時(shí)間：2023-03-30 10:39:02
導(dǎo)語(yǔ)：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(jiǎn)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(shí)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(huì)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(duì)于上述特殊裝修場(chǎng)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?？傠娏ω?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(gè)需用系數(shù)Kx，得有功計(jì)算負(fù)荷，即：
Pjs＝Kx•；Ps（kW）
無(wú)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(shí)，當(dāng)回路中的單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谠摶芈啡鄬?duì)稱負(fù)荷的總?cè)萘康?5％時(shí)，全部負(fù)荷按三相對(duì)稱負(fù)荷計(jì)算，當(dāng)超過(guò)15％時(shí)，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(jí)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(jí)辦公建筑的客梯電力、主要的辦公室、會(huì)議室照明屬二級(jí)負(fù)荷。本辦公大樓屬一級(jí)負(fù)荷供電，通過(guò)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(lái)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(shí)，兩路電源同時(shí)供電，互為備用，一路電源故障時(shí)，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)?，?guó)內(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(shí)失去電源。多年來(lái)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(jí)負(fù)荷的供電要求。所以，為保證一級(jí)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(guò)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(gè)大樓的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況。設(shè)計(jì)時(shí)，選用一臺(tái)1250kVA變壓器供中央空調(diào)用電，照明及其它動(dòng)力負(fù)荷。選用另一臺(tái)1250kVA變壓器，兩個(gè)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(shí)，該變壓器可作為另一臺(tái)變壓器檢修時(shí)的備用設(shè)備。
4.1照明及其它動(dòng)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(kāi)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(kāi)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(lái)分設(shè)的，目的是便于管理、檢修。地下室其它動(dòng)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?jiǎng)恿ω?fù)荷要求在末端配電箱設(shè)雙電源自動(dòng)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(shù)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(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。手動(dòng)控制時(shí)，制冷機(jī)與外部設(shè)備以及外部設(shè)備之間無(wú)電氣連鎖關(guān)系，各設(shè)備均可單獨(dú)啟動(dòng)和停止，此時(shí)，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(dòng)控制時(shí)，各設(shè)備之間有連鎖關(guān)系，機(jī)組的啟動(dòng)順序：冷卻塔風(fēng)機(jī)—冷卻水泵—冷凍水泵—主機(jī)。停機(jī)時(shí)順序與啟動(dòng)時(shí)相反，按照這個(gè)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(dòng)報(bào)警方面，空調(diào)系統(tǒng)與火警信號(hào)也要求有連鎖控制，當(dāng)確定有火警發(fā)生時(shí)，消防值班室發(fā)出信號(hào)切斷空調(diào)機(jī)的總電源，并將開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號(hào)反饋回消防控制中心。
5.采光與照明標(biāo)準(zhǔn)。
為了減少動(dòng)力設(shè)備用電對(duì)照明線路電壓波動(dòng)的影響，照明用電與動(dòng)力用電線路盡量分開(kāi)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(shí)，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(wú)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(kù)、電梯間、樓梯間、公共通信和主要出入口等場(chǎng)所設(shè)應(yīng)急疏散指示照明及樓層指示燈，它們?cè)谡＜笆鹿蕰r(shí)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(shí)間不少于20分鐘。
地下室、電梯間、重要辦公室（區(qū)長(zhǎng)、副區(qū)長(zhǎng)）、重要會(huì)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(chǎng)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(chǎng)所照明
對(duì)于有特殊要求的場(chǎng)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(shí)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(gè)系統(tǒng)和運(yùn)用先進(jìn)的電氣設(shè)備對(duì)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(shí)間緊、任務(wù)重，而對(duì)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?，F(xiàn)在建筑電氣設(shè)計(jì)分為強(qiáng)電與弱電兩個(gè)部分，下面就分別從這兩個(gè)部分來(lái)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(dòng)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(jí)，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(jiǎn)單、明顯、沒(méi)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(jiǎn)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(shí)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?？紤]經(jīng)濟(jì)問(wèn)題時(shí)，必需從整個(gè)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(guò)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(shì)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(guò)分強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性，減少設(shè)備，簡(jiǎn)化結(jié)線，就必然會(huì)影響可靠性，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)會(huì)造成較大面積的停電，從而又會(huì)帶來(lái)?yè)p失，可見(jiàn)這樣的結(jié)果是不但降低了可靠性，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性也降低。因此在處理這些矛盾時(shí)，應(yīng)當(dāng)先滿足可靠性的同時(shí)再提高經(jīng)濟(jì)性。
高壓配電系統(tǒng)是一個(gè)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(gè)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(shù)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(huì)產(chǎn)生很大的價(jià)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(shí)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?cè)嚺e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(tái)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(dòng)聯(lián)絡(luò)（自動(dòng)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(kāi)關(guān)設(shè)自投自復(fù)、自投不自復(fù)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，自投時(shí)應(yīng)自動(dòng)斷開(kāi)非保證負(fù)荷，以保證變壓器正常工作，主進(jìn)開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)，并且為避免動(dòng)力負(fù)荷的啟動(dòng)干擾照明負(fù)荷，通常一臺(tái)變壓器的低壓出線主要供給照明負(fù)荷，而另一臺(tái)變壓器的低壓出線主要供給動(dòng)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(gè)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(guò)程中選擇好需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)以及功率因數(shù)，下面就分別從這兩個(gè)方面討論：
（1）減少低壓柜的出線回路
當(dāng)我們做一個(gè)工程的電氣設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)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(tái)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(shí)會(huì)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?cè)趯?shí)際生活中的住宅樓一年或者更長(zhǎng)時(shí)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(lái)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(shí)系數(shù)以及功率因數(shù)
為什么這幾個(gè)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(kāi)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(kāi)關(guān)的大??；同時(shí)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(shí)，會(huì)造成將來(lái)變壓器運(yùn)行時(shí)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(shí)的情況，合理選用計(jì)算系數(shù)。我們?cè)谏钲跁r(shí)曾遇見(jiàn)這樣一項(xiàng)工程，8萬(wàn)平米高檔公寓，設(shè)計(jì)選用4臺(tái)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(tái)500kVA的變壓器帶所有的負(fù)荷，這本身就反映出設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算系數(shù)取得保守偏大。在我們做設(shè)計(jì)時(shí)要考慮發(fā)展前景，留有余量，但這些年的發(fā)展過(guò)程中，隨著建筑智能化水平的提高，電量并沒(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)用電量的需要很低，因此我們?cè)谠O(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(lái)越高，因此設(shè)計(jì)好弱電的各個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)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(gè)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?？刂破髦粮鞣N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(chǎng)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(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)與綜合布線系統(tǒng)兩部分，下面就分別從這兩個(gè)方面分析如何降低初期投資提高使用功能。
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的成本主要與探測(cè)器和模塊的數(shù)量有關(guān)，因此在設(shè)計(jì)中減少探測(cè)器和模塊的數(shù)量就可以降低火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(cè)器時(shí)，可不考慮梁對(duì)探測(cè)器保護(hù)面積的影響。當(dāng)梁突出頂棚的高度在200－600mm時(shí)，按附錄L.2及L.3確定梁的影響和一只探測(cè)器能夠保護(hù)的梁間區(qū)域的個(gè)數(shù)。當(dāng)梁突出頂棚的高度超過(guò)600mm時(shí)，被梁隔斷的每個(gè)梁間區(qū)域應(yīng)至少設(shè)置一只探測(cè)器－－－”以及在24.5.1.9的第6點(diǎn)中規(guī)定“汽車庫(kù)等宜選用感溫探測(cè)器。”我們?cè)谠O(shè)計(jì)中經(jīng)常遇見(jiàn)這樣的地下車庫(kù)，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(gè)感溫探測(cè)器，如果地下車庫(kù)面積在一萬(wàn)平米以上（這種情況是經(jīng)常遇到的），那么僅此車庫(kù)就會(huì)設(shè)置上千個(gè)溫感，這樣做有沒(méi)有必要呢？若采用煙感探測(cè)器就會(huì)減少3/4的探測(cè)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(lái)越高，在地下車庫(kù)采用煙感是可行的，這樣可以節(jié)省很多投資，同時(shí)一般大型地下車庫(kù)均設(shè)置噴灑系統(tǒng)，因此可減少探測(cè)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(yǔ)言信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的配線，經(jīng)過(guò)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(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，方便用戶在需要時(shí)，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(kù)管理、電子郵件、個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表處理、財(cái)務(wù)管理、電話會(huì)議、電視會(huì)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(gè)工作區(qū)按5～10平米估算及每個(gè)工作區(qū)信息插座的數(shù)量配置方法。前一段時(shí)間我們?cè)O(shè)計(jì)－5.6萬(wàn)平米的辦公樓，若減去機(jī)房和車庫(kù)面積按規(guī)范應(yīng)設(shè)置5000個(gè)信息出線口，而本工程將來(lái)使用時(shí)實(shí)際辦公人數(shù)不足2000人，而且每個(gè)信息點(diǎn)的成本在500元左右，這樣一來(lái)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(lái)。由于現(xiàn)代文明的發(fā)展，都市的高層建筑越來(lái)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(lái)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(duì)各個(gè)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(jià)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(jí)相乘）。
（3）分區(qū)樹(shù)干式，把一座高層建筑劃分成n個(gè)單元區(qū)，每個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，受電纜的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(chǎng)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(lái)了質(zhì)量一致。
分支電纜較早出現(xiàn)于英國(guó)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(huì)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(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，放寬了對(duì)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(guó)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(jiǎn)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(gè)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(guó)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(duì)于國(guó)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(wú)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(cè)接頭性能，即機(jī)械拉力試驗(yàn)和電熱循環(huán)試驗(yàn)。對(duì)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(duì)電熱循環(huán)試驗(yàn)而言，在125次一定時(shí)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(duì)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(gè)問(wèn)題，我們必須首先弄清楚相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)配電線路的要求。
二、相關(guān)規(guī)范對(duì)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(gè)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(jiǎn)等級(jí)，除規(guī)定分級(jí)原則外，更規(guī)定了各類具體建筑名稱的負(fù)荷級(jí)別。
由于上述規(guī)范在頒布實(shí)施時(shí)，分支電纜產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)還沒(méi)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(shuō)來(lái)，有三種觀點(diǎn)：
1、關(guān)于配電級(jí)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(shù)干式>分區(qū)樹(shù)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(jí)數(shù)：對(duì)配電級(jí)數(shù)而言，GB50052-95第3.07條規(guī)定：供電系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可*，同一電壓供電系統(tǒng)的變配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)，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(jí)數(shù)不宜超過(guò)三級(jí)，但對(duì)非重要負(fù)荷供電時(shí)，可超過(guò)三級(jí)?！鄙鲜鲆?guī)范體現(xiàn)了一個(gè)要領(lǐng)，那就是配電級(jí)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(wú)特殊要求時(shí)，宜采用樹(shù)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?，但每一回路環(huán)鏈設(shè)備不超過(guò)5臺(tái)，其總?cè)萘坎灰顺^(guò)10kW”：“在高層建筑物內(nèi)，當(dāng)向樓層各配電點(diǎn)供電時(shí)，宜采用分區(qū)樹(shù)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(duì)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(duì)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(duì)于向多層配電間或配電箱配電，宜采用樹(shù)干式和分區(qū)樹(shù)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?，宜采用放射式與樹(shù)干式結(jié)合的方式”，“8.2.3.2對(duì)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(duì)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(shù)干式，備用電源也采用分區(qū)樹(shù)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(shù)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(shí)，分支電纜尚未在國(guó)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(jiǎn)化。放射式高于樹(shù)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(wú)腐蝕性的屋內(nèi)場(chǎng)所?！?/p>
GB50054-94中5.7.2、JGJ/T16-92中4.13.5規(guī)定“豎井垂直布線時(shí)應(yīng)考慮下列因素：……。垂直干線與分支線的連接方法?！?/p>
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(shí)，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(shí)應(yīng)敷時(shí)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(shí)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(shí)，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(duì)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(shuō)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(lái)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(gè)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(shí)，（滿足載流量與起動(dòng)運(yùn)行壓降要求）一般不予選用，這樣可減少一個(gè)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(jiǎn)化成二級(jí)配電，每個(gè)樓層都可以達(dá)到最簡(jiǎn)單的二級(jí)配電，符合規(guī)范中配電級(jí)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(chǎng)合甚至是特別重要場(chǎng)合的配電，這是先進(jìn)性之二。
分支電纜是一種經(jīng)過(guò)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(guò)密封絕緣處理，在出廠時(shí)經(jīng)受過(guò)水中耐壓和絕緣電阻試驗(yàn)，因此對(duì)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(jiǎn)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(guó)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(guó)際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問(wèn)題[1]。案為成都國(guó)際金融中心項(xiàng)目，成都國(guó)金中心凈用土地面積82畝[2]。為香港九龍倉(cāng)投資的西部地標(biāo)性建筑整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)由4座塔樓及裙樓組成，包括超五星級(jí)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(cāng)集團(tuán)在成都以8800萬(wàn)元/畝[4]。總價(jià)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(guó)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(gè)中西部最具代表性的商鋪，其中包括世界上最出名的國(guó)際名牌、港澳名牌，再加上其九龍倉(cāng)本身之馬哥孛羅酒店等，有望成為中國(guó)西部今后最具影響力的國(guó)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(lái)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(duì)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(lái)越高，使得建筑開(kāi)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(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策和有關(guān)國(guó)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(guó)際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問(wèn)題。通過(guò)到成都國(guó)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(dòng)類型，啟動(dòng)方式，啟動(dòng)速率。研究其中各個(gè)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(guó)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(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)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(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào).動(dòng)力》(2009年版)
8)《全國(guó)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(dòng)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(duì)成都國(guó)際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分的一個(gè)概述，簡(jiǎn)要說(shuō)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(gè)總結(jié)，也是對(duì)這段時(shí)間的工作的一個(gè)匯報(bào)[13]。并對(duì)一些規(guī)范和國(guó)標(biāo)有了初步的了解，對(duì)以后的畢設(shè)做一個(gè)鋪設(shè)[14]。小區(qū)的建筑電氣設(shè)計(jì)主要是對(duì)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(gè)設(shè)計(jì)[15]。對(duì)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(duì)之后的畢設(shè)起一個(gè)帶頭作用[16]。從對(duì)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(shí)，本次的文獻(xiàn)綜述對(duì)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(guó)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(guó)建筑工業(yè)出版社，1998年：56頁(yè)
[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(dòng)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(cè)中國(guó)建筑工業(yè)出版社2010年：83頁(yè)
[11]陳一才.智能建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2002年：43頁(yè)
[12]戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003年：59頁(yè)
[13]劉思亮.建筑供配電.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004年：24頁(yè)
[14]楊光臣.建筑電氣工程圖識(shí)讀與繪制.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002年：48頁(yè)
[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(wèn)題和擬采用的研究手段(途徑)：
1.研究的問(wèn)題
本課題主要研究的是成都國(guó)際金融中心負(fù)5層制冷機(jī)房的電氣部分研究問(wèn)題。通過(guò)到成都國(guó)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(dòng)類型，啟動(dòng)方式，啟動(dòng)速率。研究其中各個(gè)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(chǎng)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(shí)，了解國(guó)金中心項(xiàng)目的基本情況。做好前期準(zhǔn)備。
2)請(qǐng)教校外導(dǎo)師學(xué)習(xí)、掌握國(guó)金中心負(fù)5層的解制冷機(jī)房的電機(jī)啟動(dòng)類型、啟動(dòng)方式、啟動(dòng)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(guò)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(gè)原理圖等。
汽車中電子成分的不斷增多是因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)汽車產(chǎn)品的要求與期望的不斷增加。例如，對(duì)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(duì)更高燃油效率的要求又引入了直噴發(fā)動(dòng)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(dòng)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(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)過(guò)程變得更具有挑戰(zhàn)性。
對(duì)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)序控制都是基于表格查找方法。這種方法對(duì)現(xiàn)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)有很多局限性，一是表格法不能將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特征考慮進(jìn)來(lái)；二是現(xiàn)動(dòng)機(jī)需要控制的狀態(tài)從以前的幾百個(gè)到現(xiàn)在的上萬(wàn)個(gè)，這樣，用表格查找的方法就很難實(shí)施，也無(wú)法再繼續(xù)提高發(fā)電機(jī)的性能。隨之而來(lái)，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(guò)程不太隨發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度而變，但需要一個(gè)較準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型。另外，汽車電子器件與系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方式和過(guò)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(cè)試、再研制、再測(cè)試的重復(fù)模式就顯得費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，成本也會(huì)相應(yīng)增加。
在這樣的背景下，越來(lái)越多的汽車電子廠家利用計(jì)算機(jī)輔助工程軟件來(lái)加速研發(fā)過(guò)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(tái)上來(lái)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(wú)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(dòng)機(jī)的油氣控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。如圖1所示。首先，一個(gè)廠家決定用無(wú)刷電機(jī)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有刷電機(jī)油泵。它可以從RMxprt軟件開(kāi)始，該軟件中有包含無(wú)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(dòng)設(shè)計(jì)出一個(gè)基本的無(wú)刷電機(jī)，并計(jì)算出該電機(jī)在不同運(yùn)營(yíng)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(duì)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(duì)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(chǎng)有關(guān)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的性能分析。例如，用戶可以分析一個(gè)電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布來(lái)確定定子槽距的間隙，或者調(diào)整空氣間隙來(lái)確定力矩的大小。同時(shí)Maxwell一個(gè)很重要的功能就是動(dòng)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(guò)程省去了很多對(duì)物理系統(tǒng)建模的繁雜過(guò)程。Simplorer是一個(gè)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(gè)系統(tǒng)模型建成后，其行為由每個(gè)元件的物理特性所決定。在線路仿真中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)元件和PWM的控制方法對(duì)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(lái)驅(qū)動(dòng)油泵。燃油通過(guò)油泵過(guò)濾器，油壓控制閥進(jìn)入電控噴頭。電噴頭的開(kāi)關(guān)與時(shí)間的長(zhǎng)短由電磁閥來(lái)控制，閥中所用的電磁線圈也是由FEA的精確設(shè)計(jì)而來(lái)，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(gè)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(dòng)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(lái)自Simplorer軟件所隨帶的汽車和液壓系統(tǒng)模型庫(kù)，這些模型庫(kù)包含了許多汽車中用到的基本元部件，例如導(dǎo)線、保險(xiǎn)絲、點(diǎn)火器、發(fā)動(dòng)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(guò)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(shí)間長(zhǎng)短)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程和運(yùn)行性能有很大影響，所以用CAE設(shè)計(jì)出的一個(gè)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(lái)的點(diǎn)火器上的電壓和電流波形圖與其后的實(shí)際測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合。
本文小結(jié)
美國(guó)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(gè)流暢、高效的設(shè)計(jì)平臺(tái)。以上實(shí)例說(shuō)明，利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)仿真軟件，像發(fā)動(dòng)機(jī)油氣點(diǎn)火系統(tǒng)這樣復(fù)雜的過(guò)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(lái)設(shè)計(jì)和分析傳感器、驅(qū)動(dòng)器、通訊和控制系統(tǒng)，它們包括：
動(dòng)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(shì)是增加更復(fù)雜的電子元器件，以便提高品牌聲譽(yù)和競(jìng)爭(zhēng)差異性，同時(shí)讓消費(fèi)者更安全舒適。例如復(fù)合動(dòng)力電動(dòng)車就像把iPod®連接到汽車娛樂(lè)系統(tǒng)一樣，現(xiàn)已成為一種流行時(shí)尚。消費(fèi)者還把手機(jī)與整合型免持聽(tīng)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(huì)被乘客看到或摸到，卻會(huì)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(dòng)力巡航控制在21世紀(jì)汽車市場(chǎng)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(jià)。
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(shí)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?；旌闲盘?hào)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(lái)的模擬電壓，或是碰撞偵測(cè)感應(yīng)器I/O接腳的上升沿波形，這個(gè)感應(yīng)器可能會(huì)連接到安全氣囊的觸發(fā)系統(tǒng)?！斑\(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(shí)間內(nèi)就決定不啟動(dòng)安全氣囊，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)座位上有小孩?！巴ㄓ崱笔侵笇⑻幚斫Y(jié)果傳送給其它需要該信息的系統(tǒng)，譬如啟動(dòng)指示燈就是很簡(jiǎn)單的例子。其它復(fù)雜功能可能會(huì)通過(guò)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(cè)是一個(gè)很好例子，說(shuō)明汽車電子設(shè)計(jì)人員所須面對(duì)的挑戰(zhàn)。僅在幾年前，油量傳感器還是一個(gè)相當(dāng)直接的設(shè)計(jì)問(wèn)題。它包含一個(gè)簡(jiǎn)單的浮筒裝置，上面有掃描式碳刷接觸著電阻性表面，它會(huì)使得模擬輸出電壓正比于油箱的剩余油量。但對(duì)今日汽車而言，通常必須等到平臺(tái)設(shè)計(jì)快結(jié)束時(shí)才會(huì)開(kāi)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(huì)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(lái)說(shuō)，汽油與乙醇燃料的比例會(huì)影響點(diǎn)火、燃燒時(shí)間和廢氣排放等引擎動(dòng)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(shí)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(guò)去被認(rèn)為很簡(jiǎn)單的感測(cè)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(dòng)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(huì)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(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。馬達(dá)電流由一顆控制器監(jiān)測(cè)，然后與代表失速狀態(tài)(stallcondition，亦即馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)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(kāi)發(fā)一套方法分辨馬達(dá)啟動(dòng)和車窗受阻時(shí)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(shí)間，確保它只在馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)后才開(kāi)始比較失速電流臨界值，只不過(guò)這種做法有時(shí)無(wú)法為半開(kāi)的車窗提供防夾保護(hù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果車窗的起始位置僅距頂端10毫米，那么在臨界定時(shí)器的計(jì)時(shí)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(shí)的電流變化
圖3：關(guān)閉車窗遇到阻礙時(shí)的電流變化
第二個(gè)缺點(diǎn)是機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間改變，這會(huì)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(wú)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(huì)讓溫度變化對(duì)工作負(fù)載產(chǎn)生很大影響。汽車靜止時(shí)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(shí)。在這兩種情形中，無(wú)法補(bǔ)償這些變動(dòng)的狀況都會(huì)影響安全或造成車窗無(wú)法正常操作。
設(shè)計(jì)人員過(guò)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(huì)增加更多的傳感器或使用更精確的控制材料與元器件來(lái)減輕這些問(wèn)題，但這些方法都會(huì)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(lái)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(guò)12位)的混合信號(hào)微控制器是此問(wèn)題的最佳解決方案。
圖4：采用混合信號(hào)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(shí)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(cè)。這種方法能更精確分辨馬達(dá)處于轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間，就算車窗已經(jīng)半開(kāi)也可提供完整的防夾功能。
如圖5所示，系統(tǒng)會(huì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)馬達(dá)負(fù)載變動(dòng)和將系統(tǒng)扭力限制在適當(dāng)范圍，同時(shí)將長(zhǎng)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(dòng))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(lái)決定適當(dāng)?shù)呐R界值(參考圖6)。利用其它系統(tǒng)不僅會(huì)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(guò)程電流變化
圖6：存儲(chǔ)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(lái)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(gè)擴(kuò)大單元接線方式，1#、2#機(jī) 1#主變組成一個(gè)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(zhǎng)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(tái)，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(shí)，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(jiǎn)潔，為簡(jiǎn)化整個(gè)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(kāi)式交流金屬封閉式高壓開(kāi)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(gè)單元接2臺(tái)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(tái)廠用變擬用電源自動(dòng)投入裝置互為備用，同時(shí)0.4KV母線留有一外來(lái)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(tái)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(lái)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(kāi)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(lì)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(lì)磁屏、機(jī)組測(cè)溫制動(dòng)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(tái)區(qū)域變（200KVA 10.5KV/0.4KV）、2面低壓動(dòng)力配電屏；前池動(dòng)力及照明電源由廠用電屏提供。
2.2過(guò)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(guò)電壓保護(hù)均采用相應(yīng)電壓等級(jí)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(jí)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(hào)XRM-007/3 。由DP-1號(hào)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(lái)的地方，尤其是事故時(shí)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(shí)由廠用電交流電源供給，作為工作照明的一部分，事故時(shí)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(kāi)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(shí)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(zhǎng)度僅為統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度，不能作為電纜切割依據(jù)，每根電纜的切割長(zhǎng)度應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)放線為準(zhǔn)。在電纜橋架上敷設(shè)電纜時(shí)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?，即?dòng)力電纜在上層，控制電纜在下層。
（2）不同單元的電纜盡量分開(kāi)。
（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(chǎng)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(cè)安裝和設(shè)計(jì)中可能發(fā)生的變化和引發(fā)的問(wèn)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(huì)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(chǎng)準(zhǔn)備工作,并提出開(kāi)工報(bào)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(lái)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(shí),需要重視新材料、新工藝的運(yùn)用,對(duì)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(guò)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(chǎng)和現(xiàn)場(chǎng)施工工作,當(dāng)任務(wù)完成,并經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格之后,及時(shí)離開(kāi)施工現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)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(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)候,在施工前和施工中,需要為施工場(chǎng)地提供保溫、供熱、排水等臨時(shí)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(gè)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(shí)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(duì)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(shí)候,為了節(jié)約鋼材,降低施工費(fèi)用,應(yīng)對(duì)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(wú)法滿足要求的時(shí)候,或者是技術(shù)上有比較特殊的要求,這時(shí)候則應(yīng)采用人工接地體。按照?qǐng)D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(shí)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(cè)試點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)階段
對(duì)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(duì)于磚墻結(jié)構(gòu)的建筑,在砌墻之前,有必要將管子、開(kāi)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(huì)對(duì)墻體結(jié)構(gòu)造成不利影響。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),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(duì)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(duì)于管線的敷設(shè),應(yīng)當(dāng)選擇最短路徑,盡可能地減少?gòu)澢椭丿B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(duì)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(gè)電氣安裝工程的關(guān)鍵工序,如果沒(méi)有處理好,不僅會(huì)影響整個(gè)土建施工的進(jìn)度和質(zhì)量,還會(huì)對(duì)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(duì)現(xiàn)澆混凝土樓板內(nèi)進(jìn)行配管的時(shí)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(shí)候,需要留人看守,以避免在振搗的時(shí)候,對(duì)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(shí)的修復(fù)。對(duì)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(shí)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(kāi)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(gè)高度集成的微控制器，該控制器用來(lái)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(dòng)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(duì)MCU的保護(hù)，同時(shí)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(duì)噪聲的敏感性以及噪聲發(fā)射兩個(gè)部分。噪聲可以通過(guò)電磁場(chǎng)的方式傳播從而產(chǎn)生輻射干擾，也可以通過(guò)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(lái)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(huì)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(guó)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(huì)(FCC)制定的EMC標(biāo)準(zhǔn)，而美國(guó)主要的汽車制造商也都有自己的一套測(cè)試規(guī)范來(lái)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(cè)試程序)給出了汽車器件推薦的測(cè)試級(jí)別以及測(cè)試程序。
SAEJ1338則提供關(guān)于整個(gè)汽車電磁敏感性如何測(cè)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(cè)試的兩個(gè)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(kāi)始生效，從此歐洲汽車工業(yè)引入了一個(gè)新的EMC指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)(95/54/EEC)。
檢查汽車對(duì)于電磁輻射的敏感性，應(yīng)該確保整個(gè)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(gè)帶寬范圍以內(nèi)的均方根值在20V/米以內(nèi)。在測(cè)試過(guò)程中要試驗(yàn)駕駛員對(duì)方向盤、制動(dòng)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(duì)汽車直接控制的異常。
由于芯片幾何尺寸不斷減小，以及時(shí)鐘速度的不斷增加都會(huì)導(dǎo)致器件發(fā)射超過(guò)500MHz的時(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(wàn)輛汽車中有一輛存在一個(gè)簡(jiǎn)單的故障都是不允許的。沒(méi)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(kù)門開(kāi)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(huì)誤認(rèn)為接收到了一個(gè)遙控信號(hào)。
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(duì)文本和語(yǔ)音進(jìn)行干擾，那么無(wú)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(hào)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(hào)串?dāng)_并通過(guò)容性耦合對(duì)外產(chǎn)生信號(hào)發(fā)射干擾。IC上的傳輸線尺寸通常非常小，因此不會(huì)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(wèn)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(guò)寄生電阻和電容來(lái)傳導(dǎo)，而不是以電磁場(chǎng)的方式輻射。CMOS芯片通過(guò)一種外延工藝實(shí)現(xiàn)極低電阻基底的方法來(lái)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(kāi)來(lái)。
許多并行的p＋基底觸點(diǎn)(contact)為阻性耦合噪聲提供了一個(gè)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(huì)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(jiàn)圖1)。
單個(gè)pn結(jié)電容非常小，在一個(gè)VLSI的SoC設(shè)計(jì)中并行的電容總和通常是幾個(gè)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(gè)電容。這種技術(shù)還消除了進(jìn)入基底的瞬時(shí)負(fù)電流而導(dǎo)致的體效應(yīng)(bodyeffect)。體效應(yīng)會(huì)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(duì)模擬電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，體效應(yīng)通過(guò)改變偏置電流和信號(hào)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(duì)數(shù)字電路，采用單一的阱最理想，可以降低芯片面積。通過(guò)認(rèn)真的設(shè)計(jì)可以對(duì)體效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
基底噪聲的另一個(gè)來(lái)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(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況。碰撞離化會(huì)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(huì)導(dǎo)致片上信號(hào)的衰減以及信號(hào)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(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電源和地線上的電流；輸出管腳信號(hào)的變換；振蕩器工作產(chǎn)生的噪聲；開(kāi)關(guān)電容負(fù)載產(chǎn)生的片上信號(hào)假象。
許多設(shè)計(jì)方法可以降低同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN)。穿透電流是SSN的一個(gè)主要來(lái)源，所有的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器、總線驅(qū)動(dòng)器以及輸出管腳驅(qū)動(dòng)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(shí)p溝道晶體管和n溝道晶體管瞬間同時(shí)導(dǎo)通。確保在互補(bǔ)晶體管導(dǎo)通之前關(guān)斷另一個(gè)晶體管就可以實(shí)現(xiàn)穿透電流最小，在大電流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，這可能要求一個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制該節(jié)點(diǎn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換率。
切斷不需要使用模塊的時(shí)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(huì)產(chǎn)生輻射干擾，瞬間的電源和地電流會(huì)通過(guò)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(huì)產(chǎn)生信號(hào)發(fā)射。而環(huán)路中的寄生電感會(huì)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(chǎng)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(zhǎng)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(lái)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(guò)降低Iw或l來(lái)降低電場(chǎng)強(qiáng)度。
處理好時(shí)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(shí)鐘上下沿處產(chǎn)生很大的峰值電流。將時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器分布在整個(gè)芯片中，而不是采用一個(gè)大的驅(qū)動(dòng)器，這樣可以使瞬態(tài)電流分布開(kāi)。另外一種可能的辦法是確保時(shí)鐘不互相重疊。當(dāng)然必須小心避免由于時(shí)序不匹配而產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。更重要的是，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該在遠(yuǎn)離敏感的I/O邏輯信號(hào)，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(hào)，大多數(shù)輸出信號(hào)都必須能夠快速地響應(yīng)電容負(fù)載。這些信號(hào)包括時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、地址和高頻串行通信信號(hào)。對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，穿透電流和容性負(fù)載都會(huì)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(dòng)器電路噪聲問(wèn)題。另外，管腳上信號(hào)的快速變換會(huì)產(chǎn)生反射引起的輸出信號(hào)線上的信號(hào)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(dòng)器可以設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可以控制，并且可以增加信號(hào)轉(zhuǎn)換速率控制電路來(lái)限制di/dt。由于大多數(shù)器件測(cè)試設(shè)備同最終應(yīng)用相比，測(cè)試節(jié)點(diǎn)電容更高，所以通常更愿意指定一個(gè)固定值來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度是一個(gè)90pF的負(fù)載，并且是專為測(cè)試目的而設(shè)定。除了因?yàn)闀r(shí)序而考慮滿驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度外，最好使用降低的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。
上面介紹的技術(shù)對(duì)于降低噪聲有積極的作用，由于瞬態(tài)電流包絡(luò)延長(zhǎng)，平均的電流實(shí)際上會(huì)增加。在芯片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(lái)驅(qū)動(dòng)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(guò)減少電源管腳來(lái)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(dòng)器通過(guò)電源基本上維持一個(gè)恒定的直流電流，而傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器中的瞬態(tài)電流則會(huì)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(gè)方面會(huì)影響到EMC：輸入和輸出信號(hào)波形的形狀會(huì)產(chǎn)生影響；通過(guò)頻率抖動(dòng)來(lái)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(duì)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(dòng)增益控制(AGC)電路形式的反饋來(lái)限制振蕩器信號(hào)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(shí)使用高電流模式確保較短的啟動(dòng)時(shí)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(dòng)在很小的范圍內(nèi)改變時(shí)鐘頻率，這樣隨著頻率在一個(gè)范圍上展開(kāi)，可以減少基本能量。整個(gè)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(huì)影響最終應(yīng)用中關(guān)鍵器件的時(shí)序。而在類似CAN、異步SCI和定時(shí)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(kāi)關(guān)噪聲表明其自身就是期望信號(hào)輸出的一個(gè)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(duì)一個(gè)典型的片上總線來(lái)說(shuō)，負(fù)載是一個(gè)連接到許多三態(tài)緩沖器的長(zhǎng)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(huì)引起連接節(jié)錯(cuò)誤開(kāi)關(guān)時(shí)，才需要認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)中的噪聲問(wèn)題。
降低對(duì)于外部噪聲源的敏感性包括對(duì)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(huì)引起管腳上的兩種情況：電壓變化會(huì)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(huì)通過(guò)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(lái)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(shí)。值得注意的是，MCU和IC的I/O管腳通常多達(dá)200個(gè)，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(wèn)的能力，通常情況下這些都是不可見(jiàn)的。這種方式對(duì)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(huì)產(chǎn)生外部的總線競(jìng)爭(zhēng)，從而使相關(guān)噪聲增加。
在過(guò)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(wèn)題，該問(wèn)題看上去似乎噪聲在某種程度上干擾了測(cè)量或者是變換。通過(guò)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(huì)引起總線競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)影響程序的任何運(yùn)行，但是會(huì)產(chǎn)生足夠的噪聲，因此會(huì)出現(xiàn)A/D變換偶然的錯(cuò)誤。通過(guò)改變解碼邏輯就迅速解決了這個(gè)問(wèn)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.