山东大学 电气工程 学院

《 综合实验 》实验课程教学大纲

 

编写人：于静王慧肖洪王雷审定人：韩学山、高洪霞

编制时间： 2014.01                审定时间：2014.03

一、课程基本信息

课程名称	综合实验
英文名称	Comprehensive  Experimen
课程编码	sd01931230
开课单位	电气工程学院电气工程专业实验室
实验类型	□专业基础实验□专业实验 □√综合实验 □创新实验□开放实验
课程性质	□√必修 □选修
实验类别	□√独立设课 □非独立设课
学分	2	总学时	64	实验学时	64
适用专业	电气工程及其自动化
先修课程	《电机学》、《电力电子技术》、《自动控制理论》、《电气工程基础》等
课程网站

二、课程描述

《综合实验》课程以电能的生产、传输和使用为主线，学生通过动手实践，记录、测量、分析电力系统各个环节电气量的状态、特征，进一步感触、感知、感悟电气工程知识的奥秘。通过多学科多项综合实验项目的训练, 学生不但对跨专业学科进行多面了解、提高工程实践能力和创新能力，更对所学专业课程认识升华、理论深化。

“Comprehensive Experiment” is a coursefocusing on the topic of the generation, transmission and utilization ofelectric energy. The students are taught to measure, record and analyze variouselectric parameters in every parts of electric system through practice doing,and thus have further feeling, perception and comprehension about the wisdom ofelectric engineering specialty. By means of the training of multidisciplinaryintegration experiment, the students can not only have a wide range ofunderstanding about the interdisciplinary subject, but also improve their engineeringpractice ability and innovation ability, and even more acquire knowledgesubliming and theory deepening on the specialized courses they have learned.

三、课程性质和教学目标

【教学目标】

《综合实验》课的基本目标是经过综合实验课程中各实验项目训练，使学生进一步感触、感知电气工程专业知识，帮助学生巩固和加深对所学各专业课理论知识的理解，并学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题；注重培养学生能力，包括自学能力、实践能力、数据分析和处理能力、运用理论分析并解决实际问题的能力，实验组织能力和文字表达能力；激发学生的积极主动性和创造性。

【教学要求】

《综合实验》内容涉及到电力系统工程的各个方面，主要包含清洁能源、同步发电机电压控制系统、功角控制系统、电力系统继电保护、电动机调速控制、电力电子装置、电力拖动等综合实验内容。要求学生掌握各种电路的结构特点、工作原理、工作波形，掌握各种实验方法，掌握各种常用实验仪器、仪表和设备的使用方法；要求学生能准确读取数据、观察实验现象、测绘波形曲线；学生经过整理、分析、总结实验数据，写出有独特见解的实验报告。要求学生注重训练提高实践技能，综合应用能力和创新能力。综合实验项目的内容所涉及到的课程有：专业基础课包括《电力电子技术》、《电机学》、《自动控制理论》、《电气工程基础》；专业课包括《电力系统分析》、《电力系统自动装置》、《电力系统继电保护》、《电力拖动自动控制系统》、《电力电子装置及应用》等课程。上述课程涉及面广，内容较多、实验系统也比较复杂，系统性较强。因此学生完成实验项目后完成以下一个或几个教学要求：

1. 培养实际动手能力，完成实验基本要求：

实验准备阶段——要求学生熟悉实验项目内容，掌握实验系统的工作原理；明确实验过程中应注意的问题；写出预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等。

实验实施阶段——要求学生首先要熟悉实验项目中使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能与使用方法；按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，以保证实验操作协调；记录数据准确可靠，各人的任务应在实验进行中实行轮换；实验中学生应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论相一致。完成本次实验全部内容后，应检查实验数据和记录的波形，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。实验过程应严格按照实验安全操作规程进行。

实验总结阶段——要求学生对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实验报告。要求每位实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如果实验结果与理论值有较大出入时，要用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起误差的原因。

2.培养综合应用能力，融会贯通专业理论知识：

电力专业的实验教学应在教学内容、教学方法等方面向综合化方向发展，实验项目内容涉及到几门课程，要求学生学会综合考虑所学专业知识，各学科之间融会贯通，培养学生综合应用能力，提高工程意识。

3：完成开放型实验项目，培养开放创新能力：

实验项目具有开放性、创新性的特点时，要求学生独立思考，勇于实践，可以自行设计实验内容、实验步骤，提高创新能力。

【教学要求与毕业要求指标点的对应关系】

说明：相关——*，支撑——**，高度支撑——***

四、课程教学内容及学时分配

实验一 发电机励磁控制系统实验：（6学时）

【教学目标和要求】了解直流发电机供电的励磁方式，交流励磁机供电的励磁方式，无励磁机的励磁方式；掌握不同控制方式，发电机的输出功率特性变化。培养学生实际动手能力和综合应用能力。

【主要仪器设备】电力系统综合自动化实验台、示波器等 。

【实验要求】课前预习，熟悉实验台各使用方法。改换励磁方式时，必须先按下“灭磁”按钮，并断开励磁开关，防止引起转子过电压，危机励磁系统安全。

实验二 一机——无穷大系统稳态运行方式实验（8学时）

【教学目标和要求】了解和掌握对称稳定情况下，输出系统的而各种运行状态与运行参数的数值变化范围，了解和掌握输出系统稳定不对称运行的条件，不对称对运行参数的影响、不对称运行对发电机的影响。熟悉实验方法，加深对理论知识的理解，培养学生实际动手能力、综合应用能力、开放创新能力

【主要仪器设备】电力系统综合自动化实验台、示波器等 。

【实验要求】简单电力系统的静态稳定实验包括单回线、双回线静态稳定运行实验，要求分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点；同步发电机不对称运行实验包括系统在正常运行、非全相运行及不对称运行时，研究三相电流、三相电压、有功功率、无功功率和功率角的异同。

实验三 模拟风力发电的风机调速实验（6学时）

【教学目标和要求】加深理解风力发电机原理，掌握风力发电机模拟方法；掌握风的不同变化模式下，风力发电机的输出功率特性变化；培养学生实际动手能力、综合应用能力和创新能力。

【主要仪器设备】电力系统综合自动化实验台，PLC，A/D装换，线路等。

【实验要求】通过监控系统调用算法输出结果模拟风的不同变化模式，采用算法编程软件进行编程，组态王在数据库中取得的数据通过网口传输到永宏PLC中，从而可以控制模拟量模块的输出，进而达到模拟风的不同变化模式。硬件配置完成后，在PLC编程软件中进行梯形图编程，控制模拟量输出模块的输出值，编出升速，降速，恒速程序并调试，最终在硬件设备上模拟成功。

实验四 搭建一次系统模型实验（4学时）

【教学目标和要求】搭建一次系统结构组成，掌握搭建电力系统模型的方法；掌握各一次设备在电力系统中的作用，一次系统的分析；观察、分析有关波形。培养学生实际动手能力、综合应用能力和创新能力。

【主要仪器设备】电力系统综合自动化实验台

【实验要求】用一次设备各个模块搭建电力系统模型 ，并测量各处电压电流，加深理解电力系统一次设备的基本原理。

实验五 常用继电器特性实验（8学时）

【教学目标和要求】了解电磁型电流继电器、低电压继电器、时间继电器、信号继电器、功率方向继电器的工作原理和测试方法，掌握多种继电器配合构成一个单相过电流保护的基本方案，熟悉继电保护测试仪的使用方法。培养学生实际动手能力、综合应用能力和创新能力。

【主要仪器设备】PW-30A型继电保护测试仪、继电器。

【实验要求】掌握继电器接线和测试方法；掌握各种继电器配合使用方法。注意认识保护装置背部插件接线图。

实验六 微机保护实验（8学时）

【教学目标和要求】掌握二次接线的读图并绘制安装接线图，学会微机保护实验方法，掌握微机保护装置整定值的设置方法；掌握零序三段电流保护、方向阻抗保护、三段式距离保护特性、输电线路纵联保护的工作原理和测试方法。培养学生实际动手能力、综合应用能力。

【主要仪器设备】PW-30A型继电保护测试仪，RCS-901A超高压线路继电保护装置，电流、电压、开关量测试导线若干，直流工作电源等。

【实验要求】学会各种保护装置的测试方法，观察分析各种保护装置实际应用方法的异同。

实验七 模拟断路器实验（4学时）

【教学目标和要求】了解模拟断路器的原理，掌握断路器的跳、合闸时间，跳、合闸电流的测试，会用故障录波图分析各元件动作行为。通过培训达到现场使用水平。培养学生实际动手能力、综合应用能力。

【主要仪器设备】PW-30A型继电保护测试仪，RCS-901A超高压线路继电保护装置，电流、电压、开关量测试导线若干，直流工作电源等。

【实验要求】了解模拟断路器的接线，学会测试断路器的跳、合闸时间；跳、合闸电流，学会分析各元件动作行为。了解模拟断路器和实际断路器动作过程的区别。

实验八高电压技术认知实验(8学时)

【教学目标和要求】包括电气设备绝缘特性实验、电气设备耐压特性实验和高压演示实验三部分内容。主要目标是要求学生熟悉和掌握高电压技术、掌握高电压试验的基本方法、掌握高压试验安全规程、学会设定试验条件和掌握各类高压测试设备的正确使用及操作安全规程；培养学生实际动手能力、综合应用能力、开放创新能力。

【主要仪器设备】绝缘电阻测试仪，直流电压发生器，遥控球隙放电装置，氧化锌避雷器，各类放电装置，万用表等

【实验要求】了解影响设备绝缘的因素等相关知识、了解电介质绝缘特性，了解典型介质及设备击穿特性，掌握兆欧表的使用方法及原理，掌握对电力电缆的绝缘电阻和吸收比的测量方法，分析设备绝缘状况；完成气体绝缘介质、液体绝缘介质和固体绝缘介质绝缘特性及电击穿实验，注意实验环境及实验条件改变对实验结果的影响；在尖端放电、电弧放电实验，氧化锌避雷器耐压试验和特斯拉线圈特性试验中注意安全操作规程。

实验九  电力电子装置及应用实验（10学时）

【教学目标和要求】包括两种开关电源性能研究实验、整流电路功率因数校正试验、变频调速实验等。主要目标是让学生掌握电力电子应用技术，掌握自控控制理论在电力电子技术中的应用，学会综合运用所学知识理解实验原理、分析实验结果，分析理论与实际结果的差别，培养学生实际动手能力、综合应用能力、开放创新能力。

【主要仪器设备】电力电子及电气传动实验台、示波器、万用表等。

【实验要求】分析主电路结构，掌握控制原理，注意输入电压变化及负载变化对电力电子装置输出的影响；学会分析实验现象、产生理论与实际差别的原因；掌握实验方法和各种测量仪器的使用方法。

实验十电力电子自动控制系统实验（12学时）

【教学目标和要求】包括晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定方法、转速、电流双闭环不可逆直流调速系统实验、双闭环控制可逆直流脉宽调速系统实验。目标是完成实验后能更清楚地掌握运动控制系统的本质，掌握实验方法和操作技能，提高数据分析和处理能力、提高运用理论分析并解决问题的能力。该课程实验综合性强，有利于培养学生实际动手能力、综合应用能力、开放创新能力。

【主要仪器设备】电力电子及电气传动实验台、示波器、万用表等。

【实验要求】测定要求的直流调速系统参数，建立系统数学模型；掌握双闭环直流调速系统的调试步骤、方法及参数整定，测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能指标；了解调节器参数对系统动态性能的影响。了解双闭环可逆直流PWM调速系统的组成、原理，掌握双闭环可逆PWM调速系统的调试方法及参数整定；测定其静态和动态性能指标。注意不能采用突加给定的方法启动电动机，以免产生过大的冲击电流。

实验十一 基于MATLAB开发的研究型直流调速系统实验（6学时选作）

【教学目标和要求】熟悉Matlab软件的使用，学会使用Simulink搭建仿真模型，根据前期实验测得的直流系统参数搭建仿真模型并仿真；根据仿真结果设计调节器参数，了解数据采集卡的使用方法；将数据采集卡与PC机和实验装置连接进行实验，对比实验结果和仿真的区别并分析原因。该实验综合性强，有助于培养学生实际动手能力、综合应用能力、开放创新能力。

【主要仪器设备】电力电子及电气传动实验台、计算机、数据采集卡、示波器、万用表等。

【实验要求】实验前先做好调节器的设计和仿真工作，实验时将设计和仿真结果应用的实验中，并反复调试，通过实验得到理想的调节器参数。注意数据采集卡的使用方法。实验中给定电压数据不要太大，防止突加给定造成过流跳闸现象。

实验十二 变频调速实验（4学时）

【教学目标和要求】包括恒转矩调速实验和恒功率调速实验两部分，目标是掌握三相异步电动机变频调速系统的工作原理、系统的特性。注重锻炼学生的动手能力、综合分析问题能力。

【主要仪器设备】三相异步电动机变频调速实验系统、三相异步电动机、直流发电机、松下变频器、负载变阻箱、万用表等。

【实验要求】保持发电机输出转矩不变，逐渐增加变频器的输出频率，测出特性参数，绘出特性曲线。恒功率调速是保持电动机输出功率不变的调速方式，测取一系列参数进行分析，绘出特性曲线，注意分析两种变频调速方法的异同。

实验十三 变压器设计制作实验（10学时）

【教学目标和要求】根据给出条件设计并计算变压器各参数；根据所设计变压器参数绕制变压器；对制作完成的变压器进行试验、采集并分析数据，验证设计、计算方案；培养学生实际动手能力、综合应用分析能力。

【主要仪器设备】负载变阻箱、三相电源参数测量仪、直流电源、万用表、调压器、绕线机、变压器零件等。

【实验要求】根据给定条件确定计算变压器参数，绕制好变压器绕组进行绝缘处理、叠装变压器铁芯、安装底座；绕制变压器进行变压器实验测试，分析实验结果。注意变压器一定严格按照设计参数制作。

五、每年更新实验项目

《综合实验》涉及到几门专业基础课和专业课，这些课程每年都会有新体系、新内容、新技术出现，理论教学和实践教学都注重创新，以适应新形势下的教学要求，及时了解教学内容和学科发展变化情况，根据这些变化更新实验项目，做到每年实验教学更新项目不少于20%。

六、实验教学要求对应关系

	培养实际动手能力，完成实验基本要求	培养综合应用能力，融会贯通专业理论知识	完成开放型实验项目，培养创新能力
实验一发电机励磁控制系统实验	√	√
实验二一机---无穷大系统稳态运行方式实验	√	√	√
实验三模拟风力发电的风机调速实验	√	√	√
实验四搭建一次系统模型实验	√	√	√
实验五常用继电器特性实验	√	√
实验六微机保护实验	√	√	√
实验七模拟断路器实验	√	√
实验八高电压技术认知实验	√	√
实验九电力电子装置及应用实验	√	√
实验十电力电子自动控制系统实验	√	√
实验十一基于MATLAB开发的研究型直流调速系统实验	√	√	√
实验十二变频调速实验	√	√
实验十三变压器设计制作实验	√	√	√

 

 

七、考核及成绩评定方式

【考核内容】包括实验操作和实验报告 

1实验操作：要求学生提前预习，考核学生实验工作态度、实验过程中随时提问学生实验原理等基础知识，观察学生动手能力，检查学生完成实验项目情况。

2.实验报告：要求每位参加实验学生都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。批改报告重点检查基本内容完成情况，对实验项目总结分析情况和解答思考题正误情况。

【成绩评定】 实验操作60%，实验报告占40%

1.实验操作：

实验操作考核包括学生在实验操作过程中工作态度的表现10%、动手能力表现10%、完成实验项目要求40%。

2实验报告：

完成实验报告基本内容20%：包括实验内容、实验原理、简要实验步骤、实验数据、数据整理、绘制波形和图表和实验结果；

总结分析20%：用理论知识分析实验数据和结果、分析实验现象，分析理论与实际的差别、回答思考题并对整个实验进行总结分析。

八、教材及参考书目

【教材】

于静，电气工程综合实验，（未出版）2014自编教材

【参考书】

1．韩学山、张文主编，电力系统工程基础，机械工业出版社，2008。

2．王秀和主编，电机学，机械工业出版社，2009。

3．王葵、孙莹主编，电力系统自动化，中国电力出版社，2007。

4．王兆安、黄俊主编，电力电子技术，第4版，机械工业出版社，2002。

5．陈伯时主编，电力拖动自动控制系统-运动控制系统，机械工业出版社，第3版，2003。

6．张保会、尹项根，电力系统继电保护（第2版），中国电力出版社，2010.