Онлайн Электрик > Электронная конференция «Электроэнергетика. Новые технологии»

Дата приоритета: 09.03.2012
Код ГРНТИ: 44.29.31
Сертификат участника: Скачать
Прислать статью

Проектирование виртуальной электротехнической лаборатории

Алюнов А.Н., Ковалева Т.А., Мунцева Н.М., Смирнова Е.В.
Вологодский государственный технический университет

     Использование электротехнической лаборатории (ЭТЛ) – это в первую очередь, проведение электроизмерений, испытаний и диагностики электротехнического оборудования. Целью нашей работы является проектирование виртуальной ЭТЛ, которая будет использоваться при обучении школьников, студентов, слушателей курсов повышения квалификации, а также помогать специалистам-практикам в своей работе.
     Используя виртуальную электротехническую лабораторию возможно произвести: электрические измерения; электрические испытания; проверку работы элементов системы электроснабжения; осмотр и диагностику элементов системы электроснабжения; сравнение электротехнических показателей с нормативными; рекомендацию по ремонту, обновлению и модернизации имеющегося оборудования; формирование протоколов и отчетов.
     Рассмотрим структурную схему виртуальной ЭТЛ (рис.1).
     1) Школьная электролаборатория. Разрабатываемое электронное средство обучения предназначено не только для школьных учителей физики при подготовке к урокам и проведении занятий по теме «Электричество», но и для учащихся, которые могут самостоятельно, на уроках и во внеучебное время, в школе и дома, получать знания и контролировать уровень своей подготовки. Школы с необорудованными классами также могут проводить эксперименты согласно программе.
     2) Студенческая электролаборатория. Студентам вузов и техникумов проще выполнять лабораторные работы на реальных стендах после ознакомления с компьютерным аналогом стенда. Такие стенды содержат виртуальные измерительные приборы, что позволяет измерять требуемые электротехнические характеристики. В состав каждого лабораторного стенда входят методические указания по проведению лабораторных работ.
     3) Производственная электролаборатория. Специалисты получают возможность подготовки к работе в реальных условиях эксплуатации, а также возможности моделирования различных режимов работы электрооборудования. Автоматизированное рабочее место инженера электротехнической лаборатории позволяет вести учет протоколов испытаний, измерений и хранить их в единой базе данных.

Рис. 1 – Структурная схема виртуальной ЭТЛ

     Более подробно рассмотрим элементы виртуальной электротехнической лаборатории, предназначенной для обучения студентов вузов и техникумов. К основным составляющим электротехнической лабораторной работы относят: базовую теорию; перечень возможных испытаний; оборудование, необходимое для проведения экспериментов; отчет о результатах опыта.
     На рис.2 представлена исходная схема действующего лабораторного стенда для исследования автоматических выключателей и их испытаний при наладке. Целью лабораторной работы является практическое изучение конструкций автоматических выключателей, исследование защитных характеристик комбинированных расцепителей, выбор автоматических выключателей и экспериментальная проверка правильности выбора.
     Студенту сначала предлагается выполнить работу в виртуальном режиме (на компьютерном аналоге лабораторного стенда).

Рис. 2 – Внешний вид лабораторного стенда

     Студент может ознакомиться с теоретическими положениями лабораторной работы, собрать виртуальную схему и в домашних условиях получить допуск к действующей электроустановке (стенду). Перечисленные возможности виртуальной ЭТЛ позволяют сократить время подготовки студента на выполнение работы в аудиторные часы, снизить риски повреждения электрооборудования от ошибок при выполнении работ.
     Отчет, формируемый программой, может содержать собранные схемы (рис. 2, 3) и измеренные времятоковые характеристики срабатывания выключателей (рис. 4), результаты подключения электродвигателя через исследуемый выключатель, а также вывод о пригодности автоматических выключателей к эксплуатации.
Рис. 3 – Схема испытания тепловых расцепителей автоматических выключателей (неполнофазный режим электродвигателя)
Рис. 4 – Защитные характеристики автоматических включателей

     Реализация проекта предполагает не только решение множества электротехнических и программно-инженерных задач, но и математических, а также графоаналитических. Например, электрические проводники будут выглядеть естественными и красивыми, если их отображение будет основано на кривых Безье (рис.5). Четыре опорные точки P0, P1, P2 и P3, заданные в 2-х или 3-мерном пространстве определяют форму кривой. Линия берет начало из точки P0, направляясь к P1, и заканчивается в точке P3, подходя к ней со стороны P2. В итоге кривая не проходит через точки P1 и P2, они лишь используются для указания ее направления.
Рис. 5 – Кривая Безье
Рис. 6 – Изображение электрического проводника в виртуальной ЭТЛ

     Длина отрезка между P0 и P1 определяет крутизну поворота кривой к P3. Для представления криволинейных форм электрических проводников (рис. 6) используются сплайны Безье, составленные из кубических кривых.
     Предполагается, что заинтересованные пользователи виртуальной электролаборатории не будут приобретать программу в собственность, внося плату за лицензию, а будут арендовать ее, получая доступ к приложению через веб-интерфейс по технологии SaaS. Из этой особенности следует тот факт, что потребители освобождаются от существенных инвестиций в программное обеспечение. Требуются лишь небольшие затраты на регистрацию и абонентские платежи.
     Выводы:
     1) Использование виртуальных аналогов школьных, студенческих и производственных электротехнических лабораторий открывает новые возможности в сфере дистанционного образования, а также позволяет повысить качество и безопасность проведения традиционных лабораторных практикумов;
     2) Применение технологии SaaS открывает новые возможности не только для разработчиков, но и для потребителей программного обеспечения.


Библиографическая ссылка на статью:
Алюнов А.Н., Ковалева Т.А., Мунцева Н.М., Смирнова Е.В. Проектирование виртуальной электротехнической лаборатории // Онлайн Электрик: Электроэнергетика. Новые технологии, 2012.–URL: /articles.php?id=2 (Дата обращения: 01.12.2021)

Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":
Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru