本實用新型涉及一種變壓器與異步電機綜合實驗臺，尤其是涉及一種帶有選擇與保護裝置的變壓器與異步電機綜合實驗臺。

背景技術：

電氣工程及其自動化專業實驗教學是專業教學的最重要的環節之一，學生的實踐能力和創新能力是衡量該專業的重要指標。綜合性實驗多配合專業課程，培養學生的綜合應用能力、理論與實際相結合的能力，分別表現在知識結構方面、分析研究方面、綜合應用方面全面的能力，本著互補性原則、滲透性原則、遞進性原則、系統性原則設計和開展。

電機學作為電氣工程及其自動化專業的核心專業課程，對應的實驗教學也顯得尤為重要。其理論內容對應的每個實驗均需要良好的電學類實驗基礎和較高的安全意識，在此實驗課程的學習中不僅測量變壓器和電機的運行特性，還要與電力網的運行相結合，是一門對綜合性要求較高的實驗課程。

如今諸多高校的電機實驗對象為小功率電機或小功率變壓器(功率約500W以下)，很多時候無法反應實際大功率電機的工況，無法準確測量電機的各種特性，不利于進行拖動實驗。因此選擇貼近實際情況的大功率電機開展電機實驗能使電氣工程及其自動化專業學生真正深入對電機學課程的理解。

對大功率電機展開的相關實驗不僅難度高，且實驗電源電壓高，具有一定的危險性，因此對實驗臺的保護系統提出了較高的要求。而當實驗臺同時具備變壓器與異步電機兩個參數不同的實驗對象時，則需要設置有針對性的保護措施。

目前，用于電機實驗教學的實驗設備較為多見，但其保護措施大致相同，常見的實驗設備目前存在的缺陷在于：

1.一個實驗臺面對多類實驗對象時，不具備實驗選擇功能，甚至有的實驗臺保護設置較為粗糙，當額定值相近時，取額定較大值進行保護設置，雖然電機在高校中用于實驗的運行時間遠低于在實際工廠中的運行時間，但若學生操作不當，日積月累地必將破壞絕緣，甚至燒壞繞組，從而直接縮短電機的壽命；

2.對同一實驗對象進行不同實驗時，存在保護設置不同的情況，未見分類進行保護設置的方式；

3.如今電機實驗臺中的電子式保護系統多采用模擬電路的信號采集方式，而很少采用數字式芯片的方式，前者在數據處理、響應速度、測量精度、日后維護方面更為復雜。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能對不同種類的實驗進行個性化保護的帶有選擇與保護裝置的變壓器與異步電機綜合實驗臺。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種帶有選擇與保護裝置的變壓器與異步電機綜合實驗臺，包括實驗面板，還包括實驗功能選擇按鈕、處理器、電信號檢測裝置和報警及保護裝置，所述的實驗功能選擇按鈕設置在實驗面板上并與處理器連接，所述的處理器分別與電信號檢測裝置和報警及保護裝置連接，所述的電信號檢測裝置分別與變壓器和異步電機連接，用于檢測變壓器原邊的電壓、電流和異步電機定子的電壓、電流，所述的報警及保護裝置用于報警和切斷變壓器和異步電機的電源。

所述的電信號檢測裝置包括數字芯片，所述的數字芯片分別通過電壓電流互感器與變壓器和異步電機連接。

所述的實驗功能選擇按鈕為常開按鈕。

所述的實驗功能選擇按鈕通過接線端子與處理器連接。

所述的報警及保護裝置包括聲光報警器和繼電器，所述的聲光報警器與處理器連接，所述的繼電器分別與處理器、變壓器的電源和異步電機的電源連接。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

(1)通過實驗功能選擇按鈕與處理器和電信號檢測裝置的連接，實現對不同實驗對象及實驗內容的分類保護，對保護動作的判定條件可進行個性化設置，從而進行有針對性的保護，減少安全事故的發生。

(2)電信號檢測裝置使用數字芯片，數字芯片分別通過電壓電流互感器與變壓器和異步電機連接，可實現數字式芯片的電量信號實時檢測，省去了在處理器內部進行數據計算、數字濾波的程序編寫，有更快的響應速度和更高的測量精度，且電路構成簡單，使得電路維護和故障檢查更為容易。

(3)實驗功能選擇按鈕為常開按鈕，通過接線端子與處理器連接，接線方便，且可實現功能擴展。

(4)報警及保護裝置包括聲光報警器和繼電器，與處理器直接連接，在保護動作發生后可以通過聲光報警器觀測到，及時提醒操作人員采取措施，同時繼電器動作切斷電源。

附圖說明

圖1為本實用新型的組成結構框圖；

圖2為本實施例的實驗功能選擇電路結構示意圖；

圖3為本實施例的數字芯片式電信號檢測電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種帶有選擇與保護裝置的變壓器與異步電機綜合實驗臺，包括實驗面板、實驗功能選擇按鈕1、處理器2、電信號檢測裝置3和報警及保護裝置4，實驗功能選擇按鈕1設置在實驗面板上并與處理器2連接，處理器2分別與電信號檢測裝置3和報警及保護裝置4連接，電信號檢測裝置3分別與變壓器和異步電機連接，用于檢測變壓器原邊的電壓、電流和異步電機定子的電壓、電流，報警及保護裝置4用于報警和切斷變壓器和異步電機的電源，電信號檢測裝置3包括數字芯片，數字芯片分別通過電壓電流互感器與變壓器和異步電機連接。實驗功能選擇按鈕1為常開按鈕，通過接線端子與處理器2連接。報警及保護裝置4包括聲光報警器和繼電器，聲光報警器與處理器2連接，繼電器分別與處理器2、變壓器的電源和異步電機的電源連接。

在進行某一實驗前，選擇該實驗對應的實驗功能選擇按鈕1，從而觸發與本實驗相關的保護程序，數字芯片式電信號檢測裝置3實時采集變壓器或異步電機的運行參數，并送入處理器2，與保護設置的參數進行比較，若超出保護設定值，則報警及保護裝置4發出報警并進行切電源保護動作。

實驗功能選擇按鈕1包括9個按鈕，分別對應不同的實驗內容，在實驗前按下相應的按鈕，以啟動個性化的檢測與保護程序。

圖2為實驗功能選擇電路，接線端子P1與處理器的I/O口相連接，S1對應實驗選擇按鈕區中的“變壓器極性端測量”按鈕，S2對應“變壓器空載實驗”按鈕，S3對應“變壓器短路實驗”按鈕，S4對應“變壓器負載實驗”按鈕，S5對應“異步電機參數測量”按鈕，S6對應“異步電機固有機械特性測量”按鈕，S7對應“異步電機人為機械特性測量”按鈕，S8對應“異步電機拖動實驗”按鈕，S9為空，可為后續開發新的實驗內容而保留。

圖3為數字芯片式電信號檢測電路，在此采用的數字式芯片為ADE7758，本電路可實現三相電壓、三相電流的模擬量至數字量轉換。其中，P1、P2、P3接線端子依次為A、B、C三相電壓模擬輸入口，IAP-IAN、IBP-IBN、ICP-ICN依次為A、B、C三相電流模擬輸入口。接線端P5為本電路的供電電源接口，供電電源為+5V。接線端P6為數字量輸出接口，與處理器2的I/O口相連接。電路中的電壓互感器PT1-PT3與電流互感器CT1-CT3均采用型號為TVA1421的電壓電流通用互感器。

當實驗對象為一臺三相變壓器，參數如下：額定容量：3kVA；額定相電壓：AC 220V/127V；額定線電壓：AC 380V/220V；額定相電流AC 4.56A/7.87A。

數字芯片式電信號檢測電路用以檢測變壓器原邊的相電壓和相電流。對三相變壓器實施不同實驗內容時，區別如下：

1.進行變壓器空載實驗時，按下按鈕S2，數字芯片式電信號檢測電路依次檢測變壓器原邊三相電壓是否均不超過240V、三相電流是否均不超過5.4A，若有任意一項超過設定值，則報警及保護裝置4發出報警并進行切電源保護動作。

2.進行變壓器短路實驗時，按下按鈕S3，數字芯片式電信號檢測電路依次檢測變壓器原邊三相電壓是否均不超過50V、三相電流是否均不超過5.4A，若有任意一項超過設定值，則報警及保護裝置4發出報警并進行切電源保護動作。

當實驗對象為一臺三相變壓器和一臺異步電機，變壓器參數如下：

額定容量：3kVA；額定相電壓：AC 220V/127V；額定線電壓：AC 380V/220V；額定相電流AC 4.56A/7.87A。數字芯片式電信號檢測電路用以檢測變壓器原邊的相電壓和相電流。

異步電機參數如下：

額定功率：2.8kW，定子電壓：380V，轉子電壓：195V，定子電流：6.63A，轉子電流：9.3A。數字芯片式電信號檢測電路用以檢測定子的電壓和電流。

3.進行變壓器負載實驗時，按下按鈕S4，數字芯片式電信號檢測電路依次檢測變壓器原邊三相電壓是否均不超過240V、三相電流是否均不超過5.4A，若有任意一項超過設定值，則報警及保護裝置4發出報警并進行切電源保護動作。

4.進行異步電機固有機械特性測量實驗時，按下按鈕S6，數字芯片式電信號檢測電路依次檢測異步電機定子電壓是否均不超過400V、三相電流是否均不超過6.9A，若有任意一項超過設定值，則報警及保護裝置4發出報警并進行切電源保護動作。