摘 要：實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室電源總控制臺(tái)設(shè)計(jì)是針對(duì)職業(yè)院校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理、提高教學(xué)有效性的重要課題。筆者根據(jù)某校實(shí)訓(xùn)室設(shè)備的配置要求，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款基于多種保護(hù)一體，監(jiān)控送電、用電，集中控制的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備總控臺(tái)。實(shí)踐證明，這款基于安全可靠的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室電源總控臺(tái)適宜在同類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室中推廣應(yīng)用。本文就基于安全可靠的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室電源總控臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室 電源總控臺(tái) 安全防護(hù)

如何管理好不斷增加的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，使其充分發(fā)揮良好的教學(xué)效果，是職業(yè)院校管理者和教師值得研究的重要課題。在職業(yè)院校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)中，電源總控臺(tái)的設(shè)計(jì)是建設(shè)中的難題，因?yàn)橐话銓?shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備制造廠不提供電源總控臺(tái)，然而，電源總控臺(tái)在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中起著重要作用，是安全、有效實(shí)施教學(xué)的重要保障。

據(jù)調(diào)查，目前職業(yè)院校的電源總控臺(tái)大致分兩種情況：一是沒有專門的電源總控臺(tái)，以裝在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室墻上的配電箱代替，只起到電源引入作用，教師難以監(jiān)控學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)上的用電情況，存在著嚴(yán)重的安全隱患，觸電事故時(shí)有發(fā)生。二是部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室雖然裝有獨(dú)立的電源總控臺(tái)，但沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)進(jìn)行單獨(dú)控制或分路控制，沒有對(duì)線路的短路、過載、漏電等原因引起的故障進(jìn)行綜合保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)很不完善。下面筆者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款安全可靠的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室總控臺(tái)，供同行分享。

一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求

學(xué)校電工電子實(shí)訓(xùn)中心新建一個(gè)電氣控制綜合實(shí)訓(xùn)室，已從某教儀公司購(gòu)買實(shí)訓(xùn)操作設(shè)備28臺(tái)，56個(gè)操作工位，但無電源總控制臺(tái)，技術(shù)參數(shù)要求如下。

1.電源輸入

三相五線供電AC 380V ±10% 50Hz，最大進(jìn)線電流：60A（阻性負(fù)載）。

2.電源輸出

每路輸出為三相五線供電AC 380V ±10% 50Hz，共28路，每路最大出線電流：2A（阻性負(fù)載）。

二、設(shè)計(jì)方案

1.設(shè)計(jì)思路

首先要考慮供電電壓，本實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)有的設(shè)備需要220V供電，而有的需要380V供電，另一方面還要考慮電源負(fù)荷大小，這是電源接線時(shí)必須考慮的因素之一，以免影響儀器設(shè)備的正常使用。另外，在設(shè)計(jì)上必須考慮到安全可靠、工作穩(wěn)定、操作方便、交互性強(qiáng)。所以本設(shè)計(jì)采用三相五線制供電，保護(hù)接零可靠，有急停保護(hù)開關(guān)，短路保護(hù)，欠壓、失壓保護(hù)，漏電保護(hù)等多功能保護(hù)系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中的送電和用電情況，采用橋架走線，為避免不同負(fù)載之間的互相干擾，電源線分管敷設(shè)?？刂坡窋?shù)要考慮設(shè)計(jì)余量，根據(jù)需要增加到30路。

2.控制線路設(shè)計(jì)

基于上述設(shè)計(jì)理念和技術(shù)要求，線路如圖1所示，其工作原理如下。

（1）供電控制。該電源控制平臺(tái)只要有380V電壓進(jìn)入，則三個(gè)電壓表就會(huì)顯示進(jìn)來的電壓值，如果三相壓正常，則允許送電。合上電源總開關(guān)ZRCD1，則整個(gè)系統(tǒng)可以啟動(dòng)，按下啟動(dòng)按鈕SB2，則控制整個(gè)系統(tǒng)工作的交流接觸器KM得電吸合并自鎖，此時(shí)三相電源指示燈HL1、HL2和HL3點(diǎn)亮；合上控制系統(tǒng)控制電源總漏電保護(hù)開關(guān)ZRCD2，單相電源指示燈HL4點(diǎn)亮，控制30路工作臺(tái)允許接通電路。此時(shí)，若1號(hào)工作臺(tái)需要供電，則旋轉(zhuǎn)SA1處“開”狀態(tài)，交流接器KM1得電吸合，KM1主觸點(diǎn)閉合，將電源送到1號(hào)工作臺(tái)，同時(shí)紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，代表送電正常，如果1號(hào)工作臺(tái)要用電，則推上1號(hào)工作臺(tái)上的漏電開關(guān)FZCD1即可，此時(shí)，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，代表1號(hào)工作臺(tái)已經(jīng)合上FZCD1了，表明1號(hào)工作臺(tái)正在用電。其余29路工作原理與此相同。

（2）斷電及保護(hù)控制。當(dāng)需要切斷1號(hào)工作臺(tái)的電源時(shí)，只要在電源總控臺(tái)上將旋鈕SA1處“斷”狀態(tài)，交流接器KM1失電釋放，KM1主觸點(diǎn)斷開，1號(hào)工作臺(tái)斷電，同時(shí)紅色發(fā)光二極管熄滅，代表停止送電，其余29路原理相同。當(dāng)某工作臺(tái)上用電出現(xiàn)故障，則可以直接按下急停開關(guān)，交流接觸器KM失電釋放，所有的工作臺(tái)斷電，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。當(dāng)電壓不吸或然后停電時(shí)，接觸器KM則斷電釋放，可以起到欠壓和失壓保護(hù)。本電源總控臺(tái)裝有總的漏電保護(hù)開關(guān)，當(dāng)某工作臺(tái)上發(fā)生短路、觸電或其他漏電情況，萬(wàn)一工作臺(tái)上的漏電開關(guān)拒動(dòng)，則總的漏電開關(guān)ZRCD1自動(dòng)跳開，防止短路、觸電事故的發(fā)生，可起到后備保護(hù)，如果總控臺(tái)上單相控制電路發(fā)生短路、觸電或其他漏電情況，則單相漏電開關(guān)ZRCD2自動(dòng)跳開，同樣可防止短路、觸電事故的發(fā)生。

3.控制臺(tái)面板設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室總控臺(tái)使用了30個(gè)旋鈕，30個(gè)紅色發(fā)光二極管，30個(gè)綠色發(fā)光二極管，2個(gè)漏電保護(hù)器，4個(gè)電源指示燈，3個(gè)電壓表，1個(gè)啟動(dòng)按鈕，1個(gè)急停按鈕，本控制臺(tái)面板布置框圖，如圖2所示。

4.控制臺(tái)側(cè)面板設(shè)計(jì)

為方便連接多媒體等設(shè)備，進(jìn)行設(shè)備測(cè)試和檢修，在控制臺(tái)的側(cè)面還裝有三個(gè)單相三孔插座，一個(gè)三相四孔插座，如圖3所示。

5.保護(hù)接地（零）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室的接地一般分為工作接地、保護(hù)接地（保護(hù)接零）、防雷接地和防靜電接地四種。工作接地是指保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定工作以及交流和直流電源系統(tǒng)提供的接地，要求三相變壓器輸出繞組接成星形接法，其中性點(diǎn)直接接地來實(shí)現(xiàn)；保護(hù)接地（或接零）是為保障人身及設(shè)備安全而設(shè)置的接地或接零，在絕緣損壞或漏電等故障條件下才發(fā)生作用，要求實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備或電源總控臺(tái)的金屬外殼與接地樁或保護(hù)零線有良好的電氣連接，如果與專用接地樁連接叫保護(hù)接地，與保護(hù)零線連接叫保護(hù)接零，三相五線制供電有專用保護(hù)零線；防雷接地是為保證建筑物防雷裝置可靠工作而設(shè)置的接地；防靜電接地是為防護(hù)靜電、防護(hù)電磁干擾等的接電。根據(jù)《科學(xué)實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》和本實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)控制臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注在保護(hù)接零的設(shè)計(jì)和施工上，要確保每一個(gè)工作臺(tái)上設(shè)備和電源總控臺(tái)的接地電阻小于4Ω，采用TN-S配電方式，分別設(shè)置零線和保護(hù)接地的匯流排，即零排和地排，并標(biāo)志清晰，各工作臺(tái)的保護(hù)接零線要并聯(lián)連接于地排上，并要求專用保護(hù)零線（PE線）與地排必須可靠相聯(lián)，導(dǎo)線采用黃綠相間的多股銅芯線，線徑一般要求與相線一致，壓接線要采用“O”形的接線鼻子，以防脫落，排列整齊，連接牢固。

6.主要元器件規(guī)格選擇

參照《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB14048.5-2008）等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合市場(chǎng)產(chǎn)品的可靠性和性價(jià)比，選擇本電源總控臺(tái)的主要元器件，主要元器件的型號(hào)和規(guī)格見表1。

三、效果評(píng)價(jià)

1.主要優(yōu)點(diǎn)

（1）安全可靠、操作方便，采用三相五線制供電，緊急停止控制、具有短路保護(hù)，欠壓、失壓保護(hù)，漏電保護(hù)。采用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行各工作臺(tái)控制，并帶有送電指示和用電指示，交互性強(qiáng)。

（2）安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，采用交流接觸器集中遠(yuǎn)程控制，設(shè)置端子排，引出線接線簡(jiǎn)單、檢查容易。

（3）監(jiān)視清晰、觀察方便，采用三個(gè)電壓表對(duì)供電線路的三相電壓分別進(jìn)行測(cè)量，能夠分別對(duì)各電路的電壓進(jìn)行觀測(cè)。

（4）性能穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)，采用1.5mm、2截面以上銅導(dǎo)線直接連接到工作臺(tái)，沒有弱電部分，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

（5）按需連接、靈活組合，由多組分控臺(tái)組合，各組分控臺(tái)與總電源控制組采用航空插進(jìn)行連接，適合實(shí)驗(yàn)室使用。

2.缺點(diǎn)及改進(jìn)思路

本電源總控制臺(tái)只適用于教師在講授時(shí)都切斷學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的電源，當(dāng)學(xué)生連好電路經(jīng)教師檢查無誤才給學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)供電情況。但是當(dāng)教師指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)較多時(shí)，則難以有效組織，教師不得不頻繁往返于學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)和總控臺(tái)之間，增加了教師的工作負(fù)擔(dān)。今后考慮用遠(yuǎn)程遙控和智能集成控制的設(shè)計(jì)加以完善。

經(jīng)過筆者單位三年的使用證明，這是一款安全可靠的多功能實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室電源總控臺(tái)，非常適用各類學(xué)校、特別是職業(yè)院校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)的電源總控制及保護(hù)，也適用于企業(yè)有多個(gè)操作臺(tái)的電源總控與保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賴珍明.關(guān)于職業(yè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室電源控制改造方案[J].職業(yè)技術(shù)教育研究，2012（8）.

[2]吳臻，胡建明.淺論中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理中的安全防護(hù)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2013（4）.

（作者單位：杭州市蕭山區(qū)高級(jí)技工學(xué)校）