發(fā)布時(shí)間：2023-07-17 16:29:53
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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(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(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(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)不宜超過三級(jí)，但對(duì)非重要負(fù)荷供電時(shí)，可超過三級(jí)。”上述規(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，但無特殊要求時(shí)，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(tái)，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(shí)，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(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?，宜采用放射式與樹干式結(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(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(chǎng)所。”
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(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(shí)經(jīng)受過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)
關(guān)鍵詞：CompactPCI熱插拔總線
在一般的應(yīng)用電子系統(tǒng)中，若出現(xiàn)電路板硬件失效或軟件故障，通常都是先關(guān)閉系統(tǒng)電源再檢修或更換故障設(shè)備，這樣往往需要較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間。在一些可靠性要求非常高的高可靠系統(tǒng)中，不允許停機(jī)檢修和停機(jī)更換故障板或只允許很短的停機(jī)時(shí)間。例如在高可靠通訊、軍事應(yīng)用電子系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)單板故障，要求在整個(gè)系統(tǒng)不停機(jī)的情況下允許帶電拔出故障板及插入備份板，這種系統(tǒng)通常叫做支持熱插拔系統(tǒng)或高可靠系統(tǒng)。熱插拔系統(tǒng)首先需要有一個(gè)支持熱插拔的系統(tǒng)平臺(tái)，還需要有支持熱插拔的單板。熱插拔系統(tǒng)都是采用無源背板總線平臺(tái)，在眾多的無源背板總線系統(tǒng)中，CompactPCI總線具有完整的支持熱插拔的規(guī)范，CompactPCI總線熱插拔系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛。本文重點(diǎn)介紹CompactPCI熱插拔單板的電氣設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)。
1熱插拔技術(shù)概要
熱插拔即允許帶電拔插工作單板，其最基本的目的是要求帶電拔插單板而不影響系統(tǒng)運(yùn)行，以便維修故障板或重新配置系統(tǒng)；熱插拔技術(shù)可以提供有計(jì)劃地訪問熱插拔設(shè)備，允許在不停機(jī)或很少需要操作人員參與的情況下，實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)和系統(tǒng)重新配置；熱插拔技術(shù)可以提供高可靠應(yīng)用，當(dāng)單板出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)在不間斷運(yùn)行的情況下自動(dòng)隔離故障板。熱插拔系統(tǒng)的級(jí)別由低到高分為三種：基本熱插拔系統(tǒng)，它具有基本熱插拔要求的性能；完全熱插拔系統(tǒng)，它可以對(duì)熱插拔單板進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置；高可靠系統(tǒng)，它利用高可靠平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的更高級(jí)別的控制。
插拔有三個(gè)過程：物理連接過程，包括熱插入（在系統(tǒng)運(yùn)行中插入單板）和熱拔出（在系統(tǒng)運(yùn)行中拔出單板）；硬件連接過程中，即系統(tǒng)在硬件層上的連接與斷開；軟件連接過程，即系統(tǒng)在軟件層上的連接與斷開。這些過程可以用一組狀態(tài)進(jìn)一步描述，這些狀態(tài)雖屬于系統(tǒng)的不同連接層但彼此關(guān)聯(lián)，如圖1所示。例如，當(dāng)物理連接層不存在時(shí)，硬件連接層就不能產(chǎn)生電氣連接；當(dāng)單板從運(yùn)行中的系統(tǒng)拔出時(shí)，軟件連接和硬件連接自動(dòng)斷開。在圖1中：
P0：?jiǎn)伟逦窗惭b到系統(tǒng)，處于系統(tǒng)隔離狀態(tài)。
P1/H0：?jiǎn)伟逡呀?jīng)插入槽位，所有的針都連接上，但沒有上電，CompactPCI總線沒有激活。在這一點(diǎn)，物理層處于P1狀態(tài)，硬件層處于H0狀態(tài)。
H1：?jiǎn)伟迳想姵跏蓟筮B接到CompactPCI總線。
H1F：?jiǎn)伟灞幻钌想?、初始化，但是失敗，或者單板檢測(cè)到故障從CompactPCI總線斷開。這塊單板不適合插入從CompactPCI總線。
H2/S0：?jiǎn)伟迳想?，但CompactPCI總線只能訪問配置空間。此時(shí)，配置寄存器還沒有配置好。在這一點(diǎn)，硬件層處于H2狀態(tài)，軟件層處于S0狀態(tài)。
S1：系統(tǒng)已經(jīng)配置好單板。
S2：必需的軟件（驅(qū)動(dòng)器，等）加載完成，單板可作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件使用。但所有的操作都沒有開始。
S2Q：此狀態(tài)同S2，但不允許進(jìn)行新的操作，單板處于靜止?fàn)顟B(tài)。
S3：?jiǎn)伟寮尤胂到y(tǒng)，已經(jīng)正常工作。
S3Q：軟件完成當(dāng)前操作，但不允許啟動(dòng)新的操作，此時(shí)單板處于靜止?fàn)顟B(tài)。
2CompactPCI熱插拔單板的典型結(jié)構(gòu)
CompactPCI單板必須包括一個(gè)CompactPCI總線接口器件，CompactPCI總線與PCI總線的接口邏輯和時(shí)序完全相。PCI總線接口器件常用的有AMCC公司的S5920、S5933，PLX公司的PCI9052等，或者使用FPGA內(nèi)部的PCI邏輯核（core）。當(dāng)然，也可以是接口器件和應(yīng)用邏輯器件合二為一。CompactPCI熱插拔單板的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。J1、J2是標(biāo)準(zhǔn)的2mmHM型接插件，這是CompactPCI熱插拔規(guī)范規(guī)定的，CompactPCI單板就是通過這兩個(gè)接插件連接到CompactPCI系統(tǒng)平臺(tái)的。其中，連接CompactPCI總線的J1接插件的針是長(zhǎng)短分級(jí)的（stagedpin），即分為長(zhǎng)針、短針、中長(zhǎng)針。長(zhǎng)針是一些電源針，最短的針是BD_SEL#和IDSEL，其它總線信號(hào)是中長(zhǎng)針，而J2都是中長(zhǎng)針。
3CompactPCI熱插拔單板的物理連接過程
CompactPCI熱插拔單板的物理連接過程都是相同的，如圖3所示。物理連接過程是從單板插入導(dǎo)軌開始，到最短的針BD_SEL#連接上為止；拔出過程則相反。
物理連接過程是一個(gè)機(jī)械連接過程。在機(jī)械連接的過程中，插入單板，首先進(jìn)行靜電放電，然后進(jìn)行預(yù)充電，等預(yù)充電完成后總線信號(hào)針才能連接，最后是BD_SEL#連接上；拔出過程則相反。
靜電放電條是為了保護(hù)熱插拔單板在帶電拔插過程中免遭靜電損壞。預(yù)充電過程是為了減小熱插拔單板在拔插單板過程中對(duì)總線信號(hào)的沖擊（電容效應(yīng)）。
4熱插拔單板的電氣設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)
CompactPCI熱插拔單板的電氣設(shè)計(jì)必須滿足熱插拔規(guī)范《CompactPCIHostSwapSpecificaiton》的要求。要保證在拔插單板時(shí)，不能對(duì)CompactPCI總線產(chǎn)生較大的沖擊，不能影響CompactPCI總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_，必須從如下幾方面進(jìn)行考慮。
4.1靜電放電
熱插拔單板，在帶電拔插過程中，為了保護(hù)單板免遭靜電損壞，必須進(jìn)行靜電放電。因此必須在單板上設(shè)計(jì)放電條，在CompactPCI機(jī)箱的插槽上有放電導(dǎo)軌。這樣，在插入前，先進(jìn)行靜電放電；在拔出前，也先進(jìn)行靜電放電。
在熱插拔單板的PCB的最外層的下端設(shè)計(jì)三個(gè)放電條：strip1、strip2、strip3。例如，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的CompactPCI后面板插件（高度233.5mm，長(zhǎng)度80mm），應(yīng)設(shè)計(jì)的三個(gè)放電條的長(zhǎng)度分別為20mm、27.5mm、20mm，高度為1.5mm。其中，strip3與機(jī)殼直接相連，strip1與strip3之間跨接10MΩ電阻，strip2與數(shù)字地通過10MΩ電阻連接，如圖4所示。插入時(shí)，Strip1首先與放電導(dǎo)軌接觸，其次是strip2，最后是strip3；拔出時(shí)則相反。
4.2預(yù)充電
熱插拔規(guī)范《CompactPCIHotSwapSpecification2.1》規(guī)定，熱插拔單板在拔插單板過程中，為了減小對(duì)總線的沖擊（電容效應(yīng)），必須對(duì)單板的總線信號(hào)進(jìn)行預(yù)充電，使CompactPCI接插件的插針點(diǎn)的預(yù)充電電壓達(dá)到1.0V（±0.2V）。插入單板時(shí)，在CompactPCI總線信號(hào)線連接上之前，使單板上的CompactPCI總線信號(hào)預(yù)充電至1.0V左右，這樣在總線信號(hào)線連接上的瞬間，沖擊很??；拔出單板時(shí)，在CompactPCI總線信號(hào)線斷開之前，使單板上的CompactPCI總線信號(hào)預(yù)充電至1.0V左右，這樣，在總線信號(hào)線斷開的瞬間，沖擊很小。
單板上需要進(jìn)行預(yù)充電的CompactPCI總線信號(hào)，即接插件J1、J2與CompactPCI接口器件連接的信號(hào)，包括：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#，AD32～AD63、C/BE4#～C/BE7#、REQ64E、ACK64K、PAR64，需要預(yù)充電至1.0V左右。
單板的預(yù)充電是從長(zhǎng)針5V電源取電，再經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換得到預(yù)充電電壓Vps。
需要預(yù)充電的信號(hào)，經(jīng)過較大的電阻Rp上拉至Vps預(yù)充電電壓（見圖5）。選擇Rp阻值的原則是，Rp的最大值應(yīng)該保證Vps在5ms內(nèi)，使需要預(yù)充電的信號(hào)在接插件插件處達(dá)到理想充電電壓1.0V的80%；Rp的最小值應(yīng)該保證PCI設(shè)備的管腳在高低電平時(shí)的漏時(shí)流不致過大，上拉電阻Rp一般不能小于10kΩ。
INTA#、INTB#、INTC#、INTD#/REQ#/PCI_RST#等信號(hào)通過10kΩ電阻上拉至PCI接口設(shè)備的工作電源電壓（5V或3.3V）。BD_SEL#經(jīng)過10kΩ電阻下拉。
4.3串聯(lián)匹配
為了減小單板上的CompactPCI總線的信號(hào)線分支（stub）對(duì)總線的影響，必須對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行串聯(lián)電阻匹配。PCB的布線特征阻抗應(yīng)設(shè)計(jì)為65Ω±10%，匹配電阻阻值為10Ω。需要加串聯(lián)匹配電阻的信號(hào)包括：AD0～AD31、C/BE0#～C/BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#、RST#、AD32～AD63、C/DE4#～C/BE7#、REQ64#、ACK64#、PAR64以及INTA#、INTB#、INTC#、INTD#。
4.4信號(hào)線長(zhǎng)度限定
根據(jù)CompactPCI規(guī)范的要求，單板的預(yù)充電、串聯(lián)電阻的Stub的長(zhǎng)度必須按圖5所示進(jìn)行限制（PCB的布線特征阻抗應(yīng)設(shè)計(jì)為65Ω±10%）。Stub的長(zhǎng)度越短，對(duì)CompactPCI總線的沖擊越小。在單板上，對(duì)預(yù)充電的信號(hào)，從接插件J1或J2到CompactPCI接口器件管腳，總的信號(hào)線長(zhǎng)度應(yīng)小于38.1mm，其中，從接插件插針到串聯(lián)電阻的PCB連線長(zhǎng)度應(yīng)小于15.2mm。
預(yù)充電電阻的Stub長(zhǎng)度最好是零，最長(zhǎng)不能超過2.5mm。
4.5濾波電容大小的確定
熱插拔單板的預(yù)先電源（earlypower,不受控電源），在拔插單板時(shí)一直存在。在熱插拔單板上，直接連接在電源管理的未充電電容，在單板插入過程中，會(huì)產(chǎn)生較在的浪涌電流，若電流過大，會(huì)導(dǎo)致接插件的燒損。為了濾波，通常在電源的接插件處都接有一濾波電容。因此，為了減少拔插過程的浪涌電流，必須限制濾波電容總量。根據(jù)熱插拔規(guī)范的規(guī)定，對(duì)預(yù)先電源層電容總量的限制要求如下：
5V、3.3V、V（I/O）的電源層，電容總量不能超過8.8μF。
照明節(jié)能就是在不降低照明質(zhì)量的前提下,充分利用自然光的同時(shí),選擇發(fā)光效率高、視覺舒適,使用壽命長(zhǎng)的燈具。
1.1采用高效節(jié)能光源
白熾燈過去用得最廣泛,因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉,安裝維護(hù)簡(jiǎn)單,它的致命弱點(diǎn)是發(fā)光效率太低,因此,目前常被各種發(fā)光效率高、光色好,顯色性能優(yōu)異的新光源代替。低壓鈉燈和高壓鈉燈的發(fā)光效率高,但由于色溫低,顏色偏暖,顯色指數(shù)在40~60之間,顏色失真度大,只能用在路燈或廣場(chǎng)照明顯色指數(shù)在60的高顯色性鈉燈可與汞燈組成混光照明燈,用于工廠或體育館的照明。發(fā)光效率很高的金屬鹵化物燈,三基色熒光燈及稀土金屬熒光燈,由于色溫范圍廣,3200K~4000K,光色選擇性好,顯色指數(shù)又高,可達(dá)80~95,顏色失真度小,尤其金屬鹵化物燈對(duì)人的皮膚顯色性特別好,因此廣泛用于商場(chǎng)、展廳、車站的候車室,航空港的候機(jī)樓以及舞臺(tái)的燈光照明。熒光燈是大范圍照明所普遍采用的光源。因其發(fā)光效率高、顯色性好是一種冷光源,而與之配套的電感鎮(zhèn)流器(如40W熒光燈)所消耗的功率竟有8W之多,而且對(duì)電壓要求高,質(zhì)量稍差的電感鎮(zhèn)流器噪音大,功率因數(shù)只有0.5,所以在大量采用熒光燈的場(chǎng)所,如果不配置電容補(bǔ)償器,就使得配電設(shè)備的效率降低。而電子鎮(zhèn)流器比電感鎮(zhèn)流器節(jié)能20%,功率因數(shù)達(dá)0.9以上。其節(jié)約的電能是相當(dāng)可觀的。但在選擇電子鎮(zhèn)流器時(shí),要注意產(chǎn)品的性能,有的產(chǎn)品為了降低造價(jià)取消防電磁干擾濾波器;降低諧波含量修正電路及軟啟動(dòng)電路,看似售價(jià)低,若大量集中使用這種產(chǎn)品,會(huì)造成相互之間由于浪涌電流的沖擊,燒壞器件。而諧波含量不合要求,會(huì)造成中性線過熱引起火災(zāi)。因此絕不能選用功能不完善的產(chǎn)品,否則,達(dá)不到節(jié)能的效果,還增加了投資。
1.2電路控制方式節(jié)電
對(duì)于長(zhǎng)期需要開停,但又要按人流的多少自動(dòng)調(diào)整照度的場(chǎng)合,在增加投資不多的情況下,對(duì)熒光燈可利用調(diào)電后的方式,固定幾級(jí)調(diào)節(jié),如北京地鐵采用澳大利亞的調(diào)光設(shè)備就是如此。對(duì)于住宅樓、辦公樓等公共樓梯間、樓道等應(yīng)采用光感應(yīng)延時(shí)開關(guān),這不僅節(jié)約了電能,而且大大延長(zhǎng)了燈泡的壽命。實(shí)踐證明,住宅樓梯間燈采用了以上開關(guān)后,更換燈泡的周期大大延長(zhǎng),而且燈泡容量受開關(guān)的控制也不會(huì)過大,杜絕了以往樓梯間使用大容量燈泡晝夜長(zhǎng)明的浪費(fèi)現(xiàn)象。
2．電力變壓器的正確選擇
變壓器的損耗包括空載損耗和負(fù)載損耗,即Pb=P0+B2Pk,式中Pb為變壓器的有功損耗,P0為變壓器的空載損耗,Pk為變壓器的有載損耗,B為變壓器的負(fù)載率。P0又稱鐵損,它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成,是固定不變的部分,它的大小取決于矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝。所以變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的,如S9、SL9及SC8型等油浸變壓器及干式變壓器。Pk
是功率傳輸?shù)膿p耗,即變壓器的線損,它決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小,與負(fù)載率B的平方成正比。當(dāng)B=50%時(shí)變壓器的能耗最小。此時(shí),僅僅是為了節(jié)能而沒有考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其實(shí)變壓器實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷率是很不均勻的,根據(jù)《變壓器允許過負(fù)荷系數(shù)的負(fù)荷率最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間關(guān)系曲線》可求得變壓器的過負(fù)荷系數(shù),所以在確定變壓器容量時(shí),可按80%的負(fù)荷率選擇。若變壓器選擇容量過大,長(zhǎng)期低于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率,會(huì)造成有功損耗的上升,因?yàn)槠滂F損并沒有減少。相反,容量過大,鐵損增大。為減小變壓器損耗,當(dāng)容量大而需要選用多臺(tái)變壓器時(shí),在合理分配負(fù)荷的情況下,盡可能減少變壓器的臺(tái)數(shù),選用大容量的變壓器。例如需裝機(jī)容量為2000kVA,可選二臺(tái)1000kVA,不選4臺(tái)500kVA。
3．減少線路上的電能損耗
低壓線路截面選擇的一般原則是按發(fā)熱條件、機(jī)械強(qiáng)度、電壓損失,并按熱穩(wěn)定校核其最小截面,當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí),電壓損失較大,這時(shí)主要依*電壓損失的計(jì)算選擇截面。因?yàn)榫€路上的電流是不能改變的,要減少線路的損耗,只有減少線路電阻。線路電阻R=LSQ,即與線路電阻電導(dǎo)率Q成正比,與線路截面積S成反比,與線路的長(zhǎng)度成正比。因此,減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面考慮。
(1)應(yīng)選用電導(dǎo)率Q較小的材質(zhì)作導(dǎo)線,一般選擇銅芯線。
(2)減小導(dǎo)線的長(zhǎng)度,首先線路盡可能走直線,少走彎路,以減少導(dǎo)線長(zhǎng)度;其次低壓線路應(yīng)不走或少走回頭路,以減少來回線路上的電能損失;第三,變壓器盡量接近負(fù)荷中心,以減少供電距離。
(3)適當(dāng)增大導(dǎo)線的截面,對(duì)于比較長(zhǎng)的線路,除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)的配合及電壓損失所選定的截面外,可適當(dāng)再加大一級(jí)導(dǎo)線的截面,這樣可以延長(zhǎng)導(dǎo)線的使用壽命,減少線路的損耗,減少火災(zāi)危險(xiǎn),而且提高了供電質(zhì)量,并為負(fù)荷的發(fā)展留有余地。
4．提高系統(tǒng)的功率因數(shù)
線路上傳輸?shù)墓β史譃橛泄β屎蜔o功功率,有功功率是滿足建筑物功能所必需的,因此是不可變的,系統(tǒng)中的用電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、氣體放電燈中的整流器都具有電感,會(huì)產(chǎn)生滯后的無功,這就需要從系統(tǒng)中引入超前的無功相抵消,這時(shí)無功在線路上就產(chǎn)生了有功損耗,怎樣使這部分損耗降到最低呢?可以采取以下措施。
(1)提高設(shè)備的自然功率因數(shù),以減少對(duì)超前無功的需求,可采用功率因數(shù)較高的電動(dòng)機(jī),電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈加裝電容器。
(2)在機(jī)旁就地安裝無功補(bǔ)償裝置,功率因數(shù)提高后可大大降低線路中的損耗,提高電網(wǎng)及配電線路的輸送能力,達(dá)到節(jié)電節(jié)能的目的。
電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)
說明：本文的控制系統(tǒng)采用FANUC-0i-mate-MD系統(tǒng)[1]，以一泵雙閥在機(jī)床冷卻和沖屑中的應(yīng)用為例進(jìn)行說明。首先，明確控制邏輯。那么針對(duì)一泵雙閥的控制模式，可以進(jìn)行如下邏輯控制：即，通過PLC的輸入點(diǎn)控制PLC輸出點(diǎn)，PLC輸出點(diǎn)控制泵的繼電器和閥的繼電器，通過泵的繼電器控制泵的啟停，通過閥的繼電器控制閥的通斷，通過泵的啟停與閥的通斷配合，實(shí)現(xiàn)功能切換。
PLC的編制
由于為了降低成本，機(jī)床廠家選擇的泵一般泵都不具有溢流功能，所以泵和電磁閥的配合顯得尤為重要，否則可能造成電機(jī)的損毀。如何才能保證合適的時(shí)序配合？首先，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候電磁閥必須有一個(gè)打開，由于電機(jī)功率或者流量的限制，而且冷卻和沖屑不能同時(shí)打開，所以這就要求不管是使用冷卻功能還是沖屑功能，在泵啟動(dòng)之前，電磁閥應(yīng)該先打開，在泵關(guān)閉之前，電磁閥不能先關(guān)閉，以保證泵的安全，及泵出水口與閥之間管路不承受大的壓力而且在使用一個(gè)功能前必須保證另一個(gè)功能是關(guān)閉的，并且為了避免操作上的混亂，各自的功能的通斷只能通過各自的按鍵或者M(jìn)代碼控制，不做交叉控制處理。
而冷卻和沖屑功能的控制方式與傳統(tǒng)控制方式保持不變，即就冷卻通斷都通過面板一個(gè)冷卻按鍵和M代碼，沖屑通斷通過面板一個(gè)沖屑按鍵（也可以通過M代碼控制，本文不做討論）。那么根據(jù)電氣控制原理圖和流程圖可以編制PLC程序[2]（R1.0為M08冷卻開信號(hào)，R1.1為M09冷卻關(guān)信號(hào)，X8.4為急停信號(hào)，其它X/Y參照原理圖）。從以上程序分析可以看出，在閥(Y2.0/Y2.1)開通之后有個(gè)延時(shí)（TMRB1），然后接通泵(Y2.2)，在泵關(guān)閉之后，有個(gè)延時(shí)（TMRB2），然后關(guān)閉泵，而且TMRB1和TMRB2是可以調(diào)節(jié)的。由于各個(gè)廠家泵的性能和閥的性能不同，泵出水的速度和閥開閉的速度不同，所以TMRB1和TMRB2是需要根據(jù)具體泵和閥的性能進(jìn)行試驗(yàn)校準(zhǔn)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了柔性調(diào)節(jié)，保證運(yùn)行順暢即可。但需要注意由于時(shí)序控制的限制TMR1和TMRB2的設(shè)定必須滿足TMRB1>TMRB2，否則可能出現(xiàn)功能無法關(guān)閉的現(xiàn)象。那么通過以上程序控制我們就實(shí)現(xiàn)了一泵雙閥的控制及柔性調(diào)節(jié)。
1.在課程設(shè)置上引進(jìn)具備豐富工程及管理經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)專家，成立課程改革開發(fā)與建設(shè)團(tuán)隊(duì)；2.通過對(duì)相關(guān)行業(yè)進(jìn)行深度調(diào)研，提煉出該崗位群的職業(yè)能力要求及崗位職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.在構(gòu)建建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)與開發(fā)出具有鮮明專業(yè)特色、職業(yè)特色的專業(yè)核心課程。4.以建筑電氣系統(tǒng)中弱電設(shè)備的安裝與調(diào)試真實(shí)任務(wù)為載體，設(shè)置學(xué)習(xí)情境與任務(wù)，務(wù)求切合崗位工作實(shí)際。5.將針對(duì)課程“教學(xué)做”一體化教學(xué)實(shí)施過程中所暴露出的問題，及早總結(jié)，開發(fā)建設(shè)虛擬教學(xué)資源，建立網(wǎng)上教學(xué)資源庫，開展與課程相配套的校本教材建設(shè)。
二、課程改革的理念
1.依托最新教育教學(xué)思想，奠基終身的育人理念以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，將教師的講為主導(dǎo)，改變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)的學(xué)為主導(dǎo)。在實(shí)際教學(xué)中，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)策略和自主性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過獨(dú)立或合作完成工作任務(wù)鍛煉技能，進(jìn)而掌握理論知識(shí)及其應(yīng)用實(shí)踐的方法。2.以就業(yè)為導(dǎo)向建設(shè)課程隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和就業(yè)形勢(shì)的深刻變化，用人單位對(duì)從業(yè)人員的要求越來越高，他們要求高職畢業(yè)生不僅具有比較扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)和很強(qiáng)的專業(yè)技能，同時(shí)還需要有相應(yīng)的資格證書。因此，本課程教學(xué)改革要圍繞市場(chǎng)需求，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)，適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，努力把學(xué)生培養(yǎng)成能適應(yīng)相應(yīng)崗位的應(yīng)用型人才，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。3.建立科學(xué)的過程考核和多元評(píng)價(jià)考核相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系改革了傳統(tǒng)的以終結(jié)性評(píng)價(jià)為主的模式，建立科學(xué)的過程考核相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)考核與評(píng)價(jià)體系。每個(gè)任務(wù)成績(jī)都是從知識(shí)、技能、工作報(bào)告、態(tài)度4方面考核，考核主要依據(jù)提交的成果、作業(yè)、平常表現(xiàn)及小組互評(píng)的結(jié)果進(jìn)行，多元考核方式可采用筆試、答辯、實(shí)操和過程考核等多種方式綜合完成。
三、課程內(nèi)容開發(fā)
依據(jù)課程設(shè)計(jì)思路和課程改革理念，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合和開發(fā)，本著理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則，把教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行層次設(shè)計(jì)。第一層面：為建筑弱電課程基本知識(shí)，針對(duì)工具和設(shè)備，進(jìn)行常識(shí)性概述。結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分類，內(nèi)容引入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、選型標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)搭建、安裝施工、系統(tǒng)投運(yùn)以及項(xiàng)目驗(yàn)收等內(nèi)容。增加行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)介紹，以拓展學(xué)生視野。第二層面：根據(jù)概述部分，進(jìn)行實(shí)踐強(qiáng)化訓(xùn)練，以加深直觀理解，引入線纜、接口標(biāo)準(zhǔn)、平面簡(jiǎn)圖繪制，各類探測(cè)器、傳感器、硬件設(shè)備、控制器、編碼器、集成顯示設(shè)備的安裝和調(diào)試等。第三層面：工程項(xiàng)目案例教學(xué)。通過實(shí)際住宅小區(qū)、樓宇、校園等建筑弱電工程設(shè)備安裝與調(diào)試任務(wù)進(jìn)行實(shí)際工作操作，完成一系列工程的檢查過程。
四、課程內(nèi)容框架體系
本項(xiàng)目的主要任務(wù)是用EPROM2764(存儲(chǔ)單元213,容量為8KB)設(shè)計(jì)定時(shí)控制電路。從存儲(chǔ)器角度來看,A0A1……A12是地址碼,D7D6……D0是數(shù)據(jù),每輸入一個(gè)地址碼,輸出端將輸出一個(gè)數(shù)據(jù);從控制過程角度看,A0A1……A12是控制過程對(duì)應(yīng)的時(shí)間代碼,D7D6……D0是控制電路的開關(guān),每給出一個(gè)時(shí)間代碼,輸出將給出該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的各電路執(zhí)行信號(hào)?；诖?用EPROM再配合時(shí)間脈沖發(fā)生器與二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,組合成任意的定時(shí)控制電路。
2實(shí)踐活動(dòng)
2.1電路原理分析
基于EPROM2764設(shè)計(jì)定時(shí)控制電路如圖2所示。以半自動(dòng)加工與裝配工作為例,通常由幾個(gè)工步組成,每個(gè)工步完成一定的動(dòng)作,需要一定的時(shí)間,兩個(gè)工步之間要有一個(gè)間歇時(shí)間(如刀架的退回,鉆頭的退出),各工步可以由不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(比如電機(jī)拖動(dòng))完成,需要用多路定時(shí)控制電路來控制。(1)工作原理比如:加工一個(gè)零件需要三個(gè)工步一次完成,第一工步需要10s,間隔2s,第二工步需要4s,間隔4s,第三工步需要2s,間隔2s,然后停止。時(shí)間流程表如表1所示。如圖2所示,使用EPROM芯片2764實(shí)現(xiàn)這一加工過程,此系統(tǒng)供電電壓為±12.5V,使用L7805穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生5V電壓給存儲(chǔ)芯片供電,用LED指示燈來指示加工動(dòng)作(執(zhí)行工步、間歇、停止),各工步操作時(shí)間的最大公約數(shù)為2s,以2s為步長(zhǎng)設(shè)計(jì),用555產(chǎn)生2s的時(shí)鐘脈沖送入到計(jì)數(shù)器74HC161,輸出的時(shí)間代碼送入到EPROM地址輸入端,輸出D6控制第一工步用紅燈LED1指示,D5控制第一工步間歇用黃燈LED2指示,D4控制第二工步用紅燈LED3指示,D3控制第二工步間歇用黃燈LED4指示,D2控制第三工步用紅燈LED5指示,D1控制第三工步間歇用黃燈LED6指示,D0為總控制使機(jī)器停止運(yùn)作用綠燈LED7指示,將74HC161的CET端0,使74HC161的輸出的數(shù)據(jù)保持不再進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。2764是8K*8字節(jié)的紫外線擦除、電可編程只讀存儲(chǔ)器,單一的+5V供電,工作電流為75mA,維持電流為35mA,讀出時(shí)間最大為250ns,28腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為:A0-A12為13根地址線,可尋址8K字節(jié);D0-D7為數(shù)據(jù)輸出線;-E為片選線;-G為數(shù)據(jù)輸出選通線;PGM為編程脈沖輸入端;Vpp是編程電源;Vcc是主電源。存儲(chǔ)器2764的操作方式如下表2所示。(2)編程操作Vpp接+12.5V,-E接低電平,-G接高電平,輸入一定頻率的脈沖(如70Hz,不超過1KHz),該脈沖由uA741產(chǎn)生,D0-D7為數(shù)據(jù)輸入。使用撥碼開關(guān)對(duì)每個(gè)用到的地址進(jìn)行編碼。(3)讀操作Vpp和接+5V,-E接低電平,-G接高電平,D0-D7為數(shù)據(jù)輸出。(4)EPROM2764的輸入輸出真值表如表3所示。
2.2PCB設(shè)計(jì)
運(yùn)用Protel99SE,繪制原理圖,設(shè)計(jì)PCB。本控制電路的PCB設(shè)計(jì)如圖3所示。維護(hù)成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。海上風(fēng)電的興起,使得部件吊裝成本大幅度增加因此維護(hù)成本低廉的直驅(qū)式逐漸成為未來風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)使用的主力機(jī)型。目前大多數(shù)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)用來模擬雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,主要關(guān)注齒輪箱故障。但對(duì)于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,其關(guān)注的重點(diǎn)部件如圖1所示。由圖1可見,除了主軸上的傳動(dòng)部件,基礎(chǔ)塔架、葉片也是近年來出現(xiàn)較多故障的部件。而傳統(tǒng)的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障模擬試驗(yàn)臺(tái),對(duì)于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重點(diǎn)關(guān)注的低速主軸承,葉輪部位以及基礎(chǔ)塔架等部位,相應(yīng)的故障模擬較少。對(duì)于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的研究,目前的文獻(xiàn)較少。對(duì)于此類故障模擬平臺(tái),其未來發(fā)展方向是在模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工況的情況下,對(duì)機(jī)組故障進(jìn)行模塊化模擬,綜合考慮低速主軸承故障,發(fā)電機(jī)故障,葉片故障,變槳軸承,塔架基礎(chǔ)故障等。
擴(kuò)展漏極漂移區(qū)是由輕摻雜的N阱形成，可以承受高電壓。在漂移區(qū)等壓線上均勻分布著電場(chǎng)減緩結(jié)構(gòu)，可以提高其耐壓值。為了提高柵漏之間的耐壓漂移區(qū)上的厚場(chǎng)氧將場(chǎng)板提高。但導(dǎo)電溝道在薄柵氧的下面且器件的跨導(dǎo)與導(dǎo)電溝道有關(guān)，所以電場(chǎng)減輕結(jié)構(gòu)不會(huì)影響器件的跨導(dǎo)，襯底和N阱之間的雪崩擊穿電壓和電場(chǎng)減緩結(jié)構(gòu)的效果決定擴(kuò)展漏極晶體管的額定電壓。對(duì)此類器件設(shè)計(jì)需考慮以下參數(shù)：濃度和長(zhǎng)坂長(zhǎng)度、漂移區(qū)結(jié)深、長(zhǎng)度等，器件耐壓會(huì)隨著漂移區(qū)長(zhǎng)度的增加而逐漸上升，直到達(dá)到一定的值。外延層濃度、漂移區(qū)濃度和漂移區(qū)結(jié)深三者共同決定此值。值越大，外延層濃度應(yīng)在保證源漏不穿通情況下盡量低。
2基于IP核低功耗單電源電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)
目前已經(jīng)提出的電平轉(zhuǎn)換器共有兩類，分別是單電源轉(zhuǎn)換器和雙電源電平轉(zhuǎn)換器，后者需要輸入信號(hào)的電壓供電和輸出信號(hào)的電壓供電兩種電源電壓供電。在多電壓技術(shù)中電平轉(zhuǎn)換器主要是為了實(shí)現(xiàn)低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換高電壓信號(hào)。關(guān)于不同結(jié)構(gòu)的電平轉(zhuǎn)換器近年來也有許多研究學(xué)者對(duì)其研究，有的是以提高速度，有的是降低功耗。大多數(shù)設(shè)計(jì)采用的雙電源電壓，本文主要是基于IP核作為設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)，從而提出一種具有低耗的單電源電壓的電平轉(zhuǎn)換器。
傳統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)運(yùn)用的是單向電平轉(zhuǎn)換器電路，顯然，相對(duì)雙電源轉(zhuǎn)換器，在布線資源上單電源電平轉(zhuǎn)換器有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如在一個(gè)多電壓SoC上，實(shí)現(xiàn)模塊之間信號(hào)的傳輸需要大量的電平轉(zhuǎn)換器，一旦模塊之間的接口信號(hào)所使用的雙電源電壓的電平轉(zhuǎn)換器，一些較為珍貴的布線資源便會(huì)被占用，導(dǎo)致布線資源短缺，如果采用單電源電壓電平轉(zhuǎn)換器可有效緩解上述問題。一般影響電平轉(zhuǎn)換延時(shí)性能的主要因素有副端電路中各器件的寄生電阻、中間級(jí)電路電流等，在設(shè)計(jì)時(shí)如果要獲得較好的低功耗性能，對(duì)精確計(jì)算各器件尺寸及電流，一定情況下還需充分考慮器件的耐壓情況。
3結(jié)語
1高速握手
USB2.0設(shè)備連接到主機(jī)后，主機(jī)給設(shè)備供電并發(fā)送復(fù)位信號(hào)復(fù)位設(shè)備，之后設(shè)備進(jìn)入全速模式工作，由圖2所示在fullspeed狀態(tài)檢測(cè)到SE0(linestate[1:0]=00)持續(xù)2.5μs后,高速握手開始，設(shè)備控制器進(jìn)入sendchirp狀態(tài)，設(shè)備向主機(jī)發(fā)送一個(gè)持續(xù)時(shí)間大于1ms的K(linestate[1:0]=01)信號(hào)以檢測(cè)主機(jī)是否支持高速模式。設(shè)備進(jìn)入recvchirp狀態(tài)并準(zhǔn)備接收來自主機(jī)的JK序列。主機(jī)支持高速并檢測(cè)到K之后，向設(shè)備發(fā)送JKJKJK序列以檢測(cè)設(shè)備是否支持高速模式。設(shè)備控制器在recvchirp狀態(tài)成功檢測(cè)到3對(duì)JK序列后高速握手成功，進(jìn)入到highspeed模式工作；否則，設(shè)備以全速模式工作。
2設(shè)備掛起
根據(jù)USB2.0協(xié)議，為了減小功耗，當(dāng)總線3ms沒有動(dòng)作時(shí)，設(shè)備需進(jìn)入掛起（suspend）狀態(tài)，設(shè)備在掛起狀態(tài)只能消耗小于500μA的電流，并且進(jìn)入掛起后設(shè)備需要保留原來的狀態(tài)。(1)全速模式掛起:檢測(cè)到總線狀態(tài)為SE0達(dá)到3ms，設(shè)備從fullspeed狀態(tài)進(jìn)入suspend狀態(tài)。(2)高速模式掛起：設(shè)備工作在高速模式時(shí)，由于高速?gòu)?fù)位和高速掛起都是發(fā)送一個(gè)大于3ms的總線空閑信號(hào)，因此設(shè)備需要區(qū)分這兩個(gè)事件。如圖2，處于highspeed狀態(tài)時(shí)，設(shè)備檢測(cè)到總線空閑(SE0)3ms，進(jìn)入hsrevert狀態(tài)。之后檢測(cè)總線狀態(tài)不為SE0，此后設(shè)備掛起。假如在hsrevert狀態(tài)后還檢測(cè)到SE0持續(xù)100μs,則判斷為高速?gòu)?fù)位，clrtimer2=1。設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換到sendchirp狀態(tài)，開始設(shè)備的高速握手。
3掛起恢復(fù)
設(shè)備處于掛起狀態(tài)時(shí)，在它的上行口接收到任何非空閑信號(hào)時(shí)可以使設(shè)備恢復(fù)工作[5]。(1)全速掛起恢復(fù)：設(shè)備從掛起狀態(tài)起檢測(cè)到的不是持續(xù)的J，則恢復(fù)到fullspeed狀態(tài)，以全速模式工作。(2)高速掛起恢復(fù)：掛起時(shí)保留著高速連接狀態(tài)，highspeed=1且hssupport=1,掛起恢復(fù)需要判斷是由總線動(dòng)作引起還是系統(tǒng)復(fù)位引起。設(shè)備中測(cè)到總線狀態(tài)為SE0，說明是由復(fù)位引起的掛起恢復(fù)，設(shè)備狀態(tài)進(jìn)入sus-preset，然后檢測(cè)到SE0持續(xù)2.5μs后，進(jìn)入高速握手過程sendchirp狀態(tài)；反之，檢測(cè)到掛起恢復(fù)信號(hào)K，則設(shè)備從掛起恢復(fù)到高速模式。
4復(fù)位檢測(cè)
集線器通過在端口驅(qū)動(dòng)一個(gè)SE0狀態(tài)向所連接的USB設(shè)備發(fā)出復(fù)位信號(hào)。復(fù)位操作可以通過USB系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)集線器端口發(fā)出復(fù)位信號(hào),也可以在設(shè)備端RE-SET信號(hào)置1，進(jìn)行硬件復(fù)位。(1)設(shè)備是從掛起狀態(tài)復(fù)位：在suspend狀態(tài)檢測(cè)到SE0時(shí)，設(shè)備跳轉(zhuǎn)到suspreset狀態(tài)，檢測(cè)總線狀態(tài)為超過2.5μs的SE0后設(shè)備啟動(dòng)高速握手檢測(cè)，即進(jìn)入sendchirp狀態(tài)。(2)設(shè)備從非掛起的全速狀態(tài)復(fù)位：設(shè)備在檢測(cè)到2.5μs<T<3.0ms的SE0狀態(tài)后啟動(dòng)高速握手檢測(cè)。硬件縱橫HardwareTechnique(3)設(shè)備從非掛起的高速狀態(tài)復(fù)位：設(shè)備在high-speed狀態(tài)檢測(cè)到總線上持續(xù)時(shí)間3.0ms的SE0后，設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換到hsrevert，以移除高速終端并重連D+的上拉電阻，此時(shí)為全速連接狀態(tài)；之后設(shè)備需要在100μs<T<875μs的時(shí)間內(nèi)采樣總線狀態(tài),檢測(cè)到SE0持續(xù)2.5μs后，進(jìn)入sendchirp狀態(tài)，開始高速握手過程。
5仿真及驗(yàn)證
