通用電工實(shí)驗臺的設計

1、電工實(shí)驗臺設計方案的提出
我校電子電氣實(shí)驗室（原電工電子實(shí)驗室）始建于60年代，原隸屬于電工電子教研室管理，1995年被改制為校、系二級管理的實(shí)驗室；主要承擔機電、水電和計算機系的電工學(xué)、電子技術(shù)、電工學(xué)與電器設備、單片微機原理與應用、測試技術(shù)等課程的實(shí)驗實(shí)習教學(xué)任務(wù)，并承擔課程設計和畢業(yè)設計等工作；其機電CAD室還面向全校學(xué)生開(kāi)放。
多年來(lái)電子電氣實(shí)驗室始終堅持教學(xué)*，加強基礎課實(shí)驗教學(xué)，探索改進(jìn)實(shí)驗技術(shù)，努力培養新一代復合型人才。近年來(lái)，電子電氣實(shí)驗室強化教學(xué)管理和服務(wù)意識，強化素質(zhì)教育，注重學(xué)生操作技能和動(dòng)手創(chuàng )新能力的培養與提高。依據多年教學(xué)改革經(jīng)驗，結合實(shí)驗室達標改造，為提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量，設計和試制了新型通用電工實(shí)驗臺。
2、電工實(shí)驗臺設計
為適應現代化的電工類(lèi)教學(xué)需要，通用電工實(shí)驗臺的設計要求應為：
1）通用性強。即可滿(mǎn)足直流電路，單相交流，又可進(jìn)行三相交流，磁路，電機及其控制等多項實(shí)習實(shí)驗。
2）電氣安全性高。實(shí)驗臺涉及三相交流等強電領(lǐng)域，實(shí)驗安全尤其重要。
3） 操作便利性好。電工實(shí)驗臺實(shí)習任務(wù)多耗時(shí)久，不同內容的實(shí)驗都要便于進(jìn)行，適應人體工程學(xué)的要求。
4） 電路布局合理，規范化。
5） 電磁兼容性強。對交流電網(wǎng)干擾小，對環(huán)境電磁污染少。
為此，我們著(zhù)重對以下幾方面進(jìn)行了設計，現分述如下。
2.1 電工實(shí)驗臺設計的電氣安全性選擇
在電工實(shí)驗臺的電氣安全性上，一方面對三相交流供電線(xiàn)路采用三相四線(xiàn)制樹(shù)干式配電線(xiàn)路供電和工作接地，設置了不同額定電流、動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間的雙重自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)和漏電保護自動(dòng)開(kāi)關(guān)相結合的分級后備保護方式，實(shí)現短路、失壓、欠壓和漏電保護等功能，而且還在各實(shí)驗臺上又采取重復接地和保護接零，并加裝了保護零線(xiàn)；另一方面對單相交流供電系統也采用了二次自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)保護，且單相與三相電路單獨供電，zui大限度地降低了兩相觸電惡性事故發(fā)生的概率。三相供電系統采用橡皮絕緣四芯銅電纜，直流供電采用雙芯PVC 絕緣電纜并穿于PVC 絕緣管內敷設于地下引入。并在實(shí)驗臺的布線(xiàn)板地線(xiàn)線(xiàn)路上設計了保護接零，以預防線(xiàn)路故障造成的單相觸電事故。此外，在實(shí)驗臺布線(xiàn)板和臺面板上涂刷絕緣漆，在實(shí)驗臺面鋪設絕緣橡膠墊，并在實(shí)驗室地面鋪設絕緣材料。多重保護充分反映出以人為本，安全*的設計思想。
2.2 電工實(shí)驗臺的操作便利性和交直流電路布局的合理性設計
依據人體工程學(xué)原理，坐姿的適宜高度為75~80cm，手臂的舒適伸展長(cháng)度約在50~60cm之間，據此設計的兩人用實(shí)驗臺規格為：長(cháng)×寬×高=160×55×80，實(shí)驗臺面板的規格為：140×15×40，即方便學(xué)生的實(shí)習和操作使用，又能觀(guān)察老師的指導和講解。
在實(shí)驗臺的面板布局上，為減少不慎觸碰交流線(xiàn)路的機率，又方便多個(gè)直流電路實(shí)驗和交流電機實(shí)驗的聯(lián)線(xiàn)，采用三相交流來(lái)電顯示和保護器及通電顯示從上向下靠左邊布置，各相電壓和電流指示表由左至右靠上布置，三相電路實(shí)驗接線(xiàn)柱及負載電路靠右邊安排，低壓直流接線(xiàn)及插座布放在正中央，實(shí)際操作表明該布局考慮較為合理。
此外，為減少電磁環(huán)境污染，在實(shí)驗面板加裝了鋁合金條框，并在實(shí)驗室窗上加裝了鐵柵欄，產(chǎn)生一定程度的電磁屏蔽。
2.3 電氣負荷計算及元器件參數選擇
電工實(shí)驗臺供電線(xiàn)路的zui大負荷為三相異步電動(dòng)機，功率為2.4~3KW，額定電流約6A，空載電流小于1A。異步電機計劃更換為600W的微型電機，正常工作電流約1A。按二項式法對兩分支線(xiàn)路進(jìn)行負荷計算：
Pe = B ΣPe + C ΣPx =0.5(0.6+0.6+0.6+0.6)=1.2 KW
低壓配電分支線(xiàn)的尖峰電流為：Ipk=ΣKst In=4×7×1=28 A
按導線(xiàn)材料消耗量zui小的原則，在滿(mǎn)足導線(xiàn)發(fā)熱和允許電壓降的條件下選擇線(xiàn)路的導線(xiàn)截面：
A=(ΣM+Σam)/C ΔUal %=(Mab+Mbc)/C ΔUal %
=1200×5×2/（77000×2.5）=0.62mm2
應選取相線(xiàn)和中線(xiàn)截面為 2.5mm2，但考慮到目前還在使用小功率電機進(jìn)行實(shí)驗，截面選定為4mm2。
由于篇幅所限，熱穩定校驗和動(dòng)穩定校驗以及直流電纜、DZX系列保護自動(dòng)開(kāi)關(guān)的選擇、整定電流和靈敏度校驗計算等一并從略。
3、電工實(shí)驗臺的試制
3.1 電氣及元器件選擇
元器件除電纜和自動(dòng)開(kāi)關(guān)外，其余顯示儀表和各種不同類(lèi)型的插座、接線(xiàn)柱和燈座，按慣例依耐壓等級和額定電流選取和購置。
3.2 電工電子實(shí)驗室整體布線(xiàn)與實(shí)驗臺制作和驗收檢驗
實(shí)驗室依樹(shù)干式兩分支布置線(xiàn)路，穿管敷設連接至各實(shí)驗臺。電工實(shí)驗臺制作規程及驗收程序如下：畫(huà)線(xiàn)路圖→打孔→三相交流、直流、負載的聯(lián)線(xiàn)和焊接→安裝調試→耐壓試驗→短路試驗→耐久性操作試驗→開(kāi)關(guān)和插座的可靠性試驗→典型實(shí)驗檢驗→驗收檢驗→評估檢驗→zui終調整→再驗收檢驗。
試制的通用電工實(shí)驗臺。
在學(xué)?；I備的專(zhuān)項資金不足的情況下，依靠自己的技術(shù)力量，設計和試制了安全可靠的通用電工實(shí)驗臺，基本滿(mǎn)足了實(shí)驗教學(xué)需要，并節省資金數萬(wàn)元。學(xué)校實(shí)驗專(zhuān)家驗收組評定認為所研制的實(shí)驗臺安全可靠，儀表布置合理，顯示直觀(guān)；經(jīng)實(shí)驗操作和兩屆學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗實(shí)習檢驗，表明其電器及安全性能良好，使用方便，具有一定的推廣應用價(jià)值。此外，改造后的實(shí)驗室被甘肅省高校實(shí)驗室評估小組評價(jià)為zui有農業(yè)大學(xué)特色的實(shí)驗室，并通過(guò)了省級基礎課實(shí)驗室合格評估。