CN209879933U - 远距离输电机电一体化教具 - Google Patents

Abstract

远距离输电机电一体化教具。本实用新型涉及一种远距离输电机电一体化教具。升压变压器T13将初级升压电压、基座（9）上还设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），升压变压器T1（3）是左侧设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），升压变压器T1（3）与降压变压器T2（4）之间设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），降压变压器T2（4）与负载Ⅰ（5‑1）之间还设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），负载Ⅱ（5‑2）的左侧设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7）。本实用新型用于远距离输电机电一体化教具。

Description

远距离输电机电一体化教具

技术领域

本实用新型涉及一种远距离输电机电一体化教具。

背景技术

目前高中物理实验中关于远距离输电的研究，多采用理论分析和动画模拟读数，已有的实验模型一级升压变压器的输入端为220v墙壁的交流电，借助外界电源，实验不直观，科学严谨程度不够，教材上没有详细提供演示实验，很难现场让学生直接感受到真实的演示模型。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种远距离输电机电一体化教具，在远距离输电的电路中并联直接输电电路，对变压器输入输出端和负载输出端电压、电流同时进行采样，通过单片机控制电路，数据通过串口在PC端显示，借助投影仪将“远距离输电”不同位置的电压和电流同时投影到白板或墙壁上，用于教学直观演示和计算。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种远距离输电机电一体化教具，其特征是：基座9的左侧的中部设置手摇发电机1，所述的手摇发电机1的右侧设置交流稳压模块2，所述的交流稳压模块2的右侧上端设置升压变压器T13，

所述的升压变压器T13的右侧设置降压变压器T24，所述降压变压器T24的右侧设置负载Ⅰ5-1，所述的负载Ⅰ5-1与负载Ⅱ5-2之间设置单片机控制模块8，所述的单片机控制模块8通过RS232连接电脑PC显示端，

所述的升压变压器T13将初级升压电压、所述的基座9上还设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的升压变压器T13是左侧设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的升压变压器T13与降压变压器T24之间设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的降压变压器T24与负载Ⅰ5-1之间还设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的负载Ⅱ5-2的左侧设置电压采样模块6与电流采样模块7；

所述的手摇发电机1向交流稳压模块2传输信号，所述的交流稳压模块2分别向负载Ⅱ5-2与升压变压器T13传输电压，所述的升压变压器T13向降压变压器T24传输电压，所述的降压变压器T24向负载Ⅰ5-1传输电压，

所述的升压变压器T13向左侧设置的电流采集模块Ⅰ与电压采样模块Ⅰ输送电压与电流，所述的升压变压器T13的右端设置电压采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T24的左端设置电压采集模块Ⅲ，所述的电压采集模块Ⅱ与电压采集模块Ⅲ之间设置电流采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T24与负载Ⅰ5-1之间设置电流采集模块Ⅲ与电压采样模块Ⅳ，

所述的负载Ⅱ5-2的左侧设置电流采集模块Ⅳ与电压采样模块Ⅴ。

有益效果：

1.本实用新型通过模拟“远距离输电”过程，结合高中物理课程实验，能够验证先升压再降压和直接输电后负载功率大小的区别，验证两种输电方式对用户得到功率的影响。

2.本实用新型两种输电模式同步采用手摇发电机，手摇频率同步，改变手摇频率，输电线各部分电压电流都发生变化，即输电线各部分功率同步可调节。

3.本实用新型的输电线各部分交流电压和电流均可采样，通过MCU控制电路在电脑PC端通过QT界面显示各传输路径各部分采电压和电流样值。

附图说明：

附图1是本实用新型的外观结构示意图。

附图2是本实用新型的系统整体框图。

附图3是本实用新型的电路原理图。

附图4是本实用新型的电压采样电路A。

附图5是本实用新型的电压采样电路B。

附图6是本实用新型的电压采样电路C。

附图7是本实用新型的电压采样电路D。

附图8是本实用新型的电流采样电路H。

附图9是本实用新型的电流采样电路E。

附图10是本实用新型的电流采样电路F。

附图11是本实用新型的电流采样电路G。

附图12是本实用新型的电流采样电路I。

附图13是本实用新型的MCU控制电路。

具体实施方式：

实施例1

一种远距离输电机电一体化教具，基座9的左侧的中部设置手摇发电机1，所述的手摇发电机1的右侧设置交流稳压模块2，所述的交流稳压模块2的右侧上端设置升压变压器T13，

所述的升压变压器T13的右侧设置降压变压器T24，所述降压变压器T24的右侧设置负载Ⅰ5-1，所述的负载Ⅰ5-1与负载Ⅱ5-2之间设置单片机控制模块8，所述的单片机控制模块8通过RS232连接电脑PC显示端，

所述的升压变压器T13将初级升压电压、所述的基座9上还设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的升压变压器T13是左侧设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的升压变压器T13与降压变压器T24之间设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的降压变压器T24与负载Ⅰ5-1之间还设置电压采样模块6与电流采样模块7，所述的负载Ⅱ5-2的左侧设置电压采样模块6与电流采样模块7；

所述的手摇发电机1向交流稳压模块2传输信号，所述的交流稳压模块2分别向负载Ⅱ5-2与升压变压器T13传输电压，所述的升压变压器T13向降压变压器T24传输电压，所述的降压变压器T24向负载Ⅰ5-1传输电压，

所述的升压变压器T13向左侧设置的电流采集模块Ⅰ与电压采样模块Ⅰ输送电压与电流，所述的升压变压器T13的右端设置电压采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T24的左端设置电压采集模块Ⅲ，所述的电压采集模块Ⅱ与电压采集模块Ⅲ之间设置电流采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T24与负载Ⅰ5-1之间设置电流采集模块Ⅲ与电压采样模块Ⅳ，

所述的负载Ⅱ5-2的左侧设置电流采集模块Ⅳ与电压采样模块Ⅴ。

所述的远距离输电机电一体化教具，所述的手摇发电机1的一端连接交流稳压模块2的一端、电阻R1的一端、电阻R50的一端、电阻R51的一端与升压变压器T13的1号端，

所述的手摇发电机1的另一端连接交流稳压模块2的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、升压变压器T13的4号端、电阻R5的一端、降压变压器T24的4号端、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端、电阻R49的一端、负载5-2的一端与接地端，

所述的电阻R1的另一端与电阻R2的另一端之间连接采样电压信号A，

所述的电阻R3的另一端与升压变压器T13的2号端之间连接采样电流信号E，

所述的电阻R4的一端与电阻R2的另一端之间连接采样电压信号B，

所述的电阻R7的一端与电阻R8的另一端之间连接采样电压信号C，

所述的电阻R9的另一端与降压变压器T24的2号端之间连接采样电流信号F，

所述的电阻R10的一端与电阻R11的另一端之间连接采样电压信号D，

所述的负载5-1的一端与电阻R12的另一端之间连接采样电压信号G，

所述的电阻R49的另一端与电阻R50的另一端之间连接采样电压信号H，

所述的负载5-2的另一端与电阻R51的另一端之间连接采样电流信号I，

所述的升压变压器T13的3号端连接电阻R6的一端与电阻R4的另一端，所述的电阻R6的另一端连接电阻R7的另一端与降压变压器T24的1号端，所述的降压变压器T24的3号端连接阻R10的另一端与负载5-1的另一端。

所述的远距离输电机电一体化教具，所述的电压采样模块6连接在采样电压信号A、采样电压信号B、采样电压信号C、采样电压信号D与采样电压信号H的采样点，所述的电压采样模块6的结构均相同，

所述的采样电压信号A连接电阻R13的一端，所述的电阻R13的另一端连接电阻R14的一端与运放器U1A的3号端，所述的运放器U1A的2号端连接电阻R15的一端与电阻R16的一端，所述的电阻R15的另一端连接工作电压VCC，所述的电阻R16的另一端接地，

所述的电阻R14的另一端连接运放器U1A的1号端与输出OUT1端，所述的输出OUT1端连接单片机ADC1端，

所述的运放器U1A的8号端连接工作电压VCC，所述的运放器U1A的4号端接地。

所述的远距离输电机电一体化教具，所述的电流采样模块7连接在采样电流信号E、采样电流信号F、采样电流信号G与采样电流信号I的采样点，所述的电流采样模块7的结构均相同，

所述的采样电流信号E连接电阻R29的一端，所述的电阻R29的另一端连接电阻R30的一端与运放器U3A的3号端，所述的运放器U3A的2号端连接电阻R31的一端与电阻R32的一端，所述的电阻R31的另一端连接工作电压VCC，所述的电阻R32的另一端接地，

所述的电阻R29的另一端连接运放器U3A的1号端与输出OUT5端，所述的输出OUT5端连接单片机ADC5端，

所述的运放器U3A的8号端连接工作电压VCC，所述的运放器U3A的4号端接地。

单片机控制模块8的作用是将采样的电压值和电流值通过A/D转换变成数字信号传输至PC端。

单片机的型号为ATMEGA16。

实施例2

这是一组对比实验，一个是先升压后降压的电路，另一个是不需升压降压的电路，

两个电路并联，用同一个手摇发电机，同一个交流稳压模块，第一个实验是在电路中直接连接负载，不需要变压器，因为要采样电路中的电压和电流，所以在电路中放一个电压采样模块和电流采样模块；另一个实验是先连接升压变压器，再连接降压变压器，最后是负载，我要采样的值有升压变压器初级的电压和回路的电流，次级变压器的电压，降压变压器初级的电压和回路的电流（因为升压变压器次级和降压变压器初级处于一个回路，电流相等）（降压变压器次级的电压和回路的电流）。

⑴采用先升压再降压方式：通过手摇发电机连接交流稳压器输出稳定的交流电，连接升压变压器，升压变压器和降压变压器初级和次级分别通过分压电阻对交流电压进行采样，采样电压经过运算放大器进行电压增益和相位补偿，放大器输出端连接单片机控制电路ADC采集端，再通过AD转换输出采样电压信号。在升压变压器初级、降压变压器初级和负载输出端分别串联一个采样电阻进行电流采集，采样信号经过运算放大器进行放大，放大器的输出端分别连接单片机控制电路ADC采集端，再通过AD转换输出采样电流信号。采样电压信号和采样电流信号经RS232将数据传给电脑PC端，在电脑PC端用QT界面显示采集到的数据，用投影仪将数据投影到白板或墙壁上。

⑵采用直接输电方式：通过手摇发电机连接交流稳压器输出稳定的交流电，输出端直接连接负载，采集输电电压、用户端负载的电压和电流，在电脑PC端与采用先升压再降压方式中的到的电流与电压同步显示。

用两种不同输电方式，可让学生对“远距离输电”过程有更直观认识。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种远距离输电机电一体化教具，其特征是：基座（9）的左侧的中部设置手摇发电机（1），所述的手摇发电机（1）的右侧设置交流稳压模块（2），所述的交流稳压模块（2）的右侧上端设置升压变压器T1（3），

所述的升压变压器T1（3）的右侧设置降压变压器T2（4），所述降压变压器T2（4）的右侧设置负载Ⅰ（5-1），所述的负载Ⅰ（5-1）与负载Ⅱ（5-2）之间设置单片机控制模块（8），所述的单片机控制模块（8）通过RS232连接电脑PC显示端，

所述的升压变压器T1（3）将初级升压电压、所述的基座（9）上还设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），所述的升压变压器T1（3）是左侧设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），所述的升压变压器T1（3）与降压变压器T2（4）之间设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），所述的降压变压器T2（4）与负载Ⅰ（5-1）之间还设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7），所述的负载Ⅱ（5-2）的左侧设置电压采样模块（6）与电流采样模块（7）；

所述的手摇发电机（1）向交流稳压模块（2）传输信号，所述的交流稳压模块（2）分别向负载Ⅱ（5-2）与升压变压器T1（3）传输电压，所述的升压变压器T1（3）向降压变压器T2（4）传输电压，所述的降压变压器T2（4）向负载Ⅰ（5-1）传输电压，

所述的升压变压器T1（3）向左侧设置的电流采集模块Ⅰ与电压采样模块Ⅰ输送电压与电流，所述的升压变压器T1（3）的右端设置电压采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T2（4）的左端设置电压采集模块Ⅲ，所述的电压采集模块Ⅱ与电压采集模块Ⅲ之间设置电流采集模块Ⅱ，所述的降压变压器T2（4）与负载Ⅰ（5-1）之间设置电流采集模块Ⅲ与电压采样模块Ⅳ，

所述的负载Ⅱ（5-2）的左侧设置电流采集模块Ⅳ与电压采样模块Ⅴ。

2.根据权利要求1所述的远距离输电机电一体化教具，其特征是：所述的手摇发电机（1）的一端连接交流稳压模块（2）的一端、电阻R1的一端、电阻R50的一端、电阻R51的一端与升压变压器T1（3）的1号端，

所述的手摇发电机（1）的另一端连接交流稳压模块（2）的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、升压变压器T1（3）的4号端、电阻R5的一端、降压变压器T2（4）的4号端、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、电阻R12的一端、电阻R49的一端、负载Ⅱ（5-2）的一端与接地端，

所述的电阻R1的另一端与电阻R2的另一端之间连接采样电压信号A，

所述的电阻R3的另一端与升压变压器T1（3）的2号端之间连接采样电流信号E，

所述的电阻R4的一端与电阻R2的另一端之间连接采样电压信号B，

所述的电阻R7的一端与电阻R8的另一端之间连接采样电压信号C，

所述的电阻R9的另一端与降压变压器T2（4）的2号端之间连接采样电流信号F，

所述的电阻R10的一端与电阻R11的另一端之间连接采样电压信号D，

所述的负载Ⅰ（5-1）的一端与电阻R12的另一端之间连接采样电压信号G，

所述的电阻R49的另一端与电阻R50的另一端之间连接采样电压信号H，

所述的负载Ⅱ（5-2）的另一端与电阻R51的另一端之间连接采样电流信号I，

所述的升压变压器T1（3）的3号端连接电阻R6的一端与电阻R4的另一端，所述的电阻R6的另一端连接电阻R7的另一端与降压变压器T2（4）的1号端，所述的降压变压器T2（4）的3号端连接阻R10的另一端与负载Ⅰ（5-1）的另一端。

3.根据权利要求1所述的远距离输电机电一体化教具，其特征是：所述的电压采样模块（6）连接在采样电压信号A、采样电压信号B、采样电压信号C、采样电压信号D与采样电压信号H的采样点，所述的电压采样模块（6）的结构均相同，

所述的采样电压信号A连接电阻R13的一端，所述的电阻R13的另一端连接电阻R14的一端与运放器U1A的3号端，所述的运放器U1A的2号端连接电阻R15的一端与电阻R16的一端，所述的电阻R15的另一端连接工作电压VCC，所述的电阻R16的另一端接地，

所述的电阻R14的另一端连接运放器U1A的1号端与输出OUT1端，所述的输出OUT1端连接单片机ADC1端，

所述的运放器U1A的8号端连接工作电压VCC，所述的运放器U1A的4号端接地。

4.根据权利要求1所述的远距离输电机电一体化教具，其特征是：所述的电流采样模块（7）连接在采样电流信号E、采样电流信号F、采样电流信号G与采样电流信号I的采样点，所述的电流采样模块（7）的结构均相同，

所述的采样电流信号E连接电阻R29的一端，所述的电阻R29的另一端连接电阻R30的一端与运放器U3A的3号端，所述的运放器U3A的2号端连接电阻R31的一端与电阻R32的一端，所述的电阻R31的另一端连接工作电压VCC，所述的电阻R32的另一端接地，

所述的电阻R29的另一端连接运放器U3A的1号端与输出OUT5端，所述的输出OUT5端连接单片机ADC5端，

所述的运放器U3A的8号端连接工作电压VCC，所述的运放器U3A的4号端接地。