电气设计和电路设计

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电气设计和电路设计范文第1篇

关键词：电路设计 仪器选择

电学是高中物理的重要组成部分，电学中的电路设计和仪器选择是电学的核心内容，如何让学生掌握电路的设计和仪器的选择是电学教学的关键。以高二物理教材“描绘小灯泡的伏安特性曲线”、“测金属丝的电阻率”、“测电源电动势和内阻”等几个学生实验为例，这些实验都有许多相似之处和不同之别，学生只要掌握了电路设计和仪器选择的原理和方法，其它问题就迎刃而解了。

一、电路设计原理

以上实验都是利用滑动变阻器改变电路中的电流，用电流表和电压表测量电路中小灯泡、金属丝、变阻器的电流和电压，然后用作图法和计算法分别去描绘小灯泡的伏安特性曲线、计算出金属丝的电阻率和电源电动势和内阻。滑动变阻器、电流表和电压表在电路中有不同的接法。

（一） 滑动变阻器电路的选择

1.限流电路（如上图左）

当移动滑动变阻器滑片时，可以改变电路中的电阻，从而控制用电器的电流和电压。设电源电压为E，用电器（小灯泡、金属丝、变阻器）的电阻、电流、电压分别为R、I、U，滑动变阻器的全值电阻为R0，

1）当滑动变阻器滑片P滑到右端时，用电器上的U、I均为最大，其最大值分别为E、E/R

2）当滑动变阻器滑片P滑到左端时，用电器上的U、I均为最小，其最小值分别为ER/（R+R0）、 E/（R+R0）

综上所述，限流电路的电流和电压调节范围分别为

U： ER/（R+R0）——E

I： E/（R+R0）——E/R

由上式可知，限流电路的电流和电压调节范围与滑动变阻器的全值电阻R0有关，在E、R一定的情况下，R0越大，电流和电压调节范围越大；当R0比R小得多时，电流和电压调节范围都很小。

2.分压电路（如上图右）

1）当滑动变阻器滑片P滑到右端时，用电器上的U、I均为最大，其最大值分别为E、E/R

2）当滑动变阻器滑片P滑到左端时，用电器上的U、I均为最小，其最小值分别为0、0

综上所述，限流电路的电流和电压调节范围分别为

U： 0——E

I： 0——E/R

由上式可知，限流电路的调节范围均与滑动变阻器的全值电阻R0无关。

3.两种电路的比较

1）两种电路都可以控制用电器上的电流和电压，两种电路的电流和电压调节范围的上限相同（U、I的上限均为E、E/R），而下限不同，限流电路的电流和电压调节下限为ER/（R+R0）和E/（R+R0），而分压电路的电流和电压调节下限均为0，所以分压电路的电流和电压调节范围都大于限流电路的调节范围。

2）限流电路简单，通过电源的电流小，使用同一滑动变阻器和同一用电器时，限流电路消耗的电能小于分压电路消耗的电能。

3）当R比小R0得多时，限流电路的电流和电压调节范围分别近似为0-E和0-E/R，两种电路的电流和电压调节范围差别不大。

4）当R比大R0得多时，限流电路的电流和电压调节范围的上限和下限相差不大，即调节范围很小；但分压电路的调节范围仍然较大。

4.两种电路的选择

1）当用电器电阻R比滑动变阻器的全值电阻R0小或差不多，且实验要求的电压变化范围不太大时，一般选择限流电路

2）当用电器电阻R远大于滑动变阻器的全值电阻R0，且实验要求的电压变化范围较大时，一般选择分压电路

3）若采用限流电路，电路中的最小电流仍然超过用电器的额定电流时，必须选择分压电路

4）实验要求电压或电流从零开始连续变化时，必须选择分压电路

5）当两种电路都能满足实验要求时，从能耗考虑，应优先选用限流电路

（二）电流表、电压表测量电路的选择

R

电流表、电压表测量电路有电流表外接法（如上图左）和电流表内接法（如上图右），由于电流表和电压表内阻的影响，两种电路的测量值和真实值之间存在误差。设电压表内阻为RV，电流表内阻为RA，待测电阻真实值为R，测量值为RN

1.电流表外接法的相对误差： 测量值 RN =U/I=RRV/（R+RV）

相对误差 N =（R-RN）/R

=R/（R+RV）

≈R/ RV

2.电流表内接法的相对误差： 测量值 RN =U/I=R+RA

相对误差 N =（R-RN）/R

= RA/R

3.两种电路的误差比较：为了测量精确，减小实验误差，

1） 当（R/ RV）〉（RA/R）时应选择电流表内接法电路；

2） 当（R/ RV）〈（RA/R）时应选择电流表外接法电路。

二、实验电路选择

1. 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，因为小灯泡在实验范围内的电阻较小，所以采用电流表外接法，为使小灯泡上的电压能在较大范围内调节，变阻器采用分压电路，实验电路如下图左。

2. 在“测金属丝的电阻率”，实验中，因为金属丝的电阻值较小，所以采用电流表外接法。由于电路对电流和电压的调节范围要求不大，变阻器在电路中采用限流电路，实验电路如下图中。

3. 对于“测电源电动势和内阻”的实验，由于电池的内阻比电压表内阻小得多，与电流表内阻差不多，所以采用电流表内接法。而且利用滑动变阻器改变电路中的电流，滑动变阻器在电路中采用限流电路，实验电路如下图右

电气设计和电路设计范文第2篇

1电路设计和仪器选择的基本理论依据

1.1电路的选择

（1）测量电路――电流表内、外接电路的选择.

由于电压表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，当待测电阻阻值Rx为小电阻时，有RVRx或RVRx>RxRA，电压表分流很小时，选择电流表外接电路；

当待测电阻阻值Rx为大电阻时，有RARx或RVRx

（2）控制电路――滑动变阻器限流与分压接法电路的选择：

①当负载电压要求从零开始调节，采用分压

电路.

②当滑动变阻器阻值小于负载电阻时，一般采用分压电路；当滑动变阻器阻值大于负载电阻时，一般采用限流电路.

③当电源电动势较大、滑动变阻器阻值较小，不能满足限流要求时，采用分压电路.

1.2电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点

（1）电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象.

（2）能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）.

（3）选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源―电压表―电流表―滑动变阻器顺序依次选择.

①电源的选择：在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）.在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）.

②电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）.

2测量电阻的电路设计和仪器选择

2.1伏安法即用电流表测出流过Rx的电流I，用电压表测出Rx两端电压U，再根据欧姆定律（Rx =U/I）求出Rx

根据这一原理，在设计测量电路时，必须有电压表和电流表，同时还要满足三个条件：第一，选好电压表、电流表的量程，量程太大或太小，都会违反读数原则；第二，正确选择好电流表的内、外接法；第三，确定滑动变阻器的限流式接法或分压式接法.此外，在选择各种仪器时，还要考虑仪器所能承受的最大电压、电流及电功率，这一点最容易忽视.

例1用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：

待测电阻Rx （阻值约为25 kΩ）

电流表A1：（量程100 μA，内阻2 kΩ）

电流表A2：（量程500 μA，内阻300 Ω）

电压表V1：（量程10 V，内阻100 kΩ）

电流表V2：（量程50 V，内阻500 kΩ）

电源E：（电动势15 V，允许最大电流1 A）

滑动变阻器R：（最大阻值1 kΩ）

电键S，导线若干

为了尽量减小实验误差，要求测多组数据.

（1）电流表应选，电压表应选.

（2）画出实验电路图.

解析（1）器材选择（测量电路）

从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理.注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的13，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流

Im=UmRx=102.5×104 A=400 μA，

因此，电流表A2与V1配置较好.

（2）电路选择（控制电路）

电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑.若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20 kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1 kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5 V，阻值应调到10 kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图1所示.

点评 伏安法测电阻是测电阻实验的物理模型，其他方法是这一物理实验模型的转换和迁移.因此，理解伏安法测电阻的实验原理、电路设计和仪器选择的依据、实验步骤、数据处理方法、误差分析、电路的连接也是电学实验的基础和前提.

2.2“安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形

设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.

例2用以下器材测量一待测电阻的阻值.器材（代号）与规格如下：

电流表A1（量程250 mA，内阻r1为5 Ω）；

标准电流表A2（量程300 mA，内阻r2约为5 Ω）；

待测电阻R1（阻值约为100 Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值10 Ω）；

电源E（电动势约为10 V，内阻r约为1 Ω）；

单刀单掷开关S，导线若干.

（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.

A.1 kΩB.5 kΩC.10 kΩD.25 kΩ

解析（1）实物连线如图8所示.

（2）电阻箱的阻值

R1=0×100 Ω+8×10 Ω+6×1 Ω+3×0.1 Ω

=86.3 Ω.

本题测量电流表的内阻的方法是“替代法”.即用电阻箱的阻值替代电流表A1的内阻值，其条件是：开关S2分别扳到a处和b处时，保持滑动变阻器R2不变，且使电流表A2读数相同.所以，待测电流表A1的内阻.

RA=R1=86.3 Ω.

（3）当R2调为零时，要使电路中的电流I不超过电流表A2的量程，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻R总至少为：

R总=EIA2=4200×10-6=2×104 Ω=20 kΩ.

由于电流表A1、A2的内阻（约为100 Ω）远小于R总，故保护电阻R3应选用20 kΩ的电阻，但若选用200 kΩ的电阻，则电路中电流太小，电流表A1、A2指针偏转量太小，读数不明显，实验误差太大.所以，正确的选项为B.

（4）由于R3=20 kΩ，调整滑动变阻器R2时，要使电流表A2的读数为150 μA，则

R2≈EI-R3=4150×10-6 Ω-2×104 Ω≈7 kΩ.

若选用1 kΩ或5 kΩ滑动变阻器，则不能满足实验要求（A2读数为150 μA）；若选用25 kΩ的滑动变阻器，则调节范围太小（不方便调节），所以，选用10 kΩ的滑动变阻器较合适，正确的选项为C.

注：对于直接等效替代法，除电流等效替代外，也可采用电压等效替代（如图9所示），其实质是相同的.

2.5.2间接等效法测电流表或电压表的内阻，这种方法又称半偏法.

测电流表的内阻

①电路图如图10所示：

a.如图连接，R1为电阻箱，可以是滑动变阻器，R2为电阻箱.b.闭合S1，调节R1，使电流表指针满偏.c.闭合S2，保持R1不变，调节R2，使电流表指针半偏d.从电阻箱上读出R2的电阻值R2，认为rg =R2′

②误差分析

满偏时：Ig=ER1+Rg

半偏时：Ig2=ER1+RgR2Rg+R2×RgR2Rg+R2×1Rg，

故R2′=RgR1R1+Rg

当R1Rg时，测量值R2接近Rg，要减小误差，应使R1Rg.

此时认为流过电源的总电流仍为Ig，这是因为R1的电阻远大于表头的电阻.S2合上与否，对整个电路的总电阻的影响是极小的.此时，由于流过表头的电流为Ig/2，则流过R2的电流也为Ig/2，即流过表头与R2的电流相等，则表头与R2的阻值肯定也相等，所以，只要读出R2的阻值，即为表头的阻值.实际上，当S2合上时，总电阻变小，总电流变大，即流过R2的电流大于Ig/2，根据并联电阻的分流原理，可知R2小于表头的阻值，测量结果偏小.

测电压表的内阻

①电路如图11所示，原理：在R触头不变的前提下认为上图中支路两端电压不变，当R′=0时，电压表满偏，调节R，使电压表半偏，则

RV = R′.

②误差：当调节R时，支路电阻变大，电压实际上变大，即大于电压表的满偏电压，而电压表半偏，R′上的电压大于电压表的电压，因此R′>RV，即测量值偏大.

③条件：只有RRV（或R′）时，调R′时，才能近似认为支路电压不变.

例6为了较准确地测定一只量程为3 V，内阻约3 kΩ的电压表的内阻值，在手头没有电流表可用的情况下，某同学设计了如图12所示的实验电路.其中R1是最大阻值为9999 Ω的电阻箱，R2是最大阻值为20 Ω的滑动变阻器.电源是电动势为6 V的蓄电池.

①试用笔画线代替导线，将如图13所示实验器材连接成实验电路.（有两根线已经接好，不得改动）

②在接通电路前，应将滑动变阻器的滑动触头置于端（填A或B），将电阻箱阻值调到（填最大或最小）.

③根据实验电路，按合理的顺序写出本实验的主要步骤，包括须记录的数据，并用这些数据写出测量结果的表达式.

解析①图略 ②A，最大 ③按电路图接好电路；闭合S1、S2，调节R2的滑动触头，使电压表满偏；断开电键S2，保持滑动触头的位置不变，调节R1的阻值，使电压表半满偏；记录这时电阻箱的阻值R；电压表内阻RV=R.

点评利用直接等效法时，应保持其他部分电路不变，只更换待测电阻和电阻箱并使电表的示数相同，此种方法无系统误差；利用间接等效法时，应先使电表满偏，再保持其他部分电路不变，在并入电阻箱后使电表的示数为半偏，认为电流或电压相等，从而认为电阻相等，此种方法存在系统误差，且只能测电表的内阻.

2.6“ 阻值相减法”即利用测出的待测电阻和其他电阻的总阻值然后减去其他电阻阻值的方法

例7如图14所示，选取合适的器材，按电路图连接好电路后，该实验操作过程的第一步是：闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.（1） 请你写出该实验操作过程的第二步，并说明需要记录的数据：.（2） 请你写出由以上记录的数据计算被测电阻Rx的表达式：.

解析（1） 由该实验操作过程的第一步，闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器R1和R2 ，读出这时电压表和电流表的示数U1、I1.再由部分电路欧姆定律得（Rx+R1 +RA ）=U1/ I1.为了消除（R1+RA）所带来的误差， 实验操作过程的第二步是：闭合电键S1，将电键S2接1，调节滑动变阻器R1和R2 ，使电压表和电流表的示数尽量大些，读出这时电压表和电流表的示数U2、I2，并记录示数U2、I2.

（2）实验操作过程的第一步，得

Rx+R1+RA=U1I1（1）

实验操作过程的第二步，得

R1+RA=U2I2（2）

联立（1）、（2）得

Rx=U1I1-U2I2=U2I2-U2I1I1I2，

测电阻Rx，表达式是Rx=U1I1-U2I2.

电气设计和电路设计范文第3篇

但随着技术的不断发展，出现了混合集成电路设计的概念，从而克服了采用分离器件设计电路所存在的问题。混合集成电路DC/DC系统相对于传统的用分离器件设计的电源变换电路系统来说，具有高性价比、高可靠性、高速度、设计周期短等一系列的优点。

本文结合Fairchild公司设计的系列产品，对混合集成电路DC/DC变换器的设计原理、性能及应用等进行了分析研究。

混合集成电路DC/DC变换器的集成化设计方案

根据用户需求和设计的目的不同，Fairchild公司推出的混合集成电路DC/DC变换器主要采用两种设计方案。而每一种设计方案，电路的设计上又有细微的差，可以满足不同用户的需要。

1　混合集成电路DC/De变换器设计方案1

在混合集成电路DC/DC变换器中，内部电路集成了控制器、驱动器和MOSFE了等三种离散器件。对于每一类产品，其内部电路设计采用的离散器件可以包括三种离散器件中的全部或部分，具体的设计可根据用户的实际需要进行设计。混合集成电路DC/DC变换器设计方案l的电路原理如图1所示。

从混合集成电路DC/DC变换器设计原理图可以看出，该电路中主要包括控制器、驱动器和MOSFE了等有源器件模块。在实际使用时，电源输出端需要外接电感、电容等器件对输出电压信号进行滤波，同时，输出的电压信号需要接到电路的反馈引脚上，以保证电路的正常工作。

采用本方案设计的混合集成电路DC/DC变换器含有控制器、驱动器和MOSFE了等有源器件，其整机效率可以高达95％，电源变换系统性能高，相对于标准模块具有更高的性价比。

采用本方案设计的混合集成电路DC/DC变换器产品有FAN5029、FAN5069等。器件寄生效应低，输出电压纹波低，温度范围宽。

2　混合集成电路DC/DC变换器设计方案2

混合集成电路DC/DC变换器设计方案2是在一片混合集成电路DC/DC的设计中采用了两片专用或优化了MOSFET的同步BU CK电源转换拓扑结构，其电路原理如图2所示。

采用方案2设计的混合集成电路DC/DC变换器中，两个MOSFET器件具有互补的作用，以降低开关损耗，而这两个器件的设计位置可根据设计者的实际需要进行布局。该芯片还内置直通保护电路，可以有效防止电路上下桥臂的直通，大大地提高了电路的可靠性。在驱动电路设计部分，不仅比常规的电源变换设计增加了驱动能力，减少MOSFET的开通关断损耗，还把Boost-trap二极管也集成在芯片内部，以简化外部用户系统电路的设计。

DC/DC变换器的电压输出端需要外接电感和电容，对输出电压信号进行滤波，以满足用户系统电路的需要。变换器输出的电压信号需要接到芯片的反馈引脚上，以保证电路的正常工作。

采用此方案设计的混合集成电路DC/DC变换器产品有FDMF6700、FDMF8700等。器件中采用驱动集成电路加两个功率MOSFE了的设计方法，寄生效应极低，输出电压纹波低，工作温度范围宽，且节省了大量的板空间。

接口设计

采用Fairchild公司DC/DC变换器方案设计的电源变换器具有较大的电压输入范围，可根据需要在3.3～24V之间调整，该公司DC/DC变换器的输出电流可达到30A，输出电压范围根据需要可设计为高到输入电压的90％或低到O.8V。

Fairchild公司的DC/DC变换器除了基本的电压输入、输出端口外，一般还有HDRV(上桥臂MOSFET驱动引脚)、LDRV(下桥臂MOSFET驱动引脚)、GLDO(门驱动信号引脚)、DISB(禁止信号引脚)、PWM(脉宽调制信号引脚)、BOOT(反馈信号引脚)等信号端口，具体到各型器件则会有微小的差异。

功耗情况

消费类电子产品由于使用环境以及自身条件的限制，用户对所选用器件的功耗要求非常苛刻，尤其是电源变换器等便携式设备。

以Fairchild公司的产品为例，其混合集成电路DC/DC变换器采用集成化方案设计，并力求减小MOSFET的开通关断损耗，整机效率可高达95％。由于该变换器具有较高的转换效率，因此内部电路热损耗低，在实际使用中只需要使用较小的散热器或不用散热器，从而可以降低系统电路的总体设计成本。

封装形式与尺寸

由于数码相机、摄像设备、媒体播放器、桌面电脑等电子设备的外型力求小巧，因此这类产品对内部电路设计中器件的选用也同样要求小巧而高效。

很多电源公司都采用了更小更薄的封装形式，以节省系统电路的设计空间。如Fairchild公司的FAN5069采用了SSOP-16封装形式，尺寸仅为1.1mm×5mm×6.4mm，FDMF8700采用SMD封装形式，尺寸仅为O.8mm×8mm×8mm。

混合集成电路DC/DC变换器的在系统应用

混合集成电路DC/DC变换器在系统电路中应用时，需要提供必要的外接器件和控制信号。

在变换器的输入端，需要输入合适的控制信号及直流电压，以保证电路内部的各分离器件按设计的意图工作。同时，为了滤除输入电压信号上的噪声，建议在输入电压和地之间接入旁路电容，其容值应大于1μF。

在变换器的电压输出端需要接入合适参数的电感、电容，以滤除输出电压上的噪声。混合集成电路的输出电压需要通过自举电容接到电路的反馈引脚，以保证电路能够正常工作。

混合集成电路FDMF8700为Fairchild公司推出的采用混合集成电路设计方案2的一种产品，其特点有：输入电压典型值12V，开关频率最大可达500kHz，输出电流最大可达30A，器件内在的适应性门驱动，内部集成的自举二极管，器件最高效率大干90％，低压锁定，输出电压可禁止，采用微型SMD封装形式，产品制造使用无铅材料。FDMF8700电源变换器的典型应用电路如图3所示。

图3的电路中，DISB端为输出禁止信号，可以方便地开关整个电源。PWM端为脉宽调制信号，用来驱动上桥臂和下桥臂的MOSFET，VIN和VCIN端为输入电压信号，VOUT端为输出电压信号，输出电压通过自举电容CBOOT反馈到变换器的BOOT端。详细电路设计请参照该芯片的技术说明书。

上图应用电路中输入信号和各外接器件参数的选取可根据用户实际需要来具体确定。

结语

本文以Fairchild推出的系列产品为例对混合集成电路DC/DC变换器的设计与应用进行了分析研究。

电气设计和电路设计范文第4篇

关键词：公路隧道，避雷，接地装置

 

该隧道位于江山市峡口镇与廿八都镇之间的群山峻岭之中,在达坞隧道出口的群山脚下为收费所、达坞隧道所办公大楼,两者和隧道之间有近百条电力电缆、控制电缆、通信电缆及视频信号电(光)缆相连接,收费站广场边有一排高度为20m的高杆金属照明灯，离其几十米处的互通有4杆25米高杆金属照明灯，隧道与隧道之间都有25米的高杆金属照明灯及室外可变情报板。隧道所办公楼倚山而建,其下方是地势低的多的廿八都古镇,土质为砂质土壤,土壤电阻率约为400Ω.m,土壤电阻率较高。但在雨季时,由于地下水丰富,其地理地貌十分有利于雷暴的生成发展。免费论文。根据江山市中心气象台提供的资料,该地区平均雷暴日为57天,经计算,该建筑物年预计雷击次数为0.31次/天,属于雷电活动频繁、雷击事故高发地区。免费论文。该建筑物为二类防雷建筑物。近年来,频繁的雷击已对隧道的监控系统、通信系统、计算机系统以及室外情报板等造成了一定的危害,因此隧道及建筑物的防雷工作刻不容缓。

一、雷击的特性

雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系,雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布,根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小,进而确定避雷措施;即使在电力系统中,了解雷电波频谱分析,也有助于采取相应的避雷措施。典型的雷电流为近似的双指数函数曲线,可用下式表示:

i= I0 (e-α-e-β)

式中: I0――雷电流峰值(从数kA到数百kA);

α――波前衰减系数;

β――波尾衰减系数;

i――雷电流瞬时值。

雷电流曲线峰值的左边部分称为波前,从峰值至电流下降到峰值的一半的E点这部分称为波尾。雷电流波形的波前很陡,通常只有零点几微秒到十几微秒,并包含丰富的谐波电流。通过计算(过程从略),可求得雷电波的能量比率积累的频率分布。雷电波能量比率积累的频率分布:低频部分增值快,频率越高,增值越慢,说明雷电的能量大多分布在低频部分。从典型雷电波计算得到的数据可知,90%以上雷电能量分布在20 kHz以下。免费论文。即在防雷工程中,只要防止20kHz以下频率的雷电波侵入,就能把雷电波的能量削减掉90%以上。

二、隧道电气设备防雷工程设计

该隧道监控系统设备屡遭雷击损坏,从损坏的电气设备分析,都是弱电部分的接口电路或电源电路(如:摄像机解码板、电源板及摄像头等)损坏,而且无严重烧焦及机械性破坏,推断应是受到感应雷即雷电电磁脉冲的冲击影响所致。根据我国《建筑物防雷设计规范GB50057-94》,参照国际电工委员会IEC1024防雷与接地的有关规定采取屏蔽、泄放、消峰、分流、均压等电位联接的原理进行防雷工程的综合设计和改进。

（一）接地系统及措施

接地是防雷的基础,接地系统的设计与施工直接影响防雷的效果。只有良好的接地才能为入侵的雷电流提供畅顺的入地泄放通道,同时才能使屏蔽效果得到保障。该隧道建在花岗岩石之中,洞内无法利用基础钢筋作接地体,只能在电缆沟底部建造接地装置。为了减小接地电阻,可采用复合接地体,即水平接地体和垂直接地体相结合的方式,并在接地极周围填充长效降阻剂。垂直接地体的优点是在雷雨季节能积聚一定的山水,有利于改良接地极周围的土壤电阻率,降低接地电阻。而水平接地体能扩大地网的接地面积,使隧道成为一个大的均压体,减少闪击放电的机会,提高泄放雷电流的能力。

（二）屏蔽

隧道内的电气设备,外部电磁干扰主要有三种:雷电的电磁脉冲;电力系统中各种操作过电压;静电放电。由于雷电波主要是通过电磁感应和静电感应,在隧道内的电源线和信号线上产生过电压波,并沿电缆向两端传播冲击,使得隧道及监控室内的监控设备被击坏,而雷电从隧道口绕击进洞内的可能性很小。因此屏蔽只侧重于隧道外及洞口附近的各种电缆,将电源线和信号线分别敷设于镀锌线槽内,线槽每隔一定距离,按标准进行接地,从而使雷电作为干扰源的影响大大减小。

（三）均压、等电位联接

在隧道的电缆沟内及监控室内建立等电位连接带,将设备外壳及金属架构物进行可靠的搭接,就近接地,使整个监控系统处于准等电位水平,在隧道内形成一个均压带,避免被保护设备之间在雷击瞬间形成电位差而产生二次闪击、闪络现象而遭损坏。

（四）专用避雷器

在采取以上措施的同时,为防止感应雷电对一些重要的电气设备的冲击,须在其电源或信号输入端加装专用避雷器。避雷器的性能必须满足以下几点要求:

(1)避雷器不会对线路的正常运行造成影响;

(2)要有较好的箝位效果,冲击残压尽量小,并在设备的耐压范围内;

(3)要有足够的雷电通流容量,雷电发生时自身不会损坏,并能反复使用;

(4)能适应恶劣的工作环境;

(5)漏电流要小。响应时间要尽可能短,一般要求达ns级。

根据理论分析及实际经验,在下列易受感应雷影响的电气设备前加装相应的专用避雷器:

(1)在低压母线、监控系统电源输出端加装三相或单相电源避雷器,以防止感应雷电通过电源线损坏监控系统设备;

(2)在隧道内摄像机部分解码器输入输出端加装控制信号避雷器,以防止雷电通过控制信号线损坏摄像机解码器;

(3)在摄像机视频信号输入输出端加装同轴电缆避雷器;

(4)在通信机房配线架装设交换机配线避雷器;

(5)洞外广场摄像机安装云台、镜头控制线避雷器。

通过以上的技术处理,可有效防止雷电对隧道内电气设备的影响,最大限度地将雷击灾害减至最小。

三、结语

随着国民经济、科学技术的飞速发展,公路隧道机电设备的自动化程度越来越高,计算机用于自动控制及营运管理也越来越普遍。隧道内机电系统包括:照明、通风、火灾报警、闭路电视监控、通信、交通监测控制及供配电系统等都不可避免地会受到雷电灾害的影响,如何将雷电灾害的影响降至最低,是隧道机电系统在设计、施工及管理中一项非常重要的工作,必须予以充分重视。

参考文献：

1 公路隧道设计规范JTJ026-90

2 建筑物防雷设计规范GB50057-94

3 苏邦礼等.雷电与避雷工程.广州:广州中山大学出版社,1996.11

电气设计和电路设计范文第5篇

一、数字资源建设必要性分析

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》中明确提出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。常用机床电气线路的检修课程现状如下。

现有的教材以学科知识系统化为课程教学逻辑主线，学问化的课程教学很难调动学生学习的兴趣，调动学生学习的潜能，不适宜自主学习和项目教学。“以就业为导向”的高等职业教育人才培养模式更加注重学生综合职业能力的提高，所以必须对教材进行整合，根据课程教学标准和企业岗位能力的要求来开发课程项目，以任务引领引导学生完成整个学习活动。

缺乏与一体化教材相配套的数字资源，大部分仍局限于文字材料、图片库以及习题库等，虽然教师可以借助于网络，通过动画、仿真或视频等多种形式的数字教学资源来讲解一些知识和技能点，但大多不成系列，未能形成一套与教材完全配套的数字资源，且校际资源难以互联共享，缺少整合与合作，利用率低。

现代职业教育除了要有先进的教育理念、教学素材，还应具备丰富多样的教学手段。当前课程教学存在仅能从课本及线路图上进行理解和分析，辅以模拟教具来配合进行机床电气线路检修的教、学、做的现象，无法较好地培养学生在不确定环境下进行机床电气设备检修的综合职业能力。

因此，为了构建符合素质教育要求的新的职业教育课程体系，有必要结合机床检修课程特色，打破传统学科知识体系，构建以工作任务为线索，整合相应知识、技能，图文、声像并茂，语言风格更贴近学生实际的，具有明显特色的立体化教学平台，实现本课程教学资源的数字化。

二、如何有效构建课程数字化资源建设

1.广泛调研、统筹规划、科学论证，构建资源建设框架

调研工作在长三角地区的制造业企业、不同区域的中职院校中展开，以明晰行业企业发展背景与趋势、企业的技术需求和人才需求等。通过调研，企业和同类职业院校反馈的意见和建议，基本代表着本专业领域的最新认识，为本课程建设提出了来自生产和教学第一线的可行性依据。结合大量行业、企业调研结果，课程资源建设组最终确定了五个典型工作任务组成常用机床电气线路的检修，每个工作任务分解若干学习情境，建立以工作过程为导向的内容体系。如项目三任务设置如下。

项目三：X62W型万能铣床电气控制线路的检修：

任务一：X62W型万能铣床的初识；

任务二：X62W型万能铣床主轴电动机运行故障的检修；

任务三：X62W型万能铣床进给电动机运行故障的检修；

任务四：冷却泵电动机和照明电路常见故障的检修：

与企业深度合作分析了职业岗位能力，设计了课程资源建设框架。其中主框架由课程标准、教学实施方案、教学课件、教学视频、学习任务设计方案、工作页、技术手册、项目考核、教学评价9大部分构成。

2.分工f作、对接企业、信息技术支撑，实现资源建设创新

资源体系中，教材处于核心地位，在教材开发过程中，教师要与企业专家共同研讨教材编写思路，教师执笔写作，遇到技术问题随时与企业技术专家探讨，编写完成并讨论定稿后，请企业专家终审。在设计理念上，突出课程教学能力培养目标，内容设计完全按照当前机床设备管理所面向的岗位定位、岗位工作任务定位和任务的职业能力定位，展开项目课程的开发。教材结构以CA6140型卧式车床、M7130型平面磨床、X62W型万能铣床、T68型卧式镗床、Z3050型摇臂钻床等5个具体项目为中心，从“企业真实任务”着手，通过设计完成“任务”的方法与步骤，使学生在一个个贴近生产实际的具体情境中学习并完成“任务”。培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，真正实现了“教、学、做”一体的目标。

围绕教材开发的数字资源从本质上说是一种以数字形式将教科书相关内容呈现出来，并通过计算机等外部设备使用的课程资源。为了使数字资源能够在资源内容、表现形式、使用方式等方面协调一致，达到更好的教学应用效果，课题组搭建了常用机床电气线路的检修教学资源库和虚拟实训平台。采用 “脚本设计、资源制作、资源整合”三段式的开发模式，充分利用信息化技术，通过动画、三维模型、虚拟仿真等多种可视化的方式，展示以机床电气控制系统为载体的电路分析、调试、检修、考核等工作过程，使本专业的一体化教学得到立体化的演示。学习者可以随时通过网络进行虚拟训练，使技能得到标准化、智能化的模拟训练，提高了经济效益和社会效益，满足了实际教学需求。

3.建立机制、规范管理、多元评价，促进资源时效性

利用教学资源库和虚拟实训平台，坚持边建边用，通过建用结合促进资源的建设和资源的不断提升与更新，并建立有效机制，鼓励教师使用数字资源进行备课和课堂教学，实现线上教学互动、自主学习，线下实践、巩固、提高，以促进教学改革。

三、课程数字化资源建设研究成效

1.灵活的教学方法，实现综合职业能力的培养

本次研究，对传统的教育模式提出挑战， 采用了“任务驱动”“情景体验”“分组竞赛”“仿真教学”等灵活的教学方法和手段，创设专业教学活动的情境。

情景体验案例：模拟企业生产流程、工作环境，把学习任务视为维修工作，模拟角色扮演，重现现场勘查、维修进度分配、调度、维修调试、维修记录等环节。

2.立体式教学框架，为教学增加新的维度和方向

本次研究，通过多样化的资源形式设计教学过程，以“理实一体”和“加强实训”为目标，建立了立体式教学框架。教学在一体化教室、模拟设备、虚拟实训平台和真实环境四个层次进行，打造动手能力逐步提高、技能不断完善的学习链节。特别是虚拟实训项目的开发和使用，如学生可以通过系统完成X62W型万能铣床的模拟操作、调试检修、训练考核和评价反馈等教学环节，为教和学增加新的维度和方向，使教学过程立体化、多通道、全方位。

3.校企合作，建立了相关校外实训基地

本次研究，院校和企业紧密接触，校企合作的力度被最大化。通过校企的联动合作，建立了相关校外实训基地，为中职院校引进企业的新技术和优秀人才，进一步推进校企合作提供了良好的平台。

四、小结

数字化资源建设创设了一种全新的教育环境，创造了有利于培养创新人才的教育环境，有效地促进了教育教学手段的多样化，教学模式的多元化。