УЧЕБНЫЙ СТОЛ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Полезная модель относится к области учебной техники, в частности к столам и напольным стендам для проведения практических работ по профессиональному изучению основ электробезопасности и правил эксплуатации электроустановок, а также по монтажу бытовых и промышленных электрических цепей.
Известен учебный стенд, содержащий вертикальную раму с опорой и установленные в раме аппаратные модули, а также размещенный под рамой и прикрепленный к опоре контейнер для хранения принадлежностей (см. свидетельство на полезную модель RU №68748, Кл. G09В 23/18, oп. в 2007 году). Установленные в вертикальной раме наборные модули позволяют монтировать только определенное количество электротехнических схем в соответствии с предусмотренным в задании перечнем элементов, находящихся в вертикальной раме. К недостаткам известного стенда относятся невысокие демонстрационные возможности, отсутствие контрольных электрических приборов.
Известен компактный переносной лабораторный стенд по электротехнике, содержащий наборное поле с пассивными и активными элементами, электронные блоки и измерительные приборы, при этом наборное поле выполнено из листового изоляционного материала с лицевым покрытием, содержит снаружи металлические гнездовые контакты и чертежи электрических элементов и схем цепей, укрепленных с внутренней стороны наборного поля, и включает в себя панель линейных и нелинейных цепей постоянного тока с двумя регуляторами источников постоянного напряжения и линейными и нелинейными резисторами, панель пассивных и активных цепей переменного тока с индуктивностями, конденсаторами, резисторами, магнитно-связанными индуктивностями, операционным усилителем, гнездами входных и выходных сигналов, панель длинной линии с отводами и набором нагрузок, панель функционального генератора с сигнальными гнездовыми контактами, переключателями режимов и регулировками, панель трехфазной цепи с выходами источников трехфазных напряжений и комплексными фазными нагрузками, панель выпрямителя с диодами, индуктивностью на ферромагнитном сердечнике, конденсаторами и резистором, панель частотомера с цифровой шкалой, панель фазометра с сигнальными гнездовыми контактами, цифровой шкалой и регулировками, причем электронные блоки расположены внутри корпуса чемодана и включают в себя блок функционального генератора, блок генератора трехфазного напряжения, блок частотомера, блок фазометра, комбинированный блок источников постоянных напряжений, при этом вход блока частотомера связан с выходом блока функционального генератора, регуляторы источников постоянных напряжений панели линейных и нелинейных цепей постоянного тока подключены к комбинированному блоку источников постоянных напряжений, блок функционального генератора, блок генератора трехфазного напряжения, блок частотомера и блок фазометра подключены цепями питания к комбинированному блоку источников постоянных напряжений, сигнальные контакты функционального генератора, фазометра, генератора трехфазных напряжений и комбинированного блока источников постоянных напряжений подключены соединительными проводниками к пассивным и активным цепям наборного поля, причем электрические параметры элементов наборного поля, блока функционального генератора, блока генератора, трехфазного напряжения, комбинированного блока источников постоянных напряжений взаимосвязаны и в качестве электрических элементов применены миниатюрные низковольтные и слаботочные электронные компоненты (см. свидетельство на полезную модель RU №53056, Кл. С09В 25/00, oп. в 2006 году). Фиксированное расположение всех узлов и деталей ограничивает учебные и демонстрационные возможности стенда. Отсутствие дистанционного контроля со стороны преподавателя не дает возможности оперативно осуществлять учебный процесс.
Известен набор настольных учебных модулей по электротехнике и электронике, содержащий панель с пассивными и активными элементами, электронные блоки, гнездовые контакты и измерительные приборы (см. патент DE №10 2007029037, Кл. G09В 23/18, oп. в 2008 г.). Модули в этом наборе компактно расположены в переносном ящике и предназначены для обучения нескольких человек одновременно. Однако набору присущи те же недостатки, что и предыдущему техническому решению.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является учебный стол, содержащий основание на ножках, поворотную столешницу и средства для размещения учебных пособий, выполненные с возможностью перемещения и фиксации (см. авт. свид. SU №1757619, Кл. А47В 17/06, oп. в 1992 г.). Это техническое решение представляет собой металлический стол сварной конструкции с установленной на ножках осью, вокруг которой поворачивается четырехплоскостная столешница, при этом один из элементов столешницы выполнен в виде перфорированной рамы. Учебный стол предназначен для работы на нем одного ученика. Недостатками известного учебного стола являются: громоздкость конструкции стола, сложность фиксации столешницы в заданном положении, наличие ограниченного числа аппаратных модулей, отсутствие блоков питания, контрольно-измерительных приборов, емкостей для хранения применяемых при монтаже электрических схем приборов и проводов, невозможность одновременного обучения на одном учебном столе основам электротехники более одного человека.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи расширения функциональных возможностей учебного стола для изучения основ эксплуатации электроустановок при увеличении наглядности и электробезопасности проводимых лабораторных занятий и повышении эффективности обучения при приобретении профессиональных навыков и контроля учебного процесса преподавателем, при увеличении номенклатуры учебного оборудования, быстро заменяемого в процессе обучения.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в учебном столе для изучения основ эксплуатации электроустановок, содержащем набор имитаторов оборудования электроустановок, блок питания, комплект проводов, две задние большие и две передние малые профильные стойки с закрепленными на них болтовыми соединениями рамой и столешницей, при этом профильные стойки выполнены с пазами, имеющими отбортовки, а болтовые соединения снабжены гайками прямоугольной формы, причем блок питания расположен между задними большими профильными стойками, связанными посредством болтовых соединений тремя перекладинами Н-образного профиля, обращенными нишами друг к другу, при этом пазы с отбортовками профильных стоек предназначены для размещения гаек прямоугольной формы болтовых соединений рамы, перекладин и блоков, а набор имитаторов оборудования электроустановок включает плоские сменные блоки, выполненные в виде параллелепипедов с рабочей лицевой панелью, свободно установленные в ниши, образованные полками Н-образного профиля перекладин, причем часть проводов снабжена электробезопасными штекерами, а блок питания и плоские сменные блоки снабжены электробезопасными контактами, при этом электробезопасный штекер включает электропроводящий стержень круглого сечения с пластиковой заглушкой на конце, расположенный в пластиковом цилиндрическом гнезде, при этом другой конец электропроводящего стержня связан с металлическим гнездом, вмонтированным в стенки пластикового трубчатого гнезда на безопасном расстоянии от его края, причем трубчатое гнездо расположено в пластиковом стакане с зазором между их стенками, при этом внешние размеры стержня совпадают с внутренними размерами трубчатого гнезда, причем внешние размеры трубчатого гнезда совпадают с внутренними размерами цилиндрического гнезда, а внешние размеры цилиндрического гнезда совпадают с внутренними размерами пластикового стакана. Стол снабжен выдвижными ящиками, расположенными либо в средней части стола под столешницей один над другим, либо на всю ширину столешницы в один ряд.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг.1 изображен учебный стол для изучения основ эксплуатации электроустановок, вид спереди. На фиг.2 - фрагмент сборки электрической схемы и подключения питания. На фиг.3 - профиль стойки в сечении. На фиг.4 - фрагмент крепления перекладины к стойке посредством болтового соединения с гайкой прямоугольной формы. На фиг.5 - электробезопасный штекер в сечении. На фиг.6 - провод с вилкообразной клеммой. На фиг.7 - профиль перекладин в сечении.
Учебный стол для изучения основ эксплуатации электроустановок имеет модульную конструкцию и включает две большие задние профильные стойки 1 и две малые передние профильные стойки 2, закрепленную на стойках 1 и 2 раму 3 со столешницей 4. Снизу на раме 3 в направляющих 5 установлены выдвижные ящики 6. Расположенные позади столешницы 4 большие профильные стойки 1 связаны между собой тремя перекладинами 7, 8 и 9. Перекладины 7, 8 и 9 выполнены Н-образного профиля и обращены нишами, образованными полками 10 Н-образного профиля навстречу друг другу. Между большими стойками 2 под перекладиной 9 расположен блок 11 питания, установленный выше уровня столешницы 4. Блок 11 питания подключен к сети переменного и постоянного тока и имеет функции защиты от короткого замыкания и перегрузки с автоматическим самовосстанавливающимся предохранителем со световой и звуковой сигнализацией. Блок 11 питания оборудован автоматическим выключателем 12 с контролем короткого замыкания, токов утечки, перегрузки и т.п. и имитирует работу шести видов питающих систем:
1. Нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.
2. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении.
3. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении.
4. Функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания.
5. Нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.
6. Нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.
В нишах, образованных полками 10 Н-образного профиля перекладин 7, 8 и 9, установлены плоские сменные блоки 13 и 14 набора имитаторов оборудования электроустановок (см. фиг.7), обращенные рабочей лицевой панелью 15 к пользователю. Сменные блоки 13 и 14 выполнены в виде узких и широких параллелепипедов с рабочей лицевой панелью 15. Ширина узких параллелепипедов блоков 14 кратна двойной ширине широких параллелепипедов блоков 13. Такое выполнение блоков 13 и 14 обеспечивает унификацию размеров взаимозаменяемых блоков 13 и 14 и экономное использование монтажного пространства, образованного перекладинами 7, 8 и 9. На панели 15 расположены условные обозначения находящихся внутри блоков 13 и 14 элементов электрической цепи и их выходные электробезопасные контакты 16. Сменные блоки 13 и 14 набора имитаторов оборудования электроустановок предназначены для изучения поведения элементов электрической цепи, находящейся под напряжением в различных режимах. В данном учебном столе сменными блоками 13 и 14 имитируются работа следующих элементов электрической цепи: синхронных и асинхронных электродвигателей, стабилизаторов и выпрямителей электрического тока и напряжения, срабатывание реле переключателей и тепловых реле, пускателей тока, измерение падения напряжения в зависимости от сопротивления электрической цепи и напряжения пробоя, электроемкости электрических цепей, линейных элементов электрических цепей (конденсаторов и резисторов) и других элементов электроустановок.
Ящики 6 снабжены ручками 17 и замками 18 и предназначены для хранения дополнительного оборудования, в том числе для комплекта сменных проводов 19, которыми оснащен каждый учебный стол для изучения основ эксплуатации электроустановок.
Изображенный на фиг.2 фрагмент сборки электрической схемы и подключения питания включает установленные в нишах, образованных полками 10 Н-образного профиля перекладин 7, 8 и 9, сменные блоки 13 и 14, на панели 15 которых расположены условные обозначения и выходные электробезопасные контакты 16. Под нижней перекладиной 9 расположен блок 11 питания, оборудованный автоматическим выключателем 12 с контролем короткого замыкания, токов утечки, перегрузки и имитаторами работы шести видов питающих систем с выключателями 20. Контакты 16 блоков 12 связаны с контактами 16 блока 11 питания проводами 19 с электробезопасными штекерами 21. Часть проводов 19 оснащена вилкообразными клеммами 22. Каждый электробезопасный штекер 21 и каждый электробезопасный контакт 16 имеют определенный цвет в зависимости от назначения, причем цвет контактов 16 совпадает с цветом штекеров 21, для соединения с которыми они предназначены.
Провода 19 имеют многожильную металлическую основу 23 в электробезопасной оплетке 24. часть проводов 19 имеют вилкообразные клеммы 22, часть проводов 19 оснащены электробезопасными штекерами 21. Часть проводов 19 имеет на одном конце клемму 22, а на другом конце штекер 21. Вилкообразная клемма 22 закреплена на оплетке 24 провода 19 посредством электробезопасного зажима 25. Электробезопасный штекер 21 включает электропроводящий стержень 26 круглого сечения с пластиковой заглушкой 27, вставляемой в выемку 28 на свободном конце стержня 26, расположенный в пластиковом цилиндрическом гнезде 29. Другой конец металлического стержня 26 связан с металлическим гнездом 30, вмонтированным в стенки пластикового трубчатого гнезда 31 на безопасном расстоянии от наружного края гнезда 31. Трубчатое гнездо 31 в свою очередь расположено в пластиковом стакане 32 с зазором 33 между стенками. Провод 19 своей многожильной металлической основой 23 связан жестким соединением 34 с электропроводящим стержнем 26. Внешние размеры стержня 26 совпадают с внутренними размерами гнезда 30, при этом внешние размеры гнезда 30 совпадают с внутренними размерами гнезда 29, а внешние размеры гнезда 29 совпадают с внутренними размерами стакана 32. Электробезопасные контакты 16 имеют конструкцию, аналогичную стакану 32 с гнездами 30 и 31. Такая конструкция штекеров 21 и контактов 16 позволяет надежно фиксировать штекер 21 внутри контакта 16, а также вставлять в стакан 32 одного штекера 21 стрежень 25 другого штекера 21 в случаях, когда надо подключить два штекера 21 к одному контакту 16.
Большие профильные стойки 1 и малые профильные стойки 2 имеют в сечении форму, изображенную на фиг.3. Каждая стойка 1 и 2 имеет несколько пазов 35 с отбортовками 36 по всему периметру. Пазы 35 с отбортовками 36 предназначены для размещения гаек 37 прямоугольной формы болтового соединения, которое включает болты 38 с шляпками 39. Болты 38 с гайками 37 используют для установки элементов рамы 3 на стойках 1 и 2, и крепления перекладин 7, 8 и 9, сменных блоков 13 и 14 и блока 11 питания на стойках 1.
Учебный стол для изучения основ эксплуатации электроустановок монтируют следующим образом. Раму 3 фиксируют посредством болтовых соединений с прямоугольными гайками 37 в пазах 35 малых 2, а затем больших 1 профильных стоек. На раме 3 снизу устанавливают направляющие 5 выдвижных ящиков 6. Затем между стойками 1 над рамой 3 выше удвоенной толщины столешницы 4 аналогичным образом закрепляют блок 11 питания. Устанавливают столешницу 4 на раму 3 и фиксируют шурупами. Перекладину 9 крепят на стойках 1 над блоком 11 таким образом, чтобы ниши, образованные полками 10 Н-образного профиля были ориентированы вверх и вниз. После установки нижней перекладины 9 на стойках 1 аналогичным образом закрепляют верхнюю и среднюю перекладины 7 и 8. Высоту установки перекладин 7 и 8 выбирают из условия возможности свободного вертикального размещения между ними в нишах, образованных полками 10, сменных блоков 13 и 14. На верхние торцы стоек 1 устанавливают заглушки (на рисунке не показано). Такая конструкция стола обеспечивает удобство и наглядность проведения лабораторных и практических занятий за счет компактно расположенных сменных блоков 13 и 14 и блока 11 питания. Схема электроснабжения учебного стола предусматривает аварийное отключение электропитания с рабочего стола преподавателя, а каждый стол оборудован автоматическим выключателем 12 с контролем короткого замыкания, токов утечки, перегрузки и т.п., расположенным на блоке 11 питания.
На практических занятиях для проведения исследований с различными электрическими схемами и электроустановками учащиеся используют элементы набора имитаторов оборудования электроустановок, представленные сменными блоками 13 и 14. Затем учащиеся соединяют проводами 19 с электробезопасными штекерами 21 или клеммами 22 электробезопасные контакты 16 на выбранных в соответствии с заданием преподавателя блоках 13 или 14, имитирующих оборудование электроустановок, с электробезопасными контактами 16, расположенными на блоке 11 питания в зоне, соответствующей заданию. Наличие электробезопасных штекеров 21 и электробезопасных контактов 16 обеспечивает требования техники безопасности при обучении и исключает случайное попадание учащегося под напряжение. При этом штекеры 21 легко входят в контакты 16 и легко вынимаются из них. Таким же легким способом можно вставить один штекер 21 в стакан 32 другого штекера 21.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей учебного стола для изучения основ эксплуатации электроустановок при увеличении наглядности и электробезопасности проводимых лабораторных занятий и повышении эффективности обучения при приобретении профессиональных навыков и контроля учебного процесса преподавателем, при увеличении номенклатуры учебного оборудования, быстро заменяемого в процессе обучения.