УЧЕБНЫЙ СТОЛ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ С ПРОФИЛЬНЫМИ СТОЙКАМИ

Полезная модель относится к области учебной техники, в частности к столам и напольным стендам для проведения практических работ по электромонтажу электрических схем при обучении, например, при подготовке электромонтажников и электромонтеров.
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. G09В 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 на столе приборов и проводов, невозможность одновременного обучения на одном учебном столе основам электротехники более одного человека.
Производители учебных пособий по электротехнике предлагают использовать готовые модули, в которых уже смонтированы элементы электрических цепей. В этом случае учащимся остается только соединить их клеммы проводами. Такой подход оправдан, когда речь идет об обучении теории электрических цепей, но недостаточен для наработки практических навыков работы с электроустановочными изделиями.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи расширения функциональных возможностей учебного стола по электротехнике при увеличении наглядности и электробезопасности проводимых лабораторных занятий и повышении эффективности обучения 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 по электротехнике, 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, большие стойки связаны перекладинами посредством болтовых соединений и снабжены двумя съемными перфорированными панелями с зацепами, свободно установленными на перекладинах, а блок питания расположен между большими стойками в их нижней зоне, причем часть проводов снабжена электробезопасными штекерами, а блок питания снабжен электробезопасными контактами, при этом стол снабжен наборами монтажных клипс и крепежных элементов для размещения в отверстиях перфорированных панелей. Учебный стол снабжен блоком измерительных приборов для контроля параметров испытуемых электрических схем, расположенным между большими стойками над верхней перекладиной, причем блок измерительных приборов снабжен электробезопасными контактами. Учебный стол снабжен выдвижными ящиками, расположенными либо в средней части стола под столешницей один над другим, либо на всю ширину столешницы в один ряд. Профильные стойки выполнены с пазами, имеющими отбортовки, а болтовые соединения снабжены гайками прямоугольной формы, при этом пазы с отбортовками профильных стоек предназначены для размещения гаек прямоугольной формы болтовых соединений рамы, перекладин и блоков. Отверстия перфорированных съемных панелей имеют либо квадратную, либо прямоугольную, либо круглую, либо овальную, либо треугольную форму. 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. Учебный стол выполнен модульным с возможностью механического соединения в один ряд нескольких учебных столов посредством больших и малых профильных стоек. Монтажные клипсы выполнены пластиковыми. Учебный стол снабжен дополнительными съемными перфорированными панелями.
Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображен учебный стол по электротехнике с блоком питания и двумя перфорированными панелями, вид спереди. На фиг.2 - учебный стол по электротехнике с блоком питания, блоком измерительных приборов и двумя перфорированными панелями, вид спереди. На фиг.3 - фрагмент сборки электрической схемы и подключения питания. На фиг.4 - профиль стойки в сечении. На фиг.5 - фрагмент крепления перекладины к стойке посредством болтового соединения с гайкой прямоугольной формы. На фиг.6 - перфорированная панель в сечении. На фиг.7 - фрагмент перфорированной панели с отверстиями прямоугольной формы. На фиг.8 - фрагмент перфорированной панели с отверстиями круглой формы. На фиг.9 - фрагмент перфорированной панели с отверстиями треугольной формы. На фиг.10 - фрагмент перфорированной панели с отверстиями овальной формы. На фиг.11 - электробезопасный штекер в сечении. На фиг.12 - провод с вилкообразной клеммой. На фиг.13 - клипса, вид спереди. На фиг.14 - клипса, вид сверху. На фиг.15 - клипса, вид сбоку. На фиг.16 - фрагмент сочлененных учебных столов.
Учебный стол по электротехнике имеет модульную конструкцию, включает набор имитаторов оборудования (учебных элементов) электроустановок и предназначен для одновременного обучения двух человек путем сборки и тестирования цепей переменного и постоянного электрического тока. Учебный стол по электротехнике 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 перекладинами 7 и 8. Между большими стойками 2 под перекладиной 8 расположен блок 9 питания, установленный выше уровня столешницы 4. Блок питания 9 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. На перекладинах 7 и 8 установлены съемные перфорированные панели 10 посредством зацепов 11. Конструкция учебного стола предусматривает возможность установки над перфорированными панелями 10 блока 12 измерительных приборов для контроля параметров испытуемых электрических схем (см. фиг.2). Блок 12 включает вольтметр, амперметр, однофазный и трехфазный ваттметры, измеритель коэффициента мощности, измеритель частоты сети переменного тока, счетчик электрической энергии и другие контрольно-измерительные приборы. Учебный стол комплектуется несколькими дополнительными съемными перфорированными панелями 10. Ящики 6 снабжены ручками 13 и замками 14 и предназначены для хранения дополнительного оборудования.
Изображенный на фиг.3 фрагмент сборки электрической схемы и подключения питания включает имитаторы оборудования электроустановок, закрепленные на съемной перфорированной панели 10: связанные между собой пакетные выключатели 15 и 16, распределительную коробку 17, патроны 18 для электрических ламп и бытовой двухклавишный выключатель 19. Эти элементы связаны между собой проводами 20 с вилкообразной клеммой 21. Выходы пакетного выключателя 16 связаны проводами 22, имеющими на противоположном от выключателя 16 конце электробезопасный штекер 23, с панелью блока 9 питания. Каждый штекер 23 имеет определенный цвет в зависимости от назначения. Блок 9 питания содержит круглые электробезопасные контакты 24 для штекеров 23, причем цвет контактов 24 совпадает с цветом штекеров 23, для соединения с которыми они предназначены. Контакт 25 заземления перфорированной панели 10 связан проводом 26 с контактом заземления 27. На блоке 9 питания расположен общий выключатель 28.
Большие профильные стойки 1 и малые профильные стойки 2 имеют в сечении форму, изображенную на фиг.4. Каждая стойка 1 и 2 имеет несколько пазов 29 с отбортовками 30 по всему периметру. Пазы 29 с отбортовками 30 предназначены для размещения гаек 31 прямоугольной формы болтового соединения, которое включает болты 32 с шляпками 33. Болты 32 с гайками 31 используют для установки элементов рамы 3, перекладин 7 и 8, блоков 9 и 12 на стойках 1 и 2.
Отверстия 34 перфорированных панелей 10 могут быть выполнены разной формы (см. фиг.7, 8, 9, 10) в зависимости от технологии изготовления панелей и материала, который для этого используют. Отверстия 34 могут быть квадратной, прямоугольной, круглой, треугольной, овальной и другой формы. Основное требование к ним заключается в том, что размеры отверстий 34 перфорации должны быть сопоставимы с размерами монтажных пластиковых клипс 35, а отверстия 36 в клипсе 35 должны быть сопоставимы с размерами крепежных винтов. Клипса 35, изображенная на фиг.13, 14 и 15, предназначена для крепления деталей на панелях 10, имеющих отверстия 34 прямоугольной формы, посредством крепежных винтов, закручиваемых в отверстие 36 клипсы 35. Клипса 35 имеет на задней стенке две продольные полки 37, расположенные с двух сторон от отверстия 36 и предназначенные для фиксации клипсы 35 в отверстии 34 панели 10. Клипса 35 может быть выполнена из пластика, полиуретана или другого материала с подобными свойствами. Ее форма соответствует форме отверстия 34 на панели 10.
Провода 20, 22 и 26 имеют многожильную металлическую основу 38 в электробезопасной оплетке 39. Провода 20 с вилкообразной клеммой 21, закрепленной на оплетке 39 посредством электробезопасного зажима 40, предназначены для соединения имитаторов оборудования электроустановок между собой согласно заданной электрической схеме (см., например, фиг.3). Провода 22 имеют на одном конце вилкообразную клемму 21, а на другом конце - электробезопасный штекер 23, предназначенный, например, для присоединения к блоку 9 питания или к блоку 12 измерительных приборов для контроля параметров испытуемых электрических схем. Каждый штекер 23 имеет определенный цвет, совпадающий с цветом электробезопасного контакта 24 на панели блока 9 или блока 12. Провода 26 имеют электробезопасный штекер 23 с обоих концов и предназначены, например, для подсоединения к электробезопасным контактам 24. Элсктробезопасный штекер 23 включает электропроводящий стержень 41 круглого сечения с пластиковой заглушкой 42, вставляемой в выемку 43 на свободном конце стержня 41, расположенный в пластиковом цилиндрическом гнезде 44. Другой конец металлического стержня 41 связан с металлическим гнездом 45, вмонтированным в стенки пластикового трубчатого гнезда 46 на безопасном расстоянии от наружного края гнезда 46. Трубчатое гнездо 46 в свою очередь расположено в пластиковом стакане 47 с зазором 48 между стенками. Провод 22 и 26 своей многожильной металлической основой 38 связан жестким соединением 49 с электропроводящим стержнем 41. Внешние размеры стержня 41 совпадают с внутренними размерами гнезда 45, при этом внешние размеры гнезда 46 совпадают с внутренними размерами гнезда 44, а внешние размеры гнезда 44 совпадают с внутренними размерами стакана 47. Электробезопасные контакты 24 имеют конструкцию, аналогичную стакану 47 с гнездами 45 и 46. Такая конструкция штекеров 23 и контактов 24 позволяет надежно фиксировать штекер 23 внутри контакта 24, а также вставлять в стакан 47 одного штекера 23 стрежень 41 другого штекера 23 в случаях, когда надо подключить два штекера 23 к одному контакту 24. Каждый учебный стол имеет комплект соединительных проводов 20, 22 и 26 и оборудован автоматическим выключателем 50 с контролем короткого замыкания, токов утечки, перегрузки и т.п.
Конструкция больших профильных стоек 1 и малых профильных стоек 2 учебного стола предусматривает возможность механического соединения в один ряд нескольких учебных столов (см. фиг.16).
Учебный стол по электротехнике монтируют следующим образом. Раму 3 фиксируют посредством болтовых соединений с прямоугольными гайками 31 в пазах 29 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 питания 9. Вставляют столешницу 4 на раму 4 и фиксируют шурупами. После крепления нижней перекладины 8 на стойках 1 закрепляют верхнюю перекладину 7 таким образом, чтобы можно было свободно установить зацепы 11 панели 10 на обеих перекладинах 7 и 8. В случае использования блока 12 измерительных приборов для контроля параметров испытуемых электрических схем (см. фиг.2) его закрепляют на стойках 1 таким же образом, как блок 9. 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 блоков 9 и 12, съемных панелей 10.
Один штекер 23 провода 26 соединяют с контактом 25 заземления перфорированной панели 10, а другой штекер 23 этого провода 26 соединяют с контактом заземления 27. Схема электроснабжения учебного стола предусматривает аварийное отключение электропитания с рабочего стола преподавателя. Соединение в один ряд нескольких учебных столов с использованием в качестве промежуточных элементов по одной общей стойке 1 и 2 для соседних столов позволяет экономить расход материалов на стойки 1 и 2 и компактно располагать учебные места в помещении.
На практических занятиях для монтажа заданных преподавателем электрических схем учащиеся используют элементы набора имитаторов оборудования электроустановок (например, изображенные на фиг.3: пакетные выключатели 15 и 16, распределительную коробку 17, патроны 18 для электрических ламп, бытовой двухклавишный выключатель 19), другие элементы, а также комплект проводов 20, 22 и 26, набор клипс 35 с крепежными винтами. Собирать электрическую схему можно на съемной перфорированной панели 10, когда она находится в вертикальном положении на перекладинах 7 и 8, или когда панель 10 находится в снятом состоянии на столешнице 4. В местах крепления элементов набора имитаторов оборудования электроустановок вставляют клипсы 35 полками 37 в отверстия 34 панели 10. При этом используют такое количество клипс 35, которое соответствует количеству крепежных гнезд на элементах набора имитаторов. Элементы набора имитаторов фиксируют через крепежные гнезда винтами в отверстиях 36 клипс 35. Такое соединение соответствует реальным условиям работы с электрооборудованием при монтаже и демонтаже и позволяет учащимся нарабатывать практические навыки по сборке бытовых и промышленных электроцепей. Затем учащиеся соединяют проводами 20 элементы набора имитаторов оборудования электроустановок согласно заданию преподавателя. В случае, когда монтаж электроцепи произведен на снятой панели 10, далее панель 10 устанавливают зацепами 11 на перекладины 7 и 8 и соединяют проводом 26 контакты заземления 25 и 27. В зависимости от задания преподавателя учащиеся используют провода 22 и 26 и соединяют собранную электрическую схему с соответствующими контактами 24 блока питания 9 или блока 12. Наличие электробезопасных штекеров 23 и электробезопасных контактов 24, 25, 27 обеспечивает требования техники безопасности при обучении и исключают случайное попадание учащегося под напряжение. При этом штекеры 23 легко входят в контакты 24, 25, 27 и легко вынимаются из них. Таким же легким способом можно вставить один штекер 23 в стакан 47 другого штекера 23. Использование дополнительных съемных панелей 10 дает возможность учащимся продолжать работу над заданной электрической схемой в течение нескольких занятий, если они не успевают ее собрать на одном уроке.
Использование блока 12 измерительных приборов для контроля параметров испытуемых электрических схем (см. фиг.2), включающего вольтметры, амперметры, ваттметры и другие контрольно-измерительные приборы, дает возможность учащимся проверить собранные ими электрические схемы, провести их тестирование и выполнить более сложные задания преподавателя, приобретая необходимые для практической деятельности навыки.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей учебного стола по электротехнике при увеличении наглядности и электробезопасности проводимых лабораторных занятий и повышении эффективности обучения и контроля учебного процесса преподавателем, при увеличении номенклатуры учебного оборудования, быстро заменяемого в процессе обучения.