專利名稱：磁場演示教學儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學儀器，特別是一種演示磁場性質(zhì)的教學儀。
目前，在電磁學教學中還沒有一種能演示動態(tài)磁場特性的教學儀器，老師在教學時只能通過書本和掛圖來說明磁場的特性，至多只能在實驗課中用鐵粉和磁鐵表示靜態(tài)磁場的分布，來加深同學們的印像，但上述方法較原始，比較抽象，使學生難以理解。在實驗室中，人們多用示波器來觀察某些電壓波形，但示波器屏幕小，無法用于課堂教學演示，更主要的是它只能表現(xiàn)動態(tài)電場的特性，而對動態(tài)磁場的特性則無法表現(xiàn)。
本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種磁場演示教學儀。
本實用新型的技術解決方案如圖所示。


圖1是本實用新型三相線圈截面示意圖。
圖2是本實用新型正交線圈截面示意圖。
圖3是本實用新型三相旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生電路電原理圖；圖4是本實用新型雙通道正交磁場發(fā)生電路電原理圖。
本實用新型是在黑白電視機電路的基礎上完成的，它包括有黑白電視機的中放電路、視放電路、掃描電路和顯像管，并將顯像管管頸上的偏轉(zhuǎn)線圈取下，其特征是在黑白電視機的顯像管管頸上套裝有三相線圈Za、Zb、Zc和正交線圈X、Y，三相線圈是將三個繞組Za、Zb、Zc沿絕緣管套T的軸向方向繞制，且按絕緣管套T的截面方向它們相互呈120度均勻分布(如
圖1)。正交線圈是將兩個繞組X、Y沿絕緣管套T′的軸向方向繞制，且按絕緣管套T′的截面它們相互正交呈90度分布(如圖2)。三相線圈和正交線圈的絕緣管套T和T′的內(nèi)徑均與顯像管的管頸外徑相吻合，它們配接在一起。三相線圈Za、Zb、Zc與三相旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生電路連接，如圖3，該電路由三相交流電源A、B、C及其三相變壓器B1、B2、B3和切換開關K1、K2及輸出變壓器B4、B5、B6組成，三相變壓器B1、B2、B3初級一端分別接三相電源A、B、C，它們初級的另一端共地接電源零線，切換開關K1為雙刀雙擲開關，其兩個動刀端1、2分別與三相變壓器B1、B2的次級連接，K1的兩組靜刀端3、4和5、6交叉短接，其中靜刀端3、6接輸出變壓器B4初級的Ⅰ端，靜刀端4、5接輸出變壓器B5初級的Ⅰ端，輸出變壓器B6初級的Ⅰ端直接與三相變壓器B3的次級輸出連接，切換開關K2為三刀三擲開關，其三個動刀端7、8、9分別與輸出變壓器B4、B5、B6初級的Ⅱ端連接，其三組靜刀端中，各組第一個靜刀端10、11、12連接一起接地，各組第二個靜刀端10′、11′、12′連接一起，各組第三個靜刀端10″、11″、12″分別與輸出變壓器B5、B6、B4初級的Ⅰ端連接，B4、B5、B6的次級輸出分別與三相線圈的三個繞組Za、Zb、Zc的兩端連接。正交線圈X、Y與雙通道正交磁場發(fā)生電路連接，如圖4、該電路由鋸齒波發(fā)生器、X通道放大器和Y通道放大器組成，鋸齒波發(fā)生器由晶體管BG1、單結晶體管BG2、穩(wěn)壓管DW、電位器W、電阻R1－R4和電容C1組成，X通道放大器由電阻R5、R6，電容C2、C3和復合放大管BG3組成，Y通道放大器由電阻R7、R8，電容C4、C5和復合放大管BG4組成，鋸齒波發(fā)生器的輸出通過切換開關K3與X通道放大器連接，K3為雙刀雙擲開關，其兩個動刀端13、14分別與正電源＋Vc和X通道放大器的輸入端連接，其兩組靜刀端15、16和17、18中，靜刀端15與鋸齒波發(fā)生器的電源端連接，靜刀端16懸空，靜刀端17與鋸齒波發(fā)生器的輸出端即BG1的集電極連接，靜刀端18與X方向外信號輸入插座Z1連接，X通道放大器的輸出端從電容C3引出接正交線圈的X繞組，Y通道放大器的輸入端即電容C4的一端接Y方向外信號輸入插座Z2，Y通道放大器的輸出從電容C5引出接正交線圈的Y繞組。
本實用新型可進行三相電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的模擬，還可進行正交交變磁場疊加的模擬。模似三相電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的工作過程如圖3，三相變壓器B1、B2、B3的初級分別加入三相電源A、B、C，此時切換開關K1的動刀端1、2分別與其靜刀端3、5連接，切換開關K2的動刀端7、8、9分別與其靜刀端10、11、12連接，這樣，三相變壓器B1、B2的次級交流電源的輸出通過K1、K2送到輸出變壓器B4、B5的初級，三相變壓器B3的次級交流電源的輸出直接送到輸出變壓器B6的初級，在B4、B5、B6的次級輸出端得到一個分別與三相電源A、B、C變化相同的交變電源，這三個交變電源分別送到三相線圈的三個繞組Za、Zb、Zc上，由于此時黑白電視機內(nèi)的中放電路、視放電路和掃描電路已正常工作，則其顯像管上已有電子束發(fā)射，這樣當顯像管管頸上的三相線圈繞組Za、Zb、Zc接通三相交變電源時，就會產(chǎn)生相位差120度的交變磁場，又由于三個繞組Za、Zb、Zc在其絕緣管套T上呈120度空間分布，則Za、Zb、Zc產(chǎn)生的三個交變磁場疊加成旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場就使得顯像管內(nèi)的電子束按旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，它們打在顯像管前部熒屏上時，就會顯示出該旋轉(zhuǎn)磁場的圖形，從而完成對三相電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的模擬演示。當切換開關K1進行切換時，可改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，當切換開關K2切換時，可改變?nèi)嚯姍C內(nèi)三相電源的接法，從而演示出不同接法時的旋轉(zhuǎn)磁場的不同圖形。模擬正交交變磁場的疊加過程如圖4，在切換開關K3的動刀端13、14分別與其靜刀端15、17連接時，鋸齒波發(fā)生器接通電源從BG1的集電極輸出一個鋸齒波信號加到X通道放大器的輸入端，該信號經(jīng)復合管BG3放大后送到正交線圈的X繞組上；此時，可在Y通道放大器輸入端的Y方向外信號輸入插座Z2上接入各種交變信號，如正弦波信號、方波信號、半波整流信號、阻尼振蕩信號等等，假設Z2上接入正弦波信號，則該信號經(jīng)復合管BG4放大后送到正交線圈的Y繞組上，這樣在正交線圈的X和Y繞組上分別得到鋸齒波電流和正弦波電流，從而由X和Y繞組分別產(chǎn)生與鋸齒波和正弦波變化相同的交變磁場，由于它們在其絕緣管套T′上相互正交，空間呈90度分布，則這兩種磁場的疊加作用到顯像管內(nèi)的電子束上，使熒屏顯示出這兩種磁場疊加后的圖形，它為一個正弦波形。若Y方向外信號輸入插座Z2上分別接入方波信號、半波整流信號或阻尼振蕩信號時，則熒屏就會分別顯示出充放電曲線、半波圖形或衰減振蕩波形。切換開關K3切換時，可在X通道放大器輸入端的X方向外信號輸入插座Z1上接入各種其它交變信號，從而演示出更多的兩個交變磁場的疊加圖形。譬如X、Y方向外信號輸入插座Z1、Z2上分別接入不同頻率而頻率比為整數(shù)比的正弦波信號，則可在熒屏上得到李沙育圖形，如果Z1、Z2上分別接入同頻不同相的正弦波信號，則可在熒屏上得到橢圓的圖形，以此可判斷出兩個正弦波信號的相位差，在特殊的情況下，即Z1、Z2上分別接入同頻而相位相差90度的正弦波信號時，則在熒屏上得到一個圓，它即為單相電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的模擬，尤其在這兩個相位相差90度的正弦波信號的頻率為50HZ時，則熒屏上顯示的圓會旋轉(zhuǎn)，模擬旋轉(zhuǎn)磁場更為形象。
本實用新型在電工教學中首次完成了對旋轉(zhuǎn)磁場的模擬和演示，不僅可演示三相電機和單相電機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場，還可演示各種交變信號相互疊加后的磁場，并能觀察各種交變信號的波形，使電工教學內(nèi)容的直觀性大大提高，使學生們更易理解和接受，教學效果顯著。本實用新型線路簡單，功能多，性能可靠，成本低廉，不僅可廣泛用于電工課堂教學，也可用于實驗室操作。
權利要求1.一種磁場演示教學儀，它包括有黑白電視機的中放電路、視放電路、掃描電路和顯像管，并將顯像管管頸上的偏轉(zhuǎn)線圈取下，其特征在于在黑白電視機的顯像管管頸上套裝有三相線圈Za、Zb、Zc和正交線圈X、Y，三相線圈是將三個繞組Za、Zb、Zc沿絕緣管套T的軸向方向繞制，且按絕緣管套T的截面方向它們相互呈120度均勻分布，正交線圈是將兩個繞組X、Y沿絕緣管套T′的軸向方向繞制，且按絕緣管套T′的截面它們相互正交呈90度分布，絕緣管套T、T′的內(nèi)徑均與顯像管的管頸外徑相吻合，它們配合連接在一起，三相線圈Za、Zb、Zc與由三相交流電源A、B、C及其三相變壓器B1、B2、B3和切換開關K1、K2及輸出變壓器B4、B5、B6組成的三相旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生電路相連接，正交線圈X、Y與由鋸齒波發(fā)電器、X通道放大器和Y通道放大器組成的雙通道正交磁場發(fā)生電路連接。
2.按權利要求1所述的磁場演示教學儀，其特征在于在三相旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生電路中，三相變壓器B1、B2、B3初級一端分別接三相電源A、B、C，它們初級的另一端共地接電源零線，切換開關K1為雙刀雙擲開關，其兩個動刀端1、2分別與三相變壓器B1、B2的次級連接，K1兩組靜刀端3、4和5、6交叉短接，其中靜刀端3、6接輸出變壓器B4初級的Ⅰ端，靜刀端4、5接輸出變壓器B5初級的Ⅰ端，輸出變壓器B6初級的Ⅰ端直接與三相變壓器B3的次級輸出連接，切換開關K2為三刀三擲開關，其三個動刀端7、8、9分別與輸出變壓器B4、B5、B6初級的Ⅱ端連接，其三組靜刀端中，各組第一個靜刀端10、11、12連接一起接地，各組第二個靜刀端10′、11′、12′連接一起，各組第三個靜刀端10″、11″、12″分別與輸出變壓器B5、B6、B4初級的Ⅰ端連接，B4、B5、B6的次級輸出分別與三相線圈的三個繞組Za、Zb、Zc的兩端連接。
3.按權利要求1所述的磁場演示教學儀，其特征在于在雙通道正交磁場發(fā)生電路中，鋸齒波發(fā)生器由晶體管BG1、單結晶體管BG2、穩(wěn)壓管DW、電位器W、電阻R1－R4和電容C1組成，X通道放大器由電阻R5、R6，電容C2、C3和復合放大管BG3組成，Y通道放大器由電阻R7、R8，電容C4、C5和復合放大管BG4組成，鋸齒波發(fā)生器的輸出通過切換開關K3與X通道放大器連接，K3為雙刀雙擲開關，其兩個動刀端13、14分別與正電源＋Vc和X通道放大器的輸入端連接，其兩組靜刀端15、16和17、18中，靜刀端15與鋸齒波發(fā)生器的電源端連接，靜刀端16懸空，靜刀端17與鋸齒波發(fā)生器的輸出即BG1的集電極連接，靜刀端18與X方向外信號輸入插座Z1連接，X通道放大器的輸出端從電容C3引出接正交線圈的X繞組，Y通道放大器的輸入端即電容C4的一端接Y方向外信號輸入插座Z2，Y通道放大器的輸出從電容C5引出接正交線圈的Y繞組。
專利摘要本實用新型涉及一種演示磁場性質(zhì)的教學儀器，它是在黑白電視機電路的基礎上完成的，其特點是將三相線圈和正交線圈套裝在顯像管管頸上，這兩種線圈均是在各自的絕緣管套上沿軸向方向繞制，三相線圈三個繞組呈120度均勻分布，正交線圈兩個繞組呈90度正交分布，三相線圈和正交線圈分別與三相旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生電路和雙通道正交磁場發(fā)生電路連接。本實用新型在電工教學中首次完成對旋轉(zhuǎn)磁場和正交交變磁場的模擬和演示，使電工教學的手段大大前進了一步。
文檔編號G09B23/18GK2118336SQ92213839
公開日1992年10月7日 申請日期1992年5月12日 優(yōu)先權日1992年5月12日
發(fā)明者朱關麟 申請人:朱關麟