高压电学实验箱制造技术

本发明专利技术涉及一种高压电学实验箱，可以作为高压的实验设备或者教学演示设备，属于教育教学仪器技术领域。利用该实验箱能进行多个不同的交直流高压放电实验，例如交流高压放电、直流高压连续放电、脉冲高压放电、高压电弧触发实验、特斯拉线圈放电实验等；此外使用者可以将其作为被控对象，自行设计进行其它实验。针对高校相关学科实验机会不足的现状，该实验箱的使用可以对理论教学起到良好的补充作用。该装置成本不高，使用方法简单，而且相对安全，适合推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高校学生进行电学实验或教学演示的一种装置，特别是用于高电压的电学实验。
技术介绍
我国正在进行的高压和特高压相关工程的建设，高电压大功率电源和交直流高电压特性 等方面研究，有许多技术问题需要解决，包括系统研究、测试、产品研究与开发、工程设计和 实施等问题.以及高压、特高压直流输电工程的电磁环境、过电压与绝缘配合、直流偏磁、控 制保护系统、交直流高压的特性等方面的研究已经对于高电压领域科研人员的实践能力提出 了更高的要求。但是由于高压电学实验设备价格昂贵，实验危险性较大，控制不方便，所以试验设备很 难推广，相关的实验也很难开展，因此很多学生往往只能通过观看录像或在科技展览馆中获 得相关的高压电学实践知识，对高压放电的现象往往没有一个直观的印象，而自己更没有得 到实践的机会。理论和实践没有很好地结合起来。基于提高学生实践能力原则，本专利技术提出了一种设计简单，控制简便、灵活，低成本， 安全性高，并可根据需要进行功能扩展的高压电学实验箱。该实验箱可以对于学生的高压电 学理论知识和实践能力的提高有非常大的帮助。
技术实现思路
本专利技术采用一种较为简单的装置，能完成至少5个不同的高压放电方面的实验，同时， 利用装置的扩展功能，可以进行多种其它高压相关实验。本专利技术采用220V， 50Hz市电输入，通过40W的主变压器将其变为幅值24V，频率50Hz的交流电，作为主工作电路的输入电压。高压电学实验箱内部主要包括有输出端接线柱及扩 展端口 (4)，其特征在于，还设置有交直流转换开关(3),用于选择升压控制电路(2)所 产生的高电压是以直流状态输出还是交流状态输出；升压控制电路(2)，用于将从电源(1) 得到的幅值为24V直流电变换为8000V 10000V交流电；高压电学实验箱内部的交直流转换电路(3)包括有与高压生成电路(2)相连的单刀双 掷开关K2，与K2b相连的高压硅堆Dl，其中，所述的单刀双掷开关K2c端与升压电路(2) 中行输出变压器F的输出引脚F4相连，所述的单刀双掷开关K2a端与输出端HV直接相连， 所述的高压硅堆Dl的正极连接单刀双掷开关K2b端，负极接输出端HV。高压电学实验箱内部的升压控制电路(2)包括有单刀双掷开关Kl、控制功能扩展接线 端子B、大功率晶体管Q1、限流电阻Rl和行输出变压器F。其中，所述的大功率晶体管Q1 的发射极接直流电源(l)的"-"端，集电极连接行输出变压器F输入端的F3脚，基极通过 电阻R1连接行输出变压器F的F1脚；行输出变压器F的F4脚为输出端，连接K2c端，行输 出变压器F的F5脚接地。所述的单刀双掷开关Klc端与电源(1)的"+"相接，Kla端与控 制功能扩展接线端子B的一端相接，另一端与交直流转换开关(3)中行输出变压器F2引脚 相接。Klb端直接与F2引脚相接。高压电学实验箱内部的输出端接线柱及扩展端口 (4)包括有高压输出负载扩展板(Z)， 脉冲高压发生器回路实验板(M).高压电学实验箱内部的高压输出负载扩展板(Z)包括滑道(ZIO)，绝缘板固定孔(Z9)， 绝缘底板(Z8)、调节螺母(Z7)，移动式负载接线柱(Z5)，金属杆支架(Zl)，伸缩金属杆 (Z4)、其中可以通过调节螺母(Z7)使移动式负载接线柱(Z5)在绝缘底板(Z8)的滑道(Z10) 中滑动，以改变放电间距。移动式负载接线柱(Z5)中的一个与交直流转换选择电路(3)的 HV相接，另一个与升压控制电路(2)中行输出变压器F5脚相接，金属杆支架(Zl)的Z5a 端与移动式负载接线柱(Z5)的B端相接，伸缩金属杆(Z4)的A端与金属杆支架(Zl)的 A端，可以进一步延伸电弧的轨迹。高压电学实验箱内部的脉冲高压发生器回路实验板(M)包括绝缘底板(Ml)、固定电阻 (M2)，带金属边缘小孔(M3)，绝缘板固定孔(M4)，高压电容(C)和放电球(G)。放电球 (G)的G2端插入带金属边缘小孔(M3)，高压电容(C)的一个C1引脚插入放电球(G)的 G2端，整体电路的搭建如图三所示。电路完成后，每两个放电球(G)为一组，它们的G1端 可以组成一个放电球隙，电容在电路中是以并联的形式存在。 附图说明图1是实验箱系统结构框图图2是实验箱的内部区域划分图图3是实验箱内部主电路图图4是冲击电压发生器电路图图5是负载接线柱区域结构图图6是脉冲高压发生器回路实验板结构图(正反面)图7是部分元件图其中-1:电源 2:升压控制电路3:交直流转换电路 4:输出端接线柱及扩展端口具体实施例方式元件箱内有以下元件高压电容器(C) 12个，放电球(G) 24个，带绝缘外皮铜导线l 根，连接导线4根，放电铜导线2根，支架底座(Zl) 2个，可伸縮金属杆(Z4) 2根，输出 端接线柱(Z5) 2根，六角螺母(Z7) 4个，电源线1根，铁扳手一个。当插上接通电源时，主变压器将220V市电转化成24V交流电，再通过后面的整流滤波电 路将其转化为直流电输送给升压电路。升压电路中使用的升压元件是行输出变压器。当开关K1闭合时，行输出变压器F的F2 脚接通24V， 1.5A直流电源，电流由F2脚流向F1脚，此时三极管导通，在导通的瞬间，行 输出变压器F的F3脚相当于接地，电势变为0， Fl脚与F3脚之间会产生一个方向与原来相 反的很大的感应电动势，电流由Fl脚流向F3脚。此时，三极管截止，7脚电位升高而Fl脚 降低，所以电流又由F3脚流向F1脚，此时三极管Q1再次导通，以上过程重复进行，那么三 极管进行周期性导通和截止，相当于从行输出变压器F的F1脚、F3脚输入了方波信号。根据电磁感应原理，行输出变压器F输出端产生交流高压。如果需要直流高压，那么将开关K2 拨向2支路，经过高压硅堆整流，最终就会产生比较稳定的直流高电压；如需要交流高压， K2拨向l支路。最终，所获得的交流高压就可以通过输出端接线柱输出。 实验一交流高压放电1. 通过调节六角螺母(Z7)的松紧，在槽(Z10)内调节两输出端接线柱(Z5)之间的距 离至能够二者击穿之间的空气，固定六角螺母(Z7)。2. K2拨向K2a，插上电源插头，3. Kl拨向Kla，观察两输出端接线柱(Z5)之间是否有连续电弧产生。4. 如果没有电弧产生，关闭K1，用元件箱(E)内的带绝缘外皮的铜导线两端分别接触 两输出端接线柱(Z5)放电，然后调节两输出端接线柱(Z5)之间的距离。5. 重复执行3， 4直到出现理想电弧。6. 观察电弧出现瞬间及此后指南针的指针是否有变化。实验二高压电弧的产生和消失1. 将可伸缩金属杆(Z4)插在支架底座(Zl)顶端(Z3)，支架底座(Zl)底端(Z2) 固定在输出端接线柱(Z5)上；如实验一的方法，调节两输出端接线柱(Z5)之间的距离至 能够击穿之间的空气；调节可伸缩金属杆(Z4)的长度。2. K2拨向K2a,插上电源插头。3. Kl拨向Kla，观察两输出端接线柱(Z5)之间是否有连续电弧产生，如果有电弧，那 么电弧将沿可伸缩金属杆(Z4)上升，当被拉长到一定长度后就会消失。而且只要不切断电 源，电弧将不停地出现。4. 如果没有电弧产生，关闭K1，用元件箱内的带绝缘外皮的铜导线两端分别接触输出 端接线柱(Z5)放电，然后调节两输出端接线柱(Z5)之间的距离。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电学实验箱，包括有输出端接线柱及扩展端口（４），其特征在于，还设置有：交直流转换开关（３），用于选择升压控制电路（２）所产生的高电压是以直流状态输出还是交流状态输出；升压控制电路（２），用于将从电源（１）得到的幅值为２４Ｖ直流电变换为８０００Ｖ～１００００Ｖ交流电；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高圣伟，牟奎霖，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]