本實(shí)用新型涉及一種集交流輸電、變電原理及效率演示和實(shí)驗(yàn)測(cè)量于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)儀器。

背景技術(shù)：

對(duì)于交流輸變電過程中變壓器升降壓原理、輸變電原理、變壓器工作效率、輸電效率與輸電電壓的關(guān)系等一系列問題，在目前的高校及中學(xué)物理教學(xué)中主要以理論教學(xué)的方式進(jìn)行知識(shí)傳授，缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行原理演示和實(shí)際數(shù)據(jù)的測(cè)量分析。由于此類實(shí)驗(yàn)測(cè)量涉及超過人體安全電壓的高電壓，特別是對(duì)于用電安全知識(shí)不全、操作技能較低的中學(xué)生來說，此類儀器的設(shè)計(jì)要求相對(duì)較高，既要能通過實(shí)驗(yàn)演示和測(cè)量理解如前面所述的交流輸變電過程中一系列問題，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的理想學(xué)習(xí)效果，又要形象直觀、便于操作且保證學(xué)生的人身安全。

通過專利檢索，未發(fā)現(xiàn)有本實(shí)用新型中所提供的相同設(shè)計(jì)或產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決目前物理課程在交流輸變電內(nèi)容教學(xué)方面缺少配套實(shí)驗(yàn)儀器的弊端，讓學(xué)生更好地理解掌握交流輸變電過程中變壓器升降壓原理、輸變電原理、變壓器工作效率、輸電效率與輸電電壓的關(guān)系等問題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種與實(shí)際供電系統(tǒng)構(gòu)成、工作過程基本一致的輸變電系統(tǒng)，采用相對(duì)較低的電壓模擬實(shí)際供電系統(tǒng)中較高的電壓，電路系統(tǒng)按照發(fā)電——升壓——輸電——降壓——負(fù)載順序單元排布電路，操作面板采用電路原理圖與測(cè)量?jī)x表等實(shí)物元件對(duì)照布局的方式，實(shí)現(xiàn)操作的簡(jiǎn)便性與觀察測(cè)量的直觀性，可以進(jìn)行交流輸變電過程原理、現(xiàn)象的定性演示和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的定量測(cè)量。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：以市電交流220V電壓供電，用第一變壓器模擬發(fā)電站，產(chǎn)生較低的交流電壓；將該交流電壓輸入第二變壓器輸入端，第二變壓器為升壓變壓器，在其輸出端產(chǎn)生較高的輸出電壓作為高壓輸電的起始端，用第一電壓表顯示其電壓值；在高壓輸電線路上串接第一電流表顯示輸電電流；經(jīng)過較長(zhǎng)導(dǎo)線傳輸后，高壓輸電末端電壓值用第二電壓表顯示，將該電壓輸入第三變壓器輸入端，第三變壓器為降壓變壓器，輸出端電壓由第三電壓表顯示；第三變壓器輸出端并聯(lián)第一燈座、第二燈座、第三燈座，可以安裝不同電壓參數(shù)的小燈泡作為電路負(fù)載，分別用第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)控制對(duì)應(yīng)燈泡的通斷。

上述第二變壓器采用可調(diào)式自耦變壓器，通過調(diào)節(jié)其滑動(dòng)觸頭可以連續(xù)地改變輸電電壓；第三變壓器次級(jí)線圈有三個(gè)接頭，通過單刀雙擲開關(guān)變換接線端，可以改變其變壓比；根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要，還可以不在燈座上安裝燈泡，而通過燈座上接線柱外接電阻箱或滑動(dòng)變阻器作為電路負(fù)載，實(shí)現(xiàn)電路負(fù)載的精確、連續(xù)地調(diào)節(jié)，方便進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的測(cè)量。

本實(shí)用新型儀器操作面板設(shè)計(jì)采用電路原理圖與實(shí)物對(duì)照布局的方式，將電路原理圖印制在操作面板上，在電路圖中儀表、開關(guān)、燈泡等元件符號(hào)位置旁邊即安裝該符號(hào)所對(duì)應(yīng)的實(shí)物，一些與操作、測(cè)量無關(guān)或涉及高電壓的實(shí)物則安裝在機(jī)箱內(nèi)部，以確保操作者的人身安全。

本實(shí)用新型的有益效果是，設(shè)計(jì)了一種與實(shí)際供電系統(tǒng)基本一致的微型輸變電系統(tǒng)，可以進(jìn)行交流輸變電方面的實(shí)驗(yàn)演示，也可通過定量數(shù)據(jù)測(cè)量研究輸變電過程中的一系列問題，彌補(bǔ)了物理教學(xué)中在該方面實(shí)驗(yàn)儀器的缺乏，可以在中學(xué)及高校中推廣應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1為本實(shí)用新型電路原理圖。

圖2為本實(shí)用新型儀器面板實(shí)物照片。

圖中1.第一變壓器，2. 第二變壓器，3.滑動(dòng)觸頭，4. 第一電壓表，5. 第一電流表，6. 第二電壓表，7. 第三變壓器，8.單刀雙擲開關(guān)，9. 第三電壓表，10. 第二電流表，11. 第一燈座，12. 第二燈座，13. 第三燈座，14. 第一開關(guān)，15. 第二開關(guān)，16. 第三開關(guān)，17. 滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕。

具體實(shí)施方式

【實(shí)施例1】交流輸電原理演示。

以第一變壓器1模擬發(fā)電站，其輸出的較低交流電壓輸入第二變壓器2，該變壓器將輸入的低電壓變?yōu)楦唠妷哼M(jìn)行輸電，第一電壓表4顯示高壓輸電起始端電壓，第一電流表5顯示輸電電流，第二電壓表6顯示高壓輸電末端電壓，該電壓輸入第三變壓器7，經(jīng)該變壓器降壓后變?yōu)檩^低的電壓供應(yīng)給電路負(fù)載工作，第三電壓表9負(fù)載端電壓，第二電流表10顯示負(fù)載工作電流。實(shí)驗(yàn)時(shí)可分別接入1至3個(gè)負(fù)載燈泡，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17以不同的電壓輸電，通過觀察各電壓表和電流表的讀數(shù)，理解交流輸電的原理及過程。

【實(shí)施例2】變壓器變壓原理演示。

在電路未接負(fù)載情況下，即第一開關(guān)14、第二開關(guān)15、第三開關(guān)16都斷開，單刀雙擲開關(guān)8先打向下端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17至適當(dāng)位置，觀察第二電壓表6和第三電壓表9的讀數(shù)，由此得到第三變壓器7輸入端和輸出端電壓比，即為該變壓器變壓比。改變滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17至不同位置，同樣方法多次觀察第二電壓表6和第三電壓表9的讀數(shù)，判斷變壓比是否一致。然后將單刀雙擲開關(guān)8先打向上端，同樣方法重復(fù)上述操作，得到新的變壓比。并比較上述兩種情況下變壓比的關(guān)系。因第三變壓器7次級(jí)線圈中間接頭將線圈匝數(shù)二等分，理論上前一種情況下變壓比為后一種情況下的兩倍，通過演示觀察判斷實(shí)際情況是否與理論上一致。

【實(shí)施例3】變壓器效率與負(fù)載功率關(guān)系實(shí)驗(yàn)。

將單刀雙擲開關(guān)8先打向某一端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17至使第三電壓表9的讀數(shù)等于第一燈座11上所安裝燈泡的額定電壓，閉合第一開關(guān)14，分別讀出第一電流表5、第二電流表10、第二電壓表6、第三電壓表9的讀數(shù)，計(jì)算第三變壓器7輸入端和輸出端的功率大小，進(jìn)而求得其工作效率。再閉合第二開關(guān)15，最后閉合第三開關(guān)16，同樣方法測(cè)出變壓器工作效率，比較不同負(fù)載情況下變壓器工作效率的變化規(guī)律。在上述實(shí)驗(yàn)過程中，若欲使負(fù)載變化更為連續(xù)、測(cè)量數(shù)據(jù)更為平滑、實(shí)驗(yàn)規(guī)律更為清楚，可自備電阻箱或滑動(dòng)變阻器，將其替代燈泡接入某一燈座的兩接線柱，根據(jù)需要多次調(diào)節(jié)阻值即可實(shí)現(xiàn)。

【實(shí)施例4】輸電電壓與輸電效率關(guān)系實(shí)驗(yàn)（高壓輸電優(yōu)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）。

將單刀雙擲開關(guān)8先打向上端，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17至使第三電壓表9的讀數(shù)等于第一燈座11上所安裝燈泡的額定電壓，閉合第一開關(guān)14，第一燈座11上燈泡正常工作，分別讀出第一電壓表4、第一電流表5、第二電壓表6的讀數(shù)，由第一電壓表4和第一電流表5的數(shù)據(jù)可得到輸電起始端功率，由第二電壓表6和第一電流表5的數(shù)據(jù)可得到輸電末端功率，進(jìn)而可以求得輸電效率及輸電線路損耗功率；然后將單刀雙擲開關(guān)8先打向下端，此時(shí)由于第三變壓器7變壓比發(fā)生變化，為了保證負(fù)載功率不變，就需要再調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)旋鈕17以提高第二變壓器的輸出電壓，使第三電壓表9的讀數(shù)再次等于第一燈座11上所安裝燈泡的額定電壓，這就相當(dāng)于用電負(fù)載不變的情況下輸電電壓提高了。同樣讀出第一電壓表4、第一電流表5、第二電壓表6的讀數(shù)并求出此時(shí)的輸電效率及輸電線路損耗功率，比較前后兩種情況下輸電效率、輸電線路損耗功率與輸電電壓的關(guān)系，理解高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中如欲獲取更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，可在負(fù)載端接入2個(gè)、3個(gè)燈泡重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，還可以通過換用不同電壓參數(shù)的燈泡、外接電阻箱或滑動(dòng)變阻器進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的測(cè)量，進(jìn)而可以定量分析輸電電壓與輸電效率的關(guān)系。