带有选择与保护装置的变压器与异步电机综合实验台的制作方法

本实用新型涉及一种变压器与异步电机综合实验台，尤其是涉及一种带有选择与保护装置的变压器与异步电机综合实验台。

背景技术：

电气工程及其自动化专业实验教学是专业教学的最重要的环节之一，学生的实践能力和创新能力是衡量该专业的重要指标。综合性实验多配合专业课程，培养学生的综合应用能力、理论与实际相结合的能力，分别表现在知识结构方面、分析研究方面、综合应用方面全面的能力，本着互补性原则、渗透性原则、递进性原则、系统性原则设计和开展。

电机学作为电气工程及其自动化专业的核心专业课程，对应的实验教学也显得尤为重要。其理论内容对应的每个实验均需要良好的电学类实验基础和较高的安全意识，在此实验课程的学习中不仅测量变压器和电机的运行特性，还要与电力网的运行相结合，是一门对综合性要求较高的实验课程。

如今诸多高校的电机实验对象为小功率电机或小功率变压器(功率约500W以下)，很多时候无法反应实际大功率电机的工况，无法准确测量电机的各种特性，不利于进行拖动实验。因此选择贴近实际情况的大功率电机开展电机实验能使电气工程及其自动化专业学生真正深入对电机学课程的理解。

对大功率电机展开的相关实验不仅难度高，且实验电源电压高，具有一定的危险性，因此对实验台的保护系统提出了较高的要求。而当实验台同时具备变压器与异步电机两个参数不同的实验对象时，则需要设置有针对性的保护措施。

目前，用于电机实验教学的实验设备较为多见，但其保护措施大致相同，常见的实验设备目前存在的缺陷在于：

1.一个实验台面对多类实验对象时，不具备实验选择功能，甚至有的实验台保护设置较为粗糙，当额定值相近时，取额定较大值进行保护设置，虽然电机在高校中用于实验的运行时间远低于在实际工厂中的运行时间，但若学生操作不当，日积月累地必将破坏绝缘，甚至烧坏绕组，从而直接缩短电机的寿命；

2.对同一实验对象进行不同实验时，存在保护设置不同的情况，未见分类进行保护设置的方式；

3.如今电机实验台中的电子式保护系统多采用模拟电路的信号采集方式，而很少采用数字式芯片的方式，前者在数据处理、响应速度、测量精度、日后维护方面更为复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能对不同种类的实验进行个性化保护的带有选择与保护装置的变压器与异步电机综合实验台。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有选择与保护装置的变压器与异步电机综合实验台，包括实验面板，还包括实验功能选择按钮、处理器、电信号检测装置和报警及保护装置，所述的实验功能选择按钮设置在实验面板上并与处理器连接，所述的处理器分别与电信号检测装置和报警及保护装置连接，所述的电信号检测装置分别与变压器和异步电机连接，用于检测变压器原边的电压、电流和异步电机定子的电压、电流，所述的报警及保护装置用于报警和切断变压器和异步电机的电源。

所述的电信号检测装置包括数字芯片，所述的数字芯片分别通过电压电流互感器与变压器和异步电机连接。

所述的实验功能选择按钮为常开按钮。

所述的实验功能选择按钮通过接线端子与处理器连接。

所述的报警及保护装置包括声光报警器和继电器，所述的声光报警器与处理器连接，所述的继电器分别与处理器、变压器的电源和异步电机的电源连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)通过实验功能选择按钮与处理器和电信号检测装置的连接，实现对不同实验对象及实验内容的分类保护，对保护动作的判定条件可进行个性化设置，从而进行有针对性的保护，减少安全事故的发生。

(2)电信号检测装置使用数字芯片，数字芯片分别通过电压电流互感器与变压器和异步电机连接，可实现数字式芯片的电量信号实时检测，省去了在处理器内部进行数据计算、数字滤波的程序编写，有更快的响应速度和更高的测量精度，且电路构成简单，使得电路维护和故障检查更为容易。

(3)实验功能选择按钮为常开按钮，通过接线端子与处理器连接，接线方便，且可实现功能扩展。

(4)报警及保护装置包括声光报警器和继电器，与处理器直接连接，在保护动作发生后可以通过声光报警器观测到，及时提醒操作人员采取措施，同时继电器动作切断电源。

附图说明

图1为本实用新型的组成结构框图；

图2为本实施例的实验功能选择电路结构示意图；

图3为本实施例的数字芯片式电信号检测电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种带有选择与保护装置的变压器与异步电机综合实验台，包括实验面板、实验功能选择按钮1、处理器2、电信号检测装置3和报警及保护装置4，实验功能选择按钮1设置在实验面板上并与处理器2连接，处理器2分别与电信号检测装置3和报警及保护装置4连接，电信号检测装置3分别与变压器和异步电机连接，用于检测变压器原边的电压、电流和异步电机定子的电压、电流，报警及保护装置4用于报警和切断变压器和异步电机的电源，电信号检测装置3包括数字芯片，数字芯片分别通过电压电流互感器与变压器和异步电机连接。实验功能选择按钮1为常开按钮，通过接线端子与处理器2连接。报警及保护装置4包括声光报警器和继电器，声光报警器与处理器2连接，继电器分别与处理器2、变压器的电源和异步电机的电源连接。

在进行某一实验前，选择该实验对应的实验功能选择按钮1，从而触发与本实验相关的保护程序，数字芯片式电信号检测装置3实时采集变压器或异步电机的运行参数，并送入处理器2，与保护设置的参数进行比较，若超出保护设定值，则报警及保护装置4发出报警并进行切电源保护动作。

实验功能选择按钮1包括9个按钮，分别对应不同的实验内容，在实验前按下相应的按钮，以启动个性化的检测与保护程序。

图2为实验功能选择电路，接线端子P1与处理器的I/O口相连接，S1对应实验选择按钮区中的“变压器极性端测量”按钮，S2对应“变压器空载实验”按钮，S3对应“变压器短路实验”按钮，S4对应“变压器负载实验”按钮，S5对应“异步电机参数测量”按钮，S6对应“异步电机固有机械特性测量”按钮，S7对应“异步电机人为机械特性测量”按钮，S8对应“异步电机拖动实验”按钮，S9为空，可为后续开发新的实验内容而保留。

图3为数字芯片式电信号检测电路，在此采用的数字式芯片为ADE7758，本电路可实现三相电压、三相电流的模拟量至数字量转换。其中，P1、P2、P3接线端子依次为A、B、C三相电压模拟输入口，IAP-IAN、IBP-IBN、ICP-ICN依次为A、B、C三相电流模拟输入口。接线端P5为本电路的供电电源接口，供电电源为+5V。接线端P6为数字量输出接口，与处理器2的I/O口相连接。电路中的电压互感器PT1-PT3与电流互感器CT1-CT3均采用型号为TVA1421的电压电流通用互感器。

当实验对象为一台三相变压器，参数如下：额定容量：3kVA；额定相电压：AC 220V/127V；额定线电压：AC 380V/220V；额定相电流AC 4.56A/7.87A。

数字芯片式电信号检测电路用以检测变压器原边的相电压和相电流。对三相变压器实施不同实验内容时，区别如下：

1.进行变压器空载实验时，按下按钮S2，数字芯片式电信号检测电路依次检测变压器原边三相电压是否均不超过240V、三相电流是否均不超过5.4A，若有任意一项超过设定值，则报警及保护装置4发出报警并进行切电源保护动作。

2.进行变压器短路实验时，按下按钮S3，数字芯片式电信号检测电路依次检测变压器原边三相电压是否均不超过50V、三相电流是否均不超过5.4A，若有任意一项超过设定值，则报警及保护装置4发出报警并进行切电源保护动作。

当实验对象为一台三相变压器和一台异步电机，变压器参数如下：

额定容量：3kVA；额定相电压：AC 220V/127V；额定线电压：AC 380V/220V；额定相电流AC 4.56A/7.87A。数字芯片式电信号检测电路用以检测变压器原边的相电压和相电流。

异步电机参数如下：

额定功率：2.8kW，定子电压：380V，转子电压：195V，定子电流：6.63A，转子电流：9.3A。数字芯片式电信号检测电路用以检测定子的电压和电流。

3.进行变压器负载实验时，按下按钮S4，数字芯片式电信号检测电路依次检测变压器原边三相电压是否均不超过240V、三相电流是否均不超过5.4A，若有任意一项超过设定值，则报警及保护装置4发出报警并进行切电源保护动作。

4.进行异步电机固有机械特性测量实验时，按下按钮S6，数字芯片式电信号检测电路依次检测异步电机定子电压是否均不超过400V、三相电流是否均不超过6.9A，若有任意一项超过设定值，则报警及保护装置4发出报警并进行切电源保护动作。