开关电源原理与设计(6篇)

开关电源原理与设计篇1

摘要：能源是人类生活中最重要的资源，是关于我们现实和未来生存发展的最基本、最核心的动力问题。目前，我国正处于国民经济快速发展时期，中国经济高速增长的必要支撑条件之一是能源需求的巨幅增长，这对于我们这个能源资源人均拥有量大大低于世界平均水平的国家来说是一个不可承受之重。所以我们有权利也有责任在设计工作中认真考虑节能问题，并把节约电能放在首位。

关键词：建筑电气工程气节能设计能设计明节能设计

近年来，国家及相关部门已经深切认识到节能问题的重要性和紧迫性，建筑节能工作已经全面展开并不断深化，建筑节能技术不断进步，建筑节能的设计标准也在不断的完善。而且随着社会的发展和进步，公众节能的意识不断增强，节能的理念也越来越为更多的人所接受。建筑节能实际上是一项十分艰巨而复杂的工作，它甚至比某些建筑智能化系统的应用更为困难。因此，要想在建筑节能方面有所收获的话就要对其进行系统、全面和综合的分析、研究、实践。在此，笔者将就建筑电气节能技术的原则及措施加以简要论述。

1.建筑电气节能的设计原则

1.1适用性原则

所谓的适用性原则就是在满足为建筑物-的良好的人工环境提供必要的能源，为建筑设备提供必须的动力，为用电设施提供可靠的负荷容量等条件的情况下，优化供配电设计，从而促进电能的合理化运用。也就是说不能因为节能而影响建筑物的整体功能。要保证建筑物照明的照度、色度及显色指数；要满足建筑物舒适卫生的良好环境；满足各处运输通道的畅通无阻等等。

1.2节约性原则

所谓的节约性原则就是指在电气节能设计中要充分考虑到实际的经济效益，不能因为节能而过高的消耗投资，增加运行费用。而是要科学合理的选用节能设备和材料，争取实现用较低的投资得到最大的经济效益。使因节能而增加的投资可以在最短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。

1.3节能性原则

所谓节能性原则就是要节省无谓消耗的能量。首先要找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的，在考虑采取什么措施节约能源。如着眼于电气设备自身的电能消耗、变压器的功能损耗、传输线上的电能损耗等方面，节能设计应该把握“满足功能、经济合理、技术先进的原则”。

2.建筑电气节能设计

2.1供配电系统的节能设计

根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单，可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半径减少线路损耗。合理选择变压器的型号、容量和台数，以适应由于季节性和工作时间造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

当线路上有电流流过时，由于线路上电阻的存在，势必会产生有功功率的损耗。因此，线路传输上的损耗是电能利用率低的一个重要原因。要想减少此类损耗主要着眼于四个方面。第一、选用电导率较小的材料做导线。通常选用铜芯线缆，但考虑到要节约用铜，也可以改为采用新型的铜铝复合材料线缆。第二、减少配线的长度。因此在布线时尽量使线路走直线，低压线路要不走或者少走回头线，变压器要尽量接近负荷中心，减少供电距离，且低压配电的供电半径不要超过规定。第三、增大导线截面。对于比较长的线路在满足载流量、动热稳定、保护配合、电压损失等条件下，可根据情况加大一级线缆的截面。第四、合理调剂季节性负荷。也就是要使供电线路得到充分的利用。如将空调风机、风机盘管与一般照明、电开水器等计费相同的负荷集中。

2.2变压器的节能设计

2.2.1变压器的损耗主要分为两部分

a.与负载无关的空载损失。b与负载成平方比的负载损失。变压器有载时，除了固定铁损外，还存在由于电流通过一次、二次线圈的电阻损耗，即铜耗P在不同负载条件下，变压器的总损耗为与P之和。

2.2.2变压器的效率

变压器的效率为输出功率P2与输入功率P之比，变压器的最高效率点是由变压器固有结构的特性、空载损耗P0、短路损耗P决定的。从经济运行的角度考虑，对于季节性变化较大的负荷，宜装设两台变压器，当负荷长时间较低时可停用1台，以保持经济运行。

2.3电动机节能设计

降低电动机电能损耗的主要途径，是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中，应根据负荷特性考虑选择更为节电的电动机，其关键在于明确负荷是连续的还是断续的。若为连续负荷，要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配，如果是风机和泵等平方递减负荷特性，在轻载时打开风门和阀门，采用调速电动机在低速运行可以节约电能。断续负荷时，如果轻负荷时不能停止电动机的工作，则应考虑采用调速装置，即在额定负荷下运行时采用常用电源，使电动机在额定转速下运行；而需要低速运行时，考虑采用逆变器变频装置或其他方式调速。

3.电气照明系统的节能设计

3.1充分利用天然光源

照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。随着人们对能源和环境保护的日益关注,建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电已引起广泛重视。天然光源是取之不尽、用之不竭的能源。在照明节能的实施工程中,应当充分加以利用,制定建筑物的采光标准,确定采光方式,将采光方式,将采光和照明有机地结合起来。白天尽可能地利用天然光源,使建筑物内获得稳定的光照条件。同时,室内引入阳光,既能大大节约照明能耗,亦有助于提高室内温度,对于降低建筑能耗也具有重要的现实意义。

3.2采用高效节能光源

在满足照明质量的前提下,应选用细管径直管荧光灯、紧凑型荧光灯。对灯具悬挂位置较高的场所的一般照明,宜采用高压钠灯、金属卤化物灯或镇流高压荧光汞灯,其综合费用低、视觉质量高,同时也节约能源。除特殊情况外,不宜采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯,灯具悬挂位置较低的场所照明宜采用荧光灯。

3.3根据照明部位的灯光布置形式和环境条件

选择合适的照明控制方式房间有多列灯具时,按与侧窗平行控制;生产场所按车间、工段、工序分组控制;电化教室、会议室、报告厅等场所,按靠近或远离讲台分组控制。建筑科技的飞速发展,让灯具的控制方式更加个性化、人性化、智能化,例如,人体感应或动静感应开关,智能化面板开关等新的控制方式逐步进入到我们的身边。

4.结束语

近年来，为了解决能源浪费问题，新一代建筑电气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制。可以说建筑电气的节能在技术方面还是有很大的上升空间和发展潜力的。?

参考文献：

［1］高晋峰．论民用建筑工程照明设计中的节能；智能建筑电气技术，2010(4)．

［2］张军．关于建筑电气节能设计措施的探讨；中国科技信息，2007(6)．

［3］齐雪艳．现代住宅电气设计节能技术探讨；黑龙江科技信息，2008(10)．

开关电源原理与设计篇2

为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入SIMetrix仿真工具。借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。

一、SIMetrix仿真软件介绍

SIMetrix/SIMPLIS是一款用于优化设计电力电子电路的高级仿真工具，是由美国Transim公司开发的软件包，具有优秀的收敛性能和仿真速度，小信号分析方面独具优势，非常适合于开关电源产品的验证、分析、设计和开发。其内部提供了两种仿真模式——SIMetrix和SIMPLIS，其中SIMetrix包含了一个增强型SPICE仿真器、原理图编辑器和波形显示器，与其它通用仿真软件相比，SIMetrix具有以下特点：[1，2]

特点一：包含丰富的器件模型。模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。

特点二：先进的测量功能。波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。

特点三：强大的波形处理功能。为波形分析提供RMS、frequency、-3dB、FFT等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。

特点四：具有多种分析功能。包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。

此外，SIMetrix仿真软件的仿真结果与实际非常接近，用户图形界面友好，仿真直观，使用者容易掌握。

二、基于UC3842的反激电路仿真实例分析

反激变换器具有高可靠性、高效率、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升/降压范围宽、易于多路输出等优点，是小功率开关电源的理想电路拓扑。UC3842是SIMetrix仿真工具模型库自带的集成芯片，其器件少、性能良好、价格低廉。综上所述，以UC3842控制的反激电源为仿真实例，电路简单且具有代表性，满足初学者的基本学习要求，具体的仿真电路如图1所示。

1.仿真电路原理

（1）主电路原理。交流输入电压经D1-D4组成的桥式整流及电解电容C1滤波后变成脉动直流电压。该直流电压由功率开关管Q1以很高的工作频率通断，将直流电变换成高频脉冲施加在变压器TX1的初级绕组上，然后由次级绕组输出。当开关管Q1导通时，变压器初级绕组有电流通过并且线性增加，施加在初级绕组上的电压为上正下负，使次级绕组产生下正上负的感应电动势，二极管D5承受反向偏压截止，次级绕组电流为零，变压器储能，这时负载由电容C2放电提供能量。当开关管Q1关断时，初级绕组的磁通量减小，为了维持电流不变而产生下正上负的感应电动势，次级绕组变成上正下负，D5导通，存储在变压器中的能量给C2充电并向负载供电。辅助绕组工作过程与次级绕组相同，一方面经过D6整流、C3滤波后为UC3842供电，另一方面经D7整流、C4滤波后为其提供反馈信号。由于反激变换器不可以空载，所以辅助绕组接假负载R3。最后，在次级绕组和辅助绕组对应输出稳定的12V和15V直流电压。

（2）控制电路原理。[3]交流输入经过整流滤波得到直流电压，通过电阻R1降压后给电容C3充电，当Vp端电压达到启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由Vout端输出推动开关管Q1工作。芯片启动后，工作电压由辅助绕组提供。同时，辅助绕组的输出经过R8和R9分压反馈到Vfb端。当电源电压或负载变化引起输出电压变低时，Vfb端的反馈电压减小，UC3842输出的PWM波的占空比增加，开关管Q1的导通时间变长，输出电压升高；反之，当输出电压升高时，占空比减小，Q1的导通时间变短，输出电压降低，从而使输出电压保持恒定，实现稳压。电阻R4用于电流检测，将初级绕组的电流转换为电压信号送入UC3842的Sense端，形成电流反馈。当由于某种原因产生过流时，开关管Q1的漏极电流将大大增加，电阻R4两端的电压上升，Sense端的电压也上升，当该端的电压超过正常值达到1V时，Vout端无输出，Q1截止，从而保护电路。Ref端和Osc端外接定时电阻R6和定时电容C6，确定工作频率。Vfb端与Comp端之间接R7和C7补偿电路，用于改善增益和频率特性。R5和C5构成RC滤波电路，削弱电流检测信号中的尖峰脉冲干扰，保证电源正常工作。

2.仿真电路参数设计

本仿真电路的主要技术指标：输入电压Vin：220（1±10%）VAC；输出电压Vo：12V，输出电流Io：2.5A；辅助绕组的输出电压VF：15V，开关频率fs：100kHz；效率η：80%。对应图1的仿真电路，完成所有元件参数的计算和电路的设计。

（1）主电路设计和参数计算。根据文献[4]和[5]，已知交流输入电压的范围，可以计算出经过整流滤波电路输出的直流电压范围是238V～342V，然后计算最大占空比为0.37，由此可得高频变压器的次级绕组和初级绕组的变比为0.09。又根据辅助绕组与次级绕组的电压、变比的关系，可计算得辅助绕组与初级绕组的变比为0.11。由前面的计算值结合电源的功率、效率参数，分别得到初级绕组电流峰值为0.67A，电感值为1.3mH。开关管Q1工作于最大输入电压342V的同时还承受了高频变压器的反向电动势，一般为135V，因此Q1的最大漏极电压约500V，最大漏极电流由上可知为0.67A。由文献[5]和[6]可计算，输入整流桥二极管D1-D4的额定电压应大于427V，额定电流有效值应大于0.76A，输出整流二极管D5的最大反向峰值电压为42.8V，同理可得D6、D7的最大反向峰值电压为53.5V。根据文献[7]，输入滤波电容C1的经验值可用输出功率值瓦特数乘以1uF计算，约等30uF。输出滤波电容C2经计算应大于185uF，为了使滤波效果更好，在此取470uF，同理，C3和C4分别取1uF、10uF。假负载R3的功率按额定功率的5%来设计，其值为150Ω。

（2）控制电路设计和参数计算。[7，8]已知开关频率100kHz，通过UC3842的工作频率计算公式：f=1.72/（RT×CT），可选取定时电阻R6=15kΩ，并计算定时电容C6=1nF。电流检测电阻R4=1/Ipk，其中Ipk为初级绕组电流的峰值，由上可知是0.67A，因此R4=1.5Ω。反馈电路的分压电阻R8和R9可通过公式VF×R8/（R8+R9）=2.5V确定，选取R8=20kΩ，R9=4kΩ。UC3842的启动电流在lmA左右，考虑到启动时间及R1上消耗的功率，实际设计中R1取30kΩ。R5和C5取典型值，分别为1kΩ、470pF。R7和C7的值以电源的闭环传递函数经过补偿后，截止频率位于工作频率的1/5处并且相位裕量约60°为宜，在此分别取15kΩ、1nF。

3.仿真电路搭建步骤

根据以上计算结果，仿真模型的搭建过程及各种参数设置如下：

（1）点击Place＼Passives，选择理想变压器（IdealTransformers）和电路全部的电阻（Resistor[BoxShape]）、电容（Capacitor）。变压器的初、次级绕组数分别选择1和2，定义次级绕组、辅助绕组与初级绕组的比值分别为0.09和0.11，设置初级绕组的电感值为1.3mH，其他参数采用默认值。电阻、电容值可根据前面的计算结果设置。

（2）点击Place＼FromModellibrary，在NMOS中，为功率开关管Q1选择高频特性较好的MOS管IRF840，其电压、电流定额为500V/8A。在Diode中，为输入整流桥二极管D1-D4选择快恢复二极管BY233-600，其电压、电流定额为600V/10A；为输出整流二极管D5选择快恢复二极管mur110，其电压、电流定额为100V/1A；为D6和D7选择快速开关二极管D1N4148，其电压、电流定额为75V/150mA。在PSUControllers中，选择UC3842。

（3）点击Place＼Source，选择多功能电源（UniversalSource），设置波形为正弦波，频率50Hz，峰峰值为622V，其他参数采用默认值。

（4）点击Simulator＼ChooseAnalysis，选择暂态分析（Transient）仿真模式，设置停止时间为20ms，其他参数采用默认值。

三、仿真结果分析

在额定交流输入220V/50Hz、满载的情况下，得到仿真波形如图2所示。6个波形自上而下分别为PWM控制信号、初级绕组电压、直流输出电压、开关管电压、初级绕组电流和次级绕组电流。由波形可知，PWM控制信号的频率约95kHz，占空比为0.32，初级绕组电压范围为-145V～297V，开关管承受最大电压445V，直流输出电压12V，纹波电压约25mV，初、次级绕组电流峰值分别为747mA和8.2A。另外从初、次级绕组电流的关系可知，电源工作在不连续模式。结果表明，本仿真电路参数设计合理，器件选择满足要求，仿真结果与理论基本一致。

四、结论

通过以上简单的仿真实例分析可知，SIMetrix仿真开关电源方便、简单、快捷且仿真模型和与电源实物非常接近。教师在课堂讲授的过程中演示仿真，可使讲解变得生动、形象、直观。与实验相比，仿真不受时间、空间、物质条件限制的同时也更安全，教师应鼓励学生在课后使用，不仅加深对原理知识的掌握，锻炼了实践动手能力，还可以提高他们学习的兴趣和积极性，培养创造能力。因此，SIMetrix仿真软件对该课程教学具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]傅文珍.基于SIMetrix的“电力电子技术”仿真辅助教学研究[J].嘉兴学院学报，2013，25（3）：1-5.

[2]杨浩东，王伟.电力电子教学中常用仿真软件对比[J].中国电力教育，2012，（3）：112-113.

[3]陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4]李定宣，丁增敏.开关稳定电源设计与应用[M].第二版.北京：中国电力出版社，2011.

[5]程何小，何卫彬.基于TOP224YN的反激式开关电源设计[J].声学与电子工程，2011，（2）：37-39，45.

开关电源原理与设计篇3

关键词：项目教学法；电源技术；项目实施

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）10-0071-02

一、引言

《电源技术》是高职高专电子类专业的一门重要的专业课，它具有较完善的理论体系和较强的实践性，其教学任务是使学生掌握电源技术的基础知识、熟悉几种典型电源的工作原理、掌握DC/DC基本电路的设计方法，为今后的学习和研究打下基础。传统的教学方式采用老师讲解为主、学生听课为辅的教学方法，使学生只能被动地、抽象地接受理论知识，不利于提高学生的实践能力、自学能力和创造能力。为了提高学生的动手能力，提高教学效果，在《电源技术》教学中采用项目教学法，通过多个难度循序渐进的项目，使学生更好地掌握理论知识的同时，提高实践能力。

项目教学法的特点：

1.以项目为主线，重组知识体系，把电源技术的基础知识和典型工作过程穿插到每个项目中，让学生在实际操作中进一步理解和掌握，提高他们的学习主动性。

2.加强职业规范性培养。在电路设计、画原理图、PCB图、制版、焊接电路中加强规范性要求，达到与社会接轨。

3.加强职业能力培养。把电子类高职专业的职业技能要求穿插在每个项目中，进一步提高学生的职业能力，为今后更好地适应社会打下基础。

项目教学法是通过实施一个完整的“项目”，由学生在一定的时间范围内独立组织和实施工作的教学方法。这个过程是师生共同围绕一个项目任务去发现问题并解决问题的过程，整个过程分为几个具体的步骤实施，其中分析问题、方案设计、项目实施及最终评价，都以教师为主导、学生为主体协作完成。学生以项目任务为目标，制定相关的实施计划，通过该项目掌握电源技术知识，并通过实际动手操作提高分析和解决问题的能力，提升职业技能。

二、项目教学法在《电源技术》课程中的实施

1.项目的制定。下面以“开关稳压电源”为例说明《电源技术》课程项目教学的实施过程。项目名称：开关稳压电源设计。项目描述：设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：（1）输出电压U0可调范围：30V～36V。（2）最大输出电流I0max：1A。（3）U2从18V变到21V时，电压调整率：Su≤2%。（4）I0从0变到1A时，负载调整率SL≤5%（U2=18V）。（5）输出噪声纹波电压峰-峰值U0PP≤1V（U2=20V，U0=36V，I0=1A）。（6）DC-DC变换器的效率n>70%（U2=20V，U0=36V，I0=1A）。（7）具有过流保护功能，动作电流I0（th）=1.3+0.2A。教学目标：要求学生掌握PWM控制模式、DC/DC升压电路的工作原理、电源技术的主要指标，掌握画原理图和PCB图，制版、焊版、调试等职业技能能力。项目课时：24学时。学生分组：学生分组在项目教学法中是一件很重要的工作，组员的搭配、工作的分工等直接影响学生学习的效果。根据学生的学习能力、动手能力、性别等采用互补方式进行搭配。每组一般为3～4人，每组设一名组长，全面负责项目的实施，并针对各个成员的能力不同进行内部分工，同时协调各成员的工作，从而培养学生的团队协作能力。

2.项目的实施过程。（1）项目设计。根据项目设计要求，结合电源技术内容，教师引导学生进行任务分析，共同得出开关稳压电源电路框图，如图2所示。电路主要由以下几个部分组成：DC/DC主电路、驱动电路、控制电路、滤波电路、保护电路等组成。

主电路DC/DC模块：根据项目设计要求，主电路采用BOOST型DC/DC升压方式，如图3所示，其使用单开关管，能降低开关管损耗，且控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，电感设计要求较高，经验成分多，设计不好会造成过大的冲击电流，影响效率，也容易使开关管损坏。

驱动电路：根据项目设计要求，需要宽范围调节BOOST升压适合本项目的DC/DC拓扑结构，利用UC3824芯片作为核心，该芯片抗电压波动能力强，并可使负载调整率得到明显改善，采用可调电平与可调三角波比较的方式产生PWM波作为驱动信号，模块元件较多，但调节范围宽，可移植性好，扩展能力强，而且其频响特性好稳定裕度大，过流限制特性好，具有过流保护和欠压锁定功能，对系统的控制更为方便。控制电路：本项目采用硬件反馈的方式实现电压控制。输出电压的采样信号通过电位器改变采样回路的上下电阻比值来调整，采样信号与基准信号在误差放大器中比较，产生直流电平改善输出PWM波的占空比从而达到稳定输出电压的作用。该电路简单，容易实现项目要求，便于学生理解吸收。滤波电路：对于高职高专学生来说，滤波电路的设计要求太高，这里不做要求，只是根据经验采用电容滤波。保护电路：出于保证不减小电源输出功率的目的，在加负载的条件下将原边电流以电压的形式准确地反映在一个LM393比较器上，当开关电源的输出电流超过规定值时，感应电压通过迟滞比较器与预置的基准电压比较后翻转，同时使uc3842内部电路进行脉宽调整，场效应管接收到uc3842动作后就自动断开负载，起到保护作用。提高电路工作效率设计：在DC/DC变换电路中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、快恢复二极管、储能电感等部件。目前对电源的工作效率要求越来越高，根据本项目要求主要采用以下两种措施：①采用低内阻的高效率MOSFET作为主回路的开关元件，本项目中采用了IRF640。②采用高速低正相压降的快恢复二极管降低其功耗，本项目中采用了FR157。（2）电路工作原理。在学生实施项目过程中，难免有些学生会因为对电路工作原理没有完全掌握，在设计或者调试过程出现重大问题，导致项目失败。因此，在学生设计好方案以后，可结合参考电路对整个项目的设计方案工作原理进行一次讲解。项目主要工作原理：本项目采用UC3842作为控制核心固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，通过对输出电压不断地采样，反馈输出变化，调整负载电阻R1、R2的比例来改变占空比使输出稳定，并具有过流限制、过压保护和欠压锁定功能。项目加入输入过压、输入过流、输出过流等保护电路，以保证系统稳定可靠地工作。（3）项目的评估。对于项目教学法来说，一个项目的评估是一个至关重要的步骤。本项目最后采用的是学生自评、小组互评和教师评估三种结合模式。在学生自评过程中，学生能进一步回顾整个项目设计实施过程，总结经验、加深知识和技能的掌握。在学生互评过程中，学生能通过对别人的项目设计实施过程了解，对比自己在整个过程的优缺点，取长补短。在教师评估过程中，能全面了解在该项目实施过程中存在的问题，并得以解决，为今后进一步学习打下基础。

三、教学总结

通过教学实践证明，项目教学法在《电源技术》教学中的应用效果显著。它大量减少了学生学习抽象的理论知识时间，把理论知识通过项目载体变得形象化，做到“学中做、做中学”，明显提高了学生的学习兴趣，培养了学生自学能力、独立思考能力和动手能力，也提高了课堂的教学质量和教学效率。但在此过程中仍然会发现一些问题：

1.根据学生的学习能力不同，项目进度会有所差异，尤其优等生和差生之间。针对这一情况，在此项目的基础上增加自主发挥部分，把项目要求进一步提高。

开关电源原理与设计篇4

Abstract:HowtoimplementtheEnergy-savingprincipleinElectricalDesignisdiscussedfromfouraspectsoflightingenergy-conservationdesign,lossreducingofline,energy-conservationinairconditioningsystem,transformerreasonablechooses.

关键词:电气设计;节能;措施

Keywords:electricaldesign;energy-conservation;measurements

中图分类号:F270文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)03-0043-01

随着我国经济的反战,能源被提到了越来越重要的地位,我国是个能源消费大国,能源相对短缺,然而能源浪费却相应严重。作为二次能源的电能供需矛盾近年来越来越突出,节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针,如何“节电能、降能耗”,节约电能就成为每位电气设计人员必须认真考虑的问题。下面就电气设计中的几种节能措施谈谈笔者的浅见。

1照明节能设计

在民用建筑中,照明设备的用电占比大概为20%以上,照明节能设计就是在保证不降低照明质量的要求下,尽量减少照明电路中能量的损失,从而达到能量利用的最大化。

照明节能设计的措施通常一般有以下几种:

①照明方式选择。

充分利用自然光,这是节省照明能耗的重要方式之一,即在设计中电气设计人员应当尽量考虑到自然光与人工照明的充分结合,从而节省照明电能。

②选择合理的光源。

其最基本的原则就是应根据不同的场所选择不同的光源。

例如一般的房间应当选用荧光灯。但是在显色性要求较高的场所应当采用稀土节能荧光灯,三基色荧光灯,小功率高显色型钠灯等光源。室外场所的照明则应当选用高压钠灯等使用时间较长的气体光源。

③选择恰当的照明方式或装置也是一种可行的节电能的方法。

根据照明使用的要求分别采用各种节能型开关,如病房、卧房可采用调光开关;室外场所和公共场所得照明则可采用光电、声控开关;走道、走廊等场所可采用节能声控开关。

2降低线路损耗

当电能传输时,在电路网络中就产生功率损耗,一般来说,其与线路的长度和负载的大小相关联。因此,应当尽量提高系统的功率系数、减少导线的电阻,从而降低其损耗。其措施主要有以下几种:

①路路径的选择要合理。为减小导线长度,线路尽可能不走弯路,尽量走直线;

②合理选择导线截面积。导线的截面积大小的确定应根据电流指标与经济条件来确定。对于线路较长的电路,在满足电流以及电压降要求的情况下,可使导线的截面积加大1～2级;

③合理确定电气用房所在的位置。其遵守的基本原理就是尽量减小供电路径。

3空调系统的节能

公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50%以上,系统节能潜力巨大。具体应遵循一下原则:

①机电设备启停优化控制;

②变风量、变流量系统最优控制;

③冬夏季部分负荷时水泵分设控制;

④与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制;

⑤参数设定节能控制,包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2浓度控制新风量等。

4合理选择变压器

开关电源原理与设计篇5

【关键词】高层建筑；电气设计；节能原则

现代建筑向“纵深”发展，成为社会向前推进的必然趋势。随之而来的高层建筑电气设计也已成为一门综合性的应用技术，智能化、环保化的要求还在不断给我们提出新的研究课题。如何在不影响功能的情况下改善高层建筑高耗电量的现状，也迫切需要我们找到应对措施。本文针对高层建筑电气设计阶段相关问题，提出自己的看法。

1高层建筑电气设计要点

1.1电力负荷的确定

电力负荷是供电设计的主要依据。

国家现行规范，一类高层民用建筑的消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、喷淋泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷要求供电，其它用电负荷分别为二级或三级负荷。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。

高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

1.2电源及电压的选择

至少设两个独立电源，采用10KV标准电压双回路供电。两路各带一半负荷同时供电、互为备用。10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站，或来自双回路超高压变电站的两段独立母线。

某些超高层公共建筑可选择10KV三回路电源引入，采用两路使用一路备用的运行方式。

针对高层建筑中存在大量的一级负荷，还需备用柴油发电机组，要求在15s内自动恢复供电，应付意外情况的发生。

1.3配电系统的设计

一般高压采用单母线分段形式。母线分段数目取决于电源进线回路数目，如有多台变压器组可分多段，自动切换，互为备用。10KV外部接线考虑环网接线形式，以提高配电网的可靠性。电源进线采用电缆进线。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。

高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。

1.4主要设备的选型

1.4.1高压开关柜

通常高层建筑的变配电室设在主楼地下层，不宜采用油开关。根据高层建筑地下室的规定，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

1.4.2电力变压器

根据《民用建筑电气设计规范》选择，主楼内不能装置油浸电力变压器。

高层建筑单体面积大，负载多，可选择多台大容量变压器组合使用。对季节性负载集中设置，以便在过渡期停用相应变压器，从而降低能耗。

1.4.3低压配电屏

多为大容量出线，建议采用手车式。

1.4.4应急备用发电机组

应急发电机组应自成系统，避免接入其他负荷。位置宜靠近各区域配电中心。发电机选型建议采用燃汽轮发电机，较之传统的柴油发电机，这种发电机具有体积小、重量轻、故障率低的优势，尤其适用于高层建筑。

1.5变电所位置的确定

缩短供电半径是提高供电质量、降低电耗的基本出发点。高层建筑的主要用电负荷（如中央空调机房、泵房）都设在地下层，通常情况下，变配电所也设在地下层就具有经济上及环保方面的双重意义。

1.6电气照明设计

高光效电光源是节能的需要。以此为出发点，根据使用功能、照度设计、眩光控制进行光源的选择、布局。由于电光源的装饰特性，它的布局还必须符合人们的审美情趣，力求在使用功能与艺术境界方面达到统一。

1.7电缆与电线

一般动力设备与照明回路采用阻燃缆线；消防设备与应急照明应选择矿物绝缘的防火缆线，才能保证其紧急状态下的正常功能。

1.8防雷与接地

高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接牢固，关键是做好金属管线的接地。高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合为一体组成综合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网。这对均衡电位、提高安全性都有好处。

2高层建筑电气设计的特点与对策

①高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多，所以用电量特别大，对供电的可靠性要求很高；②高层建筑中，动力电与照明电各成系统、分别供电。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则采用母线槽配电方式；③高层建筑内部空间大、柱距大，又因其电气设备多，导致墙面埋线多、地面管道多；④高层建筑主体通常采用干法施工，并且建筑构件的预制装配化使施工周期缩短，要求电气施工科学地高效运行；⑤消防要求高。高层建筑高度高、设备多、人员密集、装修豪华、火灾隐患多，施救难度大，故对消防提出很高的要求。设计中对选材要有消防方面的针对性；⑥用电设备分散，管理难度大，要求微机系统监控管理；⑦防震要求：配电屏、灯具等电气设备的防震处理；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理；⑧节能要求：高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。围绕经济、节能和环保护的原则，采用技术先进、安全适用的配电方式，选用高效率变压器、电动机和高光效电光源、无功功率补偿装置和设备监控系统，减少电耗，节约用电。

3高层建筑电气设计中的节能原则

节能环保业已成为我国当前一项国策。作为电能高消耗主体的高层建筑，必须在设计阶段坚定节能方针，从设备选型、配置到传输线路的距离、功耗；从吸收先进技术到降低无谓能耗，高层建筑节能潜力很大，也对电气设计人员提出了更高要求。

高层建筑电气设计必须能满足建筑物的功能，在照度、色温、温湿度、空气流通诸方面达到使人舒适的程度，为建筑物的各种服务功能提供充足的动力电。在此基础上控制无谓能耗，作为节能的着眼点。首先找出哪些能耗是与发挥建筑物功能无关的，再制定、采取节能措施。如变压器的功率损耗、输电线路上的有功损耗都是无用的能量损耗；还有量大面广的照明用电，都可以通过采用先进技术及新型节能光源加以改善。

节能设计要结合实际经济效益因素，不能因为节能而盲目投资，增加运行费用。技术或设备的革新、换代增加的投资，应该能在较短的时间内用节能所节省的运行费用收回。选用节能设备时，应具体了解其原理、性能、效果，经技术、经济两方面比较而定。节能措施必须遵循技术先进、经济合理、环保实用的原则。

参考文献

开关电源原理与设计篇6

关键词：电源电路；555定时器；延时控制

中图分类号：TM131文献标识码：A

在多媒体教学设备中，投影仪将教学内容清晰直观地呈现给学生，是多媒体教学系统的核心，随着使用人数与频率的增多，一些不规范的操作大大减少了投影仪的使用寿命，尤其是投影仪灯泡的使用寿命。因为投影仪内部为大功率灯泡，长时间工作导致内部温度高，正常情况下，投影仪内部有保护电路，关闭投影仪不切断电源时，其内部的散热风扇会继续运转，其温度降低到一定值时，投影仪才能正式关机。如果投影仪内的风扇因断电而停转，灯泡无法及时将余热散尽，导致灯泡内部发光部分元件的物理强度降低，加剧液晶片和电路的老化，严重的直接导致灯泡爆裂。因此，对投影仪断电保护技术的设计具有一定意义。

1.现状分析与总体设计

目前在多媒体教学系统中的投影仪中除爱普生和松下机型当中，有几款有延时降温保护外，其他机型几乎没有，一般都是依靠中控设备来实现对投影机延时供电，来对投影仪降温冷却，以此达到自动保护投影仪的目的。当有些多媒体教学系统中未配置中控设备时，那投影仪关闭后只能人为等待4分钟左右再切断电源，实际情况是大多数老师在上完课后，认为等4分钟左右的时间太麻烦而直接关闭电源，最后导致灯泡损坏、甚至烧坏液晶板，使投影仪的使用寿命大大降低。大多数高等院校，其多媒体教学系统都在100左右，此错误操作定会带来很大的经济损失（灯泡价格在2500左右），同时又将严重影响教学。因此，设备的使用和维护，如何延长设备的使用寿命，这一工作就显得非常重要。

电路要解决的技术问题是提供一种操作简单、能够在切断电源的情况下，可以延时断电的电源控制电路，需要由电源电路、开关电路、延时电路、继电器执行电路组成。

2.电源电路设计

电源部分采用降压变压器降压，桥式全波整流，7812三端稳压电路稳压输出12V直流供电电压，电源部分原理图如图1所示。

一般7812输入电压Ui大于Uo电压3V～5V，才能保证稳压器工作在线性区。若输入电压太小3V则电路不工作，输入电压太高（最高可达35V）则造成稳压器过热，使用寿命降低，故设计降压变压器选220V降到12V变压器，由桥式整流电路两端输入与输出电压关系Uo=0.9Ui，电容C1上两端电压为Uc1=0.9Ui×1.414≈15.3V，其中Ui=12V。该设计的12V直流电源供电电路三端稳压器工作稳定，使用寿命长。

3.555时基电路功能与设计

555定时器是一种多用途数字与模拟混合集成电路，功能主要由两个比较器决定，两比较器的输出电压控制RS触发器与放电管状态。在电源脚与地脚接入电压后，5脚悬空，则电压比较器C1的同相输入端电压为2/3Vcc，C2的反相输入端电压为1/3Vcc。当触发器输入端TR电压小于1/3Vcc，则比较器C2输出为零，RS触发器置1，输出端3脚为0，放电管截止；当C1比较器输入端电压大于2/3Vcc，同时TR端电压大于1/3Vcc，则C1的输出为0，C2输出为1，RS触发器置1，输出端3脚为低电平，放电管导通。555时基电路主要采用555定时器构成的单稳态触发电路，该部分电路原理图如图2所示。

其工作原理自锁开关S按下并自锁后，2脚和6脚输入电位为0，555电路3脚输出高电平；当自锁开关S再次按下后，自锁弹起，2脚和6脚输入电位由Vi决定，设计中Vi为大于2/3Vcc。

4.系统整体设计

4.1电路组成与作用

该电路要解决的技术问题是提供一种操作简单、能够在切断电源的情况下，可以延时断电的电源控制电路。电路主要由电源电路、时基电路、延时电路、继电器执行电路组成，各电路的作用为：（1）电源电路是将220V交流电转变成12V直流，提供后续电路供电电压；（2）时基电路主要由555集成电路T1构成，利用555集成电路3脚输出电压控制开关三极管Q1、Q2的导通状态；（3）延时电路主要由三极管Q1、Q2，电解电容C6、555集成电路T2组成，其作用S联动开关切断后的延时4分钟后切断投影仪电源；（4）继电器执行电路主要由继电器K与续流二极管组成，其作用是S联动开关切断后，延时指示红色发光二极管LED点亮，表明4分钟后继电器执行电路控制主电源开关K1，切断主电源。

4.2电路设计特征

（1）当自锁开关S1按下后，220V/12V变压器输出12V交流电，经过桥式整流，电容C1、C2滤波后为15V，再经过7812稳压成直流12V输出给555时基电路T1、T2供电。

（2）555电路T1的2脚与6脚相连后与电阻R1、R2、自锁开关S2的一端相连，R1、R2串联分压，555电路T1的2脚与6脚电压取自电阻R2，且R2=3K、R1=1K。

（3）开关三极管Q1、Q2设计为开关状态。

（4）555电路T2的2脚与6脚相连后与电解电容C6正极、自锁开关S3的一端相连。

（5）电解电容C6取值为1000uf/25V，电阻R5为可变电阻，阻值2M，通过开关三极管Q2相连。

设计后的延时断电控制电路原理图如图3所示，电路工作原理如下：

（1）当联动开关S1、S2、S3按下并自锁，J2插座及电路得电，555电路T1的2脚与6脚输入电压为0，小于1/3Vcc，555电路T1的3脚输出高电平，三极管Q1导通导致三极管Q2基极电位为0，三极管Q2截止；同理555电路T2的2脚与6脚输入电压为0，小于1/3Vcc，555电路T2的3脚输出高电平，继电器K1得电，开关K1闭合，延时指示电路LED红灯D1点亮。

（2）当投影仪使用完毕，需要切断电源时，按下联动开关S1、S2、S3，由于电解电容C6两端电压不能突变，其正极仍然是0电位，555电路T2的3脚仍输出高电平，继电器开关仍然吸合，J2插座及电路仍然得电；与此同时555电路T1的2脚与6脚输入电压为9V，大于2/3Vcc（8V），555电路T1的3脚输出低电平，三极管Q1截止，其集电极为高电位，三极管Q2导通，电解电容C6充电，充到电压2/3Vcc（8V）时间约为t=1.1RC，延时时间（3分钟～40分钟），设计中延时时间为5分钟；当C6电压充至大于2/3Vcc（8V）时，555电路T2输出低电平，继电器K失电，开关K1断开，插座J2断电。

结语

电路经过测试，电路运行正常，完全达到预定目标，且该电路具有成本低廉、体积小巧，极大地减少因人为操作不当，导致投影仪快速老化和灯泡爆裂。