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
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序號 |
模塊（掛箱）名稱(chēng) |
指標 |
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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)； |
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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； |
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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； |
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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； |
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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； |
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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 |
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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。 |
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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。 |
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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； |
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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； |
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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； |
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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； |
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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； |
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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； |
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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。 |
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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。 |
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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； |
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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。 |
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15 |
配套教學(xué)資源及軟件
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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
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序號 |
設備名稱(chēng) |
數量 |
備注 |
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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 |
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2 |
100M雙蹤數字示波器 |
每組一臺 |
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3 |
穩壓源 |
每組一臺 |
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4 |
信號源 |
每組一臺 |
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5 |
三用表 |
每組一臺 |
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6 |
在線(xiàn)實(shí)驗網(wǎng)管平臺 |
實(shí)驗室一套 |
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7 |
在線(xiàn)實(shí)驗操作平臺 |
實(shí)驗室一套 |
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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 |
