暂态测试方法2011-final
电子式互感器暂态性能测试方法的研究
Ｋｅ ｒ ｓ： ｌｃｒｎｃｔａ ｓｏ ｅ ； ａ ｓｏ ｅ ｔｔｓ ｍｅｈ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ｅｅ ｔ ｉ ｒｎ ｆｒ ｒｔ ｎ ｆｒ ｔｓ；ｅｔ ｔｏ ｏ ｍ ｒ ｍ
１ 引 言
互感器作为连接电力系统一次侧与二次侧之间的 “ 桥梁” 它用于将被测量的量传递给测量仪器 、 ， 仪表 和继电保护或控制装置。随着电力工业的发展 ， 传统 电磁 型互 感 器 已不 能 满 足 电力 系 统 数 字 化 进 程 的要 求， 因此 ， 它被 电子式互 感器替代将成 为一种必然趋
电化学暂态测试方法(包括交流阻抗法)、in situ方法、总结及案例
电化学暂态测试方法（包括交流阻抗法）、in situ方法、总结及案例目录1. 交流阻抗法1.1 交流阻抗法概述1.2电化学极化下的交流阻抗1.3 浓差极化下的交流阻抗1.4复杂体系的交流阻抗2. 电化学暂态测试方法2.1 电化学暂态测试方法概述2.2 电化学极化下的恒电流暂态方法2.3 浓差极化下的恒电流暂态方法2.4 电化学极化下的恒电位暂态方法2.5 浓差极化下的恒电位暂态方法2.6动电位扫描法3.原位（in situ）电化学研究方法4.案例参考文献1.交流阻抗法1.1 交流阻抗法概述交流阻抗法是指小幅度对称正弦波交流阻抗法。
就是控制电极交流电位（或控制电极的交流电流）按小幅度（一般小于10毫伏）正弦波规律变化，然后测量电极的交流阻抗，进而计算电极的电化学参数。
由于使用小幅度对称交流电对电极极化，当频率足够高时，以致每半周期所持续的时间很短，不致引起严重的浓差极化及表面状态变化。
而且在电极上交替地出现阳极过程的阴极过程，即使测量讯号长时间作用于电解池，也不会导致极化现阶段象的积累性发展。
因此这种方法具有暂态法的某些特点，常称为“暂稳态法”。
“暂态”是指每半周期内有暂态过程的特点，“稳态”是指电极过程老是进行稳定的周期性的变化。
交流阻抗法适于研究快速电极过程，双电层结构及吸附等，在金属腐蚀和电结晶等电化学研究中也得到广泛应用。
研究电化学体系的阻抗图谱,获得电极反应体系的控制步骤和动力学参数、反应机理以及各因素的影响规律，方法有两种： 1)等效电路方法理论：建立各种典型电化学体系在不同控制步骤下的等效电路，理论推导出其阻抗图谱。
测试方法：由阻抗图谱对照理论画出对应的等效电路。
优缺点：此法直观,但一个等效电路可能对应不止1个等效电路。
2）数据模型方法 理论：建立各种典型电化学体系在不同控制步骤下的理论数据模型，理论计算出其阻抗图谱。
测试方法：由阻抗图谱对照理论获得数据模型。
优缺点：此法准确，但实际电化学体系复杂模型难以建立，正在发展中。
腐蚀电化学研究方法常用技术讲义
一个实验电解池。
2、极化曲线
方法分类 装置和测量技术：一般用三电极体系 体系构成两个回路：一个是极化回路（电流测量回路）
一个是电位测量回路
极化电源
A
电位测量
二、Tafel直线外推法
极化曲线外延法测定腐蚀速度
对于活化极化控制体系，外加极化较大时，E与lgi间成线性关系，
1、线性极化方程
①活化极化控制的腐蚀体系，在自腐蚀电位附近，也
就是△E很小时（通常在±10mv左右），极化曲线是
线性关系，直线的斜率称极化电阻，Rp= d，E
icorr=
ba bc 2.303(ba bc )
1，线性极化方程式，SterdnI-Geary方
Rp
程式。
两电极系统：两个电极同等程度的极化，但方向相反， 所以两电极的极化值为2△E（V读数），则每个电极 极化值为△E，给定△E后测△I。
在弱极化区选三个适当的极化电位值△E，2△E和-2△E，测量出的相应的极化 电流密度，与极化电位值的关系分别为：
i（△E）=
icorr[exp（
2.3E ba
）-exp（
2b.3c E）]
i（2△E）=
icorr[exp（
4.6E ba
）-exp（
4b.6c E）]
i（-2△E）=
icorr[exp（
1、极化方法与方程式
方法：对腐蚀体系施加恒定电流（其数值应使极化电位不超过10mv），从自腐电 位开始极化，记录其极化电位—时间曲线，由充电曲线方程式计算出稳态时的极化 电位之IRp I已知，求出 Rp
a. 恒电流小极化时可得恒电流充电曲线方程式：
第四章_暂态测量方法
第二节 暂态过程的等效电路
等效电路： 用电阻、电容元件所构成的电路来模拟电极／溶液 界面上所发生的过程。 每个电极基本过程 等效电路元件
抽象的电化学反应
模拟电子电路
优点：利用电极基本过程对时间的不同响应，可以使复杂 的等效电路得以简化或进行解析，从而简化问题的分析和 计算。
一、 各种极化下的等效电路
a. 控制电流法暂态测量 b. 控制电位法暂态测量
②按极化波形方式分；
a. 阶跃法 b. 方波法
c. 线性扫描法
d. 交流阻抗法
③ 按极化或控制的幅度分(幅度：电极极化的幅度， 界面电位变化量)；
a. 大幅度暂态测量(研究电极过程) |Δφ|>10 mV (大幅度)
浓差极化不可忽略，方程解析的研究方法。 b. 小幅度暂态测量(用于测定参数Rr、RL、Cd) |Δφ|<10 mV (小幅度)，电极过程处于传荷控制，采用等效电路的研究方 法。
2/3双电层 充电电流
1/3双电层 充电电流
双电层充电 电流为零
电极电势改变时引起双 电层充电电流
双电层电容改变时引起 的双电层充电电流
当表面活性物质在电极界面吸脱附时，双电层电容Cd有剧 烈的变化。 ic是暂态电流，因为达到稳态后的电极电势和吸脱附状态不
变（即）E和Cd不变，ic=0.
2. 电极表面上反应物、生成物浓度不仅与位置有关， 还与时间有关。
Zw：扩散传质过程／步骤，浓差极化；
Ru：离子导电过程／步骤，欧姆极化（溶液完成导电所产生 的极化过程）。
第三节 等效电路的简化
一、传荷过程控制下的电极极化
1、浓差极化忽略的条件
① 适于小幅度暂态测量（ 10mV ）； ② 单向持续时间短。 ③ 电极体系i0比较小。
电化学暂态测试方法
电量法测试双电层电容 Cd 的条件： • 由于恒电位阶跃暂态过程中电极电流是双电层充电电流 与反应电流之和，即在等效电路中 Rr Cd 是并联的，所以 测定Cd时要受到Rr的干扰。譬如图b由于ir较大，难于测定 ABC的面积；若假定从极化开始反应电流就等于稳态反 应电流，即以面积 DBC代替面积 ABC，显然会带来很大 误差（图b）。 • 为了精确地测定双电层电容，需要选择合适的溶液和电 位范围，使在该电位范围内电极接近于理想极化电极， 即 Rr ，电化学反应忽略不计，即 ir 0 （图c）。 这时对图 c 中的曲线由 B 到 C 积分，即为双电层充电电量。 C 1 所以 ： Cd Cd = B idt C • 实验上，可通过积分电路测得 B idt ，从而求得Cd 。 C • 也可用图解法求得 B idt ，再计算Cd 。 • 恒电位阶跃法适用于测量粗糙多孔表面的双电层电容。
• 当电流衰减到水平段，即接近稳态值，就是稳态反应电 流。从而可求得反应电阻：
Rr iC iE i
• 当控制时φ1 =φ2 ，τ1=τ2 ，称为对称方波电位法。 • 同样可按上式用极限简化法计算 Rr 。因式中是接近稳态 时的数值，因此必须选择合适的方波频率，使半周期远 大于电极的时间常数，通常选择:
1 t
• 将 lg(i i ) 对t作图，可得直线，斜率 = 2.3R C 。 // d • 操作：从实验得到i～t曲线的弯曲部分后，可试选定某 个i∞值作 lg(i i ) ～t图。如i∞值选得正好，则出现 直线，就可以利用这个i∞值计算Rl+Rr ,扣除Rl得Rr。 • 从直线的斜率可求Cd：
二、方波电位法
• 方波电位法就是控制电极电位在某一指定值φ1持续时间τ1后，突变 为另一指定值φ2 ，持续时间后τ2 ，又突变回φ1值，如此反复多 次，同时测出相应的i～t关系。图为小幅度方波电位法暂态波形。 和恒电位阶跃暂态类似，电流波形中A至B的电流突跃是通过对充电 的电流。由B至C，电流按指数规律逐渐减小，衰减速度决定于电极 的时间常数。
暂态和稳态电流测量合一rogowski式电流互感器及研究
华北电力大学（保定）硕士学位论文暂态和稳态电流测量合一的Rogowski式电流互感器的研究姓名：张 雷申请学位级别：硕士专业：电气工程；电力系统及其自动化指导教师：***2011-03华北电力大学硕士学位论文摘要电流互感器是电力系统的重要设备，在电力系统的计量、监控以及保护中起着很重要的作用。
随着电力系统电压等级的不断提高，传统的电磁式电流互感器在使用中遇到了越来越多的问题。
如体积越来越庞大，绝缘造价越来越高，存在爆炸和绝缘击穿的危险，而其固有的磁饱和问题使其不能正确地测量故障电流，已经很难满足未来电力系统数字化和智能化的需要了。
而电子式电流互感器以其测量范围大、动态响应宽、绝缘结构简单和易于接入数字化系统而显现出在电力系统应用中的广阔前景。
随着电力系统向着数字化、智能化方向的发展趋势以及IEC60044-8、IEC61850等相关标准的发布也给ECT的研究设计进行了指导规范，促进了电子式电流互感器的发展。
本文首先对电子式电流互感器的基本原理及其发展进行了详细的介绍，然后重点分析了Rogowski式电流互感器的基本结构。
对Rogowski式电流互感器高压侧从传感到采样的各环节都做了具体分析和设计，并建立了针对Rogowski 线圈测量系统的模型仿真电路用于测量特性仿真。
根据电网电流的特点设计了针对高采样频率的量程切换电路。
文章还分析了为满足IEC61850标准的电子式互感器的采样及控制电路，并设计了基于锁相环技术的同步采样控制系统，以满足信息分析与处理的要求。
文章分析了线圈自身参数对测量系统频率特性的影响，指出在低频信号测量中须防范线圈分布电容带来的相位误差，由纯硬件电路设计的量程切换电路具有更高的实时性，采用AD7606芯片对各路传感器进行高速采样，并实现电压与电流的采样配置，满足测量精度和灵活性的要求。
为基于Rogowski线圈的电流测量系统的设计与分析提供了经验，具有一定的借鉴价值。
关键词：电子式电流互感器；罗氏线圈；量程切换；同步采样华北电力大学硕士学位论文AbstractCurrent transformer (CT) is important equipment in power system, which plays a very important role of measurement, monitoring and protection in power system. As the voltage level of power system continues to improve, the conventional electromagnetic current transformer encounters with more and more problems in the process of using. Such as the increasingly large volume, the increasingly high cost of insulation, and the danger of explosion and insulation breakdown. What’s more, the inherent problems about magnetic saturation lead to the incorrect measurement of the fault current, which has been difficult to meet the demand of the intelligent and digital of the future power system. While the Electronic Current Transformers (ECT) show its broad application prospect in power system for its wide measuring range, broad dynamic response, simple insulation structure and easy access to digitizing system. With the power system developing toward the trend of digital, intelligent and the publication of related standards: IEC60044-8, IEC61850, which guides for the studies and design of the ECT, the development of ECT is promoted.In this paper we firstly describe the principle of ECT and its development in detail, and then, we analyze the structure of the current transformer based on Rogowski coil. We have also done a detailed analysis and design in all sectors from sensing to sampling in the high-voltage side of Rogowski current transformer, and we have established a model simulation circuit for Rogowski coil measurement system aimed at the frequency characteristics simulation. And we have designed an automatic range switch circuit toward high sampling frequency in accordance with the characteristics of current network. The article also analyzes the sampling and control circuit of the ECT especially so as to meet IEC61850 standard, and designed the synchronized sampling control system based on PLL, which makes the ECT meet华北电力大学硕士学位论文the demands of information analysis and processing.The paper analyzed the impact of coil parameters on frequency characteristics of its measuring system, and pointed out preventing the phase error caused by the distributed capacitance of the coil in low-frequency signal measuring. The range switch circuit by pure hardware circuit has higher real-time property. Using AD7606 sample all sensors with high speed and achieve sample collocation for both ECT and EVT to meet the demands of precision and flexibility in the measuring. This paper provided the experience for designing and analysis of the Rogowski current measuring system, with a certain reference.Keywords: ECT； Rogowski Coil； Switch Range； Synchronous Sample；华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《暂态和稳态电流测量合一的Rogowski式电流互感器的研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。
暂态地电压局部放电检测检测步骤
暂态地电压局部放电检测检测步骤
1、有条件情况下，关闭开关室内照明及通风设备，以避免对检测工作造成干扰。
2、检查仪器完整性，按照仪器说明书连接检测仪器各部件，将检测仪器开机。
3、开机后，运行检测软件，检查界面显示、模式切换是否正常稳定。
4、进行仪器自检，确认暂态地电压传感器和检测通道工作正常。
5、若具备该功能，设置变电站名称、开关柜名称、检测位置并做好标注。
6、测试环境（空气和金属）中的背景值。
一般情况下，测试金属背景值时可选择开关室内远离开关柜的金属门窗；测试空气背景时，可在开关室内远离开关柜的位置，放置一块20×20cm的金属板，将传感器贴紧金属板进行测试。
7、每面开关柜的前面和后面均应设置测试点，具备条件时（例如一排开关柜的第一面和最后一
面），在侧面设置测试点，检测位置可参考图3。
暂态地电压局部放电检测推荐检测位置
8、确认洁净后，施加适当压力将暂态地电压传感器紧贴于金属壳体外表面，检测时传感器应与开关柜壳体保持相对静止，人体不能接触暂态地电压传感器，应尽可能保持每次检测点的位置一致，以便于进行比较分析。
9、在显示界面观察检测到的信号，待读数稳定后，如果发现信号无异常，幅值较低，则记录数据，继续下一点检测。
10、如存在异常信号，则应在该开关柜进行多次、多点检测，查找信号最大点的位置，记录异常信号和检测位置。
11、出具检测报告，对于存在异常的开关柜隔室，应附检测图片和缺陷分析。
PSpice暂态仿真
电路的暂态分析(TRAN分析)一、暂态分析语句暂态分析也称瞬态分析，是PSpice仿真分析中运用最多、最复杂、最耗时的分析。
暂态分析是一种非线性时域分析，它可以在暂态分析电源被设置后(或没有暂态分析电源，只是利用储能元件的初值)，计算出电路的各输出变量(节点电压、支路电流等)随时间变化的规律。
在暂态分析中，需要计算暂态偏置点。
计算暂态偏置点的方法与计算直流偏置点的方法不同，直流偏置点被看作固定偏置点。
对于固定偏置点（无交流信号）的分析计算，电路电压的初值对于偏置点和线性参数没有影响，而且电路中的电容被看成开路，电感被看成短路。
但对于暂态偏置点（有交流小信号），在计算偏置点和非线性元件的小信号参数时，节点电压和支路电流的初值也考虑在内。
因此有初值的电容和电感也被看作是电路的一部分而保留下来。
暂态分析语句格式：输出偏置点数据(<／OP>)：.TRAN语句中带有可选项“／OP”后缀时，输出有关暂态偏置点的详细数据，这是因为在暂态分析时计算的偏置点数据和直流的数据是不同的，暂态分析的数据包含电路的初始条件。
输出分析数据的间隔(print-step value)：打印或绘图输出的时间增量。
由于暂态分析是变步长计算，故输出的数据量是很大的，合理地选择输出分析数据的间隔能够使合适的数据输出到输出文件。
暂态分析终止时间(final-time-value)：该时间即为暂态分析终止时间。
输出数据开始时间(<no-print value>)：该项是输出数据(打印或绘图)的开始时间，即从此时间到“暂态分析终止时间”这段时间内输出数据。
若缺省该项，则程序默认开始时间为0.0。
注意，无论“输出数据开始时间”为多少，暂态分析都从时间为零开始，只不过在时间为零到输出数据开始时间这段时间间隔里没有数据输出而已，而且这段时间间隔内的暂态分析数据也没被存储起来。
分析步长上限(<step ceiling value>)：该项是分析计算时的最大步长，该项缺省时其默认值为(final-time-value —no-print value)／50.0和print-step-value值中的较小值。
电力系统暂态稳定性评估方法研究及应用
电力系统暂态稳定性评估方法研究及应用随着电力系统规模和复杂性的不断增加，暂态稳定性评估成为保障电力系统可靠运行的重要环节。
暂态稳定性评估的目的是分析系统在受到扰动后是否能在合理的时间内恢复稳定状态，并提供可行的控制策略来防止系统进入失稳状态。
本文将对电力系统暂态稳定性评估方法的研究与应用进行详细介绍。
1. 传统暂态稳定性评估方法传统的暂态稳定性评估方法主要包括等值模型法、点延时法和类梯度法。
等值模型法通过降低电力系统的维度，将其等效为少数几个节点的等效模型，然后利用等效模型进行暂态稳定性评估。
点延时法将稳定边界上的数据进行离散化，通过延迟扰动点在稳定边界上的运行轨迹进行暂态稳定性评估。
类梯度法则通过评估暂态幅值和频率的梯度，判断系统的稳定性。
2. 基于机器学习的暂态稳定性评估方法随着机器学习技术的发展，基于机器学习的暂态稳定性评估方法正在成为研究热点。
这种方法利用大量历史数据进行训练，通过建立模型来预测系统的暂态稳定性。
例如，支持向量机、神经网络和随机森林等机器学习算法被广泛应用于暂态稳定性评估中。
通过对电力系统的历史数据进行学习，这些模型能够快速准确地评估暂态稳定性，并给出相应的控制策略。
3. 基于仿真的暂态稳定性评估方法基于仿真的暂态稳定性评估方法借助大规模电力系统仿真软件，如PSS/E、PSAT等，对系统进行模拟，通过观察系统的响应来评估系统的暂态稳定性。
这种方法能够更加准确地模拟真实的电力系统行为，并考虑到各种复杂因素的影响。
通过对系统进行大量的仿真实验，可以评估不同控制策略在不同条件下的有效性。
4. 暂态稳定性评估方法的应用暂态稳定性评估方法在实际电力系统中得到了广泛应用。
首先，该方法可以帮助电力系统运行人员了解系统的暂态稳定性状况，提前做好应对策略，保障系统的可靠运行。
其次，该方法对于新能源接入电力系统有着重要意义。
新能源具有不稳定的性质，接入电力系统容易对系统的暂态稳定性产生负面影响，暂态稳定性评估方法可以评估接入新能源的影响并提供相应措施。
暂态稳定分析的直接法
暂态稳定分析的直接法暂态稳定分析是电力系统运行过程中的一种重要分析方法，用于研究电力系统在发生突发故障时的响应过程。
直接法是进行暂态稳定分析的一种方法，其思想是通过数学模型求解电力系统中各个节点的状态量，并根据求解结果分析系统的暂态稳定性。
直接法主要包括以下几个步骤。
第一步，建立电力系统的数学模型。
电力系统的数学模型可以采用节点电压法、潮流方程法等不同的形式，其中节点电压法是较为常用的一种。
在建立数学模型时，需要考虑电力系统的各种元件，如发电机、传输线路、变压器等，并建立它们之间的等式关系。
第二步，对电力系统的数学模型进行离散化处理。
离散化处理旨在将连续时间的模型转换为离散时间的模型，使其能够进行数值求解。
通常采用微分方程的数值解法，如Euler法、龙格-库塔法等，将微分方程转换为代数方程，并以时间步长为单位对模型进行离散化处理。
第三步，对电力系统的数学模型进行初始条件的设定。
初始条件主要包括系统的初值以及故障发生时刻的初始状况。
初值可以由潮流计算得到，而故障发生时刻的初始状况可以由实际运行数据或者计算得到。
第四步，通过数值求解方法对电力系统的数学模型进行求解。
求解电力系统的数学模型可以采用数值计算软件，如MATLAB等。
求解的过程可以采用迭代法，将求解结果作为初始条件进行下一次迭代，直至求得系统的稳定状态。
第五步，对求解结果进行分析，并判断系统的暂态稳定性。
分析结果一般可以通过绘制曲线或者制作功率图等方式展示。
对于系统的暂态稳定性，常常通过判断系统的各个节点的电压幅值以及相位是否在合理范围内来进行。
如果电压幅值和相位在合理范围内，则系统可以达到稳定状态，反之则无法达到稳定状态。
直接法作为一种传统的暂态稳定分析方法，具有计算精度高、可以考虑系统中各种复杂因素等优点。
然而，直接法也存在一些问题，如离散化处理可能引入误差、计算量较大等。
因此，在实际应用中，人们常常结合其他分析方法，如间接法、回扰法等，来进行电力系统的暂态稳定分析，以提高分析结果的准确性和计算效率。
暂态对地电压检测原理
暂态对地电压检测原理你知道吗，在电气设备运行的时候啊，就像一个小世界里有各种奇妙的现象在发生呢。
暂态对地电压，简单来说，就是在设备内部发生局部放电的时候产生的一种电压现象。
想象一下，设备里面的那些小零件，就像一群小伙伴在一个小空间里工作，有时候它们之间会有点小摩擦，这个小摩擦就可能导致局部放电啦。
当局部放电发生的时候啊，就像小火花一闪，这个时候呢，电荷就会快速地移动和重新分布。
这一折腾啊，就会在设备的金属外壳和地之间产生一个暂态的电压。
这个电压呢，它可不是一直安安静静地待着的，而是像一个调皮的小脉冲一样，突然就冒出来一下。
那我们怎么检测这个暂态对地电压呢？这就像是我们要找到这个调皮小脉冲的踪迹一样。
检测设备就像是一个超级小侦探呢。
这个检测设备啊，它有一个很灵敏的传感器。
这个传感器就像是一个超级灵敏的小耳朵，专门用来听这个暂态电压发出的“小动静”。
传感器的原理呢，有点像我们用手去感受温度一样。
它能够感知到这个暂态电压产生的电场变化。
当这个暂态电压出现的时候，周围的电场就会发生改变，传感器就能够捕捉到这个变化，然后把它转化成我们能够看到或者分析的数据。
你看啊，设备内部的局部放电是很复杂的情况。
有时候可能是绝缘材料有点小问题了，就像我们穿的衣服破了个小口子，然后里面的电就可能从这个小口子跑出来一点，产生局部放电。
暂态对地电压检测就是要在这种复杂的情况下，准确地发现这些小问题的蛛丝马迹。
这个暂态对地电压的大小啊，还和很多因素有关系呢。
比如说，局部放电的强度。
如果局部放电比较厉害，就像小摩擦变成了大摩擦，那产生的暂态对地电压可能就会比较大。
还有啊，设备的结构也会影响。
如果设备内部的结构比较复杂，就像一个弯弯绕绕的迷宫一样，那这个暂态对地电压在传播的过程中可能就会受到各种影响，检测起来也就更有挑战性。
但是呢，我们的检测原理可是很聪明的哦。
它不仅仅是检测到这个电压的存在，还可以通过分析这个电压的一些特征，比如说它的波形啦，它的频率啦，来判断这个局部放电到底是怎么回事。
电化学暂态测试方法
• 伏安法获得的i～ 曲线称为动电位扫描曲线、伏安曲线、
循环伏安曲线(Cyclic Voltammogram、CV)、连续循环伏安 曲线(Consecutive Cyclic Voltammogram)等。 • 动电位扫描法也是暂态法的一种，扫描速度对暂态极化曲 线图的形状和数值影响很大。只有当扫描速度足够慢时， 才可得到稳态极化曲线:
E1/ 2
0.0285 25℃时， E p E1/ 2 [V] n 0.0565 E p E p E p / 2 [V ] n
[Ref: H.Matsuda,Y.Ayabe, Z. electrochem.,59,494(1995)]
• 对于像滴汞电极那样的球状电极只要对上述平板电极作一 些必要的修正后，则有：
操作: 用不同扫速测定 p， p 对 lg作图，得直线，由直线的 斜率可求得b。然后将b代入峰值 电流公式可求n或D。
b d lg 2
d p
大幅度线性电位扫描法的特点与应用
(1)电化学反应可否发生的判定 1)对于溶液中的化学种,可判别其是否可以发生电化学反应,并可判定何时 发生 2)对于合金或金属,可以判别选择性腐蚀可否发生,如发生时可进行相分离 (2)定性和定量分析 对于给定的电极体系，不管电极反应中逆与否，当电位扫描速度一定 时， p 为定值，与浓度无关；而 i p 与 C 0 成正比。根据这一原理， 可进行定性和定量分析，电分析化学上通常称其为示波极谱。 • 示波极谱分析的误差来自两方面:
φ φ
2 1
0
t
ip ：峰值电流
φ
p
：峰值电位
ip ip/
2
Φ 1/
2
ip/2 ：半峰电流
φ
暂态测试方法2011-final
17
暂态法的分类
当电化学反应体系处于暂态，就可进行暂态测量，暂态来源于电极过程条件 的改变，这种改变既可以来自于过程本身的变化，也可以来自于外加扰动。 我们所讨论的暂态测量技术，指的是对电极过程施加一定的电信号扰动，并 测量体系的电信号响应的技术。
根据施加电信号的不同：控制电流、控制电位和控制电量方法。在控制电流 和控制电量的暂态测量技术中，测量的响应信号为电位；而在控制电位的暂 态测量技术中，测量的响应信号为电流。 按照极化方式的不同：阶跃法、方波法、线性扫描法和电化学阻抗法。在阶 跃扰动时，电极电位或流过电极的外测电流被突然控制为一个预设的恒定值 ，并保持该值不变，因此电化学反应系统可能逐渐趋近于新的稳态；而在持 续扰动时，由于电极电位或流过电极的外测电流不断变化，因此体系可能一 直无法达到稳态。
e- (M++e-→M) M+
稳态
e- (M++e-→M) e- (M++e-→M) e- (M++e-→M)
电极通电前后电极/溶液界面处的变化情况
随着电极极化进一步增大，电化学反应可在更高的速度下进行，被恒定电流 驱使达到电极界面的三对正电荷和电子中，可有两对相结合发生还原反应， 另外一对排布在电极界面两侧，进一步改变了双电层的荷电状态，增大了电 极的极化，这时，总电流中的1/3为双电层充电电流，电极仍处于暂态。
ic
Cd
if
Rct
ηe
14
扩散过程的等效电路
当极化电流通过电极/溶液界面时，电化学反应开始，这样会导致界面上反应物
的消耗和产物的积累，出现了浓度差。通电初期，扩散层较薄，扩散速度较快
，因此没有浓差极化出现。随时间的推移，扩散层逐步向溶液内部发展，扩散
电化学暂态测试方法总结及案例
电化学暂态测试方法总结及案例班级：材硕1203班学号：S********姓名：***电化学暂态测试方法总结及案例从电极开始极化到电极过程达到稳态这一阶段称为暂态过程。
电极过程中任一基本过程，如双电层充电、电化学反应或扩散传质等未达到稳态都会使整个电极过程处于暂态过程中。
此时电极电位、电极界面的吸附覆盖层状态或者扩散层中浓度的分布都可能处在变化之中，因此暂态过程比稳态过程复杂得多。
但是，暂态过程比稳态过程多考虑了时间因素，可以利用各基本过程对时间响应的不同，使所研究的问题得以简化，从而达到研究各基本过程和控制电极总过程的目的。
这就是电化学暂态测试技术。
电化学暂态测试技术也称为电化学微扰测试技术，它是用指定的小幅度电流或电压讯号加到研究电极上，使电极体系发生微弱的扰动，同时测量电极参数的响应来研究电极反应参数。
暂态测试方法随极化方式的不同，可分为恒电流暂态、恒电位暂态、动电位扫描、交流阻抗法。
在扩散控制成混合控制的情况下，达到稳态扩散之前，电极表面附近反应粒子的浓度同时是空间位置和时间的函数，反应物的扩散流量与极化时间有关，或者说决定浓差极化特征的物理量除了浓度C 、扩散系数D 之外，还有极化时间t 。
因此在C 、D 不变的情况下，可以通过改变极化时间t 来控制浓差极化。
扩散控来衡量。
若t<1秒，。
在这样靠近电极的液层里，对流的影响可忽略不计，因此暂态法是研究浓差极化的一种好方法。
暂态法对于测定快速电化学反应动力学参数非常有利。
因为对于浓差极化的影响，很难用稳态法测量快速反应动力学参数。
若用旋转电极来缩小扩散层有效厚度，则要制造每分钟几万转的机械装置。
若用暂态法，缩短极化时间，使扩散层有效厚度变薄，可大大减小浓差极化的影响。
极化后的暂态过程中输送到电极上的电量一部分用于双电层充电，改变电极电位；一部分消耗于电化学反应。
也就是说在暂态过程中通过金属/溶液界面的总电流i 由两部分组成：一部分为双电层充电电流c i ，一部分为电极反应电流r i ，即：r c i i i +=。
电化学测量方法-暂态2
RT 1/ 2 t1/ 2 E Eτ/4 ln nF t 1/ 2
¼ 波电位
Eτ/4
可逆波判断:
• E vs. lg[(l/2 – t1/2)/tl/2] 是直线，斜率 为 59.2/n mV at 298K. 可求得n 和 EӨ'值. • | E3/4 – E/4 | = 47.9/n mV at 298K. • 不能获得动力学参数i0, k0和.
Ru = - ηR/i
2）电流阶跃后,界面双电层Cd开始充电(ic),电化学反应 发生(if) 电极的总电流 i = ic + if， ic = -Cd (dE/dt) 界面双电层充电瞬间,全部电流用于充电,界面电势差不断改变, ηe逐渐建立, - ηe ↑, if↑,在i中比率↑,直到电化学反应达到平衡, ηe 稳定,双电层充电过程结束, ic = 0, 全部电流用于电化学 反应i = if。
2）测Rct时，电流频率太低,浓 差极化影响增大;反之双电层 充电影响增大.方波半周期内 超电势响应曲线接近水平→ 电化学稳态→T/2≥5τc, f≤1/10RctCd 3）测Cd时，补偿法消除,溶液
接近理想状态,Rct→∞,没有 电化学反应发生, 增大τc, 提 高方波频率f = 1000 Hz,突 出双电层开始充电阶段,使 超电势响应曲线趋于折线,
R
t d( R ) 1 dt 0 e R Rct Cd
t e 1 exp Rct Cd
时间常数C: e = e(1 – e– 1 )
t / C
R
t / C
C Rct Cd
可求出溶液电阻r电化学反应发生idedt界面双电层充电瞬间全部电流用于充电界面电势差不断改变全部电流用于电化学反应it最初段近似直线反之弯曲很快达到水平ddt不易测量使电极接近理想极化状态无电化学反应发生ret电荷传递电阻rtnfrct控制电流阶跃暂态法t曲线理论方程2断电流法
电化学测量方法-暂态1
5.暂态法的特点
1. 减轻浓差极化的干扰, 能测量Rct, 进而计算i0, k0 等 动力学参数. 2. 还能同时测量双层电容和溶液电阻. 3. 可研究快速的电化学反应. 4. 有利于研究表面状态变化大的体系. 5. 有利于研究电极表面的吸脱附和电极的界面结构.
• 暂态阶段：电极电势、电极表面的吸附状态以 •
2.暂态法的分类
控制信号
控制电流法----恒电流电解 控制电势法---单电势阶跃法 阶跃法 控制波形 方波法
线性扫描法----循环伏安法
交流阻抗法 控制幅度 小幅度扰动信号---- 脉冲伏安法、 光谱电化学 大幅度扰动信号
• 需要具体了解的暂态测量方法
• • • • •
控制电流-恒电流电解 控制电位-单电势阶跃法 电位扫描-循环伏安法 脉冲伏安法 光谱电化学
5. 传荷过程控制下的界面等效电路的进一步简化.
1) t→0时,电极通过的电量少,电极/溶液界面状态基本不变,双 电层尚为开始充电. (a),可测Ru 2)t ≤τc,电化学反应来不及发生,if= 0电流全部用于双电层充 电.(b),可测Cd 3) t ≥τc,t<(3-5) τc, 尚未长到引起浓差极化,电化学反应达到稳 态,电流全部用于电化学反应,ic=0. (c) 4) t ≥τc,t＞(3-5) τc, Ru→0,消除或补偿了溶液的欧姆压降.可测 Rct (d)
• 若电极能达到稳态, 则两项均为零, 不再有充电电流.
反应迟缓→极化 ic=2/3i
极化增大 ic=1/3i
稳态，ic=0
(2) 当扩散传质过程处于暂态时, 扩散层内反应物 和产物粒子的浓度是空间位置和时间的函数.
非稳态扩散比稳态扩散多了时间函数。可通过控制极化时 间来控制浓差极化，突出电化学极化。
步进电机暂态阻尼特性的测量
步进电机暂态阻尼特性的测量
步进电机的转子作1步距角步进，则其转子会产生振荡而后渐渐衰减至停止，取纵轴表示角度，横轴作为时间，转子渐渐衰减至停止,称为暂态（阻尼）特性。
此种测量方法采纳下图的试验结构。
驱动电路确定激磁方式，步进电机1步进驱动。
此时，步进电机安装了电位计，其输出波形用记忆示波器画出，此方法能测量暂态特性。
用此方法可以测量激磁相通电状态、角度振荡变化、转子定位的超调量和转子定位位置及位置的稳定时间等，由于其结构简洁，所以被大量使用。
用此方法测定两相HB型1.8°步进电机的2相激磁与1-2相激磁的暂态特性。
如下图所示。
与1-2相激磁相比，2相激磁稳定性好，1相激磁的情形超调量大，阻尼与2相激磁状况比较，有很大的不同。
1-2相驱动状态下，为了能最佳状态达到稳定位置，激磁方式以2相为宜。
测量暂态特性，纵轴的角度精度要更精确的猎取，电位计用编码器来代替，其稳定波形可以用打印机输出。
下图为此测量方法的稳定波形，有两次衰减振荡即到达停止角度的±5%内，即到 1.8°±5%读取稳定时间（setting time）。
跟电位计法比较，编码器法因编码器惯量大的关系，需要留意稳定时间的肯定值不同。
一般阻尼特性如前文《步进电机的加速、减速掌握》中的下述公式所示，J、D与电机产生转矩Kθ时，（D/√JK）（JK包含在根号内）大而得到改善，衰减振动的角速度近似（√K/√J）。
暂态参数辨识步骤
辨识步骤中的所用到的公式及具体过程分析d X 、q X 、K 、a r 已辨识。
从第一个稳态运行点0开始：因为已知0点有关测量参量，可以计算出电势量和功角量。
⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=+-++=++++++++++++++++++)cos()sin(cos )sin()cos(sin 1111111'111111111'11j j j a j j j d j q j j j j j a j j j q j d j j I r I X E U I r I X E U φδφδδφδφδδ待辨识参数为：'d X 、'0q T 、l X对于第一类暂态运行点1+j ，有约束关系：⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=+-++=++++++++++++++++++)cos()sin(cos )sin()cos(sin 111111'1'11111111'1'11j j j a j j j d j q j j j j j a j j j q j d j j I r I X E U I r I X E U φδφδδφδφδδ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+--+-=+-+-=+++++++++++)s in (1)c o s (1111'0'1'1''01'111'0'1''01'j j j d d d j f do j q d j q j j j q qq j d q j d I T X X u T K E T dtdE I T X X E T dt dE φδφδ 问题是如何确定微分方程的饿系数呢？？？？？ 1、 如何计算'0d T由机组空载运行特性点，最好是空载励磁电压电流点，求得df L ，根据1+i f u 、1+i f i 测量值，计算2ad f aX r = ，adfB bX i =式中的系数a 、b 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
e- (M++e-→M) M+
稳态
e- (M++e-→M) e- (M++e-→M) e- (M++e-→M)
电极通电前后电极/溶液界面处的变化情况
随着电极极化进一步增大，电化学反应可在更高的速度下进行，被恒定电流 驱使达到电极界面的三对正电荷和电子中，可有两对相结合发生还原反应， 另外一对排布在电极界面两侧，进一步改变了双电层的荷电状态，增大了电 极的极化，这时，总电流中的1/3为双电层充电电流，电极仍处于暂态。
四、电化学暂态测量方法
暂态过程
暂态是相对于稳态而言的，当极化条件改变时，电极会从一个稳态向另 一个稳态转变，要经历一个不稳定的、变化的过渡阶段，这个阶段称为 暂态。在暂态阶段，电极电位、电极界面状态、扩散层的浓度分布都可 能发生变化，所以暂态系统要比稳态复杂的多。
暂态过程类似于电工学中所讨论的过渡过程，对于一个包括有电容和电 感的电路，当电路由一种稳定状态改变至另一种稳定状态时，一般来说 是不能瞬间完成的，需要一个转变过程，电极从开始极化到进入稳态同 样需要经过一定的时间才能达到，把这一过程称为暂态过程。
R1
Rf if
电极等效电路图
极化电流包括两个部分：
一部分电流用于电化学反应，符合Faraday定律，即每电化当量的电化学反
应产生的电量为一个Faraday，称为法拉第电流(Faradaic current)if，或者 电化学反应电流；
另 一 部 分 电 流 用 于 双 电 层 充 电 ， 称 为 双 电 层 充 电 电 流 (double-layer
Ru
ηR = −iRu
22
控制电流暂态过程的特点
2) BC段。当电极/溶液界面上通过电流后，电化学反应开始发生。由于电荷转 移过程的迟缓性，引起双电层充电，电极电位发生变化。此时引起电位初期不 断变化的主要原因是电化学极化。这时相应的电极等效电路包括溶液电阻和界 面上的双电层电阻和电容。
更大的电极极化可使三对正电荷和电子相互结合发生还原反应，全部电流都 用于电化学反应，双电层充电电流下降为零，电极达到稳态。
6
1
暂态特点
2. 在暂态下，电极附近液层中的反应离子浓度、扩散层厚度及浓度梯度等均随
时间变化，反应粒子浓度不仅是空间位置的函数，而且是时间的函数。
C = f (x,t)
∂C ≠ 常数 ∂x
在暂态过程中，组成电极过程的各基本过程如溶液中离子的电迁移过程 、双电层充放电过程、电化学反应过程、传质过程等均处于暂态，描述 电极过程的物理量如电极电位、电流密度、双电层电容、浓度分布等都 可能随时间发生变化，导致暂态过程十分复杂。
2
暂态特点
1. 暂态过程具有暂态电流，即双电层充电电流；
iC
Cd
i
扩散过程多了时间这个影响因素。因此，可以通过控制极化时间来控制浓差
7
极化。通过缩短极化时间，减小或消除浓差极化，突出电化学极化。 8
暂态方法的优点
1.暂态法适合研究快速电极过程，测定快速电极反应的动力学参数，能 够大大提高测量上限。
暂态法的测量上限，交换电流密度i0<1A/cm2，电极反应速度常数k≤10-2cm/s ；稳态法的测量上限约为i0≤10－3A/cm2，k≤10-5cm/s 采用暂态法可以通过缩短极化时间，使扩散层有效厚度变薄，从而大大减少 浓差极化的影响，使电子转移步骤成为控制步骤，因此有利于测定快速电极 反应的动力学参数。
ic
Cd
if
Rct
ηe
14
扩散过程的等效电路
当极化电流通过电极/溶液界面时，电化学反应开始，这样会导致界面上反应物
的消耗和产物的积累，出现了浓度差。通电初期，扩散层较薄，扩散速度较快
，因此没有浓差极化出现。随时间的推移，扩散层逐步向溶液内部发展，扩散
速率减慢，浓差极化开始建立并逐渐增大。当扩散达到对流区时，电极进入稳
式中第一项为电极电位改变时引起的双电层充电电流，第二项为双电层电容 改变时引起的双电层充电电流。
当电极表面发生吸脱附时，双电层电容Cd将发生剧烈的变化，由第二项引起 的充电电流可以达到很大的数值，常常形成吸(脱)附电流峰。因此，利用非法 拉第电流可以研究电极表面活性物质的吸脱附行为，还可以测定电极的双电 层电容和真实表面积。
11
电荷转移过程的等效电路
电极过程的等效电路以及等效电路之间的关系，可以根据各个电极基本过程的 电流、电位之间的关系来确定。 电极界面上规则排布着异种电荷，形成界面双电层，这一双电层非常类似于 一个平板电容器，等效成一个双电层电容，用Cd表示。
SM
Cd
12
2
电荷转移过程的等效电路
电极界面上还进行电荷转移过程，电荷转移的速度由法拉第电流来描述。如果电 荷转移过程比较慢，法拉第电流会引起电化学极化的过电位，这一电流、电位关 系非常类似于一个电阻上的电流、电压关系，因此，这时的电荷转移过程可以等 效成一个电阻，称为电荷转移电阻或电化学反应电阻，用Rct表示。
Cd
Rct
Zw
16
暂态过程的等效电路
流过电极的极化电流除了流经界面，还流过溶液和电极，极化电流在从参比电 极的Luggin毛细管管口到研究电极表面之间的溶液电阻Ru上产生的溶液欧姆压 降，因此，这段溶液电阻和界面等效电路串联，构成了总的电极等效电路。
Cd
Ru
Rct
Zw
上述等效电路是具有四个电极基本过程(双电层充电、电荷转移、扩散传质和离子 导电过程)的等效电路，电路中的四个元件分别对应电极过程的四个基本过程。
charging current)ic，或者称为电容电流(capacitive current)。
i = i f + ic
稳态: ic=0 暂态：ic变化
3
暂态特点
双电层充电电流ic为
ic
=
dq dt
=
d[−Cd (E dt
− Ez )
=
−Cd
dE dt
+ (Ez
−
E)
dCd dt
式中，取负号是因为规定阴极电流为正，Cd为双电层电容，E为电极电位， Ez为零电荷电势。
极界面的三对正电荷和电子中，只有一对相结合发生还原反应，另外两对排布 在电极界面两侧，改变了双电层的荷电状态，增大了电极的极化。这时，总电 流中的2/3为双电层充电电流，电极处于暂态。
5
暂态特点
SM
SM
SM
SM
平衡态
M+ M+ M+
暂态
e-
M+
e-
M+
e- (M++e-→M) M+
暂态
e-
M+
e- (M++e-→M) M+
态扩散状态，建立起稳定的浓差极化过电位。因此，浓差极化过电位的出现和
增大是逐步的、滞后于电流的，这个电压、电流的关系很像含有电容的电路两
端的电压、电流的关系。
Rw
Cw
为了给一个完整的概念，一般用一个半无限扩散阻抗Zw来表示扩散过程的等效电路： Zw
15
扩散过程在电极等效电路中的位置
扩散传质过程和电荷转移过程是连续进行的，两个过程的速度相等，因此，两 个过程的等效电路上流过的电流均为法拉第电流，同时，界面极化过电位是由 浓差极化过电位和电化学极化过电位组成，也就是说，扩散阻抗两端电压和反 应阻抗两端电压之和为总电压。很明显，它们应该是串联关系，总阻抗为法拉 第阻抗(Zf)。 总的极化电流等于流过双电层电容的充电电流和流过法拉第阻抗的电流之和， 而且，法拉第阻抗两端的电压是通过改变双电层荷电状态建立起来的，就等于 双电层两端的电压，由此可见，Cd和Zf之间应该是并联关系。 整个界面等效电路如下图：
19
控制电流暂态过程的特点
单电流阶跃极化下的电势-时间响应曲线
电流-时间曲线
20
控制电流暂态过程的特点
单电流阶跃极化下的电势-时间响应曲线
电势-时间响应曲线
21
控制电流暂态过程的特点
1) AB段。在电流突跃的瞬间，即t=0时，流过电极的电量极小，不足以改变 界面的荷电状态，因此界面电位差来不及发生改变。也可以认为，电极/溶 液界面的双电层对突变信号短路。而欧姆电阻具有电流跟随性，其压降在电 流突跃10-12s后即可产生，因此电极等效电路可简化为只有一个溶液电阻的 形式。电位－时间响应曲线上t=0时刻出现的电位突跃是由溶液电阻引起的 。
17
暂态法的分类
当电化学反应体系处于暂态，就可进行暂态测量，暂态来源于电极过程条件 的改变，这种改变既可以来自于过程本身的变化，也可以来自于外加扰动。 我们所讨论的暂态测量技术，指的是对电极过程施加一定的电信号扰动，并 测量体系的电信号响应的技术。
根据施加电信号的不同：控制电流、控制电位和控制电量方法。在控制电流 和控制电量的暂态测量技术中，测量的响应信号为电位；而在控制电位的暂 态测量技术中，测量的响应信号为电流。 按照极化方式的不同：阶跃法、方波法、线性扫描法和电化学阻抗法。在阶 跃扰动时，电极电位或流过电极的外测电流被突然控制为一个预设的恒定值 ，并保持该值不变，因此电化学反应系统可能逐渐趋近于新的稳态；而在持 续扰动时，由于电极电位或流过电极的外测电流不断变化，因此体系可能一 直无法达到稳态。
18
3
控制电流阶跃暂态测试
控制电流阶跃暂态测试方法，习惯上也称作恒电流法。它是指控制流过研究电 极的电流按一定的具有电流阶跃的波形规律变化，同时测量电极电位随时间的 变化，进而分析电极过程的机理、计算电极的有关参数或电极等效电路中的各 元件的数值。 在控制电流阶跃暂态测量方法中，流过电极的电流的波形有很多种，但他们都 有一个共同的特点，即在某一时刻电流发生突跃，然后一定的时间范围内恒定 在某一数值上。 过渡时间：施加恒电流后到电位发生转换的时间。 在过渡时间内，电极电位变化规律与电极反应可逆性有关，但过渡时间τ值与 电极可逆性儒官，仅与反应物扩散过程的物种浓度和扩散系数有关。