時間:2023-03-30 10:39:02
導(dǎo)語:在電氣設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。

1.工程概況及設(shè)計(jì)要求
某機(jī)關(guān)辦公大樓,總面積21000m2,高60m,地面15層,地下1層,屬一類高層建筑。按甲方提出的要求,需做到方案合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、滿足相關(guān)規(guī)范的要求,還要簡捷實(shí)用、便于操作、管理和維護(hù),減少綜合投資。
2.負(fù)荷計(jì)算和估算
廣州市越秀建筑設(shè)計(jì)院主要進(jìn)行本工程的一次設(shè)計(jì),二次裝修部分由專業(yè)裝飾設(shè)計(jì)公司完成。這
就要求一次設(shè)計(jì)時預(yù)留供電電源,既要符合實(shí)際情況,又要留有發(fā)展變化的余地。本大樓內(nèi)部功能分為:一般辦公室、區(qū)領(lǐng)導(dǎo)辦公室、大會議室、展廳、大堂、多功能廳(禮堂)、信息中心(計(jì)算機(jī)中心)、通訊中心(電話總機(jī))、制水中心、空調(diào)機(jī)房、水泵房等。
在一般辦公區(qū)按50~60W/m2考慮,在特殊辦公區(qū)按50~80W/m2考慮。對于上述特殊裝修場所,設(shè)計(jì)估算參數(shù)如下表所示。
電力負(fù)荷一般由各專業(yè)提供技術(shù)要求及負(fù)荷大小。總電力負(fù)荷需用系數(shù)Ks為0.75,功率因數(shù)0.8,總照明負(fù)荷需用系數(shù)Ks為0.85,功率因數(shù)0.8.
2.1三相負(fù)荷計(jì)算方法:
將三相用電設(shè)備的設(shè)備容量乘以一個需用系數(shù)Kx,得有功計(jì)算負(fù)荷,即:
Pjs=Kx•;Ps(kW)
無功計(jì)算負(fù)荷Qjs確定:
Qjs=Pis•;tgΦ(kVar)
最后,確定視在計(jì)算負(fù)荷Sjs:
Sjs=Pjs2+Qjs2(kVA)或Sjs=Pjs/cosΦ(kVA)
計(jì)算電流為:
Ijs=Pjs/3UecosΦ。(Ue三相設(shè)備的額定電壓kV)
2.2單相負(fù)荷確定:
盡量將各單相負(fù)荷逐相均勻分配,以減少不平衡。計(jì)算時,當(dāng)回路中的單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谠摶芈啡鄬ΨQ負(fù)荷的總?cè)萘康?5%時,全部負(fù)荷按三相對稱負(fù)荷計(jì)算,當(dāng)超過15%時,應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷,再同三相負(fù)荷相加,功率及電流計(jì)算公式同上。
3.10kV供電系統(tǒng)
根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-95)9.1.1條規(guī)定,一類高層建筑中的消防水泵、防排煙設(shè)施、消防電梯、應(yīng)急照明及消防用電按一級負(fù)荷要求供電。
按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T16-92)3.1條規(guī)定,省部級辦公建筑的客梯電力、主要的辦公室、會議室照明屬二級負(fù)荷。本辦公大樓屬一級負(fù)荷供電,通過傳統(tǒng)的幾種供電方案比較,選定了下面的供電方案。
即由不同區(qū)域變電站引來兩路10kV電源,10kV系統(tǒng)設(shè)計(jì)為單母線分段,中間有聯(lián)絡(luò)柜,正常工作時,兩路電源同時供電,互為備用,一路電源故障時,另一路電源供全部負(fù)荷。這樣做既方便檢修又可達(dá)到供電要求。此方案表面上符合供電要求,但實(shí)際很難做到,因?yàn)椋瑖鴥?nèi)各地區(qū)的大電網(wǎng)都是并網(wǎng)的,電力網(wǎng)內(nèi)的各種故障均可能引起全部電源進(jìn)線同時失去電源。多年來的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,很多電氣故障難以限制在某一范圍內(nèi)部,因此,即使設(shè)計(jì)中采用了兩路市政電源,也很難保證一級負(fù)荷的供電要求。所以,為保證一級負(fù)荷別重要的負(fù)荷,必須增設(shè)應(yīng)急電源柴油發(fā)電機(jī)作為第三備用電源。
4.220/380V配電系統(tǒng)
本建筑配電電壓為交流220/380V,聯(lián)結(jié)形式采用TN-S系統(tǒng)。
結(jié)合工程實(shí)際情況,通過負(fù)荷計(jì)算,考慮到空調(diào)用電負(fù)荷占建筑物總用電量的50%,耗電量很大。因此,空調(diào)系統(tǒng)合理的配電與控制方式,很大程度上決定了整個大樓的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況。設(shè)計(jì)時,選用一臺1250kVA變壓器供中央空調(diào)用電,照明及其它動力負(fù)荷。選用另一臺1250kVA變壓器,兩個供電系統(tǒng)之間采用分段母線聯(lián)絡(luò),在不使用空調(diào)的季節(jié),可將空調(diào)變壓器退出,減少變壓器功耗,達(dá)到節(jié)電效果。同時,該變壓器可作為另一臺變壓器檢修時的備用設(shè)備。
4.1照明及其它動力配電系統(tǒng)。
辦公樓的配電系統(tǒng)主要由配電變壓器、低壓主開關(guān)柜、垂直干線、各樓層的配電箱和其后的分支電路組成,變壓器低壓側(cè)出線經(jīng)低壓主開關(guān)柜中的母線接至垂直干線,1~15層照明負(fù)荷采用額定截流量為1250A的密集型母線槽做主干線,各樓層設(shè)母線插接箱,由插接箱引至各樓層總配電箱,由總箱引至各室末端配電箱。末端配電箱是按照辦公室的不同功能來分設(shè)的,目的是便于管理、檢修。地下室其它動力設(shè)備,如水泵、電梯、風(fēng)機(jī)等由低壓配電屏單回路放射式配電,這些重要動力負(fù)荷要求在末端配電箱設(shè)雙電源自動轉(zhuǎn)化裝置,使供電更可靠、更安全。
4.2空調(diào)機(jī)組的配電及控制系統(tǒng)。
4.2.1空調(diào)機(jī)組的配電
從變電所低壓引一路電源至地下室機(jī)房控制中心配電屏,此段線路采用額定量為2000A的封閉式母線槽。主機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等外部設(shè)備均采用獨(dú)立回路供電,即放射式供電方式。保證了供電的可靠性。而首層以上空調(diào)機(jī)組(指風(fēng)機(jī)彎管新風(fēng)機(jī))采用樹干式配電,用一根ZR-VV3×95+1×50的電力電纜,引至電纜分接盒,由此引至樓層空調(diào)配電箱。
4.2.2空調(diào)機(jī)組的控制方式
分手動和自動兩種控制方式。手動控制時,制冷機(jī)與外部設(shè)備以及外部設(shè)備之間無電氣連鎖關(guān)系,各設(shè)備均可單獨(dú)啟動和停止,此時,制冷機(jī)由內(nèi)部保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù),此種狀態(tài)主要是為了機(jī)組的調(diào)試和維修。自動控制時,各設(shè)備之間有連鎖關(guān)系,機(jī)組的啟動順序:冷卻塔風(fēng)機(jī)—冷卻水泵—冷凍水泵—主機(jī)。停機(jī)時順序與啟動時相反,按照這個要求,設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的二次控制回路,在火災(zāi)自動報警方面,空調(diào)系統(tǒng)與火警信號也要求有連鎖控制,當(dāng)確定有火警發(fā)生時,消防值班室發(fā)出信號切斷空調(diào)機(jī)的總電源,并將開關(guān)動作信號反饋回消防控制中心。
5.采光與照明標(biāo)準(zhǔn)。
為了減少動力設(shè)備用電對照明線路電壓波動的影響,照明用電與動力用電線路盡量分開供給,本樓設(shè)有一般照明和應(yīng)急照明。
5.1辦公室照明設(shè)計(jì)
利用天然采光與人工照明相結(jié)合的方法,在天氣允許條件下,充分依靠天然采光以節(jié)約能源,當(dāng)陰雨天氣時,工作面的照度不夠,則利用人工照明,按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定,辦公室的一般照明照度的均勻度,按最低照度(100Lx)與平均照度之比確定,平均均勻度應(yīng)在0.7以上,最低均勻度不得低于0.3.工作面上有無眩光,是衡量采光與照明質(zhì)量的重要內(nèi)容,按《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》,辦公室工作面上可以有輕微眩光。為防止天然采光產(chǎn)生的眩光,按功能要求選好采光口的方向,采用減少窗亮度和提高背景亮度,這也是控制不舒適眩光指數(shù)的有效措施。而避免人工照明所產(chǎn)生的眩光,要選好燈具,著重處理好背景亮度。搞好燈具布置,燈具布置間距宜不大于所選燈具的最大允許距離比,選用半間接型照明燈具。本方案選用格柵高光效熒光燈,從而限制了眩光,滿足了照明的照度、色溫、顯色指數(shù),達(dá)到了節(jié)能效果。
5.2應(yīng)急照明設(shè)置
地下室車庫、電梯間、樓梯間、公共通信和主要出入口等場所設(shè)應(yīng)急疏散指示照明及樓層指示燈,它們在正常及事故時均點(diǎn)燃。應(yīng)急疏散、樓層指示燈均自帶蓄電池。應(yīng)急供電時間不少于20分鐘。
地下室、電梯間、重要辦公室(區(qū)長、副區(qū)長)、重要會議室(常務(wù)、紀(jì)委)、大堂、禮堂、變配電房、主機(jī)房、消防控制中心、水泵房、電梯機(jī)房、電話總機(jī)、信息中心,這些場所均設(shè)應(yīng)急照明及工作照明,應(yīng)急照明分別占工作照明的25%~100%。
5.3特殊場所照明
對于有特殊要求的場所,如大樓外墻,節(jié)日彩光等設(shè)有泛光照明和特殊照明,設(shè)計(jì)時按估算負(fù)荷預(yù)留電源。
6.防雷與安全
防雷設(shè)計(jì)按二類防雷建筑物處理,利用建筑物金屬構(gòu)件作防雷裝置。屋面敷設(shè)避雷帶,共用天線用避雷針保護(hù),利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋作引下線,并利用混凝土基礎(chǔ)鋼筋作自然接地體。為防側(cè)擊雷,從30m以上,每三層設(shè)均壓環(huán),所有金屬門窗、建筑玻璃幕墻均應(yīng)與作防雷引下線的鋼筋連通。為了保證建筑物外立面的效果,所有防雷裝置均采用暗裝作法。
防雷接地、變壓器中性點(diǎn)接地,電氣安全接地以及其它需要接地的設(shè)備,弱電設(shè)備采用共用接地,共用接地體的接地電阻應(yīng)小于1Ω。這樣既保證了人身和設(shè)備的安全,也減少了由不合理接地引起的干擾。
為了保證人身設(shè)備的用電安全,設(shè)計(jì)要求建筑物內(nèi)作總等電位聯(lián)結(jié)。在地下室安裝一總等電位聯(lián)結(jié)端子箱,把總水管、煤氣管、空調(diào)立管等所有進(jìn)出建筑物的金屬體及建筑物的金屬構(gòu)件等與電位聯(lián)結(jié)端子箱連通。
關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備初期投資與運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理
合理設(shè)計(jì)建筑電氣的各個系統(tǒng)和運(yùn)用先進(jìn)的電氣設(shè)備對滿足建筑功能要求及節(jié)約基建投資是極為重要的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,往往由于設(shè)計(jì)的周期短、時間緊、任務(wù)重,而對設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性忽視,致使在建筑初期電氣設(shè)備投資的浪費(fèi)。建筑電氣設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性就是電氣設(shè)備的初期投資與運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理。現(xiàn)在建筑電氣設(shè)計(jì)分為強(qiáng)電與弱電兩個部分,下面就分別從這兩個部分來討論建筑電氣設(shè)計(jì)初期投資的經(jīng)濟(jì)性。
1強(qiáng)電部分
強(qiáng)電部分的設(shè)計(jì)主要包括高壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、動力照明干線系統(tǒng)、配電箱系統(tǒng)和導(dǎo)線電纜的敷設(shè)等,這一部分設(shè)計(jì)的基本要求是可靠性、靈活性、安全性。
可靠性——根據(jù)用電負(fù)荷的等級,保證在各種運(yùn)行方式下提高供電的連續(xù)性,力求可靠供電。
靈活性——主結(jié)線力求簡單、明顯、沒有多余的電氣設(shè)備;投入或切除某些設(shè)備或線路的操作方便。這樣就可以避免誤操作,又能提高運(yùn)行的可靠性,處理事故也能簡單迅速。靈活性還表現(xiàn)在具有適應(yīng)發(fā)展的可能性。
安全性——保證在進(jìn)行一切操作切換時工作人員和設(shè)備的安全,以及能在安全條件下進(jìn)行維護(hù)檢修工作。
通常在設(shè)計(jì)中只要滿足規(guī)范的要求就基本上能滿足上述三點(diǎn)要求,但經(jīng)濟(jì)性同樣是設(shè)計(jì)電氣各系統(tǒng)的重要原則。考慮經(jīng)濟(jì)問題時,必需從整個建筑的全局出發(fā),根據(jù)建筑本身的特點(diǎn),經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)電氣的各系統(tǒng),然而可靠性與經(jīng)濟(jì)性二者之間既有矛盾的一面也有統(tǒng)一的一面,如果過分強(qiáng)調(diào)可靠性,以配電系統(tǒng)為例,大部分設(shè)備由變配電所低壓母線放射式供電,勢必造成設(shè)備增多,投資增大,導(dǎo)致不必要的浪費(fèi),使經(jīng)濟(jì)性下降;如果過分強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性,減少設(shè)備,簡化結(jié)線,就必然會影響可靠性,當(dāng)發(fā)生事故時會造成較大面積的停電,從而又會帶來損失,可見這樣的結(jié)果是不但降低了可靠性,同時經(jīng)濟(jì)性也降低。因此在處理這些矛盾時,應(yīng)當(dāng)先滿足可靠性的同時再提高經(jīng)濟(jì)性。
高壓配電系統(tǒng)是一個工程配電的源頭,因此這一部分的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在不出現(xiàn)故障,造成整個工程斷電,選用合格可靠的產(chǎn)品。
低壓配電系統(tǒng)這一部分是一般民用建筑電氣設(shè)計(jì)的核心部分。低壓配電系統(tǒng)一般是由樹干式配電與放射式配電相結(jié)合而構(gòu)成的,同樣一棟建筑采用同一層次的產(chǎn)品,由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不同,會產(chǎn)生很大的價格差,直接影響到基建的初期投資,這里包括系統(tǒng)的構(gòu)成與設(shè)計(jì)時計(jì)算系數(shù)的選用。怎樣才能使系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又安全可靠呢?我們試舉一例,假設(shè)某一棟高層公共建筑采用二路高壓進(jìn)線,采用二臺變壓器,并且在本建筑內(nèi)含有水泵房、冷凍機(jī)房,我們通常做法是高壓采用單母線分段運(yùn)行手動聯(lián)絡(luò)(自動聯(lián)絡(luò)或不聯(lián)絡(luò));低壓為母線分段運(yùn)行,聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)自投自復(fù)、自投不自復(fù)、手動轉(zhuǎn)換開關(guān),自投時應(yīng)自動斷開非保證負(fù)荷,以保證變壓器正常工作,主進(jìn)開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)電氣聯(lián)鎖,任何情況下只能合其中的兩個開關(guān),并且為避免動力負(fù)荷的啟動干擾照明負(fù)荷,通常一臺變壓器的低壓出線主要供給照明負(fù)荷,而另一臺變壓器的低壓出線主要供給動力、空調(diào)負(fù)荷。如何設(shè)計(jì)能降低電氣設(shè)備的成本呢?可以從兩個方面解決,第一減少低壓柜的出線回路,第二在設(shè)計(jì)的過程中選擇好需要系數(shù)、同時系數(shù)以及功率因數(shù),下面就分別從這兩個方面討論:
(1)減少低壓柜的出線回路
當(dāng)我們做一個工程的電氣設(shè)計(jì)時,首先將負(fù)荷的種類和位置確定,將同一區(qū)域內(nèi)相同性質(zhì)的負(fù)荷,由低壓母線饋出的一個回路供電,這里的同一區(qū)域可以是同一層內(nèi),也可以是不同樓層但軸線位置相同的區(qū)域,這樣做可以減少低壓柜的出線回路,減少低壓柜的臺數(shù),降低設(shè)備成本,缺點(diǎn)是當(dāng)出線端故障或饋電回路檢修時會造成大范圍的斷電。然而此種情況在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生的可能性非常低。例如我們在實(shí)際生活中的住宅樓一年或者更長時間基本上不停電,而這種住宅樓的部電源進(jìn)線大部分都是大容量的單回路供電的,而且現(xiàn)在電氣設(shè)備的性能越來越好,通常在不出現(xiàn)電氣故障的情況下是免維護(hù)不用檢修的,因此在非重要負(fù)荷采用大容量回路出線是可行的,也是降低電氣設(shè)備成本的有效方法。
(2)正確選擇需要系數(shù)、同時系數(shù)以及功率因數(shù)
為什么這幾個系數(shù)要提到呢?因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懙揭粭澖ㄖ姎庠O(shè)備的投資。功率因數(shù)選用是否準(zhǔn)確直接影響到計(jì)算電流,從而影響電纜(導(dǎo)線)、保護(hù)開關(guān)的大小;需要系數(shù)選用是否準(zhǔn)確亦直接影響到計(jì)算電流,從而影響電纜(導(dǎo)線)、保護(hù)開關(guān)的大小;同時系數(shù)取值還直接影響變壓器大小的選擇,若取值偏大而選擇大容量變壓器時,會造成將來變壓器運(yùn)行時損耗的增大。因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中一定要調(diào)查研究在實(shí)際中同類設(shè)備運(yùn)行時的情況,合理選用計(jì)算系數(shù)。我們在深圳時曾遇見這樣一項(xiàng)工程,8萬平米高檔公寓,設(shè)計(jì)選用4臺1250kVA干式變壓器,而實(shí)際建成以后,由于入住率低,甲方只用一臺500kVA的變壓器帶所有的負(fù)荷,這本身就反映出設(shè)計(jì)時計(jì)算系數(shù)取得保守偏大。在我們做設(shè)計(jì)時要考慮發(fā)展前景,留有余量,但這些年的發(fā)展過程中,隨著建筑智能化水平的提高,電量并沒有大幅上升,因?yàn)闃怯钭钥氐恼{(diào)節(jié)、節(jié)能產(chǎn)品的選用、電能浪費(fèi)的減少以及智能化水平的提高大部分是由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,對用電量的需要很低,因此我們在設(shè)計(jì)中盡量取低一點(diǎn)的系數(shù)。
2弱電部分
隨著建筑智能化水平的提高,弱電部分的系統(tǒng)增加很多,弱電設(shè)備占基建投資的比率也越來越高,因此設(shè)計(jì)好弱電的各個子系統(tǒng),對節(jié)約投資提高智能化水平是有重要意義的。
弱電部分的各個系統(tǒng)中,樓宇自控系統(tǒng)是由設(shè)計(jì)院按甲方及規(guī)范要求提出進(jìn)入BAS監(jiān)控或監(jiān)視的點(diǎn),并且在設(shè)計(jì)中預(yù)留BAS控制器之間的管線。控制器至各種傳感器、變送器、閥門等的控制線、控制器的電源,均由承包商進(jìn)行深化設(shè)計(jì);其他的各弱電子系統(tǒng)如有線電視及衛(wèi)星電視系統(tǒng)、保安監(jiān)視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)均與BAS系統(tǒng)類似,目前設(shè)計(jì)中較深化的是火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)與綜合布線系統(tǒng)兩部分,下面就分別從這兩個方面分析如何降低初期投資提高使用功能。
火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)的成本主要與探測器和模塊的數(shù)量有關(guān),因此在設(shè)計(jì)中減少探測器和模塊的數(shù)量就可以降低火災(zāi)自動報警設(shè)備的投資。在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16.92中24.5.3.2條中規(guī)定“在梁突出頂棚的高度小于200mm的頂棚上設(shè)置感煙、感溫探測器時,可不考慮梁對探測器保護(hù)面積的影響。當(dāng)梁突出頂棚的高度在200-600mm時,按附錄L.2及L.3確定梁的影響和一只探測器能夠保護(hù)的梁間區(qū)域的個數(shù)。當(dāng)梁突出頂棚的高度超過600mm時,被梁隔斷的每個梁間區(qū)域應(yīng)至少設(shè)置一只探測器---”以及在24.5.1.9的第6點(diǎn)中規(guī)定“汽車庫等宜選用感溫探測器。”我們在設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇見這樣的地下車庫,柱網(wǎng)間距為8.1m,柱網(wǎng)間為“十”字梁,梁高500mm,若按上述規(guī)范每一柱網(wǎng)內(nèi)應(yīng)布4個感溫探測器,如果地下車庫面積在一萬平米以上(這種情況是經(jīng)常遇到的),那么僅此車庫就會設(shè)置上千個溫感,這樣做有沒有必要呢?若采用煙感探測器就會減少3/4的探測器的數(shù)量,而且當(dāng)前隨著環(huán)保要求的提高,汽車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越高,在地下車庫采用煙感是可行的,這樣可以節(jié)省很多投資,同時一般大型地下車庫均設(shè)置噴灑系統(tǒng),因此可減少探測器的設(shè)置甚至不設(shè)置,當(dāng)然這還需要消防部門的批準(zhǔn)。
綜合布線系統(tǒng)是將語言信號、數(shù)字信號的配線,經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)范設(shè)計(jì),綜合在一套標(biāo)準(zhǔn)的配線系統(tǒng)上,此系統(tǒng)為開放式的網(wǎng)絡(luò)平臺,方便用戶在需要時,形成各自獨(dú)立的子系統(tǒng)。綜合布線系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)世界范圍資源共享,綜合信息數(shù)據(jù)庫管理、電子郵件、個人數(shù)據(jù)庫、報表處理、財務(wù)管理、電話會議、電視會議等。綜合布線系統(tǒng)成本的節(jié)約也主要體現(xiàn)在減少信息點(diǎn)上,在《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50311-2000中第3.03及5.0.1條中規(guī)定一個工作區(qū)按5~10平米估算及每個工作區(qū)信息插座的數(shù)量配置方法。前一段時間我們設(shè)計(jì)-5.6萬平米的辦公樓,若減去機(jī)房和車庫面積按規(guī)范應(yīng)設(shè)置5000個信息出線口,而本工程將來使用時實(shí)際辦公人數(shù)不足2000人,而且每個信息點(diǎn)的成本在500元左右,這樣一來必造成很大的浪費(fèi),因此在設(shè)計(jì)中一定要根據(jù)實(shí)際情況合理地設(shè)計(jì)信息點(diǎn),這樣才能節(jié)約投資成本。
關(guān)鍵詞:分支電纜、結(jié)構(gòu)、性能、設(shè)計(jì)要求、規(guī)范
一、分支電纜的結(jié)構(gòu)與性能
1、產(chǎn)生與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分支電纜是在普通塑力纜基礎(chǔ)上發(fā)展而來。由于現(xiàn)代文明的發(fā)展,都市的高層建筑越來越普及,在高層建筑配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)中,供電可*性、工程經(jīng)濟(jì)性和施工便利性越來越重要,采用普通電力電纜供電,三者的矛盾總難完全統(tǒng)一,只能根據(jù)不同工程而有所側(cè)重。按傳統(tǒng)方法,在樓層配電設(shè)計(jì)中,通常采用的辦法有三種:
(1)放射式,由地下配電間分別對各個樓層引電纜直接供電,卻需要大量的電纜、橋架和較大的電纜井,造價高,經(jīng)濟(jì)性最差。
(2)鏈接法,由配電間引出電纜至底層配電箱,再由底層逐層向上鏈接供電,此法經(jīng)濟(jì)性最佳,但由于層數(shù)越多,安全系數(shù)越低(安全系數(shù)是逐級相乘)。
(3)分區(qū)樹干式,把一座高層建筑劃分成n個單元區(qū),每個單元采用電纜接從配電室供電,然后再分配至單元區(qū)內(nèi)各個樓層。經(jīng)濟(jì)性都比較好,經(jīng)常被采用。
(4)干線電纜分支法,從配電室引出一根(或數(shù)根)主干電纜,每個樓層在干線電纜上供頭分支,此法經(jīng)濟(jì)性最好,但施工卻是最麻煩的,更麻煩的是在主電纜上做樓層分支頭時,受電纜的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場施工條件以及人員素質(zhì)的影響,接頭質(zhì)量參差不齊,但這種方法卻促使人們想到把接頭與電纜一同制造,由此誕生了新一代的建筑配電電纜——分支電纜。
分支電纜是把經(jīng)過專門工藝處理的單芯電力電纜作為建筑主干電纜,根據(jù)各具體建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和尺寸量體裁衣,預(yù)先把分支接頭與分支線、主干電纜一同設(shè)計(jì)制造。是把上面第(4)種方法中現(xiàn)場施工和管理的工作由專業(yè)制造廠完成,而且工藝一致性也帶來了質(zhì)量一致。
分支電纜較早出現(xiàn)于英國和日本,在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面,1980年,日本電線工業(yè)協(xié)會頒布了第一部行業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)JCS376(1980),隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,在1992年對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂,放寬了對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料方面的要求,提高了成品技術(shù)指標(biāo),目前,國內(nèi)正規(guī)的分支電纜生產(chǎn)廠的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要是以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。
2、結(jié)構(gòu)分支電纜在結(jié)構(gòu)上,分為單芯型和多芯絞合型兩種,每根單芯分支電纜又可分為三部分:
(1)主干電纜;(2)支線電纜;(3)分支連接體。
目前,因單芯型分支電纜結(jié)構(gòu)簡單,便于生產(chǎn)和施工,已獲得大量應(yīng)用。按照日本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,多芯型分支電纜實(shí)質(zhì)上是多個單芯電纜的絞合體,而不是傳統(tǒng)概念多芯電纜的結(jié)構(gòu),多芯型分支電纜的每項(xiàng)導(dǎo)體外面都有單獨(dú)的絕緣和護(hù)套,每根線芯有獨(dú)立的分支連接體。多芯型分支電纜具備一般多芯電纜的運(yùn)行性能,國內(nèi)只有為數(shù)極少的大型綜合性電纜廠才具備生產(chǎn)能力,目前也已在推廣應(yīng)用中。
3、性能分支電纜是一種新型的電力配送電纜,其關(guān)鍵性能有兩項(xiàng):首先,一根具備良好品質(zhì)的分支電纜,必須是性能優(yōu)良的電力電纜,對于國內(nèi)產(chǎn)品,其導(dǎo)體性能、絕緣性能、材料的機(jī)械物理性能均應(yīng)符合GB12706-91標(biāo)準(zhǔn)——電纜的性能是分支電纜產(chǎn)品的基礎(chǔ)指標(biāo)。
第二,分支連接體的性能至關(guān)重要,這是分支電纜的關(guān)鍵性能。分支連接體把干線電纜與支線電纜的導(dǎo)體連為一體,并作絕緣防潮處理。從外觀上看,無法知道內(nèi)部接頭質(zhì)量,有兩項(xiàng)重要的試驗(yàn)?zāi)軌驒z測接頭性能,即機(jī)械拉力試驗(yàn)和電熱循環(huán)試驗(yàn)。對機(jī)械拉力試驗(yàn)而言,分支連接體(含干線與支線導(dǎo)體)的拉斷力應(yīng)保持在連接前的80%以上,對電熱循環(huán)試驗(yàn)而言,在125次一定時間間隔的額定載荷與空載循環(huán)后,分支連接體的溫度不得大于電纜表面溫度的8℃。決定分支連接體的機(jī)械與電氣性能的關(guān)鍵在于分支連接體的材料和工藝。對廣大用戶而言,應(yīng)充分關(guān)心分支電纜的電纜質(zhì)量、接頭的材料選擇和生產(chǎn)工藝工裝。
我們講,分支電纜更適合于現(xiàn)代建筑的配電系統(tǒng),為什么?要分析這個問題,我們必須首先弄清楚相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中對配電線路的要求。
二、相關(guān)規(guī)范對建筑電氣系統(tǒng)中配電線路的設(shè)計(jì)要求
1、建筑電氣相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范目前與建筑電氣低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的規(guī)范主要有:
(1)GB50052-1995供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范
(2)GB50054-1995低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范
(3)JGJ/T16-92民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范
(4)GBJ16-87建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(1997年版本)
(5)GB50045-1995高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范其中:《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》是兩項(xiàng)基礎(chǔ)規(guī)范,主要內(nèi)容參照采用了IEC標(biāo)準(zhǔn)。民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中供電系統(tǒng)和低壓配電部分與其規(guī)定基本一致,但由于這是一個建筑行業(yè)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),建筑相關(guān)的部分規(guī)定更具體,如供電系統(tǒng)的負(fù)荷簡等級,除規(guī)定分級原則外,更規(guī)定了各類具體建筑名稱的負(fù)荷級別。
由于上述規(guī)范在頒布實(shí)施時,分支電纜產(chǎn)品在國內(nèi)還沒有應(yīng)用先例,因此在規(guī)范中并未提及分支電纜,但在眾多條款中體現(xiàn)了設(shè)計(jì)指導(dǎo)方向,總的說來,有三種觀點(diǎn):
1、關(guān)于配電級數(shù)——越少越好;
2、關(guān)于配電方式,從高到低依次為放射式>樹干式>分區(qū)樹干式>鏈接式;
3、關(guān)于安裝敷設(shè)方式,應(yīng)與環(huán)境、建筑特征、機(jī)電應(yīng)力等多種因素相適應(yīng)。
(一)、關(guān)于配電級數(shù):對配電級數(shù)而言,GB50052-95第3.07條規(guī)定:供電系統(tǒng)應(yīng)簡單可*,同一電壓供電系統(tǒng)的變配電級數(shù)不宜多于兩級,JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中8.14條規(guī)定:“自變壓器一次側(cè)至用設(shè)備之間的低壓配電級數(shù)不宜超過三級,但對非重要負(fù)荷供電時,可超過三級。”上述規(guī)范體現(xiàn)了一個要領(lǐng),那就是配電級數(shù)越少越好,越少可*性越高,技術(shù)越先進(jìn)。
(二)、關(guān)于配電方式,GB50052-95中第6.02、6.03、6.04、6.05條中提出:“在正常環(huán)境的車間或建筑物內(nèi),當(dāng)大部分用電設(shè)備為中小容量,但無特殊要求時,宜采用樹干式配電”,“當(dāng)用電設(shè)備為大容量,或負(fù)荷性質(zhì)重要,或在有特殊要求的車間、建筑物內(nèi),宜采用放射式配電”,“當(dāng)部分用電設(shè)備離供電點(diǎn)較遠(yuǎn),而彼此相距很近、容量很少的用電設(shè)備,可采用鏈?zhǔn)脚潆姡恳换芈翻h(huán)鏈設(shè)備不超過5臺,其總?cè)萘坎灰顺^10kW”:“在高層建筑物內(nèi),當(dāng)向樓層各配電點(diǎn)供電時,宜采用分區(qū)樹干式配電,但部分較大容量的集中負(fù)荷或重要負(fù)荷,應(yīng)從低壓配電室以放射式配電”。
(三)、JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中對配電方式有更為詳細(xì)的規(guī)定,如:“8.2.15居住小區(qū)的高層建筑,宜采用放射式配電”“8.2.2.4除多層民用住宅外的其他民用建筑,對于較大的集中負(fù)荷或較重要的負(fù)荷應(yīng)從配電室以放射式配電;對于向多層配電間或配電箱配電,宜采用樹干式和分區(qū)樹干式的方式”“由層間配電間或?qū)优潆娤渲粮鞣峙潆娤涞呐潆姡瞬捎梅派涫脚c樹干式結(jié)合的方式”,“8.2.3.2對于容量較大的集中負(fù)荷或重要負(fù)荷,宜從配電室以放射式配電對各層配電間的配電宜采用下列方式之一:
(1)工作電源采用分區(qū)樹干式,備用電源也采用分區(qū)樹干式或首層至頂層垂直干線的方式。
(2)工作電源和多用電源都采用由首層到頂層垂直干線方式。
(3)工作電源采用分區(qū)樹干式,多用電源取自應(yīng)急照明等電源干線。
上述規(guī)定,是限于制定規(guī)范時,分支電纜尚未在國內(nèi)推廣應(yīng)用,供電線路主要依賴普通電力電纜和母線。筆者認(rèn)為,在應(yīng)用分支電纜配電后,上述規(guī)定應(yīng)該可以簡化。放射式高于樹干式,又高于鏈接式的觀點(diǎn)。
(四)、關(guān)于電纜和母線安裝敷設(shè)方式。
GB50054-94中5.5.1、JGJ/T16-92中9.12.1都規(guī)定“封閉母線宜用于干燥和無腐蝕性的屋內(nèi)場所。”
GB50054-94中5.7.2、JGJ/T16-92中4.13.5規(guī)定“豎井垂直布線時應(yīng)考慮下列因素:……。垂直干線與分支線的連接方法。”
GB50054-94中5.7.3豎井內(nèi)垂直布線采用大容量單芯電纜大容量線線作干線時,應(yīng)滿足下列條件:
1、載流量要留有一定的裕度;2、安裝及維修方便和經(jīng)濟(jì)。
GBJ16-87《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中10.1.4規(guī)定:“消防用電設(shè)備的配電線路應(yīng)穿管保護(hù)。當(dāng)暗敷時應(yīng)敷時應(yīng)敷設(shè)在非燃燒體結(jié)構(gòu)內(nèi),其保護(hù)層厚度不應(yīng)小于3cm,明敷時必須穿金屬管,并采取防火措施。采用絕緣和護(hù)套為非延續(xù)燃性材料的電纜時,可不采取穿金屬管保護(hù),但應(yīng)敷設(shè)在電纜井溝內(nèi)。
GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中對消防電源及其配電,9.1.4條也規(guī)定了相同內(nèi)容。
上述規(guī)范說明:電纜配電比母線具有更好的環(huán)境適應(yīng)性,安裝敷設(shè)更便利。
在熟悉電氣規(guī)范的相關(guān)規(guī)定后,讓我們來分析分支電纜配電方法與規(guī)范的符合性與技術(shù)先進(jìn)性.
三、分支電纜配電的技術(shù)先進(jìn)性
1、分支電纜的配電方式分支電纜配電系統(tǒng)一般如圖所示,在一個n層的大樓中,垂直豎井干線和各樓層供電由一根整預(yù)制的分支電纜完成,PG是總配電柜,PX是樓層配電箱,ZJX是轉(zhuǎn)接箱,當(dāng)PG與ZJX之間距離不遠(yuǎn)時,(滿足載流量與起動運(yùn)行壓降要求)一般不予選用,這樣可減少一個連接點(diǎn),節(jié)約投資。
2、分支電纜配電的技術(shù)先進(jìn)性從上述配電系統(tǒng)的分析中,可以知道分支電纜可以使樓層配電簡化成二級配電,每個樓層都可以達(dá)到最簡單的二級配電,符合規(guī)范中配電級數(shù)越少越好的原則,這是先進(jìn)性之一。
分支電纜配電系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是一種放射式配電系統(tǒng),適用于各種重要場合甚至是特別重要場合的配電,這是先進(jìn)性之二。
分支電纜是一種經(jīng)過預(yù)制的電力電纜,其外形和結(jié)構(gòu)特征仍然具備電纜特性,而且接頭經(jīng)過密封絕緣處理,在出廠時經(jīng)受過水中耐壓和絕緣電阻試驗(yàn),因此對環(huán)境要求低,能適用于潮濕、鹽霧酸堿等環(huán)境,而母線在規(guī)范中明確不能應(yīng)用于這些環(huán)境,比母線適用范圍廣。而且,其安裝方式簡便,施工工期短,工費(fèi)低,符合規(guī)范中設(shè)計(jì)應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn),這是其技術(shù)先進(jìn)性之三。
四、分支電纜配電設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)
題目:成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電
一、結(jié)合畢業(yè)論文課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述:
摘要:本課題主要研究的是成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問題[1]。案為成都國際金融中心項(xiàng)目,成都國金中心凈用土地面積82畝[2]。為香港九龍倉投資的西部地標(biāo)性建筑整個項(xiàng)目設(shè)計(jì)由4座塔樓及裙樓組成,包括超五星級酒店、高端寫樓、高檔酒店式公寓及高品位住宅等,其中主樓雙塔最高達(dá)248米[3]。2007年9月香港九龍倉集團(tuán)在成都以8800萬元/畝[4]。總價72.4億元拍下了位于成都市最繁華的商業(yè)中心春熙路片區(qū)82畝土地建成后,將成為中國西部地區(qū)最高檔次、最具規(guī)模和影響力的地標(biāo)性建筑物,將引進(jìn)數(shù)百個中西部最具代表性的商鋪,其中包括世界上最出名的國際名牌、港澳名牌,再加上其九龍倉本身之馬哥孛羅酒店等,有望成為中國西部今后最具影響力的國際商貿(mào)金融中心[5]。
關(guān)鍵詞:電氣設(shè)計(jì);配電系統(tǒng);智能化系統(tǒng);電氣控制;電機(jī);制冷機(jī)房;水泵
1.前言
建筑電氣技術(shù)是以電能、電子、電器設(shè)備及電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持和改善人民居住或工作的生活環(huán)境的電、光、聲、冷和暖環(huán)境的一門跨學(xué)科的綜合性的技術(shù)科學(xué)[6]。它是強(qiáng)電和弱電與具體建筑的有機(jī)結(jié)合[7]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,人們對有關(guān)供配電、照明、消防、防雷接地、通信、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的要求越來越高,使得建筑開始走向高品質(zhì)、多功能領(lǐng)域,并進(jìn)一步向多功能的縱深方向和綜合應(yīng)用方向發(fā)展[8]。建筑電氣設(shè)計(jì)是在認(rèn)真執(zhí)行國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策和有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下,進(jìn)行工業(yè)與民用建筑建筑電氣的設(shè)計(jì),并滿足保障人身、設(shè)備及建筑物安全、供電可靠、電能節(jié)約、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理[9]。
2.設(shè)計(jì)內(nèi)容
成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房實(shí)地實(shí)習(xí),了解制冷機(jī)房電機(jī)啟動類型,啟動方式,啟動速率。研究其中各個電機(jī)與電氣控制裝置之間是如何協(xié)調(diào)工作的[10]。了解系統(tǒng)的電氣設(shè)備及其主回路工作原理[11]。探究其中存在的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)。計(jì)算電氣設(shè)備的負(fù)荷、功率,了解相關(guān)電氣設(shè)備的選用[12]。
3.設(shè)計(jì)依據(jù)
1)中戶人民共和國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文(房屋建筑部分)(2002年版)
2)民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范CB50736-2012
3)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范CB50045-95(2005年版)
4)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范CB50016-2006
5)汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計(jì)防火規(guī)范CB50067-97
6)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)CB50189-2005
7)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào).動力》(2009年版)
8)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇-暖通空調(diào).動力》(2007年版)
9)通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范CB50243-2002
4.總結(jié)
本次的文獻(xiàn)綜述內(nèi)容主要是對成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分的一個概述,簡要說明了畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述應(yīng)該做些什么系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在查閱了大量的資料后的一個總結(jié),也是對這段時間的工作的一個匯報[13]。并對一些規(guī)范和國標(biāo)有了初步的了解,對以后的畢設(shè)做一個鋪設(shè)[14]。小區(qū)的建筑電氣設(shè)計(jì)主要是對變配電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等的一個設(shè)計(jì)[15]。對這些系統(tǒng)的初步了解可以確定以后電氣設(shè)計(jì)的方向,對之后的畢設(shè)起一個帶頭作用[16]。從對電氣設(shè)計(jì)的迷茫到初步的認(rèn)知,有老師的指導(dǎo)同學(xué)的幫助,更重要的還是自己的解收獲的是實(shí)踐知識,本次的文獻(xiàn)綜述對之后的畢設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)[17]。
參考文獻(xiàn)
[1]劉思亮.建筑供配電.第一版.北京.中國建筑工業(yè)出版社.1998.164~176
[2]孫建民.電氣照明技術(shù).北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998年:56頁
[3]唐志平.供配電技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2008
[4]謝浩.住宅照明的處理和選擇方法[J].住宅科技,2009,(02)
[5]劉宇.淺談智能住宅小區(qū)弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].硅谷,2008,(05)
[6]張言榮、高紅、花鐵森.智能建筑消防自動化技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009
[7]鄭潔、伍培.智能建筑概論[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2008
[8]唐志平.供配電技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008
[9]俞麗華.電氣照明[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2008
[10]戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊中國建筑工業(yè)出版社2010年:83頁
[11]陳一才.智能建筑電氣設(shè)計(jì)手冊.北京:中國建材工業(yè)出版社,2002年:43頁
[12]戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)手冊.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003年:59頁
[13]劉思亮.建筑供配電.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004年:24頁
[14]楊光臣.建筑電氣工程圖識讀與繪制.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002年:48頁
[15]Frantz,J.m.Jdy.Intracanopylightingreduceselectricalenergycitilizationbyclosedcowpeastands.LifeSupportBiosphere,2001,7:283-290
[16]N.Shdbolt,Ambientintelligence.IEEEIntell.Syst,2003,18(4):2-3
[17]NTayfunAmur.Cost,guestimpactdriveterrorism-securityplans[J].HotelandMotelManagement.Vol.220.No.20.Jun.2005.
二.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
1.研究的問題
本課題主要研究的是成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問題。通過到成都國際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房實(shí)地實(shí)習(xí),了解制冷機(jī)房電機(jī)啟動類型,啟動方式,啟動速率。研究其中各個電機(jī)與電氣控制裝置之間是如何協(xié)調(diào)工作的。了解系統(tǒng)的電氣設(shè)備及其主回路工作原理。探究其中存在的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)。計(jì)算電氣設(shè)備的負(fù)荷、功率,了解相關(guān)電氣設(shè)備的選用。最終了解現(xiàn)場施工的程序等。
2.研究的途徑
1)收集相關(guān)資料,查閱中外文獻(xiàn)。學(xué)習(xí)相關(guān)知識,了解國金中心項(xiàng)目的基本情況。做好前期準(zhǔn)備。
2)請教校外導(dǎo)師學(xué)習(xí)、掌握國金中心負(fù)5層的解制冷機(jī)房的電機(jī)啟動類型、啟動方式、啟動速率,系統(tǒng)的電氣設(shè)備及其主回路工作原理,探究其中存在的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)。
3)通過計(jì)算電氣設(shè)備的負(fù)荷、功率,了解相關(guān)電氣設(shè)備的選用。
4)利用AutoCAD等繪圖軟件,繪制施工平面圖,系統(tǒng)圖,及各個原理圖等。
汽車中電子成分的不斷增多是因?yàn)槭袌鰧ζ嚠a(chǎn)品的要求與期望的不斷增加。例如,對汽車安全系統(tǒng)的更高要求就產(chǎn)生了防抱死剎車(ABS)、軌道控制系統(tǒng)、防滑出、防翻滾及其側(cè)面氣囊保護(hù)等措施。對更高燃油效率的要求又引入了直噴發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(DirectInjection)、隨換多缸系統(tǒng)(DisplacementOnDemand)、電子閥控系統(tǒng)(ElectronicValving)以及混合動力型汽車(HybridVehicle)。這些不斷增加的電子系統(tǒng)使汽車系統(tǒng)變得更為復(fù)雜,也使得這些系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)過程變得更具有挑戰(zhàn)性。
對日趨復(fù)雜的汽車部件及電子系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方法已顯得力不從心。例如,傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時序控制都是基于表格查找方法。這種方法對現(xiàn)動機(jī)來說有很多局限性,一是表格法不能將發(fā)動機(jī)的動態(tài)特征考慮進(jìn)來;二是現(xiàn)動機(jī)需要控制的狀態(tài)從以前的幾百個到現(xiàn)在的上萬個,這樣,用表格查找的方法就很難實(shí)施,也無法再繼續(xù)提高發(fā)電機(jī)的性能。隨之而來,一種代替這種方法的現(xiàn)代控制是基本模型的控制方法(。這種方法的實(shí)施過程不太隨發(fā)動機(jī)的復(fù)雜程度而變,但需要一個較準(zhǔn)確的發(fā)動機(jī)的動態(tài)模型。另外,汽車電子器件與系統(tǒng)的開發(fā)方式和過程也必須加快速度、降低成本、增加質(zhì)量才能滿足廠家的管理目標(biāo)。傳統(tǒng)的硬件研制、測試、再研制、再測試的重復(fù)模式就顯得費(fèi)時、費(fèi)力,成本也會相應(yīng)增加。
在這樣的背景下,越來越多的汽車電子廠家利用計(jì)算機(jī)輔助工程軟件來加速研發(fā)過程,降低研發(fā)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。具體做法是:廠家在計(jì)算機(jī)的虛擬平臺上來完成盡可能多(可高達(dá)80到90的工作量)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析工作,只是在最后一步才進(jìn)行實(shí)際硬件實(shí)施。
無刷電機(jī)代替有刷電機(jī)油泵的設(shè)計(jì)實(shí)例
我們以發(fā)動機(jī)的油氣控制系統(tǒng)為例來說明設(shè)計(jì)過程。如圖1所示。首先,一個廠家決定用無刷電機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有刷電機(jī)油泵。它可以從RMxprt軟件開始,該軟件中有包含無刷電機(jī)在內(nèi)的13種電機(jī)和發(fā)電機(jī)模式。用戶只需要輸入與電機(jī)有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù),例如輸入電壓、功率、極數(shù)、永磁鐵類型等,RMxprt就可以自動設(shè)計(jì)出一個基本的無刷電機(jī),并計(jì)算出該電機(jī)在不同運(yùn)營狀態(tài)(例如空載和全載)的性能參數(shù),例如力矩、轉(zhuǎn)速和效率等。
如果用戶想對以上設(shè)計(jì)的基本電機(jī)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析與優(yōu)化,他可以選用全功能的FEA軟件。Maxwell是一套通用的用于電磁分析的FEA軟件。它可以對任意的兩維或三維的實(shí)體設(shè)計(jì),其中每一物體可以有不同的包括非線性的電磁特性,進(jìn)行與電磁場有關(guān)的靜態(tài)或動態(tài)的性能分析。例如,用戶可以分析一個電機(jī)內(nèi)的磁場強(qiáng)度的分布來確定定子槽距的間隙,或者調(diào)整空氣間隙來確定力矩的大小。同時Maxwell一個很重要的功能就是動態(tài)的損耗計(jì)算,包括由渦流和滯回引起的鐵芯損耗。由于Maxwell軟件的通用性,它可以用于除電機(jī)外任何包括電磁原理的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì),例如可變磁阻的速度傳感器、電磁線圈(Solenoid)、電抗器以及變壓器等。
電機(jī)設(shè)計(jì)完成后,其準(zhǔn)確的仿真模型可直接應(yīng)用于線路仿真系統(tǒng)軟件Simplorer中。這種從FEA模型直接生成線路模型的過程省去了很多對物理系統(tǒng)建模的繁雜過程。Simplorer是一個以電路為核心并具有包括機(jī)械、液壓、熱能等多物理域的仿真系統(tǒng)軟件。與許多其他線路仿真軟件不同的是,Simplorer線路中所用的元件都是基于物理原理的模型,而不是行為模型。這樣,當(dāng)整個系統(tǒng)模型建成后,其行為由每個元件的物理特性所決定。在線路仿真中,電機(jī)驅(qū)動控制電路的設(shè)計(jì)和分析首先得到完成,這包括用固體開關(guān)元件和PWM的控制方法對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。
電路以外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例
此外,Simplorer還可用于電路以外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在下面的油路控制示意圖(圖2)中,由上面設(shè)計(jì)的電機(jī)來驅(qū)動油泵。燃油通過油泵過濾器,油壓控制閥進(jìn)入電控噴頭。電噴頭的開關(guān)與時間的長短由電磁閥來控制,閥中所用的電磁線圈也是由FEA的精確設(shè)計(jì)而來,電磁線圈的上端接電控部分,下端接電噴的滑體與頂針。這樣整個油路的控制的系統(tǒng)模型就完成了,油路的壓力及流量的動態(tài)特性就可以用仿真進(jìn)行分析和調(diào)試。
與此類似的是燃?xì)饪刂葡到y(tǒng),其中所有元部件模型均來自Simplorer軟件所隨帶的汽車和液壓系統(tǒng)模型庫,這些模型庫包含了許多汽車中用到的基本元部件,例如導(dǎo)線、保險絲、點(diǎn)火器、發(fā)動機(jī)和變速箱等等。這樣,汽車電子設(shè)計(jì)工程師可以很快地建立起所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型。在油路和氣路控制完成后,就可以進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在點(diǎn)火系統(tǒng)中,直接安插在點(diǎn)火器的點(diǎn)火線圈(ignitioncoil)的設(shè)計(jì)也是用FEA的方法設(shè)計(jì)出最優(yōu)的電磁特性。通過電子控制的方式將電能轉(zhuǎn)換成點(diǎn)火器所需要的高壓電弧,因?yàn)殡娀√匦?電壓高低、電弧延續(xù)時間長短)對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火過程和運(yùn)行性能有很大影響,所以用CAE設(shè)計(jì)出的一個性能良好的點(diǎn)火系統(tǒng)很有意義。由計(jì)算機(jī)仿真出來的點(diǎn)火器上的電壓和電流波形圖與其后的實(shí)際測試結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合。
本文小結(jié)
美國Ansoft公司EM工具是包括北美、歐洲及日本在內(nèi)的汽車電子行業(yè)內(nèi)的一種主流CAE產(chǎn)品,它的產(chǎn)品用于機(jī)電系統(tǒng)的仿真、分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化。EM工具包括:專用元部件設(shè)計(jì)軟件RMxprt和Pexprt;通用電磁系統(tǒng)的有限元分析軟件(FEA)Maxwell;通用的多物理域仿真軟件Simplorer組成。這些產(chǎn)品有機(jī)地組合在一起形成一個流暢、高效的設(shè)計(jì)平臺。以上實(shí)例說明,利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)仿真軟件,像發(fā)動機(jī)油氣點(diǎn)火系統(tǒng)這樣復(fù)雜的過程也可以在設(shè)計(jì)出實(shí)物之前進(jìn)行精確的性能分析。
Ansoft的EM工具在汽車設(shè)計(jì)的其它方面也得到了廣泛的應(yīng)用,在下列汽車電子系統(tǒng)中,EM工具用來設(shè)計(jì)和分析傳感器、驅(qū)動器、通訊和控制系統(tǒng),它們包括:
動力系統(tǒng):包括油氣控制、點(diǎn)火系統(tǒng)、電水泵、電壓縮機(jī)和電控閥門系統(tǒng)等。
變速系統(tǒng):包括電控液壓系統(tǒng)和舒適換速等。
底盤及懸掛系統(tǒng):包括半積極和全積極懸掛系統(tǒng)。
軌道控制系統(tǒng):包括ABS、電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、輪胎壓力管理系統(tǒng)(TPM)等。
車身電子:包括儀表盤系統(tǒng)、線束設(shè)計(jì)、照明和通訊等。
目前在新功能或加強(qiáng)功能的某些趨勢是增加更復(fù)雜的電子元器件,以便提高品牌聲譽(yù)和競爭差異性,同時讓消費(fèi)者更安全舒適。例如復(fù)合動力電動車就像把iPod®連接到汽車娛樂系統(tǒng)一樣,現(xiàn)已成為一種流行時尚。消費(fèi)者還把手機(jī)與整合型免持聽筒裝置之間的藍(lán)牙連結(jié)視為標(biāo)準(zhǔn)配備。
復(fù)雜功能
這些特色僅是冰山一角,其它精心設(shè)計(jì)的復(fù)雜功能雖不會被乘客看到或摸到,卻會影響他們的行車經(jīng)驗(yàn),這些功能也逐漸導(dǎo)入汽車設(shè)計(jì)。感應(yīng)照明系統(tǒng)、多軸調(diào)整座椅、智能型天候控制系統(tǒng)、防撞系統(tǒng)和動力巡航控制在21世紀(jì)汽車市場變得格外重要。消費(fèi)者甚至期望車商提供高質(zhì)量的儀表板功能。要將這些先進(jìn)功能導(dǎo)入汽車系統(tǒng)往往需要付出代價。
汽車電子設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是迅速推出新的電子元器件,提高乘客的舒適性、安全保護(hù)和其它加強(qiáng)功能。設(shè)計(jì)人員必須縮短整體的設(shè)計(jì)與認(rèn)證時間和增強(qiáng)現(xiàn)有系統(tǒng)功能,并且不能影響日益嚴(yán)格的質(zhì)量與可靠性要求和成本目標(biāo)。為了克服這些挑戰(zhàn),汽車電子設(shè)計(jì)人員需要集成度更高的解決方案以便提高系統(tǒng)的功能密度。混合信號元器件的高功能集成就是很有吸引力的一項(xiàng)替代方案。
捕捉、運(yùn)算和通訊
幾乎所有的嵌入式汽車電子系統(tǒng)都必須執(zhí)行捕捉、運(yùn)算和通訊等三種功能。“捕捉”是從實(shí)際世界取得信息,再將它轉(zhuǎn)為數(shù)字形式。這可能是車胎監(jiān)控系統(tǒng)的壓力傳感器所傳來的模擬電壓,或是碰撞偵測感應(yīng)器I/O接腳的上升沿波形,這個感應(yīng)器可能會連接到安全氣囊的觸發(fā)系統(tǒng)。“運(yùn)算”是指在應(yīng)用環(huán)境下處理數(shù)字信息的能力,例如安全氣囊控制器可能在極短時間內(nèi)就決定不啟動安全氣囊,因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)座位上有小孩。“通訊”是指將處理結(jié)果傳送給其它需要該信息的系統(tǒng),譬如啟動指示燈就是很簡單的例子。其它復(fù)雜功能可能會通過網(wǎng)絡(luò)總線把排氣系統(tǒng)的一氧化碳含量告知引擎管理計(jì)算機(jī),以便提高燃油的氧氣混合比例。解決方案的有效性最終將由系統(tǒng)執(zhí)行這三種功能的程度決定。
新設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
油箱感測是一個很好例子,說明汽車電子設(shè)計(jì)人員所須面對的挑戰(zhàn)。僅在幾年前,油量傳感器還是一個相當(dāng)直接的設(shè)計(jì)問題。它包含一個簡單的浮筒裝置,上面有掃描式碳刷接觸著電阻性表面,它會使得模擬輸出電壓正比于油箱的剩余油量。但對今日汽車而言,通常必須等到平臺設(shè)計(jì)快結(jié)束時才會開始油箱設(shè)計(jì),而且多半要利用任何尚未使用的空間。這可能使得油箱的形狀怪異,容量也不再與液面高低成正比,這會讓浮筒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得很復(fù)雜。更重要的是,替代燃料的出現(xiàn)和燃料衍生物讓油箱的燃料成份變得很重要。舉例來說,汽油與乙醇燃料的比例會影響點(diǎn)火、燃燒時間和廢氣排放等引擎動力特性。廠商現(xiàn)已認(rèn)為新一代油箱傳感器必須能決定燃油成份,同時將這項(xiàng)信息提供給汽車的其它電子控制系統(tǒng)。這使得過去被認(rèn)為很簡單的感測設(shè)計(jì)現(xiàn)已變?yōu)橐环N復(fù)雜的分析控制挑戰(zhàn)。
值得注意的是,幾乎車內(nèi)的所有系統(tǒng)都在擴(kuò)充功能。主動式露點(diǎn)(dew-point)控制器正在取代擋風(fēng)玻璃除霧功能,它可以避免或排除水滴凝結(jié)所需的條件。雨水感應(yīng)雨刷系統(tǒng)則會把馬達(dá)控制和雨水感應(yīng)功能整合為一套系統(tǒng)。下一代防夾車窗與天窗的關(guān)閉則是這些安全系統(tǒng)的微電子元器件所需整合的另一代表性應(yīng)用。
第一代防夾技術(shù)
第一代防夾設(shè)計(jì)通常包含一套由電動馬達(dá)驅(qū)動的機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)。馬達(dá)電流由一顆控制器監(jiān)測,然后與代表失速狀態(tài)(stallcondition,亦即馬達(dá)轉(zhuǎn)動受阻)的固定臨界值比較;只要達(dá)到該臨界值,車窗方向就會從上升反轉(zhuǎn)為下降。這套系統(tǒng)如圖1所示。
圖1:第一代防夾車窗升降系統(tǒng)的控制圖
第一代設(shè)計(jì)有幾項(xiàng)缺點(diǎn)。首先是要開發(fā)一套方法分辨馬達(dá)啟動和車窗受阻時的馬達(dá)失速電流(圖2和3)。為了達(dá)到這項(xiàng)要求,比較電路中增加一段固定延遲時間,確保它只在馬達(dá)轉(zhuǎn)動后才開始比較失速電流臨界值,只不過這種做法有時無法為半開的車窗提供防夾保護(hù)。舉例來說,如果車窗的起始位置僅距頂端10毫米,那么在臨界定時器的計(jì)時結(jié)束前,車窗很可能早已撞到頂端的擋板(hard-stop)。
圖2:關(guān)閉車窗時的電流變化
圖3:關(guān)閉車窗遇到阻礙時的電流變化
第二個缺點(diǎn)是機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)會隨著時間改變,這會影響馬達(dá)的工作負(fù)載,使得防夾臨界值變大或變小。
最后,這些系統(tǒng)由于使用固定臨界值,所以無法適應(yīng)行車環(huán)境的改變。車窗密封條的熱膨脹效應(yīng)會讓溫度變化對工作負(fù)載產(chǎn)生很大影響。汽車靜止時關(guān)閉天窗所需的力量與行駛中車輛有很大不同,在平滑路面升起車窗所需的力量也不同于車輛在石頭路上行駛時。在這兩種情形中,無法補(bǔ)償這些變動的狀況都會影響安全或造成車窗無法正常操作。
設(shè)計(jì)人員過去是以不同方式應(yīng)付這三項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。在有些情形下,他們會增加更多的傳感器或使用更精確的控制材料與元器件來減輕這些問題,但這些方法都會增加設(shè)計(jì)的成本與復(fù)雜性。這使他們?nèi)找嫘枰惶椎统杀镜姆缞A功能設(shè)計(jì)來克服這些缺點(diǎn)。
新的設(shè)計(jì)解決方案
如圖4所示,一顆包含高速中央處理單元(CPU)和高效能模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(亦即帶寬大于180MSPS和分辨率超過12位)的混合信號微控制器是此問題的最佳解決方案。
圖4:采用混合信號微控制器的防夾系統(tǒng)
這種做法讓設(shè)計(jì)人員利用一顆微控制器同時執(zhí)行馬達(dá)的通訊功能和監(jiān)控馬達(dá)電流。通訊噪聲可由芯片內(nèi)建的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器直接在馬達(dá)電源電路的電流傳感器(亦即分流電阻)上偵測。這種方法能更精確分辨馬達(dá)處于轉(zhuǎn)動或失速狀態(tài),不僅比較器電路不需再增加一段固定延遲時間,就算車窗已經(jīng)半開也可提供完整的防夾功能。
如圖5所示,系統(tǒng)會根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和參數(shù)計(jì)算結(jié)果設(shè)定可變的馬達(dá)電流臨界值,以便動態(tài)響應(yīng)馬達(dá)負(fù)載變動和將系統(tǒng)扭力限制在適當(dāng)范圍,同時將長期因素(例如馬達(dá)磨損和密封材料老化)和短期因素(例如環(huán)境、濕度、溫度和振動)都列入考慮。另外,系統(tǒng)還能與其它的電子控制裝置(ECU)交換信息,把外界溫度和車速等信息當(dāng)成加權(quán)輸入來決定適當(dāng)?shù)呐R界值(參考圖6)。利用其它系統(tǒng)不僅會提高整體系統(tǒng)效能,還能避免在車上重復(fù)安裝傳感器的額外成本。
圖5:使用可變臨界值后的車窗關(guān)閉過程電流變化
圖6:存儲在內(nèi)存表格的環(huán)境參數(shù)與歷史數(shù)據(jù),它們可用來決定臨界值
1.1“兩機(jī)一變”
本電站電氣主接線采用“兩機(jī)一變”兩個擴(kuò)大單元接線方式,1#、2#機(jī) 1#主變組成一個擴(kuò)大單元,3# 、4#機(jī) 2#主變組成另一擴(kuò)大單元;35KV側(cè)母線為單母接線方式,新建2回35KV架空線路外送容量至漾濞縣電力系統(tǒng)110KV順濞變,輸電長度約為2×17km;每一單元發(fā)電機(jī)出口6.3KV母線側(cè)均設(shè)置廠用變1臺,廠用0.4KV母線采用單母分段方式,母聯(lián)斷路器配置備自投裝置一套,用于保證廠用Ⅰ類負(fù)荷可靠供電,同時,廠用0.4KV母線Ⅱ段設(shè)有備用進(jìn)線電源間隔,作為外接電源或備用保安電源預(yù)留;首部壩用電源由6.3KV(Ⅰ)段近區(qū)變經(jīng)廠用10KV架空線路供給;留有供電間隔以備用;因平坡電站供電方式較為簡潔,為簡化整個電站的運(yùn)行、操作方式,提高和保證電站運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)和可靠性,其35KV配電裝置,未采用常規(guī)戶外型設(shè)備,選用戶內(nèi)KYN61-40.5鎧裝移開式交流金屬封閉式高壓開關(guān)屏柜,以滿足電站各種狀態(tài)下運(yùn)行方式的要求。
1.2廠內(nèi)用電
廠用電由發(fā)-變組兩個單元接2臺250KVA廠用變壓器供0.4KV廠用母線用電,0.4KV廠用母線采用單母分段運(yùn)行方式,其間2臺廠用變擬用電源自動投入裝置互為備用,同時0.4KV母線留有一外來備用電源配電間隔,做為備用。壩區(qū)負(fù)荷由發(fā)-變組第一單元1臺35KV近區(qū)變及10KV架空線路供給,為保證壩區(qū)供電的可靠性,壩區(qū)供電還需由漾濞35KV變電站提供一回10KV備用電源。
2設(shè)備選擇
鑒于漾濞縣電力系統(tǒng)較為復(fù)雜,電站最大的短路電流將來自漾濞110KV變電站,為滿足設(shè)備運(yùn)行安全、可靠,電站高壓設(shè)備的短路開斷電流均選擇為31.5KA。
2.1電氣設(shè)備
平坡電站電氣設(shè)備根據(jù)平坡電站主、副廠房水工布置圖進(jìn)行設(shè)置。主變、近區(qū)變布置在廠房外上游側(cè),高層為1372.969m;發(fā)電機(jī)出口6.3KV配電屏、勵磁變布置在副廠房水輪機(jī)層,安裝高層為1368.00m;35KV配電屏、0.4KV配電屏、廠用變壓器、直流配電設(shè)備布置在副廠房發(fā)電機(jī)層,安裝高層為1372.969m;機(jī)組自用屏、機(jī)組LCU屏、機(jī)組勵磁屏、機(jī)組測溫制動屏安裝在主廠房上游側(cè),安裝高層:1372.969m;電站繼保室、中控室、通訊室、試驗(yàn)室等布置在副廠房控室層,安裝高層為:1377.00m;壩區(qū)安裝1臺區(qū)域變(200KVA 10.5KV/0.4KV)、2面低壓動力配電屏;前池動力及照明電源由廠用電屏提供。
2.2過電壓保護(hù)和接地
平坡電站主變35KV電壓側(cè)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。
各高、低壓配電裝置的過電壓保護(hù)均采用相應(yīng)電壓等級的避雷器保護(hù)方式。因電站各主要配電設(shè)備均采用戶內(nèi)式,最高電壓等級為35KV,故電站接地方式采用全廠統(tǒng)一接地網(wǎng)形式,各高層接地網(wǎng)均與廠房主鋼筋焊接牢固,不再單獨(dú)設(shè)立避雷針和接地井;全廠接地系統(tǒng)接地電阻要求≤4Ω。
2.3照明
本工程設(shè)計(jì)有工作照明和事故照明,照明供電網(wǎng)絡(luò)采用三相四線制(380/220V)。在主廠房發(fā)電機(jī)層和水輪機(jī)層分別設(shè)有照明配電箱。照明配電箱型號XRM-007/3 。由DP-1號廠用配電盤供電給照明配電箱。工作照明由廠用交流電供給。在經(jīng)常有人工作或往來的地方,尤其是事故時要進(jìn)行操作的地方,設(shè)有事故照明。電源取自事故照明分電箱,事故照明燈在正常時由廠用電交流電源供給,作為工作照明的一部分,事故時由照明切換板上交直流切換到直流電源上。事故照明燈具的設(shè)置,考慮了事故情況的照度要求。主副廠房照明采有三種方式:主廠房天棚采用高效混光燈具,由高壓汞燈和鈉燈組成;在主廠房上游側(cè)柱面裝設(shè)壁燈,作為機(jī)旁盤的輔助照明,壁燈安裝高度距地2.5m。高壓開關(guān)柜室、水輪機(jī)層、蝶閥層、電纜夾層、油室和機(jī)坑照明均按照明標(biāo)準(zhǔn)選用一般工廠燈,以白熾燈作為光源。所有室內(nèi)照明線均要求埋管暗敷,沿頂棚走的電線均應(yīng)套以硬PVC管,且每隔一定間距應(yīng)有固定支點(diǎn)。
2.4電纜的選型及敷設(shè)
2.4.1電纜選型
由于全塑絕緣電纜耐化學(xué)腐蝕、重量輕、安裝維護(hù)方便,因此本電站選用阻燃聚氯乙烯絕緣及護(hù)套電纜和阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。
2.4.2電纜敷設(shè)
除室內(nèi)外電纜溝內(nèi)采用角鋼支架外,其余均采用組合式電纜橋架。電纜橋架的安裝,必須做到橋面平直,以使電纜敷設(shè)達(dá)到整齊、美觀的效果。敷設(shè)電纜時電纜統(tǒng)計(jì)書應(yīng)和有關(guān)電纜敷設(shè)埋管圖配合使用。電纜統(tǒng)計(jì)書中所列長度僅為統(tǒng)計(jì)長度,不能作為電纜切割依據(jù),每根電纜的切割長度應(yīng)以現(xiàn)場放線為準(zhǔn)。在電纜橋架上敷設(shè)電纜時應(yīng)按下列原則進(jìn)行:
(1)電纜在橋架上從上到下排列順序?yàn)閺母邏旱降蛪海磩恿﹄娎|在上層,控制電纜在下層。
(2)不同單元的電纜盡量分開。
(3)同一層橋架上的電纜排列以少交叉為原則,一般為近處在兩邊、遠(yuǎn)外在中間。
(4)水平橋架上的電纜僅在起、終點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處加以固定,在垂直橋架上敷設(shè)的電纜應(yīng)每隔2m固定一次。
施工準(zhǔn)備工作
施工準(zhǔn)備工作是現(xiàn)場安裝和設(shè)計(jì)中非常重要的任務(wù)。它主要包括以下幾點(diǎn):①獲取工程施工的法律依據(jù);掌握工程的特點(diǎn),了解施工的關(guān)鍵,調(diào)查施工的條件,熟悉施工所在地的地形、地質(zhì)等條件;并為施工創(chuàng)造技術(shù)、計(jì)劃、物質(zhì)組織等方面的準(zhǔn)備,以保證施工的順利進(jìn)行。②預(yù)測安裝和設(shè)計(jì)中可能發(fā)生的變化和引發(fā)的問題,進(jìn)行提前做好準(zhǔn)備工作,并采取相應(yīng)的策略。在施工之前,要熟悉會審圖紙,詳細(xì)地了解與工程有關(guān)的其他技術(shù)資料,根據(jù)施工的具體情況制定科學(xué)合理的施工方案,并編制施工預(yù)算。③積極為施工創(chuàng)造物質(zhì)條件,組織施工人員,做好施工的現(xiàn)場準(zhǔn)備工作,并提出開工報告,只有這樣,才能保證施工的有序進(jìn)行。當(dāng)這些工作完成之后,接下來有必要編制分階段施工組織設(shè)計(jì),并制定科學(xué)合理的分項(xiàng)工程施工計(jì)劃。在安裝和設(shè)計(jì)時,需要重視新材料、新工藝的運(yùn)用,對這些新材料、新工藝、新設(shè)備有必要進(jìn)行中間試驗(yàn),并編制相應(yīng)的施工工藝流程,制定施工作業(yè)計(jì)劃,編制施工任務(wù)書,保證技術(shù)合理,質(zhì)量過關(guān),做好交底工作。如果工程需要發(fā)生變更,則有必要做好洽談和協(xié)商工作,按照相應(yīng)的計(jì)劃做好進(jìn)場和現(xiàn)場施工工作,當(dāng)任務(wù)完成,并經(jīng)過驗(yàn)收合格之后,及時離開施工現(xiàn)場。對于組間和工序間的交接工作需要高度重視,做好交接手續(xù),辦理好工程的預(yù)檢、隱檢手續(xù),并按照規(guī)定進(jìn)行施工,做好各項(xiàng)記錄。對于施工現(xiàn)場的施工更需要高度重視,加強(qiáng)管理和協(xié)調(diào),保證工程順利地進(jìn)行。當(dāng)施工遇到冬季或者是雨季的時候,在施工前和施工中,需要為施工場地提供保溫、供熱、排水等臨時設(shè)備和措施,保證必要的材料和機(jī)具的供應(yīng),配備專職的工作人員,保證施工的順利進(jìn)行。
基礎(chǔ)階段
電氣安裝是整個建筑工程安裝的重要組成部分,在基礎(chǔ)階段,著重需要做好以下幾項(xiàng)工作。①注重電氣工程與整體工程的配合。首先是做好預(yù)埋工作,包括電氣工程的固定件和電線管線。做好預(yù)埋件工作不僅能夠保證建筑物整體上的美觀,還能夠增強(qiáng)電氣裝置的安裝機(jī)械強(qiáng)度,避免以后鉆、鑿、挖、補(bǔ)等破壞建筑物結(jié)構(gòu)。因此,在施工中必須重視配件的預(yù)埋工作。②在進(jìn)行基礎(chǔ)工程施工的時候,需要配合土建工程,做好強(qiáng)弱電專業(yè)的進(jìn)戶電纜穿墻管以及止水擋板的預(yù)留預(yù)埋工作。一方面,要避免電氣施工破壞防水層,防止墻體發(fā)生滲漏現(xiàn)象。另一方面,要注意預(yù)留的軸線,對于標(biāo)高、位置、尺寸、數(shù)量等方面滿足施工圖紙的要求。③接地安裝。在基礎(chǔ)階段,除了做好工程的配合之外,還要做好接地安裝工作。這樣更能夠保證人身安全和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。接地體包括兩種類型:自然接地體和人工接地體。交流電氣設(shè)備在接地的時候,為了節(jié)約鋼材,降低施工費(fèi)用,應(yīng)對自然接地體進(jìn)行充分的利用。而如果采用的是自然接地體,當(dāng)電阻無法滿足要求的時候,或者是技術(shù)上有比較特殊的要求,這時候則應(yīng)采用人工接地體。按照圖紙的有關(guān)要求,做好基礎(chǔ)底板的接地措施。如果需要利用基礎(chǔ)主筋作為接地裝置的時候,有必要將選定的柱子內(nèi)的主筋,在基礎(chǔ)根部與底筋焊接,焊接之后做好標(biāo)記,引上預(yù)留測試點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)階段
對于預(yù)埋件采用何種埋設(shè)方法,其主要的決定因素是土建的結(jié)構(gòu)類型。對于磚墻結(jié)構(gòu)的建筑,在砌墻之前,有必要將管子、開關(guān)盒以及燈頭盒安裝好,盡管在墻體砌好之后也可以安裝,但是這樣比較麻煩,不僅費(fèi)工,還會對墻體結(jié)構(gòu)造成不利影響。對于框架結(jié)構(gòu)來說,有必要先將框架中的預(yù)埋件埋好,再進(jìn)行墻體的砌筑工作。對于埋入墻體的管線,其離地表面的距離不得<15mm。值得注意的是,對于管線的敷設(shè),應(yīng)當(dāng)選擇最短路徑,盡可能地減少彎曲和重疊現(xiàn)象。根據(jù)土建澆筑混凝土的進(jìn)度要求,以及流水作業(yè)的順序,對電管的暗敷工作逐層逐段的做好,該項(xiàng)工作十分重要。它是整個電氣安裝工程的關(guān)鍵工序,如果沒有處理好,不僅會影響整個土建施工的進(jìn)度和質(zhì)量,還會對安裝工程后續(xù)工序的質(zhì)量和進(jìn)度產(chǎn)生影響,所以,必須高度重視。在對現(xiàn)澆混凝土樓板內(nèi)進(jìn)行配管的時候,當(dāng)?shù)讓愉摻罱壴瓿珊?上層鋼筋還未進(jìn)行綁扎之前,應(yīng)根據(jù)施工圖尺寸的位置配合土建施工。在混凝土澆筑的時候,需要留人看守,以避免在振搗的時候,對配管產(chǎn)生損害,或者導(dǎo)致燈頭盒發(fā)生位移現(xiàn)象。如果遇到管路發(fā)生損壞現(xiàn)象,應(yīng)該進(jìn)行及時的修復(fù)。對于為了滿足專業(yè)施工的預(yù)留孔洞以及預(yù)埋軟件、吊卡、吊桿、木磚、木箱盒等,電氣施工人員必須配合土建施工,提前就做好準(zhǔn)備工作。當(dāng)土建施工一完成,就馬上進(jìn)行埋設(shè)工作,將埋設(shè)工作做到位,并配合土建結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度,及時做好各層的防雷引下線焊接工作。
裝修階段
在砌筑隔斷墻之前,有必要核實(shí)水平線和隔墻線,這樣才能使施工人員按照此線確定管路預(yù)埋的位置,以及確定燈具、開關(guān)插座的位置和標(biāo)高。在土建抹灰之前,施工人員有必要對預(yù)留孔洞進(jìn)行核實(shí)一遍,以保證滿足相關(guān)的規(guī)定和要求,經(jīng)核實(shí)符合要求之后,然后再穩(wěn)好箱盒,掃通管道,穿上帶線,堵好管盒。對于均壓線、金屬門窗、玻璃框架,還有必要做好接地連接工作。電氣施工人員需要和土建人員及時聯(lián)系,當(dāng)噴漿和涂料完成之后,再進(jìn)行照明器具的安裝工作。在安裝的時候,需要保護(hù)好土建成品,防止破壞和弄臟墻面。
汽車設(shè)計(jì)中一般都有一個高度集成的微控制器,該控制器用來完成大量的計(jì)算并實(shí)現(xiàn)有關(guān)車輛運(yùn)行的控制,包括引擎管理和制動控制等。汽車電子設(shè)計(jì)不僅需要在這種噪聲環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對MCU的保護(hù),同時也必須規(guī)范MCU模塊設(shè)計(jì),確保MCU模塊發(fā)射的噪聲滿足相關(guān)的規(guī)范。
在概念上,電磁兼容性(EMC)包含系統(tǒng)本身對噪聲的敏感性以及噪聲發(fā)射兩個部分。噪聲可以通過電磁場的方式傳播從而產(chǎn)生輻射干擾,也可以通過芯片上或者芯片外的寄生效應(yīng)傳導(dǎo)。
在大多數(shù)汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,EMC變得越來越重要。如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不干擾其它系統(tǒng),也不受其它系統(tǒng)發(fā)射影響,并且不會干擾系統(tǒng)自身,那么所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是電磁兼容的。
在美國出售的任何電子設(shè)備和系統(tǒng)都必須符合聯(lián)邦通訊委員會(FCC)制定的EMC標(biāo)準(zhǔn),而美國主要的汽車制造商也都有自己的一套測試規(guī)范來制約其供應(yīng)商。其它的汽車公司通常也都有各自的要求,如:
SAEJ1113(汽車器件電磁敏感性測試程序)給出了汽車器件推薦的測試級別以及測試程序。
SAEJ1338則提供關(guān)于整個汽車電磁敏感性如何測試的相關(guān)信息。
SAEJ1752/3和IEC61967的第二和第四部分是專用于IC發(fā)射測試的兩個標(biāo)準(zhǔn)。
歐洲也有自己的標(biāo)準(zhǔn),歐盟EMC指導(dǎo)規(guī)范89/336/EEC于1996年開始生效,從此歐洲汽車工業(yè)引入了一個新的EMC指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)(95/54/EEC)。
檢查汽車對于電磁輻射的敏感性,應(yīng)該確保整個汽車在20到1000MHz的90%帶寬范圍內(nèi)參考電平限制在24V/米的均方根值以內(nèi),在整個帶寬范圍以內(nèi)的均方根值在20V/米以內(nèi)。在測試過程中要試驗(yàn)駕駛員對方向盤、制動以及引擎速度的直接控制,而且不允許產(chǎn)生可能導(dǎo)致路面上任何其他人混淆的異常,或者駕駛員對汽車直接控制的異常。
由于芯片幾何尺寸不斷減小,以及時鐘速度的不斷增加都會導(dǎo)致器件發(fā)射超過500MHz的時鐘諧波,因此EMC設(shè)計(jì)非常重要。如摩托羅拉公司最新基于e500架構(gòu)的微控制器MPC5500系列,該芯片采用0.1微米工藝技術(shù),時鐘頻率為200MHz。
此外,產(chǎn)品成本的要求迫使生產(chǎn)商設(shè)計(jì)電路板時不使用地層并盡可能減少器件數(shù)量,汽車設(shè)計(jì)工程師將面對非常嚴(yán)格的設(shè)計(jì)約束挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)必須高度可靠,即使一百萬輛汽車中有一輛存在一個簡單的故障都是不允許的。沒有考慮EMC設(shè)計(jì)而召回所有汽車的事實(shí)證明這種做法不僅損失巨大,而且影響汽車廠商的聲譽(yù)。
在電磁兼容設(shè)計(jì)中,“受害方”的概念通常指那些由于設(shè)計(jì)缺乏EMC考慮而受到影響的部件。受害部件可能在基于MCU的PCB或者模塊的內(nèi)部,也可能是外部系統(tǒng)。通常的受害部件是汽車免持鑰匙入車(Keyless-Entry)模塊中的寬帶接收器或者是車庫門開啟裝置接收器,由于接收到MCU發(fā)出的足夠強(qiáng)的噪聲,這些模塊中的接收器會誤認(rèn)為接收到了一個遙控信號。
汽車收音機(jī)通常也是受害部件:MCU可能產(chǎn)生大量的FM波段諧波,嚴(yán)重降低聲音質(zhì)量。分布在汽車中的其它模塊也可能受到類似的影響,基于MCU的模塊產(chǎn)生的發(fā)射噪聲經(jīng)由線纜傳播出去,如果MCU產(chǎn)生足夠強(qiáng)的噪聲對文本和語音進(jìn)行干擾,那么無繩電話和尋呼機(jī)也容易受到干擾。
EMC設(shè)計(jì)
很多EMC設(shè)計(jì)技術(shù)都可以應(yīng)用到電路板和SoC設(shè)計(jì)中。最具共性的部分就是傳輸線效應(yīng),以及布線和電源分布網(wǎng)絡(luò)上的寄生電阻、電容和電感效應(yīng)。當(dāng)然,SoC設(shè)計(jì)中存在許多與芯片自身相關(guān)的技術(shù),涉及基底材料、器件幾何尺寸和封裝等。
首先了解傳輸線效應(yīng)。如果發(fā)送器和接收器之間存在阻抗不匹配,信號將產(chǎn)生反射并且導(dǎo)致電壓振鈴現(xiàn)象,因而降低噪聲容限,增加信號串?dāng)_并通過容性耦合對外產(chǎn)生信號發(fā)射干擾。IC上的傳輸線尺寸通常非常小,因此不會發(fā)射噪聲或者受到輻射噪聲的影響,而電路板上的傳輸線尺寸通常比較大,容易產(chǎn)生這種問題,最常用的解決辦法是使用串聯(lián)終結(jié)器。
在SoC設(shè)計(jì)中,噪聲主要通過寄生電阻和電容來傳導(dǎo),而不是以電磁場的方式輻射。CMOS芯片通過一種外延工藝實(shí)現(xiàn)極低電阻基底的方法來增強(qiáng)抗閉鎖的能力,而基底的底側(cè)為基底噪聲提供了一種有效的傳導(dǎo)路徑,使得很難將噪聲源同敏感節(jié)點(diǎn)在電氣上分隔開來。
許多并行的p+基底觸點(diǎn)(contact)為阻性耦合噪聲提供了一個低阻抗路徑。在n阱和p溝道晶體管p基底的側(cè)壁以及底部之間會形成寄生電容,因而產(chǎn)生容性耦合噪聲,并且在n溝道晶體管的基底和源區(qū)之間形成pn結(jié)(見圖1)。
單個pn結(jié)電容非常小,在一個VLSI的SoC設(shè)計(jì)中并行的電容總和通常是幾個納法,在連接到電源網(wǎng)絡(luò)之前將源區(qū)和基底直接連接可以短路掉這個電容。這種技術(shù)還消除了進(jìn)入基底的瞬時負(fù)電流而導(dǎo)致的體效應(yīng)(bodyeffect)。體效應(yīng)會增加耗盡區(qū),并導(dǎo)致晶體管的Vt變高。同樣的技術(shù)也可以應(yīng)用于n阱p溝道晶體管,以減小容性耦合噪聲。
然而,包含層疊晶體管的數(shù)字電路或者模擬電路通常都需要隔離源區(qū)。在這種情況下,增加Vss到基底或者Vdd到基底的電容能夠降低噪聲瞬態(tài)值。對模擬電路設(shè)計(jì)來說,體效應(yīng)通過改變偏置電流和信號帶寬降低了電路性能,因此需要使用其它解決辦法,如阱隔離。對數(shù)字電路,采用單一的阱最理想,可以降低芯片面積。通過認(rèn)真的設(shè)計(jì)可以對體效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
基底噪聲的另一個來源是碰撞離化(impact-ionization)電流,該噪聲跟工藝技術(shù)有關(guān),當(dāng)NMOS晶體管達(dá)到夾斷(pinch-off)電壓時就會出現(xiàn)這種情況。碰撞離化會在基底產(chǎn)生空穴電流(正的瞬間電流)。
通常,基底噪聲的頻率范圍可能高達(dá)1GHz,因此必須考慮趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)是指導(dǎo)體上隨著深度的增加感應(yīng)系數(shù)增大,在導(dǎo)體的中心位置達(dá)到最大值。趨膚效應(yīng)會導(dǎo)致片上信號的衰減以及信號在芯片p+基底層的失真。為最大程度減小趨膚效應(yīng),要求基底厚度小于150微米,該尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于某些基底允許的最小機(jī)械厚度,然而更薄的基底更易碎。
噪聲源
微控制器內(nèi)部存在四種主要的噪聲源:內(nèi)部總線和節(jié)點(diǎn)同步開關(guān)產(chǎn)生的電源和地線上的電流;輸出管腳信號的變換;振蕩器工作產(chǎn)生的噪聲;開關(guān)電容負(fù)載產(chǎn)生的片上信號假象。
許多設(shè)計(jì)方法可以降低同步開關(guān)噪聲(SSN)。穿透電流是SSN的一個主要來源,所有的時鐘驅(qū)動器、總線驅(qū)動器以及輸出管腳驅(qū)動器都可能受到這種效應(yīng)的影響。這種效應(yīng)發(fā)生在互補(bǔ)類型的反相器中,輸出狀態(tài)發(fā)生變化時p溝道晶體管和n溝道晶體管瞬間同時導(dǎo)通。確保在互補(bǔ)晶體管導(dǎo)通之前關(guān)斷另一個晶體管就可以實(shí)現(xiàn)穿透電流最小,在大電流驅(qū)動器的設(shè)計(jì)中,這可能要求一個前置驅(qū)動器來控制該節(jié)點(diǎn)信號的轉(zhuǎn)換率。
切斷不需要使用模塊的時鐘也可以降低SSN。很明顯,該技術(shù)同具體應(yīng)用十分相關(guān),應(yīng)用該技術(shù)可以提高EMC性能。在類似摩托羅拉的MPC555和565這樣高度集成的微控制器芯片中,所有芯片的模塊都具有這樣的功能。
SSN也會產(chǎn)生輻射干擾,瞬間的電源和地電流會通過器件管腳流向外部的去耦電容。如果該電路(包括邦定線、封裝引線以及PCB線)形成的環(huán)路足夠大,就會產(chǎn)生信號發(fā)射。而環(huán)路中的寄生電感會產(chǎn)生電壓降,將進(jìn)一步產(chǎn)生共模輻射干擾。
共模輻射電場E的強(qiáng)度由下面等式計(jì)算:
E=1.26x10-6Iwfl/d
E=1.26x10-6Iwfl/d
這里E的單位是伏特/米,Iw的單位是安培,f是單位為赫茲,l是路徑長度,d是到該路徑的距離,l和d的單位都是米。復(fù)雜設(shè)計(jì)中頻率由特定的應(yīng)用需求來確定,不可能降低,因此SoC設(shè)計(jì)工程師必須認(rèn)真考慮如何通過降低Iw或l來降低電場強(qiáng)度。
處理好時鐘域也能降低SSN。許多優(yōu)秀的SoC設(shè)計(jì)都是同步電路,這樣容易在時鐘上下沿處產(chǎn)生很大的峰值電流。將時鐘驅(qū)動器分布在整個芯片中,而不是采用一個大的驅(qū)動器,這樣可以使瞬態(tài)電流分布開。另外一種可能的辦法是確保時鐘不互相重疊。當(dāng)然必須小心避免由于時序不匹配而產(chǎn)生競爭。更重要的是,時鐘信號應(yīng)該在遠(yuǎn)離敏感的I/O邏輯信號,特別是模擬電路。
當(dāng)前的復(fù)雜嵌入式MCU有許多輸出信號,大多數(shù)輸出信號都必須能夠快速地響應(yīng)電容負(fù)載。這些信號包括時鐘、數(shù)據(jù)、地址和高頻串行通信信號。對內(nèi)部節(jié)點(diǎn)來說,穿透電流和容性負(fù)載都會產(chǎn)生噪聲。應(yīng)用同樣的技術(shù)處理內(nèi)部節(jié)點(diǎn)可以解決輸出管腳驅(qū)動器電路噪聲問題。另外,管腳上信號的快速變換會產(chǎn)生反射引起的輸出信號線上的信號振鈴和串?dāng)_。
將這種類型的噪聲源減到最小有許多解決方案。輸出驅(qū)動器可以設(shè)計(jì)成驅(qū)動強(qiáng)度可以控制,并且可以增加信號轉(zhuǎn)換速率控制電路來限制di/dt。由于大多數(shù)器件測試設(shè)備同最終應(yīng)用相比,測試節(jié)點(diǎn)電容更高,所以通常更愿意指定一個固定值來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動強(qiáng)度的控制。例如,假定MPC5XX系列的MCU微控制器芯片的CLKOUT滿驅(qū)動強(qiáng)度是一個90pF的負(fù)載,并且是專為測試目的而設(shè)定。除了因?yàn)闀r序而考慮滿驅(qū)動強(qiáng)度外,最好使用降低的驅(qū)動強(qiáng)度。
上面介紹的技術(shù)對于降低噪聲有積極的作用,由于瞬態(tài)電流包絡(luò)延長,平均的電流實(shí)際上會增加。在芯片上實(shí)現(xiàn)一個LVDS物理層也可以減小由于輸出管腳上大的瞬態(tài)電流產(chǎn)生的噪聲,這種方式依靠差模電流源來驅(qū)動低阻抗的外部負(fù)載(圖2)。電壓的擺幅限制在±300mV范圍內(nèi)。
支持這種技術(shù)所需增加的管腳可以通過減少電源管腳來彌補(bǔ),由于這種實(shí)現(xiàn)方式有效地降低了片上瞬態(tài)電流,因而輸出驅(qū)動器通過電源基本上維持一個恒定的直流電流,而傳統(tǒng)驅(qū)動器中的瞬態(tài)電流則會在電容性負(fù)載上產(chǎn)生大的電壓擺幅。
在振蕩器設(shè)計(jì)中有兩個方面會影響到EMC:輸入和輸出信號波形的形狀會產(chǎn)生影響;通過頻率抖動來實(shí)現(xiàn)頻譜展寬并降低其窄帶功率的能力。
振蕩器從本質(zhì)上屬于模擬電路,因而對工藝、溫度、電壓和負(fù)載效應(yīng)比SoC中的數(shù)字電路更敏感。使用自動增益控制(AGC)電路形式的反饋來限制振蕩器信號幅度可以消除大部分這些效應(yīng)。AGC的另外一種替代實(shí)現(xiàn)就是雙模式振蕩器,可以在高電流模式和低電流模式之間切換。初始狀態(tài)下,電源接通時使用高電流模式確保較短的啟動時間,然后切換到低電流模式確保最小噪聲。
在集成了作為振蕩器電路一部分的鎖相環(huán)的SoC設(shè)計(jì)中,可以利用頻率抖動在很小的范圍內(nèi)改變時鐘頻率,這樣隨著頻率在一個范圍上展開,可以減少基本能量。整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須仔細(xì)考慮確保這種改變的比率以及頻率范圍不會影響最終應(yīng)用中關(guān)鍵器件的時序。而在類似CAN、異步SCI和定時的I/O功能等廣泛應(yīng)用于汽車的串行通信中不能采取該方式。芯片上的開關(guān)噪聲表明其自身就是期望信號輸出的一個阻尼振蕩,這是電感與芯片上負(fù)載電容串聯(lián)組合而產(chǎn)生的結(jié)果。對一個典型的片上總線來說,負(fù)載是一個連接到許多三態(tài)緩沖器的長的PCB布線,該負(fù)載的主體是電容,包括柵極,pn結(jié)以及互聯(lián)電容。
消除電感或者降低di/dt可以減小或者消除噪聲。只有當(dāng)噪聲幅度大到會引起連接節(jié)錯誤開關(guān)時,才需要認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)中的噪聲問題。
降低對于外部噪聲源的敏感性包括對外部器件以及內(nèi)部設(shè)計(jì)的考慮。外部的瞬態(tài)電流會引起管腳上的兩種情況:電壓變化會導(dǎo)致容性耦合的電流進(jìn)入器件;超出電源范圍的電壓最終會通過電阻路徑將電流傳導(dǎo)到器件中。
汽車電子設(shè)計(jì)中,通常用外部RC濾波器來限制瞬態(tài)電壓擺幅和注入電流。必須小心,確保外部器件值考慮到漏電流效應(yīng),尤其是模擬輸入時。值得注意的是,MCU和IC的I/O管腳通常多達(dá)200個,這種解決方案所需的額外成本和電路板空間使工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不愿意采用。最好的解決辦法是實(shí)現(xiàn)在芯片上的高度集成。
硬件和軟件技術(shù)可以協(xié)同實(shí)現(xiàn)EMC性能要求。例如,許多MCU都具有在外部總線上輸出內(nèi)部訪問的能力,通常情況下這些都是不可見的。這種方式對于調(diào)試非常有用,但是在一些設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中可能會產(chǎn)生外部的總線競爭,從而使相關(guān)噪聲增加。
在過去的工作中我曾遇到芯片上A/D變換器讀取值不正確的類似問題,該問題看上去似乎噪聲在某種程度上干擾了測量或者是變換。通過了解系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖,從表面上了解A/D變換器的輸入部分似乎一切都很正常,但是我注意到外部的EPROM以某種方式實(shí)現(xiàn)解碼,而這種解碼方式在某些非常特殊的情況下可能會引起總線競爭,這種競爭不會影響程序的任何運(yùn)行,但是會產(chǎn)生足夠的噪聲,因此會出現(xiàn)A/D變換偶然的錯誤。通過改變解碼邏輯就迅速解決了這個問題。
參考文獻(xiàn):
1.H.JohnsonandM.Graham,High-SpeedDigitalDesign,Prentice-HallPTR,EnglewoodCliffs,N.J.,1993.
2.H.W.Ott,NoiseReductionTechniquesinElectronicSystems,secondedition,JohnWiley&Sons,NewYork,1988.
3.C.R.Paul,IntroductiontoElectromagneticCompatibility,JohnWiley&Sons,NewYork,1992.