多功能电工实训台的设计分析

1、概述
本校师生在《电工技术》和《电气控制技术》等专业课上经常需要进行电气控制设计电路实验和实训内容，需要一种多功能电工实训台。目前市场上虽然有这方面的教学实验装置，但一则实验实训内容和本校的教学内容不相吻合，二则价格比较昂贵，根据学校财力，即使少量购置，也无法满足正常的教学实训需求。为此，我们课题组研究，自行设计和制造了一种多功能电工实训台，结构简单，成本低廉，并以此配备了一个能满足一个教学班的正常教学和实训需求。经过一年多的实际运行，证明性能良好。它可以完成多种电工实训和电路实验项目，为专业教学工作带来极大的方便。自制教学设备应当受到重视和支持，通过这种自己研制活动，一来可以按学校实际情况设计制造出教学辅助设备，二来也可以锻炼和提高老师及学生的动手能力，另外还可以为学校节约大笔资金，一举多得。在这里，笔者愿意把我们的经验奉献给同行。

2、技术指标

2.1 电源输入。该实训台设有三相四线及地线输入接口，配有三相指示灯、漏电保护开关、电压相位转换开关，用电压表和电流表监测三相电源。并可在电路上使用示波器进行信号电压和波形检测。

2.2 电源输出。

2.2.1 三相四线输出接线插座"U、V、W、N、地"和三相四线插座"380V、3A"。

2.2.2 可调交流电源：交流输出电流0.5A，电压0～250V 连续可调，交流电压表和交流电流表指示。

2.2.3 可调交流电源：交流输出电流1A，电压分6、12、24、36V 四档可调，交流电压表和交流电流表指示。

2.2.4 直流可调稳压电源：电流3A，电压0～30V 连续可调，直流电压表和直流电流表指示。

2.2.5 直流可调稳压电源：电流0.5A，电压0～30V 连续可调，直流电压表和直流电流表指示。

2.2.6 直流稳压电源：电流0.5A，电压12V，直流电压、电流表指示。

2.2.7 直流稳压电源：电流0.5A，电压5V，直流电压、电流表指示。

2.2.8 单相交流市电输出：最大电流3A，供外接仪器设备使用。

2.3 函数信号发生器（正弦波、方波、三角波）。

2.3.1 频率范围：30HZ～100kHZ，由频率表直接读取，基本误差≤3％。

2.3.2 最大输出电压（负载为600_ 时）：正弦波：4.2V；方波：7.5VPP；三角波：12VPP。信号可用电压表和示波器指示。

2.3.3 三级衰减：0dB、-20dB、-40dB。

2.4 保护电路。

2.4.1 电源总开关（漏电断路器）：接在三相四线输入端，起三相或单相漏电、触电、过载保护用。漏电动作电流＜30mA。

2.4.2 总熔断器：三相输入熔断器UFU（3A）、VFU（3A）、WFU（3A）。

2.4.3 电源开关KK1，熔断器FU1（1A）：单相交流调压电源的控制开关。

2.4.4 电源开关KK2：低压交直流总开关；熔断器FU2（1A）：单相交流市电输出保护。

2.4.5 电源开关KK3，熔断器FU3（2A）：可调低压交流电源的控制开关。

2.4.6 低压直流稳压电源：全部采用过电压、过电流和过热保护集成电路。

3、电路原理

图1 

电路原理如图1 所示，三相四线交流电经输入接口进入电工实训台。接通电源总开关后，三相指示灯亮，相位指示灯亮，相电压表和线电压表同时指示相电压和线电压值，三相四线输出接线插座、插座和单相交流市电插座通电。若接通三相负载实验电路，可做三相负载星形联接的实验，利用三相四线输出接插座也可做三相负载的三角形联接的实验。转动电压相位转换开关，可实现线路的电压在线换相，利用三相四线输出接插座或三相四线插座可做三相电机的正反转实验。接通电源开关KK1 或低压电源总开关KK2 可完成相关的各类电工实验。

函数发生器由专用集成电路ICL8038、通用运算集成电路LF412 等元件组成，使用三端稳压器提供的±15V 电压供电。VR1为失真校正电位器，用于调整波形的失真。VR2 为最低频率调整电位器，使最低频率控制在20～40HZ 之间。VR3 为频率选择电位器，利用ZD1 和R1 产生的-2.5V 基准电压完成频率范围的扫描。运算放大器A1 是为改善函数集成电路ICL8038 内部恒流电路的性能而设置的。运算放大器A2 构成的缓冲放大器输出-7.5V 稳定电压，运算放大器A3 构成的积分电路对ICL8038输出的方波进行积分，当方波的占空比为50％时，积分器输出为零；反之，积分器通过ICL8038 的5 脚自动调整占空比，使占空比回到50％上来。运算放大器A4 是正弦波和三角波的电压放大器。VR4 用来调节输出电压。A5 构成闭环负反馈运算放大器，对输出具有稳压性，晶体管TR1 和TR2 构成电流缓冲放大器，使输出阻抗得以扩展，以保证输出的通用性。二极管D1 和D2 是为消除TR1 和TR2 的交越失真而设。电阻R2～R6 组成输出衰减器电路，以保证各级衰减电路的输出阻抗为600。

4、元件选择

电源总开关可选用额定电流6A、额定电压400V、额定剩余动作电流小于30mA 的产品，笔者用的是浙江德力西电器股份有限公司生产的DZ47LE 系列漏电断路器。电压转换开关选用的是上海精益开关厂生产的LW5 系列万能转换开关。调压器选用的是浙江天正集团有限公司生产的TDGC2J-1 型接触调压器，变压器选用的也是天正集团的BK-150 型控制变压器。各种规格的电压表和电流表选用的是8517 系列产品。调压稳压电路选用的是LM317H、MC7812T、MC7805T、MC7815T、MC7915T 等型号集成电路。函数信号发生器选用专用的集成电路ICL8038，它的工作频率范围宽，频率温度系数小，可进行高线性频率调整。运算放大器可选用LF412 或AD712 等通用型的高速运算放大器。并联调整稳压器ZD1 选用TL431，VR3 和VR4 选用线绕的多圈电位器，电流缓冲放大器选用对管2SC3419 和2SA1356，其它元器件无特殊要求。

5、安装调试

图 2 电工实训台

面板效果见图2，是厚度为2mm 的铝合金板，由厂家按设计规格来做，电工实训台采用木制，由学校木工按设计要求做作。

总装时，先把大器件安装到位，电源总开关的导轨和三相、单相插座的导轨都用构件固定，调压器也用构件固定。主干线路用1.5mm2 单股铜线布线，分支线路用1mm2 单股铜线布线。所有低压元器件都可以布置在一块PCB 板上。按照电路图的要求安装联接好电路后，即可通电调试。调试主要针对各电源输出情况，各电压表、电流表指示情况，各指示灯显示情况，各开关、各电位器调节是否正常等。一般情况下，按照图纸的要求安装，成功率是比较高的。

函数发生器电路的调整方法如下：

5.1 将VR3 置于中间位置。

5.2 用示波器观察正弦波，调整VR1 使波形最大限度接近正弦波。

5.3 确认占空比为50％。

5.4 把VR3 调至最大，确认方波的最高输出频率在100～150kHZ 之间。如果偏离太大，可调换定时电容CT。

5.5 把VR3 调到最小，确认最低输出频率在20～40HZ 之间。

5.6 观察各函数输出波形、电压及频率值，经衰减后的电压值是否准确，若不准确再做相应调整。