第一篇：高層住宅低壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fù)荷

（1）一類高層住宅

包括消防用電負(fù)荷、值班照明、應(yīng)急照明、走廊照明、業(yè)務(wù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子信息設(shè)備機(jī)房、安防系統(tǒng)、排污泵、生活水泵、航空故障照明、客梯為一級負(fù)荷。

（2）二類高層住宅

包括消防用電負(fù)荷、走廊照明、安防系統(tǒng)、客梯、生活水泵、應(yīng)急照明、值班照明為二級負(fù)荷。

2.配置原則

在對高程住宅低壓電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)該注意消防負(fù)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(fù)荷供電要求

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

（2）民用建筑的供電要求

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

3.干線配置

（1）第一種方案

獨(dú)立的兩路電源和兩臺變壓器進(jìn)行分列運(yùn)行，對低壓單母線進(jìn)行分段，設(shè)置應(yīng)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(fù)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(jìn)行分段。設(shè)置應(yīng)急備用電源，此備用電源可以有效的滿足消防負(fù)荷和非消防負(fù)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(fù)荷的住宅。這種方案雖然滿足了規(guī)范化的要求，但應(yīng)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(cè)引出兩回路電源，分別用到不同的低壓分母線段中。設(shè)自備的應(yīng)急電源做備用，其電源的容量應(yīng)該滿足消防負(fù)荷用電。

（4）第四種方案

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

二、高層住宅的低壓供配電系統(tǒng)

1.低壓配電系統(tǒng)注意事項(xiàng)

在高層住宅中的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要將照明、電力、消防和防災(zāi)用電負(fù)荷形成獨(dú)立的系統(tǒng)。在消防負(fù)荷方面，應(yīng)該在建筑進(jìn)線處設(shè)立單獨(dú)的配電裝置。以便當(dāng)遇到火災(zāi)事故時，消防人員能夠快捷的切斷消防負(fù)荷電源。在供配電設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對低壓配電級數(shù)進(jìn)行控制，其級數(shù)最好不要超過三級。在減少配電級數(shù)的過程中，不能盲目的認(rèn)為將部分配電箱的總開關(guān)由斷路器換成隔離開關(guān)，這樣不能達(dá)到限制級數(shù)的效果。在有關(guān)建筑工程設(shè)計(jì)措施中，要對配電級數(shù)有明確的定義。配電級數(shù)是通過配電裝置將一個供電回路分成幾個供電回路來進(jìn)行分配供電，但不能因?yàn)槠溥M(jìn)線開關(guān)的改變來決定其配電級數(shù)。在配電箱和配電回路的劃分過程中，應(yīng)該根據(jù)具體的防火分區(qū)、配電的負(fù)荷性質(zhì)和管理維護(hù)等多個條件進(jìn)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(shè)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(jìn)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(fù)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(shù)量，并且這種方式在安裝維修方面都比較方便。

（2）分區(qū)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(qū)域，這種供電方式有一定的可靠性。其中，每個回路干線對應(yīng)的層數(shù)為5～6層。對于高層住宅來說，由于涉及的層數(shù)較多，所以其分區(qū)的層數(shù)可以適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，但最高層數(shù)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(shè)施和重要用電負(fù)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?；芈放c備用回路相互獨(dú)立，不共線、不共管，可以使兩個回路在末端配電箱進(jìn)行自動的切換。

3.高層住宅配電設(shè)計(jì)

在對高層住宅進(jìn)行用電負(fù)荷計(jì)算時，應(yīng)該根據(jù)住宅中每戶綜合用電的指標(biāo)作為計(jì)算參數(shù)。在進(jìn)行計(jì)算時，要綜合分析高層住宅所在地的能源組成、氣候特點(diǎn)和用電負(fù)荷的發(fā)展趨勢、用電負(fù)荷計(jì)算容量等問題。高層住宅兩室戶的綜合用電負(fù)荷約為3.5～4.5kw，3～4戶的用電負(fù)荷為4.5～5.5kw。在計(jì)算住宅單元配電干線和變電所負(fù)荷時，應(yīng)該乘以相應(yīng)的系數(shù)，如1～10戶系數(shù)為1～0.8、10～20戶系數(shù)為0.75～0.85。在計(jì)算多個變電所的計(jì)算負(fù)荷時，應(yīng)該乘以同期限系數(shù)。在進(jìn)行高層住宅電能計(jì)量的過程中，可采用單元總表的計(jì)度方式，總表所帶的用戶應(yīng)控制在20戶以內(nèi)。在進(jìn)線計(jì)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(nèi)。每套住宅都應(yīng)該安裝允許過載大于等于四倍的電能計(jì)量裝置，并將裝置設(shè)置在住戶門外公共地方或電氣豎井中。干線系統(tǒng)應(yīng)該按照住宅層數(shù)、住宅平面組合形式和計(jì)費(fèi)方式，采用不同形式來進(jìn)行電能計(jì)量。住宅中的樓梯、消防設(shè)施都應(yīng)該按照防火規(guī)范來設(shè)計(jì)電源和干線。其中，備用電源或兩路干線應(yīng)該在末級配電箱處自動切換。

三、結(jié)語

高層住宅的低壓供配電系統(tǒng)作為電氣工程系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)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(shè)計(jì)存在著許多的問題。通過對這樣問題的分析和總結(jié)，針對具體的工程，可以為居民和住宅設(shè)計(jì)出合理的供配電系統(tǒng)，保證供電的質(zhì)量。配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要遵循“安全第一”的原則，以便為城市的建設(shè)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(shè)計(jì)

2012年電氣工程師《供配電》考試：低壓配電設(shè)計(jì)1

一、電器的選擇

1)低壓配電設(shè)計(jì)所選用的電器應(yīng)符合下列要求:

1、電器的額定電壓應(yīng)與所在回路標(biāo)稱電壓相適應(yīng);

2、電器的額定電流不應(yīng)小于所在回路的計(jì)算電流;

3、電器的額定頻率應(yīng)與所在回路的頻率相適應(yīng);

4、電器應(yīng)適應(yīng)所在場所的環(huán)境條件;

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

2)驗(yàn)算電器在短路條 件下的通斷能力，應(yīng)采用安裝處預(yù)期短路電流周期分量的有效值，當(dāng)短路點(diǎn)附近所接電動機(jī)額定電流之和超過短路電流的1%時，應(yīng)計(jì)入電動機(jī)反饋電流的影響。

3)隔離電器的安裝

1、當(dāng)維護(hù)、測試和檢修設(shè)備需斷開電源時，應(yīng)設(shè)置隔離電器。

2、隔離電器應(yīng)使所在回路與帶電部分隔離，當(dāng)隔離電器誤操作會造成嚴(yán)重事故時，應(yīng)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(guān)或彼此靠近的單極開關(guān)。

4、隔離電器可采用下列電器：單極或多極隔離開關(guān)、隔離插頭;插頭與插座;連接片;不需要拆除導(dǎo)線的特殊端子;熔斷器。半導(dǎo)體電器嚴(yán)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(fù)荷開關(guān)及斷路器;

2、繼電器、接觸器;

3、半導(dǎo)體電器;

4、10A及以下的插頭與插座。

二、導(dǎo)體的選擇

1)導(dǎo)體的類型應(yīng)按敷設(shè)方式及環(huán)境條件選擇。絕緣導(dǎo)體除滿足上述條 件外，尚應(yīng)符合工作電壓的要求。

2)選擇導(dǎo)體截面，應(yīng)符合下列要求：

1、線路電壓損失應(yīng)滿足用電設(shè)備正常工作及起動時端電壓的要求;

2、按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計(jì)算電流;

3、導(dǎo)體應(yīng)滿足動穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求;

4、導(dǎo)體最小截面應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求，固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面應(yīng)符合下面的規(guī)定。

敷設(shè)方式 最小芯線截面(mm2)

絕緣導(dǎo)線穿管敷設(shè)： 銅 芯1.0 鋁芯 2.5

絕緣導(dǎo)線槽板敷設(shè)： 銅 芯1.0 鋁芯 2.5

絕緣導(dǎo)線線槽敷設(shè)： 銅 芯 0.75 鋁芯 2.5

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

4)環(huán)敷設(shè)境溫度的校正：導(dǎo)體的允許載流量，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)處的環(huán)境溫度進(jìn)行校正，溫度校正系數(shù)可按下式計(jì)算：

K=√(t1-t0)/(t2-t0)(2.2.4)

式中K：溫度校正系數(shù);

t1：導(dǎo)體最高允許工作溫度(℃);

t0：敷設(shè)處的環(huán)境溫度(℃);

t2：導(dǎo)體載流量標(biāo)準(zhǔn)中所采用的環(huán)境溫度(℃);

5)導(dǎo)線敷設(shè)處的環(huán)境溫度：

1、直接敷設(shè)在土壤中的電纜，采用敷設(shè)處歷年最熱月的月平均溫度;

2、敷設(shè)在空氣中的裸導(dǎo)體，屋外采用敷設(shè)地區(qū)最熱月的平均最高溫度;屋內(nèi)采用敷設(shè)地點(diǎn)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(tǒng)中，中性線(以下簡稱N線)的允許載流量不應(yīng)小于線路中最大不平衡負(fù)荷電流，且應(yīng)計(jì)入諧波電流的影響。

2、以氣體放電燈為主要負(fù)荷的回路中，中性線截面不應(yīng)小于相線截面。

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

7)保護(hù)線(以下簡稱PE線)截面

1、當(dāng)保護(hù)線(以下簡稱PE線)所用材質(zhì)與相線相同時，PE線最小截面應(yīng)符合下表的規(guī)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(dǎo)線時，按機(jī)械強(qiáng)度要求，截面不應(yīng)小于下列數(shù)值： 有機(jī)械性的保護(hù)時為2.5mm2;

無機(jī)械性的保護(hù)時為4mm2。

3、裝置外可導(dǎo)電部分禁用作PEN線。

4、在TN-C系統(tǒng)中，PEN線嚴(yán)禁接入開關(guān)設(shè)備。

第三篇：電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)論文

電子系統(tǒng)級（ESL）設(shè)計(jì)

摘要：電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)（ESL,Electronic System Level)設(shè)計(jì)是能夠讓SOC 設(shè)計(jì)工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗(yàn)證復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件的一套方法學(xué)，并提供下游寄存器傳輸級(RTL)實(shí)現(xiàn)的驗(yàn)證基礎(chǔ)。ESL牽涉到比RTL級別更高層次的電路設(shè)計(jì)，其基本的關(guān)注點(diǎn)在于系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化、軟硬件劃分、系統(tǒng)架構(gòu)原型建模、以及軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證。SystemC是一種很好的軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)語言,它不僅可以幫助設(shè)計(jì)人員完成一個復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì),還可以避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各種弊端,并提高設(shè)計(jì)效率。關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)；SOC；SystemC 1 引言

目前，高質(zhì)量的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜和困難。功能更繁雜的設(shè)計(jì)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(yīng)用概念到硅片實(shí)現(xiàn)的過程已經(jīng)不能僅僅靠工程師聰明的大腦來完成，而更需要依賴于嚴(yán)格完善的設(shè)計(jì)方法學(xué)。

隨著片上系統(tǒng)（SoC，System on Chip)設(shè)計(jì)復(fù)雜度的不斷提高，設(shè)計(jì)前期在系統(tǒng)級別進(jìn)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(yàn)證方法學(xué)。傳統(tǒng)的RTL仿真平臺不能提供較快的仿真速度與較大的仿真規(guī)模，F(xiàn)PGA平臺則不能提供詳細(xì)的性能分析指標(biāo)，而電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)（Electronic System Level，ESL）方法，不僅提供高速的仿真驗(yàn)證手段還提供詳細(xì)的性能分析指標(biāo)，已經(jīng)成為當(dāng)今SoC設(shè)計(jì)領(lǐng)域最前沿的設(shè)計(jì)方法，它是能夠讓SoC設(shè)計(jì)工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗(yàn)證復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件的一套方法學(xué)。電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)（ESL，Electronic System Level）牽涉到比RTL級別更高層次的電路設(shè)計(jì)，其基本的關(guān)注點(diǎn)在于系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化、軟硬件劃分、系統(tǒng)架構(gòu)原型建模、以及軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證。全新的ESL工具為電路系統(tǒng)級建模提供了虛擬原型的基本仿真平臺。電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)正在從學(xué)術(shù)研究的課題變成業(yè)界廣為接受的建模手段，它完成從理想應(yīng)用優(yōu)化到目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)建立。而后依據(jù)預(yù)期產(chǎn)量規(guī)模的不同，用SoC 芯片或可編程平臺實(shí)現(xiàn)。2.傳統(tǒng)SOC設(shè)計(jì)方法的局限

目前的設(shè)計(jì)方法不能充分利用設(shè)計(jì)能力來快速構(gòu)建滿足市場需求的SoC。而只有快速適應(yīng)消費(fèi)電子市場的變化，商業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司才能在競爭中勝出。這使SoC設(shè)計(jì)方法的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前在技術(shù)上，SoC設(shè)計(jì)面臨的主要挑戰(zhàn)是在系統(tǒng)建模和硬件設(shè)計(jì)之間的不連續(xù)性。通常系統(tǒng)是使用C語言或其他系統(tǒng)描述語言定義的。而系統(tǒng)的集成電路實(shí)現(xiàn)卻使用硬件描述語言，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)換和重寫系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。這樣的流程使得設(shè)計(jì)過程中容易出錯而且耗時。驗(yàn)證流程中需要仿真大規(guī)模系統(tǒng)，仿真速度難以需滿足設(shè)計(jì)需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象層次。SoC系統(tǒng)中的組件具有多樣性異質(zhì)性，包括各個專業(yè)的設(shè)計(jì)，模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)等等，需要提供異質(zhì)的仿真環(huán)境以及對系統(tǒng)級設(shè)計(jì)空間的探索復(fù)雜性的管理。千萬門級的規(guī)模使得設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和后端物理設(shè)計(jì)的反復(fù)返工問題傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)重用方法需要適應(yīng)規(guī)模的增長。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要具有競爭力，從基于芯片的設(shè)計(jì)方法，過渡到基于IP核的設(shè)計(jì)也是必然趨勢。雖然可以使用標(biāo)準(zhǔn)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(shù)。因此需要設(shè)計(jì)工具重點(diǎn)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(tǒng)設(shè)計(jì)。需要提高設(shè)計(jì)的抽象層次。SoC設(shè)計(jì)的趨勢是向高層抽象移動，更強(qiáng)調(diào)芯片級的規(guī)劃和驗(yàn)證。強(qiáng)調(diào)早期芯片級規(guī)劃，以及軟硬件系統(tǒng)驗(yàn)證。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法是SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)研究的重要領(lǐng)域。主要目的是開發(fā)適應(yīng)設(shè)計(jì)需求的設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的電子設(shè)計(jì)自動化軟件。在設(shè)計(jì)中通常一種技術(shù)是不能滿足設(shè)計(jì)要求的，因此要結(jié)合研發(fā)成本和開發(fā)周期等等因素，綜合考慮各種技術(shù)。3.ESL設(shè)計(jì)的基本概念

ESL設(shè)計(jì)指系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)方法，從算法建模演變而來。ESL設(shè)計(jì)已經(jīng)演變?yōu)榍度胧较到y(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)試的一種補(bǔ)充方法學(xué)。在ESL設(shè)計(jì)中能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件的交互和較高層次上的設(shè)計(jì)抽象。ESL設(shè)計(jì)能夠讓SoC設(shè)計(jì)工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗(yàn)證復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件，并能夠?yàn)橄掠蔚募拇嫫鱾鬏敿?RTL)實(shí)現(xiàn)提供驗(yàn)證基礎(chǔ)。

ESL設(shè)計(jì)以抽象方式來描述系統(tǒng)單芯片（SoC）設(shè)計(jì)。在ESL設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的描述和仿真的速度快，讓設(shè)計(jì)工程師有充裕的時間分析設(shè)計(jì)內(nèi)容。并且能提供足夠精度的虛擬原型，以配合軟件的設(shè)計(jì)。ESL設(shè)計(jì)不僅能應(yīng)用在設(shè)計(jì)初期與系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃階段，亦能支持整個硬件與軟件互動設(shè)計(jì)的流程。

ESL設(shè)計(jì)技術(shù)與IP模塊能將流程融入現(xiàn)有的硬件與軟件設(shè)計(jì)與工具流程，在SoC開發(fā)流程中扮演協(xié)調(diào)統(tǒng)合的角色。它們讓工程師能開發(fā)含有數(shù)百萬邏輯門與數(shù)十萬行程序代碼的設(shè)計(jì)，并提供一套理想平臺，用來進(jìn)行驗(yàn)證，滿足客戶持續(xù)成長的需求。

4.ESL設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

ESL設(shè)計(jì)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(zhí)行環(huán)境使提前開發(fā)軟件成為可能，縮短了軟硬件集成的時間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)更早地和驗(yàn)證流程相結(jié)合，能確定工程開發(fā)產(chǎn)品的正確性。在抽象層設(shè)置的約束和參數(shù)可以被傳遞到各種用于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的工具中。（1）更早地進(jìn)行軟件開發(fā)

有了虛擬的原型平臺意味著可以更早地開始軟件開發(fā)。對于目前基于SystemC語言的ESL設(shè)計(jì)方法學(xué)來說，ESL設(shè)計(jì)工程師可用SystemC生成一個用來仿真SoC行為的事務(wù)級模型。由于事務(wù)級模型的開發(fā)速度比RTL模型要快得多。在RTL實(shí)現(xiàn)以前，完成TLM建模后的系統(tǒng)就可以開始軟件的開發(fā)。這樣軟件的開發(fā)可以和RTL實(shí)現(xiàn)同時展開，而不是傳統(tǒng)上的在RTL實(shí)現(xiàn)完成以后才開始軟件的開發(fā)。雖然部分和硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)有關(guān)的軟件要在RTL完成以后才能開始，但還是可以節(jié)省大量的開發(fā)時間。（2）更高層次上的硬件設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)不斷變化的市場要求，需要不斷推出新產(chǎn)品或經(jīng)過改進(jìn)的產(chǎn)品。在SoC設(shè)計(jì)中可以通過改進(jìn)一些模塊的性能、增加功能模塊或存儲器、甚至在體系結(jié)構(gòu)上做出重大的調(diào)整。因此設(shè)計(jì)工程師必須擁有可實(shí)現(xiàn)的快速硬件設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)快速的硬件設(shè)計(jì)，在ESL設(shè)計(jì)須建立在較高層次上的抽象如事務(wù)級建模（TLM）。事務(wù)級模型應(yīng)用于函數(shù)調(diào)用和數(shù)據(jù)包傳輸層。傳輸級模型可以分為事件觸發(fā)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(shù)量級的仿真速度。ESL工具的挑戰(zhàn)就是既要保持足夠精度的時序信息來幫助設(shè)計(jì)決策，又要提供足夠的仿真速度以滿足大型的系統(tǒng)軟件（如OS啟動）在可接受的時間內(nèi)的完整運(yùn)行。只要掌握了這種平衡，就可以在高級設(shè)計(jì)中驗(yàn)證時序和設(shè)置約束條件，再將這些優(yōu)化的設(shè)計(jì)分割、分配到各個不同的軟、硬件設(shè)計(jì)工作組去加以實(shí)現(xiàn)。RTL仿真通常只能提供10MIPS到數(shù)百M(fèi)IPS左右的性能；然而，時鐘精確型的ESL仿真卻能達(dá)到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）設(shè)計(jì)的可配置性和自動生成

越來越多的系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)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(shù)的外設(shè)。配置和生成出來的設(shè)計(jì)必須和驗(yàn)證環(huán)境得到的結(jié)果完全一致，并延續(xù)到整個設(shè)計(jì)流程中。通過ESL模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師能夠找到最好的配置方案。但是，這樣產(chǎn)生出來的結(jié)果需要和一套骨架的驗(yàn)證環(huán)境同步到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中去。如ARM已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從RealView SoC Designer ESL環(huán)境中自動導(dǎo)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(lián)生成器，來生成AXI總線系統(tǒng)。（4）方便的架構(gòu)設(shè)計(jì)

ESL架構(gòu)設(shè)計(jì)能完成功能到運(yùn)算引擎的映射。這里的引擎指的是那些可編程的目標(biāo)——如處理器、可配置的DSP協(xié)處理器，或者是特殊的硬件模塊如UART外設(shè)、互連系統(tǒng)和存儲器結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開始環(huán)節(jié)，從行為上劃分系統(tǒng)，驗(yàn)證各種配置選擇的可行性及優(yōu)化程度。ESL工具對于開發(fā)可配置結(jié)構(gòu)體系是非常關(guān)鍵的。它使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從抽象的行為級很容易地映射到具體的硬件設(shè)計(jì)，從而方便決定哪些模塊可以被復(fù)用，哪些新模塊需要設(shè)計(jì)。還能提供必要信息指導(dǎo)最優(yōu)化的通訊、調(diào)度和仲裁機(jī)制。（5）快速測試和驗(yàn)證

由于ESL設(shè)計(jì)中的抽象級別明顯高于RTL設(shè)計(jì)抽象級別，ESL設(shè)計(jì)中可以做到描述模塊內(nèi)的電路狀態(tài)、精確到納秒的轉(zhuǎn)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(wù)級模型將使硬件驗(yàn)證和硬件/軟件協(xié)同驗(yàn)證速度快1000倍或者更多。這種方法不僅可產(chǎn)生用于驗(yàn)證系統(tǒng)行為，它還支持與較低抽象級別的RTL模型的協(xié)同仿真。如果ESL設(shè)計(jì)抽象級別被當(dāng)作一個測試臺的話，當(dāng)下游的RTL實(shí)現(xiàn)模塊可用時，它們便可在這個測試臺上進(jìn)行驗(yàn)證。

系統(tǒng)級的HW/SW協(xié)同驗(yàn)證要優(yōu)于C/RTL實(shí)現(xiàn)級的HW/SW協(xié)同驗(yàn)證。因?yàn)樵谙到y(tǒng)級的驗(yàn)證可以在較早的展開，而不必等到底層的實(shí)現(xiàn)完成后才開始。在底層實(shí)現(xiàn)沒有開始前的協(xié)同驗(yàn)證可以及時修改體系結(jié)構(gòu)或軟硬件劃分中的不合理因素。越高層次上的驗(yàn)證，可以越大程度上減少修改設(shè)計(jì)帶來的損失。5.ESL設(shè)計(jì)方法

ESL作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，能夠用于硬件的功能建模與體系結(jié)構(gòu)的探察，給硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供準(zhǔn)確可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，因此在本章的內(nèi)容里將將詳細(xì)介紹ESL設(shè)計(jì)的基本流程與ESL的核心方法—利用SystemC實(shí)現(xiàn)事務(wù)級建模的基本理念。

首先要指出的是在設(shè)計(jì)的哪個階段使用ESL設(shè)計(jì)方法和ESL設(shè)計(jì)工具。每一個電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(tài)圖、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL設(shè)計(jì)并不是定位在這個層次上的設(shè)計(jì)。而是通過描述系統(tǒng)怎樣工作，并為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)提供一個解決方案。ESL設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)和更加底層設(shè)計(jì)之間的橋梁。ESL設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大領(lǐng)域。

系統(tǒng)的行為由功能模塊實(shí)現(xiàn)，功能模塊設(shè)計(jì)必須關(guān)注系統(tǒng)的應(yīng)用。功能設(shè)計(jì)不考慮硬件和軟件，物理和工藝。功能設(shè)計(jì)包括實(shí)現(xiàn)功能模塊結(jié)構(gòu)、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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流和控制邏輯，還要為其模塊建立測試環(huán)境。這個設(shè)計(jì)過程和RTL的設(shè)計(jì)流程相似，但他們在不同的抽象層次上，使用不同的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要建立平臺的描述。接著將應(yīng)用的功能部件影射到平臺。驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)成本和性能優(yōu)化這個結(jié)構(gòu)。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮處理器的類型、處理器的數(shù)量、存儲器的大小、Cache性能、總線互聯(lián)和占用率、軟件和硬件的功能劃分和評估、功耗的評估和優(yōu)化等。

首先ESL接受一個設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)完成算法的開發(fā)，接口定義，用ESL語言或其他語言來描述來完成體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并在此基礎(chǔ)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(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，對于功能單元需要在較高層次上的建模，完成功能設(shè)計(jì)。比如說用SystemC進(jìn)行事務(wù)級的建模。

用C/C++或其他高級語言完成應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。在這個階段開始軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證，根據(jù)協(xié)同驗(yàn)證的結(jié)果反饋給體系結(jié)構(gòu)和軟硬件劃分。后者根據(jù)性能、成本等因素重新做出調(diào)整。軟硬件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，包括軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證是一個重復(fù)的過程，在整個設(shè)計(jì)過程中都要根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果對體統(tǒng)和設(shè)計(jì)做出調(diào)整。完成驗(yàn)證的硬件和軟件設(shè)計(jì)就可以組成一個完整地系統(tǒng)級設(shè)計(jì)。傳遞給下一級 的設(shè)計(jì)作為輸入。比如說是ESL設(shè)計(jì)為軟件應(yīng)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(shè)計(jì)。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(shí)現(xiàn)ESL設(shè)計(jì)流程的具體過程中，有不同的實(shí)現(xiàn)方法可以采用。下面介紹兩種應(yīng)用得比較多 的設(shè)計(jì)方法。

在完

成系統(tǒng)功能定義后，設(shè)計(jì)方法之一是從系統(tǒng)的定義開始，先進(jìn)行算法級設(shè)計(jì)。通常用MatLab等工具進(jìn)行算法的分析，接著用Simulink等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)流的分析。完成分析后進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)的平臺的設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)和平臺設(shè)計(jì)要進(jìn)行系統(tǒng)級的驗(yàn)證，以確定結(jié)構(gòu)是否合理。在體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(tǒng)模型。接下來輸入軟件參考模型進(jìn)行軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證。體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)級驗(yàn)證的目標(biāo)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(shè)計(jì)方法一相比，圖3中的設(shè)計(jì)方法是直接由軟件參考代碼開始，創(chuàng)建事物級模型的虛擬平臺，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證和性能的分析。通常，軟件參考代碼已實(shí)現(xiàn)了基本功能，特別是保證了算法及數(shù)據(jù)流等的正確性。如，軟件參考代碼可以是某一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)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(chǔ)上分別進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，會把建立完成的虛擬平臺和構(gòu)架作為集成開發(fā)環(huán)境的一部分。集成開發(fā)環(huán)境還包括編譯器和調(diào)試工具的開發(fā)。在設(shè)計(jì)的過程通過軟硬件的協(xié)同驗(yàn)證調(diào)整設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

6.SystemC的系統(tǒng)級芯片設(shè)計(jì)方法研究

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級往往使用UML,SDL, C, C++等進(jìn)行描述以實(shí)現(xiàn)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(jìn)行描述。最廣泛使用的2種硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL,傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法流程如圖3所示。從圖中不難看出,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法會出現(xiàn)如下弊端:首先,設(shè)計(jì)人員需要使用C/C++語言來建立系統(tǒng)級模型,并驗(yàn)證模型的正確性,在設(shè)計(jì)細(xì)化階段,原始的C和C++描述必須手工轉(zhuǎn)換為使用VHDL或Verilog HDL。在這個轉(zhuǎn)換過程中會花費(fèi)大量的時間,并產(chǎn)生一些錯誤。

其次,當(dāng)使用C語言描述的模塊轉(zhuǎn)換成HDL描述的模塊之后,后者將會成為今后設(shè)計(jì)的焦點(diǎn),而設(shè)計(jì)人員花費(fèi)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?yàn)樵谙到y(tǒng)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(zhuǎn)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(shè)計(jì)方法學(xué),人們都需要對SOC時代的復(fù)雜電子系統(tǒng)進(jìn)行描述,以選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行軟硬件劃分、算法仿真等。描述的級別越低,細(xì)節(jié)問題就越突出,對實(shí)際系統(tǒng)的模仿就越精確,完成建模消耗的時間、仿真和驗(yàn)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(biāo)系統(tǒng)的描述也就越不精確。作為設(shè)計(jì)人員必須在速度和精確性之間做出選擇。

人們對系統(tǒng)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(shè)計(jì)、支持軟硬件混合建模、支持從系統(tǒng)級到門級的無縫過渡、支持系統(tǒng)級調(diào)試和系統(tǒng)性能分析等。人們迫切需要一種語言單一地完成全部設(shè)計(jì)。這種語言必須能夠用于描述各種不同的抽象級別(如系統(tǒng)級、寄存器傳輸級等),能夠勝任軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)和驗(yàn)證,并且仿真速度要快。這就是所謂的系統(tǒng)級描述語言SLDL,而傳統(tǒng)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(kuò)展傳統(tǒng)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(shí)現(xiàn)軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì),是系統(tǒng)級芯片設(shè)計(jì)語言的發(fā)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(shè)計(jì)技術(shù)，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(shè)計(jì)自動化(EDA)方面的工作經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于ESL綜合的定義，建議是：此定義應(yīng)該突出ESL綜合與其他ESL設(shè)計(jì)工作相比的獨(dú)到之處。

首先，從本質(zhì)來說，綜合是從一種抽象層級轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N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(zhuǎn)變；而物理綜合則是從RTL到邏輯門及布局的轉(zhuǎn)變。因此，ESL綜合是從ESL描述語言到RTL等抽象較低的實(shí)施方案的轉(zhuǎn)變。就ESL綜合的定義而言，選擇哪種描述語言并不重要，因?yàn)橥ㄟ^在初始化階段根據(jù)不同應(yīng)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(yīng)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄筝^低但功能相當(dāng)?shù)膶?shí)施方案。其次，某種技術(shù)被定義為綜合技術(shù)，就必然與其他形式的轉(zhuǎn)變存在根本區(qū)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(zhuǎn)變，而綜合則不是。綜合與原理圖輸入定義的獨(dú)特區(qū)別在于香蕉曲線，也

就是說，綜合的結(jié)果不是面積與時序關(guān)系圖上的一個點(diǎn)，而是一條曲線，表示所有綜合結(jié)果均保持相當(dāng)?shù)墓δ埽珪r序與面積不同。因此，根據(jù)面積與時序關(guān)系自動定義一系列功能相當(dāng)?shù)慕鉀Q方案必須作為ESL綜合定義的一部分。

我們已經(jīng)認(rèn)識到，真正的DSP綜合需要從算法發(fā)展到優(yōu)化的RTL，市場中已有能夠滿足上述要求的相關(guān)ESL綜合技術(shù)。這確實(shí)是ESL綜合技術(shù)的進(jìn)步。不過，客戶必須始終認(rèn)識到，有的所謂“ESL綜合”工具實(shí)際只能根

據(jù)算法描述創(chuàng)建參數(shù)化的RTL模型，這種產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)，即便如此，我們也應(yīng)當(dāng)在早期為其下一個明確的定義，以便設(shè)計(jì)小組了解ESL的真正進(jìn)步與不足。參考文獻(xiàn)：

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[4]Bassam Tabbara.電子系統(tǒng)級（ESL）設(shè)計(jì)：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(xié)同設(shè)計(jì)和研究[D].上海交通大學(xué),2010 [6]劉昊.基于ESL的AVS幀內(nèi)預(yù)測算法周期精確級建模.信息技術(shù)，2008

第四篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

班級：數(shù)控姓名：潘萬順學(xué)號：081841191

摘要：機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果,本文簡述了機(jī)電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景。綜述了國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢。作為機(jī)電系的一名學(xué)生，將來工作學(xué)習(xí)都會以機(jī)電為主，所以必須掌握好各種機(jī)電的專業(yè)知識。我會本著認(rèn)真的態(tài)度對待專業(yè)課的學(xué)習(xí)，提高自己的專業(yè)素養(yǎng).接下來我將介紹一下我對電動機(jī)的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；技術(shù)；應(yīng)用

引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。

第五篇：低壓配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償在提釩煉鋼廠應(yīng)用

低壓配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償在提釩煉鋼廠應(yīng)用

游洪

（新鋼釩提釩煉鋼廠 維點(diǎn)車間）概況:

無功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)依然采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動調(diào)節(jié)和投切,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時電壓調(diào)節(jié)或無功補(bǔ)償。前言

針對我們廠的工藝要求和設(shè)備具體情況對電源質(zhì)量要求較高，電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和用電單耗都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質(zhì)上就是無功問題。解決好無功補(bǔ)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(wǎng)的無功功率，也在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，但這種補(bǔ)償是靜止補(bǔ)償，其主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因素，提高終端變電所的電壓，補(bǔ)償主變壓器的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的高壓母線上，優(yōu)點(diǎn)是管理容易、維護(hù)方便，缺點(diǎn)是對配電網(wǎng)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(bǔ)償方式，是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，在這種方式下，補(bǔ)償裝置通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾百至上千千乏不等，它是根據(jù)負(fù)荷水平的波動，投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要目的是提高專用變壓器的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無功功率的就得平衡，對配電網(wǎng)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(wǎng)電壓的變化一般不允許超過±10％。吊車負(fù)荷變化極為快速，并且引發(fā)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(cè)和低壓側(cè)導(dǎo)致明顯的電壓降落，特別在吊車起升下降的經(jīng)常產(chǎn)生較大的電壓波動、電壓閃變，導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響生產(chǎn)效率，所以無功功率補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時間是補(bǔ)償裝置最重要的指標(biāo)之一。

2無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)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(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補(bǔ)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(jié)合，以局部為主。

2.2電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。

在配電網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。

2.3分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。

集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)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(wǎng)絡(luò)的無功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o功通過變電所以下的配電線路向負(fù)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(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。

2.4降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。影響功率因數(shù)的主要因素

功率因 數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。

3.1、異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)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(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)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(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

3.2、供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)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(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)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(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

3.3、電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)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(tǒng)功率因數(shù)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(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

提高功率因數(shù)的主要方法是采用低壓無功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。

4.1、隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等。

4.2、隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)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(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)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(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

4.3、跟蹤補(bǔ)償

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

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

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

5.1 單負(fù)荷就地補(bǔ)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(jì)算

考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機(jī)和負(fù)載率較低的電動機(jī)。但是對于Io/Ie較低的電動機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

(3)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負(fù)荷時，補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.95~0.97 之間。

(4)Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1]

實(shí)際測試比較準(zhǔn)確可用此法，適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷?/p>

補(bǔ)償容量的計(jì)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(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo

根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(jī)（少極、大功率電動機(jī)），在較高的負(fù)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(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。

(5)按電動機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：

Q= k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)

極數(shù)：2468

K值： 0.70.80.850.9

5.2 多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。

(1)對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

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

1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

(2)對處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ

1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)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(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動投入無功補(bǔ)償容量的多少，對高壓來說應(yīng)考慮采取防過補(bǔ)償措施。

輸電及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)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(fù)荷如晶閘管整流器傳動、變頻器會產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，引起電壓及電流的波形畸變。

電容器的電容和電網(wǎng)的電感形成并聯(lián)諧振回路，其調(diào)諧頻率可能與電網(wǎng)中存在的諧波頻率接近，如果電網(wǎng)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(yán)重，這就是為什么受諧

波影響的電網(wǎng)不可能采用常規(guī)的電容器來做功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)脑颉?/p>

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