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    互聯網+(在線)電工電路
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    一、簡述

    互聯網+在線電工電路實驗平臺,臺式結構,掛箱式實驗單元,支持“電工技術”、“數字電路”、“模擬電路”、“電路分析”等課程實驗;實驗平臺布局合理,安全保護設施完備,綜合性強,實驗模式新穎,切合新工科理念;

    實驗平臺基于互聯網、智能儀器及在線測控技術,支持線上線下混合實驗模式,線下實驗時學生在實驗平臺本地用第三方儀器儀表進行實驗;線上實驗時學生能在客戶端瀏覽器上控制遠端實驗設備完成整個實驗操作,即在線實驗?;旌蠈嶒災J皆O備的采用可以改革傳統實驗教學方式,探索智能化實驗室解決方案,將傳統實驗方式(規定時間、規定地點、規定實驗項目)轉變為全開放的實驗方式(任何時間、任何地點、自選項目),以達到突破傳統實驗方法與教學管理模式的目的。

    配套在線實驗網管軟件,接受學生預約實驗申請,根據學生權限動態分配硬件資源,建立設備和用戶鏈接,傳輸各種配置操作命令,實時反饋實驗數據供客戶端顯示分析,驗證實驗結果。

    配套在線實驗操作軟件,學生能在客戶端瀏覽器上實時搭建和控制硬件電路,配置實驗電路激勵參數,選擇測試點,虛擬儀器實時測量實驗數據;操作平臺標配多種以實際儀器面板設計的虛擬儀器,學生既能測量電信號,又能訓練儀器操作;標配:雙通道示波器、函數信號源、三路穩壓電源、三用表、交流電壓表、交流電流表、毫伏表、功率表、功率因素表等;

                                                  電工電路實驗臺(參考圖一)                     

                            電工電路實驗平臺(線上實驗操作界面)

                                              智能交流電表                                                           電路分析線上線下混合實驗掛箱       

          


                             模擬電路線上線下混合實驗掛箱                                                  數字電路線上線下混合實驗掛箱


    二、實驗平臺技術指標

    1、實驗平臺主要由儀器模塊箱、鋁型材實驗桌、實驗掛箱、多孔自由組合板、儀器儀表等組成;

    2、實驗桌桌面為防火、防水、耐磨高密度板,實驗桌既可移動也可固定,便于移動和固定,有利于實驗室的布局,以鋁合金材為主體結構,底部采用4個萬向輪,具有定位移動等功能;

    3、輸入電源:三相四線(或三相五線)380V±5% 50Hz,上限電流不超過16A。工作環境:溫度-10℃~+40℃ 相對濕度<85%(25℃) 海拔<4000m??偣β什恍∮?00W。滿足國標的漏電保護要求,具有過載、過流、漏電保護措施。標配智能型線電流測控模塊,實時監測并顯示三條相線電流和零線電流,可供學生研究線電流相電流關系;可根據實驗內容隨時設置線電流門檻值,確保過流保護響應速度;

    4、實驗平臺具備教育部創導的線上線下實驗功能,即學生既能在設備現場用傳統的方法做實驗,又能通過互聯網在客戶端瀏覽器上做實驗。線上實驗有真實電路對應,學生能在瀏覽器上控制實體平臺:完成強弱電實驗電路搭建(電子連線)和器件參數調整、強弱電信號實時(取樣)采集、電壓源電流源輸出控制、虛擬(智能)儀器信號測量等實驗操作。實驗平臺所有智能儀表能通過總線匯集至遠程控制單元供客戶端測量分析。

    5、遠程控制單元:主要有主控模塊和掛箱控制模塊組成,采用分布式信號處理技術,通過總線將主控模塊和掛箱、智能儀表互聯互通,完成實驗電路控制和各種信號狀態采集反饋;主控模塊內置M4處理器、FPGA信號處理與邏輯控制器、多通道采集器、網口、總線驅動器,完成和客戶端的命令和數據交互。掛箱和智能儀表控制模塊內置M4處理器、強弱電模擬開關矩陣、強電狀態取樣(傳感)電路、總線驅動器等電路,完成實驗電路搭建、測量數據和狀態信號回送(主控模塊)

    6、提供電工電路實驗平臺實驗的操作仿真軟件,仿真軟件基于BS架構,3D模型呈現;基于該仿真軟件學生能預習電工實驗操作流程和步驟、觀測實驗結果和現象、解剖交流接觸器等器件結構,達到提升實驗效率、規范強電實驗操作流程、了解電工器件構造、進一步掌握電工技術原理的目的;

    7、模塊配置

    序號

    模塊(掛箱)名稱 

    指標

    1

    供電模塊(掛箱)

    4P空開1個、4P漏保1個、16mm供電指示1個、16mm按鈕開關3個(常開、常閉各一組),通過鑰匙開關啟動;

    智能型線電流線電壓測控模塊

    實時監測并顯示三條相線電流和零線電流(4位數碼管顯示);線電流門檻值可設,過流斷電保護;后臺可讀各相線電流;實時測量并顯示三相交流電線電壓和實驗臺實時功耦;

    2

    繼電接觸控制模塊(掛箱)

    380V交流接觸器(3主觸點4個輔助觸點,2常開2常閉)2個;所有線包和觸點接線端均通過電工專用4mm香蕉插頭座在面板引出;

    繼電接觸器在線控制模塊

    網絡控制,瀏覽器在線搭建交流接觸器點觸發、自鎖、互鎖、(電機)正反轉控制電路;

    3

    三相異步電機(掛箱)

    40W三相異步電機,三繞組接線端均通過電工專用4mm香蕉插頭座在面板引出;LED數顯電機轉向轉速;

    三相異步電機在線控制模塊

    網絡控制,瀏覽器在線搭建電機點動、正轉、反轉

    4

    交流電智能儀表(掛箱)

    專用電量測試芯片,能同時測試交流電電流、交流電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因素;5寸TFT液晶顯示,電壓電流波形和電壓電流矢量圖實時顯示,形象反映電壓電流相位關系,自動識別負載性質(感性或容性); 網絡接口、支持瀏覽器遠程在線測控;電流表量程:0-10A,精度:0.5級,電壓表量程:0-500V,功率因數測量范圍0.3~1.0。

    5

    三相交流電模塊(掛箱)

    1、基于3組4個白熾燈研究三相交流電Y型和Δ型接線時線電壓相電壓、線電流相電流間相互關系;

    2、基于一個電感(1.2H)、一組電容(0.5U、1U、2U、4U、8U)、一個250歐功率電阻負載和二個在線電流表(一個測回路電流、一個測電感支路電流),研究功率因素與視在功率和有功功率間關系;RLC串聯交流電路實訓、RLC并聯交流電路實訓以及電感、電容元件在直流電路和交流電路中的特性實訓。

    三相交流電在線控制模塊

    網絡控制,通過5X10交流矩陣開關,瀏覽器在線搭建三相負載Y型或Δ型實驗電路、功率因素調整電路;在線測試線電壓相電壓、線電流相電流,虛擬儀器實時顯示電壓電流值、電壓電流時域波形、電壓電流相量圖;

    6

    電路分析實驗掛箱

    1、標配常見多種標稱與不同材料與功率或耐壓的無源器件:電阻、電位器、電感、電容、二極管、穩壓管、發光二極管、燈泡、多種開關、多種接插件、電阻箱、電容箱、電感箱等器件,學生可以認知器件,也可以搭建直流電路或動態電路;

    2、標配數控電阻箱、電容箱、電感箱各一個,本地編碼開關設置,遠程通信部線在線設置;十進制數控可調電阻,阻值為0~99999.9Ω/2W,數控電容箱102P-165P可調;數控電感箱5-75mh可調;

    3、支持疊加原理、基爾霍夫定律(判斷性實訓)、戴維南定理、諾頓定理、直流電阻電路故障的檢查、互易定理、歐姆定律等實訓;提供電阻、電感、電容,完成R、L、C串聯諧振、一階、二階動態電路的研究、電壓源與電流源的等效變換、負載獲得最大功率的條件、電阻的串、并聯等實訓。

    4、仿真軟件:基于BS架構,學生能在瀏覽器上拖放元件和測試儀器,完成實驗電路搭建、激勵信號設置、元件參數調整、響應信號測試等實驗操作;配套真實儀器表板的虛擬穩壓源、萬用表、多通道示波器、任意信號發生器等;

    7

    直流電源掛箱

    配置±5V/0.5A,±15V/0.5A,24V/3A,提供隔離電源0-18伏連續可調,具有1鍵進入恒壓恒流模式,調節精度0.01V/1mA,具有3檔速度調節,編碼器設置功能,默認輸出6V,具有電壓電流顯示功能,具有通信接口及全網絡數據監測功能,提供LABVIEW及手機APP軟件等云端工具,具有短路保護且自動恢復;

    8

    智能直流電表掛箱

    1、直流數字電壓表:電壓:0-500V,至少5檔量程(0-500mV-5V-50V-500V-鎖定)精度:精度不低于0.2級。

    2、直流數字電流表1只:電流:0-2A,至少5檔量程(2mA-20mA-200mA-2A-鎖定)精度:精度不低于0.2級;標定不同量程內阻,過設定值報警并切斷電源;

    9

    模數電實驗掛箱

    1、標配晶體管放大器、差分放大器、運算放大器應用、振蕩器、波形變換、功率放大、整流穩壓六個模擬電路單元模塊;

    2、提供低壓交流電源(0V、6V、10V、14V抽頭各一路及中心抽頭17V兩路)、三極管、二極管、穩壓塊、電阻、單結晶體管、蜂鳴器、電容等。

    3、提供四位十進制譯碼顯示器、8位邏輯電平開關、8位電平指示器、三態邏輯筆、脈沖信號源(正、負輸出單次脈沖和頻率為0.5Hz~300kHz連續可調的計數脈沖源各一路),設有一些高可靠圓腳集成電路插座(8P、14P、16P、28P、40P若干只)。

    4、支持完成模擬電路實驗:單級放大電路、兩級放大電路、負反饋放大電路、射極跟隨器實驗;雙端差模放大、單端差模放大、雙端共模抑止實驗;比例求和、微積分電路、電壓比較、有源低通高通帶阻濾波器實驗;方波、占空比可調矩形波、三角波、鋸齒波產生實驗;集成電路RC正弦波振蕩器、RC正弦波振蕩器、LC振蕩器及選頻放大器實驗;方波三角波變換電路實驗;報警保護電路的設計及其應用實訓、互感器的應用實訓、整流濾波電路的設計及應用實訓、過流保護的設計及其應用實訓。

    5、仿真軟件:基于BS架構,學生能在瀏覽器上完成所用實驗電路的仿真:工作點調整、電路參數配置、信號源選擇、反饋量控制、響應信號測試等;配套提供和商用儀器面板一致的4通道虛擬示波器、虛擬任意波形發生器等儀表;

    10

    機位控制器模塊

    接受在線實驗網管平臺指令,定時開閉平臺交流電源(380V),方便實驗室無值守管理;

    11

    在線實驗網管平臺

    預約實驗時間實驗內容、開啟(或關閉)系統分配的實驗平臺電源、統計實驗平臺(設備)完好率和利用率,教師用戶(管理員)能設置各種權限、發布實驗公告、上傳實驗課件、批改實驗報告、輔導解答學生問題、查看教室學生在位情況,學生用戶能進行實驗預習、調閱實驗課件、在線控制遠端實體實驗平臺完成實驗操作、截取或拷貝實驗數據波形或狀態圖、設計上傳實驗報告。

    12

    在線實驗操作平臺

    電子連線搭建實驗電路、人機交互參數配置、真實面板的虛擬儀器測量操作(虛擬示波器、信號源、三用表、電壓表、電流表、功率表、功率因素表等)、強電電路各種狀態(轉速、轉向、電壓、電流、功率)顯示、誤操作告警指示等。

    13

    實驗室電源安全保護系統說明

    1、系統通信功能:提供WIFI、485、232、網口等多種通信模式;

    2、具備設備安全保護功能:提供漏電、欠壓、過壓、過流等保護功能;保護時設備斷電,并發出報警提示;要求報警閾值可根據學校要求修改;

    3、具備設備電源控制功能:具有電源管理界面用于控制設備電源;可以通過觸摸屏及手機APP控制實驗臺電源的啟動停止等;

    4、具備設備儀表通訊功能:儀表管理界面采集各智能儀表實時數據,并存儲;儀表帶有485通訊接口;

    5、具備設備電源監控功能:能監測三相電壓、電流、功率,功率因數、頻率、電能等參數,帶工業彩色液晶觸摸屏進行數字顯示,系統完全符合工業標準模塊化設計;

    6、具有云監控系統,具有可關閉接入網關的設備電源;可控制接入網關的所有設備電源;可按用戶的設定時間工作;

    14

    模塊故障檢測平臺(整批配置1套)

    留有電源接口、虛擬示波器、虛擬信號源接口,I/O接口、網口、USB接口、485通訊接口等常用接口,每個箱子能同時放下4種模塊。具有24V/3A電源輸出,配置不少于±5V/0.5A,±12V/0.5A。提供1路隔離電源0-18伏連續可調,具有1鍵進入恒壓恒流模式,調節精度0.01V,具有3檔速度調節,編碼器設置功能,默認輸出6V(或者10 mA)。提供1路隔離電源0-18伏連續可調,具有1鍵進入恒壓恒流模式,調節精度0.01V,具有3檔速度調節,編碼器設置功能,默認輸出12V(或者10mA),具有電壓電流顯示功能。具有短路保護且自動恢復。提供8路電平檢測模塊,8路電平輸出模塊帶燈指示。

    15

    配套教學資源及軟件


    1、免費提供現代電工實驗臺3D虛擬仿真軟件1套:虛擬仿真軟件中模型要和實物設備按照1:1比例制作,學生可在仿真環境里自由接線,進行電工電路仿真實驗等,軟件能記錄學生連線錯誤次數和實驗時間,具備自動打分功能;

    2、教學資源包

    需提供一路AC220V/2A電源、兩路DC24V/3A電源、控制板、驅動板;可直接生成dsp執行代碼;驅動平臺需支持仿真開發平臺、提供上位機測控系統、提供主流配置控制系統終端。配備Code Composer Studio 7.2.0、Matlab 2018b、C2000工具包;

    三、在線實驗操作界面

    1、 電路分析仿真軟件

                                      串聯諧振仿真實驗 電路搭建

                                     串聯諧振仿真實驗激勵信號與諧振時電容端信號測量


    2、三相交流電在線實驗操作界面-功率因素調整實驗(3D界面)

                                                  3D效果連線(電路搭建)

    3、模擬電路仿真軟件


    五、實驗內容

    (一)電工基本技能實訓

    1、常用電工儀表的測量與誤差分析

    2、減少儀表測量誤差方法

    3、電路元件伏安特性測量

    4、節點電位與電路電壓的研究

    5、基爾霍夫定律的驗證

    6、線性電路特性的研究

    7、線性有源二端網絡等效電路的研究

    8、運算放大器與受控源特性研究

    9、典型信號的觀察與測量

    10、正弦穩態電路的研究

    11、二階電路的響應研究

    12、互感耦合電路的研究

    13、串、并聯諧振電路

    14、負阻變換器的特性測試

    15、無源二端口網絡的研究

    16、無源和有源濾波器

    17、三相交流電路

    18、功率因數調整

    (二)繼電接觸控制實驗:

    1、三相異步電動機點動和自鎖控制線路

    2、三相異步電動機的正反轉控制線路

    3、三相異步電動機Y-Δ降壓起動控制線路


    六、實驗室設備配置

    序號

    設備名稱

    數量

    備注

    1

    互聯網+電工電路實驗平臺

    每組一臺

    含機位控制器

    2

    100M雙蹤數字示波器

    每組一臺


    3

    穩壓源

    每組一臺


    4

    信號源

    每組一臺


    5

    三用表

    每組一臺


    6

    在線實驗網管平臺

    實驗室一套


    7

    在線實驗操作平臺

    實驗室一套


    8

    網絡設備

    實驗室一套

    網絡交換機、服務器、機柜等




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