通用電工實驗臺的設計

1、電工實驗臺設計方案的提出
我校電子電氣實驗室（原電工電子實驗室）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、系二級管理的實驗室；主要承擔機電、水電和計算機系的電工學、電子技術、電工學與電器設備、單片微機原理與應用、測試技術等課程的實驗實習教學任務，并承擔課程設計和畢業設計等工作；其機電CAD室還面向全校學生開放。
多年來電子電氣實驗室始終堅持教學*，加強基礎課實驗教學，探索改進實驗技術，努力培養新一代復合型人才。近年來，電子電氣實驗室強化教學管理和服務意識，強化素質教育，注重學生操作技能和動手創新能力的培養與提高。依據多年教學改革經驗，結合實驗室達標改造，為提高實驗教學質量，設計和試制了新型通用電工實驗臺。
2、電工實驗臺設計
為適應現代化的電工類教學需要，通用電工實驗臺的設計要求應為：
1）通用性強。即可滿足直流電路，單相交流，又可進行三相交流，磁路，電機及其控制等多項實習實驗。
2）電氣安全性高。實驗臺涉及三相交流等強電領域，實驗安全尤其重要。
3） 操作便利性好。電工實驗臺實習任務多耗時久，不同內容的實驗都要便于進行，適應人體工程學的要求。
4） 電路布局合理，規范化。
5） 電磁兼容性強。對交流電網干擾小，對環境電磁污染少。
為此，我們著重對以下幾方面進行了設計，現分述如下。
2.1 電工實驗臺設計的電氣安全性選擇
在電工實驗臺的電氣安全性上，一方面對三相交流供電線路采用三相四線制樹干式配電線路供電和工作接地，設置了不同額定電流、動作電流和動作時間的雙重自動空氣開關和漏電保護自動開關相結合的分級后備保護方式，實現短路、失壓、欠壓和漏電保護等功能，而且還在各實驗臺上又采取重復接地和保護接零，并加裝了保護零線；另一方面對單相交流供電系統也采用了二次自動空氣開關保護，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。并在實驗臺的布線板地線線路上設計了保護接零，以預防線路故障造成的單相觸電事故。此外，在實驗臺布線板和臺面板上涂刷絕緣漆，在實驗臺面鋪設絕緣橡膠墊，并在實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
依據人體工程學原理，坐姿的適宜高度為75~80cm，手臂的舒適伸展長度約在50~60cm之間，據此設計的兩人用實驗臺規格為：長×寬×高=160×55×80，實驗臺面板的規格為：140×15×40，即方便學生的實習和操作使用，又能觀察老師的指導和講解。
在實驗臺的面板布局上，為減少不慎觸碰交流線路的機率，又方便多個直流電路實驗和交流電機實驗的聯線，采用三相交流來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，三相電路實驗接線柱及負載電路靠右邊安排，低壓直流接線及插座布放在正中央，實際操作表明該布局考慮較為合理。
此外，為減少電磁環境污染，在實驗面板加裝了鋁合金條框，并在實驗室窗上加裝了鐵柵欄，產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
電工實驗臺供電線路的zui大負荷為三相異步電動機，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路進行負荷計算：
Pe = B ΣPe + C ΣPx =0.5(0.6+0.6+0.6+0.6)=1.2 KW
低壓配電分支線的尖峰電流為：Ipk=ΣKst In=4×7×1=28 A
按導線材料消耗量zui小的原則，在滿足導線發熱和允許電壓降的條件下選擇線路的導線截面：
A=(ΣM+Σam)/C ΔUal %=(Mab+Mbc)/C ΔUal %
=1200×5×2/（77000×2.5）=0.62mm2
應選取相線和中線截面為 2.5mm2，但考慮到目前還在使用小功率電機進行實驗，截面選定為4mm2。
由于篇幅所限，熱穩定校驗和動穩定校驗以及直流電纜、DZX系列保護自動開關的選擇、整定電流和靈敏度校驗計算等一并從略。
3、電工實驗臺的試制
3.1 電氣及元器件選擇
元器件除電纜和自動開關外，其余顯示儀表和各種不同類型的插座、接線柱和燈座，按慣例依耐壓等級和額定電流選取和購置。
3.2 電工電子實驗室整體布線與實驗臺制作和驗收檢驗
實驗室依樹干式兩分支布置線路，穿管敷設連接至各實驗臺。電工實驗臺制作規程及驗收程序如下：畫線路圖→打孔→三相交流、直流、負載的聯線和焊接→安裝調試→耐壓試驗→短路試驗→耐久性操作試驗→開關和插座的可靠性試驗→典型實驗檢驗→驗收檢驗→評估檢驗→zui終調整→再驗收檢驗。
試制的通用電工實驗臺。
在學?；I備的專項資金不足的情況下，依靠自己的技術力量，設計和試制了安全可靠的通用電工實驗臺，基本滿足了實驗教學需要，并節省資金數萬元。學校實驗專家驗收組評定認為所研制的實驗臺安全可靠，儀表布置合理，顯示直觀；經實驗操作和兩屆學生的實際實驗實習檢驗，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值。此外，改造后的實驗室被甘肅省高校實驗室評估小組評價為zui有農業大學特色的實驗室，并通過了省級基礎課實驗室合格評估。