电工实验改进至安全电压的开发与应用

谭智爱

江西医学高等专科学校   江西上饶 334000

摘要：实验课程是《电工电子技术》教学的重要组成部分，因为实验安全等原因，部分电工实验没有做为学生实验开展，造成理论与操作的联系不够紧密，学生不能完整的掌握全部实验技能。因此，我们决定对现有实验进行改进，将电源电压改进至安全电压以下，并对传统实验进行整合，以来满足师生的教学需求。

关键字：电工电子技术，实训装置，实验安全

电工电子技术是很多专业基础，对熟悉电子、仪器的基本运行原理有着很重要的意义。实验课程是《电工电子技术》教学的重要组成部分，其中“三相交流电路的测试”、“日光灯线路的安装及功率因素的提高”、“三相异步电动机的正反转控制”等实验是《电工电子技术》课程中的重要实验，通过实验学生可以掌握交流电的相位、功率因素、三相交流电的连接方法、按钮、交流接触器、继电器的构造和动作原理以及各种电路的原理和连接方法。

但目前这些实验作为学生实验开展不多，其主要原因有：

1.实验中所采用的电源是220V的日常用电甚至380V的三相电，学生实验存在触电的安全隐患；

2.实验仪器比较重，学生移动组装电路多有不便；

3.由于学生操作不熟练，很可能因为误操作而烧坏仪器，造成经济损失。

所以一般学校会把该实验作为演示实验，或在电工实验台上操作，造成理论与操作的联系不够紧密，学生不能独立的完整的掌握全部实验技能，造成学习效果不理想的后果。

面对这样的教学需求与实际情况之间的矛盾，我们决定在教学满足教学需求的前提下，将原有部分实验进行一定的改进。保证实验教学安全的前提下，让这些实验得以开展，改进的主要要求有以下几个方面：

1.实验安全性：为保障开展学生实验的安全性，实验整体或主要部分在安全电压（36V）以下进行。

2.实验可行性：①实验简单可行、操作难易适中，电路难度合适，实验过程中学生能够独立或相互配合完成电路的安装及测量程，可以提高学生的动手操作能力、协作能力。②组成电路的元器件结构简单、通用性强，符合教学要求，且易于采购。

3.服务教学：①在符合教学要求的范围内改动，保持实验目的基本不变、实验的核心内容不变。②实验可以满足学生学习需求，通过实验可以让学生将理论知识和实践技能相结合，帮助学生更深刻的掌握相关知识。③让学生掌握各种简单或复杂的电工学知识和电气控制技术，奠定学习后续课程的基础。

改进思路

在保证实验安全性、可行性的前提下，并以服务教学为目的，我们对实验的改进主要从实验电路图下手，降低实验电源电压，使整个实验全部或主体部分在安全电压下进行。主要思路包括以下：

1.增加降压环节。利用变压器变换电压的功能，将较高的日常用电或工业用电电压降低至安全电压36V以下。

2.将交流电实验改进至直流电。利用直流稳压电源，将较高电压较高的交流电转换为安全电压36V以下的直流电。

3.根据低压实验要求，重新选择合适元器件型号，绘制新的电路图。将控制元器件选用市场通用，且符合电路需求的型号。

实验改进情况：

图1  24伏直流电机正反转实训电路[2]

目前，实验的改进进度良好，已有部分实验做为学生实验开展，下面以“电动机的正反转控制电路”实验为例，就实验改进情况进行说明。

根据“电动机的正反转控制电路”实验的实验目的，在保障学生实验安全的前提下，我们将其改进为“24伏直流电机正反转实训电路（如图1所示）” ，其电路特点如下：

1.采用36V以下安全电压：实验电路主要部分采用24V直流电电源。

为保障学生实验的安全性，本实验把220V的单相交流电经过降压、整流、滤波等过程，得到24V的直流电，之后的“电动机的正反转控制电路”中所使用的均为36V以下安全电压。

2.保留了“三相异步电动机正反转控制”实验的核心内容：电机的启动、停止及正反转功能，电气控制及电气互锁结构。

电动机的启动和正反转功能由按钮SB1、SB2和继电器KA1、KA2及相关电路实现，通过控制电源正负极反接实现电动机正反转功能，电动机的停止则由按钮SB3控制。

电气互锁：为了避免发生电源短路（继电器KA1和KA2同时得电吸合），在继电器线圈KA2（KA1）支路串接继电器KA1（KA2）有常闭触头，这可以保证KA1和KA2线路工作时不会同时得电。

3.加入新的实验内容：直流稳压电源部分。

通过变压器降压、桥式整流、电容滤波、稳压管稳压的直流稳压电源，将220V交流电转换成24V直流电，为电路提供安全电源（24V直流电压）。

4.实验电路切实可行：实验采用的电器元件均为市面上的普通型号，易于购买，通用性强。

另，本实验电路已经申请实用新型专利《24伏直流电机正反转实训电路》[2]。

到目前为止，以“24伏直流电机正反转实训电路”为核心的“电动机的正反转控制电路”实验已经在多个专业学生实验中开展两轮，有20多个班级、2000多名学生参与。大多数学生均能够在实验时间内独自或两人一组相互配合，按照实验电路图完成实验的电路的连接，并根据实验要求，测量到相应的实验数据，且90%以上的实验数据正常（在误差允许的范围之内）。通过实验操作，学生对各种电工元器件也有具体的认识，对直流稳压电路、电动机的正反转控制电路、继电器-接触器控制电路有了更深刻的理解，提高学生的实际操作水平能，加深学生对理论知识理解与掌握。

总结

对现有的电工电子技术课程实验进行教学改进，是我们一直在尝试的一项工作，其目的促进学生将理论知识与实际实践能力相结合，提高学生的知识水平和操作能力。

在实际应用时需要任课教师结合学生情况灵活开展实践课程，并不断优化现有教学方式、方法，以提高教学效果。在未来的教学实践中，我们还会不断改进理论及实践教学，以更好的满足教学需求。

参考文献：

[1]邓允.电工电子技术及应用[M].化学工业出版社.2015.

[2]孙利娟等.24伏直流电机正反转实训电路:中国,ZL2019 2 0450770.3[P].2019-04-19

[3]王香婷等.电工技术与电子技术实验教学改革[J],实验技术与管理.2013年4月