專利名稱：電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種供教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)儀器，具體為電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
單相旋轉(zhuǎn)磁場應(yīng)用非常廣泛，如電扇中的電機(jī)、某些冰箱中的壓縮機(jī)等。為了讓學(xué)生了解單相旋轉(zhuǎn)磁場，以及加深對交流電的認(rèn)識，迫切需要電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀供實(shí)驗(yàn)測量用，但是目前尚未有該類儀器的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是獲得一種制作簡便、成本低、教學(xué)效果好的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀。
本實(shí)用新型提出的一種電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，由電源、線圈、電容等部件組成，其中電感L1(4，5)與電感L2(10，11)相互垂直放置，由電感L1(4，5)、電容(27)、變阻器(1)組成的第一串聯(lián)回路與電感L2(11)組成每二回路并聯(lián)后接入到電源(18)上。電源(18)內(nèi)置電壓表(25)是并聯(lián)在電源(18)電壓輸出端上測量電源電壓，電源(18)內(nèi)置電流表(24)串接在第二回路上，轉(zhuǎn)子(9)置于兩個(gè)電感中間的位置。頻率可調(diào)電源系現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，在此不多敘述。
本實(shí)用新型中，電容(25)是6個(gè)小電容并聯(lián)而成，可由開關(guān)控制接入所需電容值。
本實(shí)用新型中，轉(zhuǎn)子是圓筒式轉(zhuǎn)子(9)，通過針尖接觸金屬筒底部旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型中，電感中鐵芯與線圈的相對位置是能夠前后調(diào)節(jié)的，從而可微調(diào)電感量。
本實(shí)用新型中，電流表(25)、電壓表(23)與電源(18)聯(lián)接，且有保護(hù)裝置，可防止將電流表與電壓表誤用，損壞電流表。
本實(shí)用新型中，電感(4、5)、(10、11)、接線柱(12、13)位于實(shí)驗(yàn)儀面板上，便于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中直接在面板上方便操作。
本實(shí)用新型中，并聯(lián)的電容由開關(guān)(2)控制接入。
儀器裝置外形圖如圖1，接線柱(12)在儀器內(nèi)部已分別與線圈1、線圈2相連，接線柱(13)在儀器內(nèi)部已與電容相連。電容的數(shù)值大小由若干個(gè)小電容并聯(lián)組成的電容量確定，通過小電容標(biāo)值下面開關(guān)控制電容的接入與斷開。同時(shí)電源內(nèi)接電壓表與電流表還可通過接線柱外接。此實(shí)驗(yàn)最大特點(diǎn)是儀器設(shè)計(jì)成電源電壓幅度與頻率大小可調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)驗(yàn)不同要求。
當(dāng)兩電感量、損耗電阻大小與線圈匝數(shù)很相近的線圈相互垂直放置時(shí)，如圖2所示。線圈通電后在線圈各軸向方向產(chǎn)生的磁場相互垂直。由于異步電動(dòng)機(jī)是通過三相交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來工作的，而單相電機(jī)使用的單相交流電，所以要在某一線圈回路中串接電容來改變磁場相位。當(dāng)B1與B2兩磁場相位差為90度時(shí)，并且要求兩回路電流的有效值大小相等時(shí)就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。由于轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)磁場中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場達(dá)到一定的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于有阻力，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的頻率。
本實(shí)用新型儀器可實(shí)驗(yàn)內(nèi)容列舉如下1、用諧振法測實(shí)驗(yàn)中線圈1或線圈2的電感量將已知電容(也可通過實(shí)驗(yàn)儀上的面板開關(guān)選擇電容大小)與線圈1或線圈2相串聯(lián)并與頻率可調(diào)電源相接。把電源上內(nèi)接電流表串接在線圈上。調(diào)節(jié)電源的頻率測出線圈上最大電流所對應(yīng)的頻率，從而得出線圈1或線圈2的電感量。
2、線圈1或線圈2的損耗電阻在上面實(shí)驗(yàn)中，用電源上內(nèi)接電壓表測出此時(shí)的電源上的電壓，根據(jù)式1，并由最大電流得出損耗電阻。
3、電容選擇選取電源輸出某一頻率(如50Hz)的電壓，根據(jù)式2算出電容。并通過電容開關(guān)選定所要求電容值的電容接入電路中。為了使兩回路的電流有效值相等，分別在L2回路中接入可變電阻。
4、觀察現(xiàn)象并測回路中的電流大小接通電源，調(diào)大電源電壓，觀察轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)？測出兩回路中的電流，并與理論值比較。
5、測速儀測不同電壓下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
6、測不同頻率下的損耗電阻。
7、測不同頻率下的電感量。
公式R=U0Imax---(1)]]>C=1ωR1+ω2L2---(2)]]>R2＝ωL1(3)本儀器有兩個(gè)垂直放置的電感(線圈)，通過在其中一個(gè)回路中接入一個(gè)電容使兩磁場相差九十度從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(如要兩回路中電流相等，還需外接電阻)，并使放置在兩個(gè)電感(線圈)所產(chǎn)生的磁場中的金屬轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。電容量要求通過計(jì)算而得，并接入電路中驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)提高了實(shí)驗(yàn)興趣，同時(shí)使用者的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、分析問題與解決問題的能力也有提高。儀器構(gòu)造簡單，成本不高，適合教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，獲得良好教學(xué)效果。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀器裝置面板布局圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀的電源(包括電流表與電壓表)面板圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀的電感結(jié)構(gòu)圖。
上述圖中1是變阻器，2是電容接入控制開關(guān)，3是實(shí)驗(yàn)儀面板圖，4是電感L2的線圈，5是電感L2的鐵芯，以增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，6是測轉(zhuǎn)速探頭，7是轉(zhuǎn)子支撐軸，8是測轉(zhuǎn)速儀，9是轉(zhuǎn)子，10是電感L1的鐵芯的，以增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，11是電感L1的線圈，12是與電感L1或電感L2相連的接線柱，13是與電容相連的接線柱，14是電源電壓輸出接線柱，15是電壓幅度調(diào)節(jié)，16是頻率調(diào)節(jié)，17是頻率顯示屏，18是頻率可調(diào)電源，19電壓表與電流表轉(zhuǎn)換開關(guān)，20是電壓表輸入端，21是電壓表與電流表顯示屏，22是電壓表與電流表輸入公共端，23是電流表輸入端，24是電容的電容量標(biāo)值，25是電壓表，26是電流表，27是電容。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
實(shí)施例1，按下述尺寸制二個(gè)電感，鐵芯長×寬×高＝100×30×20(mm)，線圈長×寬×高＝60×60×56(mm)，按圖4制一35mm的圓筒式轉(zhuǎn)子，為了使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)(因?qū)嶒?yàn)要半定量，所以要求較高，也是本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵部份)，轉(zhuǎn)子頂?shù)闹行臑閳A弧形，支撐軸直徑為10mm，長50mm，頂部是針尖。電源系現(xiàn)有頻率可調(diào)電源，為現(xiàn)有技術(shù)，不詳細(xì)描述。旋轉(zhuǎn)磁場頻率顯示電流顯示AC轉(zhuǎn)換DC、電流顯示等電路均為現(xiàn)有技術(shù)，該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員均能從本實(shí)用新型內(nèi)容得出，不再多述。
上述制作中，必需注意下述幾點(diǎn)1、為了使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，減少摩擦力，轉(zhuǎn)子放在針尖上，轉(zhuǎn)子與針尖的接觸部份要圓滑，保證能半定量測量。
2、為了能方便測量，電源內(nèi)裝有電壓表與電流表。為防止電流表誤當(dāng)電壓表并聯(lián)在電源上，在電流表上安裝了保護(hù)電路。電源上也有自動(dòng)保護(hù)裝置。
3、線圈繞在骨架上，鐵芯穿過骨架，并設(shè)計(jì)成前后可移動(dòng)，能改變電感量。鐵芯材料是矽鋼片。
4、本儀器上可有6個(gè)小電容，這些電容根據(jù)需要，可通過小開關(guān)相互并聯(lián)組成，每個(gè)小電容的電容值在面板上標(biāo)出。
5、實(shí)驗(yàn)儀中的兩線圈的參數(shù)設(shè)計(jì)成盡量相同(或相接近值)，如匝數(shù)相同等。
權(quán)利要求1.一種電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，由電源、線圈、電容部件組成，其特征是電感L1(4，5)與電感L2(10，11)相互垂直放置，由電感L1(4，5)、電容(27)、變阻器(1)組成的第一串聯(lián)回路與電感L2(11)組成第二回路并聯(lián)后接入到電源(18)上，電源(18)內(nèi)置電壓表(25)是并聯(lián)在電源(18)電壓輸出端上是測量電源電壓，電源(18)內(nèi)置電流表(24)是串接在第二回路上，轉(zhuǎn)子(9)位于兩個(gè)電感中間的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是電容(25)是6個(gè)小電容并聯(lián)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是轉(zhuǎn)子是圓筒式轉(zhuǎn)子(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是電感中鐵芯與線圈的相對位置是能夠前后調(diào)節(jié)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是電源(18)內(nèi)置的電流表(24)、電壓表(25)，它們有保護(hù)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是電感(4，5)、(10，11)、接線柱(12，13)位于儀器面板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀，其特征是并聯(lián)的電容是開關(guān)(2)接入。
專利摘要本實(shí)用新型是一種電源頻率可調(diào)的單相旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)驗(yàn)儀?，F(xiàn)有教學(xué)中尚無該類實(shí)驗(yàn)儀。本實(shí)用新型運(yùn)用兩個(gè)垂直放置的電感，通過在其中一個(gè)回路中接入一個(gè)電容使兩磁場相差九十度從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使置于兩個(gè)電感產(chǎn)生的磁場中的金屬轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，接入電容要求通過計(jì)算獲得電容量，并可接入電路中驗(yàn)證。該儀器教學(xué)效果良好，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對交流電的認(rèn)識，獲得了單相旋轉(zhuǎn)磁場的電磁學(xué)知識。
文檔編號G09B23/00GK2739736SQ20042003747
公開日2005年11月9日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者童培雄, 趙在忠, 孫玉龍 申請人:復(fù)旦大學(xué)