智能化電工電子實訓平臺

智能化電工電子實訓平臺
一、實驗內容要求
1、電工基礎實驗
1）基本電工儀表的使用
2）元件伏安特性的測繪
3）電位、電壓的測定及電位圖的繪制
4）基爾霍夫定律和疊加原理的驗證
5）戴維南定理的驗證
6）等效網絡變換原理與實驗測試
7）受控源實驗
8）雙口網絡實驗
9）典型電信號的觀察與測量
10）RC一階電路的響應與測試
11）二階動態電路響應的研究
12）R、L、C元件阻抗特性的測定
13）回轉器的特性測試
14）示波器的使用
15）雙T網絡的測試
16）RC選頻網絡特性測試
17）R、L、C串聯諧振
18）用三表法測量交流電路等效參數
19）交流電路功率因數改善實驗
20）互感電路測量實驗
21）三相交流電路電壓、電流的測量
22）三相電路功率的測量
23）功率因數的測量
24）相序的測量
25）三相異步電機Y/Δ起動
26）三相異步電機正、反轉實驗
27）三相異步電機順序起動
28）能耗制動
2、模擬電子技術實驗
1）晶體管共射極放大器
2）場效應管源極輸出器
3）差動放大器
4）多級放大器的開環和閉環特性
5）集成運放的指標測試
6）集成運放組成的基本運算電路
7）波形發生器
8）集成功率放大器
3、數字電子技術實驗
1）TTL與非門靜態參數的測試
2）TTL與非門的動態測試
3）CMOS集成門電路的測試
4）加法器
5)數據選擇器
6)觸發器的功能測試
7)單脈沖發生器和移位寄存器
8)串行累加器
9)計數器、譯碼器和顯示器
10)脈沖分配器及其應用
11)單穩態觸發器
12)多諧振蕩器
13)集成定時器的應用
14)A/D和D/A轉換器
4、電工電子虛擬仿真實驗
1）元件伏安特性的測繪
2）基爾霍夫定律和疊加原理的驗證
3）戴維南定理的驗證
4）RL.RC串聯電路
5）一階二階電路的響應與測試
6）R.L.C元件阻抗特性的測定
7）交流電路參數的測定
8）正弦穩態交流電路相量及改善功率因數的研究
9）三相交流電路電壓.電流.功率的測量
10）功率因數及相序的測量
5、電機拖動虛擬仿真實驗
二、設備配置及參數要求
1、掛架：尺寸不小于1450×750×1600cm；重量小于200kg；實驗桌：使用上述掛架，安裝實驗模塊；實驗臺所含一體儲物柜，用來存放實驗所用導線等。
2、交流電源：容量不小于1.5KVA，輸入三相五線制，380V/50Hz/3A；輸出為三相0-430V連續可調，具有相間短路、線間短路、過流、過壓、漏電保護等保護功能；具有計算機程控接口；
3、智能交流儀表：1）提供交流數字電壓3只，精度0.5級，測量范圍≧0-400V；2）提供交流數字電流3只，精度0.5級，測量范圍≧0-2.5A；3）提供數字功率表、功率因數表3只，測量范圍≧電壓0-400V，電流0-2.5A；4）儀表采用微處理器設計，量程自動切換，功能可切換，真有效值測量，超量程自動報警；
4、雙路恒壓源：0-30V連續可調，最大輸出電流：1A；具有短路保護和自動恢復功能，帶監視儀表；
5、可調恒流源：0-200mA連續可調，0.00mA起調，3位半數顯，開路保護；
6、智能直流儀表：提供數字直流電壓表，1只：測量范圍≧0-300V。數字直流電流表，1只：測量范圍≧0-1.5A。量程可手動和自動切換，四位半數字顯示，精度0.5級。采用數碼開關調節量程，超量程保護功能；
7、實驗模塊配置要求：
1）可編程電阻箱：要求采用智能程控電阻箱，電阻范圍：1Ω-9.999kΩ/2W可調，電阻精度0.5%，電阻分段×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ智能切換，通過面板設定輸出電阻阻值，數字顯示輸出電阻，電阻功耗≥2W即斷開保護。具有計算機程控接口；
2）功率因素提高電路：提供電感器/220V，0.47μF、4.7μF電容器/500V，25W白熾燈泡，可完成功率因數提高相關實驗。
3）三相交流電路：提供三相燈泡負載電路，每相3個25W燈泡并聯，每個燈泡都有控制開關，可完成三相不平衡負載實驗，
4）交流電路：提供實驗變壓器、互感線圈和4組電流取樣插座。
5）電路原理箱：提供基爾霍夫定律、疊加原理、戴維南定理、雙T網絡、串聯諧振、一階、二階動態電路、4組電流取樣插座和1個2kΩ/2W電位器。電路需滿足實驗要求。
6）受控源：提供受控源VCCS、CCVS電路，可完成四種受控源實驗，以及負阻抗變換器電路和回轉器電路等。
7）元件箱：提供電阻、電容、電感、電位器、二極管、穩壓管等實驗元件。
8）電源插座：提供220V/10A單相交流電源插座。
9）提供交流接觸器、熱繼電器、時間繼電器、按鈕等，完成電機控制實驗。
10）模擬電子實驗掛箱
交直流電源：提供0V.9V.14V和18V交流電源輸出；2路-5V～+5V 可調直流信號源輸出；+5V/1A.-5V/0.5A和±12V/0.5A直流穩壓電源；8Ω揚聲器。
提供單相整流和穩壓電路、兩級和負反饋放大器、集成運放及分列元件1等模擬電路實驗模塊。提供場效應管和差動放大電路。提供集成運放及分列元件2.可完成有源濾波電路實驗、比較器電路實驗和運算放大器性能指標測試實驗。
11）數字電子實驗掛箱
提供直流電源及電平指示.IC插座.數碼顯示及信號源.邏輯和數據開關等4塊數字電路實驗模塊。
•直流穩壓電源：+5V/1A.-5V/0.5A.±12V/0.5A及+3.3V/0.5A；
•2路三態邏輯筆；16路電平指示及邏輯分析儀接口；
•5V與3.3V直流工作電源切換開關；
•2路邏輯開關；12路數據開關；
•14P×3和16P×3 IC插座及其引出接線端；
•555時基電路：555芯片.8P IC插座及分列元件；
•4位靜態數碼顯示電路（譯碼器為CD4511）；
•信號源：輸出1Hz,2Hz,32Hz,1024Hz,1MHz,1k-10kHz連續可調方波信號源；
12）實驗導線及配件：采用全封閉安全實驗導線，導線柔軟連接可靠。
13）數字存儲示波器
技術參數：
（1）雙通道+1個外觸發通道，具有獨立旋鈕控制；
（2）帶寬≥200MHz；實時采樣率1GSa/S；垂直分辨率≥8bits ；
（3）存儲深度≥13Mpts；波形刷新率不小于70000次/秒；
（4）時基范圍：2nS/div-100S/div；
（5）垂直靈敏度：1mV/div-10V/div；
（6）觸發類型：邊沿、視頻、脈寬、斜率、窗口、欠幅、超時等觸發；
（7）自動測量：不小于30種自動測量功能；
（8）顯示：TFT液晶屏，≥7英寸（分辨率≥800*480）
（9）接口：不少于USB Device & Host、LAN、Pass/Fail等接口；
8、電工電子技術原理虛擬仿真軟件（需滿足21個終端）
要求軟件提供各種實驗儀器.電源模型：包含三相調壓電源，恒壓源，恒流源，信號源，智能直流電壓表.電流表，交流電壓表.電流表.功率功率因數表。要求基于Multisim軟件開發，提供多種電路元件模型，實現電工電子的仿真實驗。
主要配置及功能要求：
1）三相交流調壓器：電壓范圍0～450V。設置指針表和數字顯示框數字顯示交流電源輸出電壓；旋鈕可旋轉調節輸出電壓值。
2）數字交流電壓表.交流電流表：虛擬交流電壓表量程：≧0～400V.虛擬交流電流表量程：≧0～2.5A；由一個四位的數字表頭等組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數。
3）數字功率.功率因素表：虛擬功率/功率因素表，電壓量程：≧0～400V，電流量程：≧0～2.5A，由四位數字表頭.切換開關等組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數。
4）數字直流電壓表.直流電流表：虛擬直流電壓表量程：0～750V.直流電流表0～3A。由一個四位的數字表頭檔位選擇開關，自動量程，告警指示燈，復位按鈕和接線柱組成。仿真實驗時可實時測量顯示電路參數。
5）雙路恒壓源：輸出可調電壓0~30V。界面中設置檔位開關和電壓調節旋鈕，表頭顯示輸出電壓的值。
6）恒流源：調節旋鈕來調節輸出電流值，表頭顯示電流輸出值；電流檔位2mA，20mA，200mA可點擊檔位旋鈕切換。
7）要求以上虛擬儀表模型要求與本次采購的電工電子實驗臺實物相一致。學生可方便地在系統中找到實驗需要的模型，學生做仿真實驗時，儀表的使用與操作實物一樣，使仿真實驗更加真實.直觀。
8）各儀器儀表.元器件之間的連線由學生自由連接，學生自行完成不同的實驗項目。投標文件需提供實驗示例說明。
9、電機實驗開發教學系統軟件（整個實驗室配1套）
1）軟件應基于通用的Matlab仿真軟件開發設計，用戶通過填寫電機運行的相關參數，可運行仿真計算即可自動生成各種電機特性曲線。仿真實驗內容：變壓器實驗、直流電機實驗、三相異步電機實驗、三相同步電機實驗。
2）軟件主要功能要求如下：
（1）單、三相變壓器實驗：高壓側及低壓側均有“額定電壓值、額定電流值、電阻標幺值、電抗標幺值”顯示，額定容量、變壓比、勵磁電阻、勵磁電抗顯示；
（2）直流發電機負載實驗：他勵調整特性實驗，可以改變多組的“負載電阻、勵磁回路電阻”值，能采集多組不同的“負載電流、勵磁電流”數據；外特性實驗可改變多組的“負載電阻”值，能采集多組不同的“輸出電壓、負載電流”數據；能夠顯示“外特性、調整特性”曲線。界面能切換顯示“他勵發電機負載仿真圖”。
（3）三相同步電機“空載試驗”，可改變多組的“勵磁電壓值”，能采集到多組不同的“空載電壓、勵磁電流”數據，能顯示“空載特性”曲線圖。
（4）三相同步電機“負載試驗”，可改多組的“負載電阻值”，能采集到多組不同的“三相電壓、三相電流”數據，能顯示“負載特性”曲線圖。
（5）三相鼠籠電機空載實驗：可改變多組的“空載電壓值”，能采集多組不同的“空載電流、空載功率”數據，能夠顯示“特性曲線”，同時界面能切換顯示“仿真模型”、“原理結構”。
（6）三相鼠籠電機負載實驗：可改變多組的“電機負載轉矩值”，能采集到多組不同的“定子電流、輸入功率、電機轉速、輸出功率、輸出轉矩、電機效率、轉差率、cosφ”數據，能顯示“工作特性”曲線圖。同時界面能切換顯示“負載仿真圖”。
11、金屬探傷儀創新實驗套件（整個實驗室配1套）
要求系統包含：STM32F103核心板、液晶顯示與鍵盤電路、直流減速電機驅動電路、被測對象機構、位移傳感器、電渦流傳感器、信號調理電路、A/D轉換電路等幾部分組成。要求說明該自動檢測系統的工作原理和功能。
定點檢測功能：檢測有/無缺陷，探頭狀態要求實時顯示，檢測到有缺陷時，缺陷數量自動加1，無缺陷時不需輸出指示。自動檢測功能：逐行或逐列掃描對被測工件進行自動檢測，要求探頭坐標和探頭狀態實時顯示。當檢測到缺陷時，檢測暫停，缺陷數量加1，按下回車鍵后檢測繼續，直至掃描完畢。
二次開發：要求滿足學生進行編程設計及二次開發功能。
12、STM32單片機實訓模塊（整個實驗室配1套）
（1）STM32f103核心板：
核心芯片采用STM32F103，基于ARM Cortex-M3內核，配置方式JTAG全部引出。片內資源豐富，512K Flash，64K RAM；3個12位模數轉換器；2通道12位D/A轉換器；12通道DMA控制器；多達11個定時器；多達5個USART接口；多達3個SPI接口；板載外圍器件：串口通訊芯片、USB轉串口芯片。線路板上以扁平帶方式引出72路IO口分9組，分別為JA-JI，方便與外圍電路數據地址線連接；配套仿真器；
（2）數碼管顯示和鍵盤電路
包括八位數碼管顯示單元、查詢式鍵盤、矩陣式鍵盤所組成；
（3）點陣顯示和鍵盤電路
包括32*32點陣和矩陣式鍵盤。配合核心板可完成點陣動態掃描實驗，矩陣式鍵盤實驗；
（4）液晶顯示和鍵盤電路
包括一塊1602液晶屏和一塊12864液晶屏、查詢式鍵盤和矩陣式鍵盤；
（5）IC卡讀寫電路
模塊由射頻芯片FM1702，射頻卡，磁珠，電感等相關元件組成，通過核心板控制實現對IC卡的讀寫功能；
（6）ADS7950 串口A/D轉換電路
模塊由模擬信號輸入電路、ADS7950及外圍電路、數字信號輸出電路組成，其中輸入部分有放大和偏置功能，ADS7950功能腳及數字輸出由PMOD口引出；
（7）并口A/D轉換電路
模塊由模擬信號輸入電路、ADS7862及外圍電路、數字信號輸出電路組成，其中輸入部分有放大和偏置功能，ADS7862,12BIT,2+2CH；
（8）ADS118串口A/D轉換電路
模塊由模擬信號輸入、AD1118及外圍電路、偏置電路、數字信號輸出電路組成， AD1118功能腳及數字輸出由PMOD口引出。SPI，4CH，16BIT，可通過內部PGA設置信號放大倍數；
（9）串口D/A SPI轉換電路
模塊D/A轉換電路主要由數字信號輸入電路、DAC124S085及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。其中輸出部分有放大、偏置和反向功能，DAC124S085數字輸入口PMOD引出。SPI，4CH，16BIT。可通過跳線帽調節輸出的極性；
（10）并口D/A轉換電路
模塊由數字信號輸入電路、TLV5613及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。其中輸出部分有放大、偏置和反向功能，TLV5613數字輸入口PMOD引出。1CHX2，12BIT，可通過跳線帽調節輸出的極性；
（11）串口DA IIC轉換電路
模塊D/A轉換電路主要由數字信號輸入電路、DAC7571及外圍電路、模擬信號輸出電路組成。DAC7571數字輸入口PMOD引出。IIC，1CHX2，12BIT，可通過跳線帽調節輸出的極性；
（12）V/F和F/V轉換電路
輸入電壓信號經運算器放大、偏置后通過芯片LM331進行V/F轉換；輸入數字信號經LM2907MF/V轉換后，再經運算器放大、偏置后輸出得到轉換結果。頻率的輸入輸出可由STM32 MCU控制，也可由二號接線柱引入、引出；
（13）可編程增益放大電路
模塊包含兩路PGA112可編程增益放大電路，2CH,SPI,輸出可通過MCU選擇通道及增益設置。輸出也可直接進入MCU A/D輸入口；
（14）信號濾波電路
模塊包含兩路二階低通濾波電路和兩路四階低通濾波電路。其輸出為模擬量輸出；
（15）開關量輸入輸出電路
模塊由一塊TCA6416A低壓16 位 I2C 和SMBus I/O 擴展器，輸入輸出接口組成。可通過MCU設置I/O方向，包含4路低電平輸入、4路光耦隔離輸入，4路晶體管輸出及4路繼電器輸出；
（16）功率運放輸出電路
模塊用二個達林頓管子（TIP132、TIP137）是來放大直流電機驅動電流；
（17）雙路PWM輸出電路
電路供電電壓可以根據所選控制對象進行選擇，量程為12~50V,CPU 可以同時輸出兩組脈沖信號，經過隔離后，由高速驅動芯片UCC27324控制兩個低端MOSFET，從而控制輸出；
（18）H橋PWM輸出電路
電路為H橋PWM輸出電路，CPU可以同時輸出四組脈沖信號，經過隔離后，由雙路全橋PWM電機驅動器DRV8412來驅動電機，該芯片有過熱保護，和故障檢測功能；
（19）環境參數檢測電路
模塊可實現光強檢測、TMP275數字輸出溫度傳感器、溫濕度檢測、紅外熱釋電、氣敏檢測這些功能。各個部分輸出都是數字量信號；
（20）儀用放大電路
采用高共模抑制比儀用放大器電路，有很強的共模抑制能力和較小的輸出漂移電壓。該模塊可用DC12V供電，輸出為模擬量信號；