计数器电路范文

导语：如何才能写好一篇计数器电路，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

前导0计数器电路实现的功能：从数据的高位往低位计算连续0的个数，若出现1，则停止计数．

1.1设计理论本文设计一个108位前导0计数器电路，采用2位分组的并行计数算法，电路设计原理如下：如图2所示，前导0计数电路将数据位宽平分为高半位和低半位两个部分，然后分别对两部分前导0个数进行计算，在下一级计数逻辑对上面两个计数器结果进行汇总．当n＝2时，相当于4位前导0计数电路；当n＞2时，相当于2n位前导0计数电路．

1.24位前导0电路设计如图3所示，Count［1：0］可以表示Data［3：0］不全为0时前导0个数；当Data［3：0］全为0时，前导0的个数为4，Count［1：0］最多也只能表示3，因此需要Z信号作为Count的拓展位［4］．当Data［3：0］全为0时，前导0个数是4，拓展位Z＝1，count［1：0］＝2′b00，Z与Count［1：0］组成3位二进制计数值，为3′b100，正好可以表示Data［3：0］全为0时前导0的个数4．

1.38位前导0电路设计8位前导0电路是在两个4位前导0得出的计数结果后再做一次选择，对前面两个4位前导0的计数结果进行汇总．8位前导0的电路结构如图4所示．图4中，左上方电路计算高4位前导0个数，右上方电路计算低4位前导0个数．当高4位全为0时，则需将高4位前导0个数与低4位前导0个数相加；当高4位不全为0，则只需输出高4位前导0个数即可．当Data［7：0］不全为0，Count［2：0］即可表示前导0的个数；当Data［7：0］全为0，则Count［2：0］＝3’b0，Z＝1，构成二进制1000可以表示成8个0．从8位前导0电路结构，再结合4位前导0电路结构，由此找出前导0电路设计规律，为108位前导0电路设计提供结构的拓展．将8位前导0电路结构进行模块层次化，如图5所示．图5所示，浅灰色模块（四端口模块）是1个NR2D和1个INVD，深灰色模块（三端口模块）是1个AN2D，上一级的白色模块是3个MUX2D，下一级白色模块（五端口模块）是5个MUX2D．在大位宽前导0电路设计中，每向下增加一级模块，模块的个数就会增加一倍，白色模块的MUX2D就会增加2个，浅灰色和深灰色模块的逻辑单元不变．

1.4108前导0电路设计将64位、32位和12位这三个前导0电路进行拼接，组成的108位前导0电路结构如图6所示．如图6所示，从上到下分别是第一级模块、第二级模块、第三级模块、第四级模块、第五级模块、第六级模块、第七级模块．各个模块的内部逻辑电路如图7所示，其中白色模块n（n≥2）是指模块的级数。

2电路优化

2.1Z信号树逻辑优化图6中深灰色模块（三端口模块）是Z信号树逻辑模块，Z信号树经过优化之后如图8所示．

2.2Count树逻辑优化图6中白色模块（五端口模块）构成Count树，Count树由MUX2D逻辑单元构成．由于MUX2D标准单元存在传输管，导致标准单元延时大，以及单元驱动能力弱的情况［5］．因此需要将传输管逻辑单元优化成速度快、稳定性好的CMOS互补逻辑单元。将MUX2D传输管逻辑单元通过逻辑换算，使之成为互补的CMOS逻辑单元，可以有效提高Count树的计算速度和稳定性．根据Count树中白色模块（五端口模块）所处的模块级数，分奇偶两种情况分别进行逻辑换算和重组，优化之后的逻辑结构如图9所示．从图9发现，优化后的逻辑电路中有反相器存在，并且随着模块级数增加，反相器个数也在增加．因此有必要将反相器提取出来，以一个大尺寸的反相器来代替这些分散的反相器，这样既可以满足驱动的需要，也可以用来减少面积．于是进一步优化之后的电路结构如图10所示．

2.3单元尺寸优化在同一级有关联的相邻两个模块，由于扇出不同造成负载不一样，因而不同模块内部单元尺寸的调整顺序也不一样．108位前导0电路逻辑单元尺寸调整的顺序如图11所示．从图11可以看出，首先优化第1条路径的尺寸，按照阿拉伯数字依次增大的顺序，依次进行不同路径的模块单元尺寸调整，最后优化第13条路径．每条路径都是顺着箭头的方向，对各个模块依次进行单元尺寸的调整．

3性能比较

在108位前导0电路设计完成过后，提取电路设计的网表进行PT分析，通过PT分析获得到时序和面积结果．然后分别与传统前导0计数器的RTL级代码［6］进行DC综合的结果，以及8位分组的RTL级代码进行DC综合的结果进行比较，如表1所示．通过比较发现，传统前导0的RTL级代码进行DC综合的时序和面积都太大，相对而言8位分组前导0的RTL级代码进行DC综合的时序却要比它要好得多，这也是当前一直使用8位分组前导0的RTL级代码的原因．然而本文设计的2位分组的108位前导0电路，进行PT分析的时序比8位分组DC综合的时序少了19％，但面积却比8位分组的差了20％．由于计数器的运算速度对浮点加法的运算是至关重要的，在面积相差不大的情况下这个电路设计仍然是非常成功的．

4结束语

篇2

【关键词】抢答电路；定时电路；报警电路

1 课题研究的相关背景

抢答器在当下各种比赛中是非常受欢迎的一种设备，它可以快速有效的辨别出最先抢答到的选手。在早期，抢答器的组成很简单，只有几个三极管，可控硅和发光管等，辨认哪个选手优先抢到主要是通过发光管来辨别。而现在的抢答器，大部分是利用了单片机或是数字集成电路，并新添了许多功能，比如如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。

随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。

2 抢答器的工作原理简介

抢答器的构造，它包括主电路和扩展的电路由两部分组成。主电路完成基本抢答功能，当玩家按下抢答键之后，可以显示参赛者的编号，同时阻止输入的电路，阻止其他选手的回答。扩大的电路测试数字的工作。它的工作原理：启动装置后，主持人将开关拨到到"清除"的状态、抢答器被禁用，编号显示器关闭设置计时器显示的时间；主持人将开关换到“开始”状态，宣布“开始”抢答后。计时器开始倒计时，扬声器发出声音提示。参赛者在一个预定的时间期间在抢答时，抢答器完成：优先判断，编号锁存，编号显示，扬声器提示。一轮抢答之后，定时器停止，此时，禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果答案必须再次再一次，由主持人，“清除”和“开始”的切换。

3 抢答器的工作过程

如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下“加1s”键，如果想减一秒按一下“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0～99s， 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

主持人按“抢答开始”键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。

如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不，直到按下“停止”键为止。

4 抢答器的总体结构

图1 总体方框图

如图1所示为总体方框图 接通电源后，后台工作人员将检测开？S置“检测”状态，数码管在正常清除下，显示“■”；当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

5 优先判断与编号锁存电路

电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是，禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。1Q为0，使74LS148的使能端■=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端■=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。

当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出■为0，使1Q=1，即■=1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的■=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使■=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。

6 抢答器设计中的优先编码电路

抢答器设计中的优先编码电路完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是，禁止其他选手按键操作无效。

工作过程如下：

当把开关S放置在‘清除’端时，触发器RS中的■端都为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ■=0，让其在工作状态中。开关S放置在‘开始’时，抢答器则是等待工作状态，如现在选手按下时，74LS148的输出■ ■ ■=010，■=0，经RS锁存后，1Q=1，■=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为‘5’。另，1Q=1，使74LS148 ■=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的■=1，此时由于仍为1Q=1，使■=1，因此，74LS148还是在禁止的状态中，保证了不会出现二次抢答，也确保了抢答者的优先抢答权。主持人将开关S重新放置在‘清除’位置上，可以进行下一轮的抢答。

（ 74LS148为8线-3线优先编码器。）

7 抢答器设计中的定时电路

由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动。

8 抢答器的优点及组成

尤其是在知识比赛中做抢答题目时，其过程中，利用视觉判断是很难判断的，所以，需要设计出一个系统来确定哪位选手或者是哪一组选手先抢到的。我们可以利用单片机系统，其精确率哪怕两组之间抢答的时间只差几微秒，也可以判断出来。以上问题（下转第387页）（上接第350页）迎刃而解。

【参考文献】

[1]赵保经，等.中国集成电路大全TTL集成电路分册[M].北京：国防出版社，1985： 429-450，649-651，639-640.

篇3

【关键词】 EDA 数字电路 电路仿真

数字电路主要有组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分组成，交通灯控制器的设计既可以涉及到这两部分的基本原理的运用，又可以锻炼学生对数电综合电路的设计和分析能力，因此交通灯控制器的设计是数字电路一个很好的教学题材，在完成电路设计的同时配合电子设计自动化（EDA）教学，学生无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，EDA可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。目前在各高校教学中普遍使用EDA仿真软件是Multisim10.1， 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

下面介绍以Muitisim10.1 为平台设计一个十字路通控制器系统的过程.

1 设计要求

设计一个十字路口的交通灯控制器，要求主干道和支干道交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒；支干道每次通行时间都设为20秒；绿灯可以通行，红灯禁止通行；每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时另干道的红灯不变）；十字路口要有数字显示，作为等候的时间提示。要求主干道和支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位做减法计数。黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。

2 交通控制器电路设计与仿真

2.1 状态控制器的设计

根据设计要求，主干道和支干道红、绿、黄灯正常工作时，只有四种可能：主干道车道绿灯亮，支干道车道红灯亮，用S0表示，绿灯亮足规定的时间间隔30秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道黄灯亮，支干道车道红灯闪烁，用S1表示，黄灯亮规定的时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯亮，支干道车道绿灯亮，用S2表示，绿灯亮足规定的时间间隔20秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯闪烁，支干道车道黄灯亮，用S3表示，黄灯亮足规定的时间间隔5秒是，控制器发出状态转换信号，系统又转换到最初种状态。可以用一个2位二进制计数器实现这四种状态：S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，本设计用74ls190连接成二进制加法计数器，电路图如图1所示：

2.2 状态译码器的设计

状态控制器已经产生了四种状态，用Q2，Q1两位二进制数组合来表示S0到S3四种状态，状态译码器要求利用Q2，Q1分别控制主、支干道上红、绿、黄信号灯的状态，红、绿、黄信号灯状态与控制器的输出Q2，Q1关心可用表1（1不是灯亮，0表示灯灭）来表示。由信号真值表可以设计出状态译码器电路，如图2所示：

74LS245为8个双向3态缓冲电路。主要使用在数据的双向缓冲，～G=0，DIR=0，B->A；～G=0， DIR=1， A->B；～G=1， DIR为0或者1，输入和输出均为高阻态；高阻态的含意就是相当于没有这个芯片。在本电路中是实现红灯的闪烁，无论是主干道还是支干道，Q1为1，可以利用Q1来控制～G，当Q1为1，～ Q1为0，～G为0，秒信号就可以输入电路，实现红灯的闪烁。

2.3 倒计时电路的设计

根据设计要求，该系统共有四种状态（S0-S3），在每种状态都要求能够自动调入不同定时时间的定时器，完成30S、20S、5S的倒计时显示。该定时器由两片74LS190构成减法计算器实现，初始值可通过三片74LS245完成预置数，显示电路用自带译码功能的两个数码管实现两位十进制数的显示。设计的定时倒计时电路如图3所示：

2.4 仿真结果

将上述各单元电路组合起来，可以得到交通控制灯的整体电路，点击Multisim 10.1 软件的“Simulate/ Run”按钮，便可以进行交通灯控制器的仿真。电路的倒计时显示首先为30 s，此时主干道绿灯亮，支干道红灯亮，进入状态S0，倒计时为0后，主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，进入状态S1，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，进入状态S2，倒计时从20开始计时，倒计时为0后，主干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，支干道黄灯亮，进入状态S3，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，又回到S0状态，如此循环下去。

3 结语

该设计通过把数字电路的分析与设计与EDA相互结合，完成交通灯控制器各个单元电路和整体电路的设计和仿真，很好的解决目前高校教育中理论教学与实际动手实验相脱节，试验室条件不足等问题。电路设计仿真成功后再构建实际电路，既可以降低成本，又大大提高了教学和专业设计的效率，对老师教学也是一个很好的提高和促进。

参考文献

[1]孙晓艳，黄萍.基于Multisim 的电子电路课堂教学[J].微电子技术，2006（24）.

[2]周凯，郝文化.EWB 虚拟电子实验室——Multisim7 &Ultiboard7 电子电路设计与应用[M].北京： 电子工业出版社，2006.

[3]张艳春.数字电子系统的EDA 设计方法研究[J].现代电子技术，2009（17）.

[4]郑步生，吴渭.Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

篇4

关键词：露天煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.037

1 露天煤矿电气自动控制系统硬件方面的优化设计

1.1 优化输入电路

输入电路的优化需要考虑在正常状态下的PLC供电源的电压范围，一般情况下，煤矿企业所采用的电压范围为：85.0V～240.0V，电源幅度为155.0V。但在运行和管理中，由于现场情况的复杂性，导致存在众多因素的干扰。例如我国的供电系统在运行时，周围的环境相对恶劣，常常受到外界因素的影响，从而时常出现电力中断的现象。因此，在使用自动控制系统设备进行煤矿开采工作时，就需要采取紧急预案措施，例如：安装电力净化装置（滤波器或隔离器等）。在设计的过程中，要时刻保持PLC输入电源的直流电压值稳定在24.0V，负载要根据环境的变化而调整。合理配置电路，避免运行时出现短路或断路。在操作之前还应该检查PLC芯片，确保其没有受到损坏。为了确保电路稳定，电路需及时更换高质量的保险丝，避免跳闸，从而造成严重的事故。

1.2 优化输出电路

在煤矿电气自动化控制系统的输出电路中，需要优化输出电路。优化需要结合实际情况加以选择，选择的内容包括：相关设备的标志、指示、转速等，从而保证设备的配置能够满足煤矿电气自动化控制系统的工作。在正常状态下，若电气自动化控制系统的输出频率低于正常频率时，则可以通过继电器继续完成。这样可以合理化的设计电路，而不破坏电路的抗干扰性能，且不会影响负载端的正常工作。若电路的负载端为感性负载时（如：电磁线圈），当出现断电情况时，电路仍会通过一定的电流，当浪涌电流值较大时，就有可能烧毁芯片，甚至整个电路。为防止这一现象出现，可以在负载端设置二极管用以吸收浪涌电流，保护电路系统，而不至于被烧坏。另外，为了确保电路能够稳定运行，我们通常采用中间或固态继电器，从而增强电路的灵活性。

1.3 抗干扰能力的优化设计

在煤矿自动控制系统的设计中，抗干扰能力的设计是必不可少的一部分。当自动控制系统的大致结构完成后，紧接着就需要对其抗干扰能力进行设计。一般而言，煤矿企业中的电气自动控制系统经常处在相对恶劣的环境中，从而其稳定性较差，这就对我们的设计工作提出了更高的要求。通过分析我们发现在系统的长期运行中，往往因为磨损或是其他原因，导致电磁脉冲对系统芯片造成一定的破坏。因此，优化芯片的设计是工作的重中之重。通过电磁分析，我们发现可以采取的具体措施有如下几种：第一，采用1：1隔离变压器，降低干扰频率，这是由于电网中原副边绕组之间的电容耦合所产生的各种干扰，另外，在实施的过程中需要将电容接地。第二，将电路装置放入金属外壳内，从而实现屏蔽电磁的作用。金属有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干扰。第三，优化系统周边的布线设置，采用合理的手法改造线路，区分强电动力线路和弱电线路的走势，并用双绞线屏蔽模拟信号传输线的电缆。

2 露天煤矿电气自动控制系统软件方面的优化设计

2.1 程序结构的优化

煤矿电气自动化控制系统的主要结构形式为基本程序设计和模块化设计两种，但至于要采用哪种结构形式还要根据实际情况加以选择。但是，为了方便日后软件的修改和设计及进一步开发煤矿电气自动化控制系统，我们一般采用模块化的结构设计形式。在模块化的设计结构中，我们一般按照如下的方式进行操作：第一，勘察现场情况及企业生产要求，将煤矿电气自动化控制系统所控制的对象模块化，每一模块对应一个执行任务。第二，通过对每一模块进行程序的编写和调试，完成每一模块的任务。第三，当所有的子模块都完成后，将其连接拼装，形成一个完整的程序。这样的工作流程便于查找错误，使得系统划分整齐、调整便捷，从而与现场的生产过程有更高的契合度。

2.2 程序过程优化设计

实现煤矿电气自动控制系统的优化设计的核心实质在于：确保优化对I/O接口分配。在执行的过程中，我们应该根据实际情况尽最大努力实现对整个煤矿电气自动控制系统的I/O信号的编制，在这一基础上，系统内部所对应的计数器和计时器等也需要进行集中的编制。当这一工作完成之后，对这些地址分配的情况需要加以详细的记录。另外，我们在设计的过程中需要注意对PLC的控制优化设计，从而极大地提高煤矿电气自动控制系统的工作效率。在这一过程中，我们还需要简化PLC控制程序所控制的设计结构，尽量不要占用更多的内存空间，从而缩短扫描时间。另外，可以多次循环利用PLC芯片所对应的各类触点。在程序设计中安装控制按钮，利用二分频技术控制能源的使用，从而降低资源的消耗，并在一定程度上提高了自动控制系统的运行速度和运行效率。

3 煤矿电气自动控制系统的设备的选择优化

目前市场上有很多自动控制系统的设备可供选择，但是无论是哪一种都要找准其适合的工作环境，才能发挥出其应有的价值。煤矿电气自动控制系统的设备品牌有：合力时、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在选择的方面本人总结如下。

3.1 明确煤矿电气自动控制系统的工作模式

在选择时，明确煤矿电气自动控制系统的工作模式及规模大小是一个必须的过程。若我们根据企业生产要求和实际的工作环境，以西门子的PLC产品作为选择，在不同的作业任务及工作状态下，选择的PLC型号也是有所差异的。SIEMEN S7-200等微型PLC产品适合瓦斯浓度的检查，SIEMEN S7-300等中型的PLC产品适合测量矿井水位的变化，SIEMEN S7-400等大型的PLC产品则可以对矿井工人安全进行监控。

3.2 确定I/O点的类型

由于施工的复杂性及实际要求有所差别，设备I/O点的数量和类型有很大的差别。因此，在这方面我们需要进行统计，并做好及时地记录，并根据记录的结果做出预算，从而避免过度的浪费。由于供电条件的不稳定性，在选择设备输出点的动作频率时需要对应选择输出端。

篇5

关键词：电气控制线路;设计方法;探析

中图分类号： TM726 文献标识码： A 文章编号：

前言

电气控制线路设计的优劣直接关系到控制系统性能的好坏，电气工程技术人员必须要掌握电气控制线路的设计方法和设计原则，以便在设计的过程中能及时调整设计方案，使设计出的控制线路达到最佳，本文主要对经验设计法进行分析。

一、电气控制线路的设计应遵循的基本原则

经验设计法是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制线路。这种设汁方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的典型控制线路，拥有多种控制线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。采用经验设计法设计控制线路时，应注意以下几个原则。

1、应最大限度地了解生产机械和工艺对电气控制线路的要求

设计之前，电气设计人员要调查清楚生产工艺要求、每一道程序的工作情况和运动变化规律、所需要的保护措施，并对同类或接近产品进行调查、分析、综合，作为具体设计电气控制线路的依据。

在满足生产工艺要求前提下，控制线路力求简单、经济。

2.1 尽量选取标准的或经过实践检验的线路和环节。

2.2 应减少不必要的触头以简化线路，这样也可以提高可靠性。

在简化过程中，主要着眼于同类性质的合力，同时应注意触头的额

定电流是否允许。

2.3 尽量减少连接导线的数量和长度。将电器元件触头的位置

合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，如图1

中，启动按钮和停止按钮放置在操作台上，而接触器放置在电气柜

内。从按钮到接触器要经过较远的距离，所以必须把启动按钮和停

止按钮直接连接，这样可减少连接线。

2.4 尽量减少电器元件的数量和采用标准件，并尽可能选用相

同型号。

2.5 控制线路在工作时，除必要的电器必须通电外，其余的尽量

不通电以节约能源。

3、保证控制线路工作的可靠和安全

为了保证控制线路工作的可靠性，应尽量选用机械和电器寿命

长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器，同时在具体设计过

程中应注意以下几点：

3.1 设计电路时，应正确连接电器的线圈。在设计控制电路时，电器线圈的一端应统一接在电源的同一端。使所有电器的触头在电源的另一端，这样当电器的触头发生短路故障时，不致引起电源短

路，同时安装接线也方便。

3.2 控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。寄生

电路会破坏线路的正常工作，造成误动作。

3.3 在线路中尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器

的控制电路。

3.4 在线路中采用小容量继电器的触头来控制大容量接触器的

线圈时，要计算继电器触头断开和接通容量是否足够。如果不够，必

须增加小容量控触器或中间继电器，否则工作不可靠。

3.5 设计的线路应能适应所在电网的情况。根据电网容量的大

小、电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机

的启动方式是直接启动还是减压启动。

3.6 在控制线路中充分考虑各种联锁关系以及各种必要的保护

环节，以避免因误操作而发生事故。

4 应具有必要的保护环节

4.1 短路保护。在电器控制线路中，通常采用熔断器或断路器作

短路保护。当电动机容量较小时，其控制线路不需另外设置熔断器

作短路保护，因主电路的熔断器同时可作控制线路的短路保护，若

电动机容量较大，则控制电路要单独设置熔断器作短路保护。断路

器既可作短路保护，又可作过载保护，线路出故障时，断路器跳闸，

经排除故障后只要重新合上断路器即能重新工作。

4.2 过载保护。三相鼠笼型电动机的负载突然增加、断相动作或

电网电压降低都会引起过载，鼠笼型电动机长期过载运行，会引起

过热而使绝缘损坏。通常采用热继电器作鼠笼型电动机的长期过载

保护。

4.3 零电压保护。零电压保护通常靠并联在启动按钮两端的接

触器的自锁触头来实现。当采用主令控制器SA 控制电动机时，则通

过零电压继电器来实现。

二、电气控制中线路设计的方法

经验设计法和逻辑设计法是电气控制中线路设计常用的两种方法。两种方法各有特点，具体如下。

1. 经验设计法。经验设计法在复杂线路设计中具有重要作用。这是因为，复杂线路设计需绘制大量线路图，而且设计的线路需要经过多次的协调修改后，才能保证整体线路的可靠运行；因此要求设计人员必须具备丰富的工作经验。

2. 逻辑设计法。逻辑设计法是指以生产工艺的需求为前提，根据电动机的运行特点，将电器元件的运行状态看作逻辑变量，通过逻辑运算设计出最简单的逻辑表达式；结合逻辑表达式画出相应的控制线路，从而使各种动态的电器元件通过逻辑控制，得以有效运行。具体设计步骤如下。

（1）明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号。在进行整体逻辑变量系统设计前，要分析控制对象的工艺要求和工作状态，把握在一个完整的工作循环过程中被控对象的工作过程和运行动作，进而明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号。

（2）确定电气控制电路的逻辑函授。电气控制中被控对象只有两种对立而稳定的工作状态，即线圈的得电和失电，触点的闭合和断开。在明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号的基础上，可将启动信号和终止信号看为逻辑变量。其变化规律符合逻辑规律，因此，可通过逻辑运算设计出最简单的逻辑表达式。

（3）根据逻辑表达式画出工作循环图和控制线路。根据对控制对象的工作状态要求设计各动作间的联系互动环节、互锁环节及顺序动作环节，把握每个控制的逻辑关系。再根据工艺要求将所有逻辑关系组成整体的逻辑方程，即逻辑表达式。最后，通过逻辑表达式画出工作循环图和控制线路，并分析控制对象各个动作的先后顺序是否合理、互锁，每一动作的启动信号和停止信号的使用是否安全、可靠，保证线路设计的有效性。

三、结语

作为电气控制的重要环节，电气控制线路对电气设备各方面都有重要的影响，做好电气控制的关键就是做好电气控制线路的设计工作，因此，应在设计过程中综合考虑，进行控制线路设计。

参考文献

篇6

关键词：传统电机 电机循环电路 电子接触器

一、引言

从宽泛的概念上来说，在工业的企业中世纪上运行的电动机全部都是间歇式的电动机。这样的电动机通断的频率是衡量其电机的间歇工作状况的重点所在。所以，为了保护高间歇条件下的电机的正常安全运作，在通断频率大于60的时候，需要我们采用循环电路的方式对电机进行通断。

传统的循环电路有很多种不同的当时，基本上的结构以及运行的原理都是相同的。这些种类的电机都是通过交流接触器主触头的分与合来进行电机的启停操作的。目前在防治、水处理等等的行业有比较广泛的运用。

这种类型的循环电路采取的是交流接触器作为基本的控制元件来进行设计的。这样的循环电路结构相对比较简单，价格相对也比较低廉并且在维护的过程中十分的方便。所以在实际中使用的十分的广泛。但是，这样的电路也是有自己的适用条件的。电路的通断频率大于60的时候，是不能工作的。在通断频率大于45但是小于60的时候，这样的电路就不适合考虑让其工作。只有当通断频率小于45的时候，才能正常的工作。并且，虽然通断频率低于45是可以正常工作的。但是在这个值与45接近的时候，也会导致很多的问题。严重的时候可能会导致电机的损坏。

二、 传统电机循环电路的电子接触器技术改造

随着技术的急速发展，目前已经有很多的可以取代传统电机的循环电路的方案了。比如说现在应用比较广泛的就是使用PLC元件进行整个的控制电路。还有的可以采用变频调速技术进行电机启停的控制。有的甚至对整个的电路进行防叠装置的设计，从工艺上进行改进，对整个设备的传动装置以及电气装置进行全面的改进，这个方案当然也能够实现整个电机的智能化。并且，有的企业现在甚至会直接放弃现在使用的机器设备，直接引入西方的先进技术和设备，但是西方的机械是相对比较昂贵的，很多的单位不愿意投入大量的资金。

所以，只能通过现代化的改造使得企业的设备所存在的问题进行修补。而一种比较廉价且比较合适的做法就是应用“电子接触器”对循环电路进行适当的改造。在电路的改造过程中，使用NE555时基电路构成基本的控制电路。对于主回路的改造则使用双向可控的硅取代传统的交流接触器的主接触头。这样双向可控的硅就可以很好的完场交流电力的控制的工作。

双向可控硅可以控制电机的启停问题的主要工作原理是：

首先，双向可控硅期间中通过交流电的时候，在每半个电流的周期中可控硅进行一次触发。

其次，只有在可控硅中通过的电流大于擎住电流的时候，次啊能在去掉触发脉冲之后的维持器中继续进行通导的工作。

第三，只有在可控硅中通过的电流下降到了维持电流之下的时候，可控硅断开，回复阻断的能力。

最后，可控硅在断开之后，要在此出发才能重新进行通导。

所以，在阴极与门极之间需要加以核实的电压，才能使得可控硅起到触发控制的作用。

这一方案仅仅需要付出极少的成本，设备的体积很小，性能却是相对比较稳定的。设备的性价比相对比较合理。在设备的改造过程中，方案比其他的方案更加可靠，并且需要调试的时间比较短。最重要的是，经过改造后的电路的电机通断频率的运行范围到了80左右。

但是，新的方案所改造出的电路与传统的循环电路有很大的不同。大功率的可控硅元件在使用的过程中需要加以适当的增强冷却组件。具体的冷却组件可以选择散热器冷却。同时，在通断频率比较小的情况下，可以采取自然的冷却方式，相对而言还是比较经济适用的。

三、改造方案的运行原理

1、新的循环电路的工作

如下图，经过改造之后的电路由两部分组成，分为主电路部分和辅电路部分。住电路的回路中财务了双向可控硅的原件，额定电流的选择在41A以上。同时，为了确保新型电路的工作的稳定性，可以为双向可控硅的表现加上一定的散热装置。在途中的大功率的继电器KA型号为JQX-13F。主要的接线方式如图所示。

图一 改造后循环电路

在图中的辅电路的回路设计中，其主要的作用是为主电路的回路提供电源。其中的B是50W的控制变压器。其中的SB1和SB2则是控制电机停止以及启动的操作按钮。

在设计的过程中，为了能够满足实际的操作中操作人员的要求，在设计之初还提供了可循环电路的手动操作与自动操作之间的转换。双位拨动K1开关的时候，就能进行着两种状态的自由切换。

2、手动控制状态

当图中的K1处于闭合运行状态的时候，电路的运行可以采取手动态进行一定的控制，那就是人工控制的状态，在这种状态下，基本的控制过程为：接通电源之后，将K1-1以及K1-2调整到关闭的状态。这样的情况下，V1和V2的门极就会处于一种一直通电的状态。然后，操作人员可以使用SB2的控制按钮进行操作，之后KM线圈就会得点，电机就会启动，然后处于一种连续运转的状态的。

在手动的控制状态之下，如果机器需要紧急的停止的话，使用SB1的按钮，就会直接使得电路关闭。虽然此时的电路3会处在通电的状态下，但是对整体的电路没有影响，电路会切断运转。

3 、自动控制状态

当图中的K1处在断开的状态的时候，电路的运行就可以采取自动运行的状态进行控制。那就是处在电路的自动运行状态之下。这样的运行状态中期主要的控制过程是：接通电源之后，电路3会产生震荡。这样的情况下，KA这个循环就会闭合运行通电，这样KA1和KA2两个循环就会闭合，接着按下SB2的按钮之后，KM线圈就会得点，电机就会进行循环启停的运转状态。

另外，在自动的状态下，还有几个调整的功能。其中的RP1是对电机的运行时间进行调整的。RP2是对电机的运行停止时间进行调整的。如果在自动运行的状态下，需要对电机进行紧急的停止的话，使用SB1的按钮，就会使得KM线圈处于失电的状态下，这样就会使得电路关闭。

结语

通过以上的改造的实验和设计，我们可以发现使用电子接触器技术对传统的循环电路进行改造的方案是切实可行的，并且经济性相对来讲是比较高的。同时，传统的电路中以交流接触器为主要的控制原件，并不是没有一定的可取性，当通断频率小于30的时候，相对本方案来讲也是一种比较经济可行的运行方案。

参考文献：

[1]陈业绍，用测振法确定交流接触器噪声功率级的研究[J]，声学技术，1990

[2]建议推广和开发的节电新产品[J]，中国科技信息，1992

[3]李波，浅谈机械工程中交流接触器的优化设计[J]，民营科技，2009

篇7

关键词：高压输电线路；电气设计；关键点

Abstract: high voltage power lines can be divided into the overhead transmission lines and cable transmission line two, although the latter is embedded in the underground, can save a space, but to operations in the process of maintenance, repair bring certain problem, so usually uhv transmission lines overhead transmission lines in the form of existence. This article through to high voltage transmission line the main content of the electrical design and the key points in actual design simple discusses.

Keywords: high voltage power lines; Electrical design; Key point

中图分类号：F407文献标识码： A 文章编号：

随着我国社会经济的快速发展，对于电力的需求量也日益增加。因此，对于电力资源供应的质量与安全性也有了更高的要求。目前在高压输电线路的电气设计中仍然存在着一定的问题，为了保证高压输电线路电气设计的质量，就先要对高压输电线路电气设计的内容进行分析研究。

一、高压输电线路电气设计的主要内容

高压输电线路电气设计的主要内容可分为三个部分，即可行性分析、初步设计以及施工图设计。

（一）可行性分析

所谓可行性分析就是指全面地从经济上、设备上、技术上分析、调研项目盈利、资金筹备、设备选材、工程规模等各个方面，它主要是预测高压输电线路项目完成后可能产生的社会影响以及经济收益等方面，进而提出相关咨询意见以供施工方案、投资建设等作参考之用。其中需要注意的是，可行性分析必须严格按照国家相关政策法规与规定，还必须具备相应的计算图表、实验数据等技术资料，从而保证分析研究的全面性与可靠性。而可行性分析所得出的报告则由设计方案、报告内容、风险预测、论证结果几部分组成。

设计方案。由于可行性分析主要针对的对象就是具体设计方案的可行性，因此设计方案的质量是至关重要的。为保证设计方案的质量，必须对输电线路工程的环境影响、施工技术、主要设备、建设规模等进行全面、详实、可靠的预估。

报告内容。在可行性报告中所提出的报告内容以及研究试验数据都必须是基于客观、真实的原则之上，缺乏可靠性、真实性的可行性报告将会使输电线路在设计、施工过程中出现不可避免的失误与偏差，从而对工程建设造成极大的负面影响。

风险预测。可行性报告中的另一项关键内容就是对工程风险的预测，只有在工程建设之前，对项目进行切实、合理的风险预测才能保证工程项目在建设过程中可能出现的因社会、经济、环境等因素而导致的风险得以有效规避。

论证结果。论证性是可行性报告的最大特点，同时对于论证性的报告来说，其严密性就成了报告质量高低的关键点。要保证论证的严密性，就必须利用系统性的分析措施，即对于高压输电线路建设过程中的各方面影响因素都要系统地、全面地进行分析论证。

（二）初步设计

初步设计就是指高压输电线路设计项目的初期草图，即以输电线路在实际设计、施工中的要求为依据并将各类技术资料整理齐全后，提出多种设计思路，而后经过反复论证、研究，再将最为合适、经济的设计方案选出作为最终方案。其中的主要内容包括：

路径、导线与环境因素。周边环境因素对于高压输电线路导线的参数有着较大的影响，而导线下方电场如果受到环境因素影响就会使线路的输电性能相应受到影响。因此必须选择精确、科学的计算方法来使导线电场的计算值尽可能与实际运行环境的真实值近似。另外，在设计高压输电线路时应尽可能在气象、环境条件较佳的区域进行工程建设，从而有效降低输电线路运行过程中可能出现的损失。

塔杆基础。高压输电线路重要的组成部分就是塔杆基础，良好的塔杆基础也是使线路运行的安全性与稳定性的保证。由于在自然环境下，输电线路的电气元件处于外露的状态下，因此电气元件不仅受到机械荷载的影响，而且还会受到地质地形的影响，所以在实际方案设计中，必须对这些因素进行综合考虑并保证施工质量。

防雷、绝缘与防振。高压输电线路中的绝缘子的作用是导线支撑以及防止电流出现回地现象，在整个输电线路网络中，设计绝缘子必须使其能够充分发挥其作用与功能。而雷击则是影响输电线路正常、安全运行的重大自然隐患。因此在方案设计过程中，应结合高压输电线路所在区域的实际环境情况与雷击伤害原因来制定相应的防雷击措施。另外，高压输电线路在运行过程中，导线不可避免地会产生一定的振动应力，进而也会导致高压输电线路因振动而产生故障，所以应采取相应的防振措施使导线的振动情况得以减少或消除。

施工图设计。这个阶段的内容主要包括杆塔与基础施工图、机电安装施工图、杆位断面图与杆塔明细表、路径平面位置施工图以及概预算报告书。

二、电气设计关键点探讨

（一）路径的选择

高压输电线路设计的关键之一就是路径的选择，为了给输电线路施工与运行维护提供良好的基础条件，应在路径选择时，对水文、地质、气象等沿线自然条件进行综合考虑，同时将输电路径与周围的环境保护、资源开发与其他设施间的关系妥善协调好。另外，选择的路径应严格以国家现行法律法规为依据，经过反复论证后，选择最切实可行的方案。路径选择应遵循的原则：尽可能选择路径最短的，其中的曲折系数越小越佳；尽可能选择直线线路，防止出现的转角太多与转角过大；尽可能选择平坦的区域来设置转角点，转点距离应较大；尽量选择交通便利的区域；尽量选择良好地质条件的区域，防止因自然灾害影响线路；尽量少占地，注意对农田作物与名胜古迹的保护；尽可能避开障碍物，要与铁路、航空、通信等部门进行充分协调。总之，在选择路径时应对工程可行性与经济性进行兼顾，对占地赔偿等进行综合考虑，同时最大限度使电网系统的需求得到满足。

（二）杆塔基础的选择

高压输电线路杆塔是其主要的结构之一，它是以绝缘强度与机械强度为依据，并由钢材或钢筋混凝土为材料建造的。选择杆塔形式应根据实际地质地形情况来确定，尽量做到因地制宜。针对我国多样的地基形态，如岩体地基、冻土地基、黄土地基、软土地基等，因此，为保证杆塔结构的稳定与安全，应选择最为适宜的杆塔基础形式，如人工斜挖原状土形式的承载力较高，不易产生变形，同时节约了材料，开挖工作量较小，适用于较厚覆盖层、可塑性粘土。而软土地复合式的小桩基础则为斜桩与直桩分布成网状，从而使得设施所受水平力与上拔力朝下发展，以得到较大的承载力等。

（三）抗冰设计

在高压输电线路的设计中，还要特别注意的就是根据不同区域的气候条件，进行抗冰性设计，力争在节省工程造价的同时对线路运行的安全与稳定有所保证。由于我国各区域的气候条件不尽相同，因此可能造成的凝冰程度也存在差异。因此在冰厚设计上应基于实际情况，同时综合分析研究输电线路所在区域的湿度、风向与地质地形状况，从而使抗冰设计值科学、合理。

通常情况下，加强导线与重型抗冰塔是目前输电线路抗冰最为普遍的设计方法。如果输电线路在重冰区域，则应间隔一段距离就进行一个基抗串耐张塔的设置，而导线材质则应选择机械强度大的，同时为避免导线因脱冰震动或不平衡张力而产生损害，应利用预绞丝护线对导线进行保护。除此之外，防止绝缘子冰闪也是抗冰设计的重要内容，而使绝缘子串长度与爬电距离增大就能使绝缘串伞型结构得以改善。将防水材料涂于绝缘子表面则能够从一定程度上使覆冰缘子产生漏电的可能降低。

结语：综上所述，对于高压输电线路的设计来说，应根据其所在地区的实际情况，在充分分析研究设计项目的可行性报告的基础上，选择最为合理的线路设计方案，从而保证高压输电线路在设计、施工与运行过程中的安全、稳定。

参考文献：

[1] 周芳金.高压输电线路电气设计分析.[J].技术与市场.2011,18(10)

篇8

关键词：电气设计 输电；电网建设；高压输电线路

中图分类号：TM726 文献标识码：A

高压输电线路电气设计中主要有两种方式：一种是高压电缆输电线路的电气设计，一种是高压架空输电线路的电气设计。两种方式的电气设计类型和具备的特征都极为不同。就高压架空输电线路的电气设计而言，其中最为显著的特征是将输电底线和电缆放置在高空之中，借助输电塔实现输电工作。而高压电缆输电线路的电气设计与之不同，高压电缆输电线路的电气设计主要是将电缆放置在地底下实现输电工作，最大的特征是可以节省很多电网输电的空间；但这种电气设计中也存在的一定的不足之处，在高压输电线路的后期工作建设中，一旦发生意外故障，检修线路将面临阻碍。因此，无论是哪一种高压输电线路的电气设计都存在着一定的不足，需要电气设计工作者根据具体的输电工程进行改善和提高，只有根据科学的规划进行设计，才可以保证高压输电工作可以高效、安全、经济、可靠的运行。

1设计高压输电线路电气的过程

高压输电线路电气设计可分为三个步骤：前期进行分析、初期的设计工作、根据图纸进行施工。

1.1前期进行分析

高压输电线路的电气设计工程相对来说是一项较为艰巨的设计工程，对可能会发生的事故和风险如若没有进行详细的分析，就会造成电气工程的设计工作无法正常进行。对可能会发生的事故和风险进行详细的分析，是分析高压输电线路可行性的重要核心工作，此项工作包括对高压输电线路的工程规模、所需材料、资金成本、所需各项设备等多方面进行分析和评估，只有通过具体的实地调查和分析，从而得出的评估结果才具有一定的科学性和可行性。

只有具备了高压输电线路的可行性方案，就能够详细精准的分析高压输电线路的电气设计会遇到的问题，方案的设计需要设计工作人员从工程施工设备、施工的环境、技术等方面入手，科学的进行论证。再者，一套科学、合理的设计方案，必须以客观的角度进行设计，才可以确保方案切实可行。

1.2设计的初期

初期高压输电线路电气的设计，主要是以草图设计为主，在草图设计的基础之上根据实际的施工环境再进行修改，确保最终呈现的设计方案是最适合实际情况的电气设计方案。设计工作人员主要的设计工作有：确定天气、输电路径的选择、导线的选择、输电铁塔的确认、防震防雷设施的安排等等。在输电的过程中，输电导线时常会因为外界环境的原因，受到一定的影响，致使电能源大幅度的流失。因此，在设计方案时，需要根据高压线路径的实际环境计算具体的电量。输电铁塔是完成高压输电的重要部分，输电铁塔决定了输电过程的安全性。地震和雷电等自然现象都是属于不可抗拒的自然因素，电气工程设计工作人员需要充分的了解绝缘子的核心部分，针对地震和雷电等现象优化电气设计方案，防治高压输电线路受到自然因素的毁坏，保障高压输电可以正常的进行。

1.3根据图纸进行施工

文中不断的提到电气设计方案需要根据实际的情况进行不断的修改和完善，最终才可以设计出最合适的电气工程设计方案和图纸。高压输电线路电气工程的设计，需要切实的根据最终的设计图进行施工。在进行实际施工时，设计人员需要一步步落实图纸中的线路和路径以及输电塔等设备的确定，决不能忽视高压输电线路设计中的任何一个环节。

2 在电气设计过程中需要注意的一些问题

2.1线路是否具备抗冰的性能

每个高压输电线路的地理位置都不相同，因此在电气设计环节中，需要工作人员切实的考虑到外界的气温变化和输电线路会遇到的各种天气因素，在设计时针对线路的抗冰性能进行研究，以此确保高压输电线路在运行过程中能够更完全、有效的进行输电工作。在设计时，工作人员需要对相应地区的浮冰进行处理，这要求电气设计人员不仅考虑到天气的不可抗力因素，还需要考虑到不同地区地质对于输电的影响，在冰冻较为严重的路径，选择抗冰塔辅助完成高压输电线路的任务。与此同时，还需要强化高压电缆，最好选择绝缘度较高的材料。

2.2线路的路径选择

在设计高压输电线路时，设计人员必须选择最为科学、最合理的线路路径。科学合理的选择线路路径是完成高压输电线路设计工作中重要环节。在选择线路路线时，还需要考虑到当地区域所具备的实际条件：当地的气象特征、良好的水源、适宜的地质等等。在选择好线路路径后，需要考虑高压输电线路所在地的周边开发建设；还应该根据我国相关的法律法规为根本出发点，选择适宜的高压输电线路的路径。就高压输电线路电气设计而言，最好的路径需要具备：地质优良、转角少、少曲折、路径较短等方面的优点，并且具备适宜的自然条件和便利的交通环境。

2.3线路杆塔方面的选择

高压输电工作的完成，需要借助杆塔才能够完成输电工作。对于高压输电线路来说，杆塔是最主要的组成结构，为此，想要保证高压输电工作的运行，选择杆塔时十分的重要，需要考虑绝缘度和机械的强度，一般来说是由钢材建成或者是钢筋混凝土做成。在选择杆塔时，必须要考虑高压线路路径所在地区的地貌特征，并结合不同的地质选择不同的线路杆塔，因地制宜。针对较软的土地、岩石地基、冻土地基、黄土地基要选择相应适合的杆塔类型。

结语

总而言之，高压输电线路电气设计方案需要切合实际，设计方案时需要满足电网建设的需求。如若设计方案脱离现实，是对电气工程建设的不负责，既无法保障电气设计的安全性，也无法满足我国电网发展的实际需求。因此，对高压输电线路进行科学合理的设计对于我国电网输电来说是非常重要的。只有在施工过程中结合实际地质、天气、水源等因素，不断的改善和修改设计方案，最终设计出最合理、最专业、最科学、最安全、最稳定的施工方案，才能确保我国电网输电工作能够安全有效的实施。

篇9

关键词：架空输电线路；绕击；电气几何模型

中图分类号：TM862 文献标识码：A

引言

国内外运行经验表明，雷电是造成架空输电线路跳闸的主要原因。国际大电网会议公布的美国、前苏联等12个国家的电压275kV～500kV总长为32700km。输电线路连续三年的运行资料反映，雷击故障占60%。日本电力系统事故中由雷击输电线路造成的占50%。我国输电线路故障中，雷击也占很大比例，如2003年我国110kV～500kV线路雷击闪络跳闸占线路总跳闸的35.12%。因此，加强架空输电线路防雷设计尤为重要。

在架空输电线路雷电闪络率计算中，一般分为绕击率计算和反击率计算。绕击率的计算模型主要有两种：电气几何模型（EGM）和先导传播模型（LPM）。LPM计算所采用的参数存在争议，计算结果也有较大的差异。目前，我国绕击率的计算以EGM为主。

同时，雷电是一种复杂的自然现象。防雷设计中许多参数都具有不确定性。例如雷电流的波形，幅值分散性很大；不同的地质条件的杆塔接地电阻，差异很大，同时随着时间的推移而发生变化；地域的雷电日或者落雷密度也是在统计意义上的平均值。这些因素都增加了防雷设计中的不确定性。在雷击闪络率的计算中，必须考虑这些因素。因此，防雷设计中应将理论计算与运行经验结合起来，提出防雷的有效措施，以减少雷击跳闸率，提高线路运行的可靠性。

1电气几何模型

电气几何模型的基本原理为：由雷云向地面发展的先导头部到达距被击物体临界击穿距离（简称击距）的位置以前，击中点是不确定的，先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电；击距同雷电流幅值有关。本文重点论述电气几何模型中对计算结果影响较大或存在争议因素的处理方法。

1.1导线电压

导线由于自身具有一定的电压，尤其在超高压、特高压线路中，导线本身电压可能很高，在击距计算中必须考虑。中国电力科学院根据负极长间隙放电电压与击距的关系，指出导线击距公式为：

（1）

Vdc为导线工作电压，对于负电压取正值，正电压取负值。这是根据大部分雷电均为负极性得到的。

1.2 屏蔽率计算

以往的电气几何模型中，屏蔽率的计算是以暴露弧长在地面的投影来计算的，这样当采用负保护角时，绕击率便为零。从日本特高压输电线路运行中拍摄到的雷击照片得知，有雷电先导侧向击中导线的情况发生。从雷电的先导模型可知，雷电的发展是个相当复杂的过程，暴露在雷电发展范围的物体都有可能被雷电击中。采用暴露弧长比计算屏蔽率更加近似物理模型。因此，推荐采用暴露弧长比计算屏蔽率。

1.3 同塔双回或多回绕击率计算

对于同塔双回或者多回输电线路绕击率的计算，目前有两种不同的考虑方法：

（1）分别作出各个导线和地线的击距圆，以暴露导线总的暴露弧长与地线和导线弧长和的比值作为绕击率。

（2）不考虑导线间互相的屏蔽效应，分别以每根导线和地线之间的几何位置关系，计算绕击闪络率，取最大值作为线路的绕击闪络率。这种方法主要是基于以下两个事实：①只要一根导线发生绕击闪络，即认为整个线路发生绕击闪络，导线间的互相屏蔽作用对整个线路的绕击闪络率影响很小；②这种处理方式得到的绕击率与第一种方法比较相差不大，但是实现起来要简单的多。

推荐第二种方法。

1.4 雷电入射角

国内有些学者认为在计算雷电绕击率时，要考虑雷电的入射角，并推荐入射角度分布函数。这种处理方式存在以下问题：

（1）根据雷电先导模型的研究成果，雷电通道在向下发展过程中其发展方向具有一定的随机性，从统计的规律来看，雷电通道总是趋于沿电场最大的方向发展。因此，雷电入射角概念本身并没有物理过程上的依据。

（2）来源自参考文献[2]。这篇文章是针对日本西海岸冬季雷电观测数据的分析，有两个特殊之处：①观测对象不仅只针对输电线路杆塔，还有微波通信塔，起重机等。在文章结论中，作者也指出目前得到的结果多针对高建筑物，是否适用于输电线路，尚无法给出肯定意见。②由于观测点靠近海洋，云层多在几百米左右，雷电多由高塔的上行先导产生。对于我国大部分地区的雷电，不符合这个特点。

基于以上分析，在雷电绕击中考虑雷电入射角的观点是错误的。至少在观测数据比较少的情况下，没有必要做这样的处理。

1.5 后继雷电流

Anderon R.B.和Eriksson在《Lighting parameters for engineering application 》指出：雷电在发展中经常存在，沿同一通道多次击中地面物体的情况，而且后继的雷电流的大小与先导雷电流无关，存在后继雷电流超过先导雷电流的情况。因此，IEEE std1243-1997建议在绕击计算中要考虑这个因素。但是，国内的研究多忽略这个因素。本文也不予考虑，认为在雷电流分布函数中已经涵盖了这些情况。

1.6 交流线路导线电压的选取

对于直流线路，不存在电压相位的问题。但是，在交流线路中，由于电压是时变的，要考虑雷击时导线电压的幅值。一般的处理方法为，每隔15°选择选取一个电压值，计算绕击闪络率，取平均值作为线路绕击闪络率。

1.7 地形的影响

输电线路在空间上分布范围很广，沿线地形条件复杂。针对地形对雷电绕击率的影响，主要有两种处理方法：一种是在电气几何模型中以地面倾斜角度考虑地形；另一种方法是按地形分类对导线的平均高度经行修正。

第一种方法针对线路走廊不同的地形定义相应的地面倾角，在电气几何模型中考虑由于地面倾角造成的大地屏蔽效果的减弱。这种处理方法的缺点是没有考虑地形对导线高度的影响，计算所得的结果偏于乐观。

第二种方法是美国E.R.Whitehead提出的。他将地形分为三类：平原、丘陵和山地。对于这三种地形，在确定导线高度的参数时采用不同的原则。计算公式如下：

（2）

其中，hdt为导线挂点高度，Sd为导线最大弧垂。

各种地形下地线对地的平均高度hb计算方法如下：

（3）

本文中结合两种处理方法，对不同类型的地形，考虑不同的地面倾角和导地线高度，由此更加全面的反应整个线路的防雷性能。

1.8 全线雷击闪络率的计算

根据IEEE std1243-1997给出的结论，全线雷击闪络率按如下公式计算：

（4）

Tn―典型区段雷击闪络率。

Ln―典型区段的长度。

2 计算软件开发

根据以上分析，建立输电线路绕击电气几何计算模型，并开发相应软件。Excel本身具有强大的二次开发性。本文所设计雷电绕击计算系统基于Excel平台。

软件界面如图1所示。表格中实现基础数据的录入，VBA中实现计算过程。该软件应用方便，可以方便的进行不同地线保护角下，不同地形下，雷电绕击闪络率的计算。

3计算案例

线路实际绕击闪络率需长期运行观测及积累。本文以某条500kV线路为例进行计算。线路基本情况见表1。直线塔型式如图2所示，耐张塔型式如图3所示。

将以上数据输入计算程序，得到不同地形下雷电绕击率，根据公式（4）进行加权，得到全线绕击率，计算结果见表2。

根据参考文献[5]中雷电反击计算方法，该线路反击跳闸率在0.124次/（100km・a）。因此，该500kV线路全线雷击跳闸率为0.392次/（100km・a）。该结果与山区线路运行经验基本一致。

结语

（1）雷电绕击输电线路是一个非常复杂的物理过程。目前，绕击率的计算一般使用电气几何模型。该模型与先导模型相比，虽然忽略了物理过程上的细节，但是计算结果仍可以反映线路的运行绕击情况。

（2）在电气几何模型中，对于超、特高压线路要考虑导线电压，可以不考虑雷电的入射角。屏蔽率的计算使用弧长比更加科学。同时，本文还给出同塔多回线路，交流线路在计算绕击率时应注意的问题。

（3）结合以往的研究结果，给出绕击率计算中地形因素的处理方法，并使用IEEE推荐公式计算整条线路的绕击率。

（4）开发绕击计算软件并与科研单位的成果进行了对比。线路的绕击率与线路的所处的自然条件紧密相关，应针对不同区域不断积累相关数据，完善模型。

参考文献

[1]杜澍春.关于输电线路防雷计算中若干参数及方法的修改意见[J].电网技术，1996，20（12）：53-56.

[2]Kunihiko Miyake，Toshio Suzuki，Masao Takashima，Masao Takuma， Takashi Tada.Winter lightning on Japan sea coast[J].IEEE Transactions on Power Delivery， Vol.5， No.3， July 1990：1370-1376.

[3]张志劲，司马文霞，蒋兴良，等. 超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究[J]. 中国电机工程学报， 2005， 25（10）：1-6.

篇10

关键词 芦笋；生育特点；环境要求；栽培技术

中图分类号 S644.604+.7 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2014）03-0093-02

芦笋又称石刀柏，为百合科天门冬属多年生宿根性草本植物，雌雄异株，培育全雄系品种是提高产量的重要措施。芦笋富含多种氨基酸、蛋白质和维生素，还含有较多的天门冬酰胺、天门冬氨酸及其他多种甾体皂苷物质，对心血管病、水肿、膀胱炎等有疗效，天门冬酰胺还能治白血病[1]。芦笋又是一种人们青睐的特优蔬菜，味鲜爽口，深受人们喜爱。为了加速芦笋产业发展，不断提高其产量与品质，笔者阐述了芦笋的生育特点、对环境条件要求及主要栽培技术，以供参考应用。

1 生育特点及对环境条件的要求

1.1 生育特点

芦笋为须根系，不定根由根状茎部发生，形成肉质根，其上再生纤细根，根系分布深而广，但多分布于距地表30 cm土层内。根状茎短缩，多水平伸展于土中，又称地下茎，茎节上着生鳞片状叶，叶腋有芽，其相继萌发形成地上茎，高150～200 cm，分枝簇生，是重要的光合同化器官，而真叶则退化为膜状鳞片。

1.2 对环境条件的要求

芦笋耐寒、耐热，最适宜夏季温暖、冬季冷凉的地区种植。种子发芽始温为5 ℃，适温25～30 ℃。土温10 ℃以上嫩茎开始伸长，15～17 ℃最适嫩茎形成，25 ℃以上嫩茎细弱，鳞片开放，组织老化。寒冷地区冬季地上部分枯萎，根状茎和肉质根进入休眠期，翌年春季依靠根中前1年贮藏养分萌生嫩茎。因此，嫩茎生长和产量形成与前1年成茎数、枝叶的繁茂程度成正相关。光照、水分、土壤方面，芦笋的生长喜阳光充分、空气干燥的气候，生长期间要求有良好的灌溉排水条件，做到干旱时能浇水抗旱，雨涝时能及时排除积水。芦笋对土壤要求为pH值在6.0～7.2的壤土或砂质壤土，但耐轻度的盐碱，适宜地下水位较低、较肥沃的壤土或砂质壤土栽培[2]。

2 栽培技术

2.1 品种选择

芦笋品种较多，我国栽培的芦笋品种均引自欧美地区。目前栽培的品种有玛丽华盛顿、玛丽华盛顿500号、玛丽华盛顿500 W、加州大学309UC72、加州大学UC-309、加州大学UC-800、加州大学UC-157等，上述品种丰产优质，但不抗茎枯病。除此之外，还有加州大学711、加州72、加州157、泽西巨人、台南选1号、台南选2号、台南选3号及维拉，上述品种品质都很好，但产量参差不齐，一般不抗茎枯病、褐斑病等病害。

2.2 播种育苗

当地表下4～5 cm处日平均地温达10 ℃以上时为播种适期。苏州地区春播一般在清明至谷雨之间，秋播在立秋前后。播前可用25～30 ℃温水浸种3～5 d，于28 ℃的适温催芽，以80%种子破壳露嘴为度。催芽按株行距10 cm×30 cm点播，播后覆盖细土2 cm厚，再轻微镇压并覆草保温保湿，17 d后苗出齐。苗圃用种量为7.5～10.5 kg/hm2，1 hm2育出的小苗可栽植10 hm2大田。苗期要勤除草，严防草荒。齐苗后进行第1次浇水，同时追施稀薄人粪尿15 t/hm2、陈草木灰450 kg/hm2，立秋前后天气渐凉，幼苗又开始旺盛生长，这时可进行第2～3次追肥，每次追施稀薄人粪尿15～18 t/hm2，霜降前1个月停止追肥。

2.3 适时定植

苏州地区的芦笋宜秋末冬初秧苗地上部分枯黄时栽植，较春栽成活率高，采收早。定植规格：白芦笋、绿芦笋行距分别为180、120～150 cm，株距为30 cm，开沟深25～30 cm，沟施厩肥30 t/hm2、过磷酸钙300 kg/hm2，施肥后上铺细土1层，使沟内土面距地表约10 cm定植。方法：将预先选好的肉质根多、鳞芽多而肥大的健壮幼苗浸入稀泥浆中，以达保水防止肉质根干瘪。各苗地下茎上着生鳞芽的一端顺沟朝同一方向排列，以确保以后抽生嫩茎的位置集中于畦中央，便于培土，定植深度一般为15 cm，定植后盖土厚5～6 cm，以后隔15 d再覆土1次，每次覆土厚3～4 cm，直至地下茎埋于畦面下15 cm左右[3]。

2.4 肥水管理

定植后当苗高10～15 cm时，进行第1次追肥，追稀释充分腐熟的人粪肥15 t/hm2，夏季高温干旱时要及时灌水抗旱，秋后10～15 d浇水1次，并追施1～2次淡粪水或速效肥，但到霜降前1个月左右应停止追肥。定植后第3年，开始采收嫩茎，施肥重点在春季，抽幼茎前，于畦沟中央开沟施粪肥及过鳞酸钙、氯化钾等，再分层覆土。夏秋间的植株附近追施充分腐熟的稀薄粪肥和氯化钾。第4年后适当增加肥料用量。

2.5 培土软化

培土可确保嫩茎的质量和产量。早春在嫩茎萌发出土前15～20 d进行中耕培土。每次培土厚度5～10 cm，连续进行2～3次，达到标准高度为止，培土要求上窄下宽，横切面是梯形。培土高度与罐头厂制罐高度和地下茎在土下的深度有关。如用作800 g高罐型装的，要求嫩茎长17 cm，则培土高度以从地下茎起至垄顶约25 cm为准，如用作485 g低罐型装的，嫩茎长度只需12 cm，培土高度只需20 cm左右。培土过高，土温上升慢，嫩茎抽生迟，嫩茎基部老化快，且易散头、变曲，而且采收后嫩茎基部留茬较多，浪费养分，且易腐烂。如果培土高度不足，则采收的嫩茎长度不足，不符合质量要求。培土的宽度可根据株丛的大小而定。年龄越大，根盘越大，培垄也越宽。土垄的顶部宽度应与根冠直径一致，而底部应宽于根冠直径。一般2～3年的宽度为20～30 cm，垄顶宽20 cm左右。4年以上的垄宽30～50 cm，顶宽25～35 cm。垄土要细碎无坷垃，干湿适中，无杂物。垄面要稍镇压，使垄面紧平，内松外紧，而垄内土壤的松紧度一致，垄高度一致，以保证采收的嫩茎质量。垄面必须进行平滑整理，否则难以判断土中嫩茎是否达到采收标准，进而影响产量及品质。

2.6 病虫害防治

芦笋一般病虫害较少，主要注意针对茎枯病、斑点病、紫纹羽病及蚜虫，及时抓好防治，一般使用多菌灵、百菌清、石硫合剂防病，用乐果乳剂防治蚜虫[4]。

2.7 适时采收

2.7.1 白芦笋采收。采收时间决定于定植到采收的间隔时间，苏浙地区在定植后第2年即可采收。秋发茎杆粗度1 cm以上时，翌年才可开始适当采收。每年采收的天数，须根据植株的年龄、上年的生长状况和当地的生长期长短及采收中嫩茎粗度变化而定。第1次采收时，株丛小，贮藏养分少，采收30～45 d为宜。第2次采收可增加到40～45 d。以后随植株的生长和贮藏根的增多，养分积累的增加，采收时间可逐年延长。采收时间以采收结束后根中养分积累能恢复到开始采收前的水平为最大限度，否则下半年产量不仅得不到提高，反而下降，影响寿命，易引起病害。合理地延长采收期，有利于促进地下茎的分枝，促进鳞芽群的形成和潜伏芽的萌发，有利于植株健壮生长。芦笋在温度适宜、根中养分充足时，可不断抽出嫩茎，即使在冬季休眠期间，进行保护地温，促进栽培，也可抽发嫩茎。作为鲜销栽培时，为适应市场的要求，可灵活确定采收的时间。而大面积栽培加工时，采收季节对产量和品质影响很大。春季温度由低到高，且根中贮藏有上年的大量养分，嫩茎抽生多，产量高，品质好。夏季温度高，品质差。而秋季气温由高到低，嫩茎抽生少，9月起发茎很少。一般主张在春季进行采收，并适当延长采收时间，采收结束后，加强管理，在8月中旬前促使地上茎迅速大量地形成，在秋季积累养分，为第2年丰产优质打好基础。

采收方法：采收一般用特制的采笋刀，刀刃锋利，采收前在刀刃上12 cm和17 cm处做上标记，以防止采收时下刀深浅不一，影响采收的嫩茎长度或损伤鳞芽。采收的笋最好用3格提盒装，3格提盒中间1格占1/2，放一级笋，两端2格各占1/4，分别放二级笋和芽处笋，这样结合采收就一次性分级，可节省劳力，又避免多次分级损伤嫩茎。嫩茎见光易变色，因此采笋必须在黎明或傍晚进行。须在嫩茎尖端还未露出土面以前采收，才能保证嫩茎纯白。

2.7.2 绿芦笋采收。绿芦笋栽培不需培土，因此早春采笋比白芦笋早10 d左右。1 d采收1次，凡达到可采收长度的绿芦笋均可采收。其长度决定于收购要求的标准，一般以3 cm为度。嫩茎顶端包裹要紧密，呈笋头状态。采收时刀从近地面处割下嫩茎，不能伸入土中切取嫩茎，以免误伤鳞芽或使嫩茎基部带白色。采收绿芦笋仅需白芦笋人工的1/4。采收中无论嫩茎大小，全部采收，而不能任其生长，消耗养分。绿芦笋加工罐头的长度要求在17 cm，鲜销的长度为20～25 cm，每500 g捆成1捆，然后用塑料袋加纸箱包箱出售。绿芦笋也应在1 d内销售或加工完成或低温贮藏。

3 参考文献

[1] 封林林.芦笋的营养成分及保健功能[J].种子世界，2008（8）：66-67.

[2] 周国.出口绿芦笋有机栽培技术[J].长江蔬菜，2011（3）：13-14.