導(dǎo)語：如何才能寫好一篇儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】：森林防火；遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)；技術(shù)方案

現(xiàn)階段在云物大智移技術(shù)的支撐下，組建森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將具有實(shí)效，是解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段當(dāng)中所遇到問題的重要方案。

1、項(xiàng)目概況

江蘇省金壇茅山旅游度假區(qū)總面積128平方千米，是當(dāng)?shù)刈匀痪坝^的核心區(qū)域，人為活動(dòng)頻繁，地處丘陵山區(qū)，森林植被茂盛，日照時(shí)間長，全年有150d以上為橙色防火預(yù)警等級(jí)。目前，金壇茅山森林防火壓力大，火險(xiǎn)發(fā)生概率高，防火形勢(shì)嚴(yán)峻，常規(guī)森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前工作需要。金壇區(qū)林業(yè)主管部門和茅山管委會(huì)決定對(duì)景區(qū)實(shí)施重點(diǎn)預(yù)警監(jiān)控，促進(jìn)森林防火科技和管理水平，以全天候自動(dòng)監(jiān)管模式代替人工巡護(hù)，提高森林防火工作效率。

2、功能需求分析

針對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際情況，以及森林防火的實(shí)際應(yīng)用特性，所建設(shè)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能。

1.1信息采集

從以往針對(duì)森林火災(zāi)的研究經(jīng)驗(yàn)來看，發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)，空氣濕度、煙霧濃度、光強(qiáng)度、大氣壓力、風(fēng)向風(fēng)速等將發(fā)生顯著變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮這些因素，將它們作為主要的判斷森林火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)的主要依據(jù)。那么系y功能中就需要至少滿足能夠?qū)崟r(shí)采集上述因素的信息?，F(xiàn)階段的視頻圖像技術(shù)以及傳感器技術(shù)能夠滿足要求。

1.2信息存儲(chǔ)與傳輸

在滿足實(shí)時(shí)信息采集的同時(shí)，還要能夠滿足海量信息的存儲(chǔ)和信息的實(shí)時(shí)傳輸，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)全天候的自動(dòng)監(jiān)管，分布在林區(qū)的傳感設(shè)備將收集大量的實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)，加之以往的監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，這將需要PB級(jí)別的信息儲(chǔ)存能力。同時(shí)這些信息傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高，至少要保證監(jiān)控智慧中心能夠第一時(shí)間接收到來自林區(qū)傳感器等設(shè)備的信息。尤其是火災(zāi)初期，要能夠及時(shí)讓指揮中心知曉情況，只有這樣才能在第一時(shí)間組織林火分析，并出臺(tái)有效的撲救方案，以便控制火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)，減少損失。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)基本滿足要求，當(dāng)然需要建立前端基站，組建專用網(wǎng)絡(luò)才能保證效果。

1.3火災(zāi)定位與功耗低

要實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)精確快速的火災(zāi)定位，同時(shí)要能夠預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)間。目前3S技術(shù)可以為這項(xiàng)功能提供技術(shù)支撐。此外，森林環(huán)境惡劣，系統(tǒng)供電是一個(gè)難題，分散在林區(qū)的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)具備良好的續(xù)航能力，功耗要低，且要具備自供給能力。

3、系統(tǒng)組建

3.1頂層設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基本由前端智能采集站，信息傳輸系統(tǒng)以及后臺(tái)監(jiān)控中心組成，具體而言有四個(gè)層次，包括數(shù)據(jù)集合層、云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)層以及感知層。首先，感知層，這是由分散在林區(qū)的傳感設(shè)備、儀器儀表、視頻采集站等組成。其中的關(guān)鍵是物聯(lián)網(wǎng)，利用傳感器技術(shù)、智能嵌入技術(shù)等來構(gòu)筑森防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感知層，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)。

其次，云平臺(tái)，基于云計(jì)算構(gòu)建云平臺(tái)，這種方式可以有效降低成本，因?yàn)樵破脚_(tái)可以弱化數(shù)據(jù)中心的作用，并且能夠比較有效地兼容現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備。云平臺(tái)的分布式異構(gòu)技術(shù)體系是最為可行的方案，也符合今后相當(dāng)一段時(shí)間的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

第三，網(wǎng)絡(luò)層，系統(tǒng)組網(wǎng)是最為復(fù)雜的一個(gè)層面，雖然說當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)已經(jīng)十分先進(jìn)，可以運(yùn)用有線網(wǎng)，也可以利用無線網(wǎng)，但是考慮到林區(qū)復(fù)雜的環(huán)境因素，若單純采用有線網(wǎng)，為保證傳輸效率，當(dāng)前可采用光纖。但是這樣一來雖然能夠保證信息的實(shí)時(shí)傳輸，但投資太大，工作量大，工期長。如果利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要建立通訊基站或是租借通訊基站，這些都需要投入成本，而且不一定能夠保證信息傳輸效率，所以最好的方式還是有線和無線相結(jié)合。前端可以用無線網(wǎng)組網(wǎng)，爭(zhēng)取最大的覆蓋率，信息存儲(chǔ)與分布式前端服務(wù)器，然后利用光纖網(wǎng)向指揮中心傳輸數(shù)據(jù)。

第四，數(shù)據(jù)集合層，要從大數(shù)據(jù)的角度，集成歷史數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫構(gòu)成數(shù)據(jù)集合層，這是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。對(duì)于基于大數(shù)據(jù)的數(shù)字平臺(tái)來說，目前有很多可行的方案。比如greenplum，它是MPP（大規(guī)模并行處理）架構(gòu)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)和整合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)方面具有很大優(yōu)勢(shì)，而且它是開源的。

3.2技術(shù)方案

3.2.1物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐

集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算，突出感知能力、交互體驗(yàn)、決策能力和體系化，能夠使森林防火工作智慧化運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)鍵就是組建物聯(lián)網(wǎng)。在森林防火領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)主要用于林區(qū)管理、信息監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化撲救（如果不計(jì)成本建設(shè)了自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的話）。物聯(lián)網(wǎng)組建上，要滿足上文提出的功能需求，至少要配置連續(xù)變焦紅外熱成像儀、熱成像超溫檢測(cè)系統(tǒng)以及可見光圖像檢測(cè)系統(tǒng)。通過建立智慧防火專網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的標(biāo)定、管理以及監(jiān)控。

森林防火關(guān)鍵點(diǎn)還是要做好組網(wǎng)工作，應(yīng)當(dāng)考慮林區(qū)地形地貌，盡可能選擇高地勢(shì)區(qū)域，保證監(jiān)測(cè)站的視野范圍，盡可能地以最小投入達(dá)到最大化的監(jiān)控范圍。可結(jié)合GIS定位林區(qū)現(xiàn)有的中繼臺(tái)、t望臺(tái)、發(fā)射臺(tái)等，將它們疊置到林區(qū)的火險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，并將其組件成備用網(wǎng)絡(luò)。然后利用DEM進(jìn)行視域、通視及緩沖區(qū)分析最后利用分析數(shù)據(jù)優(yōu)化組網(wǎng)方案。

3.2.2、智能控制系統(tǒng)

在后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中搭建智能控制系統(tǒng)，智能控制感知設(shè)備，充分利用專門的分析算法，利用各種感知設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，有效地降低誤報(bào)率。前端超溫探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生火險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)，并標(biāo)注火焰區(qū)域坐標(biāo)，熱成像儀和可見光攝像機(jī)，重新映射坐標(biāo)信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)提交到智能控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)的視域定位算法，將坐標(biāo)映射至可見光攝像機(jī)視域上計(jì)算報(bào)警點(diǎn)位置，并用可控制攝像機(jī)或是熱成像儀詳細(xì)觀察疑似火焰區(qū)域，在GIS系統(tǒng)標(biāo)注準(zhǔn)確位置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通知各關(guān)聯(lián)用戶終端。

結(jié)束語：

綜上所述，建設(shè)森林防火遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在云物大智移技術(shù)的支撐下，是十分可行的。本文所研究的項(xiàng)目雖然尚未完全建立其該系統(tǒng)，但是由已完成的成果來看，極大地提高了防火工作的準(zhǔn)確率和效率。當(dāng)然本文的探討的內(nèi)容可能有不足，但是具備一定的參考價(jià)值，希望可以與業(yè)內(nèi)一同探討進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]田仲富，王述洋，黃英來.基于無線傳感器的嵌入式森林防火智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2014，06：763-768.

篇2

1.1能源選擇

能源是人類社會(huì)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，目前為人類所用的能源主要是煤、石油、天然氣等化石能源，而這些化石能源儲(chǔ)量是有限的，且使用會(huì)造成嚴(yán)重的污染。太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿雀鞣N清潔可再生能源成為能源的發(fā)展方向。在本設(shè)計(jì)方案中，獨(dú)立的建筑物能使用的新能源包括太陽能、風(fēng)能、沼氣等。太陽能和風(fēng)能的穩(wěn)定性較差，能量密度低，受地理位置、季節(jié)變化、晝夜交替等因素影響較大。通常太陽能和風(fēng)能在時(shí)間和地域上都有一定的互補(bǔ)性：當(dāng)陽光強(qiáng)時(shí)風(fēng)力較小，陽光弱時(shí)由于地表溫差變大而使風(fēng)力加強(qiáng)，因此采用風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)是最有效的供能方式。

1.2風(fēng)、光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

1.2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械裝置。其基本原理是利用一個(gè)風(fēng)力機(jī)械裝置來吸收風(fēng)的動(dòng)能，再利用發(fā)電機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。本設(shè)計(jì)方案中使用小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電通過AC/DC變換為恒定的直流電輸送給控制器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件比較惡劣，風(fēng)速的大小和風(fēng)向都不確定，極端時(shí)可能引起發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重過載，所以需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，使其能夠安全運(yùn)行和停機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速功率曲線，表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。當(dāng)風(fēng)速小于啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪未能獲得足夠的能量而不能啟動(dòng)；風(fēng)速達(dá)到啟動(dòng)風(fēng)速后，風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，輸出電能；在額定風(fēng)速以下，風(fēng)機(jī)輸出功率隨風(fēng)速的增大迅速增長；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率；風(fēng)速在額定風(fēng)速和截止風(fēng)速之間時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過機(jī)械限速機(jī)構(gòu)使電機(jī)保持在額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出額定功率；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到截止風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)采取緊急制動(dòng)措施剎車，輸出功率為零，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)不至于損壞。

1.2.2太陽能發(fā)電裝置

太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用光伏發(fā)電方式，利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使用的主要元件是太陽能電池。在有光照情況下，電池兩端產(chǎn)生電壓，即產(chǎn)生“光生電壓”，將多個(gè)電池串聯(lián)后組成太陽能電池方陣提供電能。MPPT控制：在一定溫度和光照下，光伏電池的輸出電壓和功率曲線，具有唯一的最大功率點(diǎn)。溫度、光照等是影響光伏電池輸出功率的因素，實(shí)際應(yīng)用中采用最大功率跟蹤（MPPT）迅速準(zhǔn)確地跟蹤太陽能電池陣列的最大功率點(diǎn)，使電池始終工作在最大功率點(diǎn)，太陽能得到充分利用。在實(shí)際應(yīng)用中采用多支路并聯(lián)工作方式，若某個(gè)電池組件受到損壞，只會(huì)影響到該組光伏電池，其他組不受影響。并聯(lián)各支路各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)MPPT控制，最大限度地利用太陽能。

1.2.3儲(chǔ)能設(shè)備

由于太陽能和風(fēng)能不穩(wěn)定，在發(fā)電系統(tǒng)中需要有蓄電設(shè)備以平衡能量的供給和使用。目前所用的儲(chǔ)能設(shè)備有各種化學(xué)電池、新型燃料電池及超級(jí)電容等。燃料電池成本較高；一般鉛酸電池儲(chǔ)能量大，但功率密度較低；超級(jí)電容作為儲(chǔ)能器件可實(shí)現(xiàn)能量密度和功率密度的有機(jī)結(jié)合，但就目前的發(fā)展?fàn)顩r，超級(jí)電容能量密度只有鉛酸電池的20%。因此，本設(shè)計(jì)方案中采用超級(jí)電容與鉛酸電池混合儲(chǔ)能的方式，可綜合利用鉛酸電池能量密度高和超級(jí)電容功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。超級(jí)電容與鉛酸蓄電池并聯(lián)儲(chǔ)能方式，由風(fēng)光互補(bǔ)控制器控制其充放電方式。在蓄電池和超級(jí)電容之間配置一電感器，電感器的作用是對(duì)蓄電池的輸出電流進(jìn)行濾波，降低電流紋波，以減少內(nèi)部發(fā)熱和能量損耗。

1.2.光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

綜合以上發(fā)電及儲(chǔ)電設(shè)備的分析。系統(tǒng)分為3個(gè)環(huán)節(jié)：能量產(chǎn)生環(huán)節(jié)、能量?jī)?chǔ)存環(huán)節(jié)和能量使用環(huán)節(jié)。其中，能量的產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括光伏發(fā)電裝置和風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩部分，它們分別將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的電能，然后通過風(fēng)電互補(bǔ)專用控制器進(jìn)行并網(wǎng)；能量的存儲(chǔ)環(huán)節(jié)為超級(jí)電容和蓄電池混合儲(chǔ)能裝置，它們作為一個(gè)整體，替代了傳統(tǒng)風(fēng)光蓄互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池，儲(chǔ)存能量大且能提供瞬時(shí)大功率，在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用；能量使用環(huán)節(jié)就是各種用電負(fù)載，將發(fā)電裝置提供的直流電能通過逆變器轉(zhuǎn)換為可供用戶使用的220V50Hz交流電。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)各方面因素來確定風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的配置。對(duì)普通住宅用戶而言，每個(gè)月的用電量一般在300kWh以下，發(fā)電系統(tǒng)平均每天應(yīng)發(fā)出不低于10kWh的電能以滿足用戶的需求，通常風(fēng)電與太陽能發(fā)電按3∶1計(jì)算；在一般晴朗天氣下，太陽能與風(fēng)能日有效時(shí)間可分別取7h與10h；用戶的瞬時(shí)用電負(fù)載功率最大取2kW。若用電負(fù)荷過大（如夏季空調(diào)耗電較大）或出現(xiàn)特殊天氣（陰雨無風(fēng)），此發(fā)電系統(tǒng)無法滿足用戶的用電需求，則可從電網(wǎng)中獲取電能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用并網(wǎng)控制方式，當(dāng)系統(tǒng)提供能量不足時(shí)，將負(fù)載切換至電網(wǎng)，由電網(wǎng)供能。根據(jù)以上需求和市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種設(shè)備的規(guī)格，可選用以下配置：a.1kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)1臺(tái)，輸出電壓48V，盡量選用低風(fēng)速啟動(dòng)性好，性能穩(wěn)定的產(chǎn)品，成本5000元左右。b.60Wp單晶硅太陽電池組件8塊，輸出電壓48V，成本大約為400×8元。c.風(fēng)光互補(bǔ)控制器1臺(tái)，規(guī)格為3kW48V，成本約2000元。d.3kW風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)專用逆變器一臺(tái)，可滿足用戶的瞬時(shí)負(fù)載最大功率，其輸入為DC48V，輸出AC220V50Hz，成本4500元左右。e.48V400Ah超級(jí)電容、蓄電池組，考慮到蓄電池及逆變器效率，放電率按50%計(jì)算，總的放電量可達(dá)9kWh，能夠滿足系統(tǒng)的需要，蓄電池成本在4000元左右。在一般天氣情況下，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池板發(fā)電均按照凈發(fā)電量計(jì)算，每天可發(fā)電13kWh，考慮到控制器及逆變器的效率及損耗，按80%可用能量計(jì)算每天可得10.4kWh電量，基本可以滿足用戶日常需求。若出現(xiàn)其他情況，則可將負(fù)載切換至電網(wǎng)供電。

2配電及保護(hù)系統(tǒng)

在建筑的配電方面需考慮多方面的因素，包括供電的可靠性，線路和設(shè)備的過電壓、過電流保護(hù)，電子設(shè)備和系統(tǒng)的電磁兼容、接地保護(hù)和防雷保護(hù)等。

2.1線路結(jié)構(gòu)

在本設(shè)計(jì)中，因發(fā)電系統(tǒng)與用電設(shè)備距離很近，可直接從發(fā)電系統(tǒng)獲得家用電源，輸電線路短，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，可大大減少變配電系統(tǒng)投資。電源接入負(fù)載的線路結(jié)構(gòu)圖。電路工作在選擇性保護(hù)方式，即QA1的動(dòng)作延時(shí)時(shí)間大于各支路斷路器，可保證某一支路出問題時(shí)只斷開該支路，不影響其他負(fù)載。

2.2系統(tǒng)保護(hù)

建筑物中以計(jì)算機(jī)為代表的各種電子設(shè)備目前被廣泛應(yīng)用，給人們生活帶來了極大方便，但如果這些設(shè)備不采取必要的保護(hù)措施，極易受到雷電、電磁波、諧波的影響。為確保設(shè)備的安全可靠，需采取適當(dāng)?shù)碾姶偶嫒荽胧┖屠纂姺雷o(hù)措施。電磁干擾主要包括建筑物內(nèi)電子設(shè)備間的干擾，電子設(shè)備與供電系統(tǒng)間的干擾，以及各種信號(hào)線、導(dǎo)體、雷擊等的干擾。在系統(tǒng)的保護(hù)方面，可以采取兩種措施：接地和屏蔽。接地：接地保護(hù)措施包括設(shè)備金屬外殼接地、信號(hào)線及屏蔽電纜的接地，可采用混合接地方式，將所有的電源地與所有的信號(hào)地分別匯總，然后把總的電源地與信號(hào)地接入公共參考地。此外，在建筑物建造時(shí)可將建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋、管道等金屬構(gòu)建連為一體，組成具有多層屏蔽的防雷體系，在房頂用接閃器組合形成網(wǎng)格型的避雷帶，與建筑內(nèi)部的金屬網(wǎng)連接之后接地，在建筑物內(nèi)形成等電位體，可有效地防雷及減小各種外部干擾。屏蔽：建筑籠形金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以很好地隔斷建筑的外部干擾，在建筑物內(nèi)部也可采取多種措施來減小電磁干擾，如在墻面上粘貼金屬箔，天花板內(nèi)側(cè)粘貼延伸金屬，地板采取簡(jiǎn)易雙重地板下的磁屏蔽貼板，窗可使用電磁屏蔽玻璃等，這樣可以減小建筑內(nèi)部設(shè)備間的相互干擾。

3成本預(yù)算

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，發(fā)電系統(tǒng)各設(shè)備投資約2~3萬元，加上系統(tǒng)走線、配電設(shè)備、斷路器、開關(guān)等器件以及避雷針等，整個(gè)電氣系統(tǒng)的投資大概在5萬元以內(nèi)。

4結(jié)語

篇3

關(guān)鍵詞：汽車，制動(dòng)與起動(dòng)，渦卷彈簧，錐齒輪，液壓缸，節(jié)能降耗

一、研制背景及意義

隨著生活水平的提高，汽車已成為許多家庭的必備品。至2013年底，全國機(jī)動(dòng)車數(shù)量突破2.5億輛，且以10年增加億輛的速度保持增長，汽車在給人們帶來方便的同時(shí)，也加劇了能源的消耗，是霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?。因此，國家越來越關(guān)注汽車方面的節(jié)能減排。

降低汽車油耗，也是人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題，一般小汽車的運(yùn)行動(dòng)力幾乎完全由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，在起動(dòng)瞬間，油耗量竟可達(dá)到驚人的30L-40L/100km，能量浪費(fèi)嚴(yán)重；此時(shí)汽油不充分燃燒的可能性也大大提高，排放廢氣更多；這種工作模式下，不僅不節(jié)能，還增加了廢氣排放，實(shí)在不是一種好的方案[1]。如果能在汽車結(jié)構(gòu)上做一些改動(dòng)，哪怕僅僅降低一點(diǎn)的油耗，減少看似微不足道的排放，由于汽車數(shù)量基數(shù)巨大，也將會(huì)對(duì)能源節(jié)省、空氣污染的治理做出巨大貢獻(xiàn)。

二、設(shè)計(jì)方案

頻繁的制動(dòng)和起動(dòng)是汽車耗油的主要原因。汽車制動(dòng)時(shí)，動(dòng)能以熱能的形式損失掉，起動(dòng)時(shí)耗油量比正常行駛耗油量大，因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置，把汽車制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能儲(chǔ)存起來，用于輔助汽車起動(dòng)。

整個(gè)裝置由液壓控制部分，機(jī)械儲(chǔ)能部分，電路控制部分，驅(qū)動(dòng)輪輪軸帶動(dòng)錐齒輪部分組成。其中驅(qū)動(dòng)輪輪軸部分的原理就是在汽車的驅(qū)動(dòng)輪輪軸上固定安裝兩個(gè)錐齒輪，利用錐齒輪的變向作用，把渦卷彈簧在汽車制動(dòng)過程中儲(chǔ)存回收的能量在汽車啟動(dòng)或加速的時(shí)候再次進(jìn)行利用，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。本裝置整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示：

圖2-1 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1、控制部分

我們從傳統(tǒng)的汽車制動(dòng)原理中得到啟發(fā)，將整個(gè)裝置的控制部分進(jìn)行了改進(jìn)，采用液壓傳動(dòng)原理，讓裝置與汽車制動(dòng)踏板連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量回收與利用的控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)由三個(gè)液壓缸組成的裝置，其中一個(gè)液壓缸體的傳動(dòng)裝置連接在安裝有渦卷彈簧的能量盒上。液壓缸1中的活塞需特殊設(shè)計(jì)，活塞的兩面分別通過彈簧與端蓋相連接，活塞處于中位時(shí)，左右兩個(gè)彈簧都處于原長狀態(tài)。

2、 機(jī)械儲(chǔ)能部分

1）驅(qū)動(dòng)輪上錐齒輪：在汽車的驅(qū)動(dòng)輪的輪軸上，固定兩枚小端相對(duì)放置的錐齒輪，如圖2-6中的錐齒輪A和B，A和B之間留出一定的間隙用于給第三枚錐齒輪C在兩錐齒輪間來回移動(dòng)，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，錐齒輪B和錐齒輪C形成制動(dòng)嚙合，完成儲(chǔ)能動(dòng)作，當(dāng)汽車加速時(shí)，錐齒輪A和錐齒輪C形成加速嚙合，完成釋能動(dòng)作。同時(shí)保證儲(chǔ)能和釋能過程中后輪車軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)。2）集能盒：本裝置設(shè)計(jì)一個(gè)彈簧儲(chǔ)能器，由多個(gè)齒輪連動(dòng)以輔助能量收集與釋放。彈簧儲(chǔ)能器安放在一個(gè)特制盒子當(dāng)中，通過一個(gè)傳動(dòng)軸（軸的另外一端安裝一個(gè)錐齒輪）與驅(qū)動(dòng)輪上的錐齒輪相作用。

三、理論設(shè)計(jì)計(jì)算

1、一般汽車起動(dòng)所需牽引力的計(jì)算

本文以排量2.0、質(zhì)量1.5噸的汽車作為研究對(duì)象，若起動(dòng)瞬間只考慮摩擦力f的阻礙的作用，那么牽引力F和摩擦力的關(guān)系為：

而摩擦力的計(jì)算公式為：

其中為附著系數(shù)，是附著力與車輪法向（與路面垂直的方向）壓力的比值，它可以看成是輪胎和路面之間的靜摩擦系數(shù)。這個(gè)系數(shù)越大，可利用的附著力就越大，汽車就越不容易打滑[2]。

附著系數(shù)的大小，主要取決于路面的種類和干燥狀況，并且和輪胎的結(jié)構(gòu)、胎面花紋以及行駛速度都有關(guān)系。一般來說，干燥、良好的瀝青或混凝土路面的附著系數(shù)最大，可達(dá)0.7一0.8，路面有水時(shí)附著系數(shù)會(huì)降低，而冰雪路面的附著系數(shù)最小，最容易打滑。車輪制動(dòng)力和側(cè)向力附著系數(shù)如圖3-1所示。

這里，本文以干燥、良好的瀝青或混凝土路面為汽車行駛路面進(jìn)行計(jì)算，附著系數(shù)取0.75，易得：

綜上，汽車起動(dòng)所需最小牽引力大小是11025N。

3、從節(jié)能角度

通過查找文獻(xiàn)不同駕駛操作方法下的汽車運(yùn)行燃料消耗量分析，汽車在平路起步時(shí)，駕駛員反復(fù)多次不同程度地操控加速踏板并連續(xù)換擋，使車輛從靜止?fàn)顟B(tài)加速，由以上文獻(xiàn)摘要可見，一般汽車在起動(dòng)時(shí)都會(huì)比較耗油。如果裝上汽車制動(dòng)能量再利用裝置，每一輛車每起步一次就可以近百毫升的汽油。這對(duì)于現(xiàn)如今上億輛的車來說，將為節(jié)約能源，減少排放做出巨大貢獻(xiàn)[3]。

四、工作原理及其性能分析

1、傳統(tǒng)汽車起步原理

傳統(tǒng)汽車起步工作原理：鑰匙點(diǎn)火，電池帶動(dòng)起動(dòng)電機(jī)，起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)壓縮缸運(yùn)動(dòng)壓縮。被壓縮的霧化汽油點(diǎn)燃爆炸，爆炸產(chǎn)生動(dòng)力，并提供下次循環(huán)的動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)自己開始進(jìn)入運(yùn)作。

2、節(jié)能減排原理

本裝置將渦卷彈簧安裝在一根軸上，軸的另外一端裝有錐齒輪，另外本裝置將在汽車的驅(qū)動(dòng)輪的軸上裝上兩個(gè)相對(duì)的錐齒輪。當(dāng)汽車制動(dòng)的時(shí)候，裝有渦卷彈簧的軸上的錐齒輪與驅(qū)動(dòng)輪軸上的一顆錐齒輪嚙合，將汽車制動(dòng)的能量存儲(chǔ)到渦卷彈簧中。當(dāng)汽車起動(dòng)的時(shí)候由于渦卷彈簧釋放能量將讓軸向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以我們讓渦卷彈簧軸上的錐齒輪與驅(qū)動(dòng)輪軸上的另外一個(gè)錐齒輪嚙合，釋放渦卷彈簧的能量從而驅(qū)動(dòng)汽車起動(dòng)。由于汽車起動(dòng)瞬間需要較大動(dòng)力，并且汽油燃燒不充分，所以該裝置不僅降低了油耗，還減少了尾氣排放。

3、結(jié)構(gòu)原理

液壓控制部分為裝置動(dòng)作提供動(dòng)力，機(jī)械儲(chǔ)能部分實(shí)現(xiàn)裝置能量的儲(chǔ)存和釋放，電路控制部分實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的選擇操作，驅(qū)動(dòng)輪輪軸帶動(dòng)錐齒輪部分實(shí)現(xiàn)能量盒與車軸的可靠嚙合，最終實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)節(jié)能而加速時(shí)釋能的過程。能量盒的輸出軸固定連接一錐齒輪，后輪車軸固定一對(duì)面對(duì)面放置的錐齒輪，能量盒位于雙軌滑行軌道內(nèi)，相對(duì)軌道中位的位置放置輸出端連接有固定卡盤的液壓缸，防止能量的自由釋放，所有的動(dòng)力來源于液壓傳動(dòng)，控制回路控制電磁換向閥選擇動(dòng)作，最終完成整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)。

五、結(jié)論

本文介紹了基于渦卷彈簧的汽車制動(dòng)能量再利用裝置的設(shè)計(jì)思路及工作原理，以及如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。具體有以下幾點(diǎn)結(jié)論：1、整個(gè)裝置由液壓控制部分，機(jī)械儲(chǔ)能部分，電路控制部分，驅(qū)動(dòng)輪輪軸帶動(dòng)錐齒輪部分組成。2、整個(gè)裝置利用渦卷彈簧進(jìn)行儲(chǔ)能和釋能，利用錐齒輪的密切配合實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)和加速時(shí)能量的轉(zhuǎn)化，利用液壓控制部分為裝置動(dòng)作提供動(dòng)力，利用電路控制部分實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的選擇操作。3、整個(gè)裝置帶有速度選擇控制回路，保證裝置動(dòng)作安全可靠。4、整個(gè)裝置把渦卷彈簧在汽車制動(dòng)過程中儲(chǔ)存回收的能量在汽車啟動(dòng)或加速的時(shí)候再次進(jìn)行利用，不僅減少了起動(dòng)瞬間發(fā)動(dòng)機(jī)的出力，還減少了因?yàn)槠筒怀浞秩紵鸬膹U氣排放，既節(jié)能又減排。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋飛.降低汽油機(jī)油耗[M].現(xiàn)代企業(yè)文化，2009：362.

篇4

【關(guān)鍵詞】光伏電池;最大功率跟蹤;H橋式電路;MSP430;PWM波

引言

光伏發(fā)電是可再生能源利用的重要技術(shù)方式，是近幾年發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。但是光伏發(fā)電存在兩個(gè)主要問題：第一，光伏電池的輸出特性受外界環(huán)境影響大，當(dāng)溫度和光照，輻射強(qiáng)度變化時(shí)，其輸出特性會(huì)發(fā)生較大的變化;第二，光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低而且價(jià)格昂貴，初期投入較大.因此，為提高太陽能的利用率，通常在光伏電池和負(fù)載之間串聯(lián)最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking ，MPPT）電路，簡(jiǎn)化了相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)，且避免了功率等變量繁瑣的控制算法，從而實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。

1.設(shè)計(jì)方案及基本原理

光伏電池輸出特性具有非線性特征，其輸出電壓和功率受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以有不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時(shí)，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(diǎn)。光伏電池內(nèi)阻受光照等影響而改變，從而流出光伏電池的電流是個(gè)變量。系統(tǒng)在光伏電池輸出端設(shè)計(jì)了采樣電阻，由A/D芯片采樣其上的電流，再通過最大功率跟蹤控制器找出太陽能電池最大功率點(diǎn)。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，如圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案所示。

（1）主電路

主電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可控的電流恒定。由四IRF540 MOSFET管、兩個(gè)電解電容四個(gè)二極管等組成的H橋電路。

（2）電流、電壓采樣電路

為了實(shí)現(xiàn)電流的恒流，對(duì)電流進(jìn)行采樣，在每一次給定的電流恒定時(shí)，采集負(fù)載兩端的電壓值。

（3）控制芯片

控制電流恒流并計(jì)算電流恒流下的功率P，得出光伏電池最大的輸出功率P。并將該功率輸送到電網(wǎng)上。

（4）驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制芯片給出的信號(hào)進(jìn)行功率放大，用來驅(qū)動(dòng)主電路。

1.2 基本原理

主電路由四IRF540 MOSFET管、兩個(gè)電解電容四個(gè)二極管等組成的H橋電路，其目的是為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)可控的電流恒流.

IRF540 MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開關(guān)速度快、無二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)，滿足高速開關(guān)動(dòng)作需求，因此選用了IRF540作為構(gòu)成H橋電路的橋臂。H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)。Q1、Q4為一組，Q2、Q3為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時(shí)，另一組必須關(guān)斷。在本裝置中，需要功率雙向流動(dòng)，也就是在Q1、Q4導(dǎo)通且Q2、Q3關(guān)斷到Q1、Q4關(guān)斷且Q2、Q3導(dǎo)通這兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。因此要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯會(huì)導(dǎo)致上下橋臂直通短路。為了避免直通短路且保證各個(gè)開關(guān)管動(dòng)作的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號(hào)理論上要求互為倒相，而實(shí)際必須相差一個(gè)足夠長的死區(qū)時(shí)間，因此，運(yùn)用單片機(jī)產(chǎn)生兩組具有死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)PWM波來改變占空比，從而控制四個(gè)MOS管的通斷（見圖1）。

主電路輸入側(cè)并聯(lián)一個(gè)大電容使得輸入側(cè)電壓脈動(dòng)很小，大電容具有儲(chǔ)能作用，既保護(hù)輸入端電路又可以使電壓很穩(wěn)定。兩個(gè)332小電容可以消除輸出波形的毛刺，使得輸出波形穩(wěn)定.然后經(jīng)過LC濾波進(jìn)一步使得波形更加的穩(wěn)定.

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），采用了電流擾動(dòng)法觀察法（Perturb and Observe）主要分以下三步。

1）改變光伏電池的輸出電流，間接改變光伏電池輸出的。由MSP430輸出一個(gè)占空比可調(diào)的兩路互補(bǔ)的PWM波（帶有死區(qū)時(shí)間1us），通過調(diào)節(jié)占空比控制信號(hào)，控制H橋式電路四個(gè)MOS管的通斷時(shí)間，來改變光伏電池的輸出電流。

2）PI調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流恒定。根據(jù)設(shè)定的電流參考值Iref，和反饋的電流值I，得到誤差通過?I，PI調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)主電路中電流I的恒定（即實(shí)現(xiàn)了恒流環(huán)）。

3）MPPT算法實(shí)現(xiàn)光伏電池保持最大功率MPP的輸出，通過MSP430調(diào)節(jié)PWM波實(shí)現(xiàn)恒流，在恒流條件下對(duì)電壓采樣，就能夠得到對(duì)應(yīng)電流下的功率P，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)功率P的控制。本系統(tǒng)通過一定的MPPT算法（采用的是電流擾動(dòng)觀察法），即：通過PI控制器，控制主電路中的電流值Iref，從0給定開始，逐步增加電流給定值（步進(jìn)大小為0.01A），在每一次

給定的電流恒定時(shí)，采集負(fù)載兩端的電壓值，計(jì)算出此時(shí)的功率P（n），與上次功率P（n-1），進(jìn)行比較，若增大了，繼續(xù)增大電流的給定，若減小了，則上次給定的電流的位置，即為最大功率點(diǎn)（MPP： Maximum Power Point）。

如果環(huán)境改變引起系統(tǒng)有擾動(dòng)，重復(fù)上一次的工作，將主電路中的電流值Iref，從0給定開始，逐步增加電流，在每一次給定的電流恒定時(shí)，再次計(jì)算出最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。

該控制思想簡(jiǎn)單，控制易實(shí)現(xiàn)得到廣泛的應(yīng)用。

3.評(píng)測(cè)和結(jié)論

測(cè)試原理是將蓄電池等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)可變電阻，直流電網(wǎng)等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)固定電阻，根據(jù)理論分析可知如果蓄電池的輸出電壓是電壓源額電動(dòng)勢(shì)等于的二分之一，此時(shí)，蓄電池輸出功率最大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電動(dòng)勢(shì)E（V） 電池輸出電壓（V） 電池輸出電流（A） 內(nèi)阻R（Ω） 負(fù)載電壓（V） 負(fù)載電流（A）

10 5.14 1.31 3.92 6.6 0.45

11 5.34 1.53 3.49 7.13 0.486

12 6.37 1.51 4.21 7.99 0.548

13 6.75 1.69 3.99 8.652 0.589

14 6.92 1.90 3.64 9.14 0.622

由表1可知：

所以該系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率的跟蹤。

參考文獻(xiàn)

[1]車孝軒著.太陽能光伏系統(tǒng)概論[M].武漢人學(xué)出版社，2006.

[2]Jain S，Agarwal V.A new algorithm for rapid tracking of appropmate maximum power point in photovoltaic systems[J].IEEE Power Electronics Letters，2004，2（1）：16-19.

[3]趙庚申，王慶章，許盛之.最大功率點(diǎn)跟蹤原理及實(shí)現(xiàn)方法的研 究[J].太陽能學(xué)報(bào)，第27卷第10期2006年10月.

[4]禹華軍，潘俊民.光伏電池輸出特性與最大功率跟蹤的仿真分析[J].計(jì)算機(jī)仿真，第22卷第6期2005年6月.

篇5

開展城市10kV配電工程設(shè)計(jì)，我們主要遵循安全可靠、自主創(chuàng)新、技術(shù)先進(jìn)；標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋面廣、提高效率；注重環(huán)保、節(jié)約資源、降低造價(jià)的原則。努力做到統(tǒng)一性與可靠性、適應(yīng)性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)《35～110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50059-1992）、《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-1995）、《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50061-1997）、《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T5221-2005）、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T16-92）等國家和電力行業(yè)有關(guān)66kV及以下輸配電工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范及國家有關(guān)安全、環(huán)保等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

2城市10kV配電工程設(shè)計(jì)

2.1 10kV開關(guān)站設(shè)計(jì)

10kV開關(guān)站的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足防火、通風(fēng)、防洪、防潮、防塵、防毒、防小動(dòng)物和低噪聲等各項(xiàng)要求。10kV地下開關(guān)站可參照DL/T5216-2005《35kV～220kV城市地下變電站設(shè)計(jì)規(guī)定》的有關(guān)要求設(shè)計(jì)。附設(shè)有配電變壓器時(shí)，有關(guān)技術(shù)原則參照10kV配電站。開關(guān)站的設(shè)計(jì)分兩大類系列：開關(guān)站站址選擇應(yīng)靠近負(fù)荷中心且電源進(jìn)出線方便處，便于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)和配出負(fù)荷，滿足設(shè)備運(yùn)輸方便和進(jìn)出線方便的要求，還應(yīng)滿足防火、通風(fēng)、防潮、防毒、防小動(dòng)物等各項(xiàng)要求。根據(jù)供電區(qū)域的建筑條件，開關(guān)站應(yīng)按獨(dú)立建筑設(shè)計(jì)考慮，如受條件所限，可設(shè)置在地下一層，但不得設(shè)置在最底層。站內(nèi)各種與本站無關(guān)的管道和線路不得從開關(guān)站內(nèi)穿過，必須預(yù)留永久設(shè)備運(yùn)輸及檢修通道。

2.2 開關(guān)設(shè)備選擇：按開關(guān)設(shè)備分“負(fù)荷開關(guān)”和“斷路器”兩種方案

2.2.1“負(fù)荷開關(guān)”方案，適用于國家級(jí)開發(fā)區(qū)以外的的地區(qū)。配出線開關(guān)采用在大連地區(qū)有較好運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的六氟化硫負(fù)荷開關(guān)柜，考慮保護(hù)和配電自動(dòng)化發(fā)展的需要，負(fù)荷開關(guān)配三相CT和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用交流220伏操作電源。進(jìn)線開關(guān)采用與出線負(fù)荷開關(guān)同型號(hào)配套的斷路器柜。母線分段開關(guān)：兩臺(tái)分段柜均選用負(fù)荷開關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)，分段開關(guān)回路中一臺(tái)負(fù)荷開關(guān)在關(guān)合位置，另一臺(tái)處于分閘、熱備用狀態(tài)。開關(guān)站的出線回路應(yīng)安裝面板型電纜故障指示器。負(fù)荷開關(guān)操作機(jī)構(gòu)應(yīng)采用電動(dòng)儲(chǔ)能彈簧機(jī)構(gòu)，開關(guān)合閘過程中自動(dòng)給分閘彈簧儲(chǔ)能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制要求。

2.2.2“斷路器”方案，適用于國家級(jí)開發(fā)區(qū)。進(jìn)線和配出線開關(guān)全部采用斷路器，開關(guān)柜配三相CT和電動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用交流220伏操作電源。配出線設(shè)零秒速斷和過流保護(hù)。保護(hù)裝置應(yīng)力求簡(jiǎn)單，減少維護(hù)量和對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求。電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分必須與接地裝置有可靠的電氣連接。成列的開關(guān)裝置兩端均應(yīng)與接地裝置相連。接地裝置的設(shè)置及接地電阻值要滿足有關(guān)專業(yè)規(guī)程的規(guī)定。

2.3 10kV配電站設(shè)計(jì)

2.3.1配電站高壓母線一般采用單母線接線；配電站低壓母線一般采用單母線分段接線，兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行。在符合并列運(yùn)行條件時(shí)，可短時(shí)采用并列方式切換負(fù)荷，避免停電。

2.3.2變壓器的容量和臺(tái)數(shù)：變壓器的容量及臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)供電區(qū)域的負(fù)荷確定。油浸變壓器單臺(tái)容量不宜超過630千伏安，樹脂澆注絕緣干式變壓器單臺(tái)容量不宜超過800千伏安。每座配電站的變壓器臺(tái)數(shù)以兩臺(tái)為宜，特殊情況不得超過三臺(tái)。

2.3.3變壓器低壓側(cè)應(yīng)設(shè)置主二次開關(guān)。主二次及母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用智能型萬能式低壓斷路器（即框架空氣開關(guān)）。配出線開關(guān)采用塑殼式斷路器（即塑殼開關(guān)）。

2.4 10kV柱上式變壓器典型設(shè)計(jì)

10kV配電變壓器臺(tái)主要包括10kV柱上變壓器、10kV屋頂變壓器和10kV落地變壓器。10kV配電變壓器臺(tái)采用低損耗變壓器，根據(jù)有關(guān)規(guī)程、規(guī)定和本地區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選擇無功補(bǔ)償?shù)呐渲谩?duì)于10kV柱上變壓器臺(tái)，變壓器容量按400kVA及以下考慮，分三相變壓器和小型單相變壓器。低壓配電箱應(yīng)采用側(cè)掛式或懸掛式安裝，變壓器臺(tái)架及二次接線宜按最終容量一次建成。典型設(shè)計(jì)應(yīng)包括10kV、380/220V側(cè)配電設(shè)備及引線設(shè)計(jì)，連接部位絕緣密封設(shè)計(jì)和工作接地的設(shè)計(jì)。對(duì)于10kV落地變壓器臺(tái)，應(yīng)裝設(shè)安全圍欄。

2.5 10kV電力電纜敷設(shè)典型設(shè)計(jì)

電纜敷設(shè)方式：電纜敷設(shè)方式應(yīng)根據(jù)不同電壓等級(jí)的電纜線路回路數(shù)、電纜截面、芯數(shù)和型式進(jìn)行選擇，主要敷設(shè)方式有：直埋敷設(shè)、排管敷設(shè)、電纜隧道敷設(shè)、電纜橋架敷設(shè)等。

考慮電纜接地方式、電纜支架和夾具以及電纜敷設(shè)中構(gòu)筑物（如工作井）的典型設(shè)計(jì)；統(tǒng)一警示帶、保護(hù)板、井蓋、標(biāo)志樁等的樣式。

3城市10千伏配電工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

整個(gè)典型推進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，建立了滾動(dòng)修訂機(jī)制，并且能在今后不斷更新、補(bǔ)充和完善。編制成功后更是得到了廣泛地應(yīng)用。

3.1開關(guān)站設(shè)計(jì)的應(yīng)用

10kV區(qū)域開關(guān)站電網(wǎng)內(nèi)開關(guān)站，在電網(wǎng)中通常是2路10kV電源引入開關(guān)站，開關(guān)站分配出12—16路10kV電源，增加10kV電源供電點(diǎn)，在電網(wǎng)中起到至關(guān)重要的作用。

3.2配電站設(shè)計(jì)的應(yīng)用

10kV側(cè)開關(guān)柜采用二進(jìn)二出或者二進(jìn)三出，單母線接線，干式帶外罩；0.4kV側(cè)采用單母線或單母線分段接線，低壓開關(guān)柜采用抽屜柜GCS型。不設(shè)專門的二次設(shè)備間，二次設(shè)備與10kV開關(guān)柜同室布置；低壓開關(guān)柜與配電變壓器采用單列同室布置。

3.3柱上式變壓器設(shè)計(jì)的應(yīng)用

10kV柱上開關(guān)臺(tái)運(yùn)用典型設(shè)計(jì)，由于實(shí)際情況的多樣性，設(shè)計(jì)工作效率也可以有效提高。10kV配電系統(tǒng)運(yùn)行中的柱上開關(guān)臺(tái)，形式多樣，均為坐裝式。

3.4 10kV電力電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

10kV電纜敷設(shè)典型設(shè)計(jì)，由于各種敷設(shè)方式有不同的適用范圍，并各有不同環(huán)境下的優(yōu)缺點(diǎn)，該典型設(shè)計(jì)充分考慮了電纜線路工程的多樣性，實(shí)際工程中，在電纜典型設(shè)計(jì)中考慮各方案調(diào)整后，相互組合，能適應(yīng)各種復(fù)雜的電纜工程，使之電纜敷設(shè)典型設(shè)計(jì)能提高工作效率。直埋敷設(shè)（加電纜保護(hù)槽）適用于市區(qū)人行道、公園綠地等不易經(jīng)常開挖的地段及公共建筑間的邊緣地帶和電纜根數(shù)較少的地段（不多于6根）。宜采用單槽單電纜的敷設(shè)方式；排管敷設(shè)適用于變電站和開關(guān)站的進(jìn)出線端、不能直接埋入地下及有機(jī)動(dòng)車負(fù)載的通道，通道內(nèi)電纜根數(shù)不宜大于12根。如市區(qū)道路及穿越小型建筑等地段；溝道敷設(shè)（包括隧道和半通行溝）適用于變電站、開關(guān)站進(jìn)出線端和同路徑敷設(shè)電纜根數(shù)較多（一般在12根以上）的地段。

篇6

關(guān)鍵詞：太陽能、光伏發(fā)電、單片機(jī)

一、引言

滅蠅燈利用昆蟲晝伏夜出、趨光性的特點(diǎn)，以光照吸引夜間活動(dòng)的蚊蠅，并對(duì)其實(shí)施滅殺，在農(nóng)田、公園、綠化帶等區(qū)域應(yīng)用的比較廣泛。昆蟲的主要活動(dòng)、繁殖時(shí)期是從每年的春末至秋初，這段時(shí)期也是我國大部分地區(qū)日照最為充分的時(shí)期。以四川地區(qū)為例，全年日照時(shí)間1300小時(shí)左右，春早冬遲，夏季氣溫高、日照時(shí)間長，太陽能較為豐富。本文提出一種太陽能滅蚊燈的設(shè)計(jì)方案，在白天利用太陽能發(fā)電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，夜間由蓄電池放電點(diǎn)亮滅蚊燈，起到了節(jié)能、環(huán)保的作用。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本設(shè)計(jì)中，由單片機(jī)作為控制器，當(dāng)檢測(cè)到的日照強(qiáng)度滿足發(fā)電條件時(shí)，進(jìn)入發(fā)電模式；當(dāng)夜幕降臨光照不足時(shí)進(jìn)入夜間工作模式由蓄電池向滅蚊燈供電。為了避免因陰雨天氣導(dǎo)致白天光照不足而進(jìn)入夜間模式控制要進(jìn)行定時(shí)，在白天期間禁止進(jìn)入夜間模式，同時(shí)還對(duì)蓄電池的充電過程中進(jìn)行充電保護(hù)，下圖為本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.滅蠅燈的選用

本系統(tǒng)采用蓄電池供電，因此選用的滅蠅燈須為直流電源型。目前市場(chǎng)的同類產(chǎn)品非常多，工作原理大同小異。以自動(dòng)型農(nóng)用光譜頻振式殺蟲燈為例，其工作電壓直流12V，功率不大于20瓦，壽命在一萬小時(shí)左右。該燈利用紫外光引誘害蟲至光源處，光源外配置高壓電網(wǎng)，電擊害蟲后掉落掉下方的容器中，對(duì)大部分常見的害蟲有良好的撲殺作用，且對(duì)環(huán)境不造成任何影響。

2.電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)由光伏發(fā)電模塊、太陽能控制器模塊和蓄電池三部分組成。在本系統(tǒng)選用12v鉛酸電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的工作時(shí)間選擇相應(yīng)的光伏發(fā)電面板。夏季蚊蟲的活動(dòng)習(xí)性與天氣有關(guān)，天氣炎熱時(shí)昆蟲活動(dòng)頻繁，陰雨天氣時(shí)昆蟲活動(dòng)較少，且夜晚昆蟲的主要活動(dòng)時(shí)間從夜間8點(diǎn)至凌晨5點(diǎn)，共10個(gè)小時(shí)，為了保證在連續(xù)陰雨情況下電池的電量可以至少工作3個(gè)夜晚，蓄電池的容量要足夠大，在本系統(tǒng)中選用12V、36AH容量的鉛酸蓄電池。

3.太陽能控制器

太陽能控制器全稱為太陽能充放電控制器，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，由它將面板輸出的電力轉(zhuǎn)換后對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，不能將光伏面板的輸出直接接到直流用電設(shè)備上，選型時(shí)注意根據(jù)蓄電池的充電電壓來選擇，本設(shè)計(jì)中選擇12伏、10安類型的控制器，其充電電流為10安，充電時(shí)分為快充和浮充，當(dāng)電池內(nèi)電量較低時(shí)處在快沖模式，電池充滿后因電池自放電或其他損耗電量略微減少時(shí)，處于浮充模式補(bǔ)充電能，該類型產(chǎn)品適用于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，在連接過程中注意連接順序，先接蓄電池再接光伏面板輸出端，否則可能燒毀控制器；該產(chǎn)品具有防反接、防過充、防短路的有點(diǎn)，特別適合家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

3.光伏面板

目前市場(chǎng)上的光伏發(fā)電產(chǎn)品種類繁多，輸出功率從幾十瓦到數(shù)百瓦，輸出電壓按電壓等級(jí)從十幾伏到幾十伏不等。光伏面板的選型需根據(jù)當(dāng)?shù)厝照涨闆r、電池的容量和太陽能控制器來確定。本設(shè)計(jì)中選用100瓦的單晶太陽能板，輸出電壓18v、最佳工作電壓6安，輸出電壓滿足太陽能控制器的要求，夏季在光照正常的情況下可在6-8小時(shí)內(nèi)將蓄電池充滿。光伏面板輸出的功率與日照強(qiáng)度、日照時(shí)間、氣溫、安裝角度等有關(guān)，安裝時(shí)需將面板調(diào)整至最佳角度。

4.控制系統(tǒng)

控制器在本設(shè)計(jì)中的主要作用是定時(shí)和檢測(cè)光照強(qiáng)度，控制器采用單片機(jī)，光照強(qiáng)度檢測(cè)有集成的模塊可供使用，當(dāng)前系統(tǒng)處在充電還是放電的狀態(tài)由時(shí)間和光照強(qiáng)度共同決定，增加定時(shí)的作用是為了避免極端天氣下盡管處在白天卻因光照不足錯(cuò)誤的進(jìn)入放電狀態(tài)，定時(shí)可有單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。

5.其他硬件

系統(tǒng)中要有必要的安全保護(hù)，例如防雷、防雨及接地等，夏季自然災(zāi)害較多、工作的條件比較惡劣，系統(tǒng)在安裝時(shí)注意安裝強(qiáng)度，避免因狂風(fēng)、暴雨、雷電、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣照成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。

四、結(jié)束語

近年來人們的環(huán)保意識(shí)逐步建立，傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑容易對(duì)作物造成污染。采用太陽能滅蚊器能減少病蟲災(zāi)害，也避免了在農(nóng)田中安裝供電系統(tǒng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)投入和管理成本，部分農(nóng)業(yè)地區(qū)電力系統(tǒng)比較落后，采用太陽能發(fā)電可以有效的解決此問題，撲殺的蚊蠅可以作為非常好的蛋白質(zhì)供魚塘、飼養(yǎng)使用，有助于綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，。本方案也可用于小區(qū)綠化帶、公園等地方使用，有很好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]金步平 陳哲艮.《家用太陽能光電照明系統(tǒng)》 照明工程學(xué)報(bào).2001

篇7

關(guān)鍵詞：溫差電池；塞貝克效應(yīng)；新型節(jié)能燃?xì)庠?/p>

1研制背景及意義

目前我國燃?xì)饽茉垂?yīng)日趨緊張，僅就民用及商用燃?xì)庑枨蠖?，全國?shù)以萬計(jì)的家庭、酒店、賓館和食堂等每日即需消耗數(shù)以萬立方計(jì)的燃?xì)狻５珎鹘y(tǒng)的燃?xì)庠O(shè)備普遍存在燃?xì)庀牧看?，燃燒效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，熱能有效利用率低下等缺陷。目前，我國環(huán)境污染問題十分嚴(yán)重，溫室效應(yīng)十分顯著。如果家用、商用的節(jié)能灶大力推廣，可以給國家省下大量的能源，使廢氣排放量大大降低。

目前市場(chǎng)使用的普通節(jié)能爐灶，主要通過將傳統(tǒng)燃?xì)庠疃嘀鹪慈紵脑斐蓡沃鶓腋∪紵姆绞?，使火力均勻分布在鍋底，高溫全部集中于鍋底，其熱量大部分被鍋底吸收，從而減少了熱量損失。但是，即使這樣也會(huì)有45%左右的熱量白白損失。而基于溫差電池的新型節(jié)能爐灶，是在普通節(jié)能爐灶的基礎(chǔ)上，把損失的熱量利用起來，通過風(fēng)扇鼓風(fēng)，進(jìn)一步提高了燃燒效率，這項(xiàng)技術(shù)與其他的不同在于實(shí)現(xiàn)了能量使用率的最大化。

前蘇聯(lián)在1942年研制出世界上首臺(tái)溫差發(fā)電機(jī)，當(dāng)時(shí)的發(fā)電效率約為1.5%―2%。此后，隨著各國工業(yè)的發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)﹄娏Y源的需求呈幾何增長。因此，溫差發(fā)電技術(shù)得到巨大發(fā)展。從1960年開始，航空航天、軍事以及遠(yuǎn)洋探索領(lǐng)域已經(jīng)運(yùn)用溫差發(fā)電技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，除了軍事和高科技領(lǐng)域外，民用、輕工業(yè)等領(lǐng)域也有了較好的發(fā)展。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類面臨能源枯竭和環(huán)境污染的危險(xiǎn)，因此，各國對(duì)清潔能源和再生能源發(fā)電方面研究投入巨大財(cái)力和物力，許多成果已經(jīng)開始商用化。溫差電池的技術(shù)性能穩(wěn)定，有體積小、重量輕、無振動(dòng)、無噪音等優(yōu)點(diǎn)。可以方便地安裝在燃?xì)鉅t灶上，使燃?xì)鉅t灶的節(jié)能率、節(jié)時(shí)率和熱效率都有顯著提高。面對(duì)目前能源供應(yīng)緊張的大趨勢(shì)，如果這種基于溫差電池的新型燃?xì)鉅t灶可以大力推廣，那么對(duì)于國家的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面都有巨大的意義。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1基于夭畹緋兀ㄈ貝克效應(yīng)）的新型節(jié)能燃?xì)庠罱Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種基于溫差電池（賽貝克效應(yīng)）的家用節(jié)能爐灶包括溫差電池、整流器、蓄電池、無葉鼓風(fēng)風(fēng)扇、普通節(jié)能燃?xì)庠睢?/p>

2.1.1溫差電池原理

塞貝克效應(yīng)，英文名稱為Seebeck effect，它是指由于溫度差異而產(chǎn)生的熱電現(xiàn)象。電流的出現(xiàn)方法可以簡(jiǎn)要概括為：溫度不同的兩個(gè)金屬點(diǎn)相連，組成回路，利用這種方式產(chǎn)生的電流叫做熱電流。金屬的電子逸出功和有效電子密度決定了接觸電勢(shì)差，而接觸電勢(shì)差的產(chǎn)生源于兩種不同的金屬的互相接觸，這就是塞貝克效應(yīng)的實(shí)質(zhì)。不同種類的金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，由于其自由電子密度有差異，電子擴(kuò)散就會(huì)發(fā)生在兩種金屬的接觸面上。電子密度和電子的擴(kuò)散速率有關(guān)并和接觸區(qū)域的溫度成正比。因此，溫差電池就是利用溫度差異使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

2.1.2整流器

整流器是一種將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的裝置。它除了能給負(fù)載供電的功能外，還可以為蓄電池充電。

2.1.3蓄電池

蓄電池是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。首先把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，電池沒有電后使其內(nèi)部活性物質(zhì)再生，需要時(shí)再放電。

2.1.4無葉風(fēng)扇

無葉電風(fēng)扇，沒有傳統(tǒng)風(fēng)扇的扇葉。其原理是從底部的吸風(fēng)孔先吸入空氣，圓環(huán)內(nèi)部的葉輪把空氣以圓形軌跡噴出，使其噴出空氣的軌跡大致為圓形，利用這種方式產(chǎn)生的空氣流比普通風(fēng)扇更平穩(wěn)。不會(huì)感到?jīng)_擊和刺激。無葉電風(fēng)扇同時(shí)帶有變頻風(fēng)速大小調(diào)節(jié)裝置，能耗低，約為普通風(fēng)扇的50%。通過蓄電池給電，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的空氣流為燃?xì)庠罟倪M(jìn)充足空氣讓天然氣充分燃燒，提高燃燒效率。

2.2 溫差電池儲(chǔ)能

所研制的溫差電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有三部分構(gòu)成，分別為溫差電池、整流器、蓄電池。在制造便攜電源中，由于半導(dǎo)體在使用壽命以及保護(hù)環(huán)境等方面擁有巨大優(yōu)勢(shì)，其成為現(xiàn)今溫差電池儲(chǔ)能中的最佳材料。只要保持組件兩面的溫度差異為600℃，就可發(fā)出3.5V的電壓，0.6A的電流。在小于180℃的熱面上，發(fā)電組件可以穩(wěn)定的貼在表面上，需要注意的是，應(yīng)該均勻地給發(fā)電組件受熱。此外，為了保證把傳過來的熱量隨時(shí)帶走，必須在冷面中安裝散熱片，并采取一些其他的冷卻措施以提高效果，保持組件兩面間的溫差。整流器將輸出值控制在一定范圍之內(nèi)，由此可以安全便捷地將溫差發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，蓄電池選擇規(guī)格為6V /5A的鋰電池，可以很好地給無葉鼓風(fēng)風(fēng)扇提供電力。

2.2.1 溫差節(jié)能燃?xì)庠顚?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱髟斀?/p>

（1）溫差電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所使用的溫差電池（圖2）

2.2.2 溫差儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用方案

溫差電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別是發(fā)電、整流、儲(chǔ)能，當(dāng)燃?xì)庠铋_始工作時(shí)，大量的余熱不能充分利用，通過導(dǎo)氣管導(dǎo)出的熱氣作為溫差電池的熱源，利用這些廢熱進(jìn)行發(fā)電，通過整流器整流之后先存儲(chǔ)在蓄電池中，同時(shí)由蓄電池為無葉風(fēng)扇提供電能，源源不斷地鼓進(jìn)空氣使天然氣更加充分地燃燒。

2.2.3 溫差儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分析

圖6為元件的原理圖。N型和P型半導(dǎo)體交替排列，每一對(duì)半導(dǎo)體的一端放置金屬導(dǎo)體片，另一端連接負(fù)載電阻R。當(dāng)電流在負(fù)載電阻上通過時(shí)，必須使回路中產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，即一側(cè)的溫度加熱至T1，而另一側(cè)加熱至T2時(shí)。根據(jù)塞貝克定律中α為電動(dòng)勢(shì)率之和，r為兩臂的內(nèi)阻之和。r=（ρ1/s1+ρ2/s2）中，ρ表示兩臂的電阻率、s表示橫截面積，溫差發(fā)電效率的定義是外電路中得到的有用電能與熱源所消耗的能量之比。熱源消耗的能量包括以下幾項(xiàng)：1. 熱端吸收的珀?duì)柼麩酫1Q1=α2T1（T1-T0）/（R+r） ；2.熱端傳導(dǎo)到冷端的熱量QmQm=K（T1-T0） 3. 溫差電池內(nèi)，焦耳熱從電流I中流過，其中1/5的熱量轉(zhuǎn)移到熱端中，從而把功率還給熱源。溫差材料的品質(zhì)因數(shù)為，當(dāng)R=r時(shí)，在最大輸出功率的條件下，溫差電池的效率。

溫差發(fā)電機(jī)中的品質(zhì)因數(shù)Z由于熱端和冷端溫度和溫差發(fā)電材料產(chǎn)生，Z值還對(duì)溫度有強(qiáng)烈的依賴性，所以不同的工作溫度需要不同的材料來匹配。我們使用溫差發(fā)電材料為PbTe合金，用康銅片連接，其熱端溫度可達(dá)600℃。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

從表1可以看出，溫差節(jié)能燃?xì)庠羁梢源蠓忍岣呷紵?。可以大大?jié)省時(shí)間和金錢，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響和其他兩種燃?xì)庠钕啾?，具有非常大的?yōu)勢(shì)。

在我國，每天數(shù)以萬計(jì)的家庭、酒店、賓館、食堂需消耗數(shù)以萬立方計(jì)的燃?xì)?，而采用此新型?jié)能燃?xì)庠?，將大大?jié)省燃?xì)饬?。目前，中國已成為世界第四大天然庀費(fèi)國。2015年我國天然氣進(jìn)口量達(dá)900億立方米。據(jù)專家預(yù)測(cè)，我國天然氣消耗量將在未來十年內(nèi)達(dá)到約3310億立方米，成為全球第二大天然氣消費(fèi)國，占世界總消耗量的7%。面對(duì)這種局面，溫差節(jié)能燃?xì)庠畹耐茝V使用，將會(huì)給國家節(jié)省上百億的資金，對(duì)于我國來說，意義十分巨大。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

基于溫差電池新型節(jié)能燃?xì)庠睿瑢⒗速M(fèi)的熱量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來，供給風(fēng)扇從而實(shí)現(xiàn)給燃?xì)庠罟娘L(fēng)來提高燃燒效率的目的。與普通的節(jié)能燃?xì)庠钕啾?，它很好的吸收了鍋底吸收不到的那部分熱量，將其有效地利用，通過溫差儲(chǔ)能系統(tǒng)，鼓風(fēng)，提高燒效率。大大節(jié)省了家庭、酒店、食堂等的用氣量。由于有安全、無噪音、穩(wěn)定等這些優(yōu)點(diǎn)，無論是家庭還是酒店，食堂都可以放心使用。全國數(shù)以萬計(jì)的家庭、酒店、賓館和食堂等每天即需消耗數(shù)以萬立方計(jì)的燃?xì)?，而采用此新型?jié)能燃?xì)庠睿瑢⒋蟠蠊?jié)省燃?xì)饬?。從全國范圍來看，可以非常有效地緩解我國用氣緊張的問題。而且可以減少溫室氣體的排放量。

綜上所述，此新型節(jié)能燃?xì)庠畹墓?jié)能方式區(qū)別于傳統(tǒng)技術(shù)，無論對(duì)普通家庭還是酒店，食堂等都可以節(jié)省很大一筆開銷。對(duì)于國家來說，更是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鐘偉. 新型鼓風(fēng)完全預(yù)混式家用燃?xì)庠顭峁ば阅苎芯縖D]. 重慶大學(xué) 2013

[3] 王書鵬，李建新. 溫差發(fā)電技術(shù)在低品位熱能中的應(yīng)用研究[J]. 寧波節(jié)能. 2009（04）

[4] 孟德奇. 預(yù)混燃燒 灶具燃燒技術(shù)升級(jí)方向[J]. 現(xiàn)代家電. 2010（08）

[5] 白忠愷. 中高溫余熱回收半導(dǎo)體溫差發(fā)電熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]. 南京航空航天大學(xué) 2009

[6] 種道坤. 溫差發(fā)電技術(shù)用于工業(yè)廢熱利用的可行性分析[J]. 硅谷. 2013（01）

[7] 柳長昕. 半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究及其應(yīng)用[D]. 大連理工大學(xué) 2013

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關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)控制；單片機(jī)；CPLD；壓電陶瓷

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.055

1 引言

壓電陶瓷式噴墨頭具有可控制，精度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于數(shù)字噴墨印刷系統(tǒng)噴印質(zhì)量的提升以及打印速度的加快具有重要意義。壓電式噴墨頭噴出的墨滴大小以及噴射速度和均勻性都會(huì)對(duì)噴印質(zhì)量產(chǎn)生影響，壓電陶瓷形變的大小和頻率是決定輸出墨滴性能的主要影響因素，而驅(qū)動(dòng)電源輸出激勵(lì)脈沖電壓的大小決定了壓電陶瓷片的形變量；激勵(lì)脈沖的頻率影響著陶瓷片的形變速度，因此驅(qū)動(dòng)電源的性能決定了噴墨的質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)和CPLD的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其中單片機(jī)和CPLD是核心處理芯片，基于DDS原理產(chǎn)生的數(shù)字可控低壓脈沖激勵(lì)波形，經(jīng)集成放大模塊放大后以驅(qū)動(dòng)。

2 驅(qū)動(dòng)電源的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以宏晶科技生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)，Altera公司的MAX II系列的EPM240T100C5N CPLD芯片和基于DDS原理的波形生成電路為核心。圖1是驅(qū)動(dòng)電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

在系統(tǒng)中，單片機(jī)作為主要控制器，基于DDS波形生成技術(shù)，由單片機(jī)和CPLD共同生成控制波形。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，CPLD和DAC在單片機(jī)控制下生成低壓的激勵(lì)脈沖，經(jīng)過二階有源低通濾波器濾波后，由PA84放大器將其脈沖放大，按照時(shí)序控制要求將高壓脈沖傳送到噴頭接口芯片控制噴頭工作。

2.1 STC89C52RC單片機(jī)和EPM240T100C5N CPLD

選用STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)核心控制元件，其處理和存儲(chǔ)能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，可為控制系統(tǒng)提供良好的硬件平臺(tái)。STC89C52RC單片機(jī)是基于8051的內(nèi)核發(fā)展起來的，主要特性是加密性強(qiáng)不可解密；超強(qiáng)的抗干擾技術(shù)；功耗低；具有ISC在線編輯功能。

EPM240T100C5N CPLD芯片具有192個(gè)邏輯宏單元，可以滿足我們的開發(fā)要求；每一個(gè)芯片都內(nèi)置8Kb的Flash存儲(chǔ)器，其中配置數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器內(nèi)部，可進(jìn)行在線編輯，使得當(dāng)整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，計(jì)算機(jī)還可以通過ISP接口對(duì)CPLD進(jìn)行重新配置。

2.2 基于DDS原理的波形生成電路

DDS指的是直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。DDS具有超高頻率的分辨率；可以根據(jù)不同的波形數(shù)據(jù)形成任意波形?；贒DS原理，使用CPLD進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的波形生成電路是驅(qū)動(dòng)電源的核心。圖2所示DDS的波形發(fā)生電路。由單片機(jī)向波形生成電路提供頻率控制字K，通過在一定的范圍內(nèi)改變K的大小，進(jìn)而改變脈沖頻率的大小。CPLD模塊生成地址累加器，通過頻率控制字K的變化來改變地址。程序存儲(chǔ)器ROM是用來儲(chǔ)存波形數(shù)據(jù)的波形存儲(chǔ)器，ROM中存儲(chǔ)著波形的查找表，查找表中的對(duì)應(yīng)地址隨著K值的變化而變化，查找表將地址信息所對(duì)應(yīng)的波形幅度信息傳送到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，DAC就可以將CPLD所生成的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成模擬波形，之后再經(jīng)過濾波生成低壓的激勵(lì)脈沖。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了獲取滿足噴墨頭工作要求的激勵(lì)脈沖，需要設(shè)計(jì)完整的驅(qū)動(dòng)電源硬件。驅(qū)動(dòng)電源硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)控制單元；波形生成單元；振幅控制單元；液晶顯示單元；濾波單元；高壓放大單元；串口轉(zhuǎn)換單元；噴墨頭的接口單元。前七個(gè)單元組合是為了實(shí)現(xiàn)振幅頻率數(shù)字可控的高壓激勵(lì)脈沖的輸出；最后一個(gè)單元可以完成數(shù)據(jù)信號(hào)與高壓脈沖激勵(lì)的匹配，處理有關(guān)于激勵(lì)脈沖的電信號(hào)；噴墨頭噴嘴的時(shí)序控制。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，主控電路由單片機(jī)控制CPLD和DAC生成低壓的激勵(lì)脈沖，低壓脈沖經(jīng)過二階有源低通濾波器進(jìn)行濾波后，由PA84放大器將其高壓線性放大成高壓脈沖，并送至噴頭驅(qū)動(dòng)芯片，由驅(qū)動(dòng)芯片控制噴墨頭的工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與仿真

驅(qū)動(dòng)電源的軟件設(shè)計(jì)包括在KeliuVison4中使用C語言對(duì)單片機(jī)的控制；在QuartusII環(huán)境中使用硬件描述語言VHDL對(duì)CPLD進(jìn)行控制，以及使用Matlab軟件對(duì)CPLD進(jìn)行數(shù)字波形的仿真。

4.1 單片機(jī)C語言主程序

單片機(jī)程序包含在頭文件#include中，其中包括了單片機(jī)的寄存器定義，引腳定義等功能。初始化程序void init（）包括變量和常量的幅值和初值定義；定時(shí)中斷的初始化；串口初始化和液晶初始化。液晶顯示函數(shù)void display（）是為了在LCD1602顯示振幅和頻率。主程序void main（）是函數(shù)的主體。定時(shí)中斷函數(shù)是為了精準(zhǔn)的定位。

4.2 基于VHDL語言的程序流程

圖3為VHDL生成梯形波的程序圖。在使能端有效時(shí)，程序執(zhí)行。當(dāng)需要的信號(hào)都有效時(shí)，累加器工作，累加器判斷是否達(dá)到規(guī)定值M，如果達(dá)到，計(jì)數(shù)值清零，如果沒有，則計(jì)數(shù)值加上步長K。之后ROM表根據(jù)累加器的值對(duì)應(yīng)給出波形數(shù)據(jù)，并將其傳送到寄存器中，在下一個(gè)數(shù)據(jù)到來時(shí)將數(shù)據(jù)輸出到DAC。

4.3 使用Matlab軟件對(duì)CPLD進(jìn)行數(shù)字波形的仿真。

由于QuartusII進(jìn)行功能仿真后形成的波形不易看出波形的形狀，所以使用Matlab語言將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成Matlab中的波形曲線。利用QuartusII的表格文件（.tbl文件）仿真，即在功能仿真結(jié)束時(shí)，將波形文件另存為.tbl文件，然后再使用Matlab編寫程序進(jìn)行調(diào)用。

5 結(jié)束語

本文介紹了基于DDS原理，在單片機(jī)和CPLD的基礎(chǔ)上的壓電陶瓷噴墨頭電壓驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)方案開發(fā)周期短，硬件連接簡(jiǎn)單，可控行比較好，能夠基本實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷噴墨頭電源驅(qū)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]KIMD W，BOURIM E M.JEONG S H，et al.Piezoelectric electron emissions and domain inversion of LiNbNO single crystals [J]，physical B：2004，352（1-4）：200-205.

[2]Herman wijsboff.The dynamics of the piezo inkjet printhead operation [J].Physics Report，2010（491）：77-177.

[3]高寶彤.大幅面打印機(jī)接口與噴頭驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010.

[4]杜曉蘭，吳寶明，王強(qiáng).PA系列高壓功率放大器在醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)和應(yīng)用中須注意的幾個(gè)問題[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2004（06）：83-84.

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關(guān)鍵詞：道岔、道岔融雪設(shè)備、地鐵

中圖分類號(hào)：U213.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0、引言

地鐵道岔是地鐵線路的重要組成部分，是影響行車安全的關(guān)鍵部件。我國北方冬季降雪天氣極易造成地鐵道岔區(qū)域安全隱患，如積雪或冰凍可造成基本軌與尖軌不能密貼、尖軌凍結(jié)、基本軌與尖軌嚙合凍結(jié)，導(dǎo)致道岔無法正常動(dòng)作，危及行車安全。

傳統(tǒng)的地鐵道岔區(qū)清雪工作主要以人工鏟除和清掃為主，但該做法費(fèi)工耗時(shí)、效率低、不安全，同時(shí)影響車速及行車間隔。因此，如何高效、安全的解決岔區(qū)積雪結(jié)冰問題尤為重要。運(yùn)營單位對(duì)道岔除雪措施以及人性化操作提出強(qiáng)烈需求。

15號(hào)線作為北京地鐵首例引入道岔融雪設(shè)備的工程項(xiàng)目，為地鐵線路的岔區(qū)融雪除冰提供了新穎的解決方案，也為后續(xù)其他地鐵項(xiàng)目相關(guān)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

1、道岔融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為確保列車安全、平穩(wěn)、舒適和準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，根據(jù)北京市市政府要求，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和多次論證，確定率先選擇在15號(hào)線以下露天道岔區(qū)段加裝融雪裝置：

1）正線高架及地面線折返線、常用道岔區(qū)段；

2）車輛段及停車場(chǎng)咽喉道岔、進(jìn)出段常用道岔。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，在北京地鐵15號(hào)線一期工程的高架車站后沙峪站北側(cè)、馬泉營車輛段、俸伯停車場(chǎng)三處共23組道岔處安裝道岔融雪系統(tǒng)。

2、道岔融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)組成

15號(hào)線道岔融雪設(shè)備主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)終端、電氣控制柜、隔離變壓器、接線盒、軌溫傳感器、雪傳感器和道岔加熱元件及其配套的電纜和信息通道等構(gòu)成。

（2）系統(tǒng)功能

道岔電加熱融雪系統(tǒng)具備自動(dòng)控制功能、手動(dòng)控制功能、監(jiān)測(cè)功能，可以適合不同環(huán)境和不同的使用需求。所有室外控制柜和對(duì)應(yīng)的車站控制室組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

自動(dòng)控制功能

系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境條件，下雪時(shí)融雪設(shè)備系統(tǒng)能自動(dòng)啟動(dòng)加熱功能。當(dāng)雪停、道岔處積雪融化后能自動(dòng)停止加熱。

當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)模式工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)通過雪傳感器及鐵軌溫度傳感器采集到降雪信息和鐵軌溫度信息后，將信息傳送到電氣控制柜，控制柜把采集到的信息與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定“門限”值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀谙到y(tǒng)所設(shè)定的“門限”值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)設(shè)的加熱方案，對(duì)需要加熱的道岔進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到符合停止加熱條件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止加熱。

操作者可以在自己權(quán)限下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種操作，例如控制各加熱回路開關(guān)、參數(shù)設(shè)定和改變、系統(tǒng)各種參數(shù)和工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

在后沙峪車站綜控室、車輛段綜合樓、停車場(chǎng)綜合樓設(shè)置控制終端，能實(shí)現(xiàn)各種遠(yuǎn)程操作?？刂平K端采用壁掛箱結(jié)構(gòu)，使用19寸觸摸式液晶顯示器、嵌入式工控機(jī)及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

該設(shè)備系統(tǒng)共設(shè)置三套融雪裝置控制終端：第一套控制終端位于后沙峪車站綜控室，第二套控制終端位于車輛段綜合樓控制室，第三套控制終端位于停車場(chǎng)綜合樓控制室。每套控制終端獨(dú)立設(shè)置，三套控制終端之間無數(shù)據(jù)傳輸和控制要求。

當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后需要轉(zhuǎn)到手動(dòng)控制功能時(shí)，系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報(bào)警，提醒值班員。聲光報(bào)警可人工投入或撤銷。

手動(dòng)控制功能

操作者可以將系統(tǒng)切換到手動(dòng)加熱模式，手動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉加熱系統(tǒng)，包括啟動(dòng)或關(guān)閉任意一組道岔加熱。一般情況下該功能在軟件系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下啟用。操作者可以在融雪裝置控制終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程加熱功能，也可以在室外就地控制柜上強(qiáng)行打開或關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，必要時(shí)還能對(duì)任意回路進(jìn)行開關(guān)控制，以利于維修人員檢修。

監(jiān)測(cè)功能

降雪狀態(tài)及傳感器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)；

供電電源的電壓、頻率監(jiān)測(cè)；

總消耗功率、電流監(jiān)測(cè)；

各道岔加熱回路消耗功率監(jiān)測(cè)；

各回路接觸器的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)

在現(xiàn)場(chǎng)將控制柜設(shè)置為本地手動(dòng)狀態(tài)，在車站只能查詢運(yùn)行數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，遠(yuǎn)程加熱控制此時(shí)失效（本地控制優(yōu)先于遠(yuǎn)程控制）；非手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

5）其他功能

A自動(dòng)溫度控制功能

加熱后控制柜對(duì)鐵軌溫度進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后自動(dòng)停止加熱，低于設(shè)定溫度后自動(dòng)啟動(dòng)加熱，以此避免電力的浪費(fèi)和高溫造成的設(shè)備提前老化。

B過流、漏電保護(hù)功能

控制柜設(shè)置了漏電保護(hù)開關(guān)和過流保護(hù)開關(guān)，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可以對(duì)設(shè)備本身和工作人員進(jìn)行保護(hù)，以免造成更大的損失。

關(guān)鍵部件采用了漏電保護(hù)器、變壓器保護(hù)器和防雷設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)加熱及用電設(shè)備進(jìn)行電流和電壓的監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生突變時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源，防止電路起火及燒壞器件，保護(hù)設(shè)備和人身安全。

C系統(tǒng)擴(kuò)展功能可根據(jù)用戶的特殊要求，在控制系統(tǒng)中預(yù)留備用回路。本次融雪工程共安裝4臺(tái)室外機(jī)柜（馬泉營設(shè)置2臺(tái)），每臺(tái)機(jī)柜均預(yù)留了2個(gè)回路。例如后沙峪站，有6組道岔需要安裝融雪設(shè)備，控制系統(tǒng)按8組道岔（實(shí)用6組、預(yù)留2組）進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。

D遠(yuǎn)程設(shè)置與修改控制柜參數(shù)功能

在車站終端應(yīng)能設(shè)置或修改各種參數(shù)（如下雪、雪停門限值等）。

（3）工作原理

道岔融雪系統(tǒng)是根據(jù)就地設(shè)置的氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過控制端自動(dòng)判斷，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化道岔融雪控制。從而有效地節(jié)約人力資源，提高了工作效率、確保行車安全，是地鐵車輛安全運(yùn)營很好的輔助設(shè)施。

降雪時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入加熱狀態(tài)的情況。雪在傳感器的表面融化成水，傳感器檢測(cè)到模擬量變化，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制模塊，并且將溫度和濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制模塊，主控制模塊根據(jù)用戶設(shè)置的溫度門限值判斷下雪狀態(tài)溫度是否滿足融雪條件，如果滿足則進(jìn)入加熱狀態(tài)。

不下雪時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入加熱狀態(tài)的情況。當(dāng)環(huán)境溫度較低，空氣濕度很大時(shí)，有些地方可能會(huì)出現(xiàn)鋼軌結(jié)霜或者凍雨現(xiàn)象，此時(shí)，道岔也需要加熱。用戶可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況設(shè)置啟動(dòng)加熱的溫濕度門限，系統(tǒng)將根據(jù)門限自動(dòng)進(jìn)入加熱狀態(tài)。加熱過程，軌溫保持恒定溫度。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入加熱過程，軌溫傳感器將鋼軌溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制模塊，主控制模塊根據(jù)用戶設(shè)置接通或斷開加熱回路，使鋼軌維持在可以融雪的溫度范圍，以達(dá)到節(jié)能效果。

設(shè)計(jì)降雪結(jié)束后系統(tǒng)延時(shí)加熱功能。降雪結(jié)束后鋼軌上的積雪不會(huì)立刻融化，設(shè)置停雪后的加熱延時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷并且按照設(shè)置的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行延時(shí)加熱。雪停后檢測(cè)鋼軌上積雪。雪停后系統(tǒng)進(jìn)入停止加熱狀態(tài)，當(dāng)鋼軌上傳感器檢測(cè)到有雪時(shí)，重新進(jìn)入加熱狀態(tài)，按照設(shè)定的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行延時(shí)加熱。

道岔融雪系統(tǒng)電氣防護(hù)。道岔融雪的電加熱元件安裝于道岔的尖軌處，可以防止對(duì)軌道電路的干擾；融雪設(shè)備電路均采用隔離變壓器進(jìn)行隔離，從而確保安全。

此設(shè)計(jì)方案力求在國際領(lǐng)先水平下保證安全可靠。該設(shè)備系統(tǒng)使用的道岔融雪設(shè)備是采用被國際上認(rèn)可的新技術(shù)——電加熱方式，在基本軌軌腰安裝直型加熱元件方案，此方式安裝簡(jiǎn)便，對(duì)工務(wù)養(yǎng)護(hù)作業(yè)基本無影響。道岔融雪設(shè)備加熱元件采用U型固定，通過防松螺母和儲(chǔ)能彈簧固定，安裝在尖軌和基本軌嚙合后的縫隙處，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)尖軌和基本軌嚙合無影響。

該設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的道岔融雪設(shè)備除加熱條材料以外均為我國自主研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品。

3、結(jié)束語

作為北京地鐵首例引入道岔融雪設(shè)備的工程，15號(hào)線有效的節(jié)約了人力資源，實(shí)現(xiàn)道岔融雪的全自動(dòng)化控制，適應(yīng)于現(xiàn)代軌道交通高速、安全和自動(dòng)化的要求。

該設(shè)備系統(tǒng)于2011年10月底在北京地鐵15號(hào)線安裝調(diào)試完成并投入應(yīng)用，經(jīng)兩個(gè)冬季考驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，操控方便，融雪效果明顯。23組道岔均未發(fā)現(xiàn)異常，未發(fā)生因冰雪引發(fā)的行車事故。

道岔融雪設(shè)備是北京軌道交通道岔融雪領(lǐng)域引入的新技術(shù)，其設(shè)計(jì)起到里程碑作用，為道岔結(jié)冰積雪處理提供了最新的、有效的處理方案，為其他線路建設(shè)提供了范例，有效節(jié)約了運(yùn)營管理成本，化解了困擾運(yùn)營單位多年的冰雪季運(yùn)營維護(hù)難題，實(shí)現(xiàn)了地鐵道岔除雪除冰全自動(dòng)化，有效化解了北京地鐵在冰雪季節(jié)由于天氣因素而無法保證客運(yùn)密度的難題。通過在15號(hào)線的工作檢驗(yàn)，目前該套設(shè)備已經(jīng)在北京市其他新建地鐵線路設(shè)計(jì)上進(jìn)行了推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊福軍.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)：淺談地鐵道岔融雪系統(tǒng)和施工. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)編輯部，2012 N.34

[2] 李炎鋒 胡世陽 武海琴 李俊梅 侯隆澍.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰的模型. 北京工業(yè)大學(xué)，2008年12期

作者：申樟虹

篇10

【關(guān)鍵詞】礦井；供電；綜合自動(dòng)化；

中圖分類號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、前言

文章對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的技術(shù)要求進(jìn)行了介紹，對(duì)礦井供電系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了闡述，通過分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井井下供電綜合自動(dòng)化的措施進(jìn)行了探討。

二、煤礦井下供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的技術(shù)要求

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、國家煤礦安全監(jiān)察局頒發(fā)的《煤礦安全規(guī)程》中，第441、442條中明確規(guī)定，不僅井上需采取兩回路電源供電運(yùn)行方式，同時(shí)還將兩回路供電運(yùn)行方式技術(shù)規(guī)定延伸到井下采區(qū)變（配）電所中，這樣可以確保井下供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。同時(shí)，要求向局部通風(fēng)機(jī)供電的井下變（配）電所必須采用分列運(yùn)行方式等，這樣可以確保井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。井下兩回路供電電源采取并列運(yùn)行，即按照一用一備和分列運(yùn)行方式進(jìn)行供電。另外，要結(jié)合井下采區(qū)供電機(jī)電設(shè)備的種類和負(fù)荷等級(jí)，確定合理的供電方案和運(yùn)行方式，提高礦井安全生產(chǎn)水平，確保井下作業(yè)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定進(jìn)行。

三、礦井供電系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)原則

1.在保證供電安全可靠的前提下，力求所用的開關(guān)、啟動(dòng)器和電纜等設(shè)備最少。

2.原則上一臺(tái)啟動(dòng)器只控制一臺(tái)低壓設(shè)備；一臺(tái)高壓配電箱僅控制一個(gè)變壓器。當(dāng)高壓配電箱或低壓?jiǎn)?dòng)器3臺(tái)及以上時(shí)，應(yīng)設(shè)置進(jìn)線開關(guān)。采區(qū)為雙電源供電時(shí)，應(yīng)設(shè)置2臺(tái)進(jìn)線高壓配電箱。

3.當(dāng)采區(qū)變電所的動(dòng)力變壓器多于一臺(tái)時(shí)，應(yīng)合理分配變壓器的負(fù)荷，原則上一臺(tái)變壓器負(fù)擔(dān)一個(gè)工作面的用電設(shè)備，且變壓器最好不并聯(lián)運(yùn)行。

4.由工作面配電點(diǎn)到各用電設(shè)備宜采用放射式供電，上山及順槽的輸送機(jī)宜采用干線式供電。供電線路應(yīng)走最短的路線，但應(yīng)注意回采工作面（機(jī)采除外）、軌道上下山等處不應(yīng)敷設(shè)電纜，溜放礦石、矸、材料的溜道中嚴(yán)禁敷設(shè)電纜，并盡量避免回頭供電。

5.大容量設(shè)備的啟動(dòng)器應(yīng)靠近配電點(diǎn)的進(jìn)線端，以減小啟動(dòng)器間電纜的截面。

6.局部通風(fēng)機(jī)無論在工作或交接班時(shí)都不準(zhǔn)停風(fēng)，因此設(shè)置雙電源雙專供的風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)，采區(qū)變電所內(nèi)分別由兩臺(tái)接在不同母線上的高壓配電箱進(jìn)行供電，兩趟線路上分別設(shè)置專用變壓器及專用開關(guān)，分別給兩臺(tái)風(fēng)機(jī)供電，并將風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)管理，1#風(fēng)機(jī)和2#風(fēng)機(jī)，進(jìn)行單雙日切換，單日開單號(hào)機(jī)，雙日開雙號(hào)機(jī)，每日進(jìn)行切換，當(dāng)其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)時(shí)另一臺(tái)風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)向工作面供風(fēng)，以防止工作面停風(fēng)。

四、實(shí)現(xiàn)礦井井下供電綜合自動(dòng)化的措施

1.改造高壓供電系統(tǒng)：（1）將富力供電中心以前使用的SNI型斷路器改為ZN28-10型斷路器，ZN28-10型斷路器以其中封式縱磁場(chǎng)真空滅弧室為顯著特點(diǎn)，在很大程度上增加了高壓開關(guān)自我保護(hù)的直來那個(gè)和性能，同時(shí)也提高了斷路器的斷流效果，通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)該短路器的斷流次數(shù)可達(dá)25次，機(jī)械壽命在一萬次左右，具有十分優(yōu)良的性能。（2）采用CT19型彈簧操作機(jī)構(gòu)：CT19型彈簧操作機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能方式具有自動(dòng)和人工兩種方式，儲(chǔ)能時(shí)間較小，合分閘同樣有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式供選擇，同時(shí)該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能比較好，是改造供電系統(tǒng)的質(zhì)量的有效設(shè)備之一。

2.改變接地方式：將使用的變壓器改為SJD9型接地變壓器，該變壓器能夠以Z型繞組方式提供一個(gè)中性接地點(diǎn)，并且具有零序阻抗低的特點(diǎn)，這使得當(dāng)變壓器工作時(shí)，大部分的電壓都加在變壓器的線圈上，增加其電壓補(bǔ)償能力，另外，SJD9型變壓器的二次側(cè)裝的繞組與三角形的狀態(tài)呈現(xiàn)，是整個(gè)繞組具有穩(wěn)定性，在很大程度上降低采樣信號(hào)以及外界信號(hào)對(duì)供電系統(tǒng)的干擾。（2）采用XHDZ型消弧線圈，它的工作性能穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，且跟蹤速度快，便于供電工作的完成。另外將開關(guān)改為DYZ型，DYZ型開關(guān)具有開關(guān)電壓高，轉(zhuǎn)換速度快，開快檔位多等特點(diǎn)將其與XHDZ型消弧線圈配合使用，可大大提高供電系統(tǒng)的供電效果。

3.改變選線裝置：應(yīng)該選取在6KV中性點(diǎn)不接地或經(jīng)電阻接地的選線系統(tǒng)，另外選線系統(tǒng)往往應(yīng)該在小電流接地的條件下工作，但是小電流工作系統(tǒng)在發(fā)生故障的時(shí)候會(huì)使得所有有對(duì)地電容的電路上都有零序電流流過，這類電流具有小且散的特點(diǎn)，這給接地線路帶來了一定的麻煩，再加上消弧線圈的影響就會(huì)使難度進(jìn)一步加深。（2）在發(fā)生此類故障時(shí)應(yīng)該及時(shí)的對(duì)發(fā)生故障的線路進(jìn)行同步采樣，并對(duì)采樣的結(jié)果進(jìn)行合理的分析，在分析的基礎(chǔ)上對(duì)故障進(jìn)行判斷，選取適當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法。值得注意的是分析時(shí)要結(jié)合信號(hào)幅值和相位的大小以及變化程度，綜合分析之后在選取解決策略。

五、提高煤礦井下供電安全可靠性的技術(shù)措施

1.提高井下供電可靠性

當(dāng)煤礦井下一類負(fù)荷出現(xiàn)供電中斷時(shí)，將會(huì)引起嚴(yán)重的人身傷亡、設(shè)備損壞事故，不僅給煤礦帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還會(huì)造成巨大社會(huì)負(fù)面影響。所以，必須保證井下供電的安全可靠性，每一礦井均必須采取兩回電源進(jìn)行供電，且對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、立井提升系統(tǒng)等一類負(fù)荷，必須從井下變（配）電所中采取兩路互為備用電源進(jìn)行供電。井下供電雙回電源回路，必須引自不同的發(fā)電廠或變電所，并配置完善可靠的自動(dòng)切換裝置，一旦工作電源回路出現(xiàn)故障，則會(huì)通過自動(dòng)切換裝置自動(dòng)切換到備用電源回路，快速恢復(fù)供電，確保井下作業(yè)的安全可靠性。為了確保井下供電的安全性和可靠性，井下供電的兩回電源回路應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，不得與其他負(fù)荷進(jìn)行分接共用。

2.完善繼電保護(hù)設(shè)備系統(tǒng)

完善井下供電繼電保護(hù)方案，改善繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)，提高供電系統(tǒng)故障或事故工況下動(dòng)作選擇性、可靠性和速動(dòng)性。井下高壓電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力變壓器等高壓動(dòng)力設(shè)備、控制設(shè)備等，均需按照要求設(shè)置短路、過負(fù)荷、接地和欠壓釋放等保護(hù)功能。煤礦應(yīng)根據(jù)井下作業(yè)用電負(fù)荷類型、保護(hù)等級(jí)、分布位置、使用頻率等實(shí)際情況，有針對(duì)性地進(jìn)行井下供電系統(tǒng)繼電保護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)采取各種先進(jìn)的技術(shù)措施、設(shè)備裝置等，提高井下供電的安全可靠性，減少供電故障或事故影響范圍，同時(shí)提高故障或事故排除速度，確保井下供電的安全可靠性。

3.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的幾種新型綜合保護(hù)裝置

電氣控制與保護(hù)領(lǐng)域高速發(fā)展，從熱電磁到電子智能保護(hù)，從PCS、ACS、CCS、DCS系統(tǒng)NFCS現(xiàn)場(chǎng)總線，己走向了系統(tǒng)化和智能化。目前電力系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)得到普遍應(yīng)用，國外典型的有美國SEL公司的SEL-279、SEL-321型，GE公司的ALPS型，德國西門子公司的7sA531型微機(jī)保護(hù)裝置等；國內(nèi)有南自廠的WXB系列，南瑞繼保集團(tuán)的RCS系列，北京德威特集團(tuán)的DVP-600系列，以及許繼集團(tuán)、南京因泰萊、陜西銀河等都有成熟的自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)；煤礦系統(tǒng)在用的還有北京順城電子公司的KJ67、煤科總院常州自動(dòng)化所的KJ36電力監(jiān)控系統(tǒng)等。

4.對(duì)礦用新型綜合保護(hù)裝置的建議

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將在煤礦逐步推廣應(yīng)用。由于井下開關(guān)設(shè)備種類比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多種多樣，空間非常狹小且要隔爆。故新型綜合保護(hù)裝置必須體積小，有標(biāo)準(zhǔn)的插接接口。保護(hù)模塊應(yīng)具有性能優(yōu)、可靠性高、靈活性強(qiáng)、調(diào)試維護(hù)方便、性價(jià)比好、多功能化等特點(diǎn)。采用開放式軟硬件系統(tǒng)、嵌入分布式結(jié)構(gòu)與多CPU并行工作方式，豐富人機(jī)對(duì)話功能確保煤礦供電設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

六、結(jié)束語

礦井下生產(chǎn)的危險(xiǎn)系數(shù)，相對(duì)于其他行業(yè)來說，是非常高的。加強(qiáng)礦井供電自動(dòng)化設(shè)計(jì)，提高供電穩(wěn)定性和安全系數(shù)，是一個(gè)非常迫切且重要的任務(wù)，需要投入更多的精力才行。

參考文獻(xiàn)：

[l]金竹廣煤礦井下采區(qū)變電站綜合自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案[J]工礦自動(dòng)化，2005（2）