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电气设计和电路设计范文1
关键词：断路器设计；低温；混合气体
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.192
我国地域辽阔，东西南北气候差异巨大，在我国的新疆、内蒙部分地区及东北地区，由于冬季气候非常寒冷，混合气体断路器在这些温度条件下使用时会发生六氟化硫气体液化而无法正常工作，同时由于环境温度太低，导致断路器操动机构特性发生变化，特别是液压机构的阀系统，在低温环境下严重的可能会发生拒动，严重威胁着断路器的安全运行。为适应这些特殊环境的需要，需对断路器采取特殊措施，以适应极端环境下的工作。
1 使用壳体加热器
为防止在低温条件下断路器性能降低，可以使用一个加热器来避免六氟化硫液化引起气体密度的降低。当断路器表面覆盖一个外绝缘体时，可明显降低加热器的功率要求。罐式断路器和罐式紧凑型断路器普遍采用加热带和绝缘体。通常情况下，如果是罐式断路器，那么壳体和安装的套管共用一个气室，这意味着气室中的热量可以经过瓷套表面或复合套管表面散发。加热器的功率必须增加上这部分的热耗。
2 六氟化硫和氮气或四氟化碳的混合气体的使用
添加氮气或四氟化碳可使最低操作温度降低到-60℃。两种气体在相当低的温度液化。当使用含有氮气或四氟化碳的六氟化硫混合物时，如果六氟化硫的局部要压力达到液化极限时，仅六氟化硫部分液化。六氟化硫的局部压力越低，在相同的充气压力，断路器的最低操作压力越低。在低温使用混合气体时，就没必要使用加热带。
表1规定了混合气体断路器气体不同比率下的各气体分压（额定充气压力0.85MPa）。
3 混合气体的处理及其特性
给断路器充混合气体有三个不同的确定过程：
（1）从制造厂作为最终产品得到混合气体，这个混合气体用于充到断路器单元内。必须规定气体容器内的气体混合压力，以确保在整个处理过程中（包括运输和充气过程）六氟化硫不会出现局部液化。液化会导致气体混合物发生变化和断路器绝缘性能下降。（2）可以从独立的气体容器按顺序向断路器内充气，每个气体容器包含混合气体成分。在这个过程中，在相对应的分压值充六氟化硫气体，然后添加其它成分气体（氮气或四氟化碳）直至达到规定的充气压力。经验证明，甚至断路器在较长的时间没有动作，混合物也保持充分混合。一般在充气三天后检查混合物比例，以防断路器性能受到影响。（3）使用商用混合设备，在充气过程中控制气体成分和流速，断路器内的混合气体满足目标密度关系，这个充气过程非常准确，因而没有必要进行控制测量。
如果断路器在装配安装或运行中出现漏气，断路器内的混合气体就会发生变化，这种情况下，要使用六氟化硫比例测量仪测量混合物气体成分，根据测量结果，添加单个成分气体。
4 作为灭弧介质的六氟化硫和六氟化硫混合气体
对于断路器的灭弧和开合能力来说，在热和绝缘灭弧能力之间有所区别。在气体密度降低情况下，两个方面都有所劣化，这用于两种情况，即短路开合能力和容性电流开合能力。
当与最低温度为-30℃的标准断路器比较时，充有混合气体的低温断路器的灭弧和操作能力也有所降低。当使用N2作为最低温度为-50℃的混合气体断路器中的第二种气体成分时，根据IEC标准，下降接近额定短路电流的一个额定值水平；然而，如果使用CF4，预计最大下降仅为电流水平的一半。如果保持满短路电流水平，那么根据IEC标准，额定电压水平必须下降一个额定值水平。
5 耐低温断路器的设计
5.1 操动机构和控制元件用辅助加热器
弹簧操动机构和控制元件安装在一个柜内。每个柜包含一个冷凝加热器和通风系统。冷凝加热器经常操作来模拟通风。对于-40℃或更低的环境温度，连接一个经过恒温器控制的辅助加热器，这可防止弹簧操动机构缓冲器中出现较高的液体粘度。
5.2 特殊材料
将低温不脆化的耐低温钢用于断路器的支撑结构，比如断路器支架、底架和支柱。凹口杆构件要足以承受断路器的重力。用在低温保持足够弹性的橡胶材料制造的衬垫用于密封气室和拐角X轮上。用在温度范围从-60℃到130℃使用的脂对弹簧操动机构中的所有轴承、运动环节和拐角齿轮进行。灭弧室单元与标准设计中的相同。
6 型式试验
所有耐低温混合气体断路器和其它断路器一样，都要进行整套型式试验。这个型式试验包括相关标准中规定的绝缘试验、短路电流开断试验和负载电流开合试验。正如要求那样，根据IEC标准进行M1或M2机械寿命试验。试验的焦点是所谓的气候试验，这个试验中，在最低和最高操作温度的温度循环中检查机械操作特性。
7 结语
耐低温混合气体断路器包括良好的和经过试验测试过的元件，通过使用气体混合物，提高了这些元件和其他密封材料、剂和附件加热器（如要求）的性能。这意味着对每种应用都有一个良好的解决方案。
参考文献：
[1]黎斌.SF6高压电器设计[M].机械工业出版社，2015.
电气设计和电路设计范文2
关键词：排水泵站；电气自动化；典型设计
中图分类号：TV675 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2009)13-0189-02
排水泵站(简称泵站)作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异。在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作，泵站控制和管理没有形成区域化的网络，所以必须对现有泵站电气自动化提出更高的要求。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和提高管理水平的目的。
一、泵站电气自动化在泵站的需求
1 泵站电气设备的自动控制、测量、保护、监视、通讯方面。其内容包括：泵站高压送、变电系统；泵站0.4kV配电系统；泵站直流系统；主机励磁系统；电机的综合保护系统。
2 泵站及重要辅机系统的自动控制、测量、保护、监视、通讯方面。其内容包括：为主机配套的油系统的控制(例如：水泵叶片调节压力油系统、快速闸门液(油)压操作系统、油系统、齿轮箱冷却油系统等)；为主机配套的气系统的控制(为真空破坏阀(虹吸式泵站)所配的低压气系统、为水泵叶片调节配套的压力油及其它气动工具用的中压储能气系统)；泵站水系统(为主机组配套的冷却水系统、泵站排水系统和消防用水系统等)。
3 各种非电量的自动测量、监视、通讯方面。其内容如下：水工安全方面的位移、沉降、扬压力、应力等各种监测；水文、水位、水情、水量、水质等各种监测；各种温度、湿度的监测；绝缘监测；各闸门开度、荷重等监测。
4 泵站内、外部的通讯网络、办公自动化、保安消防系统。
5 全站的视频监视系统及视频信息上传。根据以上纳入自动化系统的各项需求，将其进行分类、集成。按照流程框图要求设计自动化监控系统，使系统具备以下功能：控制、保护与调节功能；数据采集与处理功能；设备运行在线监视功能；事故预告与报警功能；数据远传与系统管理功能。
二、泵站电气自动化典型设计的必要性
自上世纪90年代开始。随着计算机技术的迅速发展和成熟，泵站自动化技术获得了一定的发展。但是纵观全国各地泵站自动化实施现状仍存在不少问题。由于自动化及信息化技术发展迅速，而相关设计院的自动化设计力量往往配备不足，近年来泵站工程的前期设计方案通常由开发商和设计院共同完成。而开发商又没有可供参考的标准规范，对泵站自动化的真正需求了解不深，致使设计的泵站自动化系统和现实需要脱节。需求分析缺乏深度泵站自动化属于工业自动化范畴。与小型水电站自动化比较相近，但也有其自身的特点。I/O点的配置、参数的设置。检测控制的重点对象应紧密结合泵站运行管理实际需要来确定。不少开发商将泵站开停机操作理解为泵站自动化，结果用大量的配置将泵站的柜前操作移至计算机屏幕前的鼠标操作。对泵站自动化内在的需求没有分析透彻。泵站的励磁系统问题、保护问题、水力监测问题、经济运行问题故障诊断问题、主机与辅机的配合问题、生产管理问题及信息化问题等等才是泵站自动化的核心需要。不少泵站对此没有引起足够重视。
泵站自动化是一门综合了泵站技术、计算机技术、网络通信技术和控制技术等多学科的高科技新生事物但由于泵站自动化起步较晚，积累的经验不多又没有相应的标准和规范。泵站自动化的投资规模、设备的档次和范围、监测控制对象、速度和精度软件的配置、功能设置、数据库定义、与信息化系统的接口标准、协议、与智能设备的接口等都迫切需要一个典型的参考或相对统一的规定。在暂时没有标准规范的情况下组织进行泵站自动化典型设计是十分必要的。
大中型泵站类型不多。同容量同类型的泵站自动化需求基本相同。可以根据泵站电机的容量等级、水泵结构、辅机配置等分成少数几种等级或类别。自动化的基本需求也可以分成几种类别。不同的类别可以根据泵站的重要程度和可能投资力度分成几个档次，然后根据类别和档次分别进行典型设计。
三、泵站自动化典型设计的基本思路
面向需求的典型设计泵站自动化绝不仅仅是机组开停机自动化，泵站自动化由泵站生产管理实际需求来确定。泵站及泵站的生产、管理人员应该做什么、期望泵站自动化代替人工做什么、自动化能够为泵站做些什么、哪些是重点必须做的、哪些是非重点的都要进行认真分析。如泵站水位流量监测控制、泵站效率控制、泵站励磁调节控制、泵站无功控制、泵站振动噪声空蚀监测控制、温度控制、泵站保护、故障和事故预警、泵站辅机及附属配套设备监测控制、视频监控需求、管理系统信息交换等等。泵站对自动化的需求是复杂的也是无止境的。典型设计要在充分分析需求的基础上。分出轻重缓急，分出可能与不可能，分出效率面向需求量体裁衣。作出切合泵站实际需要的典型设计。
1 面向信息的典型设计。泵站信息作为水利信息化的基础节点，可提供信息化的基础信息典型设计要充分挖掘和提取泵站关键信息为信息化系统提供标准的实时动态信息。泵站也只有通过典型设计才能较好地做到这一点。
2 基于准标准化的典型设计。泵站自动化还没有相应的标准和规范，但典型设计可以起到一个标准性的作用，可以较为普遍地应用。如800kw立式同步电动机拖动的泵站推力瓦布设几个温度传感器。电量监测是采用电量传感器还是通过交流采样，由计算机计算还是直接采用多功能电表等，可通过典型设计基本固定下来，使典型设计起到部分标准和规范的作用以供参考，从而使大型泵站自动化具有整体性和整齐性。
3 基于模块化的典型设计。虽然大中型泵站类型不多，变化不大，但各个泵站还是存在机组台数和形式的区别。典型设计可以设计出若干个模块应用到所有泵站之中。整个泵站综合自动化系统就是由数个基本模块通过积木式叠加组合而成。
泵站综合自动化的基本模块可分为泵站监控层及网络模块、水力监测模块、泵站机组Lcu模块、泵站辅机Lcu模块、微机励磁模块、泵站公用Lcu模块。泵站清污机LCU模块、泵站防洪闸(节制闸)LCu模块、泵站工程安全自动监测模块、视频监控模块办公管理模块等。模块化设计是将泵站自动化作为一个产品整体考虑。同时又使之具有较大的灵活性。可以适用于同类型的所有泵站。可以避免因缺乏标准而盲目追求高投入和高配置以及设计功能不全的问题。如机组LCU模块就是―个内部不可分割的模块。内部的PLC传感器、电源、T／o接口端子、继电器等都是确定的，端口也是确定的。每个模块都包括确定的硬件配置。软件配置和功能配置。
电气设计和电路设计范文3
【关键词】校企合作；教材；专业技能；学习情境；工程理念
《电子线路板设计与制作》是应用电子技术、电子信息工程技术等多个专业的专业核心课程，对于学生专业能力的形成具有重要的支撑作用。高等职业技术学院的人才培养定位是培养应用型高技能专门人才，毕业生要能够适应行业以及区域经济的发展的需要。
因此在课程的教学中就要能够将企业对于人才的要求引入到课程的教学环节中来。教材是教学过程实施的重要载体，因此进行校企合作课程的开发对于人才的培养就具有重要的意义。
1.校企合作教材的基本内涵
校企合作是目前高等职业技术学院人才培养的重要方式，通过校企合作的办学方式，学校可以借助企业先进的生产技术、共享企业的生产设备，在充分了解企业对于人才的需求有针对性的进行人才的培养，从而获得自身的发展；企业则可以在此过程中获得自身发展所需要的专业技术人才，同时也可以借助学校的智力优势进行新产品的开发设计等，进一步拓宽企业的发展空间。教材是实施教学过程重要的载体，教材的内容对于人才的培养效果具有直接的影响。采取校企合作的方式进行教材的开发，可以将教学与企业的人才实际需求有机结合起来，提升人才培养的效果。
校企合作开发教材的基本内涵应该包含以下几个方面的因素，首先是学校要能够充分调研企业对于专业人才的技能的需求，并与企业的技术人员与管理人员进行充分的交流与论证；其次专业课程的教师要能够根据技能要求与企业技术人员进行交流，确定教材的各学习情境的内容，要能够将工程化的实际需求以及工艺标准作为教材内容的重要方面；最后专业课程教师要能够深刻学习基于工作过程系统化的教学模式，研究学生的认知规律以及学习特点，对于教材的内容进行进一步细化，制定出相应的学习子情境。
2.《电子线路板设计与制作》校企合作教材内容的选取
《电子线路板设计与制作》校企合作教材开发中，应用电子技术教学团队的教师组成的教材编写组深入到可瑞尔科技（扬州）有限公司、扬州莱达光电技术有限公司、扬州嘉华电器科技有限公司等多家校企合作企业进行岗位技能需求调研。在校企合作教材开发的企业选择中，所选择的三个企业对应不同技术层次的要求，也能够反映电子线路板设计中不同层次的技术要求。表1为三家合作企业具体情况统计分析。
可瑞尔科技(扬州)有限公司为台资大中型企业，公司致力于欧姆龙等系列的健康体脂秤的设计与生产，公司的产品工艺要求极为规范，尤其的电子线路板设计方面具备很多值得借鉴的经验以及成熟的工艺规范。企业的产品技术难度较大，电子线路板结构较为复杂，因此与可瑞尔科技(扬州)有限公司合作进行教材的开发过程中，主要是将企业电子线路板设计工程化的设计理念以及严格的线路板工艺管理规范引入到教材的内容中；扬州莱达光电技术有限公司为江苏省高新技术企业，主要从事光电检测产品的设计开发，公司的电子线路板广泛使用了表面粘贴技术，产品的采用结构化的布线工艺，一般都采取双面走线的设计方案，主要体现了较为复杂电子产品的设计特点；扬州嘉华电子科技有限公司主要从压器配件等简单产品的设计与生产，公司产品主要特点就是线路板元器件较少，走线较为简单，一般都采用单面走线的设计方案。根据三家校企合作企业的产品以及技术特征，结合基于工作过程系统化的教学改革思路，充分考虑了高职学生的认知规律，确定了《电子线路板设计与制作》教材的基本学习情境如表2所示。
3.《电子线路板设计与制作》校企合作教材具体实施
在《电子线路板设计制作》校企合作开发中，主要进行了以下几个方面的工作。首先是专业课程的教师深入企业进行岗位技能等方面的情况调研分析，从2008年开始，专业课程教师就利用寒暑假以及其他时间深入到企业进行访问工程师工作，在此过程中，教师深入地了解了企业对于专业人才的岗位技能需求，了解了企业的真实产品设计流程以及工艺要求，并在此基础上对于企业产品以及岗位技能进行了初步的分析与总结；教材编写团队同时要深刻学习高等职业院校人才培养的相关政策以及理论，根据基于工作过程系统化的课程改革思路对企业的岗位技能要求以及工作任务进行分析总结，形成规范的学习领域；充分分析学生的认知规律以学习能力，进行学习情境的实际开发；在学习情境确定后，再次与企业的技术人员进行充分的沟通，确保所确定的学习情境能够真实反映行业企业对于人才专业能力的需求，符合行业发展的方向。最后由教材编写团队的教师根据各自的研究侧重点不同进行教材的编写工作。
4.校企合作开发教材过程中存在的问题以及努力的方向
《电子线路板设计与制作》教材开发取得了一定的成果，同时也存在着很多亟待解决的现实问题。首先就是在教材开发过程中，行业企业的调研范围应该进一步拓展，分析不同地区对于电子线路板人才的技能需求情况；其次在教材开发过程中，对于工艺的要求以及工程化的理念与开发软件的使用没有能够实现有机的结合；同时教材载体选择存在一定的难度，一般来说企业的实际产品都较为综合，难以分解并形成线路板各方面能力的单独训练；在教材开发的过程中，企业的编写人员由于工作等方面的原因参与的程度不够；最后就是因为教材的开发具有一定的周期性，在编写的过程中行业的技能要求又发生了一定的变化，在教材内容中难以表现出来。
5.总结
校企合作开发教材对于培养适应行业，满足区域经济发展要求的应用型高技能专门人才具有重要的意义。作为教学过程中重要的载体，教材要能够全面反映人才能力的要求。《电子线路板设计与制作》教材与多家行业企业进行紧密合作，在教材的开发过程中，将企业的真实产品的设计过程以及理念融入到教材的内容中，将基于工作过程系统化的教学改革思路有机地结合到教学的过程，对于提升教学效果具有重要的意义。
参考文献
[1]郭美英.试论高职校企合作的问题及对策[J].黄河水利职业技术学院学报,2002(3).
[2]刘晓明,杨如顺.高职校企合作办学的现状、问题及选择模式[J].职教论坛,2003(14).
[3]雷世平.高职校企合作办学教育亟待解决的问题[J].职教通讯,2003(12).
[4]傅辉明.基于工作过程的电气运行课程标准与教材开发探索[J].中国电力教育,2009(14).
电气设计和电路设计范文4
关键词：电荷泵锁相环；低通滤波器；环路带宽；相位余度
中图分类号：TN713 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)09-087-04オ
Parameters′ Design and Analysis of the Charge Pump Phase-locked Loop′s Loop Filter
ZHANG Tao,CHEN Liang
(Information Science and Engineering College,Wuhan University of the Science and Technology,Wuhan,430081,China)
オ
Abstract：Based on the basic concept of loop filter,the paper mainly discusses the design method of the parameter of a charge pump phase-locked loop loop filter(concluding one order,two order,three order).According to compare with the design method of the parameter of closed loop,it puts forward a kind of design method which is the design method of the parameter of the opened loop,and make a summary.At last,making use of the Virtuoso series of the Cadence firm mainly to two order without source low-pass filter carry on imitate really,the accuracy of this method is verified,there is certain practical value.
Keywords：charge pump phase-locked loop;low-pass filter;loop bandwidth;phase remaining
环路滤波器的设计是电荷泵锁相环设计中的重要环节。环路滤波器实际上是一个低通滤波器，由电容、电阻、还可能有电感或者放大器组成的线性电路。一方面他滤除鉴相器产生的高频成分以及输出波纹，还有抑制带外噪声，取出平均分量(即控制电压)去控制VCO的输出频率；另一方面他也是锁相环的一个重要参数调节器件，决定了锁相环的杂散抑制、相位噪声、环路稳定性、锁定时间以及捷变时间等重要的环路参数。目前国内外已发表过许多相关文献，例如：文献［1］中对三阶的无源低通滤波器参数计算过程没有使用任何近似，所以运用了许多数学方法，过程比较复杂，但这些方法在设计过程中被证明是很有效的；文献［2］对三阶电荷泵锁相环锁定时间的研究中提出了一种估算锁定时间的新方法，并给出了三阶电荷泵锁相环锁定时间的计算公式，思路很新颖。
1 电荷泵锁相环基本原理
电荷泵锁相环结构如图1所示，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器。鉴频鉴相器简称PFD，是比较两个信号的相位与频率差，并产生控制信号给电荷泵，然后电荷泵相应地给环路滤波器充放电，此时压控振荡器输出频率正比于环路滤波器上的控制电压，最终使参考时钟与分频器的输出信号同频同相，即压控振荡器的输出信号频率为参考时钟频率的N倍。
图1 电荷泵锁相环结构图
一个电荷泵锁相环的工作过程分为频率牵引过程和相位锁定过程，频率牵引过程是一个完全的非线性过程，相位锁定过程是一个近似的线性过程。电荷泵锁相环本质上是一个离散时间采样的动态系统，当环路带宽远远小于参考时钟频率时，可以采用连续时间近似；当相位误差在PFD的鉴相范围内时，可以采用线性近似。那么当电荷泵锁相环处于相位锁定过程时，就可得到一个线性连续时间相位域模型，如图2所示。
图2 电荷泵锁相环的相位模型
其中Kd是PFD和电荷泵一起构成的鉴相器增益，并有Kd=IP/2π，IP为电荷泵的充放电电流，Ko为压控振荡器的增益，N为分频器的分频比，F(s)为环路滤波器的传输函数。
2 环路滤波器设计公式
对于电荷泵锁相环而言，常用的环路滤波器有一阶RC积分滤波器、二阶无源低通滤波器、三阶无源低通滤波器等。最近几年国内外发表了许多环路滤波器设计类似的相关文献，但是极少有将设计方法总结与归纳，或者在参数上的适折衷，本文将一一陈述。
2.1 一阶RC低通滤波器的参数设计
如图3所示为RC积分滤波器电路图，其传输函数为：
И
F(s)=11+sτ, τ=RC
(1)
И
根据图2电荷泵锁相环的相位模型可得出闭环传输函数：
И
H(s)=KF(s)Ns+KF(s)=K/Nτs2+s/τ+K/Nτ,K=KdKo
(2)
И
可以得出：
И
ωn=K/Nτ， ξ=12N/Kτ
(3)
И
由于阻尼因子Е蔚拇笮《韵低澄榷ㄐ院退俣榷加幸欢ǖ挠跋欤而系统的稳定性和速度对阻尼因子ξ的要求又是相互矛盾的，所以要在速度和环路的稳定性之间折衷，通常取ξ=0707为较好的选择。为了保证电荷泵锁相环的数学模型近似为线性系统，环路带宽必须小于输入信号频率的十分之一[3]，那么ωBWЩ本上确定。由式(3)可得：
И
ωn肠=12肠
(4)
И
设Е鬲BW为一阶3 dB带宽，即有ωBW=1/τ，那么：
И
ωBW=1.414ωn
(5)
И
对于一阶RC积分滤波器，他具有低通特性，且相位滞后。当频率很高时，幅度趋于零，相位滞后接近于π/2，在工程实际设计当中应用的很少，这里不再详细论述。
图3 RC积分滤波器
图4 无源比例积分滤波器
2.2 无源比例积分滤波器
无源比例积分滤波器作为电压型电荷泵常用低通滤波器，他的电路图如图4所示，其传输函数为：
И
F(s)=1+sτ21+sτ1,
τ1=(R1+R2)C,
τ2=R2C(6)
И
根据图2电荷泵锁相环的相位模型可得出闭环传输函数：
И
H(s)=K(1+sτ2)/N1τ1s2+s［1τ1+Kτ2Nτ1］+KNτ1
(7)
这里Е为取05~10，可以保证环路稳定，余量足够大以及瞬态响应快，则有：
И
C1 =IP Ko 2πNω2n ，
R2=2ξC1ωn
(15)
И
下面来推导一下开环的环路带宽：
И
Ho (s) = K(1 + sτ2 )Nτ1 s2 = ω2n 1 + sτ2 s2
(16)
И
令：
И
当Е稳0707时:
И
ωBW=1554ωn
(17)
И
2.4 二阶无源低通滤波器
常用的二阶无源低通滤波器电路图如图6所示，其传输函数为：
F(s)=1C1+C21+sτ21+sτ1,
τ1=R2C1C2C1+C2，τ2=R2C2
(18)
如果将上式代换整理得到：
И
F(s)=R2b1+sτ2sτ111+sτb
对于式(19)，当C1C2时，附加低通滤波器11+sτb的相位滞后量远小于超前因子(1+sτ2)的相位超前量，故可以认为他对环路稳定性影响不大，对于他的滤波器参数设计与23节二阶电流型电荷泵锁相环的环路滤波器类似，这里不再重复。
可以看到对于二阶无源低通滤波器的参数设计，上面的方法用了近似处理，使得原本二阶滤波器变成一阶的,如果不作近似处理，三阶电荷泵锁相环传输函数比较复杂，由此代换的阻尼系数ξ和无阻尼振荡频率ωn的求法就更加困难。一般附加低通滤波器的加入，显然可以减小二阶环中控制电压纹波，以及改善输出信号频谱纯度，所以这里是从开环增益带宽ωBW和相位余度φP为出发点来设计环路滤波器的参数[5]。И
三阶电荷泵锁相环开环传输函数为：
И
Ho(s)=KNsF(s),K=IPKo2π
(20)
2.5 三阶无源低通滤波器
为了更好地抑制环路带宽频率数十倍以上的波纹，三阶无源低通滤波器是一个较好的选择。与二阶无源低通滤波器相比的不同之处在于我们将得不到环路元器件的准确值，在这里做了很多近似及数学推导，过程相当复杂，这里只给出简要步骤，具体参看文献［6］。电路图如┩7所示。
三阶无源低通滤波器传输函数为：
И
F(s)=1+sτ2C┆tots(1+sτ1)(1+sτ3)=1+sC2R2s(s2C1C2C2R3+s［C2R2(C1+C3)+C3R3(C1+C2)］+C┆tot)
τ2=R2C2，C┆tot=C1+C2+C3
(27)
И
还是根据开环增益带宽Е鬲BW和相位裕度φPУ某龇⒌憷瓷杓坡瞬ㄆ鞑问,如下：
И
C┆tot = KNω2BW (1 + ω2BW τ22 )(1 + ω2BW τ21 )(1 + ω2BW τ23 )
(28)
C1=C┆totτ1τ2，C2=C┆tot－C1，R2=τ2C2
И
图7 三阶无源低通滤波器电路图
2.6 小 结
综合以上各种滤波器参数设计可以发现，对于低阶的环路滤波器参数可以通过电荷泵锁相环的系统函数对比阻尼系数Е为Ш臀拮枘嵴竦雌德湿ЕnЮ辞蟮,然而对于二阶以上的环路滤波器即三阶以上的电荷泵锁相环则采用以开环增益带宽Е鬲BWШ拖辔辉6泉ЕP为出发点的设计方法更加精确，表1为不同阶数环路滤波器传输函数的参数，其传输函数为：
И
F(s)=1+sτ2C┆tots(1+sτ1)(1+sτ3)
(29)
И
那么我们把相位裕度定义为环路开环增益除以分频比以后对应的单位增益频率点加上180°得到的值：
И
φP=π+arctg(ωBWτ2)－arctg(ωBWτ1)－arctg(ωBWτ3)
(30)
И
时间常数Е1,τ2的设定由相位裕度φP的偏微分在频率为环路带宽ωBW处等于零来确定，此微分方程保证了相位裕度在环路带宽ωBWТΦ淖畲蠡，有：
dφP dω|(ω = ωp) = τ2 1 + ω2τ22 -τ1 1 + ω2τ21 -τ3 1 + ω2τ23
(31)
表1 不同阶数环路滤波器参数
对于二阶环路滤波器来说,式(30)和式(31)中Е3У扔诹悖因而由上述两方程可确定二阶环路滤波器的时间常数，那么也应证了2.4节二阶无源低通滤波器的参数设计过程。
3 仿 真
以2.4节二阶无源低通滤波器为例，假如频率合成器输出频率为600~800 MHz，并且有Kd=5 mV/rad，Ko=80 MHz/V，N=8，φP=60°，ωBW=60π kHz，代入式(24),┦(25),式(26)求得：
τ1=388 μs，τ2=228 μs，C1=168 μF，C2=82 μF，R2=28，Ы以上数据代入电路┩6中利用Spectre仿真可得到该环路滤波器的幅频和相频特性曲线，如图8所示。
4 结 语
环路滤波器是电荷泵锁相环设计的基本环节，本文从理论上对一阶、二阶、三阶环路滤波器的参数设计进行了论述，以具体实例分析计算出二阶无源低通滤波器环路参
数，并进行了仿真验证。在具体工程应用中可以根据需要选择合适的环路带宽Е鬲BWб约跋辔辉6泉ЕP，Т佣有效地计算出环路参数。
图8 环路滤波器幅频和相频特性曲线
参 考 文 献
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作者简介 张 涛 男，1967年出生，博士，副教授。研究方向为数模混合集成电路设计以及信号处理。
电气设计和电路设计范文5
关键词：DF100A型短波发射机；过荷电路校准重要性；工作原理分析
前言
过荷电路是发射机的重要组成部分，是搞好安全播出的前提条件，因此及时校准发射机过荷电路是必不缺少的维护工作之一，可以提前预防不必要的事故发生，确保发射机稳定运行，为优质零秒完成任务奠定基础。
1 过荷电路简单介绍
发射机运行中断高压的可能：发生下列情况之一发射机即断高压保护。（1）高末屏流过流，1K38动作。（2）高末帘栅过流，1K40动作。（3）高前屏流过流，1K41动作。（4）三次过荷零功率锁定，1K53动作。四个过荷继电器其中之一吸合，其接点5-9接通，给断高压继电器1K22B线包115VAC电压通路，从而促使高压回路继电器失电，起到保护作用。其他的过荷保护电路或一次的极短时间的过流，发射机不断高压，只给故障过荷指示（绿红），只有当按下过荷复位开关6S5后，才能把所有的过荷辅助继电器上的控制电压去除由此而将加电的继电器的那些保持接点释放开，过荷灯和过荷复位指示灯（红绿）
2 过荷控制分析
2.1 调制器过荷
调制器过荷是由于电容、电子管等真空度不够，播音时调幅度瞬间过大，高周机箱内打火放电，等等原因造成的，厂家为此设计了光电保护装置，反应非常灵敏，动作很快，是微秒级的，一般不会造成损坏元器件，但打火的位置很难发现，需要经验的积累。
下面分析调制器过荷的原理：四单元接地故障传感器的光缆传来过荷信号，经过九单元输入/输出板9A11（如图所示）的相关电路光信号使U4输出变为低电平，15V经二极管导通，钳位在0.7V左右，使矩形脉冲发生器B脚低电平触发，使U1的Q端输出高电平0.05秒，使场效应管Q2导通，地信号经TB3-7等端子加在继电器1K37的线包上，另一端接24V，使继电器动作，其常开接点（8、12）闭合，使调制器过荷辅助继电器1K30线包带电，其接点（5、9）闭合使其自保，他的另一对接点给面板指示灯，使指示灯变红，给人们以指示。同时四单元另一个接地故障传感器的光缆传来过荷信号，同样经过九单元输入/输出板9A11的相关电路经P1-12到9A5板经过故障计时，三次后（假如设三次）输出地信号（P2-A7），经过9A11板使继电器1K52动作，机器在降为低功率的同时，其接点使指示灯变红，给人们以指示；再三次过荷后，9A5（P2-A8）输出地信号，经过9A11板使1K53动作，其接点导致机器掉高压。（如图1）
图1
2.2 反射功率过荷（控制1）
发射机的天馈系统的驻波比对于发射机正常稳定的运行有着很大的影响。如果驻波比过大，将会在发射机平衡转换器、谐波滤波器及高末槽路等部位产生高电压，导致打火，严重会将损坏真空电容、电感等元件，因而DF100A（418F）发射对发射机反射功率过大即驻波比过大，采用机械保护方式，在发射机上安装了反射功率表，当反射功率超过一定值时〔反射功率表上红色指针设定的功率值〕，反射功率表内部的继电器动作，发射机从高功率降到低功率如果反射功率还是过大，那么发射机将被关断。由于继电器机械保护动作时间为毫秒级，对于某些雷电、天馈系统的打火等，引起瞬时反射功率过大是不起作用的，因而DF100A （418F）发射机又安装了高速驻波比保护电路，采用电子保护方式，使保护动作时间提高到了微秒级。6A3-11和6A3-12是反射功率表内部的继电器的接点，控制电源合闸以后，该接点是接通的，24V通过9A5P1-A4加到的光耦上，如果有地信号就可导通，这个地信号来源于1A17（高速驻波比检测）的1A17TB1-16。（如图2）
图2
分析1A17，来自反射功率取样探头3A8J2的信号通过屏蔽线接到1A17TB1-12上经R2，C8滤波后接到U2的同向端，地线屏蔽层接1A17TB1-11经R3，C9滤波后接到U2的反向端，反射功率信号经U2放大后送到U3双电压比较器LM393N。比较器U3的同向端U3-3接固定电压4.6V，反向端U3-2接U2的输出端，正常情况下（没有过荷信号），U3-3>U3-2输出U3-1=15V，为高电平。场效应管Q1 IRFD9123（P沟道）载止TB1-15=0V，场效应管Q2 IRFD123（N沟道）VGS为正，使Q2饱和导通，输出端子1A17TB1-16=0V，提供调制器控制器接地通路，控制1灯亮；当反射功率超过规定值后，比较器U3输入端U3-2>U3-3，U3输出端U3-1=0.71V为低电平，Q1饱和导通TB1-15=15V，继电器1K54吸合使其接点（9、5）闭合，1K44带电自保，其接点使指示灯变红，反射功率指示灯亮，Q2截止TB1-16 悬浮高电位调制器控制器保护动作封锁了高压，起到了高速驻波比保护作用。
2.3 PA屏流过流（如图3）
图3
当PA屏流发生过流时PA过流继电器1K38就得电其常开接点（8，12）闭合PA屏极过流继电器1K31得电，其自保接点（5，9）闭合使其保持带电。机器面版上的PA屏流指示灯将变红。同时1K38的另一对接点（5、9）接通高压断回路，使机器掉高压。
2.4 PA帘栅过流（如图4）
图4
当PA帘栅发生过流时PA帘栅过流继电器1K40就得电其常开接点（8，12）闭合PA帘栅过荷继电器1K33得电，其自保接点（5，9）闭合使其保持带电。机器面版上的PA帘栅指示灯将变为红色。同时1K40的另一对接点（5、9）接通高压断回路，使机器掉高压。
2.5 IPA阴流过荷（如图5）
图5
当IPA阴流发生过流时IPA过流继电器1K41就得电其常开接点（8，12）闭合IPA屏极过流继电器1K34得电，其自保接点（5，9）闭合使其保持带电。机器面版上的IPA屏流指示灯将变为红色。同时1K41的另一对接点（5、9）接通高压断回路，使机器掉高压。
3 结束语
DF100A型短波发射机现已均实现智能化、科学化管理。为确保发射机稳定运行，但维护仍离不开每个值班、检修人员的基础性工作。过荷电路的校准和整定在发射机维护中起着非常重要的作用，要确保安全播出，必须参照标准按照要求做好此项工作。作者论述了相应的问题、校准的重要性及其工作原理的分析，防止造成意外事故，一起和各位同仁共勉学习交流。
参考文献
[1]DF-100A短波发射机使用说明书[Z].广播电影电视设备制造厂.
电气设计和电路设计范文6
关键词：建筑电气；设计；若干问题
中图分类号：TB文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）12-0174-02
1 建筑电气设计的概述
1.1 建筑电气设计的基本原则
随着现代建筑的发展以及人们生活水平的提高，在建筑电气设计上也有了更高的要求，从最基本的保障安全，到现在追求其实际经济效益、节能等等，发生了很大的变化，具体而言，建筑设计必须遵循以下原则：
（1）满足建筑物的使用功能。
建筑设计应首先必须满足建筑物在照明、照度等方面的需要；其次要满足建筑空调的温度和风量；再次是还要满足建筑物的通道的通畅；最后是满足建筑特色工艺的需求。例如保障大型会议中心的照明用电，以及高档娱乐场所的音响等电气设施用电等。
（2）考虑实际经济效益。
节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。我们在节能技术开发的过程中，必须按我国目前的实际情况来衡量其具体的经济效益，防止在节能方面的过度投入而额外增加公司费用。具体操作中，我们应该结合实际，合理增加这一部分费用。
（3）节省无谓消耗的能量。
减少无谓能量的消耗，结合具体建筑的特点和实际情况，找出那些额外能量的损耗，从细节出发，探究具体的节能措施。例如小区内功率过高的探照灯、霓虹等。在具体实践中，我们可以通过新材料和新设备降低其损耗。
1.2 设计要达到的目标
（1）在进行居民电气设计时，要从长远出发，将居民在未来二十到三十年内的用电负荷作为建筑用电的参考，合理设计未来电路，防止后期因为设计达不到使用要求而造成资源浪费。
（2）根据居民生活情况，使每户住宅的供电达到410kW的水平，并保证在住宅居住期内不再改造。
（3）要保证建筑拥有合格的电能质量，保证家用电器正常工作。
（4） 不搞重复建设，为小区建筑居民的电气设计提供参考。
2 建筑电气设计中应该注意的问题
2.1 建筑设计配电回路过少
在建筑电气设计中普遍出现的一个问题就是住宅内的配电回路相对过少，由于回路过少就会增加电路的负载，也就相当于减少了导线的横截面。从具体操作实践来看，建筑的分支回路一般由照明、空调插座、电源插座、厨房电源插座等等组成。居民在电路设计时，一般会在卧室安装空调插座，我们应该根据空调负荷的大小，安装两个回路，防止电路负荷过高而发生火灾。居民建筑电路设计的回路应该不少于五个，而且分支所使用的导线横截面不小于2.5平方毫米，且应该用铜芯的导线，最好不要使用铝制的导线。
我们在进行导线铺设时，要采用暗敷设的方式，也可以将铜芯绝缘导线用穿管的方式，且穿线管要选用符合要求的，具有阻燃性能的PVC管，禁止将导线直接埋在墙体内进行铺设，以减少发生电路短路发生火灾的可能。一般来讲，应该有电话线路、有线电视线、还有从配电箱出来的回路，总计至少有七八条线路，这些线路中，除了照明线路应该至于顶板辐射外，其它的线路应该铺设在地面垫层里面，而各线路之间彼此交叉也是在所难免。对于铺设线路，由于考虑到最近线路辐射，且居民住宅建筑垫层又非常薄，所以线路交叉的问题很难得到很好的解决；此外照明线路一般通过顶棚灯的接线盒来进行分线，居民在铺设地板时，经常会将敷设在地面下的线路进行打断，很容易造成电路安全和电气设计使用不方便的问题。在暗敷设线路时，我们可以沿着墙缝垂直、平行地面或者沿着板孔进行敷设，这样能避免这种情况的发生。
2.2 电气线路材料选取不一
（1）在电气设计时，对于居民住宅电缆线最好是使用铜芯塑料线。在实际操作中，很多设计人员或者住户为了节省一部分费用，选择铝线。虽然在成本上稍微节省一点成本，但是增加了日后发生火灾的几率，给日后用电带来了巨大安全的隐患。一般来讲，铜线比铝线的韧性好，机械强度高，导电的性能也强，而且铝线的熔点也低于铜线，表面容易氧化，一旦发生短路，很容易发生火灾。
（2）在居民住宅设计时最好能选择那些导线横截面较大的铜线。例如按照设计要求，进户线至少选择10平方毫米的铜线，但是我们在操作过程中，最好选择16平方毫米的铜线，而对于空调来讲，器回路应该不小于4平方毫米，对于照明回路导线应该用2.5平方毫米的铜线。这是因为随着日后家用电器的使用日益增多，如微波炉、洗衣机、冰箱等等，其产生的负荷会越来越大。如果导线横截面过小，在长期的使用中，导线会发热，机械强度、电压损失、经济电流密度等都是我们必须考虑的因素。导线截面过小，将引起回路阻抗增大，电压质量受到一定的影响，这一点在高层建筑中尤为突出。例如由于导线横截面过小，产生加剧导线发热，加速导线老化，进而发生线路故障引发电击伤人和火灾事故，但是我国目前还没有完成载流量标准的制定。
（3）住户私自在墙上安装明线，造成安全隐患，也不美观。由于家用电气越来越多，室内墙上插座数目太少，早期设计的电气线路已经不能满足住户的要求，许多住户不请专业电工，而是自己随便在墙上安装插座，不仅在电线质量、规格选取上不符合要求，而且由于私自乱接，增加了电路故障的可能性。此外室内纵横交错的电线也影响美观。
2.3 电缆线路设计欠合理
在电路设计过程中，由于线路上下左右纵横交错，即使是小型的工程所使用的电线也不下万米，而对于大工程来说更是不计其数，所以在线路上的损耗是相客观的，因此在电路设计时，一定要对线路的损耗给予高度的重视。一般来讲，低压配电室应该是靠近竖井，并且由低压配电室提供给每个竖井的干线，这样可以有效防止支线沿着于线倒送的现象。另外一方面，我们还可以充分利用部分季节性负荷线路，当这些线路使用率很低时，可以将其调整为常期大额用电的用户使用，缓解输电线的输电压力。
2.4 低压配电系统中导线载流量与断路器整定电流不匹配
在电缆线中的电流量和低压短路器的整定电流配合选择、供电路线中收到短路器保护等等，这些都是经常会遇到的问题，同时也是我们电气设计员应该掌握的基本技能。虽然表面上看起来很简单，但是在实际的操作中面临的问题远不止是这些。总而言之，我们必须以《低压配电设计规范》准绳，高要求高标准，从整体出发，全面考虑各种影响因素。
2.5 高层住宅建筑内电缆转接箱设置的问题不合理
电缆转接箱实质就是居民的电源总配电箱。箱体有箱身、侧板、安装板和面板组成，嵌墙式面板和门框和门组成，箱身与门框的联结是采用焊接式内铰链，在箱内右侧下方侧壁上焊有接地螺栓，并且还有接地标志。在诸多高层居民建筑电路设计中，电气设计员讲电缆转接箱设置在远离进线电的某个小房间里，却忽视了由建筑物外引入的配电线路。虽然在《供配电系统设计规范》中已经有了明确的规定：室内靠近进线点便于操作维护的地方装设隔离电器。但是现实生活中，这种不科学、不符合要求的设计依然还很普遍。假如一旦高层居民楼某一层发生火灾事故，消防员还得专门去找到电缆转接箱，然后再切断电源，这样浪费了大量宝贵时间。
3 电气设计中问题原因分析
在实际电气设计中出现的这些问题较大一部分的原因是由于电气设计人员对目前我国制定的相关标准和规范理解还不够透彻、对施工材料缺乏有效的控制能力、对现场实际工作还缺乏深入的了解等等而造成的。为什么电气设计问题一而再，再而三的反复出现，有待于我们深入分析，本人结合自己多年实际工作经验认为主要原因有以下几点。
3.1 设计各门类知识多
电气工程设计人员必须拥有专业工程项目负责人的能力, 才能搞好设计工作。这就需要我们具有大量的相关行业的知识作为基础和后盾。对于这部分知识的掌握和学习占用了我们很多的时间，消耗了大量的精力。
（1） 负荷分级及计算, 电源及供配电系统, 应急电源, 变电所所址选择及布置, 短路电流计算。
（2）电气设备材料选型,电气设备和材料的特点是品种、规格、技术指标多、技术更新快。
（3）变电所控制、测量、继电保护、自动装置、信号。
（4）变电所操作电源。
（5） 防雷及过电压保护。
（6）静电、接地。
（7）电缆线路、室内外布线。
（8） 电动机。
（9） 照明。
（10） 用电节能。
（11） 用电安全。
（12） 熟悉 40 本以上常用电气设计规范（另外还需要了解相关施工验收规范）。
（13） 熟悉工厂特性对设计的基本要求。
（14） 防电磁干扰。
（15） 熟悉 5 本以上设计手册。
（16） 我国幅员辽阔, 要了解环境特征对电气设备的影响等其他许多知识。
从上面的相关知识点的总结我们可以看出，如果要掌握这些知识需要投入大量的精力和时间，不是一蹴而就的，同时也要求我们要不断去更新和巩固自己是专业知识和技能。
3.2 需要有工程设计实际经验
如果仅仅是简单的掌握了书本上的知识，是很难把电气设计做好的，需要由实际经验和解决问题较强的设计人员，通过自己实践经验克服设计中遇到的各种问题。工程设计过程中, 由于工程设计千差万别, 工况千变万化, 所以总会遇到各种困难，总会有总会有不利的设计因素，这也就是为什么很多设计人员对设计结构总是感到不满意的重要原因。我们以石化行业为例，石化行业的特点是装置高度集中、全年连续生产、设操作程序复杂、备管道密集、严密, 爆炸火灾危险介质多、高温、高压、易燃、易爆、易中毒、易腐蚀、等等。对于石化企业来讲，雷电和静电直接关系到企业生产的安全额人身安全。其对电气工程的可靠性和安全性要求非常的高。因此，电气工程设计员必须精通变压和配电器，精通企业的供电的可靠性、安全性等等。而这些工程设计的相关的知识需要我们在实际的工作中去获得。在我国目前普遍存在的现象是：工程前期要减投资、后期又抢进度, 工程交工时，又要求高标准和高质量, 这样搞标准高要求，设计人员很难适应。在工程设计时，忽视总结、不去思考、不相互交流宝贵的经验和技术, 没有时间做更深入细致的工作，所以会出现年青的设计人员工作干了好多年，但却只懂皮毛，遇到实际问题还是无法解决。
3.3 需要合理的资料管理体系
在不少设计单位，普遍存在这样一种现象，设计人员身边资料堆积如山，但是一旦用到实际情况，就茫然不知所措。这样不仅浪费了很多时间，而且设计出来的电路漏洞百出。大量的资料使用率低下，还需要花大量时间去不断整理和保存。
4 结语
虽然电气设计是建筑工程的一项重要内容，但是在我国目前还没有制定出有关建筑电气设计相关标准，仍然还没有引起行业也重视，比如家庭住宅电气设计不规范、考虑不够周全，同时电气设计人员整体经验还不足、知识掌握还不丰富等，以上这些问题都有待于我们去解决。
参考文献
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