專利名稱：教學用脈動直流變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用直流供電實現(xiàn)電能傳輸?shù)慕虒W用變壓器裝置。適合無交流電源場合教師課堂教學演示、學生分組實驗或家庭實驗之用。
背景技術(shù)：
目前，公知的變壓器由原線圈、副線圈、鐵芯組成。原線圈與交流電源相連，副線圈與負載相連。在日常教學中，交流電取自市電，為了達到可靠安全的目的，對變壓器原、副線圈的絕緣性能要求很高，學生實驗時不安全，使學生自主探究實驗的可能性大為減小。若將市電先轉(zhuǎn)化為低壓交流電，將增加中間環(huán)節(jié)，提高實驗成本，且安全隱患仍未消除，不利于學生親身感受電能傳輸細節(jié)，探究性學習電磁感應(yīng)知識。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有變壓器技術(shù)性能要求高，制作復(fù)雜且不能使用直流供電的不足。本實用新型提供一種教學用脈動直流變壓器，在原線圈回路接入低壓直流電源(干電池)，就能實現(xiàn)電能的傳輸。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是干電池、滑動變阻器、電流表和脈動開關(guān)與變壓器原線圈相連，副線圈與發(fā)光二極管相連。脈動開關(guān)采用簡易直流電機制作，原線圈、副線圈通過鐵氧體磁芯耦合。接通電路后由于脈動開關(guān)的通斷變化，原線圈回路便能產(chǎn)生脈動電流，在原線圈中生成變化的磁場。脈動開關(guān)電機轉(zhuǎn)子用漆包線繞制成線圈懸于強磁鐵上方，線圈的二端引出線與支架接觸的半圈絕緣漆被刮去，轉(zhuǎn)子線圈軸承用一段細銅桿制作。接通電路，刮掉半圈漆的轉(zhuǎn)子引出線與支架接觸時，便有電流進入線圈，線圈由于受下方磁場產(chǎn)生的磁力矩作用，發(fā)生轉(zhuǎn)動。當線圈另半周與支架接觸時，由于絕緣漆的作用，線圈中無電流通過，線圈靠慣性作用維持轉(zhuǎn)動，如此重復(fù)循環(huán)。這樣，通過直流電機的作用，回路中的直流電就改變?yōu)闀r有時無的脈動電流。為了提高電能的傳輸效率，變壓器改傳統(tǒng)的硅鋼片鐵芯為高導磁率的鐵氧體磁芯，變壓器輸出負載為發(fā)光二極管。這樣，原線圈中較小的脈動直流激發(fā)的磁場就能引起副線圈中產(chǎn)生明顯的感應(yīng)電動勢。由于采用發(fā)光二極管為負載，原、副線圈只需繞幾十匝就能點亮副線圈上的發(fā)光二極管，實現(xiàn)電能的傳輸。本實用新型的有益效果是可以在無交流電源的場合 演示電能的傳輸，特別適合學生自主探究變壓器原理知識和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。生產(chǎn)過程中，與之相關(guān)材料技術(shù)性能的參數(shù)要求低，且制作簡單，成本低廉，安全可靠。具有教學實用性。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明

圖1是本實用新型的電路原理圖。[0010]圖2是脈動開關(guān)、變壓器T的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中脈動開關(guān)金屬支架的剖面圖。圖4是變壓器磁芯的三視圖。鐵氧體磁芯縱剖面為上下對稱的“Π”型結(jié)構(gòu)，6-1 為磁芯上半部分；6-2為磁芯下半部分。
具體實施方式
圖1中，E.直流電源(二節(jié)干電池)，K.單刀開關(guān)，P.滑動變阻器，A.電流表， T.變壓器。脈動開關(guān)用簡易電機獲得。原線圈與二枚發(fā)光二極管并聯(lián)(演示通、斷電自感用)，副線圈與一枚發(fā)光二極管連接。圖2中，漆包線繞制的矩形轉(zhuǎn)子線圈⑴；左右兩旁支撐轉(zhuǎn)子線圈的金屬支架(2)； 強磁鐵(3)；漆包線繞制的原線圈(4)；與原線圈并聯(lián)的發(fā)光二極管(5)；上下對稱結(jié)構(gòu)的鐵氧體磁芯(6)；漆包線繞制的副線圈(7)；與副線圈相連的發(fā)光二極管(8)；套于鐵氧體磁芯上用PVC材料制作的原、副線圈骨架(9)。圖3中，矩形轉(zhuǎn)子線圈轉(zhuǎn)軸與支架接觸部分剖面圖(1-1)，轉(zhuǎn)軸與金屬支架接觸的下半部分絕緣漆被刮除；支架上部的彎鉤(2-1)，用于承載轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸；支架下部與底座固定部分(2-2)；金屬支架與外部的連接導線(2-3)；固定支架用的螺釘(2-4)。在圖2所示實施例中，按圖1原理圖接通電路，隨著直流電機開始轉(zhuǎn)動形成脈動直流電，此時與副線圈連接的發(fā)光二極管(8)閃亮，實現(xiàn)了電能的傳輸。當用輕微力往上提磁芯時，磁芯(6-1)和磁芯(6-2)之間有明顯的磁場力作用，磁芯間相互作用力導致有碰觸的聲音；用較大作用力使磁芯(6-1)離開線圈，二極管(8)隨即熄滅。由此使學生親身經(jīng)歷電能傳輸過程變壓器原、副線圈中的“電”是通過鐵芯中的“磁” 來“相互”聯(lián)系的。接通電源，鐵芯被磁化，并不帶電，鐵芯吸合在一起構(gòu)成閉合磁路，鐵芯內(nèi)部有磁場，磁場是具有能量的。變壓器就是把電能通過磁場能再轉(zhuǎn)換成電能的裝置。在圖2所示實施例2中，按圖1原理圖接通電路，觀察轉(zhuǎn)子線圈轉(zhuǎn)速與原線圈并接的二極管(5)的發(fā)光情況先使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零且整個電路處于導通狀態(tài)，正、反向連接的二極管(5)均不亮。使轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動，正反向連接的二極管(5)交替閃亮，將磁芯(6)上部分提走，二極管(5)亮度減弱或不亮。探究原因能使學生很好地掌握自感現(xiàn)象的原理與知識。在圖2所示實施例3中，按圖1原理圖連接電路。閉合開關(guān)K，觀察轉(zhuǎn)子線圈偏轉(zhuǎn)方向；將強磁鐵(3)極性反轉(zhuǎn)，閉合開關(guān)K，觀察轉(zhuǎn)子線圈偏轉(zhuǎn)方向；將電源極性反轉(zhuǎn)(同時調(diào)整電流表連線)，閉合開關(guān)K，觀察轉(zhuǎn) 子線圈偏轉(zhuǎn)方向。以上觀察能很好地幫助學生總結(jié)歸納出左手定則。結(jié)合使用滑動變阻器調(diào)整回路電流大小，改用不同大小的磁鐵反復(fù)進行實驗，觀察轉(zhuǎn)子線圈偏轉(zhuǎn)難易程度，更能提高學生對安培力的認識，加深對這一物理量與磁感應(yīng)強度、電流等相關(guān)量之間關(guān)系的理解。在圖2所示實施例4中，將強磁鐵(3)移開，在轉(zhuǎn)子線圈⑴的正下方放上一枚小磁針，調(diào)整底座的方位，使小磁針在地磁場的作用下磁極指向與線圈下邊方位一致。接通電路，觀察小磁針偏轉(zhuǎn)情況；調(diào)整電源極性(同時調(diào)整電流表接線)后接通電路，觀察小磁針偏轉(zhuǎn)方向的變化，演示直線電流的磁場。
權(quán)利要求1.一種教學用脈動直流變壓器，干電池、滑動變阻器、電流表和脈動開關(guān)與變壓器原線圈相連，副線圈與發(fā)光二極管相連，其特征是脈動開關(guān)采用簡易直流電機制作，原線圈、副線圈通過鐵氧體磁芯耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學用脈動直流變壓器，其特征是脈動開關(guān)電機轉(zhuǎn)子用漆包線繞制成線圈懸于強磁鐵上方，線圈的二端引出線與支架接觸的半圈絕緣漆被刮去，轉(zhuǎn)子線圈軸承用一段細銅桿制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學用脈動直流變壓器，其特征是變壓器改傳統(tǒng)的硅鋼片鐵芯為高導磁率的鐵氧體磁芯，變壓器輸出負載為發(fā)光二極管。
專利摘要一種能夠使用干電池工作的教學用脈動直流變壓器。它是在一塊長方形木板上，干電池、單刀開關(guān)、滑動變阻器、電流表和脈動開關(guān)與變壓器原線圈相連，副線圈與發(fā)光二極管相連，原線圈、副線圈通過鐵氧體磁芯耦合?？煞謩e演示直線電流的磁場、左手定則、自感現(xiàn)象、變壓器工作原理等內(nèi)容。現(xiàn)象直觀、明顯。制作過程中器件材料技術(shù)參數(shù)要求低，成本低廉，安全可靠，具有教學實用性。
文檔編號G09B23/18GK201965820SQ201020559869
公開日2011年9月7日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者熊小蘭, 黃春如 申請人:江西省樟樹第三中學