CN201965820U - 教学用脉动直流变压器 - Google Patents

Abstract

一种能够使用干电池工作的教学用脉动直流变压器。它是在一块长方形木板上，干电池、单刀开关、滑动变阻器、电流表和脉动开关与变压器原线圈相连，副线圈与发光二极管相连，原线圈、副线圈通过铁氧体磁芯耦合。可分别演示直线电流的磁场、左手定则、自感现象、变压器工作原理等内容。现象直观、明显。制作过程中器件材料技术参数要求低，成本低廉，安全可靠，具有教学实用性。

Description

教学用脉动直流变压器

技术领域

本实用新型涉及一种采用直流供电实现电能传输的教学用变压器装置。适合无交流电源场合教师课堂教学演示、学生分组实验或家庭实验之用。

背景技术

目前，公知的变压器由原线圈、副线圈、铁芯组成。原线圈与交流电源相连，副线圈与负载相连。在日常教学中，交流电取自市电，为了达到可靠安全的目的，对变压器原、副线圈的绝缘性能要求很高，学生实验时不安全，使学生自主探究实验的可能性大为减小。若将市电先转化为低压交流电，将增加中间环节，提高实验成本，且安全隐患仍未消除，不利于学生亲身感受电能传输细节，探究性学习电磁感应知识。

发明内容

为了克服现有变压器技术性能要求高，制作复杂且不能使用直流供电的不足。本实用新型提供一种教学用脉动直流变压器，在原线圈回路接入低压直流电源(干电池)，就能实现电能的传输。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：干电池、滑动变阻器、电流表和脉动开关与变压器原线圈相连，副线圈与发光二极管相连。脉动开关采用简易直流电机制作，原线圈、副线圈通过铁氧体磁芯耦合。接通电路后由于脉动开关的通断变化，原线圈回路便能产生脉动电流，在原线圈中生成变化的磁场。

脉动开关电机转子用漆包线绕制成线圈悬于强磁铁上方，线圈的二端引出线与支架接触的半圈绝缘漆被刮去，转子线圈轴承用一段细铜杆制作。接通电路，刮掉半圈漆的转子引出线与支架接触时，便有电流进入线圈，线圈由于受下方磁场产生的磁力矩作用，发生转动。当线圈另半周与支架接触时，由于绝缘漆的作用，线圈中无电流通过，线圈靠惯性作用维持转动，如此重复循环。这样，通过直流电机的作用，回路中的直流电就改变为时有时无的脉动电流。

为了提高电能的传输效率，变压器改传统的硅钢片铁芯为高导磁率的铁氧体磁芯，变压器输出负载为发光二极管。这样，原线圈中较小的脉动直流激发的磁场就能引起副线圈中产生明显的感应电动势。由于采用发光二极管为负载，原、副线圈只需绕几十匝就能点亮副线圈上的发光二极管，实现电能的传输。

本实用新型的有益效果是：可以在无交流电源的场合演示电能的传输，特别适合学生自主探究变压器原理知识和电磁感应现象。生产过程中，与之相关材料技术性能的参数要求低，且制作简单，成本低廉，安全可靠。具有教学实用性。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

图2是脉动开关、变压器T的结构示意图。

图3是图2中脉动开关金属支架的剖面图。

图4是变压器磁芯的三视图。铁氧体磁芯纵剖面为上下对称的“∏”型结构，6-1为磁芯上半部分；6-2为磁芯下半部分。

具体实施方式

图1中，E.直流电源(二节干电池)，K.单刀开关，P.滑动变阻器，A.电流表，T.变压器。脉动开关用简易电机获得。原线圈与二枚发光二极管并联(演示通、断电自感用)，副线圈与一枚发光二极管连接。

图2中，漆包线绕制的矩形转子线圈(1)；左右两旁支撑转子线圈的金属支架(2)；强磁铁(3)；漆包线绕制的原线圈(4)；与原线圈并联的发光二极管(5)；上下对称结构的铁氧体磁芯(6)；漆包线绕制的副线圈(7)；与副线圈相连的发光二极管(8)；套于铁氧体磁芯上用PVC材料制作的原、副线圈骨架(9)。

图3中，矩形转子线圈转轴与支架接触部分剖面图(1-1)，转轴与金属支架接触的下半部分绝缘漆被刮除；支架上部的弯钩(2-1)，用于承载转子转轴；支架下部与底座固定部分(2-2)；金属支架与外部的连接导线(2-3)；固定支架用的螺钉(2-4)。

在图2所示实施例中，按图1原理图接通电路，随着直流电机开始转动形成脉动直流电，此时与副线圈连接的发光二极管(8)闪亮，实现了电能的传输。

当用轻微力往上提磁芯时，磁芯(6-1)和磁芯(6-2)之间有明显的磁场力作用，磁芯间相互作用力导致有碰触的声音；用较大作用力使磁芯(6-1)离开线圈，二极管(8)随即熄灭。由此使学生亲身经历电能传输过程：变压器原、副线圈中的“电”是通过铁芯中的“磁”来“相互”联系的。接通电源，铁芯被磁化，并不带电，铁芯吸合在一起构成闭合磁路，铁芯内部有磁场，磁场是具有能量的。变压器就是把电能通过磁场能再转换成电能的装置。

在图2所示实施例2中，按图1原理图接通电路，观察转子线圈转速与原线圈并接的二 极管(5)的发光情况：先使转子转速为零且整个电路处于导通状态，正、反向连接的二极管(5)均不亮。使转子低速转动，正反向连接的二极管(5)交替闪亮，将磁芯(6)上部分提走，二极管(5)亮度减弱或不亮。探究原因能使学生很好地掌握自感现象的原理与知识。

在图2所示实施例3中，按图1原理图连接电路。闭合开关K，观察转子线圈偏转方向；将强磁铁(3)极性反转，闭合开关K，观察转子线圈偏转方向；将电源极性反转(同时调整电流表连线)，闭合开关K，观察转子线圈偏转方向。以上观察能很好地帮助学生总结归纳出左手定则。结合使用滑动变阻器调整回路电流大小，改用不同大小的磁铁反复进行实验，观察转子线圈偏转难易程度，更能提高学生对安培力的认识，加深对这一物理量与磁感应强度、电流等相关量之间关系的理解。

在图2所示实施例4中，将强磁铁(3)移开，在转子线圈(1)的正下方放上一枚小磁针，调整底座的方位，使小磁针在地磁场的作用下磁极指向与线圈下边方位一致。接通电路，观察小磁针偏转情况；调整电源极性(同时调整电流表接线)后接通电路，观察小磁针偏转方向的变化，演示直线电流的磁场。

Claims (3)

1.一种教学用脉动直流变压器，干电池、滑动变阻器、电流表和脉动开关与变压器原线圈相连，副线圈与发光二极管相连，其特征是：脉动开关采用简易直流电机制作，原线圈、副线圈通过铁氧体磁芯耦合。

2.根据权利要求1所述的教学用脉动直流变压器，其特征是：脉动开关电机转子用漆包线绕制成线圈悬于强磁铁上方，线圈的二端引出线与支架接触的半圈绝缘漆被刮去，转子线圈轴承用一段细铜杆制作。

3.根据权利要求1所述的教学用脉动直流变压器，其特征是：变压器改传统的硅钢片铁芯为高导磁率的铁氧体磁芯，变压器输出负载为发光二极管。 

Images