Geum.ru

Базовые инструментальные средства учебно-методического комплекса «основы электротехники»

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
базовые инструментальные средства

учебно-методического комплекса «основы электротехники»

Маслов С.И., д.т.н., профессор, Ю.В. Арбузов, к.т.н., с.н.с., Б.Р. Липай, к.т.н., доц.,

А.В. Берилов, Д.С. Грузков, В.Н. Стукалин

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)»

(ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)», г. Москва)

E-mail: MaslovSI@mpei.ru, тел. (095) 362-7053, факс (095) 362-8907


В традиционной системе образования принята практика использования большого количества учебно-методических материалов, которые разрабатываются каждым учебным заведением только для собственных учащихся. Нередко это оправдывается при подготовке специалистов, ориентированных на конкретную отрасль. В этом случае учебное оборудование может быть единичным и предназначаться для узкого круга учащихся. Если же речь идет об общей профессиональной подготовке, то требуется наличие большого количества однотипных экземпляров лабораторных стендов, обеспечивающих необходимое качество учебного процесса. В современных условиях предельно низкого финансирования образовательных учреждений это становится практически невыполнимой задачей.


Одним из путей решения указанной проблемы видится в создании сети распределенных образовательных ресурсов (в частности политехнической направленности) нового поколения с коллективным доступом многих учебных заведений к единым сертифицированным образовательным ресурсам по сети Интернет. Целесообразно данную сеть представить в виде единой Политехнической Интернет-Лаборатории (ПИЛаб). Основным отличием от уже существующих в большом количестве, как за рубежом, так и в России образовательных ресурсов гуманитарного направления, является необходимость объединения автоматизированных научно-технических комплексов, пригодных или специально созданных для использования в учебном процессе.


В докладе рассмотрен вариант реализации концепции ПИЛаб, базирующейся на универсальных инструментальных средствах, в виде учебно-методического комплекса, который может быть использован при организации учебного процесса по курсам «Основы электротехники», «Электрические машины», «Электропривод».


Анализ программ подготовки специалистов, в учебных планах которых есть подобные дисциплины, показал, что, учащимися изучаются электрические машины и электромеханические системы трех типов: асинхронные, синхронные и постоянного тока. Это определило объектный состав лабораторного стенда: соединенные общим валом машины этих трех типов. Можно отметить, что практически весь круг учебных задач не требует применения дорогостоящих специальных машин или машин большой мощности. Поэтому авторы (с учетом массогабаритных показателей) остановились на машинах с мощностями от 250 до 500 Вт (асинхронный двигатель серии АИС, машина постоянного тока серии СЛ). Используя свойство обратимости электромеханических преобразователей, две из трех машин могут работать как в двигательном, так и генераторном режиме.


Требования полной автономности с возможностью полноценного управления и взаимодействия по компьютерной сети, заложенные в концепции ПИЛаб, привели к необходимости создания нескольких специальных модулей. Так, был разработан универсальный многоканальный преобразователь частоты и напряжения с управлением параметров по сети Интернет, который обладает следующими характеристиками: питание – однофазное напряжение 220 В ±10%, 50 Гц ±5%; число независимых каналов – 4; максимальная выходная мощность каждого канала – не менее 500 ВА; диапазон изменения амплитуды выходного напряжения 0 – 320 В; стабильность поддержания частоты выходного напряжения – не менее 0,1%; взаимодействие с сервером стенда – по сети Ethernet. Полный состав характеристик преобразователя приведен в докладе.


Вторым устройством, необходимым для полноценного функционирования лабораторного комплекса является универсальное нагрузочное устройство, одной из особенностей которого является возможность рекуперации энергии в балластную нагрузку. Основные характеристики блока: выходное напряжение преобразователя – трехфазное до 350 В/постоянное до 250 В; максимальная мощность, рассеиваемая блоком электронной нагрузки – до 500 Вт.


Третьим устройством является электронный блок коммутации силовых агрегатов. В его задачи входит автоматическое подключение универсального многоканального преобразователя частоты и напряжения к одной из выбираемых электрических машин. Основными характеристиками данного блока являются: соотношение входные каналы/выходные каналы – 3/9; максимальный ток одного канала – до 8 А; максимальное напряжения по каждому каналу – до 600 В (с возможностью увеличения до 1000 В).


Благодаря использованию маломощных (до 1 кВт) устройств удалось разместить все необходимые инструментальные компоненты учебно-методического комплекса в одной приборной стойке, выполненной по Евростандарту с габаритами 60х140х85 см. Пропускная способность комплекса составляет порядка 750 экспериментов по индивидуальным заданиям за 2 академических часа (при подключении по локальной сети).


Авторы успешно испытали созданное оборудование (в том числе и из региональных ВУЗов) и смогли на практике убедиться в возможности решения практически любых учебных задач, которые могут быть поставлены в рамках учебных программ по профильным дисциплинам направления «Электротехника, электромеханика и электротехнология». Это позволяет уверенно говорить о потенциальной заинтересованности средних специальных и высших учебных заведений в эксплуатации подобных комплексов, которые обладают расширенными функциональными возможностями при многократно меньших затратах на создание и эксплуатацию по сравнению с традиционным лабораторным оборудованием.


Основное содержание доклада представляет результаты разработки концепции и универсальных инструментальных средств ПИЛаб и ее реализации в виде комплекта типового оборудования для учебно-методического комплекса по изучению свойств и основных характеристик электрическим машин и электромеханических систем различного назначения.