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互聯(lián)網(wǎng)+(在線(xiàn))電工電路
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一、簡(jiǎn)述

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

實(shí)驗平臺基于互聯(lián)網(wǎng)、智能儀器及在線(xiàn)測控技術(shù),支持線(xiàn)上線(xiàn)下混合實(shí)驗模式,線(xiàn)下實(shí)驗時(shí)學(xué)生在實(shí)驗平臺本地用第三方儀器儀表進(jìn)行實(shí)驗;線(xiàn)上實(shí)驗時(shí)學(xué)生能在客戶(hù)端瀏覽器上控制遠端實(shí)驗設備完成整個(gè)實(shí)驗操作,即在線(xiàn)實(shí)驗?;旌蠈?shí)驗模式設備的采用可以改革傳統實(shí)驗教學(xué)方式,探索智能化實(shí)驗室解決方案,將傳統實(shí)驗方式(規定時(shí)間、規定地點(diǎn)、規定實(shí)驗項目)轉變?yōu)槿_(kāi)放的實(shí)驗方式(任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、自選項目),以達到突破傳統實(shí)驗方法與教學(xué)管理模式的目的。

配套在線(xiàn)實(shí)驗網(wǎng)管軟件,接受學(xué)生預約實(shí)驗申請,根據學(xué)生權限動(dòng)態(tài)分配硬件資源,建立設備和用戶(hù)鏈接,傳輸各種配置操作命令,實(shí)時(shí)反饋實(shí)驗數據供客戶(hù)端顯示分析,驗證實(shí)驗結果。

配套在線(xiàn)實(shí)驗操作軟件,學(xué)生能在客戶(hù)端瀏覽器上實(shí)時(shí)搭建和控制硬件電路,配置實(shí)驗電路激勵參數,選擇測試點(diǎn),虛擬儀器實(shí)時(shí)測量實(shí)驗數據;操作平臺標配多種以實(shí)際儀器面板設計的虛擬儀器,學(xué)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(shí)驗臺(參考圖一)                     

                        電工電路實(shí)驗平臺(線(xiàn)上實(shí)驗操作界面)

                                          智能交流電表                                                           電路分析線(xiàn)上線(xiàn)下混合實(shí)驗掛箱       

      


                         模擬電路線(xiàn)上線(xiàn)下混合實(shí)驗掛箱                                                  數字電路線(xiàn)上線(xiàn)下混合實(shí)驗掛箱


二、實(shí)驗平臺技術(shù)指標

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

2、實(shí)驗桌桌面為防火、防水、耐磨高密度板,實(shí)驗桌既可移動(dòng)也可固定,便于移動(dòng)和固定,有利于實(shí)驗室的布局,以鋁合金材為主體結構,底部采用4個(gè)萬(wàn)向輪,具有定位移動(dòng)等功能;

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

4、實(shí)驗平臺具備教育部創(chuàng )導的線(xiàn)上線(xiàn)下實(shí)驗功能,即學(xué)生既能在設備現場(chǎng)用傳統的方法做實(shí)驗,又能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在客戶(hù)端瀏覽器上做實(shí)驗。線(xiàn)上實(shí)驗有真實(shí)電路對應,學(xué)生能在瀏覽器上控制實(shí)體平臺:完成強弱電實(shí)驗電路搭建(電子連線(xiàn))和器件參數調整、強弱電信號實(shí)時(shí)(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(shí)驗操作。實(shí)驗平臺所有智能儀表能通過(guò)總線(xiàn)匯集至遠程控制單元供客戶(hù)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(shù),通過(guò)總線(xiàn)將主控模塊和掛箱、智能儀表互聯(lián)互通,完成實(shí)驗電路控制和各種信號狀態(tài)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(wǎng)口、總線(xiàn)驅動(dòng)器,完成和客戶(hù)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(kāi)關(guān)矩陣、強電狀態(tài)取樣(傳感)電路、總線(xiàn)驅動(dòng)器等電路,完成實(shí)驗電路搭建、測量數據和狀態(tài)信號回送(主控模塊)

6、提供電工電路實(shí)驗平臺實(shí)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(xué)生能預習電工實(shí)驗操作流程和步驟、觀(guān)測實(shí)驗結果和現象、解剖交流接觸器等器件結構,達到提升實(shí)驗效率、規范強電實(shí)驗操作流程、了解電工器件構造、進(jìn)一步掌握電工技術(shù)原理的目的;

7、模塊配置

序號

模塊(掛箱)名稱(chēng) 

指標

1

供電模塊(掛箱)

4P空開(kāi)1個(gè)、4P漏保1個(gè)、16mm供電指示1個(gè)、16mm按鈕開(kāi)關(guān)3個(gè)(常開(kāi)、常閉各一組),通過(guò)鑰匙開(kāi)關(guān)啟動(dòng);

智能型線(xiàn)電流線(xiàn)電壓測控模塊

實(shí)時(shí)監測并顯示三條相線(xiàn)電流和零線(xiàn)電流(4位數碼管顯示);線(xiàn)電流門(mén)檻值可設,過(guò)流斷電保護;后臺可讀各相線(xiàn)電流;實(shí)時(shí)測量并顯示三相交流電線(xiàn)電壓和實(shí)驗臺實(shí)時(shí)功耦;

2

繼電接觸控制模塊(掛箱)

380V交流接觸器(3主觸點(diǎn)4個(gè)輔助觸點(diǎn),2常開(kāi)2常閉)2個(gè);所有線(xiàn)包和觸點(diǎn)接線(xiàn)端均通過(guò)電工專(zhuān)用4mm香蕉插頭座在面板引出;

繼電接觸器在線(xiàn)控制模塊

網(wǎng)絡(luò )控制,瀏覽器在線(xiàn)搭建交流接觸器點(diǎn)觸發(fā)、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(xiàn)端均通過(guò)電工專(zhuān)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(xiàn)控制模塊

網(wǎng)絡(luò )控制,瀏覽器在線(xiàn)搭建電機點(diǎn)動(dòng)、正轉、反轉

4

交流電智能儀表(掛箱)

專(zhuān)用電量測試芯片,能同時(shí)測試交流電電流、交流電壓、有功功率、無(wú)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(shí)時(shí)顯示,形象反映電壓電流相位關(guān)系,自動(dòng)識別負載性質(zhì)(感性或容性); 網(wǎng)絡(luò )接口、支持瀏覽器遠程在線(xiàn)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(gè)白熾燈研究三相交流電Y型和Δ型接線(xiàn)時(shí)線(xiàn)電壓相電壓、線(xiàn)電流相電流間相互關(guān)系;

2、基于一個(gè)電感(1.2H)、一組電容(0.5U、1U、2U、4U、8U)、一個(gè)250歐功率電阻負載和二個(gè)在線(xiàn)電流表(一個(gè)測回路電流、一個(gè)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(guān)系;RLC串聯(lián)交流電路實(shí)訓、RLC并聯(lián)交流電路實(shí)訓以及電感、電容元件在直流電路和交流電路中的特性實(shí)訓。

三相交流電在線(xiàn)控制模塊

網(wǎng)絡(luò )控制,通過(guò)5X10交流矩陣開(kāi)關(guān),瀏覽器在線(xiàn)搭建三相負載Y型或Δ型實(shí)驗電路、功率因素調整電路;在線(xiàn)測試線(xiàn)電壓相電壓、線(xiàn)電流相電流,虛擬儀器實(shí)時(shí)顯示電壓電流值、電壓電流時(shí)域波形、電壓電流相量圖;

6

電路分析實(shí)驗掛箱

1、標配常見(jiàn)多種標稱(chēng)與不同材料與功率或耐壓的無(wú)源器件:電阻、電位器、電感、電容、二極管、穩壓管、發(fā)光二極管、燈泡、多種開(kāi)關(guān)、多種接插件、電阻箱、電容箱、電感箱等器件,學(xué)生可以認知器件,也可以搭建直流電路或動(dòng)態(tài)電路;

2、標配數控電阻箱、電容箱、電感箱各一個(gè),本地編碼開(kāi)關(guān)設置,遠程通信部線(xiàn)在線(xiàn)設置;十進(jìn)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(shí)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(shí)訓;提供電阻、電感、電容,完成R、L、C串聯(lián)諧振、一階、二階動(dòng)態(tài)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(lián)等實(shí)訓。

4、仿真軟件:基于BS架構,學(xué)生能在瀏覽器上拖放元件和測試儀器,完成實(shí)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(shí)驗操作;配套真實(shí)儀器表板的虛擬穩壓源、萬(wàn)用表、多通道示波器、任意信號發(fā)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(jìn)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(wǎng)絡(luò )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(dòng)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(guò)設定值報警并切斷電源;

9

模數電實(shí)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(gè)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(jìn)制譯碼顯示器、8位邏輯電平開(kāi)關(guān)、8位電平指示器、三態(tài)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(shí)驗:?jiǎn)渭壏糯箅娐?、兩級放大電路、負反饋放大電路、射極跟隨器實(shí)驗;雙端差模放大、單端差模放大、雙端共模抑止實(shí)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(shí)驗;方波、占空比可調矩形波、三角波、鋸齒波產(chǎn)生實(shí)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(shí)驗;方波三角波變換電路實(shí)驗;報警保護電路的設計及其應用實(shí)訓、互感器的應用實(shí)訓、整流濾波電路的設計及應用實(shí)訓、過(guò)流保護的設計及其應用實(shí)訓。

5、仿真軟件:基于BS架構,學(xué)生能在瀏覽器上完成所用實(shí)驗電路的仿真:工作點(diǎn)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(fā)生器等儀表;

10

機位控制器模塊

接受在線(xiàn)實(shí)驗網(wǎng)管平臺指令,定時(shí)開(kāi)閉平臺交流電源(380V),方便實(shí)驗室無(wú)值守管理;

11

在線(xiàn)實(shí)驗網(wǎng)管平臺

預約實(shí)驗時(shí)間實(shí)驗內容、開(kāi)啟(或關(guān)閉)系統分配的實(shí)驗平臺電源、統計實(shí)驗平臺(設備)完好率和利用率,教師用戶(hù)(管理員)能設置各種權限、發(fā)布實(shí)驗公告、上傳實(shí)驗課件、批改實(shí)驗報告、輔導解答學(xué)生問(wèn)題、查看教室學(xué)生在位情況,學(xué)生用戶(hù)能進(jìn)行實(shí)驗預習、調閱實(shí)驗課件、在線(xiàn)控制遠端實(shí)體實(shí)驗平臺完成實(shí)驗操作、截取或拷貝實(shí)驗數據波形或狀態(tài)圖、設計上傳實(shí)驗報告。

12

在線(xiàn)實(shí)驗操作平臺

電子連線(xiàn)搭建實(shí)驗電路、人機交互參數配置、真實(shí)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(tài)(轉速、轉向、電壓、電流、功率)顯示、誤操作告警指示等。

13

實(shí)驗室電源安全保護系統說(shuō)明

1、系統通信功能:提供WIFI、485、232、網(wǎng)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(guò)壓、過(guò)流等保護功能;保護時(shí)設備斷電,并發(fā)出報警提示;要求報警閾值可根據學(xué)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(guò)觸摸屏及手機APP控制實(shí)驗臺電源的啟動(dòng)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(shí)時(shí)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(yè)彩色液晶觸摸屏進(jìn)行數字顯示,系統完全符合工業(yè)標準模塊化設計;

6、具有云監控系統,具有可關(guān)閉接入網(wǎng)關(guān)的設備電源;可控制接入網(wǎng)關(guān)的所有設備電源;可按用戶(hù)的設定時(shí)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(wǎng)口、USB接口、485通訊接口等常用接口,每個(gè)箱子能同時(shí)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(jìn)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(jìn)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(dòng)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(xué)資源及軟件


1、免費提供現代電工實(shí)驗臺3D虛擬仿真軟件1套:虛擬仿真軟件中模型要和實(shí)物設備按照1:1比例制作,學(xué)生可在仿真環(huán)境里自由接線(xiàn),進(jìn)行電工電路仿真實(shí)驗等,軟件能記錄學(xué)生連線(xiàn)錯誤次數和實(shí)驗時(shí)間,具備自動(dòng)打分功能;

2、教學(xué)資源包

需提供一路AC220V/2A電源、兩路DC24V/3A電源、控制板、驅動(dòng)板;可直接生成dsp執行代碼;驅動(dòng)平臺需支持仿真開(kāi)發(fā)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(xiàn)實(shí)驗操作界面

1、 電路分析仿真軟件

                                  串聯(lián)諧振仿真實(shí)驗 電路搭建

                                 串聯(lián)諧振仿真實(shí)驗激勵信號與諧振時(shí)電容端信號測量


2、三相交流電在線(xiàn)實(shí)驗操作界面-功率因素調整實(shí)驗(3D界面)

                                              3D效果連線(xiàn)(電路搭建)

3、模擬電路仿真軟件


五、實(shí)驗內容

(一)電工基本技能實(shí)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(diǎn)電位與電路電壓的研究

5、基爾霍夫定律的驗證

6、線(xiàn)性電路特性的研究

7、線(xiàn)性有源二端網(wǎng)絡(luò )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(guān)察與測量

10、正弦穩態(tài)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(lián)諧振電路

14、負阻變換器的特性測試

15、無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò )的研究

16、無(wú)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(shí)驗:

1、三相異步電動(dòng)機點(diǎn)動(dòng)和自鎖控制線(xiàn)路

2、三相異步電動(dòng)機的正反轉控制線(xiàn)路

3、三相異步電動(dòng)機Y-Δ降壓起動(dòng)控制線(xiàn)路


六、實(shí)驗室設備配置

序號

設備名稱(chēng)

數量

備注

1

互聯(lián)網(wǎng)+電工電路實(shí)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(xiàn)實(shí)驗網(wǎng)管平臺

實(shí)驗室一套


7

在線(xiàn)實(shí)驗操作平臺

實(shí)驗室一套


8

網(wǎng)絡(luò )設備

實(shí)驗室一套

網(wǎng)絡(luò )交換機、服務(wù)器、機柜等




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