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互联网+(在线)电工电路
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一、简述

互联网+在线电工电路实验平台,台式结构,挂箱式实验单元,支持“电工技术”、“数字电路”、“模拟电路”、“电路分析”等课程实验;实验平台布局合理,安全保护设施完备,综合性强,实验模式新颖,切合新工科理念;

实验平台基于互联网、智能仪器及在线测控技术,支持线上线下混合实验模式,线下实验时学生在实验平台本地用第三方仪器仪表进行实验;线上实验时学生能在客户端浏览器上控制远端实验设备完成整个实验操作,即在线实验。混合实验模式设备的采用可以改革传统实验教学方式,探索智能化实验室解决方案,将传统实验方式(规定时间、规定地点、规定实验项目)转变为全开放的实验方式(任何时间、任何地点、自选项目),以达到突破传统实验方法与教学管理模式的目的。

配套在线实验网管软件,接受学生预约实验申请,根据学生权限动态分配硬件资源,建立设备和用户链接,传输各种配置操作命令,实时反馈实验数据供客户端显示分析,验证实验结果。

配套在线实验操作软件,学生能在客户端浏览器上实时搭建和控制硬件电路,配置实验电路激励参数,选择测试点,虚拟仪器实时测量实验数据;操作平台标配多种以实际仪器面板设计的虚拟仪器,学生既能测量电信号,又能训练仪器操作;标配:双通道示波器、函数信号源、三路稳压电源、三用表、交流电压表、交流电流表、毫伏表、功率表、功率因素表等;

                                              电工电路实验台(参考图一)                     

                        电工电路实验平台(线上实验操作界面)

                                          智能交流电表                                                           电路分析线上线下混合实验挂箱       

      


                         模拟电路线上线下混合实验挂箱                                                  数字电路线上线下混合实验挂箱


二、实验平台技术指标

1、实验平台主要由仪器模块箱、铝型材实验桌、实验挂箱、多孔自由组合板、仪器仪表等组成;

2、实验桌桌面为防火、防水、耐磨高密度板,实验桌既可移动也可固定,便于移动和固定,有利于实验室的布局,以铝合金材为主体结构,底部采用4个万向轮,具有定位移动等功能;

3、输入电源:三相四线(或三相五线)380V±5% 50Hz,上限电流不超过16A。工作环境:温度-10℃~+40℃ 相对湿度<85%(25℃) 海拔<4000m。总功率不小于500W。满足国标的漏电保护要求,具有过载、过流、漏电保护措施。标配智能型线电流测控模块,实时监测并显示三条相线电流和零线电流,可供学生研究线电流相电流关系;可根据实验内容随时设置线电流门槛值,确保过流保护响应速度;

4、实验平台具备教育部创导的线上线下实验功能,即学生既能在设备现场用传统的方法做实验,又能通过互联网在客户端浏览器上做实验。线上实验有真实电路对应,学生能在浏览器上控制实体平台:完成强弱电实验电路搭建(电子连线)和器件参数调整、强弱电信号实时(取样)采集、电压源电流源输出控制、虚拟(智能)仪器信号测量等实验操作。实验平台所有智能仪表能通过总线汇集至远程控制单元供客户端测量分析。

5、远程控制单元:主要有主控模块和挂箱控制模块组成,采用分布式信号处理技术,通过总线将主控模块和挂箱、智能仪表互联互通,完成实验电路控制和各种信号状态采集反馈;主控模块内置M4处理器、FPGA信号处理与逻辑控制器、多通道采集器、网口、总线驱动器,完成和客户端的命令和数据交互。挂箱和智能仪表控制模块内置M4处理器、强弱电模拟开关矩阵、强电状态取样(传感)电路、总线驱动器等电路,完成实验电路搭建、测量数据和状态信号回送(主控模块)

6、提供电工电路实验平台实验的操作仿真软件,仿真软件基于BS架构,3D模型呈现;基于该仿真软件学生能预习电工实验操作流程和步骤、观测实验结果和现象、解剖交流接触器等器件结构,达到提升实验效率、规范强电实验操作流程、了解电工器件构造、进一步掌握电工技术原理的目的;

7、模块配置

序号

模块(挂箱)名称 

指标

1

供电模块(挂箱)

4P空开1个、4P漏保1个、16mm供电指示1个、16mm按钮开关3个(常开、常闭各一组),通过钥匙开关启动;

智能型线电流线电压测控模块

实时监测并显示三条相线电流和零线电流(4位数码管显示);线电流门槛值可设,过流断电保护;后台可读各相线电流;实时测量并显示三相交流电线电压和实验台实时功耦;

2

继电接触控制模块(挂箱)

380V交流接触器(3主触点4个辅助触点,2常开2常闭)2个;所有线包和触点接线端均通过电工专用4mm香蕉插头座在面板引出;

继电接触器在线控制模块

网络控制,浏览器在线搭建交流接触器点触发、自锁、互锁、(电机)正反转控制电路;

3

三相异步电机(挂箱)

40W三相异步电机,三绕组接线端均通过电工专用4mm香蕉插头座在面板引出;LED数显电机转向转速;

三相异步电机在线控制模块

网络控制,浏览器在线搭建电机点动、正转、反转

4

交流电智能仪表(挂箱)

专用电量测试芯片,能同时测试交流电电流、交流电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素;5寸TFT液晶显示,电压电流波形和电压电流矢量图实时显示,形象反映电压电流相位关系,自动识别负载性质(感性或容性); 网络接口、支持浏览器远程在线测控;电流表量程:0-10A,精度:0.5级,电压表量程:0-500V,功率因数测量范围0.3~1.0。

5

三相交流电模块(挂箱)

1、基于3组4个白炽灯研究三相交流电Y型和Δ型接线时线电压相电压、线电流相电流间相互关系;

2、基于一个电感(1.2H)、一组电容(0.5U、1U、2U、4U、8U)、一个250欧功率电阻负载和二个在线电流表(一个测回路电流、一个测电感支路电流),研究功率因素与视在功率和有功功率间关系;RLC串联交流电路实训、RLC并联交流电路实训以及电感、电容元件在直流电路和交流电路中的特性实训。

三相交流电在线控制模块

网络控制,通过5X10交流矩阵开关,浏览器在线搭建三相负载Y型或Δ型实验电路、功率因素调整电路;在线测试线电压相电压、线电流相电流,虚拟仪器实时显示电压电流值、电压电流时域波形、电压电流相量图;

6

电路分析实验挂箱

1、标配常见多种标称与不同材料与功率或耐压的无源器件:电阻、电位器、电感、电容、二极管、稳压管、发光二极管、灯泡、多种开关、多种接插件、电阻箱、电容箱、电感箱等器件,学生可以认知器件,也可以搭建直流电路或动态电路;

2、标配数控电阻箱、电容箱、电感箱各一个,本地编码开关设置,远程通信部线在线设置;十进制数控可调电阻,阻值为0~99999.9Ω/2W,数控电容箱102P-165P可调;数控电感箱5-75mh可调;

3、支持叠加原理、基尔霍夫定律(判断性实训)、戴维南定理、诺顿定理、直流电阻电路故障的检查、互易定理、欧姆定律等实训;提供电阻、电感、电容,完成R、L、C串联谐振、一阶、二阶动态电路的研究、电压源与电流源的等效变换、负载获得最大功率的条件、电阻的串、并联等实训。

4、仿真软件:基于BS架构,学生能在浏览器上拖放元件和测试仪器,完成实验电路搭建、激励信号设置、元件参数调整、响应信号测试等实验操作;配套真实仪器表板的虚拟稳压源、万用表、多通道示波器、任意信号发生器等;

7

直流电源挂箱

配置±5V/0.5A,±15V/0.5A,24V/3A,提供隔离电源0-18伏连续可调,具有1键进入恒压恒流模式,调节精度0.01V/1mA,具有3档速度调节,编码器设置功能,默认输出6V,具有电压电流显示功能,具有通信接口及全网络数据监测功能,提供LABVIEW及手机APP软件等云端工具,具有短路保护且自动恢复;

8

智能直流电表挂箱

1、直流数字电压表:电压:0-500V,至少5档量程(0-500mV-5V-50V-500V-锁定)精度:精度不低于0.2级。

2、直流数字电流表1只:电流:0-2A,至少5档量程(2mA-20mA-200mA-2A-锁定)精度:精度不低于0.2级;标定不同量程内阻,过设定值报警并切断电源;

9

模数电实验挂箱

1、标配晶体管放大器、差分放大器、运算放大器应用、振荡器、波形变换、功率放大、整流稳压六个模拟电路单元模块;

2、提供低压交流电源(0V、6V、10V、14V抽头各一路及中心抽头17V两路)、三极管、二极管、稳压块、电阻、单结晶体管、蜂鸣器、电容等。

3、提供四位十进制译码显示器、8位逻辑电平开关、8位电平指示器、三态逻辑笔、脉冲信号源(正、负输出单次脉冲和频率为0.5Hz~300kHz连续可调的计数脉冲源各一路),设有一些高可靠圆脚集成电路插座(8P、14P、16P、28P、40P若干只)。

4、支持完成模拟电路实验:单级放大电路、两级放大电路、负反馈放大电路、射极跟随器实验;双端差模放大、单端差模放大、双端共模抑止实验;比例求和、微积分电路、电压比较、有源低通高通带阻滤波器实验;方波、占空比可调矩形波、三角波、锯齿波产生实验;集成电路RC正弦波振荡器、RC正弦波振荡器、LC振荡器及选频放大器实验;方波三角波变换电路实验;报警保护电路的设计及其应用实训、互感器的应用实训、整流滤波电路的设计及应用实训、过流保护的设计及其应用实训。

5、仿真软件:基于BS架构,学生能在浏览器上完成所用实验电路的仿真:工作点调整、电路参数配置、信号源选择、反馈量控制、响应信号测试等;配套提供和商用仪器面板一致的4通道虚拟示波器、虚拟任意波形发生器等仪表;

10

机位控制器模块

接受在线实验网管平台指令,定时开闭平台交流电源(380V),方便实验室无值守管理;

11

在线实验网管平台

预约实验时间实验内容、开启(或关闭)系统分配的实验平台电源、统计实验平台(设备)完好率和利用率,教师用户(管理员)能设置各种权限、发布实验公告、上传实验课件、批改实验报告、辅导解答学生问题、查看教室学生在位情况,学生用户能进行实验预习、调阅实验课件、在线控制远端实体实验平台完成实验操作、截取或拷贝实验数据波形或状态图、设计上传实验报告。

12

在线实验操作平台

电子连线搭建实验电路、人机交互参数配置、真实面板的虚拟仪器测量操作(虚拟示波器、信号源、三用表、电压表、电流表、功率表、功率因素表等)、强电电路各种状态(转速、转向、电压、电流、功率)显示、误操作告警指示等。

13

实验室电源安全保护系统说明

1、系统通信功能:提供WIFI、485、232、网口等多种通信模式;

2、具备设备安全保护功能:提供漏电、欠压、过压、过流等保护功能;保护时设备断电,并发出报警提示;要求报警阈值可根据学校要求修改;

3、具备设备电源控制功能:具有电源管理界面用于控制设备电源;可以通过触摸屏及手机APP控制实验台电源的启动停止等;

4、具备设备仪表通讯功能:仪表管理界面采集各智能仪表实时数据,并存储;仪表带有485通讯接口;

5、具备设备电源监控功能:能监测三相电压、电流、功率,功率因数、频率、电能等参数,带工业彩色液晶触摸屏进行数字显示,系统完全符合工业标准模块化设计;

6、具有云监控系统,具有可关闭接入网关的设备电源;可控制接入网关的所有设备电源;可按用户的设定时间工作;

14

模块故障检测平台(整批配置1套)

留有电源接口、虚拟示波器、虚拟信号源接口,I/O接口、网口、USB接口、485通讯接口等常用接口,每个箱子能同时放下4种模块。具有24V/3A电源输出,配置不少于±5V/0.5A,±12V/0.5A。提供1路隔离电源0-18伏连续可调,具有1键进入恒压恒流模式,调节精度0.01V,具有3档速度调节,编码器设置功能,默认输出6V(或者10 mA)。提供1路隔离电源0-18伏连续可调,具有1键进入恒压恒流模式,调节精度0.01V,具有3档速度调节,编码器设置功能,默认输出12V(或者10mA),具有电压电流显示功能。具有短路保护且自动恢复。提供8路电平检测模块,8路电平输出模块带灯指示。

15

配套教学资源及软件


1、免费提供现代电工实验台3D虚拟仿真软件1套:虚拟仿真软件中模型要和实物设备按照1:1比例制作,学生可在仿真环境里自由接线,进行电工电路仿真实验等,软件能记录学生连线错误次数和实验时间,具备自动打分功能;

2、教学资源包

需提供一路AC220V/2A电源、两路DC24V/3A电源、控制板、驱动板;可直接生成dsp执行代码;驱动平台需支持仿真开发平台、提供上位机测控系统、提供主流配置控制系统终端。配备Code Composer Studio 7.2.0、Matlab 2018b、C2000工具包;

三、在线实验操作界面

1、 电路分析仿真软件

                                  串联谐振仿真实验 电路搭建

                                 串联谐振仿真实验激励信号与谐振时电容端信号测量


2、三相交流电在线实验操作界面-功率因素调整实验(3D界面)

                                              3D效果连线(电路搭建)

3、模拟电路仿真软件


五、实验内容

(一)电工基本技能实训

1、常用电工仪表的测量与误差分析

2、减少仪表测量误差方法

3、电路元件伏安特性测量

4、节点电位与电路电压的研究

5、基尔霍夫定律的验证

6、线性电路特性的研究

7、线性有源二端网络等效电路的研究

8、运算放大器与受控源特性研究

9、典型信号的观察与测量

10、正弦稳态电路的研究

11、二阶电路的响应研究

12、互感耦合电路的研究

13、串、并联谐振电路

14、负阻变换器的特性测试

15、无源二端口网络的研究

16、无源和有源滤波器

17、三相交流电路

18、功率因数调整

(二)继电接触控制实验:

1、三相异步电动机点动和自锁控制线路

2、三相异步电动机的正反转控制线路

3、三相异步电动机Y-Δ降压起动控制线路


六、实验室设备配置

序号

设备名称

数量

备注

1

互联网+电工电路实验平台

每组一台

含机位控制器

2

100M双踪数字示波器

每组一台


3

稳压源

每组一台


4

信号源

每组一台


5

三用表

每组一台


6

在线实验网管平台

实验室一套


7

在线实验操作平台

实验室一套


8

网络设备

实验室一套

网络交换机、服务器、机柜等




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