一种便携式电气故障演示教具的制作方法

本技术涉及用电安全和电子教具领域，具体涉及一种便携式电气故障演示教具。

背景技术：

1、火灾成因调查数据显示，因电气故障引起的火灾约占总数的1/3左右，而电气火灾中因短路、过载、漏电、导体/接触点过热、故障电弧等电气线路故障引发的又占60％以上。因此如何加强对此类电气故障的预防宣传，在用电安全教育培训领域是一个关键性技术。目前市场上的此类教具存在动态模拟演示效果不佳、安全性不足、专业性过强等问题，因此对于普通群众和中小学生的教学效果不甚理想。

2、公开号为cn107657878a的实用新型专利公开了一种电气火灾多发和抑制电气引火源的演示平台，该平台属于一款电气火灾模拟实验箱，可进行短路、漏电、相间高阻抗放电、炭化路径放电、接触不良发热/放电、全线/局部过载、堆积导线发热等电气故障产生引火源易燃可燃物燃烧的全过程，但是该平台由于模拟功能专业性强、结构较复杂，导致其体积较大、抗震性偏弱，不便于携带。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有技术中的电气故障演示教具的动态模拟演示效果不佳、安全性不足、不便于携带等问题，提供一种便携式电气故障演示教具。

2、为解决上述问题，本实用新型采取如下的技术方案：

3、一种便携式电气故障演示教具，包括演示箱，还包括集成安装在演示箱内部的数据处理模块、输出控制模块、动态演示灯模块、温度检测模块、手动控制模块、过载模拟模块、短路模拟模块、故障电弧模拟模块、电路保护模拟模块和用于为上述各个模块供电的电源模块，所述数据处理模块包括微处理器u1及其附属电路；

4、所述温度检测模块包括至少一个温度探头和至少一个温度探测器，所述温度探头的热敏信号输入端固定在所述过载模拟模块内部，所述温度探头的信号输出端与所述温度探测器的信号输入端连接，所述温度探测器根据信号输入端输入的温度信号实时显示所述过载模拟模块的当前温度；

5、所述动态演示灯模块包括依次级联的多个led灯像素模块，且首个led灯像素模块的din管脚与微处理器u1的i/o管脚连接，微处理器u1的i/o管脚输出高低电平信号至所述动态演示灯模块，控制所述动态演示灯模块进行动态灯光显示；

6、所述输出控制模块包括继电器驱动芯片u5和至少四个继电器，微处理器u1的四个i/o输出控制引脚分别与继电器驱动芯片u5的四个输入控制引脚连接，继电器驱动芯片u5的四个输出控制引脚分别与四个继电器连接，四个继电器分别与过载模拟模块、短路模拟模块、故障电弧模拟模块、电路保护模拟模块连接，所述继电器驱动芯片u5根据微处理器u1输出的控制信号驱动对应的继电器闭合，控制所述过载模拟模块、所述短路模拟模块、所述故障电弧模拟模块、所述电路保护模拟模块进行模拟演示；

7、所述手动控制模块包括多组防静电控制按钮及其对应的操作示意图标，各个所述防静电控制按钮分别与微处理器u1的外部控制命令输入管脚连接，当其中一个防静电控制按钮被触发时，微处理器u1根据接收到的外部控制命令控制继电器驱动芯片u5驱动对应的继电器动作。

8、本实用新型的有益效果：

9、(1)本实用新型所述的便携式电气故障演示教具，可模拟演示电气回路中的线路短路、设备过载、故障电弧、接触不良、回路漏电等电气故障，并可通过256色led灯、电气活动部件对上述电气故障的成因及后果进行动态展示，演示效果更直观；

10、(2)所述便携式电气故障演示教具中的外露带电部件，均采用不燃性透明绝缘防护罩防护，避免使用者误触，确保装置及使用者的安全；

11、(3)所述便携式电气故障演示教具可通过手动方式进行控制，可随时开始、终止任一电气故障的模拟演示，方便演示讲解；

12、(4)所述便携式电气故障演示教具采用带翻盖、锁扣的手提箱外观和轻量化设计，方便单人随身携带，非常适用于需要进行多场次、非固定地点的演示场合。

技术特征：

1.一种便携式电气故障演示教具，包括演示箱，其特征在于，还包括集成安装在演示箱内部的数据处理模块、输出控制模块、动态演示灯模块、温度检测模块、手动控制模块、过载模拟模块、短路模拟模块、故障电弧模拟模块、电路保护模拟模块和用于为上述各个模块供电的电源模块，所述数据处理模块包括微处理器u1及其附属电路；

2.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述过载模拟模块包括加热电路和用于将所述加热电路固定在所述演示箱内的电路绝缘固定支架，与所述过载模拟模块连接的继电器k1串接在所述加热电路中，当继电器驱动芯片u5驱动继电器k1闭合时，所述加热电路导通，所述过载模拟模块实现对线路过载导致发热现象的模拟演示。

3.根据权利要求2所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述加热电路包括电热丝r1，电热丝r1的一端接地，另一端连接继电器k1的输出端，继电器k1的另一个输出端和+5v电源连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述短路模拟模块包括推拉式电磁铁、碳棒和用于模拟零线、火线的滑块，每个滑块上固定一根碳棒，继电器k2的输出端分别与推拉式电磁铁的输入端和+5v电源连接，推拉式电磁铁的输出端串接在两个滑块的驱动机构电路中，当继电器驱动芯片u5驱动继电器k2闭合时，推拉式电磁铁通电，驱动机构推动两个滑块运动，使两根碳棒物理接触，所述短路模拟模块实现对短路现象的模拟演示，同时继电器驱动芯片u5驱动与所述电路保护模拟模块连接的继电器k4闭合，使所述电路保护模拟模块模拟分闸保护动作。

5.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述故障电弧模拟模块包括放电尖端a1、放电尖端a2和尖端绝缘固定支架，放电尖端a1和放电尖端a2相对固定在尖端绝缘固定支架上，继电器k3的输出端分别与放电尖端a1和+5v电源连接，放电尖端a2与模拟地线gnd连接，当继电器驱动芯片u5驱动继电器k3闭合时，放电尖端a1和放电尖端a2之间产生电弧，所述故障电弧模拟模块实现对电弧故障现象的模拟演示。

6.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述电路保护模拟模块包括电动断路器和辅助控制触点电路，继电器k4的输出端分别与+220v电源、电动断路器辅助控制触点输入端连接，当继电器驱动芯片u5驱动继电器k4断开时，电动断路器的辅助控制触点断电，电动断路器分闸；当继电器驱动芯片u5驱动继电器k4闭合时，电动断路器的辅助控制触点通电，电动断路器合闸，所述电路保护模拟模块实现对断路器分闸保护、合闸通电的模拟演示。

7.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述手动控制模块包括6组防静电控制按钮及其对应的操作示意图标，分别为短路接触控制按钮及短路接触图标、短路分断控制按钮及短路分断图标、线路过载控制按钮及线路过载图标、故障电弧控制按钮及故障电弧图标、接触不良控制按钮及接触不良图标、线路漏电控制按钮及线路漏电图标。

8.根据权利要求1所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，在依次级联的多个led灯像素模块中，led灯像素模块的din管脚与上一级led灯像素模块的dout管脚连接，其dout管脚与下一级led灯像素模块的din管脚连接，最后一个led灯像素模块的dout管脚悬空；所有led灯像素模块的vdd管脚与电源模块中的+5v连接，所有led灯像素模块的vss管脚与电源模块中的gnd连接。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述过载模拟模块、所述短路模拟模块、所述故障电弧模拟模块和所述电路保护模拟模块均包括不燃性透明绝缘防护罩。

10.根据权利要求1至8任意一项所述的一种便携式电气故障演示教具，其特征在于，所述演示箱采用带翻盖和锁扣的手提箱。

技术总结
本技术涉及一种便携式电气故障演示教具，涉及用电安全和电子教具技术领域，解决现有技术中动态模拟演示效果不佳、安全性不足、不便于携带等问题，包括演示箱和集成安装在演示箱内部的数据处理模块、输出控制模块、动态演示灯模块、温度检测模块、手动控制模块、过载模拟模块、短路模拟模块、故障电弧模拟模块、电路保护模拟模块和电源模块，数据处理模块分别与动态演示灯模块、手动控制模块和输出控制模块连接，输出控制模块通过四个继电器分别与过载模拟模块、短路模拟模块、故障电弧模拟模块、电路保护模拟模块连接。本教具可模拟演示电气回路中的线路短路、设备过载、故障电弧、接触不良、回路漏电等电气故障现象，且可单人操作随身携带。

技术研发人员：朱江,孙思宇,林灵,王具龙
受保护的技术使用者：应急管理部上海消防研究所
技术研发日：20230719
技术公布日：2024/1/22