高层住宅低压供配电系统设计论文[五篇模版]

第一篇：高层住宅低压供配电系统设计论文

一、高层住宅低压电源配置

1.我国的高层住宅按照用电的负荷

（1）一类高层住宅

包括消防用电负荷、值班照明、应急照明、走廊照明、业务和计算机系统、电子信息设备机房、安防系统、排污泵、生活水泵、航空故障照明、客梯为一级负荷。

（2）二类高层住宅

包括消防用电负荷、走廊照明、安防系统、客梯、生活水泵、应急照明、值班照明为二级负荷。

2.配置原则

在对高程住宅低压电源系统进行设计时，应该注意消防负荷对供电方面的要求，其要求一般会高于非消防供电要求。

（1）非消防一、二级负荷供电要求

1）一级负荷应该由双重电源进行供电，这样可以保证在其中一个电源发生故障的情况下，另一个电源可以进行正常工作，避免同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除了要有双重电源进行供电以外，还应该增加备用的电源。但不能将其他负荷接入到备用的供电系统中，以免在应急的情况下不能正常使用。2）二级负荷的供电电源应该由两个回路进行同时供电，确保电量的充足。

（2）民用建筑的供电要求

当消防用电的负荷等级为一级时，其主电源和备用电源应该独立于专用回路的双电源进行供电；当消防负荷等级为二级时，其主电源和变电系统应该采用双回路的电源进行供电。当需要为消防用电设备提供双重电源的时候，可以将任何一个回路设置为主电源；当出现电源断电的情况时，可以保证另一个电源自动进入供电的状态。高层住宅中的消防配电系统装置应该设置在建筑物的电源线处或者是配变电所处，其应急装置也要和主配电装置进行分开设置。在条件不允许的情况下，不能分开设置。这就需要将其与主电源并列布置，在两者的分界处设置防火隔断，配电装置应根据情况进行明确的标注。

3.干线配置

（1）第一种方案

独立的两路电源和两台变压器进行分列运行，对低压单母线进行分段，设置应急的电源做备用。这种方式可以保证供电的可靠性，适用于高层建筑中，特别是负荷量较大的高层住宅。

（2）第二种方案

采用一路电源和一台变压器，将低压单母线进行分段。设置应急备用电源，此备用电源可以有效的满足消防负荷和非消防负荷的使用。这种方案适用于一般的高层建筑住宅，不适用于超大负荷的住宅。这种方案虽然满足了规范化的要求，但应急电源由于容量较大，其投资也相对较高。

（3）第三种方案

使用一路电源和一台变压器，采用低压单母线分段，并由电源线低压侧引出两回路电源，分别用到不同的低压分母线段中。设自备的应急电源做备用，其电源的容量应该满足消防负荷用电。

（4）第四种方案

采用两路电源和两台变压器，低压设置一般的负荷母线和重要的负荷母线，这两个母线要分开。两路电源为独立电源时，适用于无重要负荷的高层住宅。如果两路电源不是独立电源，则其使用于二类高层住宅。这种方案较简单，负荷的关系也很明确，便于维护和管理。

二、高层住宅的低压供配电系统

1.低压配电系统注意事项

在高层住宅中的低压配电系统设计中，要将照明、电力、消防和防灾用电负荷形成独立的系统。在消防负荷方面，应该在建筑进线处设立单独的配电装置。以便当遇到火灾事故时，消防人员能够快捷的切断消防负荷电源。在供配电设计中，应该对低压配电级数进行控制，其级数最好不要超过三级。在减少配电级数的过程中，不能盲目的认为将部分配电箱的总开关由断路器换成隔离开关，这样不能达到限制级数的效果。在有关建筑工程设计措施中，要对配电级数有明确的定义。配电级数是通过配电装置将一个供电回路分成几个供电回路来进行分配供电，但不能因为其进线开关的改变来决定其配电级数。在配电箱和配电回路的划分过程中，应该根据具体的防火分区、配电的负荷性质和管理维护等多个条件进行综合分析和确定。

2.高层住宅低压配电干线分支方式

常用的低压配电方式主要有三种。

（1）树干式配电

树干式的配电方法主要是将各层的配电箱设置在电气竖井力，这样就可以通过接式封闭母线槽、欲分支电缆或者是电缆穿刺线夹对电进行有效的分支，这种方式适用于楼层较多的住宅。对于这种负荷量比较大的住宅，一般可以用这种方式减少低压配电屏的数量，并且这种方式在安装维修方面都比较方便。

（2）分区树干式

这种配电方式采用的是每个回路干线对一个供电区域，这种供电方式有一定的可靠性。其中，每个回路干线对应的层数为5～6层。对于高层住宅来说，由于涉及的层数较多，所以其分区的层数可以适当进行调整，但最高层数不要超过10层。

（3）放射式

放射式也是高层住宅低压配电方式的一种，在消防设施和重要用电负荷中适合采用放射式的配电方式，即采用专用的垂直干线回路。回路与备用回路相互独立，不共线、不共管，可以使两个回路在末端配电箱进行自动的切换。

3.高层住宅配电设计

在对高层住宅进行用电负荷计算时，应该根据住宅中每户综合用电的指标作为计算参数。在进行计算时，要综合分析高层住宅所在地的能源组成、气候特点和用电负荷的发展趋势、用电负荷计算容量等问题。高层住宅两室户的综合用电负荷约为3.5～4.5kw，3～4户的用电负荷为4.5～5.5kw。在计算住宅单元配电干线和变电所负荷时，应该乘以相应的系数，如1～10户系数为1～0.8、10～20户系数为0.75～0.85。在计算多个变电所的计算负荷时，应该乘以同期限系数。在进行高层住宅电能计量的过程中，可采用单元总表的计度方式，总表所带的用户应控制在20户以内。在进线计算电流大于30A时，采用三相电源供电，使用三个单相总表，将临近楼层划分在一个总表内。每套住宅都应该安装允许过载大于等于四倍的电能计量装置，并将装置设置在住户门外公共地方或电气竖井中。干线系统应该按照住宅层数、住宅平面组合形式和计费方式，采用不同形式来进行电能计量。住宅中的楼梯、消防设施都应该按照防火规范来设计电源和干线。其中，备用电源或两路干线应该在末级配电箱处自动切换。

三、结语

高层住宅的低压供配电系统作为电气工程系统是一项复杂的工程，随着住宅的增多，住宅的用电量也在不断的增长。尤其是高层住宅中，供配电设计存在着许多的问题。通过对这样问题的分析和总结，针对具体的工程，可以为居民和住宅设计出合理的供配电系统，保证供电的质量。配电系统的设计要遵循“安全第一”的原则，以便为城市的建设提供有利的保障。

第二篇：2012年电气工程师《供配电》考试：低压配电设计

2012年电气工程师《供配电》考试：低压配电设计1

一、电器的选择

1)低压配电设计所选用的电器应符合下列要求:

1、电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应;

2、电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流;

3、电器的额定频率应与所在回路的频率相适应;

4、电器应适应所在场所的环境条件;

5、电器应满足短路条件下的动稳定与热稳定的要求。用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。

2)验算电器在短路条 件下的通断能力，应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响。

3)隔离电器的安装

1、当维护、测试和检修设备需断开电源时，应设置隔离电器。

2、隔离电器应使所在回路与带电部分隔离，当隔离电器误操作会造成严重事故时，应采取防止误操作的措施。

3、隔离电器宜采用同时断开电源所有极的开关或彼此靠近的单极开关。

4、隔离电器可采用下列电器：单极或多极隔离开关、隔离插头;插头与插座;连接片;不需要拆除导线的特殊端子;熔断器。半导体电器严禁作隔离电器。

4)通断电流的操作电器可采用下列电器：

1、负荷开关及断路器;

2、继电器、接触器;

3、半导体电器;

4、10A及以下的插头与插座。

二、导体的选择

1)导体的类型应按敷设方式及环境条件选择。绝缘导体除满足上述条 件外，尚应符合工作电压的要求。

2)选择导体截面，应符合下列要求：

1、线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求;

2、按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流;

3、导体应满足动稳定与热稳定的要求;

4、导体最小截面应满足机械强度的要求，固定敷设的导线最小芯线截面应符合下面的规定。

敷设方式 最小芯线截面(mm2)

绝缘导线穿管敷设： 铜 芯1.0 铝芯 2.5

绝缘导线槽板敷设： 铜 芯1.0 铝芯 2.5

绝缘导线线槽敷设： 铜 芯 0.75 铝芯 2.5

3)敷设路径的冷却条件：沿不同冷却条件的路径敷设绝缘导线和电缆时，当冷却条件最坏段的长度超过5m，应按该段条件选择绝缘导线和电缆的截面，或只对该段采用大截面的绝缘导线和电缆。

4)环敷设境温度的校正：导体的允许载流量，应根据敷设处的环境温度进行校正，温度校正系数可按下式计算：

K=√(t1-t0)/(t2-t0)(2.2.4)

式中K：温度校正系数;

t1：导体最高允许工作温度(℃);

t0：敷设处的环境温度(℃);

t2：导体载流量标准中所采用的环境温度(℃);

5)导线敷设处的环境温度：

1、直接敷设在土壤中的电缆，采用敷设处历年最热月的月平均温度;

2、敷设在空气中的裸导体，屋外采用敷设地区最热月的平均最高温度;屋内采用敷设地点最热月的平均最高温度(均取10年或以上的总平均值。)

6)中性线截面

1、在三相四线制配电系统中，中性线(以下简称N线)的允许载流量不应小于线路中最大不平衡负荷电流，且应计入谐波电流的影响。

2、以气体放电灯为主要负荷的回路中，中性线截面不应小于相线截面。

3、采用单芯导线作保护中性线(以下简称PEN线)干线，当截面为铜材时，不应小于10mm2;为铝材时，不应小于16mm2;采用多芯电缆的芯线作PEN线干线，其截面不应小于4mm2。

7)保护线(以下简称PE线)截面

1、当保护线(以下简称PE线)所用材质与相线相同时，PE线最小截面应符合下表的规定。

表 PE线最小截面

相线芯线截面S(mm2)PE线最小截面(mm2)

S≤16 S≤S ≤35 16

S>35 S/22、PE线采用单芯绝缘导线时，按机械强度要求，截面不应小于下列数值： 有机械性的保护时为2.5mm2;

无机械性的保护时为4mm2。

3、装置外可导电部分禁用作PEN线。

4、在TN-C系统中，PEN线严禁接入开关设备。

第三篇：电子系统级设计论文

电子系统级（ESL）设计

摘要：电子系统级设计（ESL,Electronic System Level)设计是能够让SOC 设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学，并提供下游寄存器传输级(RTL)实现的验证基础。ESL牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。SystemC是一种很好的软硬件联合设计语言,它不仅可以帮助设计人员完成一个复杂的系统设计,还可以避免传统设计中的各种弊端,并提高设计效率。关键词：电子系统级设计；SOC；SystemC 1 引言

目前，高质量的电子系统设计变得越来越复杂和困难。功能更繁杂的设计需求，更短的上市时间，不断增加的成本压力使这种趋势看起来还在加速。从应用概念到硅片实现的过程已经不能仅仅靠工程师聪明的大脑来完成，而更需要依赖于严格完善的设计方法学。

随着片上系统（SoC，System on Chip)设计复杂度的不断提高，设计前期在系统级别进行软硬件划分对SoC各方面性能的影响日趋增加，迫切需要高效快速性能分析和验证方法学。传统的RTL仿真平台不能提供较快的仿真速度与较大的仿真规模，FPGA平台则不能提供详细的性能分析指标，而电子系统级设计（Electronic System Level，ESL）方法，不仅提供高速的仿真验证手段还提供详细的性能分析指标，已经成为当今SoC设计领域最前沿的设计方法，它是能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学。电子系统级设计（ESL，Electronic System Level）牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。全新的ESL工具为电路系统级建模提供了虚拟原型的基本仿真平台。电子系统级设计正在从学术研究的课题变成业界广为接受的建模手段，它完成从理想应用优化到目标体系结构建立。而后依据预期产量规模的不同，用SoC 芯片或可编程平台实现。2.传统SOC设计方法的局限

目前的设计方法不能充分利用设计能力来快速构建满足市场需求的SoC。而只有快速适应消费电子市场的变化，商业系统设计公司才能在竞争中胜出。这使SoC设计方法的研究具有重要的现实意义。

目前在技术上，SoC设计面临的主要挑战是在系统建模和硬件设计之间的不连续性。通常系统是使用C语言或其他系统描述语言定义的。而系统的集成电路实现却使用硬件描述语言，因此导致转换和重写系统的负担。这样的流程使得设计过程中容易出错而且耗时。验证流程中需要仿真大规模系统，仿真速度难以需满足设计需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象层次。SoC系统中的组件具有多样性异质性，包括各个专业的设计，模拟和数字设计等等，需要提供异质的仿真环境以及对系统级设计空间的探索复杂性的管理。千万门级的规模使得设计本身的管理成为问题深亚微米集成电路中，沿线延迟的增加使时序收敛问题显得更加突出，需要消除前端逻辑设计和后端物理设计的反复返工问题传统的设计重用方法需要适应规模的增长。系统设计需要具有竞争力，从基于芯片的设计方法，过渡到基于IP核的设计也是必然趋势。虽然可以使用标准接口，但是更理想的办法是分离出通讯部分，使用接口综合技术。因此需要设计工具重点面向模块间的通讯和互连，门级和寄存器传输级(RTL)仿真速度太慢，不适合系统设计。需要提高设计的抽象层次。SoC设计的趋势是向高层抽象移动，更强调芯片级的规划和验证。强调早期芯片级规划，以及软硬件系统验证。软硬件协同设计方法是SoC设计方法学研究的重要领域。主要目的是开发适应设计需求的设计方法和相应的电子设计自动化软件。在设计中通常一种技术是不能满足设计要求的，因此要结合研发成本和开发周期等等因素，综合考虑各种技术。3.ESL设计的基本概念

ESL设计指系统级的设计方法，从算法建模演变而来。ESL设计已经演变为嵌入式系统软硬件设计、验证、调试的一种补充方法学。在ESL设计中能够实现软硬件的交互和较高层次上的设计抽象。ESL设计能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件，并能够为下游的寄存器传输级(RTL)实现提供验证基础。

ESL设计以抽象方式来描述系统单芯片（SoC）设计。在ESL设计中，系统的描述和仿真的速度快，让设计工程师有充裕的时间分析设计内容。并且能提供足够精度的虚拟原型，以配合软件的设计。ESL设计不仅能应用在设计初期与系统架构规划阶段，亦能支持整个硬件与软件互动设计的流程。

ESL设计技术与IP模块能将流程融入现有的硬件与软件设计与工具流程，在SoC开发流程中扮演协调统合的角色。它们让工程师能开发含有数百万逻辑门与数十万行程序代码的设计，并提供一套理想平台，用来进行验证，满足客户持续成长的需求。

4.ESL设计的特点

ESL设计之所以会受欢迎，主要源于以下五方面功能：功能正确和时钟精确型的执行环境使提前开发软件成为可能，缩短了软硬件集成的时间。系统设计更早地和验证流程相结合，能确定工程开发产品的正确性。在抽象层设置的约束和参数可以被传递到各种用于设计实现的工具中。（1）更早地进行软件开发

有了虚拟的原型平台意味着可以更早地开始软件开发。对于目前基于SystemC语言的ESL设计方法学来说，ESL设计工程师可用SystemC生成一个用来仿真SoC行为的事务级模型。由于事务级模型的开发速度比RTL模型要快得多。在RTL实现以前，完成TLM建模后的系统就可以开始软件的开发。这样软件的开发可以和RTL实现同时展开，而不是传统上的在RTL实现完成以后才开始软件的开发。虽然部分和硬件实现细节有关的软件要在RTL完成以后才能开始，但还是可以节省大量的开发时间。（2）更高层次上的硬件设计

为了适应不断变化的市场要求，需要不断推出新产品或经过改进的产品。在SoC设计中可以通过改进一些模块的性能、增加功能模块或存储器、甚至在体系结构上做出重大的调整。因此设计工程师必须拥有可实现的快速硬件设计方法。为了实现快速的硬件设计，在ESL设计须建立在较高层次上的抽象如事务级建模（TLM）。事务级模型应用于函数调用和数据包传输层。传输级模型可以分为事件触发型和时钟精确型，这些模型能够提供比RTL级模型快好几个数量级的仿真速度。ESL工具的挑战就是既要保持足够精度的时序信息来帮助设计决策，又要提供足够的仿真速度以满足大型的系统软件（如OS启动）在可接受的时间内的完整运行。只要掌握了这种平衡，就可以在高级设计中验证时序和设置约束条件，再将这些优化的设计分割、分配到各个不同的软、硬件设计工作组去加以实现。RTL仿真通常只能提供10MIPS到数百MIPS左右的性能；然而，时钟精确型的ESL仿真却能达到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）设计的可配置性和自动生成

越来越多的系统强调自己的可配置性，诸如：不同的处理器、不同的总线带宽、不同的存储器容量、无数的外设。配置和生成出来的设计必须和验证环境得到的结果完全一致，并延续到整个设计流程中。通过ESL模型，结构设计师能够找到最好的配置方案。但是，这样产生出来的结果需要和一套骨架的验证环境同步到设计实现中去。如ARM已经实现了从RealView SoC Designer ESL环境中自动导入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和综合流程，并且可以从coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中启动ARM PL300 AXI可配置互联生成器，来生成AXI总线系统。（4）方便的架构设计

ESL架构设计能完成功能到运算引擎的映射。这里的引擎指的是那些可编程的目标——如处理器、可配置的DSP协处理器，或者是特殊的硬件模块如UART外设、互连系统和存储器结构。这是系统设计的开始环节，从行为上划分系统，验证各种配置选择的可行性及优化程度。ESL工具对于开发可配置结构体系是非常关键的。它使系统结构从抽象的行为级很容易地映射到具体的硬件设计，从而方便决定哪些模块可以被复用，哪些新模块需要设计。还能提供必要信息指导最优化的通讯、调度和仲裁机制。（5）快速测试和验证

由于ESL设计中的抽象级别明显高于RTL设计抽象级别，ESL设计中可以做到描述模块内的电路状态、精确到纳秒的转换以及精确到位的总线行为。相比使用RTL，使用周期精确的事务级模型将使硬件验证和硬件/软件协同验证速度快1000倍或者更多。这种方法不仅可产生用于验证系统行为，它还支持与较低抽象级别的RTL模型的协同仿真。如果ESL设计抽象级别被当作一个测试台的话，当下游的RTL实现模块可用时，它们便可在这个测试台上进行验证。

系统级的HW/SW协同验证要优于C/RTL实现级的HW/SW协同验证。因为在系统级的验证可以在较早的展开，而不必等到底层的实现完成后才开始。在底层实现没有开始前的协同验证可以及时修改体系结构或软硬件划分中的不合理因素。越高层次上的验证，可以越大程度上减少修改设计带来的损失。5.ESL设计方法

ESL作为一种先进的设计方法学，能够用于硬件的功能建模与体系结构的探察，给硬件架构设计人员提供准确可靠的设计依据，因此在本章的内容里将将详细介绍ESL设计的基本流程与ESL的核心方法—利用SystemC实现事务级建模的基本理念。

首先要指出的是在设计的哪个阶段使用ESL设计方法和ESL设计工具。每一个电子产品的设计过程以某一种形式的顶层定义开始。这个定义过程可以以文本的形式描述，也可以用图表、状态图、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL设计并不是定位在这个层次上的设计。而是通过描述系统怎样工作，并为进一步的实现提供一个解决方案。ESL设计成为系统和更加底层设计之间的桥梁。ESL设计包括功能设计和体系结构设计两大领域。

系统的行为由功能模块实现，功能模块设计必须关注系统的应用。功能设计不考虑硬件和软件，物理和工艺。功能设计包括实现功能模块结构、模块之间的通信和它们的基本行为。在ESL中一个硬件功能模块的设计包括定义正确的功能，确定输入和输出，划分子模块，确定子模块的结构、数据流和控制逻辑，还要为其模块建立测试环境。这个设计过程和RTL的设计流程相似，但他们在不同的抽象层次上，使用不同的设计语言，例如，在ESL的功能模块建模过程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL级建模则使用Verilog或者VHDL。

体系结构设计首先要建立平台的描述。接着将应用的功能部件影射到平台。验证体系结构模型，并根据成本和性能优化这个结构。在体系结构设计中需要考虑处理器的类型、处理器的数量、存储器的大小、Cache性能、总线互联和占用率、软件和硬件的功能划分和评估、功耗的评估和优化等。

首先ESL接受一个设计定义的输入，这个定义可以是文本、图表、算法或者是某种描述语言如UML，SLD，MATLAB等的描述。对于这个输入的定义，在ESL设计完成算法的开发，接口定义，用ESL语言或其他语言来描述来完成体系结构的设计。并在此基础上完成软硬件的划分。完成软硬件划分后，可以开始软件和硬件的设计。在硬件设计中，对于功能单元需要在较高层次上的建模，完成功能设计。比如说用SystemC进行事务级的建模。

用C/C++或其他高级语言完成应用软件的设计。在这个阶段开始软硬件的协同验证，根据协同验证的结果反馈给体系结构和软硬件划分。后者根据性能、成本等因素重新做出调整。软硬件的设计和验证，包括软硬件的协同验证是一个重复的过程，在整个设计过程中都要根据验证的结果对体统和设计做出调整。完成验证的硬件和软件设计就可以组成一个完整地系统级设计。传递给下一级 的设计作为输入。比如说是ESL设计为软件应用提供C或C++语言描述的程序。为定制电路提供Verilog或VHDL语言描述的硬件设计。为硬件平台提供PCB板的功能部件或抽象层IP，比如说基于SystemC的IP。在实现ESL设计流程的具体过程中，有不同的实现方法可以采用。下面介绍两种应用得比较多 的设计方法。

在完

成系统功能定义后，设计方法之一是从系统的定义开始，先进行算法级设计。通常用MatLab等工具进行算法的分析，接着用Simulink等工具进行数据流的分析。完成分析后进行体系结构的平台的设计。体系结构和平台设计要进行系统级的验证，以确定结构是否合理。在体系结构的设计中，首先从IP库中获取已有的硬件模块的事物级模型，如处理器和总线模型，或者重新设计IP库中没有的模块的事物级模型。硬件模块的事物级建模完成后，建立系统模型。接下来输入软件参考模型进行软硬件的协同验证。体系结构的系统级验证的目标是确定存储器的大小、DMA的定义、总线带宽和软硬件划分等。

与图2中的ESL设计方法一相比，图3中的设计方法是直接由软件参考代码开始，创建事物级模型的虚拟平台，在此基础上进行系统结构设计，验证和性能的分析。通常，软件参考代码已实现了基本功能，特别是保证了算法及数据流等的正确性。如，软件参考代码可以是某一标准协议的用C语言写的参考代码。在软件参考代码和事物级模型的基础上分别进行软件和硬件的设计。在软件设计中，会把建立完成的虚拟平台和构架作为集成开发环境的一部分。集成开发环境还包括编译器和调试工具的开发。在设计的过程通过软硬件的协同验证调整设计的内容。

6.SystemC的系统级芯片设计方法研究

在传统设计方法中,设计的系统级往往使用UML,SDL, C, C++等进行描述以实现各功能模块的算法,而在寄存器传输级使用硬件描述语言进行描述。最广泛使用的2种硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL,传统的系统设计方法流程如图3所示。从图中不难看出,传统的设计方法会出现如下弊端:首先,设计人员需要使用C/C++语言来建立系统级模型,并验证模型的正确性,在设计细化阶段,原始的C和C++描述必须手工转换为使用VHDL或Verilog HDL。在这个转换过程中会花费大量的时间,并产生一些错误。

其次,当使用C语言描述的模块转换成HDL描述的模块之后,后者将会成为今后设计的焦点,而设计人员花费大量时间建立起来的C模型将再没有什么用处。再次,需要使用多个测试平台。因为在系统级建立起来的针对C语言描述的模块测试平台无法直接转换成针对HDL语言描述的模块所需要的测试平台。

无论采用什么样的设计方法学,人们都需要对SOC时代的复杂电子系统进行描述,以选择合适的系统架构进行软硬件划分、算法仿真等。描述的级别越低,细节问题就越突出,对实际系统的模仿就越精确,完成建模消耗的时间、仿真和验证时间就越长。相反,描述的抽象级别越高,完成建模需要的时间就越短,但对目标系统的描述也就越不精确。作为设计人员必须在速度和精确性之间做出选择。

人们对系统级描述语言的要求是:高仿真速度以及建模效率、时序和行为可以分开建模、支持基于接口的设计、支持软硬件混合建模、支持从系统级到门级的无缝过渡、支持系统级调试和系统性能分析等。人们迫切需要一种语言单一地完成全部设计。这种语言必须能够用于描述各种不同的抽象级别(如系统级、寄存器传输级等),能够胜任软硬件的协同设计和验证,并且仿真速度要快。这就是所谓的系统级描述语言SLDL,而传统的硬件描述语言如VHDL和Verilog HDL都不能满足这些要求。SystemC就是目前这方面研究的最新、最好的成果,他扩展传统的软件语言C和C++并使他们支持硬件描述,所以可以很好地实现软硬件的协同设计,是系统级芯片设计语言的发展趋势。7.ESL综合

“ESL综合”到底有没有一种明确的定义，能让我们确信ESL综合是一种可行的设计技术，或者用于评估某款所谓的ESL综合工具是否真的能够完成综合工作？凭借Synplicity营销高级副总裁AndrewHaines在电子设计自动化(EDA)方面的工作经验，关于ESL综合的定义，建议是：此定义应该突出ESL综合与其他ESL设计工作相比的独到之处。

首先，从本质来说，综合是从一种抽象层级转变为另一种抽象层级，同时保持功能不变。逻辑综合是从RTL到逻辑门的转变；而物理综合则是从RTL到逻辑门及布局的转变。因此，ESL综合是从ESL描述语言到RTL等抽象较低的实施方案的转变。就ESL综合的定义而言，选择哪种描述语言并不重要，因为通过在初始化阶段根据不同应用支持多种ESL语言的方式，用户群最终均能解决这一问题。重要的是，ESL综合应将设计转变为抽象较低但功能相当的实施方案。其次，某种技术被定义为综合技术，就必然与其他形式的转变存在根本区别。例如，原理图输入(schematic capture)很显然是一种涉及多种抽象层级的转变，而综合则不是。综合与原理图输入定义的独特区别在于香蕉曲线，也

就是说，综合的结果不是面积与时序关系图上的一个点，而是一条曲线，表示所有综合结果均保持相当的功能，但时序与面积不同。因此，根据面积与时序关系自动定义一系列功能相当的解决方案必须作为ESL综合定义的一部分。

我们已经认识到，真正的DSP综合需要从算法发展到优化的RTL，市场中已有能够满足上述要求的相关ESL综合技术。这确实是ESL综合技术的进步。不过，客户必须始终认识到，有的所谓“ESL综合”工具实际只能根

据算法描述创建参数化的RTL模型，这种产品不能实现自动化，也无法形成“香蕉曲线”，且对提高工作效率的作用也非常有限。定义本身不会改善ESL设计，即便如此，我们也应当在早期为其下一个明确的定义，以便设计小组了解ESL的真正进步与不足。参考文献：

[1]刘强.基于SystemC的系统级芯片设计方法研究,现代电子技术，2005（9）[2]陶耕.基于ESL设计方法学的雷达信号产生与处理技术[D].南京理工大学,2009 [3]Ron Wilson.电子系统级设计：从现象到本质.EDN电子设计技术，2008（11）

[4]Bassam Tabbara.电子系统级（ESL）设计：越早开始越好.中国集成电路，2005（12）[5]祝永新.基于ARM ESL平台的H.264与AVS双解码软硬件协同设计和研究[D].上海交通大学,2010 [6]刘昊.基于ESL的AVS帧内预测算法周期精确级建模.信息技术，2008

第四篇：机电一体化系统设计论文

机电一体化系统设计论文

班级：数控姓名：潘万顺学号：081841191

摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。作为机电系的一名学生，将来工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机的认识。

关键词：机电一体化；技术；应用

引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

第五篇：低压配电系统无功补偿在提钒炼钢厂应用

低压配电系统无功补偿在提钒炼钢厂应用

游洪

（新钢钒提钒炼钢厂 维点车间）概况:

无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。目前，许多地方电力系统的无功补偿和电压调节依然采用传统的调节方式，有载调压变压器、静电电容器等只能手动调节和投切,不能实现实时电压调节或无功补偿。前言

针对我们厂的工艺要求和设备具体情况对电源质量要求较高，电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、安全生产、产品质量和用电单耗都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。

目前我厂高压变电站为了平衡输电网的无功功率，也在变电站进行集中补偿，但这种补偿是静止补偿，其主要目的是改善输电网的功率因素，提高终端变电所的电压，补偿主变压器的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的高压母线上，优点是管理容易、维护方便，缺点是对配电网的降损起吧到什么作用。

我厂普遍采用的还有另一种低压无功补偿方式，是在配电变压器380V侧进行集中补偿，在这种方式下，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几百至上千千乏不等，它是根据负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器的功率因数，实现无功功率的就得平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。

特别是我厂180吨以上吊车对电网电压的变化一般不允许超过±10％。吊车负荷变化极为快速，并且引发大量的无功功率，高的无功电流损耗可以在变压器的高压侧和低压侧导致明显的电压降落，特别在吊车起升下降的经常产生较大的电压波动、电压闪变，导致设备损坏，影响生产效率，所以无功功率补偿装置的响应时间是补偿装置最重要的指标之一。

2无功补偿的合理配置原则

从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

2.1总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

2.2电力部门补偿与用户补偿相结合。

在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

2.3分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

2.4降损与调压相结合，以降损为主。影响功率因数的主要因素

功率因 数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

3.1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

3.2、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3.3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

3.4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。低压配电网无功补偿的方法

提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

4.1、随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。

随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。

4.2、随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

4.3、跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。

5.1 单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

(1)美国资料推荐：Qc=(1/3)Pe [额定容量的1/3]

(2)日本方法：1/4~1/2容量计算

考虑负载率及极对数等因素，选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，对一般情况都可行，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。

(3)经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量 比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.95~0.97 之间。

(4)Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1]

实际测试比较准确可用此法，适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地

补偿容量的计算。如果测试比较麻烦，可以按下式：

Qc≤ √3UeIo×10-3(kvar)

Io-空载电流=2Ie(1-COSφe)瑞典电气公司推荐公式

若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo

根据电机学知识可知，对于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。

(5)按电动机额定数据计算：

Q= k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K为与电动机极数有关的一个系数

极数：2468

K值： 0.70.80.850.9

5.2 多负荷补偿容量的选择

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

(1)对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：

Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数；tgφ

1、tgφ2意义同前，tgφ1由有功和无功电能表读数求得。

(2)对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和；tgφ

1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏。因此这种方法选择的容量，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑采取防过补偿措施。

输电及配电系统设计运行再频率恒定的正弦波电压和电流下。然而有大量的非线性负荷如晶闸管整流器传动、变频器会产生大量的谐波电流注入电网，引起电压及电流的波形畸变。

电容器的电容和电网的电感形成并联谐振回路，其调谐频率可能与电网中存在的谐波频率接近，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源，则该频率的谐波电流可以被放大到正常的20倍。谐波电路引起的谐波放大使电压和电流波形畸变更为严重，这就是为什么受谐

波影响的电网不可能采用常规的电容器来做功率因数补偿的原因。

在电网中为了 避免上述谐振现象受谐波的影响，电力电容器必须与电抗器串接，这样设计的结果是可以补偿基波无功功率又不放大谐波。其谐振频率调谐低于电网中存在的最低次谐波通常是5次（250Hz）。