电气和自动化论文
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电气和自动化论文范文第1篇
【关键字】建筑电气，工程管理，管理流程，控制要点
中图分类号： F407.6文献标识码：A 文章编号：
前言
一个国家的建筑就是她经济发展程度的标志。国家越发达，建筑的智能化程度就越高。的确，随着当今中国社会的发展、技术的进步，在建筑工程领域，科技含量越来越高。新材料的应用、新工艺的发展使对建筑设计施工流程的要求也越来越严格。在这样的背景下，建筑行业的五大关键设计岗位建筑、结构、给排水、暖通、电气设计日益凸现出它的重要性。建筑电气设计是整个建筑项目建设中所不可缺少的一个环节，主要为建筑项目提供供配电工程及弱电智能化等工程电气设计。建筑电气工程师就是主管这相关业务的专业技术人员。建筑电气与我们通常意义上的电气自动化并不同，是电气自动化相关原理技术在建筑行业的具体应用。因此，保证建筑电气工程的管理质量成为了重中之重。
二．电气工程在建筑工程中的重要作用
工业与民用建筑中的电气工程，包括建筑中的强弱电，是整个工程项目的重要组成部分。如果把建筑比作一个人，混凝土结构就是人的骨架和肉体，而血液和经脉就是建筑中的电气。大概从20 世纪60 年代左右开始，我国的建筑电气工程事业得到突飞猛进的发展，其中控制理论与控制工程、电力电子技术、尤其是计算机技术的发展更是超出人们的预料，这些环境的变化直接导致人们对自己的工作和生活环境的要求越来越高。对居住和工作建筑的电气环境的要求也越来越高，这种情况下就使得电气工程的在人们日常生活中的地位和作用变得越来越重要。电气工程的好坏直接关系到整个建筑工程的质量、投资、工期、预期等等的效果，影响到整个建筑物整体设备的安全运行、投入使用情况、节能效果、舒适性、高效性和安全性，特别是建筑物的安全问题，电气设备能否安全可靠运行，线路是否有火灾隐患，火灾报警和智能监控系统能否正常运行，消防设备、紧急照明等等这些设备的供电是否可靠，都是建筑安全的重要因素，所以，这种情况下，对电气工作人员的考验是相当高的，不仅仅要从传统的电气和自动化控制技术中走出来学习和面对新的电气和自动化控制技术，还要面对计算机网络技术等等现代的先进的科学的智能控制技术，力图建设安全可靠有技术含量的电气工程来保证人们的生命财产安全。
三．施工阶段的质量控制
施工中必须根据已会审后的电气施工图纸和有关技术文件，按照国家现行的电气工程施工及验收规范，地方有关工程建设的法规、文件，经审批的施工组织设计(施工技术方案)进行。施工中若发现图纸问题应及时提出并处理，不允许未经同意擅自变更设计。严格推行规范化操作程序，编制符合规范、工艺标准，具有可操作性的质量控制程序。
1、基础施工阶段的质量控制
在基础工程施工时，应及时配合土建做好强、弱电专业的进户电缆穿墙管及止水挡板的预埋、预留工作。这一工作要求电气专业应赶在土建做墙体防水处理之前完成，避免电气施工破坏防水层造成墙体今后渗漏;对需要预埋的铁件吊卡、木砖、吊杆基础螺栓及配电柜基础型钢等预埋件，电气施工人员应配合土建提前做好准备，土建施工到位及时埋入，不得遗漏。电气施工安装中，管理人员只有努力提高自身的素质和专业能力，才能把好质量关。
2、主体施工阶段的质量控制
首先必须分清工程中的重点环节。在电气工程质量监控中，确定配电装置、电力电缆、配电箱3个重点设备交接协调环节，明确关系，制定措施，根据规范进行超前监控，达到对工程质量的预控。其次，必须在监控好重点环节的基础上以点带面，促动整个系统工程的质量控制。电气工程要与土建工程紧密配合，根据土建浇注混凝土的进度要求及流水作业的顺序，逐层逐段的做好电管铺设工作，这是整个电气安装工程的关键工作，做不好不仅影响土建施工进度与质量，而且也影响整个电气安装工程后续工序的质量与进度。浇注混凝土时，电工应留人看守，以防振捣混凝土时损坏配管或使得开关盒移位。遇有管路损坏时，应及时修复。
3、装修阶段的质量控制
在砌筑隔墙之前应与土建工长和放线员将水平线及隔墙线核实一遍，因为将按此线确定管路预埋位置及各种灯具、开关插座的位置、标高。抹灰之前，电气施工人员应按内墙上弹出的水平线和墙面线，将所有电气工程中的预留孔洞按设计和规范要求核实一遍，符合要求后将箱盒稳定好，将全部暗配管路也检查一遍，然后扫通管路，穿好带线，堵好管盒。抹灰时配合土建做好配电箱的贴门脸及箱盒的收口，箱盒处抹灰收口应光滑平整。
四．电气工程师的责任和要求
电气工程师是电气工程质量好坏的直接负责人，因此电气工程师的专业知识水平必须过硬。同时，光有专业水平也是不够的，电气工程师必须要有高度的责任心，对自己所负责的电气工程要认真对待，不光要把自己的专业知识应用到工程建设中去，还有用心去对待自己所负责的工程，细致的，深入的，全面的做好电气工程所涉及的技术、进度、签证、质量、安全等各方面的管理工作。要想成为一名合格的电气工程师，必须不断的更新自己各方面的知识，不墨守成规，及时的掌握最新的发展动态。
建筑电气与我们通常意义上的电气自动化并不同，是电气自动化相关原理技术在建筑行业的具体应用。建筑电气设计涉及的面广，从传统的供配电、照明、动力、自控、防雷接地设计，现在已发展到消防、保安、共用天线电视、楼宇自控系统、通讯系统以及自备电源等设计。建筑电气工程师是一项技术要求很强、非常讲究理性化思考的职业。它需要从业人员有：
（一）严肃认真的工作态度。建筑电气设计涉及面广，设计规范又多，这就要求电气专业工程师，一丝不苟地对待每一个系统的设计，要精益求精；
（二）较高的学历、广泛的理论知识，现在一般企业招聘这类人才，学历都要求大学本科以上，需要经过系统的建筑电气自动化学习；
（三)要有团队合作精神。这一点相当重要。建筑工程设计有交叉作业，综合协调的特点，电气设计必须考虑到建筑、结构、给排水、暖通等方面，必须具有综合的业务水平和工作能力，如工程概预算、招投标、工序衔接及工种配合、各种关系的协调等等，只有紧密结合，才能提高建筑工程设计的科技含量。
五．结束语
电气工程中应把“质量第一、安全第一”放在首位，工程师应该根据所建工程的自身特点，做到对每个施工环节的有效动态实时控制，把技术交底工作落实到实处，从材料购买、工程施工、工程质量等各个环节都认真的进行管理。同时，建立有效的监督体系对工程的质量进行监督，确保工程质量。
参考文献：
[1]陈富军 建筑电气工程管理及质量控制陕西秦力建设工程监理有限公司陕西科技报2010-09-14报纸
[2]赵子云 建筑电气工程在施工过程中的运用 中国新技术新产品2011-01-25期刊
[3]廖亚振 建筑电气施工质量通病问题与处理措施探讨 企业导报2012-06-30期刊
[4]王进; 王静 浅谈建筑电气工程管理及质量控制黑龙江科技信息2009-06-25期刊
电气和自动化论文范文第2篇
论文关键词：变电站；变电站数字化；通信网络
为了提高电力系统的自动化水平和可靠性，提高电网企业的经济效益和管理水平，我国电力企业积极进行变电站的数字化。随着国家标准的不断完善以及智能断路器、非常规互感器和网络技术的发展，数字化将是未来变电站自动化发展的必然趋势。
一、数字化变电站的特点
随着数字化技术的出现和应用，数字化变电站的概念也被提出。数字化变电站可以实现信息的整体和统一处理，同时具备变电站内IED之间、控制中心和变电站之间协同互动运行的能力。一般情况下，数字化变电站具备以下几个技术特点。
1.层次化
由于所具备的功能差异，变电站的结构逻辑可分成间隔层、过程层以及变电站层。间隔层的作用是通过本间隔的数据作用于自身间隔的一次设备。所有与一次设备接口功能的实现是通过过程层完成的。利用全站的数据，变电站层可以对全站的一次设备进行监视以及控制，同时可以实现与远方控制中心进行交换数据。
2.一次设备的智能化
可编程（PLC）控制器可以替换变电站二次回路中的继电器及其配套的逻辑回路，光电数字和光纤将会代替变电站目前普通的模拟信号和控制线路被。
3.二次设备的网络化
变电站的二次设备不设功能装置重复的输入/输出接口，通过网络可以真正实现数据共享、资源共享，普通的功能装置也会演变成逻辑的功能模块。
4.运行管理实现自动化
日常运行、维护、数据记录可以实现无纸化办公和自动化的信息分流交换；变电站发生故障时，及时提出故障原因和维修意见；系统可以自动发出变电站设备状态检修报告。
二、数字化变电站中的关键技术
由于用户对供电质量、可靠性要求以及电压等级和电网容量的不断提高，电力电子、传感器、网络通信和信号处理等技术日渐成熟，所以变电站一次设备智能化、自动化成为发展的必然趋势。当前，该技术主要是智能断路器、集成型智能开关以及电子式电流电压互感器等设备的发展和应用。
1.非常规的互感器
随着计算机技术和光电技术日益成熟，非常规互感器在实际生产中得到了广泛的应用。它具有很强的抗电磁干扰能力、绝缘好、可测量频带宽，新型光电/电子式互感器具有现代光电技术的优点以及电光晶体的各种优异特性，在电力行业有着广泛的应用。同时，结合数字信号处理DSP技术和光电技术，未来将呈现出很好的发展势头。
数字化保护和测控设备可以和非常规互感器直接接口，省去了中间环节。它的优点是：能隔离高低压，绝缘性能良好；由于不含铁芯，铁磁谐振和磁饱可以消除；良好的抗电磁干扰性能，低压侧无开路高压危险；测量精度高，动态范围大；频率响应范围大；无易燃、易爆等危险。
由于以上优点，非常规互感器不仅具有可观的经济效益和社会效益，而且能很好地适应电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要，提高了电力系统自动化程度并且能够保证其安全可靠的运行。
2.断路器智能技术
为了改变现有断路器的单一空载分闸特性，自动获得实际开断时电气和机械性能上的最佳开断效果，且由于电网运行过程中会经常有各种开断指令，断路器可以执行相应的智能操作——自动调整执行机构和灭弧室工作条件的选择。通过智能断路器的过程层(I/O)通信接口，输入和输出通信数据，而这些通信数据必须符合IEC61850标准。或者说根据IEC61850提出的标准体系，断路器属于过程层设备，所以控制跳合闸命令的传递以及断路器状态信息传输是通过IEC61850标准的通信数据来实现的。
3.集成型智能开关设备
国外一些大的电力设备生产公司已经推出类似产品，瑞士ABB公司推出的接插式开关系统PASS是最具代表性的。它是ABB公司在生产气体绝缘组合电器GLS和空气绝缘开关设备ALS的基础上研发的一种新型电器设备，而该款产品具备了GLS的优点。从20世纪末应用至今，已在美国、加拿大、英国、瑞典等变电站使用并且用户反应良好。可以说，集成型智能开关设备是电力系统将来一次电气设备的发展方向，它的主要优点是结构紧凑、安装方便、接线简化、占地面积小、自动化程度高、可靠性高和日常维护简单。
三、数字化变电站通信网络结构
建设数字化变电站的基础之一就是从逻辑概念和物理概念上，将通信体系分为三个层次，即间隔层、变电站层以及过程层，并且制定了各层通信接口之间的通信标准。而另一个前提就是制定的IEC61850标准，该标准的制定，有利于实现电力自动化系统的三个功能，即控制、监视和继电保护功能。
由于没有规定通信拓扑，并且对设备之间的通信接口没有任何标准，所以各个厂家只是根据客户需求自行设计和定义物理通信链路上的通信接口，上述的三个层次仅是抽象的概念。由于IEC6185O使用以太网作为基本通信技术，并没有限制实际的网络形式，所以，随着网络技术的进步，同一个网络完全可以融合变电站总线和过程总线。这样的通信系统既有利于变电站与控制中心构成统一的无缝通信网络，而且可以同时实现变电站内的无缝连接。
变电站层有两种功能。变电站层功能是指SAS到各个接口的功能，即到本地站操作员人机接口、远方控制中心遥控接口或远程监视维护工程远方监视接口的功能。另外一个功能是指利用多个变电站或间隔的数据，而且作用到整个站的一次设备或多个间隔。
间隔层是利用分析某个间隔数据，然后可以实现控制该层一次设备的目的。该功能是与任何类型的I/O或智能传感器和执行器通信，即通过一定的逻辑接口在间隔层内通信或与过程层通信。
过程层功能是连接到过程的全部功能。
四、数字化变电站对变电站的影响
1.对二次系统应用的影响
由于现代数字技术的发展以及相关标准的制定，变电站数字化技术得以迅速发展应用。在电气量采集的环节、IED设备数据传输交换方式、变电站信息冗余性、变电站二次系统运行安全性、可靠性等，都将由于变电站数字化技术的应用产生巨大的影响。
2.对变电站整体建设方案的影响
当今，由于土地价格昂贵，缩小变电站的占地面积将是目前变电站建设急需考虑的问题。由于电子式互感器的体积小，方便安装，与其他高压设备集成方便，所以能减少变电站的占地面积。实现数字化的变电站基本上没有电缆，采用光纤通信，造价低，重量轻。可以取消变电站内大部分电缆井和电缆层，建设变电站的成本也可大大减少。
3.数字化变电站对设备调试的影响
数字化变电站不仅可以提高二次系统安全性，而且可以大大简化二次系统的调试；电压互感器的极性由安装位置决定，所以现场不需要校验；绝缘电阻不需要测试；电子式互感器还可以确保使用数据正确，这是由于该设备传输的数据都有标记，方便识别；除此之外，由于一二次回路接线不需要查线，原来的查线工作大大减少，减轻运行维护人员的工作量；由于绝缘的系统的光纤信号传输回路，所以没有接地，减少了变电站检查接地的工作量。
五、数字化变电站未来的发展
电力系统通过SAS技术的应用，不仅提高了电网运行的安全性、稳定性，而且还大大减少了系统的维护和检修费用，具有十分明显的经济价值。由于变电站是整个电力系统最基本信息源，所以它也是整个系统中数字化的基础。基于以上原因，数字化变电站应具备以下几项技术优点。
（1）过程层信息系统内部互相调用。在数字化变电站过程层的数据化的信息传输都是通过光纤完成的，所以过程层的信息可以实现系统内部互相调。
（2）数字化变电站通信网络技术有及时性、稳定性以及兼容性等优点。
（3）信息模型化和互操作。作为电力系统的信息源头，数字化变电站不仅要提供尽可能多的信息，而且这些信息应建立在统一的电力系统信息模型的基础之上。作为执行终端，实现各种协同功能是数字化变电站最基本的特征，这要求IED之间能够互操作。为了实现设备之间互相操作，变电站信息的标准化是基础。
（4）检测调试方法的变化。由于数字化变电站中的大多数自动化功能都以数据通信的方式实施，所以通信监测设备显得非常关键，不仅用于检查网络的联通性，而且对通信过程和传输信息进行监视，用来分析自动化功能的实施情况。
（5）广域自动化功能。数字化变电站的通信网络建设需求是互相兼容的，传输的信息有同一个标准同时必须能够相互共享，这样才能达到电网与变电站之间协同配合的目的。
六、总结
由于数字化变电站技术涉及到许多通信网络以及新设备的应用，所以从研发到实际应用将会是比较长期的过程。如IEC61850标准体系、智能断路器、电子式互感器、网络通信技术等。由于各种新技术没有经过一定时期的实践检验，所以在现场应用的稳定性需要结合工程实际逐步完善。
国内外数字化变电站的研究和建设也还在起步阶段。我国的数字化变电站建设的总思路是先把低电压变电站（110kV以下）作为建设试点，通过一段时间的摸索，然后应用到高的电压等级的变电站上，在此期间更需要进行大量的理论研究和实践摸索。同时，由于目前大部分变电站都没有经过数字化改造，所以现有的常规变电站就可以为数字化变电站技术的发展提供应用的平台，而电网的发展也为变电站数字化技术提供契机。未来数字化变电站应用技术的成熟，将标志着新一代数字化电网的实现。
电气和自动化论文范文第3篇
【关键词】 自动测试系统 通信导航设备 测试程序集 GPIB总线 PXI总线
一、概述
近年来，航空技术发展迅猛，与之配套的通信导航设备也愈发复杂。因此，通信导航设备的检测工作也越来越复杂、困难。而由于民航产业的特殊性，其飞行的安全性非常重要，故对其配套的通信导航设备的稳定性与可靠性要求异常的高，从而对通信导航设备的检测工作尤为重要。
传统的手工测试效率低，且由于测试人员的个体差异，测试效果的准确性并不稳定。显然传统的手工测试工作已无法满足要求。随着计算机技术和电子技术的发展，以及设备检测工作日益困难，自动检测技术应运而生。利用自动测试系统对通信导航设备进行测试，可极大提高检测工作的效率及可靠性。发展并完善通信导航设备的自动测试系统是一项势在必行的工作。
二、自动测试设备构成
自动测试系统分为自动测试设备（ATE）、测试程序集（TPS Test Program Set）两部分，如图1所示：
1、自动测试设备（ATE）：
自动测试设备由IPC（工控机）、接口总线（如GPIB、PXI、VXI、RS232等）、各式测量、激励仪器构成。IPC根据测试程序通过接口总线向各仪器发送命令，控制仪器完成相应的测量动作，同时也从这些仪器中读取数据，并分析处理这些数据，生成报告。
2、测试程序集（TPS）：
测试程序集分为三部分，即测试程序（TP）、测试单元适配器（TUA）、测试程序集文档。
测试程序是为被测单元开发的一组能由测试设备执行的代码序列，用来完成对被测单元进行功能及各项指标的测试，并输出测试结果。
接口适配器称为测试单元适配器，是自动测试系统的重要组成部分，主要实现自动测试系统的通用测试接口向被测单元特定接口的转换，即用与实现计算机与测试仪器、被测单元之间的电气和机械连接。
测试程序集文档。测试程序集文档的作用是提供自动测试设备完成对被测单元自动检测的各类文字信息，例如测试指南、接口适配器文档、测试程序说明等内容。
三、硬件平台设计
3.1 GPIB总线简介
GPIB（General Purpose Interface Bus）总线是一种并行的与可程控测量仪器件相连接的小型标准接口总线系统。GPIB的硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准 ― IEEE488.1和IEEE488.2[1]。
GPIB器件与控制器的连接方式有三种：线型连接、星形连接以及混合型。
3.2 PXI总线简介
PXI（PCI extensions for Instrumentation）总线是PCI总线的相仪器领域的扩展，由NI于1997年，是一种开放性、模块化仪器总线规范。
PXI规范包括3个方面：机械性能、电气性能、软件性能[3]。
3.3 硬件平台总体结构
自动测试系统的硬件资源通过GPIB、PXI、SCXI与IPC（工控机）进行通信。
（1）以GPIB为接口总线的仪器通过GPIB卡与工控机进行通信。（2）以PXI作为接口总线的仪器插在PXI机箱中，在机箱的主板中通过PXI总线与PXI机箱的0槽的控制器相连，PXI机箱的0槽的控制器通过MXI-4与工控机相连，从而实现通信。（3）SCXI机箱中的设备在SCXI机箱主板中通过SCXI总线与机箱的控制器通信，SCXI机箱的控制器与工控机通过USB总线通信，从而实现了通信。
硬件平台的结构图如图2 所示：
四、基于自动化测试系统的例程
系统的软件平台的设计所用的开发工具是LabWindows/CVI 2010。
LabWindows/CVI是NI推出的一套面向测控领域的软件开发平台，其功能强大，可以容易地设计出符合实际要求的仪表操作界面，并对采集到的实时数据进行各种数学处理和运算。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境[5]。
本例程以ATE中的硬件资源――GNS743A作为被测单元。
GNS743A是导航卫星模拟器，可产生GLONASS和GPS在L1子带上的卫星射频信号，用于对GLONASS和GPS接收机进行工程测试。
GLONASS是俄罗斯开发的卫星导航系统，以前苏联地心坐标系（PE-90）作为坐标系，采用频分多址技术，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。其L1自带上的信号频率分别是1602.0000+K*0.5625 MHZ（K=1 to 24）。
本例程的测试内容是GNS743A所合成产生的GLONASS的信号，如表1所示。
本例程是用HP8596E频谱仪对GNS743A的部分频率进行测试，并将结果输出至“*.ar”文件。
程序将先对相关硬件初始化，然后在使GNS743A输出不同频率的信号。HP8596E接收到信号后，由控制平台对所接受的信号频率与相应的标称值进行比较，若在容差范围内，则判断为正确，否则错误。
五、结论
本论文根据通信导航设备的实际测试工作需求做了深入分析，并以此为出发点，对自动测试系统的硬件及软件设计进行了规划。
硬件平台设计方面：总线选用GPIB、PXI作为系统的主要总线，辅以SCXI总线。硬件资源主要采用了安捷伦、R&S公司、惠普、艾法斯等公司所生产的测量仪器，这些测量仪器在工控机的带动下，可完成对通信导航设备的精确、可靠的测量。
软件平台设计方面：以LabWindows/CVI作为开发工具，实行了模块化设计，是的软件平台的维护、升级变得更加方便。此外，系统也定义了平台专用的编程指令，简化了TPS开发人员的编程工作。
成功实现了对GNS743A输出GLONASS不同频率信号的测试。针对不同的通信导航设备，可设计出相应的接口和测试子程序集，随着未来测试仪器仪表的不断完善，应可逐渐达到实现本通信导航设备自动测试系统的设计目标。
参 考 文 献
[1] 杨乐平，李海涛，肖凯. 虚拟仪器技术概论[M]. 北京：电子工业出版社，2002：7
[2] 曹东，徐向民. 基于 GPIB 总线结构的航空电子设备自动测试系统[J]. 科学技术与工程，2010，（32）：7951-7955
[3] PXI Hardware Specification Rev2121September22，20041http：//pxisa1org/specifications
电气和自动化论文范文第4篇
计算机辅助设计(CAD)技术，作为电子信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化，促进传统产业和学科的更新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上竟争能力加速国民经济发展和国防现代化的一项关键性高新技术，也是进一步向计算机集成制造(CIMS)发展的重要技术基础.从广义上说，CAD技术包括二维工程绘图、三维几何设计、有限元分析、数控加工、仿真模拟、产品数据管理、网络数据库以及上述技术(CAD/CAE/CAM)的集成技术等。CAD应用工程是与CAL)技术研究开发、推广应用相关的高新技术密集的大型系统工程。CAD应用工程的实施标志着我国在“企业信息化、信息企业化”的大道上取得了长足的发展。CAD技术的使用使产品和工程设计、制造的工作内容和方式发生了根本性变革，这一技术成为工业发达国家制造业保持竞争优势、开拓市场的重要手段。
随着计算机性能成数最级的提高，其价格成倍地下降;随着网络通讯的普及化、信息处理的智能化、多媒体技术的实用化;CAD技术的普及应用越来越广泛，越来越深入，CAD技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。
90年代以来，从事科研和应用开发CAD的技术人员认识到，要让CAD技术成为生产力，关键是让设计人员都用上、会用CAD系统。国家科委确定以“甩图板”的工程目标来实现绘图设计自动化作为推广应用CAD技术的突破口，今天，许多地方、企业己经推广了CAD，取得了较好的效果，但也还存在一些问题值得探讨。
1 引起设计革命的CAD
CAD是目前计算机应用中最活跃的领域一股的设计业务主要包括研究开发设想、产品基本设计、成本估算、设计制图以及为设计而进行的辅助工作(如产品调研、为设计而接受继续教育、参加有关的学术会议等)
首先从占设计时间40%的制图入手，计算机辅助制图不但作为一种减轻设计者劳动的方法，而且引出一场“设汁革命”。CAD使设计工作产生了如下的变革：①使设计工作深入到前所未有的深度：②提高图纸设计的速度和质量;③简化设计过程，计算机与产品标准数据库连接后，所有己纳入标准的零部件设计都可实现计算机自动给图，设计者只需告诉计算机所采用的标准参数就可以了：④设计仿真和设计检验，利用CAD的三维图形功能，可在计算机屏幕上模拟出所设计产品的外形状态，在设计之初就对产品进行优化，在新产品试投产前，就可以对其制造过程中的结构、加工、装配、装饰和动态特征进行分析和检验，从而提高了产品设计的一次成功性;⑤设计与制造的紧密结合，如前所述，CAD的设计数据既可用于设计仿真 CAE，也可以通过数据传输系统与数控加工设备联结，将设计数据直接用于产品的加工，即CAM、CAD可自动完成从设计到加工程序的转换。
2 CAD软件迈进个性化时代
设计和制造是制造业开发产品的主要环节，CAD技术推动了制造业的技术革命，他哭破了传统方式，使人们可以不用图板、图纸就可高效地开发产品，现在CAD技术己经成为衡量一个国家工业水平的重要标志。
应用领域和人群的不断增长，对CAD软件提出了更高的要求。各行业用户一方面迫切希望得到最适合自己专业需求的CAD软件，另一方面希望以合理可承受的价格得到来自专业CAD厂商为自己虽身定做的专业服务。行业用户迫切希望得到个性化的CAD产品和服务。
CAXA日前率先推出的“电子图板2000”，标志着CAD软件迈入个性化时代。“CAXA电子图板”充分考虑了用户的个性化需求，提供了专业而易于使用的开发平台，使用者可以根据自己的需要改变软件、增加功能甚至开发出全新的专业设计软件。“CAXA电子图板2000”目前己集成了机械、电气和建筑设计模块，
数十家专业软件开发机构与CAXA合作开发专业设计软件并将不断集成起来此外，CAX人推出了个性化服务计划，从培训、支持到定制产品，一改以往“ 企业生产什么卖什么”的思路，而以“用户需要什么，我们提供什么”为宗旨，针对使用者的应用和需求，为其置身定制，让软件和服务更适合使用者的需求.“CAXA电子图板2000”个性化的产品和服务，让高科技的软件更加大众化了。
3应用CAD技术的几个问题
网络化
网络化是当前的一个趋势,CAD采用网络可以实现信息共享，给设计工作带来极大的方便。这里有必要谈的一点是CAD软件的网络化问题。由于CAD的实时数据交换量极大，采用主机分时系统会降低设计效率，最佳方案是各节点机能独立完成设计工作，网络的作用是各节点有关资源的相互调用。同时，由于知识产权保护的需要，CAD软件都有自己的加密措施(如钥匙盘或加密狗)。因而在实施上出现两种情况，一是仅在服务器上安装一个加密狗，二是在各节点机分别安装加密狗。前者便于资产管理后者可以脱离网络单机运行，各有优点。
像CAXA电子图板的网络板就提供了三种安装模式，即全服务器安装、全工作站安装、混合安装。第一种模式适合于无盘工作站网络，将软件全部安装在服务器上，节点工作站无硬盘：不足之处是网络要求高，否则运行速度受影响。第二种模式要求工作站有一定的硬盘容量，运行服务器与工作站基本上无数据交换，服务器的作用仅是软件使用权限控制。第三种模式则是将经常调用的部分程序安装在工作站上，而把硬盘空间大的库文件之类安装在服务器上，兼顾运行速度、网络通讯及硬盘空间各个万面，是一种较好的模式。
智能化
智能化是CAD发展的必然。智能化的主要特征是不仅能处理数据而且能处理知识，其功能远超出了计算范畴，他能进行推理、优化、选择、判断并作出决策，这样的系统在解决问题方面能达到专家水平，即‘专家系统气专家系统是人工智能的一种实际应用。
众所周知，工程设计是一项综合性工作，是工程师根据科学方法，凭借自身积累的经验、遵循国家规范，按使用要求和施工条件等诸多因素，进行分析，比较和判别卜最后用图纸和文字资料表达设计产品的过程。整个设计过程是一个反复的逐步求精的过程。可是目前我国自行开发的工程CAD软件大多只能进行校核性设计及出施工图，不具备思维、决策的能力。
智能化CAD技术是一项复杂的系统工程，是一项跨学科的重大课题.必须要有经验的工程设计专家和计算机软件专家密切配合进行研究开发才能较好的解决。
目前，我国智能型CAD系统的研究刚刚开始，还没有可供应的商品化软件。因此，在吸收国外先进技术的基础上，加快研制高水平的智能型CAD软件也是我们的一项迫切任务对提高我国CAD的应用水平和设计手段的现代化将会起到积极的促进作用。
要真正使产品、工程和系统的质量好、成本低、市场竞争能力强，就需要用最好的设计、最好的加工和最好的管理，就十分迫切需要总结国内外相关产品、丁程和系统的设计制造经验和教训，把成功的设计制造经验做成智能设计，智能制造系统去指导新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创新性。
标准
标准化是企业技术工作一个很重要的部分当应用CAD技术时，企业技术部门首先应该对企业己有的标准进行修订或订立新的标准，完善的CAD标准体系是指导我国标准化管理部门进行CAD技术标准化工作决策的科学依据，是开发制定CAD技术各相关标准的基础，也是促进CAD技术普及应用的约束手段，因此，在CAD应用工程中跟踪国际的相关标准、研究制定符合我国国情的CAD标准，并切实加以执行是促进我国CAD技术研究开发、推广应用能不断发展的重要保证。
对软硬件的认识
通常，CAD软件的使用人员是专业技术人员，他们关心所选择的CAD软件能否满足他们工作的需要，是否好用，而不大关心软件是怎样开发出来的，以及软件的功能是否覆盖了CAD的所有领域，是否反映了CAD技术研究的最新成果等，而系统维护人员大多是计算机专业人员，他们关心的是软件有否二次开发语言接口，系统的开发语言是哪几种，以及某个软件的接口怎样等等.有些提出的问题与企业的实际技术工作相脱节.因此，CAD系统的选型应以CAD系统使用人员为主。
CAD对硬件的要求比起一般文字处理、管理系统要高一些。通常，二维绘图需要486以上的机型，主频速度在100MHz以上，内存4M以上(建议8M)，内存大小将会影响操作速度。图形输出最好采用喷墨绘图机，根据企业图纸幅面来配里绘图机的大小。
CAD软件的二次开发
所谓二次开发就是在某种墓础软件平台上(如二维绘图软件)构筑一些专业化应用功能，以提高系统的专业针对性和使用效率.例如可以在CAXA电子图板上增加一些刀具设计的计算、数据及图形库，从而构成一个高度专业化的成形刀具CA工)系统。
要使企业真正用好CAD系统、使之变成现实生产力，必须向企业提供易学易用的二次三度开发工具，即开发面向行业和企业应用的专用CAD软件和数据库.除了传统的函数库调用，Lisp语言和C语言开发工具外，更需要系统开发单位能及时地对用户进行技术支持和培训。现在按交互、对话的图声文方式提示用户构造适合行业，适合企业的CAD应用系统将会更加友好，受用户欢迎。
CAD应用人才的培训
现代化的设备需要高科技素质的人员操纵，才能发挥其应有的作用，产生巨大的经济效益。只有让设计人员尽快掌握CAD这一先进的科学技术知识。才能让现代化的设备创造出应有的经济效益和社会效益。
目前，在职工程设计人员通过设计实践，以具有较为丰畜的专业知识，但缺乏应用CAD技术的知识和能力，影响了CAD技术的普及和应用。CAD是一项高新技术，人的因素极为重要，没有一支相对稳定巨技术水平较高的队伍，推广和普及工程CAD技术是一句空话。在设计单位由十历史的原因，还有相当数量的工程设计人员是计算机盲，更说不上对CAD技术的认识。因此，首先应充分利用CAD培训中心的优势进行基础知识培训，达到人人会用计算机，人人掌握CAD技术，只有这样才可谈得上甩掉图板，只有在此基础上才可进行高层次培训和开发培训可用几种办法进行：
送出去培训出少量资金，选派业务能力强的中青年技术人员到大专院校和培训基地进行培训，培训回来后就是CAD技术应用的骨干。
自我培训对大多数技术人员可以利用脱产或半脱产的方法进行自我培训.请计算机专业人员专门讲授计算机方面的基础知识、操作技能，提高技术人员的计算机操作水平。
电气和自动化论文范文第5篇
论文摘要:介绍了电力电子器件和变频技术的发展过程，以及变频技术在家用电器的应用，分析了变频技术的应用也带来了谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题。提出了相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。
引言
随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。
一、电力电子器件的发展过程
上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(Power MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换
技术的不断发展。起初，变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。
20世纪末期期，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引的噪声，节能效果更加明显。其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现快速冷冻。
在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声。
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四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变，不但大大降低了系统的功率因数，还引起了严重的谐波污染。
另外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1)，而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
（一）谐波与电磁干扰的对策
1、谐波抑制
为了抑制电力电子装置产生的谐波，一种方法是进行谐波补偿，即设置谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波[3]。
传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。其缺点是，补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，效果也不够理想。
电力电子器件普及应用之后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。
大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦，但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数，一般采用二极管整流加PWM斩波，常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2、电磁干扰抑制
解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt，目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:
(1)开关器件上串联电感，这样可抑制开关器件导通时的di/dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，减少了正关损耗;
(2)开关器件上并联电容，当器件关断后抑制du/dt上升，器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗;
(3)器件上反并联二极管，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
（二）功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机，它是专门用来产生无功功率的同步电机，利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而，由于它是旋转电机，噪声和损耗都较大，运行维护也复杂，响应速度慢。因此，在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点，但由于其铁心需磁化到饱和状态，损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负载的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
随着电力电子技术的不断发展，使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展，其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点，而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后，可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是，静止无功发生器使用的抗器和电容元件小，大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
五、结束语
我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1] 周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社，1985.
[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2002.
[3]王兆安 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2003.
