CN2739736Y - 电源频率可调的单相旋转磁场实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电源频率可调的单相旋转磁场实验仪。现有教学中尚无该类实验仪。本实用新型运用两个垂直放置的电感，通过在其中一个回路中接入一个电容使两磁场相差九十度从而产生旋转磁场，使置于两个电感产生的磁场中的金属转子旋转，接入电容要求通过计算获得电容量，并可接入电路中验证。该仪器教学效果良好，通过实验使学生加深对交流电的认识，获得了单相旋转磁场的电磁学知识。

Description

电源频率可调的单相旋转磁场实验仪

技术领域

本实用新型是一种供教学用的实验仪器，具体为电源频率可调的单相旋转磁场实验仪。

背景技术

单相旋转磁场应用非常广泛，如电扇中的电机、某些冰箱中的压缩机等。为了让学生了解单相旋转磁场，以及加深对交流电的认识，迫切需要电源频率可调的单相旋转磁场实验仪供实验测量用，但是目前尚未有该类仪器的产品。

发明内容

本实用新型的目的是获得一种制作简便、成本低、教学效果好的单相旋转磁场实验仪。

本实用新型提出的一种电源频率可调的单相旋转磁场实验仪，由电源、线圈、电容等部件组成，其中电感L₁(4，5)与电感L₂(10，11)相互垂直放置，由电感L₁(4，5)、电容(27)、变阻器(1)组成的第一串联回路与电感L₂(11)组成每二回路并联后接入到电源(18)上。电源(18)内置电压表(25)是并联在电源(18)电压输出端上测量电源电压，电源(18)内置电流表(24)串接在第二回路上，转子(9)置于两个电感中间的位置。频率可调电源系现有技术的产品，在此不多叙述。

本实用新型中，电容(25)是6个小电容并联而成，可由开关控制接入所需电容值。

本实用新型中，转子是圆筒式转子(9)，通过针尖接触金属筒底部旋转。

本实用新型中，电感中铁芯与线圈的相对位置是能够前后调节的，从而可微调电感量。

本实用新型中，电流表(25)、电压表(23)与电源(18)联接，且有保护装置，可防止将电流表与电压表误用，损坏电流表。

本实用新型中，电感(4、5)、(10、11)、接线柱(12、13)位于实验仪面板上，便于教学实验中直接在面板上方便操作。

本实用新型中，并联的电容由开关(2)控制接入。

仪器装置外形图如图1，接线柱(12)在仪器内部已分别与线圈1、线圈2相连，接线柱(13)在仪器内部已与电容相连。电容的数值大小由若干个小电容并联组成的电容量确定，通过小电容标值下面开关控制电容的接入与断开。同时电源内接电压表与电流表还可通过接线柱外接。此实验最大特点是仪器设计成电源电压幅度与频率大小可调节，以满足实验不同要求。

当两电感量、损耗电阻大小与线圈匝数很相近的线圈相互垂直放置时，如图2所示。线圈通电后在线圈各轴向方向产生的磁场相互垂直。由于异步电动机是通过三相交流电所产生的旋转磁场来工作的，而单相电机使用的单相交流电，所以要在某一线圈回路中串接电容来改变磁场相位。当B₁与B₂两磁场相位差为90度时，并且要求两回路电流的有效值大小相等时就会产生旋转磁场。由于转子处于旋转磁场中，当旋转磁场达到一定的强度，转子开始转动。由于有阻力，转子转速低于旋转磁场的频率。

本实用新型仪器可实验内容列举如下：

1、用谐振法测实验中线圈1或线圈2的电感量：将已知电容(也可通过实验仪上的面板开关选择电容大小)与线圈1或线圈2相串联并与频率可调电源相接。把电源上内接电流表串接在线圈上。调节电源的频率测出线圈上最大电流所对应的频率，从而得出线圈1或线圈2的电感量。

2、线圈1或线圈2的损耗电阻：在上面实验中，用电源上内接电压表测出此时的电源上的电压，根据式1，并由最大电流得出损耗电阻。

3、电容选择：选取电源输出某一频率(如50Hz)的电压，根据式2算出电容。并通过电容开关选定所要求电容值的电容接入电路中。为了使两回路的电流有效值相等，分别在L₂回路中接入可变电阻。

4、观察现象并测回路中的电流大小：接通电源，调大电源电压，观察转子是否转动？测出两回路中的电流，并与理论值比较。

5、测速仪测不同电压下转子的转速。

6、测不同频率下的损耗电阻。

7、测不同频率下的电感量。

公式

$R=\frac{U_0}{I_{\max }}---\left(1\right)$

$C=\frac{1}{\mathrm{\ω}{R}_1+{\mathrm{\ω}}^2{L}_2}---\left(2\right)$

R₂＝ωL₁    (3)

本仪器有两个垂直放置的电感(线圈)，通过在其中一个回路中接入一个电容使两磁场相差九十度从而产生旋转磁场(如要两回路中电流相等，还需外接电阻)，并使放置在两个电感(线圈)所产生的磁场中的金属转盘旋转。电容量要求通过计算而得，并接入电路中验证。通过实验提高了实验兴趣，同时使用者的实验设计能力、分析问题与解决问题的能力也有提高。仪器构造简单，成本不高，适合教学实验仪，获得良好教学效果。

附图说明

图1是本实用新型实验仪器装置面板布局图。

图2是本实用新型实验仪电路结构图。

图3是本实用新型实验仪的电源(包括电流表与电压表)面板图。

图4是本实用新型实验仪的转子结构图。

图5是本实用新型实验仪的电感结构图。

上述图中1是变阻器，2是电容接入控制开关，3是实验仪面板图，4是电感L₂的线圈，5是电感L₂的铁芯，以增强磁场强度，6是测转速探头，7是转子支撑轴，8是测转速仪，9是转子，10是电感L₁的铁芯的，以增强磁场强度，11是电感L₁的线圈，12是与电感L₁或电感L₂相连的接线柱，13是与电容相连的接线柱，14是电源电压输出接线柱，15是电压幅度调节，16是频率调节，17是频率显示屏，18是频率可调电源，19电压表与电流表转换开关，20是电压表输入端，21是电压表与电流表显示屏，22是电压表与电流表输入公共端，23是电流表输入端，24是电容的电容量标值，25是电压表，26是电流表，27是电容。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本实用新型。

实施例1，按下述尺寸制二个电感，铁芯长×宽×高＝100×30×20(mm)，线圈长×宽×高＝60×60×56(mm)，按图4制一35mm的圆筒式转子，为了使转子稳定旋转(因实验要半定量，所以要求较高，也是本实验关键部份)，转子顶的中心为圆弧形，支撑轴直径为10mm，长50mm，顶部是针尖。电源系现有频率可调电源，为现有技术，不详细描述。旋转磁场频率显示电流显示AC转换DC、电流显示等电路均为现有技术，该技术领域技术人员均能从本实用新型内容得出，不再多述。

上述制作中，必需注意下述几点：

1、为了使转子转动灵活，减少摩擦力，转子放在针尖上，转子与针尖的接触部份要圆滑，保证能半定量测量。

2、为了能方便测量，电源内装有电压表与电流表。为防止电流表误当电压表并联在电源上，在电流表上安装了保护电路。电源上也有自动保护装置。

3、线圈绕在骨架上，铁芯穿过骨架，并设计成前后可移动，能改变电感量。铁芯材料是矽钢片。

4、本仪器上可有6个小电容，这些电容根据需要，可通过小开关相互并联组成，每个小电容的电容值在面板上标出。

5、实验仪中的两线圈的参数设计成尽量相同(或相接近值)，如匝数相同等。

Claims (7)

1、一种电源频率可调的单相旋转磁场实验仪，由电源、线圈、电容部件组成，其特征是电感L₁(4，5)与电感L₂(10，11)相互垂直放置，由电感L₁(4，5)、电容(27)、变阻器(1)组成的第一串联回路与电感L₂(11)组成第二回路并联后接入到电源(18)上，电源(18)内置电压表(25)是并联在电源(18)电压输出端上是测量电源电压，电源(18)内置电流表(24)是串接在第二回路上，转子(9)位于两个电感中间的位置。

2、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是电容(25)是6个小电容并联而成。

3、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是转子是圆筒式转子(9)。

4、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是电感中铁芯与线圈的相对位置是能够前后调节的。

5、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是电源(18)内置的电流表(24)、电压表(25)，它们有保护装置。

6、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是电感(4，5)、(10，11)、接线柱(12，13)位于仪器面板上。

7、根据权利要求1所述的单相旋转磁场实验仪，其特征是并联的电容是开关(2)接入。

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