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畢業設計選題、查閱文獻的方法、畢業設計指導、答辯等方面要求和注意事項,請參閱《電氣信息類專業畢業設計指導書(修訂版)》。論文撰寫格式、成績評定及評分標準,請參閱教務處下發的《2009年**技術師范學院本科生畢業設計(論文)工作規程(修訂)》(電信學院網站上下載)。
二、畢業設計時間安排
1、本部:
(1)師范班06電1Z、06電氣:
2009年11月20日~2010年3月1日:確定選題,指導學生收集和查閱資料
2010年3月2日~3月7日:下發任務書。整理資料,指導學生填寫并完成開題報告。
2010年3月8日-2010年6月10日:實施畢業設計
2009年11月23日-2010年2月15日:師范生教育實習
2010年3月2日~5月30日:進入實驗室進行畢業設計
2010年4月19日~4月23日:畢業設計中期檢查。
2010年5月24日~5月28日:畢業設計驗收。
2010年5月30日:完成畢業設計工作(包括畢業設計具體工作、論文撰寫)。
2010年5月31日~6月6日:指導教師和主審老師審閱論文,審核答辯資格,給出評語和成績。
2010年6月10日~13日:進行答辯,給出最后成績;評選校優秀畢業設計和優秀團隊。
(2)非師范師范班06自控W、06通信1W、06通信2W:
2009年11月20日~2010年3月1日:確定選題,指導學生收集和查閱資料
2010年3月2日-2010年3月12日:生產實習
2010年3月15日~3月21日:下發任務書。整理資料,指導學生填寫并完成開題報告。
2010年3月22日-2010年6月10日:實施畢業設計
2010年3月2日~5月30日:進入實驗室進行畢業設計
2010年4月19日~4月23日:畢業設計中期檢查。
2010年5月24日~5月28日:畢業設計驗收。
2010年5月30日:完成畢業設計工作(包括畢業設計具體工作、論文撰寫)。
2010年5月31日~6月6日:指導教師和主審老師審閱論文,審核答辯資格,給出評語和成績。
2010年6月10日~13日:進行答辯,給出最后成績;評選校優秀畢業設計和優秀團隊。
2、東方學院:
(1)06通信T:
2009年11月20日~2010年3月1日:確定選題,指導學生收集和查閱資料
2010年3月2日~3月19日:下發任務書。整理資料,指導學生填寫并完成開題報告。
2010年3月20日-2010年6月10日:實施畢業設計
2009年10月19日-2010年4月9日:畢業實習
2010年4月12日~5月30日:進入實驗室進行畢業設計
2010年4月28日~4月30日:畢業設計中期檢查。
2010年5月24日~5月28日:畢業設計驗收。
2010年5月29日:完成畢業設計工作(包括畢業設計具體工作、論文撰寫)。
2010年5月31日~6月6日:指導教師和主審老師審閱論文,審核答辯資格,給出評語和成績。
2010年6月10日~13日:進行答辯,給出最后成績;評選校優秀畢業設計和優秀團隊。
(2)06電氣D、電氣T、測控D:
2009年11月20日~2010年3月1日:確定選題,指導學生收集和查閱資料
2010年3月2日~3月19日:下發任務書。整理資料,指導學生填寫并完成開題報告。
2010年3月20日-2010年6月10日:實施畢業設計
2009年10月26日-2010年4月9日:畢業實習
2010年4月12日~5月30日:進入實驗室進行畢業設計
2010年4月28日~4月30日:畢業設計中期檢查。
2010年5月24日~5月28日:畢業設計驗收。
2010年5月30日:完成畢業設計工作(包括畢業設計具體工作、論文撰寫)。
2010年5月31日~6月6日:指導教師和主審老師審閱論文,審核答辯資格,給出評語和成績。
2010年6月10日~13日:進行答辯,給出最后成績;評選校優秀畢業設計和優秀團隊。
(3)08電子B:
2009年11月20日~2010年3月1日:確定選題,指導學生收集和查閱資料
2010年3月2日~3月19日:下發任務書。整理資料,指導學生填寫并完成開題報告。
2010年3月20日-2010年6月10日:實施畢業設計
2010年3月2日-2010年4月9日:畢業實習
2010年4月12日~5月30日:進入實驗室進行畢業設計
2010年4月28日~4月30日:畢業設計中期檢查。
2010年5月24日~5月28日:畢業設計驗收。
2010年5月30日:完成畢業設計工作(包括畢業設計具體工作、論文撰寫)。
關鍵詞:消防負荷分級;消防電源設計;應急電源
一、引言
消防電源及其供電系統是建筑消防設施中最重要的設施之一。消防用電設備是用以保障人身和財產安全的設備,要求其供電電源必須安全可靠。不僅要求在正常情況下,即便在電網檢修或故障停電或發生火災斷電等特殊情況時,都要求對其可靠供電,確保其正常運行、發揮其應有的作用。應根據現行的國家標準、規范的要求,對消防負荷的等級進行正確合理的劃分,并綜合考慮其他影響因素,對消防供電系統進行合理的設計。
二、規范對消防電源的要求
根據《高層民用建筑設計防火規范》(以下簡稱“高規”)規定,高層建筑的消防用電應按現行的國家標準《供配電系統設計規范》的要求設計,一類建筑按一級負荷要求供電,二類高層建筑應按二級負荷要求供電。根據《民用建筑電氣規范》(JGJ/T16―92)規定一級負荷由兩個電源供電,當一個電源發生故障時,另一個電源不致于同時停電;一級負荷別重要負荷,除上述兩個電源外,還必須增設應急電源即第三個電源;二級負荷的電源應做到當電力變壓器發生故障或線路常見故障時,不致中斷供電(或中斷后迅速恢復),在負荷比較小或地區供電的條件困難時,二級負荷可以由一回6KV以上專用架空線或電纜供電。
三、消防電源設計
(一)各級負荷供電要求
1.特級負荷供電要求。對特級消防負荷除有兩個電源供電外,還應增設自備應急電源并嚴禁將其他負衙接入應急供電系統。
2.一級消防負荷的供電要求。一級負荷應有兩個獨立電源供電。這兩個獨立電源應符合下列條件之一:首先,足兩個電源問無聯系;其次,是兩個電源間雖有聯系,但符合下列要求:第一,發生任一故障時,兩個電源的任何部分不致同時受到損壞。第二,發牛任何一種故障且保護裝置動作正常時,有一個電源不中斷供電,并且在發生任何一種故障且主保護裝置失靈以致兩電源均中斷供電后,應能在有人值班的處所完成各種必要的操作,迅速恢復一個電源供電。根據我國現有的實際情況,一級負荷供電可采用以下幾種方式:(1)電源來自于兩個不同的電廠(2)電源來自于兩個不同的區域變電站(3)電源來自于一個區域變電站,但設有自備應急電源。
3.二級負荷供電要求。二級負荷宜由兩回路供電,且變壓器宜有兩臺。但是如果二級負荷容量較小,或者地區供電條件有限無法提供兩回線路時,允許由一回6kV及以上的專用架空線或電纜供電。考慮到電纜發生故障后有時檢查故障點和修復時間較長,故當用電纜線路供電時,應采用兩根電纜組成的線路供電,并且每根電纜均能承受百分之百的二級負荷。三級負荷對供電沒有特殊要求。
(二)充分保證消防供電、配電系統的自主性
1、消防供電應處于最高供電層次
《民用建筑電氣設計規范》第24.9.2條規定:“火災消防及其他防災系統用電,當建筑物為高壓受電時,宜從變壓器低壓出口處分開自成供電體系,即獨立形成防災供電系統。”消防系統電源的供電負荷等級,在本工程供電系統中應處于最高供電等級,自成供電體系是為了保證消防供電的可靠性。
2、消防配電應具有獨立性
有了可靠的電源,而消防設備的配電線路不可靠,仍不能保汪消防設備的安全供電。《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045―95)第9.1.3條規定:“消防用電設備應采用專用的供電回路,”本條規定的供電回路,是指從低壓總配電室(包括分配電室)至最末一級配電箱,與一般配電線路應嚴格分開,但在有的設計中,往往是注意從配電室引至消防控制室配電箱這一段的供電呵靠性,而忽視了各層消防用電設備供電的可靠性,如電動防火門、排煙閥等,并沒有形成消防專用獨立系統。
3、按規定設置ATS
火災自動報警、消防通信、等消防用電設備均設有應急電源。當使用的電源故障停電時,被停止供電的重要負荷采用電源自動切換裝置(ATS)切換至另一電源。《高層民用建筑設計防火規范》第9.1.2條規定:“高層建筑的消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排炯風
機等的供電,應在最末一級配電箱處設置自動切換裝置。”ATS設在起端(如在變電所低壓的第一級配電處)和設在末端相比,末端設ATS時,除了電源故障停電能自動切換外,當配電設備故障或低壓線路上發牛故障而停電時,末端ATS也能動作,增加了負荷的供電可靠陛;
起端設ATS時,如果配電設備或低壓線路發生故障而停電,該ATS不動作,這樣就無法保證負荷的繼續供電.所以末端ATS比起端ATS更為可靠。在有的設計中自動切換裝置不足設在最末一級配電箱,雙電源線路進樓后,總配電箱處設了自動切換裝置,而此后是單回路至各層消防配電箱,顯然這種設計是不符合要求的。
(三)應急電源的選擇
常用的應急電源有電力系統電源、蓄電池組、自卑柴油發電機組、EPS和UPS等。此處僅對柴油發電機組和EPS、UPS的優缺點作簡略的討論。
首先,利用有自起動功能的柴油發電機組作為應急電源。柴油發電機組因具有容量大、可并機運行、連續供電時間長等特點而得到廣泛應用,但在具體使用過程中也存在一些問題,值得引起注意,此處簡述如下:第一,停電時機組自起動時間需15s左右。因此只能用于疏散照明、備用照明和其它對轉換時間要求不高的消防用電設備,而不能用于安全照明(轉換時間小于或等于0.5g)和那些對轉換時間要求較高的場所的備用照明。第二,過載能力稍弱,選用備用發電機組容量與負載功率比率一般要1.5:1才行,加大了投資。第三,需專人看管,定期維護。且輔助設施造價高,后續運行費用高。第四.存在火災隱患,因為機組中的油罐本身就是火災隱患。第五,占地面積稍大。
其次,利用蓄電池組作為應急電源。蓄電池組有允許短時電源中斷(小于0.1~0.2s)的應急電源裝置EPs和不間斷電源裝置UPS兩種。EPS和UPS均是采用了IGBT逆變技術和脈寬調制PWM技術。但工作原理和特點不盡相同。UPS在市電異常轉化為電池供電或市
電恢復將負載切換至市電時的切換時間均為10ms左右。因此能滿足有計算機、自控Dcs系統、數據處理系統等不能中斷供電的場所。但UPS在電網正常工作事業工作,故壽命相對較短。EPS切換時間也很短,并且只有在電網無電時才進行逆變工作相對壽命較長,尤其能適應電機等電感性負載和各種混合用電負載。uPs的價格較高,約為同容量的EPS的1.5倍。UPS對環境要求較高,只能放在計算機房或空調房間。而EPS比較能適應惡劣的環境。
在實際應用中,應急電源系統一般都是幾種應急電源的組合方案。對于電力拖動設備,因供電允許中斷時間一般都大于15s。采用自備柴油發電機組作為應急電源比較經濟。當負荷較大的消防泵采用柴油機或汽油機驅動泵作為消防電源,而其他消防負荷較小時,應急電源可采用EPS。事故應急照明設備一般采用蓄電池組集中或分散供電。對于報警和通訊設備,一般采用UPS、蓄電池組或干電池作為應急電源。
四、消防電源供電方式
(一)特別重要消防負荷供電方式
對特別重要的消防負荷,要有三個電源供電,即有兩個完全獨立的電源和一個獨立于市網電源的三相應急電源組成。
(二)一級消防負荷典型供電方式
一級消防負荷應有兩個獨立電源供電。若該地區的電力網有條件提供兩個完全獨立的高壓電源,可采取由接在不同高壓電網上的兩臺變壓器,兩回消防專用供電線路為基本組成的設計方案。但在我國,目前的實際做法是采用在選擇了來自于同一高壓電網的兩臺變壓器后,外加一個自備應急電源兩回消防專用供電線路作為基本組成的設計方案,以提高消防電源供電的可靠性。
(三)二級消防負荷典型供電方式
二級消防負荷應有兩回供電線路供電。一般采用單電源或雙電源的供電方式,可分為:一主一備雙變壓器雙回路供電,和單變壓器加其他低壓回路雙回路供電。
1汽車車載系統對電源的要求
1.1要求蓄電池的內阻要小,大電流輸出時的電壓穩定,以保證有良好的起動性能。
1.2要求蓄電池的充電性能良好、使用壽命長、維護方便或少維護,以滿足汽車使用性能要求。
1.3要求發電機在發動機轉速變化范圍內都能正常發電且電壓穩定,以滿足用電設備的用電需求
1.4要求發電機的體積小、重量輕、故障率低、發電效率高、使用壽命長等,以確保汽車使用性能要求。
2.汽車車載系統電源設計
2.112V汽油車車載系統電源設計
2.1.1分布式系統結構車載電源管理系統中,12v穩壓控制模塊可用作12V可控穩定電壓和12V常通電源。在這電源系統中,常通穩定電源主要功能是給一些車載電器進行供電,譬如儀表盤的時鐘,某些需要供電的內存等等,汽車處于行駛狀態下時,ECU數字電路的電力主要來源于12v可控穩定電壓。另外,霍爾電流傳感器的使用能夠有效實現對蓄電池充電、放電過程的監視,并能大概估計出蓄電池的SOC值。總體而言,汽車的電源管理系統中供應電能的形式主要是以電源通道的形式進行,其中,在每一個通道之內,都應該設計一個配套的智能繼電器實現對其的有效控制。
2.1.2基于智能繼電器的電源通道設計所謂的“電源通道”,就是一種具有控制電流以及能夠保護過電流的電能傳輸通道。而隨著智能繼電器在車載電源系統中的應用,電源通道的電流保護和電流控制等功能在某種程度上得到了有效的強化。目前,隨著科技的發展,汽車電源系統中,傳統的繼電器已經漸漸難以滿足對電流的有效控制,因而我們引入了模擬半導體功率器件(如IGBT、MOS場效應晶體管等等)。實際上,有些半導體功率器件甚至還能實現過熱、過壓和過電流等方面的保護功能,但由于其內部導通電阻相對較大,所產生的焦耳效應會伴隨著大量的熱量散失,所以,模擬半導體功率器件在車載大直流電源開關控制方面的應用目前還難以真正實現。因而,本設計所選用的是一種普通車載繼電器,設計過程中,為輔助其運行,還特別設計了一個單片機控制系統,這一系統中主要包括電流檢測電路、電壓檢測電路以及初級線圈驅動電路,當然,還有連接車載總線通信的總線接口。該設計結構中,為了保證智能繼電器能夠實現對檢測電路上電流的實時保護,以及對總線電流大小形成過載保護,我們通常會在檢測電路中設置低通運算和霍爾傳感器兩大部分來對電路進行放大。智能繼電器主要是通過LIN總線的設計保證與車載網絡之間實現信息交換,而普通繼電器的主要功能就是要一定限度內的過載電流確保分斷,而如果是短路狀況下形成的大電流,該繼電器則難以發揮作用。正是因此,在短路保護結構設計中,往往還需要設置相關的短路保護器件,例如自恢復熔絲等等。
2.224V柴油車車載電源設計
2.2.1正電源設計通過采用開關電源穩壓轉換器,在輸入端接入24V直流,使得輸出端輸出5V直流。作為所輸入直流電源的載體,供電線路設計上還需要設置濾波電路。為了保護電源芯片,防止電源接反和電源過壓等情況的發生,往往要通過加二極管進行控制,輸入端和輸出端的電容是濾波電容,則在輸出端要加上發光二極管DS1進行+5V電源指示。
2.2.2負電源設計一般情況下,通過采用開關電源轉換器ICL7660AMJA,能夠容易實現-5V電源。ICL7660的工作溫度范圍在-55℃至+125℃之間,輸入電壓范圍在1.5V至10V之間,設計過程中,通過使用CMOS工藝所制成的小功率、高效率的低壓直流轉換器,一方面可以保證由單電源到對稱輸出雙電源轉換的順利進行,另一方面還能保證倍壓和多倍壓的輸出。
3.結語:
關鍵詞:地鐵;屏蔽門系統;安全裝置;運營行駛;安全性;電源系統;供電方案;分析
中圖分類號:U231+.3文獻標識碼:A
在城市地鐵中,屏蔽門系統主要安裝設置在城市地鐵的展臺邊緣處,以實現地鐵運行區域與站臺公共區域的分離,并在列車到達或者是出發時借助屏蔽門系統的控制裝置進行屏蔽門的自動開啟和關閉控制,在地鐵乘客提供一個更加安全舒適與安靜的乘車環境。同時,屏蔽門還能夠對于列車行駛過程中列車行駛區域與站臺區域之間的氣流交換進行有效的控制和減少,從而實現地鐵運行中環控系統的能源消耗,提高地鐵的運營行駛效益。最后,城市地鐵的屏蔽門系統也是實現其運營行駛中的無人駕駛模式的重要技術支撐,在整個地鐵的安全穩定以及高效運營行駛中有著非常重要的作用和影響。電源系統作為地鐵屏蔽門運行實現的重要系統,其供電穩定性與可靠性直接影響著地鐵屏蔽門系統運行的穩定性和可靠性,在地鐵運營行駛中具有非常重要的作用影響,是地鐵運營行駛與管理中嚴重和關注的重點內容,下文在對于地鐵屏蔽門電源系統結構組成與設計要求分析基礎上,對其供電方案進行對比分析,以保證地鐵安全可靠運營行駛。
一、地鐵屏蔽門電源系統的電源結構與要求分析
1、地鐵屏蔽門電源系統主要結構分析
通常情況下,在地鐵運營行駛中,地鐵屏蔽門是一種由一級用電負荷并通過車站低壓配電系統和雙電源切換箱提供兩路獨立的三相交流輸入電源實現地鐵運行安全屏蔽與管理控制系統。地鐵屏蔽門工作運行過程中,主要由車站低壓配電系統通過雙電源切換箱提供的獨立三相交流電源進行運行供電支持,并且該電源系統中設置有一個主電源和備用電源,以對于地鐵屏蔽門工作運行中所需要的電源能量進行自動切換與供給保障,滿足地鐵屏蔽門工作運行的電源需求。
地鐵屏蔽門電源系統主要由兩個結構部分組成,即驅動電源與控制電源,并且每個地鐵屏蔽門結構在工作運行中所需要的電源要求也各不相同,其中,地鐵屏蔽門的兩側站臺所需要的電源大小為24kvA,而地鐵屏蔽門的三側站臺所需要的電源大小為36kvA[1]。此外,地鐵屏蔽門電源系統主要由雙電源切換箱以及配電盤、不間斷電源等設備結構組成,多設置在地鐵屏蔽門的控制中心,并且在地鐵屏蔽門工作運行過程中一旦發生交流停電情況,能夠持續為地鐵屏蔽門的工作運行提供一小時的電源供給,實現地鐵屏蔽門雙側門5次開關保障,以滿足地鐵屏蔽門電源切換需求。
在地鐵屏蔽門電源系統的兩個結構電源中,驅動電源主要為地鐵屏蔽門的門機驅動設備進行電源需求提供和滿足,其電壓大小一般為DC110V。在地鐵工作運行過程中,由于地鐵屏蔽門作為地鐵運行的核心系統,不僅對于安全性以及可靠性的要求比較高,并且要求其控制管理開展與實施比較方便,因此,在進行地鐵屏蔽門系統的電源供給中多通過UPS在線式熱插拔供電,對于地鐵屏蔽門系統的電源需求進行提供滿足,保證地鐵屏蔽門系統門機驅動設備的安全穩定工作運行。其次,地鐵屏蔽門電源系統的控制電源結構部分,主要是針對屏蔽門系統控制結構部分進行運行所需要的電源提供和滿足,其中包括地鐵屏蔽門的主控機以及站臺端頭控制盒等控制設備,其電壓大小多為DC24V以及DC110V[2]。通過上述兩個結構部分,對于地鐵屏蔽門工作運行中所需的電源大小進行提供和滿足,以保證地鐵屏蔽門的安全可靠工作運行。
2、地鐵屏蔽門電源系統要求分析
結合地鐵屏蔽門電源系統的兩個電源結構及其主要功能作用,在實際工作運行中,實現屏蔽門門機設備供電支持的驅動電源結構部分,由于需要滿足屏蔽門啟動速度比較快、啟動運行動作迅速等要求,在供電運行與支持過程中主要采用直流電機進行發電運行,因此進行屏蔽門電源系統的驅動電源設計時,就需要結合直流電機啟動運行的特征需求,對于正常啟動的地鐵屏蔽門電源功率要控制在3KW至5KW之間,而地鐵屏蔽門啟動運行瞬間的電源需要達到8KW至40KW之間。此外,結合地鐵屏蔽門系統運行需求,驅動電源的電壓等級通常有110KV和48KV兩種類型,驅動電源的單臺電機功率要保證在80W至150W之間,并且該功率值還具有突出的不確定性。
其次,地鐵屏蔽門電源系統的控制電源結構在供電運行中,一般要求供電電壓為DC24V與DC110V兩種等級類型。其中,DC24V電壓等級的應用相對比較常見,它在實際供電運行中由于地鐵屏蔽門的電源線路連接相對較長,因此,會在地鐵屏蔽門控制電源安全回路中采用較高的直流電壓,以進行地鐵控制系統運行所需的電源提供和支持。最后,在地鐵屏蔽門監控系統中通常會進行DC24V和AC220V兩種供電電壓等級設置,其中,用于地鐵屏蔽門控制臺運行支持的供電電壓多以AC220V電源電壓為主,以滿足地鐵控屏蔽門監控系統工作運行的電力需求。
二、地鐵屏蔽門電源系統常用方案與比較
1、地鐵屏蔽門電源系統的常見方案分析
結合地鐵屏蔽門電源系統的設計應用實例,實際供電設計中主要以直流和交流兩種供電方案為主,以對于地鐵屏蔽門電源系統的供電需求進行設計和滿足實現。
其中,地鐵屏蔽門交流供電方案主要是以在線式UPS作為電源系統的核心結構,同時通過在地鐵屏蔽門電源系統中配置AC/DC模塊,以實現地鐵屏蔽門工作運行中DC24V以及DC110V兩種電壓等級的電源提供和滿足,保障地鐵屏蔽門的安全可靠工作運行[3]。在地鐵屏蔽門的實際工作運行中,電源系統的驅動電源結構部分主要為屏蔽門門機驅動設備進行穩定的交流電源提供,同時通過主備電源電機實現地鐵屏蔽門主電源故障下的自動切換與運行供電保障,滿足地鐵屏蔽門門機驅動設備的電源需求。如下圖1所示,為地鐵屏蔽門電源系統交流供電方案的結構原理示意圖。
圖1 地鐵屏蔽門電源系統交流供電方案的結構原理示意圖
需要注意的是,該地鐵屏蔽門電源系統供電方案在實際設計應用中,首先對于UPS功率的選擇確定,需要結合地鐵屏蔽門開關時最大沖擊負荷情況進行確定,此外,該中供電方案供電運行中,UPS輸出的交流電源在通過ACD/DC模塊進行輸出電壓值控制中,模塊結構需要應用N+1模式進行設計實現,以滿足電源供電與運行需求。
其次,地鐵屏蔽門電源系統的直流供電方案在實際設計應用中,主要通過將直流電源作為電源系統供電的核心部分,同時進行DC/DC結構模塊的設置,以為地鐵屏蔽門工作運行提供DC24V電壓等級的電源。也就是說,地鐵屏蔽門系統在實際工作運行中,直流供電方案在進行屏蔽門工作運行所需電源提供和滿足中,主要通過三相交流電源借助AC/DC模塊進行DC110V電壓電源提供,而AC/DC模塊在進行電源電壓轉換提供過程中,一部分通過N+1備份形式,進行DC110V電壓電源的提供滿足,以保證地鐵屏蔽門運行所需電源電壓,另一部分在進行DC110V與DC24V兩種電源電壓的提供滿足,并由DC24V電源電壓借助DC/DC模塊進行屏蔽門工作運行所需電源的提供和滿足[4]。在實際供電運行中兩部分模塊之間主要使用晶閘管進行連接以避免放電情況發生,并且在電源系統的交流供電停止情況下,通過蓄電池為地鐵屏蔽門系統運行所需的電源電壓進行提供和滿足。如下圖2所示,為地鐵屏蔽門電源系統直流供電方案的結構原理示意圖。
圖2 地鐵屏蔽門電源系統直流供電方案的結構原理示意圖
2、地鐵屏蔽門電源系統方案對比分析
在上述的兩種地鐵屏蔽門電源系統供電方案中,其中,交流供電方案在地鐵屏蔽門系統供電運行支持中,如果交流供電方案設計中只備用設置了一個AC/DC模塊,那么AC/DC模塊出現兩個以上的模塊損壞情況時,就會導致驅動電源無法正常共工作運行,從而造成交流供電方案失敗。此外,如果出現交流停電并且UPS逆變發生損壞,或者是交流電池出現損壞等,也會造成交流供電方案無法正常供電運行。而對于地鐵屏蔽門電源系統的直流供電方案來講,其供電運行中如果出現交流停電并且電池損壞,或者是電源電壓的控制供電模塊出現損壞等,也會造成直流供電方案無法正常供電運行。
針對這種情況,在進行上述兩種地鐵屏蔽門電源系統供電方案對比分析中,應注意從兩種方案的故障消除方式以及供電備用的可靠性、供電運行經濟性等方面,對于兩種供電方案進行對比分析,以促進地鐵屏蔽門電源系統供電設計可靠性提升,保證地鐵屏蔽門系統的安全可靠工作運行。首先,在供電運行的故障及消除方式對比中,交流供電方案中容易發生故障問題突出結構主要有蓄電池組以及逆變、升壓結構模塊,解決故障主要依靠UPSN+1備份消除;而直流供電方案只存在電池組一個故障點,故障消除則是通過電池組備份方式實現[5]。其次,在兩種供電方案備份的可靠性對比中,交流供電方案故障發生時,蓄電池組需要在升壓以及逆變等結構作用下實現供電運行,而直流供電則直接通過蓄電池組進行供電運行。最后,兩種供電方案的供電運行經濟性對比中,結合地鐵屏蔽門驅動運行負荷特征,交流供電需要在兩級功率變換下實現供電滿足,而直流供電方案只需要一級功率變換滿足供電需求,經濟性更加突出。
三、結束語
總之,電源系統作為地鐵屏蔽門的重要系統,對于地鐵的安全可靠運營行駛有著重要的作用和影響。進行地鐵屏蔽門電源系統供電方案的對比分析,有利于提高地鐵屏蔽門電源系統供電設計質量和水平,保證電源系統供電的可靠性和穩定性,從而對于地鐵的安全可靠運營行駛進行保障,具有非常重要的積極作用和意義。
參考文獻
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關鍵詞:小康住宅 電源插座 設置數量 選用布置 供電回路
電源插座是為家用電器提供電源接口的電氣設備,也是住宅電氣設計中使用較多的電氣附件,它與人們生活有著十密切的關系。現在居民搬進新居后,普遍反映電源 插座數量太少,使用極不方便,造成住戶私拉亂接電源線和加裝插座接線板,常常引起人身電擊和電氣火災事故,給人身財產安全帶來重大隱患。所以,電源插座的 設計也是評價住宅電氣設計的重要依據。筆者根據國外以及我國有關住宅規范及標準,結合多年來的實踐提出住宅電源插座的數量及布置要求,供參考。
1 電源插座設置數量的規定
(1)國家標準《住宅設計規范》(GB50096-1996)第6.5.4條規定,電源插座的
數量應不少于表1的規定;
(2)小康住宅電氣設計《設計導則》中第4.3.5條規定,小康住宅中設置的插座數量不少于表2中的規定;
(3)《上海市工程建設規范》(DGJ08-20-2001)12.2.2條規定,電源插座設置數量應不少于表3的規定;
(4)“江蘇省住宅設計標準”(DB32/380-2000)中規定,每套住宅內電源插座的設置,應符合表4中的規定;
(5)香港特別行政區政府機電工程署1997年版《電力(線路)規例工作守則》家庭用途的裝置及用具中規定,電源插座數量應不少于表5中的規定;
(6)美國國家電氣法規NEC的第210-52(a)條對電源插座的布置作了更量化的規定。其中兩個電源插座間的距離不得超過3.6m,因為美國規定家用電器電源線長達1.8m,一個家用電器如不能自左側接電源插座,定能自右側接電源插座,如圖所示;
(7)小康住宅是由建設部在各大城市指導建設,面向21世紀的大眾住宅,其定位標準是“科技先導,適度超前”。這將是我國住宅產業未來發展的方 向。很顯然,國家標準“住宅設計規范”中的電源插座數量偏少,參照國內外住宅電源插座設置數量標準,根據目前使用和超前發展的要求,建議住宅內電源插座的 設置數量應不少于表6的要求。
2 電源插座的選用和設置要求
2.1 電源插座的選用
(1)電源插座應采用經國家有關產品質量監督部門檢驗合格的產品。一般應采用具有阻燃材料的中高檔產品,不應采用低檔和偽劣假冒產品;
(2)住宅內用電電源插座應采用安全型插座,衛生間等潮濕場所應采用防濺型插座;
(3)電源插座的額定電流應大于已知使用設備額定電流的1.25倍。一般單相電源插座額定電流為10A,專用電源插座為16A,特殊大功率家用電器其配電回路及連接電源方式應按實際容量選擇;
(4)為了插接方便,一個86mm×86mm單元面板,其組合插座個數最好為兩個,最多(包括開關)不超過三個,否則采用146面板多孔插座;
(5)對于插接電源有觸電危險的家用電器(如洗衣機)應采用帶開關斷開電源的插座。
2.2 電源插座設置位置要求
電源插座的位置與數量確定對方便家用電器的使用。室內裝修的美觀起著重要的作用,電源插座的布置應根據室內家用電器點和家具的規劃位置進行,并應密切注意與建筑裝修等相關專業配合,以便確定插座位置的正確性。
(1)電源插座應安裝在不少于兩個對稱墻面上,每個墻面兩個電源插座之間水平距離不宜超過2.5m~3m,距端墻的距離不宜超過0.6m。
(2)無特殊要求的普通電源插座距地面0.3m安裝,洗衣機專用插座距地面1.6m處安裝,并帶指示燈和開關;
(3)空調器應采用專用帶開關電源插座。在明確采用某種空調器的情況下,空調器電源插座宜按下列位置布置:
①分體式空調器電源插座宜根據出線管預留洞位置距地面1.8m處設置;
②窗式空調器電源插座宜在窗口旁距地面1.4m處設置;
③柜式空調器電源插座宜在相應位置距地面0.3m處設置。
否則按分體式空調器考慮預留16A電源插座,并在靠近外墻或采光窗附近的承重墻上設置。
(4)凡是設有有線電視終端盒或電腦插座的房間,在有線電視終端盒或電腦插座旁至少應設置兩個五孔組合電源插座,以滿足電視機、VCD、音響功 率放大器或電腦的需要,亦可采用多功能組合式電源插座(面板上至少排有3個~5個不同的二孔和三孔插座),電源插座距有線電視終端盒或電腦插座的水平距離 不少于0.3m;
(5)起居室(客廳)是人員集中的主要活動場所,家用電器點多,設計應根據建筑裝修布置圖布置插座,并應保證每個主要墻面都有電源插座。如果墻 面長度超過3.6m應增加插座數量,墻面長度小于3m,電源插座可在墻面中間位置設置。有線電視終端盒和電腦插座旁設有電源插座,并設有空調器電源插座, 起居室內應采用帶開關的電源插座;
(6)臥室應保證兩個主要對稱墻面均設有組合電源插座,床端靠墻時床的兩側應設置組合電源插座,并設有空調器電源插座。在有線電視終端盒和電腦插座旁應設有兩組組合電源插座,單人臥室只設電腦用電源插座;
(7)書房除放置書柜的墻面外,應保證兩個主要墻面均設有組合電源插座,并設有空調器電源插座和電腦電源插座;
(8)廚房應根據建筑裝修的布置,在不同的位置、高度設置多處電源插座以滿足抽油煙機、消毒柜、微波爐、電飯煲、電熱水器、電冰箱等多種電炊具 設備的需要。參考灶臺、操作臺、案臺、洗菜臺布置選取最佳位置設置抽油煙機插座,一般距地面1.8m~2m。電熱水器應選用16A帶開關三線插座并在熱水 器右側距地1.4m~1.5m安裝,注意不要將插座設在電熱器上方。其他電炊具電源插座在吊柜下方或操作臺上方之間,不同位置、不同高度設置,插座應帶電 源指示燈和開關。廚房內設置電冰箱時應設專用插座,距地0.3m~1.5m安裝;
(9)嚴禁在衛生間內的潮濕處如淋浴區或澡盆附近設置電源插座,其它區域設置的電源插座應采用防濺式。有外窗時,應在外窗旁預留排氣扇接線盒或 插座,由于排氣風道一般在淋浴區或澡盆附近,所以接線盒或插座應距地面2.25m以上安裝。距淋浴區或澡盆外沿0.6m外預留電熱水器插座和潔身器用電源 插座。在盥洗臺鏡旁設置美容用和剃須用電源插座,距地面1.5m~1.6m安裝。插座宜帶開關和指示燈;
(10)陽臺應設置單相組合電源插座,距地面0.3m。
3 電源插座供電回路
(1)住宅內空調器電源插座、普通電源插座、電熱水器電源插座、廚房電源插座和衛生間電源插座與照明應分開回路設置;
(2)電源插座回路應具有過載、短路保護和過電壓、欠電壓或采用帶多種功能的低壓斷路器和漏電綜合保護器。宜同時斷開相線和中性線,不應采用熔 斷器保護元件。除分體式空調器電源插座回路外,其他電源插座回路應設置漏電保護裝置。有條件時,宜按分回路分別設置漏電保護裝置;
(3)每個空調器電源插座回路中電源插座數不應超過2只。柜式空調器應采用單獨回路供電;
(4)衛生間應作局部輔助等電位聯結;
(5)廚房與衛生間靠近時,在其附近可設分配電箱,給廚房和衛生間的電源插座回路供電。這樣可以減少住戶配電箱的出線回路,減少回路交叉,提高供電可靠性;
(6)自配電箱引出的電源插座分支回路導線截面應采用不小于2.5mm2的銅芯塑料線。
參考文獻
1 香港特別行政區政府機電工程署編.《電力(線路)規例工作守則》 1997
2 北京市建筑設計研究院編.《建筑電氣專業設計技術措施》 中國建筑工業出版社,1998
3 《住宅設計規范》(GB50096-1999).中國建筑工業出版社,1999
4 李天恩主編.《小康住宅電氣設計》 北京 中國建筑工業出版社,1999
5 全國建筑電氣設計技術協作及情報交流網編.建筑電氣設計通訊.2001;1
6 國際銅業協會(中國)編.《住宅建設應滿足電氣安全和遠期負荷增長的要求》 2000
7 《江蘇省住宅設計規標》 (DB32/390-2000)
關鍵詞 電源設備;問題;改進
中圖分類號 TM 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0106-01
通信電源是通信系統的重要組成部分。一個完整的通信電源系統由5個部分組成:交流配電單元、整流模塊、直流配電單元、蓄電池組、監控系統。通信電源系統是通信系統的心臟,它在通信系統中占據十分重要的位置。一般通信設備故障是局部的,影響面小,而通信設備的供電一旦中斷,必然會造成通信電路全部中斷,現代的通信網還會造成丟失大量信息,從而造成巨大的經濟損失和極壞的社會影響。因此,維護和改進通信電源系統,及時排除通信電源系統的故障是保證通信系統安全、可靠運行的關鍵。
1 通信電源系統存在的問題
通信電源是通信暢通的基礎和保障。電源系統要給許多通信設備供電,為了確保通信暢通,通信電源在保證可靠的前提下還要滿足穩定、小型、高效的要求。但由于部分通信人員仍未對通信電源的管理和維護引起足夠的重視,部分運營商的機房租賃使用,先天存在一些基礎方面的不足,使通信電源系統存在一些需要亟待解決的問題。
1.1 在系統設計方面存在不足
電源系統要有備份設備,電源設備要有備品備件,市電要有雙路或多路輸入,交流和直流互為備用。目前有的通信電源系統缺乏應急方面的詳細設計,如有的重要通信樞紐只有一路交流供電。設計中對所使用的各種電源電纜、空氣開關、熔斷器等材料的質量要求、電纜接頭處理等方面沒有做出嚴格的規定。這些先天的不足是造成電源故障的根本
原因。
1.2 機房環境條件很難滿足可靠運行要求
通信電源機房環境溫濕度、潔凈度、噪聲等等,大多達不到標準。溫度、溫度變化率、相對濕度、潔 凈 度、防火、門禁、防雷在設計和施工上沒有嚴格把關。工作環境不能滿足通信電源設備長期可靠工作的要求。
1.3 缺乏完善的通信電源系統運行管理及設計技術規程、規范
由于沒有專門針對通信電源系統設計、建設及運行維護管理,制定完善的規程和規范,所以在通信電源設計、工程建設、及運行維護管理等方面無章可循,造成這些環節工作的不規范和隨意性,給整個通信網的安全可靠運行帶來巨大安全隱患。
1.4 通信電源運行維護管理薄弱
目前,通信電源運行維護管理需要專門的崗位,電源負責人應由具有較豐富的實踐經驗、較強的組織領導能力和較高理論水平的人員擔任。但實際上在基層單位,基本上都沒有設置專門崗位,而且還缺乏有效的技術管理,電源負責人對通信電源運行維護沒有深入研究,不能結合理論提出相應的通信電源系統運行維護方法,更談不上按照通信電源系統中各種設備的運行維護特點進行科學的維護管理。有的機房雖然配置了備用油機,但由于日常保養等沒有專門培訓的技術人員負責,在啟用時可能發生故障,影響正常供電。據統計分析,在電源設備的事故中,蓄電池事故占70%,高壓切換事故占20% ,高頻開關電源事故占10%。可見,有針對性地進行重點維護,進行科學的運行維護管理是可以有效減少通信電源事故發生率的。
2 通信電源設備維護的措施
隨著科學技術的發展,通信設備的可靠性不斷增強,設備本身的故障率不斷下降,維護人員的思想也隨之放松,這樣通信電源故障就顯得突出了,實際運行統計顯示,由于通信電源系統故障造成的通信電路中斷大約占通信總中斷的70%~75%,可見通信電源已經成了影響整個通信網可靠運行的最主要的因素。
2.1 加強對電源設備的重視
通信電源作為整個通信網的能量保證,它的作用是整體性和全局性的,雖然它不是通信網主流設備,但它卻是通信網中最重要、最關鍵的設備。電源設備與通信網中的其他設備(如交換、傳輸、數據等)有較大的不同,正因為如此,運營商市、縣維護單位無論是在組織機構、人員、資金還是管理上,都要給予相應的保證。
2.2 重視通信電源系統初期的設計、安裝
電源系統設計時應充分考慮容量大小、地理位置、空間布置、未來發展,設備質量、工程勘察與設計、運行方式選擇、建設管理、運行維護管理等各個環節相關。其中對于設備選擇、方案設計、工程管理等環節尤其要加強重視和管理。
2.3 建立健全障礙處理及報告制度
省、市、縣電源維護監控中心以及電源機房必須建立請示匯報制度,遇有重大事故、危及設備和人身安全的問題必須及時向主管領導和上級部門請示匯報。
2.4 建立通信電源集中監控系統
通信電源集中監控系統可以對通信局(站)實施集中監控管理,對分布的、獨立的、無人值守的電源系統內各設備進行遙測、遙控、遙信,。利用電源監測系統及時了解掌握通信電源系統的運行情況,記錄、處理相關數據和檢測故障,尤其是意外停電后能夠及時響應,確保設備正常運行,提高供電系統的可靠性和設備的安全性。
2.5 改善通信機房環境和通信電源機房環境
現在的通信設備、電源設備由于集成度高,散熱大多采用風扇強制方式,因此對工作環境溫度、濕度和潔凈度都有較高的要求,實際運行中,部分電源機房是最不受重視的部分,我們發現因溫度高,灰塵重造成的通信設備損壞和電源故障占很大比例,蓄電池的使用壽命也會受極大影響,因此在作好機房“三防”的基礎上,對省、地、縣通信樞紐站機房,應配置專用機房空調,電源室也應配置工業級空調設備。
3 結束語
通信電源是整個通信網絡的關鍵基礎設施,電源的安全、可靠是保證通信系統正常運行的重要條件,只有從主觀上足夠重視,并創造良好的客觀運行環境,做到管理專業化、制度化,設備、技術先進化,操作、維護現代化,才能保證通信電源系統和通信系統的安全生產運行,確保通信的可靠暢通。
參考文獻
[1]羅大林.現代通信電源管理與維護[J].中國科技博覽,2010,31.
[2]李艷萍.淺談通信電源的管理與應用[J].內蒙古科技與經濟,2009,6.
[關鍵詞] 消防用電設備 負荷分級 雙重電源 應急電源 備用電源 過負荷保護
1. 引言
1.1 建筑物消防用電設備的供配電系統設計是建筑電氣設計的重要組成部分,建筑物消防用電設備通常有消防控制室、消防水泵、消防電梯、防煙排煙設施、火災自動報警、漏電報警系統、自動滅火系統、應急照明、疏散指示標志和電動的防火門、窗、卷簾、閥門等。消防用電設備的供電可靠性、安全性直接影響到火災的撲救。
1.2 消防用電設備的供配電系統設計應符合的主要國家標準、規范有:
2. 供電負荷分級及供電要求
2.1 在供配電系統中,用電負荷應根據供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度,分為一級負荷、二級負荷及三級負荷。
2.2 一級負荷的供電電源應符合下列規定:
一級負荷應由雙重電源供電;當一個電源發生故障時,另一個電源不應同時受到損壞,只有滿足這個基本條件,才可能維持其中一個電源繼續供電,這是必須滿足的要求。雙重電源可一用一備,亦可同時工作,各供一部份負荷。
2.3 一級負荷別重要的負荷供電,應符合下列要求:
除應由雙重電源供電外,尚應增設應急電源,并嚴禁其它負荷接入應急供電系統。設備的供電電源的切換時間,應滿足設備允許中斷供電的要求。
2.3 二級負荷的供電系統,宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區供電條件困難時,二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路或電纜供電。當采用架空線時,可為一回架空線供電;當采用電纜線路時,應采用兩根電纜組成的線路供電,其每根電纜應能承受100%的二級負荷。
2.4 備用電源的負荷嚴禁接入應急供電系統。
3. 消防用電設備的供電負荷分級及供電要求
3.1 對于適用于《高層民用建筑設計防火規范》的高層建筑,其消防用電設備一類高層建筑應按一級負荷要求供電,二類高層建筑應按二級負荷要求供電。
對于適用于《建筑設計防火規范》的建筑物,其消防用電設備的供電要求應滿足下列要求:
1.除糧食倉庫及糧食筒倉工作塔外,建筑高度大于50m的乙丙類廠房和丙類倉庫的消防用電應按一級負荷供電;
2.下列建筑物、儲罐(區)和堆場的消防用電應按二級負荷供電:
1)室外消防用水量大于30L/s的工廠、倉庫;
2)室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆場、可燃氣體儲罐(區)和甲、乙類液體儲罐(區);
3)座位數超過3000個的體育館、任一層建筑面積大于3000m2的商店、展覽建筑、省(市)級及以上的廣播電視樓、電信樓和貿金融樓,室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑;
4.消防用電設備配電系統設計應注意的問題:
備用電源的負荷嚴禁接入應急供電系統。
備用電源與應急電源是兩個完全不同用途的電源。備用電源是當正常電源斷電時,由于非安全原因用來維持電氣裝置或某些部分所需的電源;而應急電源,又稱安全設施電源,是用作應急供電系統組成部分的電源,主要是為生命安全,以及避免對環境或其他設備造成損失的電源。
我們在設計一些金融建筑項目的數據中心時常常采用柴油發電機組作為數據中心雙重市電電源的備用電源,需要注意的是該柴油發電機組不應同時也用作消防用電設備的應急電源,消防用電設備應另設柴油發電機組作為應急電源,在電源上形成獨立的應急供電系統。
4.2 消防用電設備應采用專用的供電回路,當生產、生活用電被切斷時,應仍能保證消防用電,其配電設備應有明顯標志。
工程設計中,對消防用電設備,一般均能滿足雙重電源(對一級消防用電負荷)或雙回路(對二級消防用電負荷)在末端配電箱設置自動切換裝置,以保障消防用電設備供電的可靠性。
《建筑設計防火規范》(GB 50016-2006)第11.1.4條規定:“消防用電設備應采用專用的供電回路,當生產、生活用電被切斷時,應仍能保證消防用電,其配電設備應有明顯標志。” 《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-95 2005年版)第9.1.3條規定:“消防用電設備應采用專用的供電回路,其配電設備應設有明顯標志。”
我們需要注意的是消防用電設備應嚴格采用專用供電回路的問題。下列常見錯誤應該在電氣設計中注意避免:
1)、在消火栓泵、噴淋泵的雙電源供電回路中,接人生活水泵非消防用電設備,使消防用電設備供電回路變為非專用供電回路。有的生活水泵可能為一級用電負荷,但生活水泵畢竟不是消防用電設備。為使生活水泵在市電主供電源停電的情況下保證生活用水,應單獨采用雙電源供電回路。
2)、消防用電配電設備,在電氣設計文件中,未要求設置明顯標志。低壓配電系統施工圖設計中,對消防用電設備配電的配電柜,其面板上應要求開關柜生產廠家標注“消防”或“消防用電”等紅色字樣的明顯標志,以防止發生火災時,手動切除非消防電源時發生誤操作,而影響消防用電設備供電的可靠性。
3)、火災應急照明和疏散指示標志配電電源與正常照明電源未分開,沒有采用獨立的配電線路。
4.3 低壓配電線路過負載保護問題。
其實質為如何選擇配電線路導線截面問題。電氣火災的主要原因之一是由于低壓配電線路缺少有效的過負荷保護。
根據《低壓配電設計規范》(GB50054―95)第4.3.4條規定:過負載保護電器的動作特性應同時滿足下列條件:
IB≤In≤Iz。 (1)
I2≤1.45Iz (2)
式中:IB――線路計算負載電流(A);
In――熔斷器熔體額定電流或斷路器額定電流或整定電流(A);
Iz――在一定敷設方式和環境溫度下導體額定載流量(A);
I2――保證保護電器可靠動作的電流(A)。當保護電器為低壓斷路器時,I2為約定時間內的約定動作電流;當為熔斷器時,I2為約定時間內的約定熔斷電流。
由(2)式推導出:In≤Iz (3)
用(3)式代替(2)式與(1)式比較后可見:若滿足IB≤In≤In的條件即能滿足I2≤1.45Iz的條件。
因此,只要低壓斷路器長延時脫扣器整定電流和熔斷器熔體額定電流(In)小于或等于導線的額定載流量(Iz),就可有效滿足配電線路過負載保護。
實際施工圖設計中,有人往往只注重前部條件即IB≤In,而忽視后部條件In≤Iz,使配電線路過負載保護得不到保證。
對一般用電設備的配電線路,其配線截面的額定載流量Iz,按GB50054―95第4.3.3條要求,即IB≤In≤Iz即可滿足線路過負載保護要求。
在IB≤In的前提下,《低壓配電裝置及線路設計規范》(GBJ54―83)4.0.7條又規定Iz≥1.25In。導線的額定載流量Iz留有一定裕量,這是明智之舉。隨著人們物質生活水平的不斷提高,對生活質量生活環境的高標準要求“高配電,新生活”,對配電線路要求的提高是必然趨勢。配電回路導線的額定載流量按Iz≥1.25In考慮較為適宜;對于消防用電設備配電回路,允許過負載運行而不允許切斷電源的規定,所以對消防用電設備配電回路線纜額定載流量宜按Iz≥1.25In考慮。
對爆炸性氣體危險環境1區、2區內的配電線路的配線截面,其額定載流量Iz應按《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》(GB50058―92)第2.5.13條規定,即Iz≥1.25In選取。
4.4 消防用電設備配電回路過負載保護問題
《低壓配電設計規范》(GB50054-95)第4.3.5條規定:“突然斷電比過負載造成的損失更大的線路,其過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電源。”
《通用用電設備配電設計規范》(GB50055―93)第2.4.6條也明確規定: “……斷電導致損失比過載更大時,不宜裝設過載保護,或使過載保護動作于信號。”
《民用建筑電氣設計規范》(JGJ 16-2008)第7.6.4條也規定:“對于突然斷電比過負載造成的損失更大的線路,該線路的過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電路。”
上述設計規范的有關條款均被列為國家《工程建設標準強制性條文》和建設部《施工圖設計文件審查要點》 。
對于運行中不允許斷電的配電回路短時間過負載不會立即引起災害,所以用犧牲導線的一些使用壽命來換取不中斷電源的目的。這就是上述設計條款的實質。消火栓泵、噴淋泵、防排煙風機等消防用電設備配電回路,應該嚴格執行上述規范條款的要求。
5. 結 語
【關鍵詞】電子技術;數控直流穩壓電源;設計方案
電源是保證電力電子設備持續生產提供電能的設備,電源電路中一般包含多個單元電路和系統電路,在諸多的電源中,使用的最為廣泛的是直流電源。直流電源的獲取方式,一般可以分為以下兩種:第一是將電池作為直流電源,第二利用交流降壓和濾波電流將交流電進行轉換,使其成為直流電源。如今所使用的各種電源幾乎都能夠達到同時獲取幾個不同電壓等級的要求,基于這種情況,數控制流穩定電源又成為了人們使用的最大需求,其能夠通過電壓的調節提供穩定的電壓,而且能夠將電壓的精度保持在一個較高的水平內,這樣便有效的提升了電源的使用質量,因此數控直流穩壓電源的設計也受到了越來越多專家學者的重視。筆者認為,數控直流穩壓電源的設計方案可以從以下幾個方面考慮:
1.直流穩壓電源方框圖
在圖1中所顯示的是使用交流電壓和濾波電流的方法轉換而獲得的直流電源,從中也可以看出,這一電源電路中包含的主要部分有減壓電路、整流電路、穩壓電路等,這些功能共同組成了直流穩定電流。通過上述方框圖中的程序,便能同時形成多種直流電壓形式,并且在不同的直流工作電中產生的抗壓等級也有著一定的差異,因此,其能夠同時滿足多種不同電力電器設備對工作電壓的需求。
1.1 降壓電路
降壓電路的主要功能是為了實現高壓電的降壓,為直流工作電壓的形成奠定基礎。
1.2 整流電路
整流電路是整個電源電路的核心部分,其主要的功能就是將交流電壓通過整流二極管的作用,轉化為單向的脈沖直流電壓,該轉換步驟是實現交流與直流轉換的關鍵部分。
1.3 濾波電路
通過上述整流電路轉換,輸出的電壓是單向脈沖星直流電壓,該電壓不能直接為電子電路提供直流電流的需要,因為其中含有較多的交流成分,這就需要通過濾波電路對其進行過濾,這樣才能獲得可以直接用于電路工作的穩定工作電壓。
1.4 抗干擾電路及保護電路
在一般情況下,抗干擾電路具有多方面的功能,其中最為重要的就是具有較強的抗干擾作用,能夠有效的防止交流網中的高頻信號進入到整機電路中,防止其對整機電路的穩定性產生影響。同時,抗干擾電路的另一個重要作用就是對整流二極管的保護作用,能夠在系統開始運行時防止大量的電流對整流二極管產生的沖擊作用,有效的增強二極管工作的可靠性,這種抗干擾作用的實現需要使用小容量電器實現。
1.5 保護電路
保護電路中包含了很多種了,其中電路電源中的保護電路對于電路整體的運行都有著十分重要的影響,在大多數情況下都需要使用電路電源來實現保護動作,從而保證電路電源工作的穩定性。
1.6 穩壓電路
穩壓電路的功能通常需要利用基層穩壓器來實現,在集成穩壓器中又分為三端固定式和三端穩壓電源兩種方式。
2.直流穩壓電源設計電路
在直流穩壓電源設計中,主要是為了實現穩壓電源在電路中的保護作用,并且實現對其他集成電路的持續供電,因此對于精密度的要求可以適當的降低,基于上述要求,在本次設計中使用三端固定式穩壓電路便能夠滿足基本的設計和使用需求,同時也能夠時電路的設計更加簡便。
要完成D/A的轉換以及有效的運算,必須要在以正負電源同時供電作為基礎,因此選擇15V供電電源。在數字控制電路中要求使用5V電源,可以通過7805集成三端穩壓器組成的電源實現。在該電路中,變壓器使用的是雙抽頭的18V變壓器。可以輸出兩路的18V交流電壓(變壓器的選擇一般的標準足:輸出電壓若要滿足U0≥12V。則變壓器次級輸出的電壓一般應需要滿足Uo+2V;輸出電壓若要滿足U0≤12V。則變壓器次級輸出的電壓一般應需要滿足=U0)。
3.數顯電路
在該設計思路中,從計數器的輸出端輸出的信號通過翻譯,進入到譯碼器的輸入端,通過譯碼器外部的顯示器便能夠實現數字顯示功能。本次設計中使用的是七段譯碼器,其能夠通過信號的輸入和輸出來實現LED顯示器實現對線路的顯示和控制。從整個電路的使用需求來看,這里應當使用的輸入譯碼器為BCD碼較為科學,其在功能實現方面更加方便,也能夠提高LED顯示的穩定性。
4.輸出電路
在系統的輸出電路中,一般包括模擬加法器和電壓跟隨器兩個主要部分。當電壓通過輸入端進入到模擬加法器中,一部分作為小數位的電壓值,另一部分則作為十位上的電壓值,不同的電壓值同時存在于加法器內進行模擬計算,計算的結果以電流的方式輸出,但是這時輸出的電流較小,無法滿足外用驅動設備的需求。因此,在加法器進行運算之后,還需要將輸出的電流進行擴大,這樣才能夠滿足電子電器設備的使用要求,對電流放大的功能可以利用模擬加法器中的集成運算放大功能來實現。
5.D/A轉換電路
不同的級別輸出電路有著不同的運作方式,其通過對電阻的調節來實現輸出電壓的控制,在每一級的DAC0832電路中都存在著多種樹木模式,不同的數位連接方法也有著較大的差異,所以要通過調整端的作用來實現對啟動速度和動態抗阻的有效調節,保證其穩定性,才能將該電壓作為基準電壓電源。
6.計數器電路及控制電路的設計
計數器電路的主要功能體現在將輸入的數字值進行D/A轉換之后完成整個電路的轉換,這也是實現數控功能的急促航和前提。而控制電路的實現,則是通過對控制器的控制來實現的,一般利用“+”“-”鍵對電壓的大小進行控制,同時實現不同檔之間的轉換。
參考文獻
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作者簡介:
由于更高的集成度、更快的處理器運行速度以及更小的特征尺寸,內核及I/O電壓的負載點(POL)處理器電源設計變得越來越具挑戰性。處理器技術的發展必須和POL電源設計技術相匹配。5年或10年以前使用的電源管理解決方案,對于當今的高性能處理器而言,可能不再那么行之有效了。因此,當我們為TI的DaVinci數字信號處理器(DSP)進行POL電源解決方案設計時,對基本電源技術的充分了解可以幫助我們克服許多設計困難。本文將對一系列適用于該DaVinci處理器的電源去耦、浪涌電流、穩壓精度和排序技術進行討論。我們將以使用了TI電源管理產品的一個電源管理參考設計為例來提供對這些論述的支持。
能量之源――大型旁路去耦電容
處理器所使用的全部電流除了由電源本身提供以外,處理器旁路和一些電源的大型電容也是提供電流的重要來源。當處理器的任務級別(level of activity)急劇變化而出現陡峭的負載瞬態時,首先由一些本地旁路電容提供瞬時電流――這種電容通常為小型陶瓷電容,其可以對負載的變化快速響應。隨著處理速度的增加,對于更多能量存儲旁路電容的需求變得更為重要。另一個能量來源是電源的大型電容。為了避免出現穩定性問題,必須注意一定要確保電源的穩定性,并且可以利用添加的旁路電容正確地啟動。因此,我們要保證對電源反饋回路的補償以適應額外的旁路電容。電源評估板(EVM)在試驗臺上可能非常有效,但在負載附近添加了許多旁路電容的情況下其性能可能會發生變化。
作為一個經驗法則,我們可以通過盡可能近的在處理器功率引腳處放置多個0603或0402電容(60用于內核電壓,而30用于DM6443的I/O電壓),從而將DaVinci電源電壓從系統噪聲中完全去耦。更小型的0402電容是較好的選擇,因為其寄生電感較低。較小的電容值(例如,560pF)應該最為接近功率引腳,其距離僅為1.25cm。其次,最為接近功率引腳的是中型旁路電容(例如,220nF)。建議每個電源至少要使用8個小型電容和8個中型電容,并且應緊挨著BGA過孔安裝(占用內部BGA空間,或者至少應在外部角落處)。在更遠一點的地方,可以安裝一些較大的大型電容,但也應該盡可能地靠近處理器。
浪涌電流
具有大旁路電容的電源存在啟動問題,因為電源可能無法對旁路電容充電,而其正是啟動期間滿足處理器要求所需要的。因此,在啟動期間,過電流可能會引起電源的關斷,或者電壓可能會暫時地下降(變為非單調狀態)。一個很好的設計實踐是確保電壓在啟動期間不發生壓降、過沖或承受長時間的高壓狀態。為了減少浪涌電流,可以通過增加內核電壓電源的啟動時間,來允許旁路電容緩慢地充電。許多DC/DC調節器都具有獨特的可調軟啟動引腳,以延長電壓斜坡時間。如果調節器不具有這種軟啟動引腳,那么我們可以利用一個外部MOSFET以及一種RC充電方案,來從外部對其進行實施。我們還推薦使用一種帶有電流限制功能的DC/DC調節器,來幫助維持一種單調的電壓斜坡。實施一個軟啟動方案有助于滿足DaVinci處理器的排序要求。
排序
越來越多的處理器廠商將提供推薦的內核及I/O上電排序的時序準則。一旦獲知時序要求,POL電源設計人員便可選擇一種適當的技術。對一個雙路電源上電和斷電的方法有很多種:順序排序和同時排序是最為常用的兩種方法。
當在內核和I/O上電之間要求一個較短的毫秒級時間間隔時,我們就可以實施順序排序。實施順序排序的一種方法是,只需將一個穩壓器的PWERGOOD引腳連接至另一個穩壓器的ENABLE引腳即可。當內核和I/O電壓差在上電和斷電期間需要被最小化時,就需要使用同時排序。要實施同時排序,內核和I/O電壓應彼此緊密地跟蹤,直到達到較低的理想電壓電平。在這一點上,較低的內核電壓達到了其設定值要求,而較高的I/0電壓將可以繼續上升至其設定值。
在自升壓模式中,DaVinci處理器要求對CVDD和CVDDSP內核電源進行同時排序。在主機升壓模式中,CVDD必須斜坡上升,并在CVDDSP開始斜坡上升以前達到其設置值(1.2V)。作為一個最大值,CVDDSP電源必須在關閉(開啟)“始終開啟”和DSP域之間的短路開關以前上電。我們可以以任何順序啟動I/O電源(DVDD18、DVDDR2和DVDD33),但是必須在CVDD電源100ms的同時達到其設定值。
穩壓精度
電源系統的電壓容差有幾個影響因素。電壓基準精度就是最為重要的一個影響因素,我們可以在電源管理器件的產品說明書中找到其規范。新型穩壓器要求達到±1%的精度或更高的溫度基準精度。一些成本較低的穩壓器可能會要求±2%或±3%的基準電壓精度。請在產品說明書中查看穩壓器廠商的相關規范,以確保穩壓精度可以滿足處理器的要求。另一個影響穩壓精度的因素是穩壓器外部反饋電阻的容差。
在要求精確容差值的情況下,我們推薦使用±1%的容差電阻。另外,在將這種電阻用于編程輸出電壓時,其將會提供額外±0.5%的精度。具體的計算公式如下:
輸出電壓精度=2×(1-VREF/VOUT)×TOLRES
第三個影響因素是輸出紋波電壓。一個卓越的設計實踐是針對低于1%輸出電壓的峰至峰輸出電壓進行設計,其可使電源系統的電壓精度提高±0.5%。假設為±2%基準精度,那么這3個影響因素加在一起則為±3%的電源系統精度。
DaVinci CVDD電源要求一個可帶來±4.2%精度的50mY容差的1.2V典型內核電源。3.3V DVDD電源具有一個可帶來±4.5%精度的150mV的容差,而1.8V DVDD電源則具有一個可帶來±5%精度的90mV的容差。使穩壓器靠近負載來減少路由損耗是非常重要的。需要注意的是,如果電源具有3%的容差,且處理器內核電壓要求具有4.2%容差的情況下,我們就必須對去耦網絡進行設計,以能夠適應1.2V電壓軌的1.2%精度或14mV容差。
歷史經驗數據顯示,內核電壓隨著處理技術的發展而不斷降低。對內核電壓稍作改變,便可提供更高的性能,或節省更多的電量。選擇一個具有可編程輸出電壓和±3%以上輸出電壓容差的穩壓器是一種較好的設計方法。相比從零開始重新設計一種全新的電源,簡單的電阻器變化或引腳重新配置要容易得多。因此,我們要選擇一款可以支持低至0.9V或更低輸出電壓的穩壓器,以能夠最大化地重用,并幫助簡化TI片上系統(SoC)器件未來版本的使用。
參考設計
我們構建了若干電源管理參考設計,并經過數字音頻/視頻應用的測試。這些應用均使用了TI的TMS320DM6443和TMS320DM6446處理器,其能夠滿足排序、電壓精度和啟動要求。圖1顯示了12V電源的參考設計,該設計使用了TPS62111同步降壓轉換器、TPS62040同步降壓轉換器以及TPS73618低壓降調節器,以分別提供3.3V、1.2V和1.8V電壓軌。這種參考設計包含了一個簡單的外部MOSFET、電阻和電容延遲電路,以使3.3V電壓軌能夠適應自升壓模式排序方案要求。TPS62040不但提供了1.2V的內核電壓,而且還可滿足引腳5軟啟動電容的排序要求。這種解決方案擁有±3%容差,90%以上的效率。為了能夠適應主機升壓模式排序方案要求,我們可以添加一個類似的MOSFET、電阻以及電容電路添加至1.2V電壓軌。
圖1顯示了復位電路,該電路使用TPS3808和TPS3803電源電壓監控器來監控電壓軌的變化情況。請您使用最小值的TPS3808G01(U5),來安裝圖中所示的復位電路電源。如果需要超過3.3V電壓軌的1.5A電流和1.2V電壓軌的1.2A電流的話,那么TPS54350和TPS54110 SWIFTTMDC/DC轉換器可能會被分別用于實現3A和1.5A電流。SWIFT穩壓器具有基于DaVinci技術的數字視頻EVM的特點。