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交流電壓范文第1篇

關(guān)鍵詞:Modbus協(xié)議;交流電壓峰值;MSP430F449;MAX1270

中圖分類號(hào):TB971,TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)10-146-03

Design of AC Voltage Peak Detection Instrument Based on Modbus-RTU

WANG Jichang

(Seismic Geophysical Company of Shengli Oil Field,Dongying,257100,China)

Abstract:The peak voltage detection of AC is an important index in industry power safety monitoring.AC voltage peak detection system based on hardware of MSP449,MAX1270 and RS 485,and protocol of Modbus-RTU are introduced.This system have been used in AC voltage peak detection successfully.This system has advantages of portable,low power and so on.Meanwhile,it is easy to interface with PC or controller in accordance with Modbus-RTU protocol to construct remote monitoring and control system conveniently.

Keywords:Modbus protocol;AC voltage peak;MSP430F449;MAX1270

收稿日期:2008-10-23

0 前 言

交流電壓峰值是指交流電壓的最大值(正峰值)或最小值(負(fù)峰值),是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的參數(shù)。為保證用電設(shè)備的安全,對(duì)供電電壓的峰值[1]進(jìn)行檢測(cè)具有重要意義。測(cè)量峰值的方法主要有示波器法、間接計(jì)算法、專用峰值表法。利用示波器雖然可直觀地顯示電壓的波形和峰值,但在成本和便攜性上示波器均不能作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視設(shè)備;間接計(jì)算法只適用于標(biāo)準(zhǔn)正弦波,實(shí)用性不大;專用峰值表大都存在體積較大,攜帶不便,且與電腦或控制設(shè)備相連不便的缺點(diǎn)。針對(duì)以上缺點(diǎn),采用MSP430[2]系列單片機(jī)、MAX1270模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,并利用Modbus-RTU協(xié)議,成功地開發(fā)出了低成本、便攜、智能的峰值表設(shè)備。

1 測(cè)量原理

由于供電電網(wǎng)的波動(dòng)及電網(wǎng)的電壓波形是一種非標(biāo)準(zhǔn)正弦波,其峰值不能通過(guò)平均值或有效值間接計(jì)算。該系統(tǒng)采用對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)正弦波在一個(gè)周期內(nèi)多次采樣,并通過(guò)冒泡法比較采樣值,得到電壓的最大值或最小值作為其正峰值和負(fù)峰值。顯然只要采樣密度適當(dāng),完全可以得到真實(shí)的電壓峰值。我國(guó)交流電的頻率為50 Hz,設(shè)計(jì)中采樣頻率設(shè)置為10 kHz,即每個(gè)交流波形周期中采樣200次,足以正確地反映出電壓的變化情況,從而確定電壓的峰值。

2 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中,以MSP430F449[3]單片機(jī)、MAX1270模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為主要器件。前端A/D輸入采用電阻分壓方式將交流電進(jìn)行降壓;采用RS 485芯片作為通信接口芯片,硬件框圖如圖1所示。

圖1 硬件框圖

2.1 A/D輸入調(diào)理保護(hù)電路設(shè)計(jì)

以220 V交流電為例,其理論峰值電壓為311 V,但考慮到電網(wǎng)波動(dòng)、正弦波失真等,電壓峰值很可能超過(guò)311 V,這時(shí)可根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)情況,選定一個(gè)電壓值作為電壓可能達(dá)到的最大值,假定為500 V。如果MAX1270的輸入范圍設(shè)置為±5 V,則分壓電阻的分壓比應(yīng)設(shè)置為100∶1。分壓后的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)放緩沖后作為A/D芯片的輸入,為保護(hù)后級(jí)A/D轉(zhuǎn)換芯片,設(shè)置兩個(gè)穩(wěn)壓二極管組成限幅電路。輸入調(diào)理電路如圖2所示。

圖2 A/D輸入信號(hào)調(diào)理保護(hù)電路

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX1270[4]芯片,MAX1270是8通道、多量程雙極性輸入、串行輸

出、逐次逼近型12位A/D轉(zhuǎn)換器,最高采樣率為110 kS/s。在單+5 V電源供電下,可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)±5 V,±10 V,5 V,10 V量程。其中,雙極性輸入十分適合作為交流電壓測(cè)量。

MAX1270轉(zhuǎn)換電路如圖2所示,由MSP430F449的I/O口線控制MAX1270的串行接口。由于MAX1270在5 V電壓供電下,輸出4.5 V以上高電平,而MSP430F449的I/O口電平為3.3 V,因此必須附加一個(gè)接口芯片,以實(shí)現(xiàn)5~3.3 V的電平轉(zhuǎn)換,這里采用MAX3001雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

2.3 RS 485接口電路

該設(shè)計(jì)采用RS 485總線[5],可通過(guò)電纜或光纖將信號(hào)有效地遠(yuǎn)傳上千米,配合Modbus-RTU協(xié)議,可方便地與符合Modbus-RTU協(xié)議的控制設(shè)備連接。設(shè)計(jì)中采用MAX3485芯片作為RS 485接口芯片,電路如圖4所示。

圖3 A/D轉(zhuǎn)換及電平轉(zhuǎn)換電路

圖4 RS 485接口電路

3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中,主要的軟件模塊包括A/D轉(zhuǎn)換,Modbus-RTU協(xié)議和串口編程。對(duì)于串口編程不再贅述,主要對(duì)MAX1270[6]和Modbus-RTU[7]協(xié)議進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 MAX1270編程

MAX1270的控制字格式如表1所示,最高START為起始位,保持為“1”;SEL2~SEL0為輸入通道選擇位;RNG,BIP分別為量程和極性選擇位;PD1和PD0為掉電和時(shí)鐘模式選擇位。各位的具體意義請(qǐng)參考MAX1270數(shù)據(jù)手冊(cè)。該設(shè)計(jì)中,MAX1270設(shè)置為:量程10 V,雙極性輸入(即實(shí)現(xiàn)±5 V測(cè)量)、外部時(shí)鐘25 CLK/s正常操作模式,使用通道CH0作為輸入通道,控制字的格式為10000101。

表1 MAX1270控制字

BIT7(MSB)BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0(LSB)

STARTSEL2SEL1SEL0RNGBIPPD1PD0

/*函數(shù):max1270_ACQ()功能:讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)*/

unsigned int max1270_ACQ()

{

unsigned char cmd;

cmd=0x85;//雙極性正負(fù)5 V輸入范圍,通道0,常規(guī)操作、外部時(shí)鐘模式

unsigned char t=8;

do//寫入控制字

{

max1270_CLK_CLR;

_NOP();

if((cmd & 0x80)==0x80)

max1270_DI_SET;

else

max1270_DI_CLR;

cmd

_NOP();

max1270_CLK_SET;

_NOP();_NOP();

}

while (--t!= 0);

max1270_DI_CLR;

//等待轉(zhuǎn)換完成

for(int i=5;i>0;i--)

{

max1270_CLK_CLR;//時(shí)鐘下降沿

_NOP();_NOP();

max1270_CLK_SET;//時(shí)鐘上升沿

_NOP();_NOP();

}

//讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果

unsigned int dat=0;

t=12;

do

{

max1270_CLK_CLR;

_NOP();

dat

if(max1270_DO)//DO的輸出為1

dat++;

max1270_CLK_SET;

_NOP();

}

while (--t!=0);

_NOP();_NOP();

max1270_DI_CLR;

max1270_CLK_CLR;

_NOP();_NOP();

return dat;

}

3.2 Modbus-RTU協(xié)議

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其他設(shè)備之間可以通信。Modbus-RTU是Modbus[8]協(xié)議的一種傳輸模式,在該模式下,消息中的每個(gè)8 b包含2個(gè)4 b的16進(jìn)制字符。Modbus協(xié)議的核心程序是CRC校驗(yàn)[9]程序的編寫。該系統(tǒng)中采用CRC-16校驗(yàn)法,具體程序?qū)崿F(xiàn)如下:

//CRC生成和校驗(yàn):用于CRC生成和校驗(yàn),其中frame為數(shù)組指針,n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)//

unsigned int CRC(unsigned char *frame,int n)

{

int i,j;

unsigned int flag,crc;

crc=0xffff;

for(i=0;i

{

crc^=*frame++;

for(j=0;j

{

flag=crc&0x0001;

crc>>=1;

crc&=0x7fff;//crc高位補(bǔ)零

if(flag)

{

crc^=0xa001;//crc xor A001

}

}

}

flag=crc%256;//取模求余得到crc低字節(jié)

i=(crc-flag)/256;

crc=flag*256+i;//高低字節(jié)交換

return(crc);

}

3.3 其他重要子程序

程序中采用定時(shí)器中斷觸發(fā)每次采樣,保證采集周期的精度,同時(shí)每次采集時(shí)都以過(guò)零點(diǎn)作為采集數(shù)據(jù)的開始。這兩點(diǎn)都有利于提高系統(tǒng)精度。

//定時(shí)器設(shè)置

CCR0=399;//400×0.25 μs=0.1 ms,即采樣周期

設(shè)定為10 kHz(10 k/50=200)

TACTL=TASSEL_2+MC_1+TACLR;//MCLK=4 M,Up Mode,CCTL0=CCIE;//CCR0中斷使能

//正過(guò)零點(diǎn)判斷

if(AD_Result

Start_Flag=1;//Start_Flag為開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)志

else

Start_Flag=0;

4 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)施加標(biāo)準(zhǔn)正弦波、非標(biāo)準(zhǔn)正弦波、三角波測(cè)試,可使該表的峰值測(cè)量精度高于1級(jí),完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電檢測(cè)的需求。該表與工控組態(tài)軟件MCGS[10]配合,工作良好。此外,該表除了測(cè)量峰值以外,還擴(kuò)展了電壓平均值、有效值的計(jì)算,設(shè)計(jì)成一個(gè)具有多功能的智能儀表。

5 結(jié) 語(yǔ)

該設(shè)計(jì)以MSP430F449單片機(jī)、MAX1270為核心,編寫了Modbus-RTU協(xié)議,同時(shí)利用RS 485接口可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳或與符合Modbus-RTU協(xié)議的設(shè)備相連,該表的體積小,功耗低,可使用干電池或蓄電池供電,非常適合作為編攜式設(shè)備,隨身攜帶,也可作為功能模塊直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)電網(wǎng)供電電壓峰值、有效值等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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[8]Modbus協(xié)議[EB/OL].,2007.

交流電壓范文第2篇

（廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

【摘要】近年來(lái)我國(guó)西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略會(huì)使得高壓直流輸電更為普遍，討論了交流電網(wǎng)目前的狀態(tài)及高壓直流輸電帶來(lái)的一些影響，說(shuō)明了高壓直流輸電對(duì)交流電網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞 高壓直流輸電；交流電網(wǎng)；電力建設(shè)

0引言

自1888年由費(fèi)郎蒂設(shè)計(jì)的大型交流電站成立以來(lái)，交流電逐漸代替直流電，廣泛的被人們使用。20世紀(jì)50年代，一種新型的直流輸電-高壓直流輸電出現(xiàn)并快速的發(fā)展。高壓直流輸電技術(shù)通過(guò)其可以進(jìn)行長(zhǎng)距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)方面的優(yōu)點(diǎn),給予高壓交流輸電技術(shù)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，并且已經(jīng)在全世界投入應(yīng)用,應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣泛。

1交流電網(wǎng)的現(xiàn)狀

自從第一個(gè)交流發(fā)電站成立以來(lái)，交流電網(wǎng)憑借以下的優(yōu)勢(shì)迅速的發(fā)展并被廣泛的使用。

1）利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能）、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價(jià)大為低廉。

2）交流電可以方便地通過(guò)變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來(lái)極大的方便。

隨著技術(shù)的不斷深入，交流電網(wǎng)出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要有以下幾方面：

1）交流輸電不能做太遠(yuǎn)距離輸電

交流輸電由來(lái)已久，交流輸電線路中，除了有導(dǎo)線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗.為了解決交流輸電電阻的損耗，采用高壓和超高壓輸電來(lái)減小電流來(lái)減小損耗，但是交流電感損耗不能減小。因此交流輸電不能做太遠(yuǎn)距離輸電。

2）交流輸電的功率損耗嚴(yán)重

交流輸電的功率損耗不僅表現(xiàn)在阻抗上，線路中的電抗功率損耗也相當(dāng)嚴(yán)重。一條200kV的電纜，每1km的電容約為0.2μf，每1km需要供給充電的功率相當(dāng)于3000km，在每1km輸電線路上，每年的損耗非常高，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

3）交流輸電兩端系統(tǒng)必須同步運(yùn)行

交流遠(yuǎn)距離輸電，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會(huì)產(chǎn)生明顯的相位差，并網(wǎng)的各個(gè)系統(tǒng)交流電必須同步運(yùn)行，否則可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的循環(huán)電流損耗設(shè)備，或造成不同步運(yùn)行的停電事故。

2高壓直流輸電

直流輸電技術(shù)從50年代開始，但是發(fā)展比較緩慢。我國(guó)土地面積大，能源非常豐富，但是分布不均勻。尤其是水資源，有三分之二的分布在西南西北地區(qū)，煤礦資源的60%分布在西部地區(qū)，而我國(guó)的主要電力供應(yīng)在中部、東部和南部，耗電量巨大，因此直流輸電越來(lái)越受研究人員重視，直流輸電開始迅速發(fā)展。直到上世紀(jì)80年代，我國(guó)的第一個(gè)高壓直流輸電線路投運(yùn)，這是一條建設(shè)區(qū)間是從浙江穿山半島到舟山島，距離長(zhǎng)達(dá)10OkV的從海底直流輸電的工程。其最大的輸電容量為50MW，這標(biāo)志著高壓直流輸電進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。1990年，一條雙極直流輸電工程投入生產(chǎn)并運(yùn)行，其最大容量已達(dá)到1.2GW，填補(bǔ)了交流電網(wǎng)在長(zhǎng)距離輸電的缺憾，這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)具有長(zhǎng)距離大容量輸電的能力，我國(guó)電網(wǎng)從此進(jìn)入交直流混合輸電的時(shí)代。在2005年，我國(guó)的第一個(gè)換流站建成了，其位于靈寶縣，輸電量達(dá)到360km，傳輸?shù)碾娏饕策_(dá)到了3kA，其兩端的交流電壓分別達(dá)到了330kV和220kA，并且該工程屬于國(guó)內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計(jì)，使用了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的設(shè)備及技術(shù)，并且為了保證這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施完成，對(duì)于葛南區(qū)間的高壓直流輸電的改進(jìn)也提前完工。2008年，我國(guó)成功的建成高壓直流輸電項(xiàng)目12個(gè)，2014年左右一期工程一回直流送電華中電網(wǎng)，落點(diǎn)在湖南。

高壓直流輸電主要具有以下特點(diǎn)：

1）高壓直流輸電的頻率和相位與它相鄰的兩個(gè)交流系統(tǒng)無(wú)關(guān)。

2）高壓直流輸電只傳送有功功率。

3）高壓直流輸電的傳送功率(包括大小和方向)快速可控。

4）高壓直流輸電在線路上比較經(jīng)濟(jì)。

3高壓直流輸電對(duì)交流電網(wǎng)的影響

3.1高壓直流輸電可以解決交流電網(wǎng)存在的一些問(wèn)題，填補(bǔ)交流電網(wǎng)的空缺

1）由于交流電網(wǎng)兩端系統(tǒng)必須同步運(yùn)行，這使得穩(wěn)定性較差，而高壓直流輸電的頻率和相位與它相鄰的兩個(gè)交流系統(tǒng)無(wú)關(guān)。因此可根據(jù)直流輸電環(huán)節(jié)將兩個(gè)獨(dú)立的交流系統(tǒng)連接起來(lái),這樣不但能擁有減小熱備用容量等聯(lián)網(wǎng)的效益，還可保證各自擁有有功及無(wú)功功率平衡等電網(wǎng)管理的獨(dú)立性。除此之外,如果一個(gè)電網(wǎng)短路，由于直流環(huán)節(jié)不直接連到另一個(gè)電網(wǎng)，從而具有隔離作用，甚至避免系統(tǒng)大面積停電所導(dǎo)致的后果。故高壓直流輸電很適于電網(wǎng)間的互聯(lián)。

2）交流電網(wǎng)的功率損耗相當(dāng)嚴(yán)重，而高壓直流輸電只傳送有功功率。因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，交流電網(wǎng)的短路容量不會(huì)增加，所以對(duì)于斷路器影響不大。不必增加斷路器的遮斷容量，直流輸電可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的輸電。

3）交流電網(wǎng)傳送的功率的大小和方向不可控，而高壓直流輸電的傳送功率(包括大小和方向)快速可控。所以高壓直流輸電可以填充交流電網(wǎng)的這個(gè)空缺，電網(wǎng)的穩(wěn)定性較好，可以非常嚴(yán)格的按照事先規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，并且其不會(huì)受到兩端交流電網(wǎng)的限制，非常適合兩個(gè)電網(wǎng)之間的相互輸電。

4）在交流電網(wǎng)中，使用的線路為三相電，在大型的工程里面，線路較亂，而高壓直流輸電在線路上比較經(jīng)濟(jì)。因單、雙極直流輸電分別只需一、二根導(dǎo)線(相當(dāng)于一、二回交流線路)，所需的線路數(shù)量少，線路的寬度低，線材及工程量都比較少。并且在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),采用直流輸電產(chǎn)生的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用換流設(shè)備產(chǎn)生的費(fèi)用，線路越長(zhǎng)，節(jié)省越多。

5）直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電小。兩個(gè)交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，另一側(cè)要向故障一側(cè)輸送短路電流．因此使兩側(cè)系統(tǒng)原有開關(guān)切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換開關(guān)。而直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒(méi)有互連時(shí)一樣，因此不必更換兩側(cè)原有開關(guān)及載流設(shè)備。

3.2高壓直流輸電相對(duì)于交流電網(wǎng)存在一定的劣勢(shì)

1）電力遠(yuǎn)距離輸送，將低壓通過(guò)升壓變壓器，然后到達(dá)目的地后，采用降壓變壓器將電壓降低，設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。而高壓直流輸電要求的設(shè)備較高。

2）遠(yuǎn)距離輸電的情況下，交流電網(wǎng)的設(shè)備比高壓直流輸電更加經(jīng)濟(jì)。

高壓直流輸電填補(bǔ)了交流電網(wǎng)的一些空缺，但是它也存在著自己相應(yīng)的缺點(diǎn)。

4結(jié)論

通過(guò)以上表明高壓直流輸電對(duì)交流電網(wǎng)的影響很大，它解決了交流電網(wǎng)一些的缺點(diǎn)，在我國(guó)長(zhǎng)距離大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián)中發(fā)揮了重要的作用，但是對(duì)于遠(yuǎn)距離的輸電，高壓直流輸電對(duì)于設(shè)備的要求太高，增加了經(jīng)濟(jì)的開銷。（下轉(zhuǎn)第314頁(yè)）

參考文獻(xiàn)

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［2］潘麗珠.高壓直流輸電對(duì)交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定影響的研究[D].北京:華北電力大學(xué),2006.

交流電壓范文第3篇

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目化；整流；濾波；穩(wěn)壓

1.制作要求

1.1任務(wù)

設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，電源輸出電壓1.25~30V可調(diào)，最大輸出電流為1.5A，輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5×10-3；輸出電阻小于0.1Ω。

1.2要求

①選擇電路形式，畫出電路原理圖；②合理選擇電路元器件的型號(hào)及參數(shù)，并列出材料清單；③畫出安裝布線圖；④進(jìn)行電路安裝；⑤進(jìn)行電路調(diào)試與測(cè)試，擬定調(diào)試測(cè)試內(nèi)容、步驟、記錄表格，畫出測(cè)試電路。

1.3裝配電路板

在通用電路板上進(jìn)行電路布局圖的安裝，電路裝配的工藝流程說(shuō)明，調(diào)整測(cè)試內(nèi)容與步驟，數(shù)據(jù)記錄，測(cè)試結(jié)果分析等。

2.學(xué)習(xí)要求

1、了解直流電源的基本組成和性能指標(biāo)。2、掌握線性直流電源中整流、濾波、穩(wěn)壓電路的選擇、電路元件的參數(shù)計(jì)算、選擇等。3、掌握線性直流電源設(shè)計(jì)的方法和步驟。4、掌握直流電源的裝配、調(diào)試和測(cè)試的操作技能。5、具有安全生產(chǎn)意識(shí)和預(yù)防措施。6、能與他人合作、交流，完成電路的設(shè)計(jì)、電路的組裝與測(cè)試等任務(wù)，具有團(tuán)結(jié)協(xié)作、敢于創(chuàng)新的精神和解決問(wèn)題的能力。

3.分析過(guò)程

3.1電路原理圖

如圖1所示，T1為自耦變壓器，T2為電源變壓器，V1～V4為整流二極管，C1為濾波電容，CW7812為三端穩(wěn)壓器，R和RP組成負(fù)載RL，兩塊電壓表分別接在整流濾波電路的輸出端及穩(wěn)壓電路的輸出端。

3.2操作過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

1、按圖示電路先連接變壓器和整流電路，T2用18V，用示波器觀察輸入、輸出端的波形，并用萬(wàn)用表測(cè)試輸入、輸出電壓的值（注意輸入是交流，輸出是脈動(dòng)直流），并作好記錄。變壓器輸入電壓Ui整流后輸出電壓Uo118V16.2V

2、在第1步的基礎(chǔ)上，接入濾波電容，用示波器觀察濾波后輸出的波形，并用萬(wàn)用表測(cè)試輸出電壓，作好記錄。變壓器輸入電壓Ui整流后輸出電壓Uo1濾波后輸出電壓Uo218V16.2V21.6V

可以看出經(jīng)過(guò)整流濾波后，交流變成平滑的直流電，輸出電壓值得到提高，變?yōu)?.2Ui。

3、完全按圖1接好電路，再按以下操作測(cè)試和觀察。

①負(fù)載電阻RL保持不變，調(diào)節(jié)自耦變壓器在一定范圍內(nèi)220(1±10%)V變化，觀察整流濾波電路輸出端的電壓表及負(fù)載兩端的電壓表的變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)濾波電路輸出端的電壓表指針發(fā)生了變化，而負(fù)載兩端的電壓表讀數(shù)12V卻不變。

②輸入電壓（自耦變壓器調(diào)到AC220V）不變，調(diào)節(jié)RP，觀察負(fù)載兩端的電壓表，讀數(shù)12V仍不變。

可以看出:該電路在電源電壓及負(fù)載RL變化時(shí)，負(fù)載兩端電壓值均不變，即實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓功能。

由以上演示看出：直流穩(wěn)壓電源就是一種把交流電變?yōu)橹绷麟姡茌敵龇€(wěn)定直流的一種電子設(shè)備。它一般由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，其框圖如圖2所示：圖2直流穩(wěn)壓電路框圖

圖中，電源變壓器的作用是為電設(shè)備提供所需的交流電壓，主要起降壓的作用；整流器的作用是實(shí)現(xiàn)交流電變成脈動(dòng)直流電；濾波器的作用是將整流后的脈動(dòng)直流變換成平滑的直流電；穩(wěn)壓器的作用是克服電網(wǎng)電壓、負(fù)載及溫度變化所引起的輸出電壓的變化，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。

根據(jù)以上內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)制作項(xiàng)目電路既加深了對(duì)電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，又增添了學(xué)習(xí)興趣。使這部分枯燥的理論轉(zhuǎn)化為先觀察現(xiàn)象，再通過(guò)測(cè)試的數(shù)據(jù)，反推各部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的關(guān)系。簡(jiǎn)化了理論數(shù)據(jù)的推導(dǎo)過(guò)程，學(xué)生學(xué)起來(lái)更加容易，這一點(diǎn)在我系學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中得到普遍的認(rèn)可。（作者單位：瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

［1］《電子技術(shù)》;編著者,付植桐;高等教育出版社;2000年第1版

交流電壓范文第4篇

摘要：

在測(cè)定老化油乳化液粘度溫度曲線、含水率反相點(diǎn)曲線的基礎(chǔ)上，采用靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置研究了油水反相特性對(duì)電場(chǎng)破乳脫水效果的影響，使用自主搭建的動(dòng)態(tài)破乳脫水特性快速評(píng)價(jià)裝置研究了高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)下電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率對(duì)老化油乳化液破乳脫水效果的影響.結(jié)果表明，流花油田老化油反相點(diǎn)含水率約為40%，油水反相過(guò)程中乳化液粘度增加，電場(chǎng)破乳脫水難度增大；老化油乳化液含水率為30%時(shí)，最優(yōu)電場(chǎng)強(qiáng)度1.25kV/cm、電場(chǎng)頻率2.5kHz下破乳后的離心脫水率為97.8%，遠(yuǎn)高于工頻電場(chǎng)下的離心脫水率(4.2%)，高頻/高壓電場(chǎng)破乳比工頻/高壓電場(chǎng)破乳優(yōu)勢(shì)明顯.

關(guān)鍵詞：

老化油；W/O型原油乳化液；乳化液反相；高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)；電場(chǎng)破乳；離心脫水

1前言

中海油流花油田的原油為高密度、高黏度、低硫、低蠟、低凝固、低溶解氣油比、欠飽和環(huán)烷基生物降解程度較高的重質(zhì)原油，加上井液中攜帶了大量粒徑小、具有很強(qiáng)吸油性的礁灰?guī)r粘土類泥砂，使原油易乳化且乳化液導(dǎo)電性較強(qiáng)，往往會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電脫鹽器(Electro-dynamicDesalter,EDD)無(wú)法正常工作，產(chǎn)生了大量老化油[1].由于缺乏有效的處理措施，現(xiàn)場(chǎng)不得不將老化油放在南海勝利號(hào)污油艙中，定期轉(zhuǎn)運(yùn)至煉油廠加工處理，往往因擠占大量艙容而導(dǎo)致壓產(chǎn)[2].國(guó)內(nèi)外陸上或海上對(duì)油田老化油的處理已圍繞電場(chǎng)破乳、化學(xué)破乳、微波破乳、超聲波破乳、離心分離等開展了大量應(yīng)用基礎(chǔ)研究，但迄今仍未有效解決[3,4].近年來(lái)研究[57]發(fā)現(xiàn)，高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)比傳統(tǒng)工頻電場(chǎng)更能有效增加液滴間的接觸碰撞幾率，同時(shí)液滴高頻振蕩有利于油水界面膜破碎，提升了脫水效率.高頻/高壓交流脈沖電場(chǎng)已逐步得到國(guó)內(nèi)外認(rèn)可，如美國(guó)Cameron集團(tuán)推出了基于雙頻電場(chǎng)的原油電脫水(鹽)技術(shù)[8]，備受關(guān)注的緊湊型靜電聚結(jié)設(shè)備，如緊湊型靜電聚結(jié)器(CompactElectrostaticCoalescer,CEC)和容器內(nèi)置式靜電聚結(jié)器(VesselInternalElectrostaticCoalescer,VIEC)也配套使用了高頻/高壓脈沖交流電源[9,10].國(guó)內(nèi)以寧波大榭石化有限公司為代表的幾家石化企業(yè)曾對(duì)常減壓裝置前的配套電脫鹽系統(tǒng)進(jìn)行了高頻技術(shù)改造，效率有所提升，但工作頻率僅為300Hz，且電壓波形的正負(fù)相態(tài)扭曲較嚴(yán)重[11].常俊英等[12]對(duì)海洋油田原油乳化液高頻/高壓電場(chǎng)電脫水特性進(jìn)行了研究，結(jié)果證明適當(dāng)提高電場(chǎng)頻率能明顯增加電脫水效率.李銳鋒等[13]用高頻/高壓脈沖交流電源(頻率5005000Hz連續(xù)可調(diào))對(duì)中原油田老化油乳化液開展了回?fù)诫妶?chǎng)破乳實(shí)驗(yàn)研究，取得了較好的破乳脫水效果.但迄今為止，國(guó)內(nèi)不僅尚未就不回?fù)綘顟B(tài)下高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)用于老化油破乳脫水進(jìn)行研究，且電場(chǎng)破乳實(shí)驗(yàn)全部在靜態(tài)條件下進(jìn)行.靜電聚結(jié)過(guò)程中液滴最初相互靠近主要是由外部流體湍流所致[14,15]，因此靜態(tài)條件下電場(chǎng)破乳脫水實(shí)驗(yàn)與連續(xù)動(dòng)態(tài)破乳的實(shí)際工況相差較大.本工作對(duì)取自流花11-1油田的老化油樣品使用高頻/高壓脈沖交流電源破乳脫水，圍繞老化油粘度、溫度特性、乳化液油水反相點(diǎn)、靜態(tài)破乳脫水特性、動(dòng)態(tài)破乳脫水特性等開展基礎(chǔ)研究.

2實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)材料老化油取自南海流花11-1油田南海勝利號(hào)FPSO的3C艙，配制乳化液用水為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)水樣.在2000mL燒杯內(nèi)按比例倒入1900mL老化油和水樣，置于70℃恒溫水浴內(nèi)預(yù)熱5min.啟動(dòng)高剪切分散機(jī)以19000r/min的轉(zhuǎn)速剪切油水混合物5min，同時(shí)用玻璃棒輔助攪拌.在70℃恒溫水浴中靜置5min.老化油和水均取自油田現(xiàn)場(chǎng)，含大量瀝青質(zhì)/膠質(zhì)等天然乳化劑，可保證配制乳化液的組分特性與現(xiàn)場(chǎng)基本一致.但由于剪切乳化條件遠(yuǎn)高于油田現(xiàn)場(chǎng)，因此配制的乳化液具有更高的穩(wěn)定性，破乳脫水難度更大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更有說(shuō)服力.

2.2實(shí)驗(yàn)裝置與分析儀器靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置如圖1(a)所示，該實(shí)驗(yàn)裝置為3層環(huán)形玻璃圓筒立式同心布局結(jié)構(gòu)，原油乳化液裝在圖1(b)所示的錐底量筒(最大容積280mL)內(nèi)，高壓電極棒浸沒(méi)其中；錐底量筒浸沒(méi)在與地線相連的靜態(tài)NaCl溶液中，在高壓電極棒與環(huán)形NaCl溶液間形成非均勻電場(chǎng)空間；最外層環(huán)形空間與恒溫水浴箱連接形成循環(huán)回路，使乳化液保持在實(shí)驗(yàn)溫度.裝置頂部的有機(jī)玻璃蓋配合底部的凹槽對(duì)錐底量筒起定位作用，使其保持垂直狀態(tài).裝置的全部圓筒都采用透明玻璃材質(zhì)，便于隨時(shí)觀察乳化液在電場(chǎng)破乳過(guò)程中的沉降分離情況.

動(dòng)態(tài)破乳脫水特性快速評(píng)價(jià)裝置流程如圖2所示.在快速評(píng)價(jià)裝置主體部分兩側(cè)的端蓋上分別澆鑄2塊相互連接的電極板，極板表面均用澆鑄環(huán)氧樹脂進(jìn)行絕緣處理，2組極板交錯(cuò)布置形成曲折的流動(dòng)空間，左側(cè)端蓋上的極板與高壓放大器輸出端相連，右側(cè)端蓋上的極板與接地端子相連，形成近似均勻電場(chǎng)空間.裝置設(shè)計(jì)小型化，運(yùn)行過(guò)程中循環(huán)1次所需乳化液最少為3L，設(shè)備主體采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，便于實(shí)時(shí)觀測(cè)內(nèi)部的分離情況.老化油粘度測(cè)量使用HAAKERotoVisco1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(德國(guó)HAAKE公司)，通過(guò)搭配不同的定子、轉(zhuǎn)子，測(cè)量0.11000000mPas范圍內(nèi)復(fù)雜流體的粘度值；乳化液配制使用FLUKOFA25型高剪切分散機(jī)(德國(guó)FLUKO公司)，在1000028000r/min之間實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，單次最大處理量為5000mL；高壓電場(chǎng)由GWInstekFunctionGeneratorGFG-3015信號(hào)發(fā)生器(臺(tái)灣固緯電子有限公司)、TrekModel10/40A-HS電壓放大器(日本TREK公司)聯(lián)合提供，為乳化液施加不同電壓(1010000V)、不同頻率(10kHz15MHz)、不同波形的電場(chǎng).用GWInstekOscilloscopeGOS-62020MHz示波器(臺(tái)灣固緯電子有限公司)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓和電流，離心脫水使用ORTOALRESAdigtor-21c型離心機(jī)(西班牙ORTOALRESA公司)，最高轉(zhuǎn)速3000r/min、最高工作溫度100℃.

2.3實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1破乳脫水實(shí)驗(yàn)用靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行老化油乳化液油水反相特性實(shí)驗(yàn).取約80mL配制好的不同含水率的乳化液倒入錐底量筒內(nèi)，插入高壓電極棒，設(shè)定好電場(chǎng)參數(shù)并接通電源.脫水過(guò)程中需實(shí)時(shí)觀察錐底量筒底部是否出現(xiàn)沉降水及油水界面的變化情況，待油水界面高度穩(wěn)定后，切斷電源并記錄脫出水體積.用動(dòng)態(tài)破乳脫水特性快速評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行老化油乳化液的靜態(tài)聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn).將配制好的原油乳化液倒入供料罐中，接通加熱設(shè)備為乳化液提供熱源，使其穩(wěn)定在70℃.打開球閥，用計(jì)量泵將乳化液以0.05L/s流速送至靜電聚結(jié)破乳裝置中(乳化液在電場(chǎng)中的停留時(shí)間約為20s)，接通高壓/高頻脈沖交流電源，將經(jīng)電場(chǎng)聚結(jié)破乳的乳化液送至回收罐內(nèi)儲(chǔ)存.用離心機(jī)專用圓底量筒在前取樣口取70mL乳化液作為對(duì)比試樣，1min后在后取樣口取70mL電場(chǎng)破乳后乳化液試樣.關(guān)閉電源，將2個(gè)樣品同時(shí)放入離心機(jī)內(nèi)，按完全相同的運(yùn)行參數(shù)[轉(zhuǎn)速1500r/min(等效重力加速度為528g)、溫度70℃]離心分離2min，分別記錄2個(gè)試樣內(nèi)沉降出水體積.

2.3.2分析檢測(cè)方法靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)根據(jù)下式求最終脫水率在動(dòng)態(tài)破乳脫水單因素實(shí)驗(yàn)中，用離心機(jī)對(duì)乳化液離心脫水，通過(guò)對(duì)比電場(chǎng)破乳前后的離心脫水率評(píng)價(jià)不同參數(shù)下電場(chǎng)破乳效果，比水滴粒徑分析等常規(guī)評(píng)定方式，能從更加工程化的角度對(duì)電場(chǎng)破乳脫水效果做出評(píng)價(jià)，結(jié)果更具指導(dǎo)價(jià)值.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別記錄前取樣口和后取樣口所取試樣離心后脫出水體積，根據(jù)式(1)計(jì)算兩試樣的脫水率.

3結(jié)果與討論

3.1老化油乳化液的粘溫特性和油水反相特性分析溫度和含水率是影響原油乳化液流變特性的重要因素，通常情況下原油乳化液粘度隨溫度升高而下降.在發(fā)生油水反相前，隨含水率升高原油乳化液粘度增大，并逐漸由牛頓流體轉(zhuǎn)變成非牛頓流體，含水率增大到一定程度時(shí)乳化液中部分自由水析出使粘度開始下降，過(guò)高的粘度及過(guò)多的自由水均會(huì)對(duì)電場(chǎng)破乳造成不良影響[16].因此研究流花油田老化油乳化液在不同溫度下的粘度及含水率變化過(guò)程中油水的反相特性，對(duì)電場(chǎng)破乳脫水實(shí)驗(yàn)研究有參考價(jià)值.圖3為不同含水率的老化油乳化液在不同溫度下的粘度、溫度曲線.由圖可看出，流花油田老化油乳化液的粘度對(duì)溫度和含水率均較敏感，隨溫度升高粘度下降，高含水率的老化油乳化液的粘度在相同溫度下都明顯高于含水率1%的老化油乳化液；不同含水率的老化油乳化液的粘度、溫度特性呈很好的規(guī)律性，低于60℃時(shí)粘度隨溫度升高快速下降，大于70℃后粘度隨溫度變化相對(duì)較平緩，不同含水率的老化油乳化液的粘度相差無(wú)幾.分散相水滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主要受連續(xù)油相對(duì)其施加的拖拽阻力。顯然，較大的粘度會(huì)使分散相水顆粒在電場(chǎng)作用下發(fā)生移動(dòng)時(shí)受到較大的拖拽力，運(yùn)動(dòng)速度降低，破乳脫水難度增大.考慮到動(dòng)態(tài)破乳脫水實(shí)驗(yàn)中老化油乳化液的流動(dòng)性應(yīng)盡可能好，同時(shí)兼顧油氣集輸流程實(shí)際運(yùn)行工況，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為70℃.圖4為不同溫度下老化油乳化液的反相點(diǎn)關(guān)系曲線.乳化液發(fā)生反相前，隨含水率增加，W/O型乳化液中分散相水顆粒間的接觸碰撞機(jī)會(huì)增多，體系的非牛頓性增強(qiáng)，導(dǎo)致粘度增加，含水率約為40%時(shí)老化油乳化液的粘度達(dá)最大值.隨含水率進(jìn)一步增加，大量分散相水顆粒相互接觸，導(dǎo)致乳化液界面張力增大，不穩(wěn)定性增強(qiáng)，油水界面膜破碎后重新構(gòu)造，形成復(fù)雜的O/W/O型(油包水包油型)或W/O/W型(水包油包水型)多重乳化液；含水率繼續(xù)增大時(shí)，乳化液中出現(xiàn)游離水，此時(shí)乳化液已從低含水率時(shí)的W/O型轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型，該過(guò)程稱為乳化液反相，使乳化液發(fā)生反相的含水率為反相點(diǎn).在實(shí)驗(yàn)的剪切乳化條件下，流花老化油乳化液的反相點(diǎn)在含水率約40%，且隨溫度升高，乳化液反相點(diǎn)前后粘度變化幅度減小.適當(dāng)升高溫度有助于減小含水率變化對(duì)乳化液粘度變化的影響，這與劉冰等[17]對(duì)普通原油的乳化液反相特性研究所得的結(jié)論基本一致.

3.2老化油乳化液的靜態(tài)聚結(jié)破乳特性圖5為靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置橫截面，距離高壓電極中心距離R處的電場(chǎng)強(qiáng)度E可由下式近似計(jì)算.可見(jiàn)越靠近高壓電極電場(chǎng)強(qiáng)度越大.在均勻電場(chǎng)中，乳化液分散相水滴所受電場(chǎng)力主要包括偶極吸引力和電泳力，而在非均勻電場(chǎng)中，受電場(chǎng)感應(yīng)形成的誘導(dǎo)偶極子還會(huì)受介電泳力的作用，3種受力具體形式如圖6所示，其中介電泳力可由下式求出.實(shí)驗(yàn)中參數(shù)設(shè)定為：電壓均值2kV，電場(chǎng)頻率2500Hz，實(shí)驗(yàn)溫度70℃.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電場(chǎng)參數(shù)和剪切乳化條件不變，僅乳化液含水率變化對(duì)最終的脫水率有影響，結(jié)果如圖7所示.含水率較低時(shí)乳化液中水顆粒多為小粒徑球形水滴，能形成較穩(wěn)定的W/O型乳化液.根據(jù)式(4)可知，在其他參數(shù)不變的條件下，水滴粒徑越小受到的介電泳力越小，發(fā)生碰撞聚結(jié)的可能性越低，最終增加了電場(chǎng)破乳脫水難度[18]，具體表現(xiàn)為含水率為10%時(shí)脫水率僅有35%；隨乳化液含水率逐漸升高，水顆粒增多、平均粒徑增大，在電場(chǎng)作用下更易發(fā)生碰撞聚結(jié)，含水率為30%時(shí)脫水率達(dá)92%.本實(shí)驗(yàn)中在含水率為35%和40%時(shí)，電場(chǎng)破乳后脫水率明顯降低，與宋昭崢等[19]在反相乳化液體系穩(wěn)定性研究中得出的乳化液穩(wěn)定性隨油水比例的上升而增強(qiáng)、在油水體積比為1.5時(shí)穩(wěn)定性最高的結(jié)論吻合.此時(shí)乳化液已成為含大量水包油顆?；蛴桶w粒的復(fù)雜多重乳化液，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不利于電場(chǎng)破乳脫水，含水率為40%時(shí)脫水率降低到83%；當(dāng)含水率超過(guò)反相點(diǎn)40%后，老化油乳化液中已出現(xiàn)大量游離水，逐漸由低含水率時(shí)以W/O型乳化液為主轉(zhuǎn)變成以O(shè)/W型乳化液為主，隨含水率升高，脫水率持續(xù)增大，含水率60%時(shí)脫水率最高達(dá)98.5%.

3.3動(dòng)態(tài)破乳脫水單因素實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)破乳脫水特性快速評(píng)價(jià)裝置中流動(dòng)的原油乳化液基本處于均勻電場(chǎng)中，分散相水顆粒的聚結(jié)方式主要以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主，當(dāng)相鄰2個(gè)液滴的間距大于液滴半徑時(shí)，液滴間的靜電力作用于液滴中心.圖8為均勻電場(chǎng)中誘導(dǎo)偶極子的受力模型，其中液滴所受徑向力Fr和切向力F可由下式近似求出：

3.3.1電場(chǎng)頻率保持含水率30%、電場(chǎng)強(qiáng)度1.25kV/cm不變，考察不同電場(chǎng)頻率(4.0,3.5,3,2.5,2,1.5,50Hz)對(duì)老化油乳化液破乳脫水效果的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制離心脫水率與頻率關(guān)系曲線，如圖9所示.取樣口樣品(未經(jīng)電場(chǎng)破乳處理)離心脫水后均無(wú)肉眼可見(jiàn)的水相析出，可知乳化液穩(wěn)定.老化油乳化液經(jīng)50Hz電場(chǎng)破乳后的離心脫水率僅有4.2%，隨電場(chǎng)頻率增加乳化液離心脫水率增大，當(dāng)電場(chǎng)頻率達(dá)2.5kHz時(shí)離心脫水率達(dá)最大值97.8%；電場(chǎng)頻率繼續(xù)增大離心脫水率反而減小，電場(chǎng)頻率為4kHz時(shí)離心脫水率僅為41.7%，與電場(chǎng)頻率為1.5kHz的離心脫水率相同.根據(jù)式(5)和(6)可知，改變電場(chǎng)方向并不會(huì)影響2個(gè)水滴之間的偶極吸引力，但使極化水滴先中和內(nèi)部的電荷再極化，使水滴在電極間振蕩往復(fù)，增大了碰撞聚結(jié)的可能性[20]；且隨交流脈沖電場(chǎng)方向改變，受電泳力的影響分散相水滴的形狀也發(fā)生周期性變化，促進(jìn)油水界面膜破碎，當(dāng)電場(chǎng)頻率接近乳化液中分散相水顆粒的固有頻率時(shí)，水滴振蕩幅度最大，原油乳化液處于最不穩(wěn)定狀態(tài)，大量水顆粒碰撞聚結(jié)，導(dǎo)致水滴直徑變大而有利于離心脫水，靜電聚結(jié)破乳效果最優(yōu)；當(dāng)電場(chǎng)頻率偏離最優(yōu)頻率時(shí)，液滴極化速度小于電場(chǎng)變化速度而發(fā)生松弛效應(yīng)，若繼續(xù)增加電場(chǎng)頻率，水滴所受電場(chǎng)力減小，振蕩幅度減弱，靜電聚結(jié)破乳效果降低.Galina等[21]用挪威北海真實(shí)原油進(jìn)行電流變學(xué)特性分析，結(jié)果顯示，電場(chǎng)頻率不同會(huì)影響乳化液的粘度，但未對(duì)不同頻率電場(chǎng)的破乳脫水效果做出評(píng)價(jià).本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，老化油乳化液的電場(chǎng)破乳脫水，高頻電場(chǎng)破乳效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工頻電場(chǎng)，且電場(chǎng)頻率存在最優(yōu)值.

3.3.2電場(chǎng)強(qiáng)度保持含水率30%、電場(chǎng)頻率2.5kHz不變，考察不同電場(chǎng)強(qiáng)度(0.42,0.83,1.25,1.67,2.08kV/cm)對(duì)原油乳化液破乳脫水效果的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制老化油乳化液離心脫水率與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線，如圖10所示.由圖可知，經(jīng)0.42kV/cm的電場(chǎng)破乳離心后無(wú)沉降水析出，而電場(chǎng)強(qiáng)度為1.25kV/cm時(shí)的離心脫水率達(dá)最大值97.8%.對(duì)原油乳化液電場(chǎng)破乳，當(dāng)有效電場(chǎng)強(qiáng)度低于分散相水滴發(fā)生碰撞聚結(jié)所需最小電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，水滴所受偶極吸引力不足以克服運(yùn)動(dòng)過(guò)程中油相對(duì)其施加的拖拽阻力，此時(shí)分散相水滴間的碰撞聚結(jié)很難影響乳化液的穩(wěn)定性；而當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)1.25kV/cm時(shí)，離心脫水率隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大而逐漸減小；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)2.08kV/cm時(shí)脫水率減小到62.5%.分散相液滴發(fā)生變形有利于油水界面膜發(fā)生薄化以致失穩(wěn)，促使接觸的液滴聚結(jié)，但對(duì)乳化液施加的電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，分散相水滴在被過(guò)度拉伸后變?yōu)樗笮?，極限狀態(tài)下在錐形尖端發(fā)生頸縮形成二次液滴，稱為電分散現(xiàn)象[22,23].電分散不僅使已聚結(jié)的液滴在電場(chǎng)力的撕扯下重新破碎，且形成的二次液滴粒徑往往較小，從而增加了進(jìn)一步電場(chǎng)破乳脫水的難度.實(shí)驗(yàn)表明，流動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)于特定原油乳化液的電場(chǎng)破乳，電場(chǎng)強(qiáng)度存在最優(yōu)值.

4結(jié)論

結(jié)合老化油粘溫特性分析，使用靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)流花油田老化油乳化液在含水率變化過(guò)程中油水反相特性對(duì)電場(chǎng)破乳脫水的影響進(jìn)行了研究，使用動(dòng)態(tài)破乳脫水特性快速評(píng)價(jià)裝置，考察了電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)頻率對(duì)老化油乳化液破乳脫水性能的影響，得到結(jié)論如下：(1)在實(shí)驗(yàn)溫度70℃、剪切轉(zhuǎn)速19000r/min、剪切時(shí)間5min的條件下，流花11-1油田老化油乳化液含水反相點(diǎn)為含水率40%，反相點(diǎn)處乳化液粘度達(dá)最大值.乳化液反相過(guò)程中因內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，乳化液穩(wěn)定性增強(qiáng)，對(duì)靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳脫水效果有不良影響.(2)電場(chǎng)破乳脫水過(guò)程中電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)頻率均存在最優(yōu)值，超過(guò)最優(yōu)值后，再增加電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)頻率均會(huì)導(dǎo)致離心脫水率降低.(3)乳化液含水率30%時(shí)的最優(yōu)電場(chǎng)強(qiáng)度為1.25kV/cm，電場(chǎng)頻率為2.5kHz，該條件下2.5kHz電場(chǎng)的離心脫水率為50Hz電場(chǎng)的23.3倍.

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交流電壓范文第5篇

【關(guān)鍵詞】變壓器　法拉第電磁感應(yīng)定律　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，它揭示了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε感與閉合線圈內(nèi)磁通量的變化率φ/t 、線圈匝數(shù)n所成的正比關(guān)系：ε感= n φ/t 。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)出感應(yīng)電流、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件后，教材中通過(guò)用條形磁鐵插入、拔出串接了靈敏電流表的閉合線圈實(shí)驗(yàn)，分析插、拔磁鐵的快慢與靈敏電流表指針擺動(dòng)的幅度關(guān)系，得出“閉合線路內(nèi)，磁通量的變化率越大，線圈的匝數(shù)越多，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越大”的結(jié)論。在此定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教材中直接引出了法拉第電磁感應(yīng)定律。很顯然，上述方法省略了“ε感與n 、φ/t‘成正比’”這一量化結(jié)論的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程。由于采用手動(dòng)操作改變?chǔ)?t ，并且靈敏電流表的指針是瞬時(shí)晃動(dòng)的，實(shí)驗(yàn)操作、觀察都存在一定的局限，通常的實(shí)驗(yàn)也不能進(jìn)行進(jìn)一步的探究。在學(xué)習(xí)完交流電、變壓器等知識(shí)后，筆者利用可拆交流演示變壓器，通過(guò)反復(fù)實(shí)踐，設(shè)計(jì)出驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律的實(shí)驗(yàn)辦法。

一、實(shí)驗(yàn)器材

可拆交流演示變壓器1個(gè)，多用表1只，小燈座1個(gè)，3.8V小燈泡1只，長(zhǎng)約3m的導(dǎo)線1根，220V交流電源

二、實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)變壓器工作原理，當(dāng)交流電通過(guò)原線圈時(shí)，鐵芯中將產(chǎn)生峰值穩(wěn)定、交流變化的φ/t 。如果水平抽動(dòng)變壓器上端的橫軛，鐵芯不再完全閉合，部分磁感線外泄，造成鐵芯中的φ/t變?。ㄈ鐖D1所示）。依照上述操作，便可改變?chǔ)?t 的大小。若抽動(dòng)橫軛到某一固定位置，就能獲得比較穩(wěn)定的φ/t。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1、定性研究ε感與φ/t 之間的關(guān)系將多用表調(diào)至交流電壓10V檔，與小燈泡并聯(lián)，共同串接到副線圈3V檔，原線圈接入220V交流電。當(dāng)橫軛完全閉合在鐵芯上時(shí)，電壓表測(cè)出副線圈中產(chǎn)生3V的感應(yīng)電流。將橫軛從原線圈端向外緩慢地水平抽動(dòng)，小燈泡逐漸變暗，當(dāng)橫軛抽離鐵芯約3mm時(shí)（如圖2所示），可以觀察電壓讀數(shù)已經(jīng)降到2V左右。利用上述直觀的現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，通過(guò)分析，可知ε感與橫軛的水平抽動(dòng)有關(guān)，即與變小的φ/t 有關(guān)，從而得出定性結(jié)論：φ/t 越?。ù螅?，ε感越?。ù螅?。

2、定量研究ε感與n的正比關(guān)系除去副線圈，換上長(zhǎng)導(dǎo)線纏繞在鐵芯上代替副線圈，并將導(dǎo)線兩端與小燈泡串接成閉合線路，同時(shí)將多用表與小燈泡并聯(lián)。將橫軛開口距離調(diào)至3mm左右。隨著纏繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)增多，可以觀察到小燈泡從不亮到亮的變化過(guò)程：在繞到第4匝時(shí)，燈絲微微發(fā)光；當(dāng)線圈繞到20匝左右，小燈泡已經(jīng)比較亮了。繞線過(guò)程中，觀察多用表上交流電壓讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)每多繞一匝導(dǎo)線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)約增大0.1V，可得出ε感與n的定量關(guān)系。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步進(jìn)行分析探究：假設(shè)每一匝線圈內(nèi)的磁通量的變化率為φ0/t ，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為ε0 ，則每多繞一匝線圈，整個(gè)閉合線路所圍的φ/t就增大一個(gè)單位φ0/t ，線路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也增大一個(gè)ε0 ，由此得出量化的結(jié)論――法拉第電磁感應(yīng)定律。

3、補(bǔ)充說(shuō)明

1）為了操作方便，通常將副線圈擺放在操作者右手邊，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中注意安全用電，勿用身體接觸原線圈中的交流電。

2）纏繞導(dǎo)線時(shí)，開口處的鐵芯內(nèi)上、下不同的位置，φ/t 有所差異，應(yīng)盡量使導(dǎo)線繞在鐵芯下部的同一位置附近。

3）由于自感作用，從鐵芯上逐漸解開纏繞的導(dǎo)線到第3匝時(shí)，小燈泡仍然微微發(fā)光，而在纏繞到第3匝時(shí)，小燈泡卻并不發(fā)光。