简单电路设计方案范文1

【关键词】电子负载；单片机（MCU）

1.方案设计与论证

1.1 整体方案设计

基于手动调节单片机控制的直流电子负载

图1 基于手动调节单片机控制的直流电子负载原理图

本方案通过两个自锁开关来控制电路的工作状态，在恒压、横流、恒阻之间进行切换，通过stc12c5a60s单片机通过D/A芯片控制恒压、恒流等的值，stc12c5a60s是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D转换。采用大功率NMOS管IRF540，该管导通电阻足够小，源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式，方便简洁实现了不同模块之间的转换，很好的完成了恒压、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

由单片机采集电压、电流值，检测电路过载控制继电器工作，实现电路的过载保护并报警。

1.2 模块方案

1.2.1 恒压设计方案

方案一：用晶体管来实现电压放大和比较，基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。基极本身会分得一部分电流，同时还会有个电流Ibe影响发射极的电压。这样的电路能够实现恒压功能，但是误差比较大，同时还有较大的功率损耗。

方案二：直接用运算放大器OP07芯片来实现电压的放大和比较电路看起来简单易懂。电路可以实现恒压功能模块，相对误差较小。综合考虑选择方案二

1.2.2 恒流设计方案

方案一：用同一型号的三极管，利用三极管相对稳定的Ube作为基准，这种恒流模式简单易行，而且电流的数值可以自由控制，产品成本低，不同型号的管子，其Ube不是固定值，即使是相同型号也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这种电压也会有波动，不是精密的恒流需求。

方案二：用一个运放作为反馈，即选用OP07芯片来实现恒流功能模块的放大和比较其电路有足够的精度和可调性，原件普遍易于搭建和调试。

综合考虑选择方案二。

1.2.3 显示模块

方案一：采用数码管显示。显示可以用数码管具有接线简单、成本低廉、配置简单灵活、编程容易对外界环境要求低、易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管，但数码管只能显示简单的数字，占用资源较多，现实信息少，不易显示大量信息。

方案二：采用带字库的2.4寸tft屏幕为显示模块。硬件连接方式简单，而且显示内容丰富生动，可以设计友好的人机交互界面，易于人机交流。

考虑到系统的、显示内容以及系统的实用性，我们采用方案二。

2.电路设计

2.1 恒压电路

图2 恒压电路图

TEXT和GND的为测试点。电路整体是个负反馈：当TEXT高于设定值时，运放输出高电压，Q1导通度增加，负载阻抗变小，和电源内阻分压，TEXT减小，直至V+=V-；当TEXT低于设定值时，运放输出低电压，Q1到通度减小，负载和电源内阻分压变大，TEXT增大，直至V+=V-。

2.2 恒流电路图

图3 恒流电路图

TEXT和GND为测试点，OP07中V+=V-。当V+>V-时，运放输出高电压，Q1导通度增加，电流增大，V-升高，达到V+=V-。当V+

2.3 恒阻电路图

图4 恒阻电路图

当滑动变阻器打到50%时电阻分压V+=1/2Vin=V-，电流I=Vin/4，R=Vin/I=4欧，电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现，R=VText/I，由恒流原理实现。（如需长时间测试，MOSS管最好接大散热片）

3.测试数据及结果分析

3.1 恒压测试数据

设定值 测量值1（A） 测量值2（A） 测量值3（A）

工作电压（V） 工作电压（V） 工作电压（V）

1 0.97 1.02 1.05

2 3 9

5 4.93 5 5.06

5.5 7 8

12 12.03 12，05 12.09

16 18 20

24 24 24 24

25 27 30

30 30.1

36

3.2 恒流流测试数据

设定值 测量值1（A） 测量值2（A） 测量值3（A）

0.1 0.1 0.103 0.104

1 1.04 1.0 1.03

2 2.04 2.05 2.06

3 3.06 3.06 3.08

参考文献

[1]陈永真，闫晓金，李光琳，陈之勃.2011版全国大学生电子设计竞赛试题精选[M].北京：电子工业出版社，2011.

简单电路设计方案范文2

因此，文章将简单地介绍设计电气控制线路的目的，其次对其设计的原则进行分析，最终，提出可靠的、合理的设计方案。关键词：电气控制；线路设计；研究由于社会的进步，科技的发展，德国率先提出了“工业4.0”的概念，为了顺应时代潮流，我国也相应地提出“中国制造2025”的战略计划。然而在现代的工业生产中，机械制造智能化非常依赖一个国家的电气化水平，随着机电一体化的不断发展，在机电设备的设计过程中，电气控制线路的设计是其中最为重要的。因此必须要保证电气控制线路的设计是合理的，才能保C机电设备的正常运行。

1 设计电气控制线路的目的

1.1 符合负载的要求

在进行电气控制线路的设计过程中，设计人员应该将整个系统的最大负载考虑进去。如果机电设备在进行大功率的输出时，电气控制线路承受不了那么高的负载，那么机电设备就会发生故障，轻则设备损坏，重则造成人员伤亡。但是，在电气控制线路的设计过程中，也不能为了提高线路的最大负载而采用负载高高的线路，因为这样会增加投入的资金，提高设计成本，造成资源的浪费。因此，在进行电气控制线路的设计过程中，设计人员务必要综合地进行考虑，保证电气控制线路的经济性和可靠性。

1.2 符合运行的要求

进行机电设备设计时，可以设计多种方案，进行设计的技术员会按照对机电设备的运行要求进行设计，然而，机电设备设计方案的不同会导致电气控制系统的一些参数有很明显的差异。所以，在对电气控制线路进行设计时，一定要综合性的、全面的进行考虑，以保证机电设备能够满足不同的控制需求。例如，电动机在不同的工作环境下的要求不同，有时需要转矩恒定，有时需要功率恒定等，这就需要设计人员把握好电气控制线路的设计，设计出最合适的电气控制线路。

1.3 符合调速的要求

一般情况下，机电设备在不同工作环境下，对速度的要求也不同，当设备的运转速度不同时，此时，对设备内部的电气控制线路的需求也不同。所以，在进行电气控制线路设计的过程中，负责设计的技术人员务必要按照电气控制设备对于不同条件下设备运转速度的要求来进行电气控制线路的设计，使得机电设备在不同的环境下，都能够确保电气控制线路不发生故障，能够正常的、稳定的运行。

2 设计电气控制线路的原则

由于进行电气控制线路的设计过程中，能够有多种控制方案进行选择，进行设计的技术人员在从中进行选取时，务必要把握三条原则：第一，简单方便；第二，经济实惠；第三，可靠性强。

2.1 适应拖动需求

由于进行电气控制线路设计时，可以选择很多方案，但是用来衡量控制线路是否合理的一个十分重要的标准就是其是否满足经济性要求。例如，当控制系统的逻辑比较简单且容易理解的时候，其加工的程序同样比较可靠，那么就能够采取继电―――接触控制的方案。因为这个方案是最符合经济性要求的，同时它也能实现控制系统的功能。反之，若控制系统具有非常复杂的逻辑关系，其加工的程序不可靠，还很复杂，这时候，就应该采取使用编程序控制器的方案。

2.2 适应通用化程序

在机械生产加工过程中，不同机床加工的零件的通用化程度。例如某些专用机床，它们通常只能加工单一的零件，所以其通用化程度是相当低的，但是，这类专用机床却能够保证比较高水平的自动化，所以对于这类机电设备，固定式的电气控制线路是比较适合的；另外，通用机床能够进行小批量的生产和加工不同的零件，那么对于这类通用机床，最好选用编程控制器等控制方式，因为这样通用机床就可以编写不同的加工程序来进行不同零件的加工。并且采取这样的方式很符合实际情况，非常的灵活方便。

2.3 保证电源可靠

在机电设备中，电气控制方案的设计应当保证其供电设施的可靠性。例如，机电设备的控制要求比较简单，那么电气控制电路的设计也就比较简单，那么供电设备就能够使用机电设备电网的电源。但是，如果机电设备的控制要求很复杂，并且，电气控制线路也是很复杂，那么就应当隔离其供电设施，使机电设备出现故障的可能性降低。另外，如果机电设备的自动化程度非常高，需要供电设施能够有比较高的可靠性，那么设计人员可以采用单独的直流电源对其进行供电。这样不仅保证了机电设备的可靠性，还使得设备的维护和修理变得更加方便。

3 设计电气控制线路的方法

电气控制线路的设计影响着人们的日常生活，还与人们的生命财产相互关联，因此是十分重要的。若要确保电气控制线路的安全性、稳定性，那么在进行线路的设计时，就应该全面的考虑电气控制系统的设计方法。

3.1 设计要求

（1）一定要满足机电设备的运行要求。

（2）要保证电气控制线路的简单化，尽量删减没有必要的线路，降低设备维护和修理的难度。

（3）要设置控制保护装置，及时在操作发生重大失误时，机电设备不会发生安全事故。

在不同的环境下，保证机电设备能够正常运作。

3.2 设计方法

（1）经验设计法。经验设计法的基本思路是：依据机电设备的需求，安装控制电机的运转方式，设计出典型并且直接的电气控制线路。经验设计法的特点是：简单方便；其缺点是：在控制要求比较复杂的情况下，对设计技术员的经验要求很高。

（2）逻辑设计法。逻辑设计法的基本思路是：利用逻辑的方法进行电气控制线路的设计。逻辑设计法的特点是：设计出的控制线路通常会是科学的、合理的，并且能够减少电子元件的使用。

3.3 设计顺序

在进行电气控制线路的设计时，通常其设计的先后顺序分别是：主电路，控制电路，信号电路。其中，主电路是电气控制线路最核心的部分，其将会决定整个控制系统的好坏以及系统的反应速度；控制电路可以看作是控制系统的一个开关，其能够控制整个控制系统的正常运行；信号电路可以看作是电气控制系统的信息传输的线路，其主要负责对信号进行收集和传输。

4 结束语

电气控制线路是电气控制系统重要的组成部分之一，其设计的好坏将会直接影响整个控制系统，因此必须要采取科学、合理、有效的设计方法，以确保控制系统正常的运行。

参考文献

简单电路设计方案范文3

关键词：AT89C51；数字频率计；CD4020分频器；定时/计数器

中图分类号：TP368 文献标识码：A

频率计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测量方波脉冲的脉宽。

数字频率计即DFM-Digital Frequency Meter，也称为数字频率表或电子计数器。它不仅是电子丈量和频率仪器仪表专业范畴中丈量频率与周期，丈量频率比和进行计数、测验的主要仪器，而且要比示波器测频更便利、经济的多，特别是现代电子计数器商品与组件和具有多种功用的数字式频率计，已广泛应用于计算机体系，通讯广播设备，出产过程自动化测控设备带LED、LCD数字显现的多种仪器仪表以及许多的科学范畴。可以说，伴随着数字化技能的开展，电子计算机、通讯设备、音频和视频技能进入科研、出产、军事技能和经济生活范畴，直至家庭和自己，使得电子计数器和测频手段与上述电子设备衔接为寸步不离的技能。

1 系统概述

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

2 设计要求及方案选择

2.1 设计任务和要求

设计一个简易数字频率计。主要性能指标：①波形幅度：Vm=5V；②频率范围：0Hz～500kHz；③显示位数：4位；④被测信号：正弦波、方波。

2.2 方案论证

方案一：系统采用频率/电压转换方式进行测量，将被测信号经F/V转换后，再经A/D模数转换后进行数据处理。

方案二：体系选用可编程逻辑器件（PLD或ATV2500）作为信号处理及体系操控核心，完结包含计数、门控、显示等一系列作业。

方案三：体系选用MCS-51系列单片机8032作为操控中心，门控信号内8032内部的计数器发生单位为1?s，因为单片机的计数上限较低，所以需要对高频信号进行硬件体系分频处理，8032则完结运算、操控及显示功用。

方案四：系统以单片机AT89C51为核心，由信号预处理电路、AT89C51单片机及显示电路组成。被测信号通过放大整形转换为方波脉冲信号送至89C51单片机T0计数器进行计数，T1定时器定时，然后通过软件编程转换为频率通过七段数码显示管显示被测信号的频率。

2.3 方案比较

从以上方案设计论证，方案一硬件电路复杂、灵敏度高、测量范围小、系统量化误差大、性价比低，所以方案不理想；方案二利用了PLD的可编程和大规模的特点，使电路大为简化。此路用PLD不能充分发挥其特点及优势，并且测量精度不够高，导致系统性能价格比降低，系统功能扩展受到限制，因此也没有选用此方案；方案三的系统虽然具有极为灵活的可编程性，但是在实现高频信号的测量时电路硬件比较复杂，并且需要软件编程。因此，该方案实现起来较困难，本设计没有采用；方案四基于单片机技术开发出的数字式频率计数器具有简单、方便、响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时、准确地测量低频信号的频率。

经过以上比较，方案四能精确的满足我们设计的要求，为此本设计采取此方案。

2.4 总体方案确定

输入信号经放大、整形转换为方波脉冲信号送至AT89C51单片机的定时/计数器T0。T0计数器对其进行计数，同时内部定时/计数器T1进行定时。通过软件编程将T1设置为定时50ms（20次共1s）。当定时时间到时，T0停止计数，调用计算程序计算后，再调用显示子程序送至七段数码显示管显示被测信号的频率。

3 硬件设计

3.1 体系构成

所规划的频率计的丈量规模为0～500kHz。频率计由信号预处理电路、AT89C51芯片、数码显现电路和体系软件构成。其间信号预处理电路包括信号扩大、波形改换、波形整形和分频电路。信号预处理电路中的扩大器完成对待测信号的扩大，降低对待测信号起伏的需求；波形改换和波形整形电路将扩大的信号转变成可与单片机接口兼容的TTL信号，分频电路的运用不只使单片机测频更易于完成，并且也降低了体系的测频误差；单片机经过设置使T0对外部事件计数，T1对内部定时。这样能精确地丈量信号的频率；频率显现有些选用四个七段数码显现管，节省了所需单片机的口线和器件，简化了显现有些的编程操控。

3.2 信号预处理电路

它由三级电路构成，榜首级为由开关三极管构成的零偏置扩大器，三极管选用开关三极管，以确保扩大器具有杰出的高频效应。当输入信号为零或负电压时，三极管截止，输出高电平；当输入信号为正电压时，三极管导通，输出电压跟着输入电压的上升而降低，这使得频率计既能够丈量恣意方波信号的频率，也能够丈量正弦波信号的频率。扩大器的扩大功能降低了对待测信号起伏的需求，完成了体系能对恣意大于0.5V的正弦波和脉冲信号进行丈量。第二级选用带施密特触发器的反相器CT74LS14，它用于把扩大器生成的单相脉冲转换成与CMOS电平兼容的方波信号。第三级选用14位二进制异步计数器CD4020，第三级输出的方波加到CD4020的CLK端口，Q12端输出的信号输入到单片机，从而为丈量信号的周期供给基础。别的，为使CD4020正常作业，它的RST端有必要经过电阻接地。

参考文献

[1]刘悦婷.Multisim 10在负反馈放大电路中的仿真应用[J].甘肃科学学报，2012（04）.

[2]韩成浩，袁红.基于EWB的音频功率放大电路设计[J].吉林建筑工程学院学报，2010（01）.

[3]刘绍忠.对《电子线路实验》课程教学改革的思考[J].今日科苑，2010（10）.

简单电路设计方案范文4

关键词：51单片机；AD603；程控放大

1 引言

随着电子技术的飞速发展，对信号处理要求的提升，信号可控放大显示出其重要性。当输入信号为弱信号的时候，信号处理电路需要具有放大功能。程控放大器能能够针对输入信号的强弱，选择相应的增益的大小。在工业设计中非常重要。

2 系统设计

程控放大功能可采用诸多方式完成。几种主流方案如下：

方案1：基本的电压放大器可由运算放大器构成，其增益由反馈电阻与输入电阻之间的比例确定。基于此原理，可通过程控改变基本运算放大器放大电路中的反馈电阻大小来改变增益。最为直观的解决方案是由模拟开关选择多路不同阻值的电阻，使相应电阻接入反馈回路中，以达到反馈电阻的变化。单片机可控制模拟开关的选通，从而达到程控放大的目的。

该方案明显的缺点是增益的变化是非连续的，若要使各级增益更为细化无疑要有庞大的电阻数量和较多的模拟开关。而且模拟开关的导通电阻将会使放大器增益的精度降低，当反馈电阻较小时该影响尤为强烈。

方案2：在方案1的基础上进行改进，可利用数模转换器内部所具有的电阻网络

作为反馈电阻。电流输出型D/A芯片的参考电压引脚和电流输出引脚之间等效于一个数控的电阻网络，该网络较为精准和易于控制。采用该种方案的程控放大器，增益的细分程度取决于D/A转换器的精度（即位数）。

该方案虽简化了电路的实现，提高了放大器的精度，但仍旧为增益非连续的放大器，对于对增益精度较高的应用仍不适合。

方案3：采用压控放大器。AD603是一款较为理想的压控放大器，具有低噪声、精密控制的可变增益放大器，电路简单，温度稳定性高，适合于本作品的制作。单片AD603的增益变化范围被限制在40dB，若想增大该范围只需级联多片该芯片并配合合适的级间耦合电路即可。

该方案简单易行，实现效果好，本作品采用该方案实现程控放大。

简单电路设计方案范文5

关键词：直流电子负载;恒流源;模数转换;软件开发

中图分类号：TN722.77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）03-0083-02

随着现代技术的发展，恒定电流源的应用将十分重要。恒流源是可以稳定提供某种电流的电流源，在电子设计中得到了广泛应用，且在很多单元电路中都是不可缺少的。本设计要求我们自制一个范围为100 ～1 000 mA数控恒流源，它可以通过按键进行100 mA的步进，而且精度为±1%，要求本系统可以实时测量并显示负载两端的电压（精度为±（0.1%+0.1%FS））和流过负载的电流（精度为±（0.2%+0.2%FS））。设计需要制作恒压源，且恒压输出值为5 V，误差为小于2%，设定最小输出电流为1 A，纹波值与噪声值小于20 mV。并用数控恒流源来测量自制电源的负载调整率。

1 方案设计与论证

1.1 稳流源设计

1.1.1 三种设计方案

方案一：采用具有稳流作用的二级管或三级管，虽然稳流精度较高，但电流的稳定范围受到很大的限制，通常只有数十毫安，达不到设计要求。

方案二：采用线性可控稳流源。此方法需要调整不断调整电阻值的大小，实现连续可调的功能，且能够实现1～ 3 000 mA的电流输出。我们通常采用两种方法来调整输出电流：可以采用调整可调电阻来不断调整输出电流，但此法不能实现数字连续可调的要求;也可以采用数字电位器来调整电阻值，此法固然可以满足设计要求，但该器件的电阻步进值偏大，很难满足对输出电流的线性调整。

方案三：使用电压控制电流源电路。依靠调整稳流源的供电电压，利用改变输入电压值来调整电流的输出值压控恒流源利用MSP430给出调节量，经数/模转换变为模拟信号，后经大功率场效应管进行电流放大。单片机对输出电流进行连续地、实时的跟踪，利用单片机作为输出反馈环节，由单片机调节功率管进行恒流输出。

即便负责发生变化，输出电流几乎保持不变，如此以来，靠着简单的电流闭环反馈系统就可以实现输出电流值与设定值保持一致。

1.1.2 方案选择

方案一虽精度高，但是恒流范围小;方案二步进调节不便，且调节精度不高;方案三利用数字调控来保证恒流源性质的电流输出，不仅实现了设计功能，还简化了系统的操作，故此方案**。

1.2 电流源电路

方案一：采用开关稳压电源，其输出电流大，能满足输出1A电流的要求，其元器件较少，但是其纹波较大，不太好滤除。

方案二：采用三端线性稳压电源，其有结构简单、性能优良、调试方便、价格便宜等显著优点，而且能提供的最大电流可达到1 A，重要的是它的纹波较小，可以实现输出纹波<20 mV。

方案选择：根据上述比较，我们采用方案二。

2 系统总体设计

2.1 系统框图

本系统由MSP430单片机、D/A转换器、恒流源调整电路、电压取样放大电路、A/D转换器、液晶显示等部分组成，系统框图，如图1所示。

2.2 单元电路设计

2.2.1 VCCS的设计

压控电流源是整个电路的重要组成环节，其主要功能是用输入电压对输出电流进行连续调控，在此设计中，指标对于输出电流的范围和控制精度有较高的要求，因此设计好压控恒流源电路是一项很重要的工作。单元电路图，如图2所示。该VCCS电路由集成运算放大器、大功率MOSFET-Q1、取样电阻元件R3、输出调整电阻R1等构成。

对于单元模块中的调整管，我们选用大功率MOSFET-IRF

640。之所以选用MOSFENT，目的是便于实现输入电压对输出电流的线性调节，既可以实现对最大输出电流值2 A的设计指标的要求，更能够很好地达到利用输入电压对输出电流的连续地、线性的调节。

在此电路中，场效应管是工作在饱和状态去的，其漏极漏电流Id非常接近由栅源极电压Ugs进行控制的输出电流值。也就是说，当UD为定值时，我们有：

ID=f（UGs），

只要UGs不变，Id可以保持恒定。

在这个电路模块中，R3为采样元件，利用多股康铜丝为材料（因为康铜丝的阻值的温度系数很小），大小为0.1 ？赘。同时，利用把仪用运算放大器OPA340设计成电压跟随器电路，由于Ui=Up=Un，MOSFET的Id=Is（栅极电流太小，可以忽略不计）， 故有：

Io=Is=Un/R3= Ui/R3

这样以来，我们就实现了利用输入电压UI对输出电流Io进行调节，即输出电流不因负载电阻的改变而改变，最终实现电压控制恒流源的目的。

2.2.2 输出电流取样电路

输出电流取样电路图，如图3所示。

设计要求测量恒流源的电流输出值，我们选择输出回路中接入取样电阻，将输出电流转变为输出电压值的方法来获得电流输出值的测量。为减少对负载电路的影响，选取的采样电阻值应尽可能的小，实际中我们选用的阻值为0.1。由于采样电阻很小，因而其两端的电压也很小，不能直接将其电压送入A/D芯片中，我们需要先进行放大。在放大部分，我们选用了TI公司的OPA340，其为一款仪用放大器，可以对微小的信号进行精密放大，且具有很高的共模抑制比，能满足设计的要求。

3 软件设计

软件设计在基于VCC开发平台上采用C语言开发，很多功能都做成了子程序文件，供主函数调用，其难点在于功能按键的分支流程设计。在开发及调试的过程中，我们遇到很多的问题，如不能及时响应按键触发的事件，电流采集值与显示值不准等问题。经过团队的判断与分析，我们觉得是某些参数的设置出现了不当。当我们更改参数后，几乎没有调整其他程序代码，就可以实现设计要求的参数指标了。当然，合适的算法和正确的编程思路也是功不可没的。

4 结 语

在本系统完成设计后的测量过程中，测量电流值不停跳变，我们分析原因，使用的5 V稳压电源不够稳定，导致其提供给A/D和D/A芯片的参考电压不稳定，进而导致测量的电流不稳定，后来我们使用电压基准源为A/D和D/A芯片提供参考电压，问题得到解决。由此可见，在电子产品的设计中，方案论证和计算很重要，它是设计成功的重要保证，同时也不能忽视后期的调试工作，往往调试比设计会带来更多的问题，有待我们经过分析后再不断地改进设计。

参考文献：

[1] 韦建英，徐安静.模拟电子技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.

简单电路设计方案范文6

关键词：电力线路；线路改造；校园供电

作者简介：罗继东（1981-），男，甘肃庆阳人，塔里木大学机电学院，助教。（新疆阿拉尔843300）

中图分类号：G483     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）08-0141-03

近年来，在我国教育事业飞速发展的大背景下，塔里木大学（以下简称“我校”）在教育客观需要的前提下，抓住机遇积极发展校园基础设施建设。因为塔里木大学供电网络中配电设备普遍陈旧、技术落后，小截面老旧线路、老式油断路器、老式柱上断路器等仍大量被使用；存在着用户线、专用变直接搭接主干线，导致发生事故或需检修线路停电范围大、线路自动分断控制能力差等等。随着新老校区建设的不断扩大和发展，居民、学生公寓楼密集，架空线间安全距离远达不到要求，况且老旧电缆在道路、小区穿过，其绝缘性能及各项技术指标不符合安全距离的要求。这些设备“带病”运行，不但存在着安全事故隐患，而且不符合塔里木大学长远规划的发展需要。为了学校更好地发展，需要对电力线路进行调整改造。

一、塔里木大学线路现状分析

1.塔里木大学现有电网特点

（1）负荷密度高。学校人口稠密，居民小区、学生公寓集中，必然构成了高密度的用电负荷。这要求在配电线路导线选取时要考虑较大的线径。

（2）线路走廊紧张。道路、绿化带一般是线路的主要通道，但因宽度有限，势必要求同杆多回路架线，同时拉线也是一个不容忽视的问题。

（3）供电可靠性不高。停电将造成较大的社会影响和经济损失，故要求较高的供电可靠性。

（4）导线横截面积小，供电负荷大，导致导线不能满足负荷需要。

（5）绝缘化率要求不高。根据大学未来发展趋势，架空电力线路入地电缆化是大势所趋，电缆化率将是表征一个大学品位档次的主要指标之一。

（6）安全性要求不高。因塔里木大学空间利用率高，电力线路与建筑物、活动场所距离相对较近，误碰误触可能性大，因此设计时要充分考虑安全裕度。

2.塔里木大学电源及供电系统

塔里木大学供电系统，除一级负荷别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修的情况进行设计，现在我校供电线路还是单回路供电线路。其特点是供电线路可靠性不高、经常性停电，要两回电源线路，应采用同级电压供电；供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。高压配电系统应采用放射式。根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。

二、全校负荷调查

变电所现有分区：我校现有变电所七处，每一处管辖范围不等的一个供电区域。

这七大区域为：

（1）主教学区变：含综合楼、行政楼、动科楼、工科楼、文科楼、一号楼、二号楼、图书馆、逸夫楼、生物楼；

（2）西学生区变：含（1―24栋）学生公寓，4个学生食堂；

（3）东学生区变：含（东1―8栋）学生公寓，1个食堂，风雨操场；

（4）生活区变1：含（1―20栋）教工住宅、农贸市场、西域文化研究中心、南疆干部培训中心、幼儿园；

（5）生活区变2：含（21―47栋）教工住宅；

（6）实习区变：实习基地；

（7）排水区变：排水系统。

三、总体规划设计方案

东校区是我校的老校区，面积很大，现在建设有很多实习基地与实验基地，东校区相对杂乱，迫切需要对基础设施进行整合。根据研究，东校区大概需要用电容量为7000kVA。把东校区分为四大区域（不含现有西区变）分别是：

东区核心区变：1000kVA；东区一变：2X630kVA；东区二变：2X630kVA；老师及成人教育学生宿舍区变：2X630kVA。东西两校区容量总共约1.6MVA。

我校整体输电线路规划如图1所示。

1.规划设计方案

（1）规划方案1。现状中，东区高压配电房可以容纳13面配电柜，刚好能满足设计中的塔里木大学各变电区域的需求。那么，方案1的设计理念就是充分尊重现实，利用现状，完美地处理好现有资源；东西校区整合供配电设施，实现集中的管理，统一调度。

我校现有的两路高压进线前已介绍。我们把这两回架空线都引进东区高压配电房。但在此方案中不用常规的一回线路运行，另一回线路完全备用的形式，而是采用双回线路同时运行的方式：主要的考虑是两回线路的供电质量都很高，都能分别满足用户用电的需求。整个校区容量较大，假如只是单回线路运行的话，势必会在线路上造成很大的损失，浪费能源。

在中间设立一个联络柜。

具体的管辖范围可以是一号线路管东西校区，二号线路同样管东西校区；

配电方式全采用高压放射式。配电柜中设计如图2所示。

（2）规划方案2。前面在地理位置考虑的时候有这样一个概念：东校区面积相当，在以后的发展中将和西校区处于同一重要的位置。在这一概念的基础上，规划方案2拟考虑东西分治，即在现有配电设施的基础上，在西校区另外单建一个高压配电房，东西相互独立，互不牵制，毫无关联。

其中，把现有的西校区变电房也移交给规划中的东校区高压配电房，如图3所示。

如方案1中所讲，为减少线路损失，采用两回电源同时运行的方式，也在东区高压总配设置母线断路器联络，断路器平时是断开的，仅在双回电源中，某一回受损后才开启使用，即由另一条母线独立向所有的负荷供电。

（3）规划方案3。在方案2的基础上做一些适当的调整改进。总体的思维依然是南北分治，但是把东西两区用一根高压联络电缆连接起来，目的是使西区的供电可靠性得到增强。

就目前的现实情况来看，我校的重点仍然在东区，不管是教学还是人员等；但是几年之后，随着西区各项工程的相继竣工，可以用一个不很恰当的词来形容就是，东西校区将形成“分庭抗礼”的局面。

东西校区的联络线如果设置得合理的话，那么对东校区的供电来说将形成高压环式接线，对西校区来讲，供电的可靠性将大大增强。高压配电房方案三如图4所示。

（4）规划方案4。只在东区建一个高压总配，但从东区引出一根（能承担西区全部负荷的）大容量的配电线路到西区，进入西区的配电子站。平面示意图和系统示意图如图5所示。

2.各方案比较

（1）采用架空线、电缆线的不同之处。

方案1：只需要一个高压通道引出至东区总配即可；需从一号线路上引一段架空线（或者是10kV高压电缆线）到高压总配电房，距离约在400米。

方案2：由于东西分治，需要从二号线路上引两路分别到两个配电所，相应的线路费用增加。

方案3：方案3基本同方案2，只是多了一条从东到西的电力电缆线，约450米。

方案4：综合方案1和方案3，一段从二号线路上引300米，另一段从东到西约450米。

（2）供电可靠性及灵活性。

方案1、3运行比较灵活：可单回线路独立供电，也可采用双回线路同时供电；可靠性也较高，因为那样的设置满足了在塔里木大学内都有两回电源的供给，只有在极端情况下才可能产生停电的情况，那就是所有母线同时故障的时候。满足了2级负荷的全部要求。

其余两个方案中，由于都有瓶颈，在电力供给比较紧张或者在天气等自然条件变化较大的时候，极易出现故障，很难越过瓶颈。

（3）供电电能质量。四个方案相当。

（4）运行管理、维护检修条件。

方案1中仅有一个高压配电房，所需管理人员少，且实现了集中统一管理，较易实现全校的协调和统一调度管理。在具体的配电柜中，都采用了电流互感器、接地刀开关、高压断路器、避雷器，能完全保证正常的运行。在例行的检修或者是维护中只需把高压断路器断开，然后把接地开关接地即可以安全地作业了。

（5）交通运输及施工条件。

在交通运输方面，塔里木大学内部道路交通网络比较发达，运输较易。施工条件：方案1、3、4中，均需在东西两区作业，并且配电电缆所走的线路比较长，相对施工比较麻烦些。而方案2就相对省工。

（6）分期建设的可能性及灵活性。

方案1：比较灵活，由于有13面柜子的空间，现已经上了7面，等以后东校区、研究生学院区、新的住宅楼相继建成后，可分期上配电柜，即是说建成一个区位，上一面柜子。分期投资，分期建设，同时也可把风险分散，是比较灵活的设计思想。

其他方案中，东校区配电房无论如何要一次性建设到位，但选址在何处，建成什么样式的，以后是否能很好地融入主体建筑群是很难说清楚的（因为现在西区有很多地方还有待开发，有待整合）。

（7）确定方案。

综合比较以上各个方案（见表1），决定采用方案1，但需做些适当的补充和改进说明。

3.配电母线设置

高压配电母线排采用单母线分段，一段管东区，另一段管西区。中间用断路器连接，平时使用的是双回路同时运行，利于减少电能在线路上的损失；即使在线路发生故障的情况下，也能保证至少有一半的用电负荷不会停电，造成的负面社会影响较小；一回线路发生故障的时候，可以通过倒闸操作，闭合母连断路器，实现继续供电。当控制回路设计得合理时，还可以实现自动投切，停电后恢复期较短，大大提高了供电的可靠性和持续性。

（1）低压联络线。在邻近的变区设置低压母线联络线，形成准网式供电。

（2）整个系统的运行方式。根据前面的设计，在正常情况（或用电需求不是很紧迫的情况）下，各变电所是相互独立的，互相之间没有影响，互相也不会受到牵制，这也是放射式配电的优势。通常由进线到各配线柜通过10kV电力电缆送到各区域变电所，降压为380/220V后再通过低压电力电缆送达各负荷点，完成整个的变配电过程。

（3）效益。几个方案在经济效益方面相当，只是在方案2和方案3中需要三面进线柜、三面计量柜，设备较多，初期投资较高，相比较而言，产出投入比不是很划算；并且在设备增多的情况下，相应的出现故障的几率也增大了。

在社会效益方面，方案1更可观些，因为采用的是高压放射式配电方式，各配出线之间没有联系，当某条线路发生故障时，不会牵连到其他的线路，因而造成的停电范围也会比较小。

方案2中，在西区仅有二号线路供电，假如一号线路发生故障，塔里木大学不会大面积停电，影响面较小。并且又能很好地满足塔里木大学教学楼的用电和其他设备的供电要求。

4.塔里木大学节能措施

电容补偿、无功补偿。为基本满足上述要求，我校设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。对于容量较大并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。

四、结语

本文主要介绍塔里木大学校园电力线路改造方案，首先对学校规划中涉及的电力线路进行简介，并对前期存在的问题进行简要分析，在此基础上分析了校园电力线路改造的必要性，在已经进行的线路基础上提出了适合校园实际规划的电力线路改造方案，更好地满足塔里木大学校园电力系统供电的可靠性、安全性和经济性。

参考文献：

[1]单士贵.校园电力管理系统的设计和实施[J].泰山学院学报,2003,(3).