第一篇：高層住宅低壓供配電系統設計論文

一、高層住宅低壓電源配置

1.我國的高層住宅按照用電的負荷

（1）一類高層住宅

包括消防用電負荷、值班照明、應急照明、走廊照明、業務和計算機系統、電子信息設備機房、安防系統、排污泵、生活水泵、航空故障照明、客梯為一級負荷。

（2）二類高層住宅

包括消防用電負荷、走廊照明、安防系統、客梯、生活水泵、應急照明、值班照明為二級負荷。

2.配置原則

在對高程住宅低壓電源系統進行設計時，應該注意消防負荷對供電方面的要求，其要求一般會高于非消防供電要求。

（1）非消防一、二級負荷供電要求

1）一級負荷應該由雙重電源進行供電，這樣可以保證在其中一個電源發生故障的情況下，另一個電源可以進行正常工作，避免同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除了要有雙重電源進行供電以外，還應該增加備用的電源。但不能將其他負荷接入到備用的供電系統中，以免在應急的情況下不能正常使用。2）二級負荷的供電電源應該由兩個回路進行同時供電，確保電量的充足。

（2）民用建筑的供電要求

當消防用電的負荷等級為一級時，其主電源和備用電源應該獨立于專用回路的雙電源進行供電；當消防負荷等級為二級時，其主電源和變電系統應該采用雙回路的電源進行供電。當需要為消防用電設備提供雙重電源的時候，可以將任何一個回路設置為主電源；當出現電源斷電的情況時，可以保證另一個電源自動進入供電的狀態。高層住宅中的消防配電系統裝置應該設置在建筑物的電源線處或者是配變電所處，其應急裝置也要和主配電裝置進行分開設置。在條件不允許的情況下，不能分開設置。這就需要將其與主電源并列布置，在兩者的分界處設置防火隔斷，配電裝置應根據情況進行明確的標注。

3.干線配置

（1）第一種方案

獨立的兩路電源和兩臺變壓器進行分列運行，對低壓單母線進行分段，設置應急的電源做備用。這種方式可以保證供電的可靠性，適用于高層建筑中，特別是負荷量較大的高層住宅。

（2）第二種方案

采用一路電源和一臺變壓器，將低壓單母線進行分段。設置應急備用電源，此備用電源可以有效的滿足消防負荷和非消防負荷的使用。這種方案適用于一般的高層建筑住宅，不適用于超大負荷的住宅。這種方案雖然滿足了規范化的要求，但應急電源由于容量較大，其投資也相對較高。

（3）第三種方案

使用一路電源和一臺變壓器，采用低壓單母線分段，并由電源線低壓側引出兩回路電源，分別用到不同的低壓分母線段中。設自備的應急電源做備用，其電源的容量應該滿足消防負荷用電。

（4）第四種方案

采用兩路電源和兩臺變壓器，低壓設置一般的負荷母線和重要的負荷母線，這兩個母線要分開。兩路電源為獨立電源時，適用于無重要負荷的高層住宅。如果兩路電源不是獨立電源，則其使用于二類高層住宅。這種方案較簡單，負荷的關系也很明確，便于維護和管理。

二、高層住宅的低壓供配電系統

1.低壓配電系統注意事項

在高層住宅中的低壓配電系統設計中，要將照明、電力、消防和防災用電負荷形成獨立的系統。在消防負荷方面，應該在建筑進線處設立單獨的配電裝置。以便當遇到火災事故時，消防人員能夠快捷的切斷消防負荷電源。在供配電設計中，應該對低壓配電級數進行控制，其級數最好不要超過三級。在減少配電級數的過程中，不能盲目的認為將部分配電箱的總開關由斷路器換成隔離開關，這樣不能達到限制級數的效果。在有關建筑工程設計措施中，要對配電級數有明確的定義。配電級數是通過配電裝置將一個供電回路分成幾個供電回路來進行分配供電，但不能因為其進線開關的改變來決定其配電級數。在配電箱和配電回路的劃分過程中，應該根據具體的防火分區、配電的負荷性質和管理維護等多個條件進行綜合分析和確定。

2.高層住宅低壓配電干線分支方式

常用的低壓配電方式主要有三種。

（1）樹干式配電

樹干式的配電方法主要是將各層的配電箱設置在電氣豎井力，這樣就可以通過接式封閉母線槽、欲分支電纜或者是電纜穿刺線夾對電進行有效的分支，這種方式適用于樓層較多的住宅。對于這種負荷量比較大的住宅，一般可以用這種方式減少低壓配電屏的數量，并且這種方式在安裝維修方面都比較方便。

（2）分區樹干式

這種配電方式采用的是每個回路干線對一個供電區域，這種供電方式有一定的可靠性。其中，每個回路干線對應的層數為5～6層。對于高層住宅來說，由于涉及的層數較多，所以其分區的層數可以適當進行調整，但最高層數不要超過10層。

（3）放射式

放射式也是高層住宅低壓配電方式的一種，在消防設施和重要用電負荷中適合采用放射式的配電方式，即采用專用的垂直干線回路。回路與備用回路相互獨立，不共線、不共管，可以使兩個回路在末端配電箱進行自動的切換。

3.高層住宅配電設計

在對高層住宅進行用電負荷計算時，應該根據住宅中每戶綜合用電的指標作為計算參數。在進行計算時，要綜合分析高層住宅所在地的能源組成、氣候特點和用電負荷的發展趨勢、用電負荷計算容量等問題。高層住宅兩室戶的綜合用電負荷約為3.5～4.5kw，3～4戶的用電負荷為4.5～5.5kw。在計算住宅單元配電干線和變電所負荷時，應該乘以相應的系數，如1～10戶系數為1～0.8、10～20戶系數為0.75～0.85。在計算多個變電所的計算負荷時，應該乘以同期限系數。在進行高層住宅電能計量的過程中，可采用單元總表的計度方式，總表所帶的用戶應控制在20戶以內。在進線計算電流大于30A時，采用三相電源供電，使用三個單相總表，將臨近樓層劃分在一個總表內。每套住宅都應該安裝允許過載大于等于四倍的電能計量裝置，并將裝置設置在住戶門外公共地方或電氣豎井中。干線系統應該按照住宅層數、住宅平面組合形式和計費方式，采用不同形式來進行電能計量。住宅中的樓梯、消防設施都應該按照防火規范來設計電源和干線。其中，備用電源或兩路干線應該在末級配電箱處自動切換。

三、結語

高層住宅的低壓供配電系統作為電氣工程系統是一項復雜的工程，隨著住宅的增多，住宅的用電量也在不斷的增長。尤其是高層住宅中，供配電設計存在著許多的問題。通過對這樣問題的分析和總結，針對具體的工程，可以為居民和住宅設計出合理的供配電系統，保證供電的質量。配電系統的設計要遵循“安全第一”的原則，以便為城市的建設提供有利的保障。

第二篇：2012年電氣工程師《供配電》考試：低壓配電設計

2012年電氣工程師《供配電》考試：低壓配電設計1

一、電器的選擇

1)低壓配電設計所選用的電器應符合下列要求:

1、電器的額定電壓應與所在回路標稱電壓相適應;

2、電器的額定電流不應小于所在回路的計算電流;

3、電器的額定頻率應與所在回路的頻率相適應;

4、電器應適應所在場所的環境條件;

5、電器應滿足短路條件下的動穩定與熱穩定的要求。用于斷開短路電流的電器，應滿足短路條件下的通斷能力。

2)驗算電器在短路條 件下的通斷能力，應采用安裝處預期短路電流周期分量的有效值，當短路點附近所接電動機額定電流之和超過短路電流的1%時，應計入電動機反饋電流的影響。

3)隔離電器的安裝

1、當維護、測試和檢修設備需斷開電源時，應設置隔離電器。

2、隔離電器應使所在回路與帶電部分隔離，當隔離電器誤操作會造成嚴重事故時，應采取防止誤操作的措施。

3、隔離電器宜采用同時斷開電源所有極的開關或彼此靠近的單極開關。

4、隔離電器可采用下列電器：單極或多極隔離開關、隔離插頭;插頭與插座;連接片;不需要拆除導線的特殊端子;熔斷器。半導體電器嚴禁作隔離電器。

4)通斷電流的操作電器可采用下列電器：

1、負荷開關及斷路器;

2、繼電器、接觸器;

3、半導體電器;

4、10A及以下的插頭與插座。

二、導體的選擇

1)導體的類型應按敷設方式及環境條件選擇。絕緣導體除滿足上述條 件外，尚應符合工作電壓的要求。

2)選擇導體截面，應符合下列要求：

1、線路電壓損失應滿足用電設備正常工作及起動時端電壓的要求;

2、按敷設方式及環境條件確定的導體載流量，不應小于計算電流;

3、導體應滿足動穩定與熱穩定的要求;

4、導體最小截面應滿足機械強度的要求，固定敷設的導線最小芯線截面應符合下面的規定。

敷設方式 最小芯線截面(mm2)

絕緣導線穿管敷設： 銅 芯1.0 鋁芯 2.5

絕緣導線槽板敷設： 銅 芯1.0 鋁芯 2.5

絕緣導線線槽敷設： 銅 芯 0.75 鋁芯 2.5

3)敷設路徑的冷卻條件：沿不同冷卻條件的路徑敷設絕緣導線和電纜時，當冷卻條件最壞段的長度超過5m，應按該段條件選擇絕緣導線和電纜的截面，或只對該段采用大截面的絕緣導線和電纜。

4)環敷設境溫度的校正：導體的允許載流量，應根據敷設處的環境溫度進行校正，溫度校正系數可按下式計算：

K=√(t1-t0)/(t2-t0)(2.2.4)

式中K：溫度校正系數;

t1：導體最高允許工作溫度(℃);

t0：敷設處的環境溫度(℃);

t2：導體載流量標準中所采用的環境溫度(℃);

5)導線敷設處的環境溫度：

1、直接敷設在土壤中的電纜，采用敷設處歷年最熱月的月平均溫度;

2、敷設在空氣中的裸導體，屋外采用敷設地區最熱月的平均最高溫度;屋內采用敷設地點最熱月的平均最高溫度(均取10年或以上的總平均值。)

6)中性線截面

1、在三相四線制配電系統中，中性線(以下簡稱N線)的允許載流量不應小于線路中最大不平衡負荷電流，且應計入諧波電流的影響。

2、以氣體放電燈為主要負荷的回路中，中性線截面不應小于相線截面。

3、采用單芯導線作保護中性線(以下簡稱PEN線)干線，當截面為銅材時，不應小于10mm2;為鋁材時，不應小于16mm2;采用多芯電纜的芯線作PEN線干線，其截面不應小于4mm2。

7)保護線(以下簡稱PE線)截面

1、當保護線(以下簡稱PE線)所用材質與相線相同時，PE線最小截面應符合下表的規定。

表 PE線最小截面

相線芯線截面S(mm2)PE線最小截面(mm2)

S≤16 S≤S ≤35 16

S>35 S/22、PE線采用單芯絕緣導線時，按機械強度要求，截面不應小于下列數值： 有機械性的保護時為2.5mm2;

無機械性的保護時為4mm2。

3、裝置外可導電部分禁用作PEN線。

4、在TN-C系統中，PEN線嚴禁接入開關設備。

第三篇：電子系統級設計論文

電子系統級（ESL）設計

摘要：電子系統級設計（ESL,Electronic System Level)設計是能夠讓SOC 設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件的一套方法學，并提供下游寄存器傳輸級(RTL)實現的驗證基礎。ESL牽涉到比RTL級別更高層次的電路設計，其基本的關注點在于系統架構的優化、軟硬件劃分、系統架構原型建模、以及軟硬件協同仿真驗證。SystemC是一種很好的軟硬件聯合設計語言,它不僅可以幫助設計人員完成一個復雜的系統設計,還可以避免傳統設計中的各種弊端,并提高設計效率。關鍵詞：電子系統級設計；SOC；SystemC 1 引言

目前，高質量的電子系統設計變得越來越復雜和困難。功能更繁雜的設計需求，更短的上市時間，不斷增加的成本壓力使這種趨勢看起來還在加速。從應用概念到硅片實現的過程已經不能僅僅靠工程師聰明的大腦來完成，而更需要依賴于嚴格完善的設計方法學。

隨著片上系統（SoC，System on Chip)設計復雜度的不斷提高，設計前期在系統級別進行軟硬件劃分對SoC各方面性能的影響日趨增加，迫切需要高效快速性能分析和驗證方法學。傳統的RTL仿真平臺不能提供較快的仿真速度與較大的仿真規模，FPGA平臺則不能提供詳細的性能分析指標，而電子系統級設計（Electronic System Level，ESL）方法，不僅提供高速的仿真驗證手段還提供詳細的性能分析指標，已經成為當今SoC設計領域最前沿的設計方法，它是能夠讓SoC設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件的一套方法學。電子系統級設計（ESL，Electronic System Level）牽涉到比RTL級別更高層次的電路設計，其基本的關注點在于系統架構的優化、軟硬件劃分、系統架構原型建模、以及軟硬件協同仿真驗證。全新的ESL工具為電路系統級建模提供了虛擬原型的基本仿真平臺。電子系統級設計正在從學術研究的課題變成業界廣為接受的建模手段，它完成從理想應用優化到目標體系結構建立。而后依據預期產量規模的不同，用SoC 芯片或可編程平臺實現。2.傳統SOC設計方法的局限

目前的設計方法不能充分利用設計能力來快速構建滿足市場需求的SoC。而只有快速適應消費電子市場的變化，商業系統設計公司才能在競爭中勝出。這使SoC設計方法的研究具有重要的現實意義。

目前在技術上，SoC設計面臨的主要挑戰是在系統建模和硬件設計之間的不連續性。通常系統是使用C語言或其他系統描述語言定義的。而系統的集成電路實現卻使用硬件描述語言，因此導致轉換和重寫系統的負擔。這樣的流程使得設計過程中容易出錯而且耗時。驗證流程中需要仿真大規模系統，仿真速度難以需滿足設計需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象層次。SoC系統中的組件具有多樣性異質性，包括各個專業的設計，模擬和數字設計等等，需要提供異質的仿真環境以及對系統級設計空間的探索復雜性的管理。千萬門級的規模使得設計本身的管理成為問題深亞微米集成電路中，沿線延遲的增加使時序收斂問題顯得更加突出，需要消除前端邏輯設計和后端物理設計的反復返工問題傳統的設計重用方法需要適應規模的增長。系統設計需要具有競爭力，從基于芯片的設計方法，過渡到基于IP核的設計也是必然趨勢。雖然可以使用標準接口，但是更理想的辦法是分離出通訊部分，使用接口綜合技術。因此需要設計工具重點面向模塊間的通訊和互連，門級和寄存器傳輸級(RTL)仿真速度太慢，不適合系統設計。需要提高設計的抽象層次。SoC設計的趨勢是向高層抽象移動，更強調芯片級的規劃和驗證。強調早期芯片級規劃，以及軟硬件系統驗證。軟硬件協同設計方法是SoC設計方法學研究的重要領域。主要目的是開發適應設計需求的設計方法和相應的電子設計自動化軟件。在設計中通常一種技術是不能滿足設計要求的，因此要結合研發成本和開發周期等等因素，綜合考慮各種技術。3.ESL設計的基本概念

ESL設計指系統級的設計方法，從算法建模演變而來。ESL設計已經演變為嵌入式系統軟硬件設計、驗證、調試的一種補充方法學。在ESL設計中能夠實現軟硬件的交互和較高層次上的設計抽象。ESL設計能夠讓SoC設計工程師以緊密耦合方式開發、優化和驗證復雜系統架構和嵌入式軟件，并能夠為下游的寄存器傳輸級(RTL)實現提供驗證基礎。

ESL設計以抽象方式來描述系統單芯片（SoC）設計。在ESL設計中，系統的描述和仿真的速度快，讓設計工程師有充裕的時間分析設計內容。并且能提供足夠精度的虛擬原型，以配合軟件的設計。ESL設計不僅能應用在設計初期與系統架構規劃階段，亦能支持整個硬件與軟件互動設計的流程。

ESL設計技術與IP模塊能將流程融入現有的硬件與軟件設計與工具流程，在SoC開發流程中扮演協調統合的角色。它們讓工程師能開發含有數百萬邏輯門與數十萬行程序代碼的設計，并提供一套理想平臺，用來進行驗證，滿足客戶持續成長的需求。

4.ESL設計的特點

ESL設計之所以會受歡迎，主要源于以下五方面功能：功能正確和時鐘精確型的執行環境使提前開發軟件成為可能，縮短了軟硬件集成的時間。系統設計更早地和驗證流程相結合，能確定工程開發產品的正確性。在抽象層設置的約束和參數可以被傳遞到各種用于設計實現的工具中。（1）更早地進行軟件開發

有了虛擬的原型平臺意味著可以更早地開始軟件開發。對于目前基于SystemC語言的ESL設計方法學來說，ESL設計工程師可用SystemC生成一個用來仿真SoC行為的事務級模型。由于事務級模型的開發速度比RTL模型要快得多。在RTL實現以前，完成TLM建模后的系統就可以開始軟件的開發。這樣軟件的開發可以和RTL實現同時展開，而不是傳統上的在RTL實現完成以后才開始軟件的開發。雖然部分和硬件實現細節有關的軟件要在RTL完成以后才能開始，但還是可以節省大量的開發時間。（2）更高層次上的硬件設計

為了適應不斷變化的市場要求，需要不斷推出新產品或經過改進的產品。在SoC設計中可以通過改進一些模塊的性能、增加功能模塊或存儲器、甚至在體系結構上做出重大的調整。因此設計工程師必須擁有可實現的快速硬件設計方法。為了實現快速的硬件設計，在ESL設計須建立在較高層次上的抽象如事務級建模（TLM）。事務級模型應用于函數調用和數據包傳輸層。傳輸級模型可以分為事件觸發型和時鐘精確型，這些模型能夠提供比RTL級模型快好幾個數量級的仿真速度。ESL工具的挑戰就是既要保持足夠精度的時序信息來幫助設計決策，又要提供足夠的仿真速度以滿足大型的系統軟件（如OS啟動）在可接受的時間內的完整運行。只要掌握了這種平衡，就可以在高級設計中驗證時序和設置約束條件，再將這些優化的設計分割、分配到各個不同的軟、硬件設計工作組去加以實現。RTL仿真通常只能提供10MIPS到數百MIPS左右的性能；然而，時鐘精確型的ESL仿真卻能達到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）設計的可配置性和自動生成

越來越多的系統強調自己的可配置性，諸如：不同的處理器、不同的總線帶寬、不同的存儲器容量、無數的外設。配置和生成出來的設計必須和驗證環境得到的結果完全一致，并延續到整個設計流程中。通過ESL模型，結構設計師能夠找到最好的配置方案。但是，這樣產生出來的結果需要和一套骨架的驗證環境同步到設計實現中去。如ARM已經實現了從RealView SoC Designer ESL環境中自動導入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和綜合流程，并且可以從coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中啟動ARM PL300 AXI可配置互聯生成器，來生成AXI總線系統。（4）方便的架構設計

ESL架構設計能完成功能到運算引擎的映射。這里的引擎指的是那些可編程的目標——如處理器、可配置的DSP協處理器，或者是特殊的硬件模塊如UART外設、互連系統和存儲器結構。這是系統設計的開始環節，從行為上劃分系統，驗證各種配置選擇的可行性及優化程度。ESL工具對于開發可配置結構體系是非常關鍵的。它使系統結構從抽象的行為級很容易地映射到具體的硬件設計，從而方便決定哪些模塊可以被復用，哪些新模塊需要設計。還能提供必要信息指導最優化的通訊、調度和仲裁機制。（5）快速測試和驗證

由于ESL設計中的抽象級別明顯高于RTL設計抽象級別，ESL設計中可以做到描述模塊內的電路狀態、精確到納秒的轉換以及精確到位的總線行為。相比使用RTL，使用周期精確的事務級模型將使硬件驗證和硬件/軟件協同驗證速度快1000倍或者更多。這種方法不僅可產生用于驗證系統行為，它還支持與較低抽象級別的RTL模型的協同仿真。如果ESL設計抽象級別被當作一個測試臺的話，當下游的RTL實現模塊可用時，它們便可在這個測試臺上進行驗證。

系統級的HW/SW協同驗證要優于C/RTL實現級的HW/SW協同驗證。因為在系統級的驗證可以在較早的展開，而不必等到底層的實現完成后才開始。在底層實現沒有開始前的協同驗證可以及時修改體系結構或軟硬件劃分中的不合理因素。越高層次上的驗證，可以越大程度上減少修改設計帶來的損失。5.ESL設計方法

ESL作為一種先進的設計方法學，能夠用于硬件的功能建模與體系結構的探察，給硬件架構設計人員提供準確可靠的設計依據，因此在本章的內容里將將詳細介紹ESL設計的基本流程與ESL的核心方法—利用SystemC實現事務級建模的基本理念。

首先要指出的是在設計的哪個階段使用ESL設計方法和ESL設計工具。每一個電子產品的設計過程以某一種形式的頂層定義開始。這個定義過程可以以文本的形式描述，也可以用圖表、狀態圖、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL設計并不是定位在這個層次上的設計。而是通過描述系統怎樣工作，并為進一步的實現提供一個解決方案。ESL設計成為系統和更加底層設計之間的橋梁。ESL設計包括功能設計和體系結構設計兩大領域。

系統的行為由功能模塊實現，功能模塊設計必須關注系統的應用。功能設計不考慮硬件和軟件，物理和工藝。功能設計包括實現功能模塊結構、模塊之間的通信和它們的基本行為。在ESL中一個硬件功能模塊的設計包括定義正確的功能，確定輸入和輸出，劃分子模塊，確定子模塊的結構、數據流和控制邏輯，還要為其模塊建立測試環境。這個設計過程和RTL的設計流程相似，但他們在不同的抽象層次上，使用不同的設計語言，例如，在ESL的功能模塊建模過程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL級建模則使用Verilog或者VHDL。

體系結構設計首先要建立平臺的描述。接著將應用的功能部件影射到平臺。驗證體系結構模型，并根據成本和性能優化這個結構。在體系結構設計中需要考慮處理器的類型、處理器的數量、存儲器的大小、Cache性能、總線互聯和占用率、軟件和硬件的功能劃分和評估、功耗的評估和優化等。

首先ESL接受一個設計定義的輸入，這個定義可以是文本、圖表、算法或者是某種描述語言如UML，SLD，MATLAB等的描述。對于這個輸入的定義，在ESL設計完成算法的開發，接口定義，用ESL語言或其他語言來描述來完成體系結構的設計。并在此基礎上完成軟硬件的劃分。完成軟硬件劃分后，可以開始軟件和硬件的設計。在硬件設計中，對于功能單元需要在較高層次上的建模，完成功能設計。比如說用SystemC進行事務級的建模。

用C/C++或其他高級語言完成應用軟件的設計。在這個階段開始軟硬件的協同驗證，根據協同驗證的結果反饋給體系結構和軟硬件劃分。后者根據性能、成本等因素重新做出調整。軟硬件的設計和驗證，包括軟硬件的協同驗證是一個重復的過程，在整個設計過程中都要根據驗證的結果對體統和設計做出調整。完成驗證的硬件和軟件設計就可以組成一個完整地系統級設計。傳遞給下一級 的設計作為輸入。比如說是ESL設計為軟件應用提供C或C++語言描述的程序。為定制電路提供Verilog或VHDL語言描述的硬件設計。為硬件平臺提供PCB板的功能部件或抽象層IP，比如說基于SystemC的IP。在實現ESL設計流程的具體過程中，有不同的實現方法可以采用。下面介紹兩種應用得比較多 的設計方法。

在完

成系統功能定義后，設計方法之一是從系統的定義開始，先進行算法級設計。通常用MatLab等工具進行算法的分析，接著用Simulink等工具進行數據流的分析。完成分析后進行體系結構的平臺的設計。體系結構和平臺設計要進行系統級的驗證，以確定結構是否合理。在體系結構的設計中，首先從IP庫中獲取已有的硬件模塊的事物級模型，如處理器和總線模型，或者重新設計IP庫中沒有的模塊的事物級模型。硬件模塊的事物級建模完成后，建立系統模型。接下來輸入軟件參考模型進行軟硬件的協同驗證。體系結構的系統級驗證的目標是確定存儲器的大小、DMA的定義、總線帶寬和軟硬件劃分等。

與圖2中的ESL設計方法一相比，圖3中的設計方法是直接由軟件參考代碼開始，創建事物級模型的虛擬平臺，在此基礎上進行系統結構設計，驗證和性能的分析。通常，軟件參考代碼已實現了基本功能，特別是保證了算法及數據流等的正確性。如，軟件參考代碼可以是某一標準協議的用C語言寫的參考代碼。在軟件參考代碼和事物級模型的基礎上分別進行軟件和硬件的設計。在軟件設計中，會把建立完成的虛擬平臺和構架作為集成開發環境的一部分。集成開發環境還包括編譯器和調試工具的開發。在設計的過程通過軟硬件的協同驗證調整設計的內容。

6.SystemC的系統級芯片設計方法研究

在傳統設計方法中,設計的系統級往往使用UML,SDL, C, C++等進行描述以實現各功能模塊的算法,而在寄存器傳輸級使用硬件描述語言進行描述。最廣泛使用的2種硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL,傳統的系統設計方法流程如圖3所示。從圖中不難看出,傳統的設計方法會出現如下弊端:首先,設計人員需要使用C/C++語言來建立系統級模型,并驗證模型的正確性,在設計細化階段,原始的C和C++描述必須手工轉換為使用VHDL或Verilog HDL。在這個轉換過程中會花費大量的時間,并產生一些錯誤。

其次,當使用C語言描述的模塊轉換成HDL描述的模塊之后,后者將會成為今后設計的焦點,而設計人員花費大量時間建立起來的C模型將再沒有什么用處。再次,需要使用多個測試平臺。因為在系統級建立起來的針對C語言描述的模塊測試平臺無法直接轉換成針對HDL語言描述的模塊所需要的測試平臺。

無論采用什么樣的設計方法學,人們都需要對SOC時代的復雜電子系統進行描述,以選擇合適的系統架構進行軟硬件劃分、算法仿真等。描述的級別越低,細節問題就越突出,對實際系統的模仿就越精確,完成建模消耗的時間、仿真和驗證時間就越長。相反,描述的抽象級別越高,完成建模需要的時間就越短,但對目標系統的描述也就越不精確。作為設計人員必須在速度和精確性之間做出選擇。

人們對系統級描述語言的要求是:高仿真速度以及建模效率、時序和行為可以分開建模、支持基于接口的設計、支持軟硬件混合建模、支持從系統級到門級的無縫過渡、支持系統級調試和系統性能分析等。人們迫切需要一種語言單一地完成全部設計。這種語言必須能夠用于描述各種不同的抽象級別(如系統級、寄存器傳輸級等),能夠勝任軟硬件的協同設計和驗證,并且仿真速度要快。這就是所謂的系統級描述語言SLDL,而傳統的硬件描述語言如VHDL和Verilog HDL都不能滿足這些要求。SystemC就是目前這方面研究的最新、最好的成果,他擴展傳統的軟件語言C和C++并使他們支持硬件描述,所以可以很好地實現軟硬件的協同設計,是系統級芯片設計語言的發展趨勢。7.ESL綜合

“ESL綜合”到底有沒有一種明確的定義，能讓我們確信ESL綜合是一種可行的設計技術，或者用于評估某款所謂的ESL綜合工具是否真的能夠完成綜合工作？憑借Synplicity營銷高級副總裁AndrewHaines在電子設計自動化(EDA)方面的工作經驗，關于ESL綜合的定義，建議是：此定義應該突出ESL綜合與其他ESL設計工作相比的獨到之處。

首先，從本質來說，綜合是從一種抽象層級轉變為另一種抽象層級，同時保持功能不變。邏輯綜合是從RTL到邏輯門的轉變；而物理綜合則是從RTL到邏輯門及布局的轉變。因此，ESL綜合是從ESL描述語言到RTL等抽象較低的實施方案的轉變。就ESL綜合的定義而言，選擇哪種描述語言并不重要，因為通過在初始化階段根據不同應用支持多種ESL語言的方式，用戶群最終均能解決這一問題。重要的是，ESL綜合應將設計轉變為抽象較低但功能相當的實施方案。其次，某種技術被定義為綜合技術，就必然與其他形式的轉變存在根本區別。例如，原理圖輸入(schematic capture)很顯然是一種涉及多種抽象層級的轉變，而綜合則不是。綜合與原理圖輸入定義的獨特區別在于香蕉曲線，也

就是說，綜合的結果不是面積與時序關系圖上的一個點，而是一條曲線，表示所有綜合結果均保持相當的功能，但時序與面積不同。因此，根據面積與時序關系自動定義一系列功能相當的解決方案必須作為ESL綜合定義的一部分。

我們已經認識到，真正的DSP綜合需要從算法發展到優化的RTL，市場中已有能夠滿足上述要求的相關ESL綜合技術。這確實是ESL綜合技術的進步。不過，客戶必須始終認識到，有的所謂“ESL綜合”工具實際只能根

據算法描述創建參數化的RTL模型，這種產品不能實現自動化，也無法形成“香蕉曲線”，且對提高工作效率的作用也非常有限。定義本身不會改善ESL設計，即便如此，我們也應當在早期為其下一個明確的定義，以便設計小組了解ESL的真正進步與不足。參考文獻：

[1]劉強.基于SystemC的系統級芯片設計方法研究,現代電子技術，2005（9）[2]陶耕.基于ESL設計方法學的雷達信號產生與處理技術[D].南京理工大學,2009 [3]Ron Wilson.電子系統級設計：從現象到本質.EDN電子設計技術，2008（11）

[4]Bassam Tabbara.電子系統級（ESL）設計：越早開始越好.中國集成電路，2005（12）[5]祝永新.基于ARM ESL平臺的H.264與AVS雙解碼軟硬件協同設計和研究[D].上海交通大學,2010 [6]劉昊.基于ESL的AVS幀內預測算法周期精確級建模.信息技術，2008

第四篇：機電一體化系統設計論文

機電一體化系統設計論文

班級：數控姓名：潘萬順學號：081841191

摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。作為機電系的一名學生，將來工作學習都會以機電為主，所以必須掌握好各種機電的專業知識。我會本著認真的態度對待專業課的學習，提高自己的專業素養.接下來我將介紹一下我對電動機的認識。

關鍵詞：機電一體化；技術；應用

引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

第五篇：低壓配電系統無功補償在提釩煉鋼廠應用

低壓配電系統無功補償在提釩煉鋼廠應用

游洪

（新鋼釩提釩煉鋼廠 維點車間）概況:

無功補償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。目前，許多地方電力系統的無功補償和電壓調節依然采用傳統的調節方式，有載調壓變壓器、靜電電容器等只能手動調節和投切,不能實現實時電壓調節或無功補償。前言

針對我們廠的工藝要求和設備具體情況對電源質量要求較高，電壓是電能質量的重要指標之一，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、安全生產、產品質量和用電單耗都有直接影響。無功電力是影響電壓質量的一個重要因素，電壓質量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質上就是無功問題。解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。

目前我廠高壓變電站為了平衡輸電網的無功功率，也在變電站進行集中補償，但這種補償是靜止補償，其主要目的是改善輸電網的功率因素，提高終端變電所的電壓，補償主變壓器的無功損耗。這些補償裝置一般連接在變電站的高壓母線上，優點是管理容易、維護方便，缺點是對配電網的降損起吧到什么作用。

我廠普遍采用的還有另一種低壓無功補償方式，是在配電變壓器380V側進行集中補償，在這種方式下，補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯電容器柜，容量在幾百至上千千乏不等，它是根據負荷水平的波動，投入相應數量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器的功率因數，實現無功功率的就得平衡，對配電網和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。

特別是我廠180噸以上吊車對電網電壓的變化一般不允許超過±10％。吊車負荷變化極為快速，并且引發大量的無功功率，高的無功電流損耗可以在變壓器的高壓側和低壓側導致明顯的電壓降落，特別在吊車起升下降的經常產生較大的電壓波動、電壓閃變，導致設備損壞，影響生產效率，所以無功功率補償裝置的響應時間是補償裝置最重要的指標之一。

2無功補償的合理配置原則

從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

2.1總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

2.2電力部門補償與用戶補償相結合。

在配電網絡中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網中。因此，為了減少無功功率在網絡中的輸送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

2.3分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗。但不能降低配電網絡的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償。所以，中、低壓配電網應以分散補償為主。

2.4降損與調壓相結合，以降損為主。影響功率因數的主要因素

功率因 數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時，則其力率=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

3.1、異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。

3.2、供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

3.3、電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

3.4、以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。低壓配電網無功補償的方法

提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

4.1、隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

4.2、隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。

隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

4.3、跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

5.1 單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法

(1)美國資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]

(2)日本方法：1/4~1/2容量計算

考慮負載率及極對數等因素，選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。此法在節能技術上廣泛應用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負載運行狀態下，其補償效果較差。

(3)經驗系數法：由于電機極數不同，按極數大小確定經驗系數選擇容量 比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負荷時，補后功率因數可在0.95~0.97 之間。

(4)Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1]

實際測試比較準確可用此法，適用于任何一般感性負荷需要精確補償的就地

補償容量的計算。如果測試比較麻煩，可以按下式：

Qc≤ √3UeIo×10-3(kvar)

Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)瑞典電氣公司推薦公式

若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：Qo

根據電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功經濟當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，此式來選取是合理的。

(5)按電動機額定數據計算：

Q= k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動機極數有關的一個系數

極數：2468

K值： 0.70.80.850.9

5.2 多負荷補償容量的選擇

多負荷補償容量的選擇是根據補償前后的功率因數來確定。

(1)對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇：

Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數，可取0.8～0.9;Tm為企業的月工作小時數；tgφ

1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數求得。

(2)對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7～0.75;Pn為企業有功功率之和；tgφ

1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。但電氣設備不連續運轉或輕負荷運行時，會造成過補償，使運行電壓抬高，電壓質量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補償，即根據負荷大小自動投入無功補償容量的多少，對高壓來說應考慮采取防過補償措施。

輸電及配電系統設計運行再頻率恒定的正弦波電壓和電流下。然而有大量的非線性負荷如晶閘管整流器傳動、變頻器會產生大量的諧波電流注入電網，引起電壓及電流的波形畸變。

電容器的電容和電網的電感形成并聯諧振回路，其調諧頻率可能與電網中存在的諧波頻率接近，如果電網中存在該特定頻率的諧波電流源，則該頻率的諧波電流可以被放大到正常的20倍。諧波電路引起的諧波放大使電壓和電流波形畸變更為嚴重，這就是為什么受諧

波影響的電網不可能采用常規的電容器來做功率因數補償的原因。

在電網中為了 避免上述諧振現象受諧波的影響，電力電容器必須與電抗器串接，這樣設計的結果是可以補償基波無功功率又不放大諧波。其諧振頻率調諧低于電網中存在的最低次諧波通常是5次（250Hz）。