器二次线圈的电流I2和电源变压器二次线圈的功率P2；再根据P2，确定出电源变压器一次线圈的功率P1。然后根据所确定的参数，选择合适的电源变压器，一般为12v。第三步：确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的容量值以及耐压值。根据所确定的参数，选择合适的整流二极管和滤波电容。
4 电路设计步骤
电路设计思路想出后，考虑实际电路具体设计步骤，完整的设计步骤是整个电路的核心部分，因此在设计过程中实际设计步骤显得尤为重要，具体步骤为以下几步：
4.1 电路图设计方法
电路图设计使用PCB制图软件制作
4.2 电路原理图的设计
电路原理设计使用Protel2000制图软件设计电路原理图如图2。
4.3 直流稳压电源实物设计
如图3所示安装直流稳压电源电路的前半部分整流滤波电路，然后从稳压器的输入端加入直流电压UI？燮12V，调节RW，如果输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，先在变压器的二次测线圈接上额定电流为1A的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不能接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表检查整流后输出电压UI的极性，若UI的极性为正，则说明整流电路连接正确，然后断开电源，将整流滤波电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节RW的值，如果输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作。
5 电路设计总结
通过论述直流稳压电源电路的设计过程，强化了本人所教学科《电子技术基础》中模拟电路部分知识和《电子电路的安装与调试》实验部分知识。所设计的直流稳压电源电路，广泛运用于生活中，例如手机的充电电源、冰箱的稳压电源等。同时，也通过查阅参考书，网上资料等拓宽了自己专业方面的知识面。论述过程中，通过边教学边调研边实践的方式使本人对直流稳压电源电路设计过程有了一些新的认识，特别是强化了自己的教学能力，增强了所教专业学生掌握理论知识的能力，提高了其动手操作的能力。通过一段时间的教学效果来看，我所教授专业的学生对学院的此种教学改革适应快，容易接受，对教师所设计的教学模块感兴趣，并且激发了继续探究这一教学模块的动力，这也充分证明了学院提出的此种教学改革是可行的。
参考文献
[1]郭S.电子技术基础（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
Study on Corona Ring Setting and Optimizing of Composite Insulator
Xu Qi-ying1 Wu Li-hong2
（1School of electric and information engineering， Zhongyuan University of Technology， ZhengZhou， 450007， China
2Electric Power of Nan-Yang，STATA GRID，473000）
Abstract： In this paper the author analyses the functions and question of setting corona ring on the composite insulator firstly； the neural network model is built to map the location as well as the dimensions of the corona ring and the optimal goal， the parameters that improving electric field of 330KV composite insulator are recommended.
Key words： Composite insulator； Corona ring； Neural network； Optimization.
0 引言
合成绝缘子以其表面憎水性强、防污闪性能好、机械强度高等优点，广泛用于各种电压等级的交直流输电线路。但由于合成绝缘子组成结构和制造材料等与瓷绝缘子相比有很大区别， 使合成绝缘子沿面电位分布呈现非常不均匀的非线性分布特点。在实践运行中发现，尤其是合成绝缘子的高电位端，电场强度远远高于合成绝缘子的其他部分，是最容易遭受电蚀等破坏的部分。运行中为降低合成绝缘子高压端的电场强度分布，通常在高、低压端两处安装均压环。合成绝缘子均压环的配置参数即要能有效的降低绝缘子串两端的电场强度，也要防止均压环自身因承受高压而起晕，因此有必要对合成绝缘子均压环的配置参数进行优化分析。
对合成绝缘子均压环的优化配置虽可采取运行中进行实地测量研究，但一般可靠性和经济型较差，且因工作环境的限制，具体操作难度也较大。一般研究中，通常使用理论计算分析合成绝缘子沿面电场分布和均压环设置[1]。
本文首先探讨了高压交流系统中合成绝缘子设置均压环的主要作用和要求，并对合成绝缘子均压环设置结构参数进行了分析研究；优化后的均压环使得绝缘子和均压环的表面电场强度均小于电晕起始场强。最终给出了330KV电压等级下有效改善绝缘子电场分布的均压环优化参数。
1 合成绝缘子加装均压环的作用和要求
在实际运行中，为了使合成绝缘子能够安全稳定工作并改善其电位分布，需要装设各种电位梯度控制环，电位梯度控制环按其所起的作用不同一般分为屏蔽环、均压环、引弧环等不同类型，也可统称为均压环。它的主要作用是降低合成绝缘子上某些部位或两端金具表面过高的电场强度并使其尽量均匀分布。均压环安装示意图及具体参数如图1所示。
合成绝缘子均压环根据系统运行侧重点不同而有各种不同作用，其安装参数也不尽相同，工程实践中，根据电力系统运行的不同的需要，合成绝缘子均压环设置的具体要求不同。
1.1降低内部电场强度的作用
理论计算和实际测量都表明合成绝缘子的沿面电位分布是非常不均匀的，高场强主要分布在靠近高压侧的一端。这种过度集中的电场强度极易使合成材料中的微小孔隙、材料中的缺陷或不同材料之间的交界面处发生局部放电，而局部放电会使合成绝缘子材质老化而逐渐劣化。设置这种均压环的主要目的是使合成绝缘子在正常运行时的内部场强低于起始放电场强（4.5 kV/cm）。为此在均压环配置时，应靠合成近绝缘子本体，均压环相对于合成绝缘子高压侧伞盘的最佳位置一般可以通过理论计算或者现场试验而获得。
1.2表面电场的屏蔽作用
此时设置均压环的主要目的是为了减小合成绝缘子金具和导线连接件表面的电场强度，抑制电晕现象产生， 所以这种起屏蔽作用的均压环又称电晕环。 它的设置位置与金具和连接件的组成尺寸有关，当其组成尺寸较大时，均压环一般只装在高压侧即可满足要求。
1.3引开工频电弧的作用
当合成绝缘子表面出现闪络时，所产生的工频电弧会使其端部金具的温度急剧升高甚至烧蚀，在特殊情况下会使绝缘子芯棒滑出或绝缘子永久变形，这时就需要装设引弧环。引弧环可以将工频电弧从绝缘子端部金具表面引开，故这种引弧环也称为保护环。引弧环可以是环形的，也可以是角形的，还有做成开口环形的，其目的是使电弧电流在环上分布不均匀， 从而使电弧的弧根发生移动， 而不是在某一固定点上燃烧。
1.4 减弱端部局部放电的作用
合成绝缘子发生污闪时，闪络通常从杆径开始，因为那里的表面积较小，而泄漏电流密度大，极易产生局部放电。如果在运行中合成绝缘子的端部表面电场过强，就会更加加剧局部电弧腐蚀，最终导致污闪发生。运行试验表明，合成绝缘子接地端（横担侧）场强也可以达到引起局部放电的数值，所以合成绝缘子两端一般都需装设均压环。装设该种均压环时应靠近绝缘子，以起到保护伞裙的作用。
2 合成绝缘子均压环结构优化数学模型
虽然合成绝缘子均压环按照不同的要求，设置时需考虑的侧重点不同，但设置均压环的共同目的都是为了降低合成绝缘子某些部位或两端金具表面上的电场强度，使合成绝缘子沿面最大场强限制在电晕起始场强（4.5 kV/cm）以内。然而，并不是设置任意结构参数的均压环都能起到降低绝缘子表面电场强度，均压环的结构参数及安装位置等因素都将直接影响合成绝缘子表面的沿面电位分布。同时，当均压环自身的表面电场强度超过22kV/cm时，均压环自身也会产生电晕，这样反而使得绝缘子自身的绝缘性能降低。因此，采用智能优化技术研究均压环设置最优结构参数以改善合成绝缘子沿面电场及电位分布，具有重要的学术意义和工程应用价值[2]。
研究表明[2，3，4，5，6]，合成绝缘子沿面最大场强以及与均压环结构参数之间是一种映射关系F ：
式（1）中：E1为绝缘子沿面最大场强；E2为均压环表面最大场强；φ1为均压环外径；φ2为均压环内径；Δh为均压环抬高值。
均压环结构参数优化的目标就是求取一组φ1，φ2，和Δh的值，使得满足 E2小于22kV/cm条件下，E1取得最小值。然而，φ1，φ2，和Δh和E1、E2之间的关系是一种多维非线性映射关系，这种映射关系很难用简单d的函数直接描述。通常的均压环结构参数优化方法是简单的让φ1，φ2，和Δh在各自的定义域内变化，从而得到一系列的均压环设置结构参数，利用理论计算方法求得这些结构参数下的 E1和 E2，最后比较计算所得的电场强度值，找出满足均压环自身不起电晕条件下而E1取最小值时所对应的均压环的结构参数，这样得到的结构参数就是均压环最优结构参数。这种算法虽然思路清晰，但计算量较大。
近年来，神经网络因其具有强大的多维非线性映射能力在各个工程领域内得到了广泛的应用。本文探讨利用神经网络建立φ1，φ2，Δh和 E1、E2之间的映射关系，利用二次插值有限元方法计算出一些样本供神经网络训练和验证使用，再由已建立的神经网络模型计算出各结构参数变化下的 E1和 E2，从中找出满足优化目标的均压环结构参数。这样的优化过程，只需用少量的时间计算一些样本供神经网络训练和验证使用，大大减少了优化过程所用的时间。
3 基于人工神经网络方法优化均压环结构
本文对基于人工神经网络的330KV合成绝缘子均压环结构优化进行研究，其它电压等级优化过程类似。330KV合成绝缘子均压环结构优化人工神经网络采用误差反向传播神经网络，简称BP网络。BP网络通常由输入层、隐含层和输出层三层网络组成，隐含层网络可以有多层网络结构组成。本文采用单隐含层网络结构，即只有一个隐含层，如图2所示。隐含层主要用于BP网络的训练，也就是通过样本求实际输出与期望输出之间的误差小于某一设定值时的权值。隐含层节点的个数应根据算法的复杂程度来确定。神经元激活函数选为Sigmoid函数，权值通过δ学习算法进行调节[7]。
本文选取输入层神经元3个，分别为均压环结构参数φ1，φ2，和Δh，输出层神经元2个，分别为E1和E2，隐层神经元的个数按2N+1规则选取（N为输入层的节点数），则隐含层神经元为个。由于作为BP神经网络的输入层和输出层应该选取无量纲的向量，所以把输入的均压环参数和输出的场强值做归一化处理，使其成为[0，1]区间里的数值，归一化处理的过程为：
设f为均压环某一结构参数，fmax和fmin为此参数的上下界，那么对于任意的 f（x），有：
φ2与 E1负相关，所以其归一化按式（3）进行，φ1与E1正相关， 所以归一化按式（2）进行。 由于Δh与E1既不正相关也不负相关， 按式（2）和式（3）处理均可，本文采用的是式（3） [2]。作为输入层神经元的各参数 [fmax， fmin]如表4所示。对于输出场强值的归一化处理， 按式（2）处理，其[fmax，fmin]由通过二次插值有限元方法得到的用于训练的样本所对应的 E1 及 E2 来确定，其中 E1 的变化区间选为[0.1， 2.5]kV/mm，E2的变化区间选为[0.1，2.5]kV/mm。表4中的均压环结构参数同样使用式（2）做归一化处理到[0，1]区间里。
为获得包含最大信息量的神经网络训练和验证样本，需要对这些样本的获取方法进行设计，本文选用的是中心组合试验设计方法。对神经网络分别选取了150个训练样本和 30 个验证样本进行训练和验证。结果表明，在训练过程中，网络均能良好收敛，最大训练误差分别在10-4以下，网络验证结果的最大误差分别为1.27%。可见，此网络可用于各均压环参数下 E1和 E2的计算。
4 合成绝缘子均压环参数优化结果
利用训练和验证后的神经网络对各参数1mm为步长计算出均压环各参数下的 E1和 E2，找出满足 E2小于22kV/cm条件下，E1趋于最小时对应的结构参数，此结构参数就是均压环结构参数的最优方案。
优化结果为：对于330 kV合成绝缘子，均压环结构参数最优方案是分别取φ1=445mm，φ2=53mm，Δh=158mm。此时，E1为 2.73kV/cm，小于绝缘子表面电晕起始场强；而 E2为6.85kV/cm，此值亦在均压环的电晕起始场强 22kV/cm之下。
5 结论
由于合成绝缘子沿面场强分布的极不均匀， 对于高压系统中（通常110KV以上）使用的的合成绝缘子都需要加装均压环来改善电场分布。工程实践中应根据具体情况， 考虑均压环的设置问题。本文采用BP神经网络方法处理合成绝缘子均压环结构参数的优化问题，建立均压环优化神经网络模型，缩短了理论计算方法时间冗长的问题，并得到330 kV合成绝缘子均压环最优结构参数。计算结果表明，优化后的均压环参数能够使均压环表面场强和绝缘子沿面场强均小于电晕起始场强，按照该结论设置的330 kV合成绝缘子均压环，应进一步进行高压试验验证和加强运行中的巡视、记录。
参考文献
[1] 张波，何金良，曾嵘.塔头合成绝缘子均压环优化配置分析[J].高电压技术，2008，34（4 ）：652-654，659.
[2] 司马文霞，杨庆，孙才新等.基于有限元和神经网络方法对超高压合成绝缘子均压环结构优化的研究[J].中国电机工程学报，2005（25）17：115-120.
[3] 王斌，彭宗仁.500kV线路绝缘子电压分布的有限元法计算[J].电瓷避雷器，2003年第 1 期 ：13-15.
[4] 郭效金.合成绝缘子表面电压和场强计算[J].高压电器，2003，39（4）：20-22.
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1、问题的引入
在比较大的工业厂区，占地规模是非常大的。总体规划中的电气设计主要考虑的是电源分布与供电线路敷设、走向等问题。其中电源设置的位置当然非常重要，而正因为线路较长考虑到经济性以及安全性等因素，高压或中压的电压等级被视为合理的远距离送电方式。
当然中压（10kV）供电半径远大于低压（400V）所能达到的范围，但并非厂区内所有的地方都能做到由中压电源覆盖。在大型厂矿中必然存在一些用电负荷并不很大，但远离最近处的变压器，其电源的供电半径超出了低压一般供电距离的情况。这时候采用何种方式供电更为合理其实并不能够简单的通过一两个因素判断。同样即便是在建筑物单体中、或者厂房内部，供电等级已经成为低压电压等级的时候，低压线路敷设的实际路径长度也不能够简单的认为是不存在问题的。
要做合理的设计必然需要全面透彻的比较与数据支持，这就是本文主要的目的，即讨论当采用低压供电的方式时线路设计应注意的几个关键性问题。
2、供电电压的选择
虽然要讨论的是低压供电的线路问题，但必须对各电压供电形式有所了解。当要为一个用电单元供电的时候，需要判断受电端与配电端的距离。或者说需要关注一定电压等级线路的送电能力。下表为中压、低压供电线路的送电能力。
表2-1
注：考虑到外界自然条件复杂、荷载种类多（如风荷载，积雪等）及其电流肌肤效应。架空线路采用钢芯铝绞线材质。
2.1、供电电压的确定
不论是供配电还是输变电，受电端都有一个需求的受电端电压，随着线路长度的增加，形成的线路阻抗升高，任何电压等级在线路上所消耗的电压就会升高，以至于当到达末端无法满足需求，那么输电配电的意义全无。那么在不同的电压等级下就存在着不同的供电半径的概念，所谓力所能及。
供电半径取决于以下两个因素的影响：
1） 电压等级（电压等级越高，供电半径相对较大）；
2） 用户终端密集度，即：电力负载越多，供电半径越小。
从表2-1供电半径的表格中显见，一般负荷不超过200kW的时候单体配电距离不宜超过350m。
2.2、线路电压损失计算（∆U%）
保证各类受电电压质量合格，电网允许的最大电压损失据《供用电规则》电压允许偏差：
表2-2
注：一般中低电压配电系统是动力电与照明电混合而成，因此低压用户的允许电压偏差应为+5%、-7%。
一般从配电端来看，负荷种类可以视为三相平衡负荷线路。三相平衡的线路电压降计算公式如下：
∆U%=∑PiLi/CS(2-1)
注：1、PiLi：各负荷的负荷矩（kW•m）；
2、C：功率因数为1时的计算系数（其值随电压等级、配电系统、线路导体介质不同而不同）；
3、S：线芯标称截面（mm2）。
根据公式（2-1），电压损失或者说被消耗在配电线路上的电压降∆U%与负荷的总容量，负荷距供电端距离的长度以及载流导体的截面积均有关系，其中还有一个常熟C，其值的确定又直接取决于配电系统所选用的电压等级，详见表2-3。
表2-3
线路上的电压损失与线路长度及其配电线路的截面、材质有关。不同的敷设条件选用的不同的载体决定了C值的同时亦决定了S截面积。
根据公式(2-1)所得到得电压降需满足表(2-2)的要求。
一般在设计手册中可以查表得到高压、中压、低压的各种敷设方式的电缆电线的电压损失情况。方便设计人员在对应的电压等级和敷设方式校验电压损失∆U%是否在满足要求的范围内。在低压供电系统中首先要考虑的因素∆U%。电压降问题，一个线路不论它的长度是一般正常的低压供电距离，还是显而易见的超出了常规的供电距离。设计人员必须做到对每条线路的电压降心中有数。
当然，∆U%概念可以算作配电设计中的一个最为基本的概念。也会有很多设计人员会想，既然计算了线路上的电压降，如果电压降不满足要求放大电缆截面就可以降低线路上的电压损失，线路截面放大了只可能更为保险。基本上别的事情都可以按照一般设计概念完成就可以了。
显然不是，随着线路敷设，选择了满足电压降的线缆之后，线路的电阻电抗值随之变化，与之匹配的线路保护所用断路器参数也需要配合以保证能够对其后的线缆起到保护作用，那么在校验了电压降之后紧随而来的一个问题就是短路校验的问题。从而引出以下内容。
3、短路电流与线路敷设之间的关系
短路电流是电气设计中不论是低压配电系统设计还是中压、高压设计中必须要考虑的一个因素。当电气线路的短路故障发生时，为保证及时能够切断短路故障所在回路或者线路，设计人员必须校验该回路的断路器的动作灵敏度。也就是说当短路故障发生产生了短路故障点流Id，所选择的断路器的瞬时动作电流Isd必须要小于短路故障点流Id。
3.1三相短路接地故障
三相短路故障，即三相全部短路。低压供电中，此种短路最严重，因为会产生相当大的冲击电流。在220/380V网络三相短路电流位最大短路电流，如果该电流持续在系统中存在而不切除，会影响到其他的设备，同时也会造成火灾的可能。所以在断路器的校验过程中三相短路故障需要重点考虑。三相短路电流的计算公式如下：
(2-1)
注：1、 =380V，C:电压系数C=1.05(计算三相短路时) C=1 (计算单相短路时)， ;
2、 短路点总阻抗， （ 短路点总电阻； 短路点总电抗）
3、此处 与 均已标幺值算法将高压侧系统阻抗折算到低压400V侧进行叠加。
这里需要注意，在一般的低压用电单元，往往远离发电机，可采用无限大电源容量的网络短路计算方法。图（2-1）表示为系统，则等效电路可以简化为图（2-2）
图（2-1）
图（2-2）
(2-2)
(2-3)
图（2-3）
计算得到三相短路电流 即可得到两相短路电流 。在低压网络中同样满足 ，此点特性与高压、中压相同。
在选择断路器的时候，对断路器的短路保护的校验必须满足该回路短路电流不小于断路器的瞬时或短路延时动作电流整定值（ ）的1.3（低压短路器的送做灵敏系数 =1.3）倍，即：
（2-4）
正如前面所说的，系统中三相短路电流值相比较两相和单相短路电流来说是最大的也是对线路损坏最为严重的因素，那么是不是 取值为三相短路故障就可以了呢，其实正好相反，要保证线路故障切除必须满足最小值动作断路器的原则，也就说 顾名思义是指被保护线路短路最小值，必须以最小故障电流考虑，在低压系统中TN、TT系统为单相短路电流。为寻找 这时必须对单相短路故障进行计算。
注： =1.3参见GB50054中，4.2.3：低压电器为符合(JB1284-85)的低压断路器时,短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
3.1单相短路接地故障
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（c）-0066-01
1 农村低压线损管理的重要性
线损是衡量供电企业管理水平的一项重要经济指标，供电企业的主要任务就是在安全输送与合理地分配电能中力求尽量减少电能损失，以取得良好的社会与企业经济效益。线损率是考核县供电企业重要性的经济技术指标，该指标的高低反映了供电系统技术水平的高低和企业管理水平的好坏，其中低压线损指标是其重要组成，不断加大低压电网整改力度和降损技术投入，加强低压无功电压及配变三相不平衡管理，积极开展低压专业抄表工作，将低压线损指标及相关小指标纳入供电所星级化绩效考核，努力降低低压电网损耗，可以实现企业经济效益和社会效益的同步提高。
2 农村低压线损管理的范围
低压线损管理是线损综合管理的重要层面，管理的范围涉及低压电网建设管理，低压设备运行管理，抄、核、收管理，电能计量管理，降损新技术管理、人员培训管理、三相负荷管理、低压线损分析管理和低压业扩报装管理等方面。
3 农村低压线损重点分析对象
对农村低压线损，找出问题所在才能找出解决问题的办法，对线损而言“知”我认为应涵盖如下几点：一、应熟知各电压等级设备、线路、台区的技术参数，并据上述参数对各电压等级设备、线路、台区进行线损理论计算，得出理论计算线损；二、对于特别复杂无法进行线损理论计算的台区，可以抽出几个有代表性台区进行连续八至十天定时抄表，算出一天、二天....十天的线损，用这八至十天线损的平均值做为同类型台区的理论线损值；三、要知道各电压等级设备、线路、台区实际线损情况，将其与理论线损进行比较，计算出两者之间的差值，对数值较大的台区进行重点检查治理，只有发现存在问题的台区才会有针对性；四、对管理各电压等级设备、线路、台区人员的能力要有所了解；五、对各台区所在区域实际情况要有所了解。
4 加强农村低压线损监督办法
（1）建立线损管理组织机构及其职责：公司成立由分管经理任组长，发展策划部为归口管理部门，乡镇电管部、生产技术部、营销部、计量中心、稽查所和人事部主要负责人为成员的线损管理领导小组，领导小组下设办公室，办公室设在发展策划部。组织机构中各部门职责如下：
线损管理领导小组：线损管理领导小组是低压线损管理的领导、决策机构。负责落实上级下达的有关方针政策；协调各相关单位开展低压线损管理工作；审定年度低压线损总体目标及降损措施计划；负责组织召开低压线损分析例会。
发展策划部： 是低压线损归口管理部门。负责编制和下达低压线损管理的各项指标计划；负责组织开展低压线损理论计算；负责对各相关单位指标及计划完成情况汇总分析，并对低压线损管理进行全过程监督与考核。
乡镇电管部：负责分解供电所低压线损指标及相关小指标计划，并对其进行线损星级化考核；负责汇总提报低压降损技术改造建议计划并组织实施；负责编制提报供电所抄表计划，并组织专业抄表班按计划实施；专业抄表班负责对管辖区内所有客户电能表进行抄入表底和检查电能表运行状况，并负责对抄表数据进行审核和录入微机。
生产技术部：负责低压电网改造建议计划的审核；负责编制低压无功电压管理计划；负责推广应用降损节能新技术。
营销部：负责电力营销管理信息系统的管理，并通过电力营销管理信息系统提报低压线损相关指标数据；负责低压客户电费审核和专业抄表班抄表差错率统计汇总。
计量中心：负责公司低压电能计量装置的全过程管理；负责电能计量装置有关计划的制定并组织实施；负责计量三率的管理与控制；负责计量方面线损小指标的统计、分析和上报工作。
稽查所：负责组织开展用电检查管理工作，组织查处、打击偷窃电行为，并对低压抄、核、收人员工作质量进行监督、检查。
人事部：负责组织开展低压线损管理人员的业务培训工作。
供电所：负责组织开展低压线损管理的日常工作。贯彻落实上级线损管理制度、办法；编制供电所降损措施建议计划，并组织实施；负责低压线损指标及相关小指标的分解、统计、分析和考核工作；负责管辖低压电网的运行管理、用电检查管理和业扩报装管理工作。
（2）加强线损理论计算：根据理论线损值找出由于技术问题引起线损增高的线路、台区，从技术上予以解决，如由于负荷快速增长、线径过细、线路过长、电压过低等引起的线路损耗增高，可采取对应措施予以解决，如线路改造增大输电线路线径、方式调整改变负荷分配、调整电压等技术措施实现降损目的；如台区线路老化、负荷三相分配不平衡、用户电表等问题引起的台区线损增高，可对台区进行老化线路更换、调整用户相线分配、电表校验或更换等措施解决。
（3）线路、台区线损增高如果不是由于技术原因引起，那就要从管理方面查找原因，针对不同情况提出相应整改措施。
①加强抄表管理，建立同步抄表机制；由营销部牵头，对上级关口与低压用户同步抄表，避免由于上下级电能表抄表时间不同步，造成的线损波动。充分利用自动化抄表，坚决杜绝估抄、漏抄和错抄等现象。②加强电费核算工作，保证用户电价、用电分类等基础信息正确，在电费审核环节，对异常信息及时进行排查处理，例如在电费审核中某户用电性质为居民生活，该月用电量剧增到500度以上，既有可能该用户抄表错误或者该户有其他非居民用电，应立即进行检查。③加强计量管理工作，加快智能电能表的推广以及终端安装，提高自动化抄表能力。
（4）加大巡视监察力度，挑选业务过硬、政治觉悟高的人员组成几支巡视监察“轻骑兵”，按照巡视监察人员不定、巡视监察日期不定、巡视监察时间不定、巡视监察地点不定的原则进行长期地巡视监察，以巡视监察的“突然”性，杜绝“硕鼠”们的窃电之想；利用远程抄表技术与之配合，及时有效的提供信息。
5 结语
电表的反常规用法是近几年高考的热点问题，相对学生来讲也恰恰是一个难点问题。电表的反常规用法一般有这么两种设计方案，其一就是用电流表来测电压，题目里往往把已知确定阻值的电流表当作电压表使用或把一个电流表和一个定值电阻改装为电压表适用；其二就是用电压表来测电流，解题时需要把确定阻值的电压表当作电流表使用。
例1、现有一块灵敏电流表 ，量程为200，内阻约为1000，要精确测出其内阻R1教育学论文教育论文，提供的器材有：
电流表 (量程为1mA，内阻R2=50)；电压表(量程为3V，内阻RV约为3k)；
滑动变阻器R(阻值范围为0~20)；定值电阻R0(阻值R0=100)；
电源E(电动势约为4.5V，内阻很小)；单刀单掷开关S一个，导线若干。
(1)请将上述器材全部用上，设计出合理的便于多次测量的实验电路图，并保证各电表的示数超过其量程的1/3，将电路图画在图示的虚框内。
(2)在所测量的数据中选一组，用测量量和已知量来计算 表的内阻，表达式为R1=I2(R0+R2)/I1，表达式中各符号表示的意义是I1表示 表的示数，I2表示表的示数，R2表示 表的内阻，R0表示定值电阻的阻值毕业论文开题报告论文网。
解析：此题目的本意是要考查学生对伏安法测电阻原理的掌握情况，但是该题目中所给出的电压表量程过大，只能用于保护电路使用。因此没有合适的电压表可以直接利用教育学论文教育论文，这时候我们必须依照伏安法测电阻的基本原理做出适当的改进，将电流表 和定值电阻R0改装成电压表，题目就迎刃而解了。
例2、从下面所给出的器材中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。
电流表A1(量程100mA，内阻r1约40，待测)
电流表A2(量程50，内阻r2=750)； 电压表V(量程10V，内阻r3=10k)；
电阻R1(阻值约100，作保护电阻用)； 滑动变阻器R2(总阻值约50)
电源E(电动势1.5V，内阻很小)；电键S，导线若干
(1)在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1，写出所用的表达式并注明式中各符号的意义。
r1=r2I2/ I1 其中I1和I2分别表示A1和 A2的电流。
解析：本题给出了电压表和电流表，若采用下图所示的电路进行测量时教育学论文教育论文，电压表的示数不到满量程的1/20，测量值不准确，因为电表的示数没有接近量程的一半或一半以上。
因此，用上图所示的电路不能较准确的测量A1的内阻。这时候我们可以把已知电阻的电流表A2当做电压表来使用，电流表A2两端的电压可以由其示数和内阻推算出来，A2两端的电压也就是A1两端的电压，这样就可以较准确的测量出A1的内阻了毕业论文开题报告论文网。
例3、使用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900-1000)。电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。
或
(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示教育学论文教育论文，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx= U1r1 r2/( U2 r1—U1 r2)或(U2—U1 )r1/U1
解析：该题目还是测未知电阻Rx的阻值的，显然本题目并没有给出电流表，我们不难发现本题里面已知两个电压表，而且电压表的内阻都是已知的，用电压表的读数除以本身的内阻就可得到通过自身的电流了，因此，我们完全可以把电压表当电流表来使用。
总而言之，类似的实验都是考查伏安法测电阻的基本原理，只要实验目的明确，充分利用题目所给出的器材，不难找出解题思路。
