七颗钻石教学设计方案(完整版)实用资料

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《七颗钻石》七颗钻石教学设计方案（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）作者:东风东路小学张红(一概述·课名是《七颗钻石》,是人教版小学语文新课标教材第六册的一篇课文;·本篇课文所需课时为2课时,80分钟,本节课是第二课时;·《七颗钻石》是一篇„„。主要学习内容是理解水罐发生一次次变化的原因,体会爱心的神奇力量,并进行符合主题的写作练习。(二教学目标知识技能:·会认8个生字,会写15个生字,能正确读写“焦渴、喜出望外”等词语;·读懂课文,来理解文中“喜出望外、涌出”等词语;能完成课件中提供的“填空”练习,会口头练说“她想------但又一想------”的句式来描写人物心理活动;·有感情地朗读课文,能复述故事;·能围绕“学完了课文,我想说------”进行主题打写。过程方法:·通过自主识记、教师检测、小组合作、朗读实践等多种形式,掌握生字词的音、形、义和理解课文的重难点语句;·通过两两交流、听读互评等活动,让学生在读与评中理解体会,不仅理解课文,也体验到协作学习的方法,提高评价与协作的意识和能力;·通过阅读拓展资源、写作、展示等活动,提高学习语文的方法和策略;·在情境探究性学习过程中,体验自主学习和协作学习。情感态度价值观:·自主、合作探究水罐的一次次变化原因中体会爱心的神奇力量,感知童话丰富的想象力;·从品读大量有关爱的故事中,体会懂得关心别人,用爱心对待生活。(三教学策略·任务驱动法本课以“水罐变化的原因”这一线索贯穿全文,本课时的学习任务就是对每一次水罐变化原因的探究并将其分解给每个小组,来达成教学目标。·创设情境、以读代讲、先扶后放、“双主”教学法创设有利于调动学生情感的多媒体情境,在大量的语文“读”的实践中,在老师的引导下,开展教师主导、学生主体的探究性教学活动。·信息技术与语文学科整合的方法本节课信息技术成为创设情境的工具;为学生提供丰富的资源信息加工的认知工具,从而彻底改变学生学习方式的工具。(四学习者特征分析·本节课的教学对象是东风东路小学三年级的学生,这个班是跨越式试验的非网络试验班。经过了两年多的试验教学后,班上学生思维活跃,对语文非常感兴趣,阅读和写作表达的愿望很强烈;·学生对童话体裁的课文很熟悉,而且对童话的形式很感兴趣;·学生的阅读能力不错,但对把握文章的关键词能力还不够;·学生的逻辑思维能力欠强,需要及时引导学生进行归纳、总结。(五教学资源供教师使用的资源:自制ppt课件;供学生使用的资源:课本,印好的拓展阅读资料。(六活动过程设计与分析第二课时一、复习导入情境,明确学习目标:(3分钟1、今天,我们继续学习第19课——学生齐读《七颗钻石》。上节课我们初读了课文,学习了第一段,知道了《七颗钻石》讲的是有关北斗七星的一个美丽而神奇的故事。下面,就让我们回到很久很久以前——(干旱土地的图片配上一段凄惨的背景音乐2、教师激情描述第一段的内容(略就是在这样恶劣的环境下,死亡的威胁中,我们的故事发生了——一天夜里,小姑娘走出家门为她生病的母亲去找水,一路上水罐发生了一次又一次的变化,先是——(学生根据上节课的板书简单介绍水罐的变化过程。3、多么神奇的水罐,多么动人的故事。那么是什么让水罐发生着一次一次变化的,这节课我们就来解决这个问题。二、自主合作探究,体会“爱”的真谛:(24分钟1、教师引导体会水罐第一次变化:(4分钟(1师:谁来为我们读一读课文中描写水罐第一次发生变化的内容?(“一天夜里——小姑娘喜出望外真想喝个够——赶紧抱着水罐跑回家去。”(2如果你见到这样的小姑娘你会怎么想,怎么做?(3体会小姑娘的心情(高兴、激动。用课文中的词“喜出望外”。(4小姑娘意外地得到了这生命之水,她是多么高兴呀!此时的她嘴唇干裂,又累又渴,她真想„„·指名读“小姑娘喜出望外,„„”·评读(5学法小结:学生汇报找出读懂第一次变化的方法是先找句子,边读边想;再抓重点词,理解体会;最后就找到变化的原因。2、“小组合作运用这种学法,理解水罐第二、三、四、五次变化。(略(1教师引导一:看来水罐的变化不在于水罐本身,而是在于得到水罐的人是怎样对待它的,只要用“爱”来对待它,水罐就会发生一次又一次的变化。(完成板书“爱”和“连线”(2教师引导二:既然她这么渴,她为什么还要让水给素不相识的人?她心里会怎样想?完成句式想象的打写练习,“小姑娘想——但又一想,——于是„„”,写完后邻座合作说说。·指名练说。(3教师引导三:(情境质疑。昨晚,我把这个故事告诉了我五岁的小女儿,她提了个问题,希望大家能帮她解答。“小姑娘是那么渴,瞧,她嘴唇干裂,喉咙冒火,她不能自己先喝一口,或者和过路人分着喝吗?”(4你们还有什么问题?(自由质疑(生问:这个过路人是神仙吗?要不水罐为什么能跳出钻石,涌出泉水?(5教师小结:是的,是爱让水罐发生一次又一次变化。这正是我们开头提出的问题呀!三、拓展阅读,汇报感受(8分钟1、个人自读(为学生提供不同题材、不同层次、不同角度的阅读资源。其中8篇爱的故事,一首歌词,13则格言2、学生汇报读后感(略四、习作交流,总结拓展延伸:(5分钟1、教师小结:孩子们,“爱”使水罐发生了一次又一次的变化,小姑娘和母亲的心像金子般美好,像钻石般珍贵,那七颗代表着爱的钻石越升越高升到了天上,变成了“七颗星星”,这就是人们所说的“北斗七星”。(完成板书2、同学们,是啊,爱心像钻石,像星星,照亮着每个人的心灵。我想此时此刻在你的心中一定也留下了许多闪亮而美好的东西。那就请你把它写下来吧,写下你最想说的话!3、作品交流。4、教师总结:孩子们,你们写的每一段文字都是“爱”的诗篇,“爱”的真谛呀!我想以后当你们再仰望天空,看到“北斗七星”的时候,一定会想起这个善良的小姑娘,这位慈爱的母亲,这个动人的故事。在《爱的奉献》的歌曲中,结束课文的学习。[板书设计]:七颗钻石空木罐金罐爱开关柜温度红外在线监测系统设计方案北京四方德瑞科技一、总则1.概述随着我国基础产业的迅速发展,变电、用电负荷逐年增加,高压开关的安全稳定运行及可靠性更为重要。为确保高压开关柜的安全稳定运行,杜绝运行中触头及母排过热所引起的短路、接地所造成的重大电力设备事故。我公司(原韦安搏电力研制开发了XSJ-2000型开关温度监测系统,它是基于目前先进的现场数据总线技术,采用了当今先进的红外温度传感技术、光纤数字转换技术,独创设计的强电场环境下运行的非接触式测温产品,它克服了高压开关柜触头排线强电压、强电磁场、感温元件无法安装的技术难题,同时避免了其他任何线(包括光纤连接的传感器改变了电气爬电距离这一缺点,能有效的辨别高压开关柜接头排线的过热和短路火灾事故隐患,同时检测其温度走向进行早期预判,为电力设备运行提供有效保证。该装置在电力、冶金等行业得到了广泛的推广及使用,得到广大用户的好评。2.引起开关触头熔化爆炸原因分析主要原因是由于高压开关长时间运行在大负荷的情况下,开光触头接触不良所造成。另一个原因是小车开关滑动的位置偏离,使动、静触头差偏所至,根据多起事故分析发现,从开关触头过热到触头融化短路事故的发生,其发展速度比较缓慢,时间周期较长,通过温度在线监测系统完全可以防止,杜绝该类事故地发生。二、设计方案XSJ-2000W型红外开关温度监测装置是基于目前先进的现场数据总线技术,采用了当今先进的红外温度传感技术、光纤数字转换技术,独创设计的强电场环境下运行的非接触式测温产品,它克服了高压开关柜触头排线强电压、强电磁场、感温元件无法安装的技术难题,能有效的辨别高压开关柜接头排线的过热和短路火灾事故隐患,同时检测其温度走向进行早期预判,为电力设备运行提供有效保证。2.1系统设计安装开关柜温度在线监测系统是确保高压开关柜的安全稳定运行,杜绝运行中触头及母排过热所引起的短路、接地所造成的重大电力设备事故。因此对于温度在线监测系统应具备以下特点:●设备安全:保证安全距离,不能因安装监测系统而改变电气设计参数。●技术成熟:应选择技术先进,成熟稳定的温度监测系统。●安全可靠:应保证温度传感器出现故障时,不影响电气设备的安全运行。根据以上所述,光纤测温方式改变了电气设备的表面爬电距离,光纤护套内纤维吸潮易产生放电通道存在极大的事故隐患。而无线测温方式须经常更换电池,测量的准确性很难保证,无法适应用于用电单位,且无线电的发射频率影响开关柜的综合保护装置而存在较大的事故隐患。因此推荐安装非接触式红外测温系统。2.2系统安装开关柜红外线温度监测项目有20面开关柜,每个柜有6个测温点,测开关触头温度。根据实际情况系统设计如下:XSJ—2000W开关柜红外线温度监测系统为双层总线结构,上层为模块级隔离总线,将操作站与采集器连接起来。每个采集器带若干个温度传感器,并设有信号中继器,数据通讯采取CRC16和CRC8纠错校验,以保证系统能在恶劣条件下可靠运行。系统结构图如下图所示。系统结构图每台开关柜有6个开关触头需要监测温度,需安装6支T1002红外温度传感器,这6支红外温度传感器的测量数据传送到1台HCL-Ⅱ数据采集器中。系统采用总线式网络结构,经总线及数据采集器个,将开关柜触头的温度实时传送给网控的计算机进行数据处理及显示。系统应有电压隔离功能,严防一次电压传入二次造成的电压反击事故。系统应运行可靠,耐低温,不误报警。在主控室安放开关柜的数据采集报警监视系统,实时显示开关柜触头及电缆本体的温度,无论哪点传感器报警,计算机都能自动准确地提示出故障性质和报警点位置。系统采用24伏直流电源,符合安全规定,防止人员触电意外。2.3硬件及安装位置●测量范围:-20~120℃●精度:±1℃●环境温度:-25℃~80℃●测量范围:1:8●头尺寸:￠20×22mm●全钢金属外壳,抗干扰,防震能力强安装在高压开关柜的后侧母线室处根据不同的开关柜选择不同的安置位置,原则是安置距离超过该柜电压等级的安全距离。￠50mm●大屏幕液晶显示实时温度值;●同时测量6个温度值;●智能菜单操作;●继电器输出、485输出;●密码功能;●可与计算机通讯●工作电压:AC/DC220V或DC24V(用户指定●开孔尺寸:110×110mm●安装在高压开关柜的仪表盘上,在仪表盘上开一110×110mm的方孔;如上图。●主机:安装在值班室内,能显示所有传感器的温度;通讯及电源电缆:主机---所有采集器之间用一对电源电缆和一对屏蔽信号电缆;采集器---传感器用一四芯信号屏蔽电缆;●报警历史记录●温度历史记录●温度值最高的前20个传感器120mm120mm110mm●温度分析曲线●温差曲线●温度值查询●尺寸:2000×800×600mm三.软件系统软件系统是在Windows98环境下利用VisualC++开发的,具有良好的人机界面,用户可利用鼠标,通过菜单操作、对话框的使用、窗口操作或触摸屏操作等方式;采用了多线程多进程、动态链接和异步串行通信等技术,配合硬件完成系统功能要求.可根据工作现场绘制测点分布图,集中控制集中管理,还可保持历史记录进行分析处理。主要用于主控计算机上,要求Windows95/NT操作系统,OFFICE97中的Access环境,586以上计算机。系统主要特点:●系统能够对每个测点实时精确检测,并显示在监视画面上●系统主机与传感器的连接采用现场总线方式●系统具有在线故障诊断功能,实时显示每个传感器工作状态,并对传感断线短路状态发出报警✧用户可对每个温度检测点设定不同的温度报警值,并可对监测点相关参数进行修改,如位置、名称等。✧任何一个监测点温度报警时,都能在监视画面上显示该点位置、数据、时间信息。✧具有时时显示动态参数的电子地图功能。✧系统能生成各监测点的温度实时和历史均势图及统计报表,每日的温度数据记录并生成曲线。✧数据查询功能,对某一监测点进行实时和历史数据查询。✧数据报表打印,正常数据报表打印和报警数据报表打印。系统能接入企业内部局域网,实现网上用户在不同地点能查阅监测系统信息。✧被测各点电气设备的参数:开关柜型号、开关型号、开关触电容量材质、排线的截面等。各点维修的历史记录及维修所需的各种数据。✧系统操作简单,通过单击即可进入相关功能。四.系统接口为了与其它系统更好的连接,本系统采用标准通讯接口协议:RS-485和ETHERNETIEEE802.3规范,支持IPX及TCP/IP协议,由于采取了ETHENET标准,系统可与互连网连接。现场智能集线器与通讯总线完全隔离,采取光纤隔离技术,能经受的电压冲击典型值为1500VRMS/分或2000VRMS/秒。功能菜单数据采集器运行诊断温度传感器运行诊断报警历史记录任意一点传感器查询降序前20个温度值历史温度曲线查询历史温差曲线查询密码设置系统设置系统可扩充性好,满足用户不同的扩展需求。五、技术要求5.1、设备制造、供货引用标准:IEC60298(1990《额定电压1KV以上50KV以下交流金属封闭开关设备和控制设备》GB6162-85《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》GB11287-89《继电器、继电保护装置振动(正弦试验》GB763-90《交流高压电器在长期工作时的发热》DL/T539-93《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》DL/T593-96《高压开关设备的共用订货技术条件》DL5003-92《电力系统调度自动化设计技术规范》DL487-92《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》DL/T587-96《微机继电保护装置运行管理规程》5.2、设备技术要求:该系统能有效的辨别高压开关柜接头排线的过热和短路火灾事故隐患,对高压开关柜接头排线温度进行在线监测,有效地检测其温度走向进行早期预判,为电力设备运行提供有效保证。第39卷第4期有色金属加工Vol139No142021年8月NONFERROUSMETALSPROCESSINGAugust2021轧机主机抗谐波无功补偿装置的设计方案和特点李济明,余勇(洛阳有色金属加工设计研究院河南洛阳,471039摘要:通过对轧机主机电机的生产情况分析,设计出针对主电机进行抗谐波无功补偿装置的方案,阐明方案中的具体特点及需注意的事项。关键词:功率因数;谐波;整流器;阻抗;晶闸管;触发模块中图分类号:TM921文献标识码:A文章编号:1671-6795(202104-0054-04收稿日期:2021-03-18作者简介:李济明,男,工程师补偿装置的补偿对象是有色金属轧机,主要是轧机的主传动(既轧辊传动系统。因此,就必须了解轧机主传动的工作特性。有色轧机大量的是铝轧机和铜轧机,轧机又分为冷轧和热轧,其工作特性也有差别。目前,国内的轧机主传动有直流传动和交流变频传动两种方式。现有的补偿装置是为直流传动配套的。因此,本文仅讨论轧机直流传动的某些特性,从轧机运行时的自然功率因数和谐波两方面来讨论。1功率因数轧机主传动电机的功率一般为1000~2500kW。电机由晶闸管全数字整流器供电。整流系统主回路为三相全控桥,由专用整流变压器供电。每台电机的整流器由一个整流变的二次线圈供电。设计阶段,轧机的功率因数可以由三种方法确定:一为类似轧机运行时功率因数实测值,这种数据可信度高但不易得到;二为从设计手册查得并根据经验选取,这种数据由于手册往往过时其可信度不高;三为根据典型轧机道次表计算,这种数据比较直接,其可信度在上述一、二之间。现举冷轧机为例。某厂1850mm铝冷轧机,主传动电机2@2000kW,开卷电机750kW,卷取电机2@950kW。一个典型的轧制道次表的功率及功率因数见表1。表1一个典型轧制道次表的功率及功率因数道次带圈起始段带圈中间段带圈终了段6/1P(kWQ(kvarcos5P(kWQ(kvarcos5P(kWQ(kvarcos5开卷-2659200.276-3085100.52-3143000.72主机413240450.71413240450.71413240450.71卷取9067000.7991412140.699822.41合计477356650.64473857690.63481665470.59从表1可见,主机功率因数为0171,一般设计时取0168~0171。2谐波整流器为三相全控桥,对于供电给轧机电机的每个整流变次级线圈的二次侧来说,都是六脉动整流。网络中所含特征谐波的次数为5、7、11,,等各次。以下为实测铝轧机运行时的波形图和各次谐波含量(图1第4期有色金属加工从图2可见,电流波形畸变较大,但非特征谐波(3次及偶次谐波的含量很小,设计时可以只考虑5、7、11等特征谐波。3设计方案补偿装置接在整流变压器的二次侧,与晶闸管整流器并联,如图3。一般说来,单台轧机的无功补偿装置有接在整流变压器一次侧和二次侧两种方式。过去的补偿装置都是接在一次侧的,一次侧10kV电网上往往有几台轧机的整流变压器,这些轧机都有谐波注入电网,对本轧机的补偿装置造成影响。要消除这些影响目前没有很好的办法。另外,在高压电网投切电容器比较经济的方式是采用真空断路器或真空接触器,这些高压电器都不允许频繁操作。这样,就不能随着轧机的运行来调节功率因数。而在整流变压器二次侧,其他轧机谐波的影响因有变压器的隔离作用就变得很小。同时,低压采用晶闸管投切电容器可快速跟踪负载变好调节功率因数。补偿装置主电路示意图(图4。从图4可见,本装置是抗谐波晶闸管无触点投切(TSC方式。主电路主要由熔断器、开关模块、电抗器、电容器组成。电抗器的电抗率根据抑制网络的最低次谐波的原则确定。开关模块由晶闸管和整流二极管反并联构成,对于电容器有预充电作用,以避免投切电容器的冲击。每个开关模块都配有一个触发模块,触发模块采用零电流投切技术,能确保投切时对电网及电容器不产生冲击。主回路中的电流互感器用于检测电容器电流以保护电容器免于过载。电容器的投切控制采用无功补偿控制器,控制器采用反馈式监测,以系统的实时功率因数为投切物理量,在10ms内完成信号采集、计算及控制输出,投切开关接到投切指令后在小于10ms内完成零电流投入,整个系统响应时间小于20ms。能满足快速跟踪负载变化实现动态补偿。一般每柜装一台无功补偿控制器,采用循环投切的方式,使各电容器的通电时间均等,以延长其使用寿命。本装置采用电容器等容量的配置方式,即一套装置的各个电容主回路完全相同。这样,根据常用的电容器事先选择好每种电容器的主回路元件参数,然后按照需要补偿的总容量进行主回路的模块化组合。4电容器运行参数的校核补偿装置内各元件参数选定后,还要进行校核验算,即对轧机的各种工况和投入的各种数量的电容器,计算电容器上的电压电流、谐波流入变压器的多55少,看电容器的电压电流有无超出允许值,谐波电流有无放大、放大多少。表2是一台轧机的校验算实例。这台轧机是一台热轧机,主传动电机功率1600kW,750VDC,整流变压器2500kW,750VAC,阻抗电压百分比6%。每回路电容器60kvar,900V。串联电抗器的电抗率615%。总共24个回路。计算中采用的公式这里不再罗列,详见/电力电容器0杂志2006年第5期5电力网无功补偿与滤波回路中谐波问题的分析6一文。表2一台轧机电容器运行参数校验算实例基波变压器阻抗XS电容器总阻抗XC电抗器总阻抗XL3次谐波变压器阻抗XS3电容回路总阻抗XCL3变压器谐波电流比IS3电容器谐波电流比ICL35次谐波变压器阻抗XS5电容回路总阻抗XCL5变压器谐波电流比IS5电容器谐波电流比ICL57次谐波变压器阻抗XS7电容回路总阻抗XCL75+7次谐波电容器全波总电流(A886.4445863866.5955862.0323858.6815单个电容器总电流(A36.935191136.1081535.9180135.77839电容器全波电压(V872.2153805863.6344861.6903860.7434投入电容器个数2424242410KV网短路容量(MVA150表2是采用Excel电子表格制作的。改变投入电容器个数、轧机产生的各次谐波电流等设定条件参数就可得到各种条件下所需的计算值。从表2中电抗率为6%的一列看,在投入24个电容器时每个电容器的电流为3519A,电压861,小于电容器的额定值。对5次谐波的吸收率为62%,(但实际上因为电容回路有电阻等因素的影响吸收率不会超过40%。另外还可看出,补偿装置对3次谐波有一定的放大:注入变压器和补偿装置的3次谐波电流分别为轧机产生的谐波电流1177和2177倍。但因轧机产生的3次谐波电流极小,(从原理分析和类似轧机运行的实测都可得出这一结论,这种放大不会对系统和电容器造成明显的影响。(下转第36页合金连续挤压,对于再结晶温度较高的铜锡、铜镁合金乃至黄铜、青铜制品连续挤压还没有完全实现,工装模具耐高温、耐高压性能受限是瓶颈。要扩大挤压制品生产范围,除了进行合理的工装模具设计外,必须提高工装模具材料在高温高压下的综合性能。参考文献[1]GreenD.ContinuousExtrusion-FormingofWireSections,J.Inst.Mentals,1972,Vo.l100:295-300[2]张永杰,运新兵.连续挤压铜银合金异型排充不满缺陷的研究[J].有色金属加工,2006,35(4:24-44[3]李兵,宋宝韫,陈莉,赵颖,运新兵.铜母线大扩展变比连续挤压成形过程的数值模拟[J].塑性工程学报,2021,16(3:111-115[4]刘元文,曹雪,宋宝韫.铜连续挤压的有限体积法数值模拟[J].锻压技术,2007,32(06:148-153[5]吴朋越,谢水生,鄢明,程磊,黄国杰.铜扁线连续挤压温度场的数值模拟[J].锻压技术,2007,32(3:46-49[6]赵颖,运新兵,李冰,陈莉,杨俊英,宋宝韫.铜连续扩展成形温度场的分析[J].塑性工程学报,2021,16(2:128-133[7]鄢明,吴朋越.连续挤压一模多孔挤压小截面型材[J].有色金属,2021,61(2:18-23[8]张新宇,宋宝韫.连续挤压产品的质量控制[J].大连铁道学报,1998,19(1:33-37[9]钟毅.连续挤压技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社,2004:14-82[10]陈渝,汤菲,陈少先.无氧铜杆季节性断线的主要原因和解决的方法[J].电线电缆,2003,(2:25-26AnalysisandMeasuresFrequentlyAskedQuestionsinContinuousExtrusionProcessXUHenglei(ShanghaiKangchengProfiledCopperCo.,Ltd.Shanghai,202100,ChinaAbstract:Continuousextrusiontechnologyisanewtypeofhigh-performanceprocessingtechnologies,growingawiderangeofapplicationsinthecopperprocessingfields,hasbeensuccessfullyappliedtotheproductionofcopperandcopperalloybusbars,copper-silveralloycommutatorwithshapedrowofelectrifiedraiwlaywithcopperandcopperalloyaccesstopolesandotherbilletproducts,productoverallperformanceissuperior,andsignificantlyshortenedtheprocess,savingproductioncosts.However,inpracticalapplicationprocess,inprocessandproductqualitycontrolthereisstillaproblemThispaperanalyzescommonproductdefectsandproposespracticalsolutions.Keywords:continuousextrusion;productdefec;tcauseanalysis;preventivemeasures(上接第56页结论,从理论计算上可以明确地看到增加抗谐波无功补偿装置后,该装置对电网节能的效果以及提高配电设备的效率和对谐波的消除作用,净化电网的功效的确起到很大作用。DesignProposalofAnt-iharmonicReactiveCompensationunitfortheRollingMillLIJiming,YUYong(LuoyangEngineering&ResearchInstituteforNonferrousMetalsProcessing,Luoyang,Henan,471039,ChinaAbstract:Thisarticleanalyzesproductionsituationfortherollingmillmotorsdesigningtheproposaloftheantiharmonicreactivecompensationuni.tKeywords:powerfactor;harmonic;rectifier开关电源功率变压器的设计方法摘要:从开关电源功率变压器的特性和要求引出设计步骤及计算公式。其设计方法参考原电子工业部“指导性技术文件SJ/Z2921”。1开关电源功率变压器的特性功率变压器是开关电源中非常重要的部件,它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片,而是在高频情况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料,其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗,使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。图1(a为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波,图1(b为输出端得到的输出波形,可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以下几个方面:(a输入波形(b输出波形(1上升沿和下降沿变得倾斜,即存在上升时间和下降时间;(2上升过程的末了时刻,有上冲,甚至出现振荡现象;(3下降过程的末了时刻,有下冲,也可能出现振荡波形;(4平顶部分是逐渐降落的。这些失真反映了实际脉冲变压器和理想变压器的差别,考虑到各种因素对波形的影响,可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。图中:Rsi——信号源Ui的内阻Rp——一次绕组的电阻Rm——磁心损耗(对铁氧体磁心,可以忽略T——理想变压器Rso——二次绕组的电阻RL——负载电阻C1、C2——一次和二次绕组的等效分布电容Lin、Lis——一次和二次绕组的漏感Lm1——一次绕组电感,也叫励磁电感n——理想变压器的匝数比,n=N1/N2图2脉冲变压器的等效电路将图2所示电路的二次回路折合到一次,做近似处理,合并某些参数,可得图3所示电路,漏感Li包括Lin和Lis,总分布电容C包括C1和C2;总电阻RS包括Rsi、RP和Rso;Lm1是励磁电感,和前述的Lm1相同;RL′是RL等效到一次侧的阻值,RL′=RL/n2,折合后的输出电压U′o=Uo/n。经过这样处理后,等效电路中只有5个元件,但在脉冲作用的各段时间内,每个元件并不都是同时起主要作用,我们知道任何一个脉冲波形可以分解成基波与许多谐波的叠加。脉冲的上升沿和下降沿包含着各种高频分量,而脉冲的平顶部分包含着各种低频分量。因此在上升、下降和平顶过程中,各元件(L、C等表现出来的阻抗也不一样,因此我们把这一过程分成几个阶段来分析,分别找出各阶段起主要作用的元件,而忽略次要的因素。例如,当输入信号为矩形脉冲时,可以分3个阶段来分析,即上升阶段、平顶阶段和下降阶段。(1上升阶段对于通常的正脉冲而言,上升阶段即脉冲前沿,信号中包含丰富的高频成分,当高频分量通过脉冲变压器时,在图3所示的等效电路中,C的容抗1/ωCτLm1稰кωLm1很大,相比起来,可将Lm1的作用忽略,而在串联的支路中,Li的作用即较为显著。于是可以把图3所示的等效电路简化成图4所示的等效电路。图3图2的等效电路图4图3的简化电路在这个电路中,频率越高,ωLi禫τ1/ωC越小,因而高频信号大多降在Li上,输出的高频分量就减少了,可见输入信号Usm前沿中所包含的高频分量就不能完全传输到输出端,频率越高的成分到达输出端越小,结果在输出端得到的波形前沿就和输入波形不同,即产生了失真。要想减小这种波形失真,就要尽量减小分布电容C(应减小变压器一次绕组的匝数。但又要得到一定的绕组电感量,所以需要用高磁导率的磁心。在绕制上也可以采取一些措施来减小分布电容,例如用分段绕法;为了减小漏感L1,可采用一、二次绕组交叠绕法等。(2平顶阶段脉冲的平顶包含着各种低频分量。在低频情况下,并联在输出端的3个元件中,电容C的容抗1/ωC很大,因此电容C可以忽略。同时在串联支路中,Li的感抗ωLi很小,也可以略去。所以又可以把图3电路简化为图5所示的低频等效电路。信号源也可以等效成电动势为Usm的直流电源。这里可用下述公式表达U′o=(UsmRL′e-T/τ/(Rs∠RL‖τ=Lm1(Rs+RL′RsRL′可见U′o为一下降的指数波形,其下降速度决定于时间常数τ,τ越大,下降越慢,即波形失真越小。为此,应尽量加大Lm1,而减小Rs和RL′,但这是有限的。如果Lm1太大,必然使绕组的匝数很多,这将导致绕组分布电容加大,致使脉冲上升沿变坏。图5图3的低频等效电路图6脉冲下降阶段的等效电路(3下降阶段下降阶段的信号源相当于直流电源Usm串联的开关S由闭合到断开的阶段,它与上升阶段虽然是相对的过程,但有两个不同;一是电感Lm1中有励磁电流,并开始释放,因此Lm1不能略去;二是开关S断开后,Rs便不起作用,由此得出下降阶段的等效电路,见图6。一般来说,在脉冲变压器平顶阶段以后,Lm1中存储了比较大的磁能,因此在开关断开后,会出现剧烈的振荡,并产生很大的下冲。为了消除下冲往往采用阻尼措施。2功率变压器的参数及公式2.1变压器的基本参数在磁路中,磁通集中的程度,称为磁通密度或磁感应强度,用B表示,单位是特斯拉(T,通常仍用高斯(GS单位,1T=104GS。另一方面,产生磁通的磁力称为磁场强度,用符号H表示,单位是A/mH=0.4πNI/li式中:N——绕组匝数I——电流强度li——磁路长度磁性材料的磁滞回线表示磁性材料被完全磁化和完全去磁化这一过程的磁特性变化。图7为一典型的磁化曲线。由坐标0点到a点这段曲线称起始磁化曲线。曲线中的一些关键点是十分重要的,BS:饱和磁通密度,Br:剩磁,HC:矫顽磁力。当Br越接近于BS值时,磁滞曲线的形状越接近于矩形,见图8(a,同时矫顽磁力HC越大时,磁滞曲线越宽,这表明这种磁性材料的磁化特性越硬,表明这种材料为硬磁性材料。当Br和BS相差越大,矫顽磁力HC越小时,即磁滞曲线越瘦,表明这种材料为软磁性材料,脉冲变压器的磁心材料应选用软磁性材料,见图8(b。图7不带气隙的磁滞回线图8硬/软磁性材料和磁滞回线(a硬磁材料(b软磁材料如果在磁心中开一个气隙,将建立起一个有气隙的磁路,它会改变磁路的有效长度。因为空气隙的磁导率为1,所以有效磁路长度le为le=li+μilg式中:li——磁性材料中的磁路长度lg——空气隙的磁路长度μi——磁性材料的磁导率对一个给定安匝数,有空气隙磁心的磁通密度要比没有空气隙的磁通密度小。2.2设计变压器的基本公式为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作,可用下式计算最大磁通密度(单位:TBm=(Up×104/KfNpSc式中:Up——变压器一次绕组上所加电压(Vf——脉冲变压器工作频率(HzNp——变压器一次绕组匝数(匝Sc——磁心有效截面积(cm2K——系数,对正弦波为4.44,对矩形波为4.0一般情况下,开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些。变压器输出功率可由下式计算(单位:WPo=1.16BmfjScSo×10-5式中:j——导线电流密度(A/mm2Sc——磁心的有效截面积(cm2So——磁心的窗口面积(cm23对功率变压器的要求(1漏感要小图9是双极性电路(半桥、全桥及推挽等典型的电压、电流波形,变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。图9双极性功率变换器波形功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关,仅就变压器而言,减小漏感是十分重要的。(2避免瞬态饱和一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B-H曲线接近拐点处,因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快,持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大,在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压,脉冲变压器的饱和,即使是很短的几个周期,也会导致功率开关管的损坏,这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。(3要考虑温度影响开关电源的工作频率较高,要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小,随着工作温度的升高,饱和磁通密度的降低应尽量小。在设计和选用磁心材料时,除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外,还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小,一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响,按开关电源工作环境温度为40℃考虑,磁心温度可达60~80℃,一般选择Bm=0.2~0.4T,即2000~4000GS。(4合理进行结构设计从结构上看,有下列几个因素应当给予考虑:漏磁要小,减小绕组的漏感;便于绕制,引出线及变压器安装要方便,以利于生产和维护;便于散热。4磁心材料的选择软磁铁氧体,由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点,而被广泛应用于开关电源中。软磁铁氧体,常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列,锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3,MnCO3,ZnO,它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等,用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3,NiO,ZnO等,主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心,而且视其用途不同,材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心,其材料牌号多为R4K~R10K,即相对磁导率为4000~10000左右的铁氧体磁心,而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料,其Bs为0.5T(即5000GS左右。开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求:(1具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br磁通密度Bs的高低,对于变压器和绕制结果有一定影响。从理论上讲,Bs高,变压器的绕组匝数可以减小,铜损也随之减小。（2）在高频下具有较低的功率损耗铁氧体的功率损耗，不仅影响电源输出效率，同时会导致磁心发热，波形畸变等不良后果。变压器的发热问题，在实际应用中极为普遍，它主要是由变压器的铜损和磁心损耗引起的。如果在设计变压器时，Bm选择过低，绕组匝数过多，就会导致绕组发热，并同时向磁心传输热量，使磁心发热。反之，若磁心发热为主体，也会导致绕组发热。选择铁氧体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为，假如磁心损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁心损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。因此国内外在研制功率铁氧体时，必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题，这也是电源用磁性材料的一个显著特点，日本TDK公司的PC40及国产的R2KB等材料均能满足这一要求。（3）适中的磁导率相对磁导率究竟选取多少合适呢？这要根据实际线路的开关频率来决定，一般相对磁导率为2000的材料，其适用频率在300kHz以下，有时也可以高些，但最高不能高于500kHz。对于高于这一频段的材料，应选择磁导率偏低一点的磁性材料，一般为1300左右。（4）较高的居里温度居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度，一般材料的居里温度在200℃以上，但是变压器的实际工作温度不应高于80℃，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70％。因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。对于R2KB2材料，其允许功耗对应的温度已经达到110℃，居里温度高达240℃，满足高温使用要求。5开关电源功率变压器的设计方法5.1双极性开关电源变压器的计算设计前应确定下列基本条件：电路形式,开关工作频率,变压器输入电压幅值,开关功率管最大导通时间,变压器输出电压电流,输出侧整流电路形式，对漏感及分布电容的要求，工作环境条件等。（1）确定磁心尺寸1）求变压器计算功率PtPt的大小取决于变压器输出功率及输出侧整流电路形式：全桥电路，桥式整流：Pt=(1＋1/nPo半桥电路，双半波整流：Pt=(1/n＋Po推挽电路，双半波整流：Pt=(/n＋Po式中：Po=UoIo，直流输出功率。Pt可在（2～2.8）Po范围内变化，Po及Pt均以瓦（P）为单位。n=N1/N2,变压匝数比。2）确定磁通密度BmBm与磁心的材料、结构形式及工作频率等因素有关，又要考虑温升及磁心不饱和等要求。对于铁氧体磁心多采用0.3T（特斯拉）左右。3）计算磁心面积乘积SpSp等于磁心截面积Sc（cm2）及窗口截面积So（cm2）的乘积，即Sp=ScSo=[(Pt×104/4BmfKwKj]1.16(cm4式中：Kw——窗口占空系数，与导线粗细、绕制工艺及漏感和分布电容的要求等有关。一般低压电源变压器取Kw=0.2～0.4。Kj——电流密度系数，与铁心形式、温升要求等有关。对于常用的E型磁心，当温升要求为25℃时，Kj=366；要求50℃时，Kj=534。环型磁心，当温升要求为25℃时，Kj=250;要求50℃时，Kj=365。由Sp值选择适用于或接近于Sp的磁性材料、结构形式和磁心规格。（2）计算绕组匝数1）1）一次绕组匝数：N1=(Up1ton×10－2/2BmSc(匝式中：Up1——一次绕组输入电压幅值（V）ton——一次绕组输入电压脉冲宽度（µs）2）2）二次绕组匝数：N2=(Up2N1）/Up1（匝）Ni=(UpiN1/Up1(匝式中：Up2…Upi——二次绕组输出电压幅值（V）（3）选择绕组导线导线截面积Smi=Ii/j(mm2式中：Ii——各绕组电流有效值（A）j——电流密度j=KjSp－0.14×10－2(A/mm2（4）损耗计算1）绕组铜损Pmi=Ii2Rai(P式中：Rai——各绕组交流电阻（Ω），Ra=KrRd，Rd——导线直流电阻，Kr——趋表系数,Kr=(D/22/(D－△·△,D——圆导线直径（mm），△——穿透深度（mm），圆铜导线△=66.1/f0.5（f：电流频率，Hz）变压器为多绕组时，总铜损为Pm=PIi2Rai(P2）磁心损耗Pc=PcoGc式中：Pco——在工作频率及工作磁通密度情况下单位质量的磁心损耗（P/kg）Gc——磁心质量（kg）3）变压器总损耗Pz=Pm＋Pc（P）（5）温升计算变压器由于损耗转变成热量，使变压器温度上升，其温升数值与变压器表面积ST有关ST=式中：Sp——磁心面积乘积（cm4）KS——表面积系数，E型磁心KS=41.3，环型磁心KS=50.95.2单极性开关电源变压器的计算设计前应确定下列基本条件：电路形式，工作频率，变换器输入最高和最低电压，输出电压电流，开关管最大导通时间，对漏感及分布电容的要求，工作环境条件等。（1）单端反激式计算1）变压器输入输出电压一次绕组输入电压幅值UP1=Ui－△U1式中：Ui——变换器输入直流电压（V）△U1——开关管及线路压降（V