電氣應用論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇電氣應用論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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2課程整合優化，強化專業基礎能力培養

應用型人才培養的關鍵是能力的培養，而基礎能力培養又是其他各種能力培養的重要前提。調研發現，有相當一部分電氣信息類專業的畢業生在擇業、就業時連專業相關的基本能力和基本素質都很缺乏，在就業時就失去了專業的優勢，專業領域實力與競爭力明顯不足。因此，適應應用型人才培養的課程體系就顯得尤為重要。我校電氣信息類相關專業以此為人才“塑像”、課程體系整合優化的重要依據，形成了“通識基礎+學科基礎+專業核心+實踐、創新訓練環節”課程體系框架，進行課程整合優化，加強網絡課程、優秀課程建設，提升學生綜合訓練和創新訓練的質量和效果。如獨立出“模擬電子線路”、“數字邏輯電路”課程的課內實驗與EDA課程相結合，進行課程整合與教學內容、過程管理、評估考核等方面的創新改革，設立“模電實驗”、“數電試驗”課程，將傳統的課內實驗與專業常用的軟件工具（如Multisim、Altiumdesigner）相結合，要求學生在進行相關課程實驗之前需要用相關的專業軟件進行仿真或畫出原理圖，并調整實驗內容增加綜合性設計實驗，加強過程管理、考核。又如，調整傳統的電子實習內容，增強學科基礎與專業核心課程、實踐創新等的聯系，具體做法是將傳統的焊接、調試收音機和數字萬用表的實習內容調整成利用“模電實驗”、“數電試驗”課程所學的專業相關軟件進行原理圖繪制、PCB版圖設計，單片機開發套件（我校自行研發）焊接、測試、軟硬件聯機調試等內容，為后續的“單片機原理及應用”、相關課程設計、綜合應用開發、畢業設計及創新訓練等做準備，這不僅加強了前后課程銜接，還在實踐應用中強化了學生的專業基礎能力培養。再如，整合“傳感器原理及應用”與“虛擬儀器”課程，增設“檢測技術綜合訓練”環節，以綜合項目設計形式將傳感器應用與LabVIEW開發平臺結合，增強學生的系統設計、工程素質意識，培養學生團隊協作精神。

3完善創新訓練體系，注重應用型人才工程實踐能力與創新意識培養

創新訓練包含兩個層面的含義：

（1）人才培養模式的創新，以往本科生教育更注重理論學習，而進實驗室進行項目化的綜合訓練機會相對較少，創新訓練讓更多的學生有機會進入實驗室得到實踐訓練；

（2）真正意義上的創新訓練，包括各類創新實踐活動及各種學科相關競賽活動。不管從哪個層面來說，創新訓練都成為應用型人才能力、素質等培養不可或缺的重要途徑和有效方法。完善省級、校級、二級院系組成“三級”創新訓練體系，為應用型人才工程實踐能力、創意意識、綜合素質培養提供了制度上保障與激勵。電子電氣工程學院在省級大學生實踐創新訓練計劃、校級實踐創新訓練計劃的基礎上，總結多年經驗出臺了二級院系層面的“實踐創新訓練計劃實施辦法”、“學科競賽組織實施辦法”等條例，開放創新實驗室，成立了以學生為主導由經驗豐富的教授、副教授等為顧問的科技協會，積極組織開展各類科技創新活動，引導學生積極參與科學研究、技術開發和社會實踐等創新活動，充分發揮學生學習的主動性、積極性和創新性。這些辦法的實施有效地激發學生求知欲望、實踐創新意識，培養了一批專業基礎扎實、工程實踐能力強、有一定研究基礎的、綜合素質高的應用型人才。先后多次斬獲“中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”特等獎、一等獎，江蘇省大學生機器人大賽冠軍、一等獎，江蘇省大學生實踐創新“最具潛力項目獎”、江蘇省普通高校本專科優秀畢業設計（論文）優秀團隊、優秀畢業設計，飛思卡爾智能車華東賽區二、三等獎等眾多賽事獎項。

4教育教學內容改革創新，強化過程設計、管理與評估

課程體系整合優化完成后，為達到好的教學效果，相應的教育教學內容與教學方式的改革創新也就成為至關重要的一步。教學內容改革注重認知規律、實際應用，以實例、綜合性設計等講解相關知識點等。如電子信息工程專業與電子科學與技術專業的“FPGA系統設計”課程授課內容組織時不受教材的制約，而注重認知規律，循序漸進，逐步推進，減少傳統的硬件結構講解，以實例講解硬件描述語言，在應用中提升學生的學習興趣，將枯燥的記憶與實際練習相結合，加深了學生的記憶。在教育教學方式方面打破傳統的理論教學和實踐教學分離先講理論后做試驗的教學方法，將上課地點安排在實驗室，采用邊講邊練和競賽式實踐操作的教學方法。這種“練中學，學中練”、“競賽式”的教學方法，提高了學生的學習興趣、提高了學習效率、提升了教學效果與教學質量。又如“單片機原理及應用”課程作為推廣試點，經過教學內容整合、教學環境及教學方式改革，在電氣工程及其自動化專業先期開展，取得了與“FPGA系統設計”課程同樣的預期效果。

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對于在電路系統中運行的元器件，都有一個能夠保證其長期穩定運轉的電壓范圍值，我們將這個電壓值成為該元件的額定工作電壓。繼電器作為重要的電氣元件，其運行也應該在額定電壓范圍之內，如果電路中電壓過高會對繼電器造成損壞，使其不能正常發揮其功效，電壓太低則不能使繼電器正常運轉，所以，要將電壓值設定為額定工作電壓才能使繼電器保持在良好的運行狀態。

1.2直流電阻（線圈阻抗）。

流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。這里所說的是線圈中的電阻，而不是繼電器本身的電阻，這一點我們需要做一個區分，萬能表測量電阻的時候我們也要注意它的測量量程，注意連接，不能犯一些常識性的錯誤。

1.3吸合電流。

吸合電流是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。我們要注意的是這里說的是最小電流，不是最大電流，也不是最適電流，一旦繼電器線圈中通過的電流過大，那么繼電器將無法承受這個電阻，那么繼電器就會受到傷害，那么我們的實驗就會失敗。

1.4釋放電流。

指繼電器產生的最大電流，最大的電流通過釋放流過繼電器，在繼電器力發揮作用，使得繼電器能夠正常運行，從而保證繼電器的安全情況，這也是非常重要的一個因素在繼電器中。

1.5觸點切換電壓和電流（觸點容量）。

觸點切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。每一個繼電器都有它自己本身的一個觸點容量，不允許通過它的最大電流是有規定的，不能超過，一旦超過，就會使繼電器的本身容點受到損害，也會破壞它本身自帶的最大電流電阻流量。

2如何對繼電器的性能和效果進行測量

2.1測觸點電阻

用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點與動點電阻，其阻值應為0；而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。我們在實驗室使用萬能表的時候也要注意它的量取最大量，不能超過它的最大電阻，可以采用試電阻法，保證繼電器不會被破壞，也保證萬能表的電阻檔切實可行，并且能夠準確的測量出結果。

2.2測線圈電阻

可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現象。萬能表在整個試驗的過程中的作用是非常巨大的，它還可以用來測量我們繼電器的線圈電阻，線圈電阻和觸點電阻又不相同，觸點電阻可以采用調試法，而線圈電阻要按照測電阻的方法來一步步的測量出最后結果。

2.3測量吸合電壓和吸合電流

找來可調穩壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進行監測。

2.4測量釋放電壓和釋放電流

當繼電器發生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當聽到繼電器再次發生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。我們在實驗的過程中有時會出現誤差，出現誤差的原因不是因為我們的實驗做的不對，也不是因為我們的實驗步驟實行的不對，很大的一個方面是我們的實驗技巧不對。在物理化學實驗的過程中，無論我們的實驗的方案做的多成功，我們都必須謹記這樣一個原則，那就是多做幾次相同的實驗來減少實驗的誤差，因為實驗的誤差是不可以人為避免的，我們只能盡可能的減少誤差的進行。

3功效介紹

3.1合理控制電流和電壓

繼電器在電路中的作用相當于電路開關，當電路中電流流量過大時，繼電器可以適當降低電流，保證電路元件不會因電流過大而燒毀，當電量過小時，繼電器會自動擴大電流流量，維持元件的正常運轉。

3.2繼電器可以代替電路開關

在日常生活中，對于一些電流量和電壓值需求不是很大的小型家電設備，通常可以在連接過程中加入繼電器充當開關的作用，較傳統開關而言，其具備更高的安全性，同時也更節省空間。

3.3繼電器可以有效實現電路轉換

同時控制多組電路元件，取代了傳統電路控制過程中多組元件要由不同轉換設備分別控制的方式，省去了繁瑣的中間環節。同時，繼電器還對外部電磁干擾具有防御能力，能夠有效屏蔽外部干擾因素，保證各元件的運行環境。

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（一）能高效、準確控制電氣工程現代控制技術以數字信息為載體，所以通常利用發送數字、代碼、信息的方式指令，來完成控制操作。為確保多個指令能夠第一時間發送出去、準確傳送到指定功能模塊、正確指導系統工作，系統必須設置獨立、且具備抗干擾能力的信息交流中心，依靠其交互功能，實現信息的生成、傳播、控制與管理。

（二）能全面監控電氣工程運行狀態大多數電氣工程的裝置和設備都是全天候運行的，長時間工作，勢必會導致運行故障的發生，為此，現代控制技術還要擔負起監控電氣工程運行狀態的責任，24小時監督工程內各系統設備的運行狀態，如發現故障，應立即報警信息，同時，指明故障位置、故障源、故障影響，以及相關故障資料。工作人員接收到信息后，可第一時間做出反映，修復系統、設備，使電氣工程盡快恢復運行。

（三）具有較高的安全性對于電氣工程而言，“安全”是生產不可忽視的重要原則之一，因此，為避免內、外部環境因素給電氣工程造成運行障礙和影響，現代控制技術不但要具備監控能力，還要擁有較強的自清自查能力，可獨立清除、控制安全隱患。同時，現代控制技術還應針對電氣工程眾多管理項目，設置單元模塊（如：運行監控模塊、電氣工程設施養護模塊、數據管理模塊、工作人員維護操作模塊、電子工程管理模塊等），通過層層過濾的方式，提高技術應用的安全性。只有這樣，現代控制技術才能為電氣工程提供安全、可靠的運行環境。

二、現代控制技術在電氣工程中的應用

（一）幫助電氣工程創建完整的控制系統眾所周知，電氣工程由多個系統結構構成，要想讓這些單元結構能夠獨立、連續的完成工作，現代控制技術應承擔選擇功能、設置功能、計劃功能、解釋功能等多種責任。首先，在各功能模塊上設置監控器，監測它們的操作行為、運行狀態，并以數據的形式記錄，轉存到數據庫中，如此，控制技術既可以依靠“復制數據”找出控制方式，又能隨時檢索系統運行信息，查找故障問題；其次，創建中樞系統、裝置、設備的聯動控制機制，以“作業任務”的形式分配任務，以便于系統可以同步、集中處理重要“運行信息”，不耽誤電氣工程正常工作；最后，因為電氣工程系統、裝置、設備的運行功能復雜、多樣，所以要想正確下達指令，明確指令內容要求相對困難，利用現代控制技術，可將許多復雜的指令編撰成“編碼”，由翻譯器統一處理，如此一來，不僅方便了操作，電氣工程控制管理效率、水平也會大大提升。

（二）科學選擇控制系統設備計算機網絡技術的發展，給電氣工程控制管理提供了多個便利條件、多種選擇可能，所以，作為控制管理的中樞，現代控制技術必須慎重選擇控制系統設備，使其與電氣工程形成配合，達到最佳管理效果。一方面，控制系統設備要具備信息分類、收集、檢索、處理功能，將復雜、且數目龐大的電氣工程數據集中整合到數據庫中，根據管理、控制需要，高效檢索、準確處理、順利傳遞出去；另一方面，控制系統設備還應具備信息翻譯、解釋、轉換能力，因為電氣工程中的裝置、設備不可能使用統一的編碼、指令形式，所以如果兩個運行系統、裝置的指令信息代碼不同，控制設備應能夠兼容分辨，做出正確的處理和判斷，完成智能化、自動化控制。

（三）加強電氣工程內、外部環境管理電氣工程內、外部工作環境的監測工作是其安全生產工作的重中之重，所以，現代控制技術管理工作的重要內容便是環境監測、管理，主要內容包括：監控電氣工程電流、溫度、濕度、電壓、電功率等基礎運行指標數據，如發現階段時間內這些指標數據出現較大波動變化，會立即發出報警信號；管理、控制電氣工程內其他非主要工作設備的運行狀態，比如啟動空調、除濕設備、穩壓設備、變壓設備、變頻設備等。

三、現代控制技術應用發展趨勢

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現在各種各樣的汽車系統都利用了RF技術，包括無鍵遙控輸入（RKE）、GPS、衛星數字式聲頻無線電服務（SDARS）和輪胎壓力監控系統（TPMS）。這些系統中的每一個都要求射頻模塊具有成本低、耐用度/強度高的優良性能（表1）。

由于RF器件按照越小的尺寸為越高的頻率所使用的這一規定，所以當擊穿電壓下降（從典型值50V到3V左右）的時候，它們有呈現出更高的電流密度（在一個典型的晶體管的工作點上大約3mA/µm2或300,000A/cm2）的趨勢。

擊穿電壓和最適宜的電流密度是由集電極的厚度和所摻雜質決定的。對于一個高轉換頻率，集電極必須要薄。為了得到高增益，所有內部寄生電容必須要小，這是橫向尺寸規格縮小的推動因素，但是同時也使晶體管的ESD更容易損壞。

嚴格的晶體管ESD損壞機制研究表明在器件ESD的強度上仍有提升的空間。分立的BFP460晶體管加入了一些這樣的研究結果，目的是承受當達到23GHz的截止頻率時1500V的人體模型（HBM）脈沖，在1.8GHz時有17.5dB的最大穩定增益和1.1dB的最小噪聲數字。

最廣泛被使用的ESD測試標準是HBM，詳見MILSTD883D。在這個標準中，一個100pF的電容被參考電壓VREF充電。隨后參考電壓被斷開，在測試中，當當電容經過一系列的1,500Ω電阻接到待測器件上的時候又會被充電。這個電路裝置可以被看成電流源。

當參考電壓為100V時，被用來作為對ESD來說具有器件體積小和靈敏度更高的低噪聲晶體管，而當電壓達到5,000V時，則被用作較舊式的，較低性能的大體積晶體管。DUT被認為是一種評定特殊ESD等級的方式，即在電壓值為VREF的時候，它能經受得住這些測試的考驗，且其性能沒有下降，也沒有出現故障。盡管ESD測試如今也可能用到晶片上芯片等級的評定上，但作為代表的是其已在封裝器件中得以使用。作為一種對人體標準可供選擇的方法，傳輸線脈沖測量（TLP）經常被用來估計ESD的容限。

一個ESD脈沖最好被理解成器件內部的一個急劇電流波動。對于第一階的近似值來說，假設在器件經歷這個電流波動期間整個事件發生的非常快以至于熱量都來不及傳播和消耗的話，它就是有效的。結果，由ESD感應電流波動引起的溫度上升與電流密度的平方成正比，而且電流密度存在一個極限值，超過這個值實際上就會使器件中的硅熔化。

事實上，硅材料的融化會導致器件故障。由于電流密度是導致器件故障的關鍵一條，所以具有較大發射極邊緣面或面積的晶體管就比小一些的更耐用。與普遍看法相反，在集電極－發射極之間的擊穿電壓VCEO與其阻抗和ESD損壞并沒有相互關系。

為了提高耐用性，RF集成電路設計師們已經開發了ESD內部保護結構，用來幫助保護ESD靈敏的RF輸入和輸出端免受有害ESD事件的影響。但比較遺憾的是這些保護結構也在RF端加入了寄生電容，電感和損耗，因此導致其性能下降，同時也使得這種結構不適合與分立器件（對性能要求更高）一起使用。

在一個像雙極晶體管這樣的三引腳器件中，經由器件的任意兩個引腳一共有六種可能的方式來應用ESD脈沖，而未使用的器件引腳仍然是開路（未連接）。通常當ESD脈沖反方向接在PN結兩端的時候晶體管最容易損壞。而依賴于特殊半導體工藝技術，集電極-基極結通常是微弱的連接在RF晶體管上。

在發生ESD期間，基極-集電極的空間電荷被壓入高度摻雜質的底層（或RFIC中的隱埋層）。這種情形與所謂的Kirk效應非常相似。幾乎整個晶體管的電壓都加在了集電極地層，增強了這個區域的磁場強度（集電極區域的自由電子密度已經超過了摻雜密度）。因為集電極的自由電荷必須被極性相反的電荷補償，它們能夠中和的唯一的區域就是高度摻雜層（或隱埋層）。就硅而言，如果這個磁場達到了大約3×105V/cm的內部擊穿磁場強度的時候，那么大量的撞擊離子就出現了。形成了更多的自由載體（電子和空穴）并發生逃逸，同時外部電壓擊穿。在VCEO突變后的這種作用在參考1中被稱為“二次激變”。

ESD脈沖包含的大多數能量都被釋放在磁場強度最高的地方，這一點增加了局部器件溫度。由于具有內在傳導機制，這反而又增加了自由載體的數量。借助于一個正反饋機制這個過程就這樣周而復始的繼續下去，結果，電流會逐漸聚集一個越來越小的點上，隨后硅材料會被融化并燒毀。

在某種程度上，電流路徑上一系列分布阻抗能夠幫助避免ESD感應波動電流的聚集。

一系列的阻抗使得波動電流呈分布狀態，并能幫助避免隨后的破壞發生。晶體管單元的細心設計也能幫助避免此類破壞作用。例如，晶體殘缺不完整，邊緣過于鋒利，拐角的斷開都可以導致局部電場強度增加，這些缺陷都是應該被避免的。

一個減少ESD感應磁場的直接方式是通過選擇降低層中摻雜質的密度，用來分散相反極性的電荷更加深入的進入層內。可遺憾的是，這種方法影響了層阻抗（和RF性能）。一種更好的方法是在底層和集電極區域之間插入一個過渡層。這個過渡區域的摻雜質密集度要比活躍的集電極區域高，但是要比底層的低；盡管如此，它必須要足夠高到使這個過渡區在正常的工作中可以被當作一個層（圖1）。這種設計方法被運用到了BFP460中用來把ESD的容限從300V提升到1500V（具有64um2發射極區域的封裝器件）。

仿真性能

利用DESSISCAE仿真器可以獲取更多ESD的機制。過程仿真器DIOS作為基本射頻晶體管單元分析的第一步，可用在兩種配置下，即帶有或者不帶緩沖層。在ESD仿真中，要為物理模型設計一個HBM電路，且電容器的放電可以在時域內計算出來。由于反向脈沖負載下的基極－集電極的性能很差，因而常用來做分析。

參考電容可以達到3000V并且最高電流密度可達到12.6mA/µm2。（圖2）對于普通的晶體管，場的異常高區域通常在集電極襯底層邊緣處，然而可以利用緩沖區來有效的降低它，這是由于ESD電流中的自由電子的補償作用分布的更深更廣。而且在內部基極連接處，很高的電流密度也會導致高能電場的產生。通過對很多案例分析發現，該處的硅已經融化了。

圖3中的電流－電壓（I－V）曲線顯示了緩沖層的作用。曲線是在很多時間段上繪制的，利用箭頭合標記來標明時間的發展方向。雪崩效應和電壓崩潰的并發造成了曲線前端的不穩定，這是由自由空穴引起的但不影響ESD分析。帶有緩沖層的器件具有負斜率的I-V特性：如果雪崩效應在一點變得強烈，該處的電壓會上升。如果電壓穩定并均衡，就不會出現電流擁擠的現象。

在分散的射頻晶體管的生產向英飛凌的新流程“自排列雙極性方法”的過渡中，有機會對BFP460做新的設計。在新流程中，發射極是利用對n極層的沉積來取代以前摻雜砷的方法。該方法嚴格控制生產過程的參數，并在參數的小范圍內實現對晶體管高容量運行的控制。

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SKAI™是一個三相逆變模塊，用于將直流電源（來自于燃料電池）轉變成交流電源（供給電機）并可附帶能量回饋電路。該系統含集成的DSP控制器，驅動和保護電路，直流穩壓電容，半導體，絕緣體，傳感器，液體冷卻回路以及和汽車通信的CAN總線接口。

該功率電子模塊包含兩種拓撲結構。其一IGBT模塊設計有600V/1200V，500A/400A規格的輸出能力，適合50~200KW功率的電機，而第二種拓撲MOSFET模塊設計有75V/100V/150V，700A/600A/500A規格的輸出能力，適合3~20KW功率的電機。

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1.1Internet的應用

隨著Internet的普及，在Internet站點的主頁上，可以建立以下應用：

a)查詢電管業務，如電價、報裝流程等。

b)查詢停電通知。用戶可以到網站上查詢停電的時間和影響范圍(可以地圖的方式表示出來)，也可以通過電子函件收到有關的停電通知。

c)查詢用電和交費情況，包括通過電子函件的方式，用戶收到每月的電費單。

d)進行用電申請、報裝進度查詢等等。

e)隨著電子商貿的發展，用戶通過信用卡在網上交費。

1.2intranet的應用

供電企業是一個大型的企業，員工多，部門多，工作地點分散，業務種類繁雜，這就需要一種強有力的手段，使企業內部的信息能有效交流，各部門協調一致地工作以完成任務，對外界環境的變化能及時作出反應。在intranet上，可以實現以下應用和功能：

a)辦公自動化系統。實現公文傳送和審批的自動化，極大地提高了處理業務流程的自動化程度。

b)綜合查詢系統。基于各個應用軟件管理系統，如用電管理、財務管理、人事管理、運行管理、SCADA系統，實現綜合信息查詢。

c)信息。各部門可把通知、情況介紹、規章制度及時出去。

d)電子函件。職工有自己的電子信箱，方便對內和對外交流。

e)新聞組。職工可在intranet上就工作和一些熱門話題進行討論，結合netmeeting可開發出簡單實用的電視電話會議系統。

最終，計算機成為每個職工工作不可缺少的一部分。每天一上班，他就從計算機了解任務，處理業務，記錄結果。連請假、報銷、獎金發放等等日常事務，都通過計算機通知或實現。即使出差在外或在家，也可通過撥號上網來了解情況或處理業務。這樣，避免了繁瑣的公文旅行，提高了工作效率，嚴格了管理制度，供電企業的管理就達到了一個新的水平。

2Internet／intranet在供電企業的解決方案

實現Internet／intranet技術的應用，有多種可選擇方案。選擇方案時應考慮以下因素：首先，要保護原有的硬件和軟件投資；其次，選用的方案要有發展的余地，選用的產品要能得到有效的支持和及時的升級，提品的公司應具備領先的技術和良好的發展前景。

目前，國內比較流行的有Microsoft和IBMLotusDomino／Notes的解決方案。

2.1IBM方案

IBMLotus公司采用LotusDomino企業集成工具構造Internet／intranet的企業解決方案。LotusDomino是群件和電子函件服務器。LotusNotes客戶機裝群件和電子函件，包含E-mail、日歷、時間表、閑談屋、討論廳、Web導航器等等功能，也可利用NotesDesignerforDomino進行應用開發。

2.2Microsoft方案

Microsoft公司有一系列的Internet／intranet方案產品，而且升級非常快。后端服務器主要配置WindowsNT,IIS,SQLserver,Exchangesever。前端主要是Win95(Win98),Office,IE,現在推出Visualstudio6.0，包含各種產品工具，有Visualbasic,VisualC＋＋，Visualfoxpro,VisualJ＋＋，VisualInterDev,Visualsourcesafe,可以支持全面的前端應用開發。

此外，可選用Proxyserver,DNSserver,Siteserver,MTS,MTSQ等產品。數據庫除了SQLserver外，也可以和ORACLE，Sybase,X-base等聯接。

Internet／intranet在企業的應用中，其核心仍然是數據的處理，但它是用統一的、圖形化的界面，使用戶更方便地處理數據。在Internet／intranet開發中，采用三層架構(3-tier)，即應用層(presentation)、業務層(businesslogic)、數據層(dataservice)，并采用分布式組件對象模型(DCOM)的方式建立應用。這種結構提高了系統的性能，有很好的可伸縮性和一致性，無論應用的大小，它都可以適應要求。

在Web應用上，采用動態頁面(DHTML)技術，以ADO(activeXdataobject)接口實現與數據庫的交互。一般的應用頁面，用FrontPage和VisualInterDev開發，所需的ActiveX控件用VisualBasic或VisualC＋＋開發。

在intranet中，需要進行專門的Web開發以實現應用，同時，MSOffice的作用也不可忽視，特別是在辦公自動化方面。Office97已經支持Web應用，因此，在信息交流及數據分析方面，和瀏覽器(IE)有很好的互補作用。例如，通過對象引用，IE可以直接調用Word,Excel等軟件，而Word,Access等Office軟件也可以直接生成HTML的文件。

在網絡結構上，整個網絡都實行結構化布線，主要運行TCP／IP協議，采用B類網，通過路由器將網絡分為9個子網。原有的網絡通過路由器連接DDN專線和Internet相聯。考慮到內部用戶可通過撥號連接，增加了訪問服務器。為了系統安全，采取內部WWW和外部WWW相隔離的辦法，并在外部WWW服務器上運行防火墻軟件。

核心數據服務器采用ALPHA8000，運行DigitalUnix4.0d,數據庫Oracle8.0.4。E-mail服務器采用ALPHA4000，運行WindowsNTServer4.0,ExchangeServer。工作站基本上都運行Windows95(98),MSOffice,IE。交換機為CISCOCatalyst5500,CISCOCatalyst3000。路由器為CISCO4501和CISCO2501(接各區網點)。訪問服務器為Cisco2511。集線器為3COMsuperstackⅡ。網卡為3COM3C905B-TX。傳輸介質為AT&T1061，5類UTP。

在系統平臺基本就緒以后，逐步建立intranet的應用。例如，在intranet基礎上的電費查詢系統(可以平移到Internet)。在聯網的計算機上，只要運行IE，就可以訪問到ALPHA4000上的Web服務器。有關人員在通過密碼驗證后，就可以訪問到存放在ALPHA8000服務器上的每個用戶1a的電費數據和有關資料。

3結束語

展望未來，建立起Internet／intranet應用，能夠樹立企業形象，提高管理水平和服務質量，這對一個在新形勢下面向市場的供電企業，有很大的現實意義。

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自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,"機電一體化"技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.

(一)"機電一體化"的發展歷程

1.數控機床的問世,寫下了"機電一體化"歷史的第一頁;

2.微電子技術為"機電一體化''''''''帶來勃勃生機;

3.可編程序控制器、"電力電子"等的發展為"機電一體化"提供了堅強基礎;

4.激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使"機電一體化"躍上新臺階.(二)"機電一體化"發展趨勢

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢.

2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、cpu等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。

三、典型的機電一體化產品

機電一體化產品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類。典型的機電一體化系統有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、cad／cam系統等。典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳感器、專用集成電路、伺服機構等。這些典型的機電一體化產品的技術現狀、發展趨勢、市場前景分析從略。

四、北京發展“機電一體化”而臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。

前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。

(一)北京“機電一體化”工作面臨的形勢

1.北京用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度

(1)在700余家北京市屬工業系統的企業中，有60%以上的企業用微電子技術改造機床設備、工業窯爐、風機電泵、生產過程的任務還未完成需要量的一半。

(2)北京工業系統還有2000余臺機床設備亟需用微電子技術進行改造；在已改造的近6500臺機床設備中，大約有15%需進一步改造。

(3)北京工業系統尚有近250座工業爐窯亟需用電子信息技術進行改造；且610座已改造過的工業爐窯也很有進一步應用模糊技術進行二次改造的必要。

(4)北京工業系統cad應用還有較大差距。目前，北京工業品設計，cad應用率僅17%(而美、日等國已超過85%；國內先進地區也超過了30%)；cad的覆蓋率才達到11%(而全國cad應用工程領導小組指出，“八五”期間大中型企業要達到35%，中小型骨干企業要達到15%—20%；到“九五”時，按國務委員宋健的要求，基本上要甩掉繪圖板)。

(5)北京工業系統共有改造價值的各種風機電泵裝機容量50萬千瓦，尚49萬多千瓦用變調速技術進行改造的任務，占總任務量的99.5%左右。

(6)工業是全市能源消耗大戶。1992年，北京工業系統占全市能耗總量的59.5%。而北京是一個能源嚴重缺乏的城市，1992年北京工業系統萬元產值能耗折合標煤為2.47噸，比上海的1.57噸高57%，比天津的2.15噸高14%，比先進的工業化國家高近9倍。因此，北京工業系統節能降耗的任務非常重，而電力電子技術是節能降耗的王牌。

2.北京用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。北京市的工業產品大約有3萬種，每年約開發試制新產品3000種，更新周期很長。由于更新換代速度跟不上市場變化的需要，影響了北京工業產品的競爭能力。

1993年，北京市工業系統生產的機電一體化產品約837種，在當年生產的產品品種總數中僅占7.8%左右。其中：機械局系統主要產品約1200種，機電一體化產品不到150種機電一體化產品所占比例僅4%強；儀器儀表總公司系統主要產品350種，機電一體化產品210種，機電一體化產品所占比例為60%；輕工系統主要產品總數為649種，機電一體化、智能化產品15種，機電一體化、智能化產品所占比例約2.3%；汽車工業總公司系統平均每輛汽車的總成本為3.5萬元，每輛汽車平均裝用電子產品的費用約300元，不是總成本的1%；與國外約28%的先進水平相差甚遠；與國內先進水平相差一半左右。

3.北京用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在北京工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重，且不少地處城區和近郊區。近年來北京的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。

(二)北京“機電一體化”工作的任務

北京在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為北京產業結構和產品結構調整作貢獻。

1.北京應用機電一體化技術改造傳統產業的工作重點

(1)大力采用模糊技術，工業爐窯改造應上新臺階

國內外成功的范例表明，應用模糊技術改造工業爐窯比單純用計算機和pid技術好的多。因此，我們建議今后北京在改造工業爐窯時要大力推廣應用模糊技術，到2000年，對應該進行改造但尚未改造的近250座工業爐窯要用模糊技術等先進電子信息技術改造完畢，其中采用模糊技術改造要在80%。

(2)積極采用數控技術，機床高備改造要達新水平

對機床設備的改造重點應放在經濟型數控系統的推廣應用上。根據需要和可能，到1995年，北京應該改造的機床設備(8420臺)的改造率要達80%以上，到本世紀末要改造完畢。

(3)努力推廣變頻調速技術，風機電泵改造要攀新高度

風機、電泵采用變頻調速后一般可節電20%以上，效果十分顯著。因此，在今后幾乎，北京要把交流變頻調速技術的推廣應用作為重點來抓。到1995年，應該采用變頻調速技術改造的風機、電泵要改造完60%；到本世紀末，北京的風機、電泵和其它調速電機要普遍；采用先進的變頻調速技術。

(4)優先應用cad／cam技術，工業設計水平提高要有新目標

北京工業產品更新換代慢，設計工作跟不上需求變化是重要原因之一。目前，北京工業系統cad的應用率為17%，cad的覆蓋率為11%，到1995年應分別達到20%和15%，本世紀末，要力爭分別達到55%和45%。

2.北京機電一體化產品開發的奮斗目標

(1)總體目標：到1995年全市的機電一體化產品數應不少于800種，2000年，應不少于2000種，機電產品的機電一體化率分別達到25%和60%。

(2)單項目標：

·機床數控化率：1995年，產量數控化率達5%，產值數控化率達16%；2000年，分別達12%和40%。

·汽車電子化程度：1995年，平均每輛汽車上裝用和電子產品的費用不少于1000元，在整車成本中所占比例不低于3%；到2000年分別不少于3000元，不低于8%。

·plc的開發生產能力：“八五”期間，開發能力要穩居全國首位；“九五”北京要成為全國主要的plc生產基地之一。

·“電力電子”開發生產能力：“八五”期間掌握第二代電力電子器件的批量生產技術和第三代電力電子器件的開發技術。“九五”期間第三代電力電子器件的生產要形成經濟批量。在電力電子產品應用方面，“八五”期間，開關電源、高頻電源、逆變電源要成為拳頭產品；交流變頻調速裝置要達到批量生產程度；高頻電子鎮流器要能出口創匯；“九五”，北京要形成一個具有電力電子器件、電力電子裝置研制、生產、開發、推廣綜合配套能力的高新技術產業。

·模糊控制器的開發生產能力：“八五”要把北京建成全國模糊技術控制器的開發生產基地，開發出用于工業爐窯改造，壓力、溫度、流量控制的模糊技術控制系統典型產品來；交逐步將模糊技術應用于家用電器中。1995年，空調器、洗衣機、電冰箱、吸塵器、電風扇等家用電器產品模糊控制器的普及率要分別達到15、20%、5%、15%、8%左右。到本世紀末，北京家用電器模糊技術普及率要達到50%以上。

·其它機電一體化產品的開發生產能力：微機控制多色印刷機要穩居全國第一；電子醫療儀器的開發、生產爭取在“八五”有較大突破，“九五”在品種和產量上全國領先；在“八五”期間，以30萬千瓦汽輪發電機組為代表的發電設備要形成綜合配套能力，打出規模效益來；數字化、智能化儀器儀表，自動化裝置要上品種、上批量……

總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟北京機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。如果北京完成好上面所建議的“機電一體化”發展兩方面的目標，那么，到本世紀末，北京就會形成一個銷售額超過200億元的機電一體化產業。其中，數控機床、機電一體化印刷系統、新型電子醫療設備和數字化智能化儀器儀表等機電一體化裝備銷售額可超過150億元；“電力電子”的銷售額可超過20億元；plc模糊控制器等銷售額可超過15億元；汽車電子化、自動化智能化輕工民用電器產品銷售額可超過25億元。機電一體化產業不僅是北京高新技術產業的主力軍，也是機電行業停工、待產、明虧、潛虧企業的出路所在。

五、北京發展“機電一體化”的對策

(一)加強統籌安排，協調發展計劃

目前，北京地區從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套發展策略和計是。同時，市政府各有關委、辦、局(總公司)也有不少相應的發展計劃與規劃。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，市政府各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，全市缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議市政府責成有關機構在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出北京統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!

(二)強化行業管理，發揮“協會”作用

目前，北京“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，北京有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能。

“協會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作……

(三)優化發展環境、增大支持力度

優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到北京投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

在經濟政策上，要多給機電一體化科研攻關課題、開發應用項目利用科技專項基金和科技三項費用的機會；銀行發設貸款要多向機電一體化技術改進、生產合資和機電一體化產業規模化建設項目上傾斜；成立“機電一體化”發展基金，支持機電一體化生產發展等。

(四)突出發展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

我們認為，北京“機電一體化”發展，當務之急，重中之重是：

抓緊開發生產gto、gtr、vdmos等新型電力電子器件及其應用裝置——交流變頻調速器、逆變焊機、高頻電子鎮流器等，用電力電子技術進行的節能、節材為主要目的的技術改造；

篇（8）

一、前言

電涌保護器(SPD)是抑制由雷電、電氣系統操作或靜電等所產生的沖擊電壓，保護電子信息技術產品必不可少的器件。隨著各種電子信息技術產品越來越多地滲入到社會和家庭生活的各個領域，SPD的使用范圍日益擴大，市場需求量日益增長。

總的來說，電子信息技術產品的過電壓保護還是一個新的技術領域，兩相關于SPD的國際標準IEC61643-1和IEC61643-21發表才幾年，有關SPD應用中的許多問題還存在著爭議，本文就其中的4個問題提出筆者個人的看法，以期引起討論。它們是：SPD的響應時間，多級SPD的動作順序，不同波形沖擊電流的等效變換以及SPD的殘壓與沖擊電流峰值的關系。最后對SPD應用中各個電壓之間的相互關系作了說明。

二、SPD的響應時間

不少人錯誤地認為，響應時間是衡量SPD保護性能的一個重要指標，制造廠也在其技術資料中列明了這一參數，但許多制造廠并不知道它的確切含義，也未進行過測量。一個流行的觀點是，在響應時間內，SPD對入侵的沖擊無抑制作用，沖擊電壓是"原樣透過"SPD而作用在下級的設備上。這不符合SPD的是工作情況，是錯誤的。

SPD中對沖擊過電壓起抑制作用的非線性元件，按其工作機理可區分為"限壓型"（如壓敏電阻器、穩壓二極管）和"開關型"（如氣體放電管、可控硅）。

氧化鋅壓敏電阻器是一種化合物半導體器件，其中的電流對于加在它上面的電壓的響應本質上是很快的。

那么，以前的技術資料中所說的用壓敏電阻構成的SPD響應時間r≤25ns是怎么回事呢？

這是技術標準IEEEC62.33-1982[2]中定義的響應時間，它是一個用來表征"過沖"特性的物理量，與通常意義上的響應時間是完全不同的另外一個概念。為了說明這一點。

IEEEC62.3(6.3)電壓過沖（UOS）。在沖擊電流波前很陡、數值又很大時，測量帶引線壓敏電阻的限制電壓的結果表明，它大于以8/20標準波時的限制電壓。這種電壓增量UOS稱作"過沖"。盡管壓敏電阻材料本身對陡沖擊的響應時間有所不同，但差別不大。造成過沖的主要原因是在器件的載流引線周圍建立起了磁場，該此磁場在器件引線和被保護線路之間的環路中，或者在引線與模擬被保護線路的測量電路之間的環路感應出電壓。

在典型的使用情況下，一定的引線長度是不可避免的，這種附加電壓將加在壓敏電阻器后面的被保護線路上，所以在沖擊波波前很陡而數值又很大的條件下測量限制電壓時，必須認識到電壓過沖對于引線長度和環路耦合的依賴關系，而不能把過沖作為器件內在的特性來看待。

近幾年來發表的國際電工委員會關于SPD的技術標準IEC61643-1和IEC6163-21都沒有引入響應時間這一參數：IEEE技術標準C62.62-2000[]更明確指出，波前響應的技術要求對SPD的典型應用而言是沒有必要的，可能引起技術要求上的誤導，因此如無特別要求，不規定該技術要求，也不進行試驗、測量、計算或其他認證。這是因為：

（1）對于沖擊保護這一目的而言，在規定條件下測得的限制電壓，才是十分重要的特性。

（2）SPD對波前的響應特性不僅與SPD的內部電抗以及對沖擊電壓起限制作用的非線性元件的導電機理有關，還與侵入沖擊波的上升速率和沖擊源阻抗有關，連接線的長短和接線方式也有重要影響。

筆者認為，對于電源保護用SPD，以下三項技術指標是重要的：①限制電壓（保護電平）；②通流能力（沖擊電流穩定性）；③3連續工作電壓壽命。

三、多級SPD的動作順序

當單級SPD不能將入侵的沖擊過電壓抑制到規定保護電平以下時，就要采用含有二級、三級或更多級非線性抑制元件的SPD。

非線性元件Rv2和Rv2都是壓敏電阻，實用中RV1也可以使氣體放電管，Rv2也可以是穩壓管或浪涌抑制二極管（TVS管）。兩極之間的隔離元件Zs可以是電感Ls或電阻Rs，若RV1和RV2的導通電壓分別是Un1和Un2，所選用的元件總是Un2>Un1。

有人認為，當入侵沖擊波加在X-E端子上時，總是第一級RV1先導銅，然后才是第二級。實際上，第一級或第二級先導通都是可能的，這取決于以下因素：

(1)入侵沖擊波的波形，主要是電流波前的聲速（di/dt）；

(2)非線性元件Rv1和RV2的導通電壓Un1和Un2的相對大小；

(3)隔離阻抗Zs的性質是電阻還是電感，以及它們的大小。

當Zs為電阻Rs時，多數情況是第二級先導通。第二級導通后，當沖擊電流I上升到iRs＋Un2≥Un1是第一級才導通。第一級導通后，由于在大電流下第一級的等效阻抗比Rs加第二級的等效阻抗之和小得多。因而大部分沖擊電流經第一級泄放，而經第二級泄放的電流則要小得多。若第一級為氣體放電管，它導通后的殘壓通常低于第二級的導通電壓Un2，于是第二級截止，剩余沖擊電流全部經第一級氣體放電管泄放。

若Zs為電感Ls，且侵入電流一開始的上升速度相當快，條件Ls(di/dt)＋Un2>Un1得到滿足,則第一級先導通。若第一級導通時的限制電壓為Uc1(1),則以后隨著入侵沖擊電流升速(di/dt)的下降，當條件UC1(1)≥Ls(di/dt)＋Un2得到滿足時，第二級才導通。第二級導通后，將輸出端Y的電壓，抑制在一個較低的電平上。

四、不同波形沖擊電流的等效變換

SPD的沖擊電流試驗會碰到諸如8/20、10/350、10/1000或2ms等不同波形，那么從對于SPD的破壞作用等效的角度看，如何進行不同波形沖擊電流的峰值換算，有人主張按電荷量相等的原則進行換算。按照這一原則，只要將兩種不同波形的電流波對時間積分，求得總的電荷量，令兩個電荷量相等，就可得到兩種波的電流峰值之間的比例關系了。這種變換方法與泄放沖擊電流的元件沒有一點關系，顯然是不切合實際的。還有人主張按能量相等的原則進行換算。按照這一原則，不僅要知道兩個電流波形，還要知道當這兩個電流波流入電壓抑制元件時，該元件兩端限制電壓的波形，然后將各個時刻對應的電流值和電壓值相乘而得出功率波，再將功率波對時間積分得出能量，令兩個能量值相等，就可得到兩個電流峰值之間的比例關系了。這種變換方法考慮到了具體的非線性元件，但沒有考慮沖擊電流的熱效應和電流值很大時的電動力效應。實際上就氧化鋅壓敏電阻而言，它能承受的8/20沖擊電流的能量比承受2ms時的能量大。該圖表明了厚度為1.3mm的早期壓敏電阻樣品能承受的沖擊電流能量隨電極面積的變化。可見，能量相等的原則至少對壓敏電阻是不適用的。

對氧化鋅壓敏電阻在大電流下破壞機理的研究得出了下述結果[4]；在大電流作用下，壓敏電阻的破壞模式有兩種，當大沖擊電流的時間寬度不大于50μs時（例如4/10和8/20波），電阻體開裂；當電流值較小而時間寬度大于100μs時（例如10/350、10/1000和2ms波），電阻體穿孔。兩種不同破壞模式可以這樣解釋：時間很短的大電流在電阻體內產生的熱量來不及向周圍傳導，是個絕熱過程，加上電阻體的不均勻使電流的分布不均勻，這樣電阻體不同部位之間的溫差很大，形成很大的熱應力而使電阻體開裂。當沖擊電流的作用時間較長時，電阻體不均勻造成的電流集中，使電阻體材料熔化而形成穿孔。

使用壓敏電阻體破壞的電流密度J(A·cm-2)與沖擊電流波的時間寬度r（μs）之間的關系，在雙對數坐標中大體為一條斜率為負值的直線，因而可用下面的方程式來表達：

logJ=C－Klogr

篇（9）

引言

電機電腦節電無觸點軟起動器是近年來在國內出現的新技術，具有節電效率高，軟起動特性好等特點。對于我公司這樣的大型企業，在動力設備中的應用，節能降耗的意義將十分重大。我公司具有中、小型異步電動機600余臺，裝機容量7000KW。電能消耗是一筆大的數目。例如：一廠區鍋爐房使用軟起動器后，2臺75KW加壓水泵，一個采暖期運行4300小時，就可節電79200Kwh；一臺37KW的粉碎機，一個采暖期可節電2800Kwh。節約電能的同時維修費用也降低。

一、電動機軟起動器的節電原理

在生產實際當中，一些電氣設備經常處于空載或輕載狀態下運行，輕載或空載的電動機在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數均很低，造成電能大量浪費。

衡量電動機節電性能的重要指標為電機空載或輕載時最低運行電壓的大小，即功率因數CosΦ的大小。為了說明電動機在不同負載的情況下運行，電壓U與功率因數CosΦ的關系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動機為例。

CosΦ的大小反應了負載的變化。軟起動器正是利用微機技術，用單片機作CPU，用可控硅作為執行元件，實時檢測電流和電壓滯后角，即功率因數Φ角，輸入給單片機，單片機根據最佳控制算法，輸出觸發脈沖，調整可控硅的導通角，即可調整可控硅的輸出電壓，使空載或輕載運行時降低電機的端電壓，可使電機的鐵損大大減小，同時也可減小電機定子銅損，從而減小電機空載或輕載時的輸入功率，也就減小了電機有功和無功損耗，提高了功率因數，實現了節電控制。

二、電動機軟起動技術

電動機傳統的起動方式有全壓起動和將壓起動，軟起動是一種完全區別于全壓和降壓起動的新的起動方式，是電子過程控制技術。所謂軟起動，是以斜坡控制方式起動，使電動機轉速平滑，逐步提高到額定轉速。按照電動機起動電流大小進行分類，全壓和降壓起動屬于大電流起動方式，軟起動屬于小電流起動方式。

全壓起動，起動電流是額定電流的4-7倍，起動沖擊電流是起動電流的1.5-1.7倍；起動電流大，起動轉矩不相應增大，Ts=KtTn＝K(0.9-1.3)Tn。

降壓起動，可部分減小起動電流，起動轉矩下降到額定電壓的K2倍。降壓起動是輕載起動，有起動沖擊電流、起動電流及二次沖擊電流；二次沖擊電流同樣對配電系統有麻煩。

全壓和降壓起動的大電流，致使電動機諧波磁勢增大，增大后的諧波磁勢又加劇了附加轉矩，附加轉矩是電機起動時產生震動和噪音的原因。

全壓和降壓起動，都要受單位時間內起動次數的限制。電動機本身的發熱主要建立在短時間大電流時。如通過6倍額定電流，溫升為8-15℃/S；起動裝置的自耦變壓器或交流接觸器起動引起堆積熱；如交流接觸器一般要求起動次數每分鐘不超過10次。而軟起動器可頻繁操作，具有①電動機起動電流小，溫升低；②軟起動器采用的無觸點電子元件，除大功率可控硅外，工作時溫升很低。

此外，軟起動器還具有多種保護功能，配合硬件電路，軟件設計有過載、斷相、欠壓、過壓等保護程序，動作可靠程度高。歸納起來，軟起動器很好的解決了全壓和降壓起動電流過大及其派生的許多問題。

三、軟起動器在動力設備上的應用

軟起動器箱內面板上設有兩個速率微動開關，分別對應四種起動速率：重載、次重載、次輕載、輕載，起動時間分別是90S、70S、65S、60S。使用時根據起動負載選相應的起動速率。例如我公司供水泵電動機的起動：供水泵電動機起動的阻轉矩，主要由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機械慣性和靜動摩擦等構成。水的阻力，水泵的機械慣性、阻力均與水泵的轉速，加速度及葉輪的直經有關，速度低時阻力小。水的靜壓阻力與揚程有關，水泵起動時，由于水管中止回閥的作用，靜壓與摩擦不同時起作用，有利于起動。供水泵起動阻轉矩為額定轉矩的30％，屬于輕載起動。在實際應用中供水泵電機輕載運行者居多，節電潛力大。

引風機用電動機的起動：其起動轉矩與離心式水泵類似，阻轉矩都與轉速成正比，但是，風機與水泵的結構不同，風機的轉動慣量比水泵大的多，空氣的流動性比水小，如果風機不關風閥起動，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風機起動比水泵難，起動加速的時間較長，風機起動屬重載起動。

風機輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風機負荷量大小的重要因素。溫度不同，煙氣的容量及密度變化大，溫度低時，煙氣似凝滯狀態，風機負荷量增大。鍋爐開爐之初，爐膛內溫度低，一般需要30分鐘爐溫才能升上來，這段時間里，引風機處于超負荷運行階段。如：一臺引風機配用電機22KW，輸送的煙氣溫度200℃，容量7.3N/m3。如輸送煙氣溫度20℃時，負載功率：

N＝KYQH/η＊1/ηt＝27.78KW

式中：

K——電機容量儲備系數，對引風機取1.3。

Y——流體容量(N/m3)

Q——風機流量(m3/h)

H——全壓(Kgf/m2)

η、ηt——風機效率

篇（10）

1概述

集成穩壓器在近十多年發展很快，目前國內外已發展到幾百個品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩壓器和開關式集成穩壓器。按電路結構形式分，有單片式集成穩壓器和組合式集成穩壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩壓器和多端式集成穩壓器。按制造工藝分，有半導體集成穩壓器、薄膜混合集成穩壓器和厚膜混合集成穩壓器。而在線性集成穩壓器方面，則以低壓差、大電流、小體積的發展比較迅猛。

MSK5101是美國MSKennedy公司研制的一種新型低壓差、大電流、低功耗線性穩壓器，它有＋3V、＋5V、＋12V和可調輸出。輸出晶體管采用單片工藝制造的超級PNP管，所以該系列型號的輸入輸出電壓差很小。圖1所示是MSK5101的內部結構框圖。

圖1

當MSK5101的輸出電流為1．5A時，其壓差只有350mV，因而它的效率很高，功耗較低。且輸出電壓精度可確保1％。此外，該系列穩壓器也具有TTL／CMOS兼容的on／off使能腳以及故障信號輸出腳。MSK5100采用可有效利用空間的10腳功率型SOIC封裝，并且外殼上帶有散熱器銅接頭。

MSK5101的體積很小。其外形如圖2所示，尺寸大小為6．35mm×6．35mm×2．08mm，所以在很多有體積和重量限制的大功率穩壓器應用中，該系列穩壓器有很好的性價比。因此，可廣泛應用于高效線性穩壓器、恒壓／恒流調節器、系統功率源、開關電源輸出穩壓器以及電池供電等設備。

MSK5101的主要特點如下：

采用帶散熱器接頭的緊密型10腳SOIC封裝形式；

輸入輸出電壓差非常小，輸出電流為1．5A時，壓差只有350mV；

具有3．3V、5V、12V和可調輸出；

采用開路集電極誤差信號輸出方式；

帶有TTL電平使能腳；可零電流關斷；

帶有電源反接保護和負載短路保護功能；

接地端電流只有22mA（滿載時）；

輸出電壓精度可達1％；

輸出電流可達1．5A。

2主要參數

MSK5101的主要電氣性能參數如表1所列。

表1MSK5101的主要電氣性能參數

參數名稱測試條件MSK5101系列單位

最小典型最大

輸出電壓公差Iout=1A，Vin=Vout+1V±0.5±1.0%

輸入輸出電壓差Δvout=-1%，Iout=100mA80225mV

Δvout=-1%，Iout=1.5A350625mV

負載調整率Vin=Vout+5V±0.2±1.2%

10mA≤Iout≤1.5±0.3%

電源調整率（Vout+1V）≤Vin≤26VIout=10mA±0.05±0.6%

±0.5%

輸出限流值Vout=0V，Vin=Vout+1V2.13.5A

接地端電流Vin=Vout+1V，Iout=0.75820mA

輸出噪聲Vin=Vout+1V，Iout=1.5A22mA

使能腳輸入電壓CL=10μF，10Hz≤f≤100kHZ400μV

使能腳輸入電壓高電平/導通2.41.2V

低電平/關斷1.20.8V

使能腳輸入電流高電平/導通2075μA

低電平/關斷12μA

關斷輸出電流VENABLE≤08V1020μA

輸出漏電流VOH=26V0.012μA

信號輸出電壓IOL≤250μA，Vin=Vout-2V0.20.4V

信號門限Vin=Vout-7%75mV

基準電壓正常工作1.221.241.26V

基準電壓溫漂正常工作20PPm/℃

調整腳偏置電流全部溫度范圍，Vin=Vout+1V40150mA

熱阻結到外殼4.55℃/W

過熱關斷溫度結溫JT1135℃

3應用說明

3．1穩壓器保護

MSK5101系列穩壓器具有輸入電源極性反接、過電流、超溫（Pd過大）和瞬態電壓尖峰達到60V等各種保護功能，若將該穩壓器用于負載接負電源的雙電源中，則輸出電壓必須采用二極管箝位到地。

3．2輸出電容

在輸出端與接地端之間接入一只濾波電容可以減小MKS5101系列穩壓器的輸出電壓紋波，該電容的最佳容量取決于應用情況，但至少應在10μF以上。也可在負載兩端直接接入一只電容器來改善負載的瞬態響應能力。

3．3負載連接

在實際應用中，當穩壓器負載電流很大時，負載的接法非常重要。為了不影響負載調整率，穩壓器輸出到負載之間連線的阻抗必須非常小，因為該阻抗可與負載組成分壓器。為了保持穩壓，MSK5101系列穩壓器的最小負載電流應為10mA。

3．4使能管腳

MSK5101系列穩壓器有一個與TTL信號兼容的使能（ENABLE）管腳，在該腳為TTL高電平時，內部偏壓電路工作，并使穩壓器電源接通。而當該腳為TTL低電平時，內部控制器關斷，此時流入該器件的靜態電流只有5μA。如果不需要使能功能，使能管腳可接到輸入腳。

3．5故障信號輸出腳

MSK5101系列中所有固定輸出電壓的穩壓器產品都有一個故障信號輸出腳。因為信號輸出腳內為開路集電極輸出電路，該腳電壓可以上升到3V～26V之間的任意電壓。這種特性允許該腳與任意邏輯電平接口。當信號比較器檢測到“不穩壓”狀態時，該腳輸出有效低電平（典型電壓為0．22V）。MSK5101的故障信號狀態包括輸入電壓過低、超溫關斷和輸出限流等。實際上，當輸入電壓瞬態過高時，故障信號管腳也將輸出高電平。

3．6散熱器選擇

采用對流散熱時應按下式選擇MSK5101系列穩壓器所需的散熱器：

TJ＝Pd（Rθjc＋Rθcs＋Rθsa）Ta

式中：TJ為結溫；

Pd為總功耗；

Rθjc為結到外殼的熱阻；

Rθcs為外殼到散熱器的熱阻；

Rθsa為散熱器到環境的熱阻；

Ta為環境溫度。

設計時，可首先按下式計算出功耗P：

P＝（Vin－Vout）×Iout

然后，再選擇最高結溫。一般最高允許結溫為125℃。為了計算所需散熱器到環境的熱阻，應將上述結溫的表示式整理為：

Rθsa＝[（TJ－Ta）／Pd]－Rθjc－Rθcs

以下為根據此式列出的一個散熱器選擇的實例：

若MSK5101＿3．3型穩壓器的輸入Vin為＋5V輸出Vout為＋3．3V連續直流電流Iout為1A。環境溫度為＋25℃，最高結溫為125℃。Rθjc為5℃／W，Rθsa為0．5℃／W。則：

P＝（5V－3．3V）×1A＝1．7W

Rθsa＝[（125℃－25℃）／1．7W]－5℃／W－0．5℃／W＝53．32℃／W

因此，在該例中，為了保證結溫不超過125℃，應選用熱阻小于53℃／W的散熱器。