一种探究型发电机实训装置

1.本实用新型涉及发电机实训装置，更具体地说，它涉及一种探究型发电机实训装置。


背景技术：

2.在教学或者实训操作中会用到各种装置进行模拟实操，在通过模拟实操后得到不同的结果或者数据，以便进行进一步的学习和分析，所以实训装置在学习和探究的过程中起到一个实操和验证的作用，在发电机的原理探究过程中也会用到探究型发电机实训装置来进行实验操作，现有的发电机主要为电磁感应式的发电机，发电机磁场采用永久磁铁产生，然后通过手摇式传动轮来提供转子的转矩使得转子进行转动，通过电磁感应现象来对发电机的原理进行探究。
3.上述方案存在缺陷：
4.1.转子转矩都来自于手摇式传动轮，无法达到均匀、可调的转速；
5.2.转子绕组的形式单一，匝数和有效面积固定，无法改变；
6.3.发电机磁场采用永久磁铁产生，无法实现均匀、可调的磁感应强度；
7.4.实验内容只能简单对比转速对发电机输出值的影响，无法进行其它参数的对比实验，且输出波形信号波动太大，无法有效观测，有一定的局限性。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种探究型发电机实训装置，非手动的动力装置为发电机装置提供稳定的动力源，其次，不同规格的绕组提供多组发电机转子，再者，采用了磁感应强度可调的磁场来提供不同的磁感应强度，该实用新型具备装置运作稳定、数据可靠和参数对比实验的可选择性强的特点。
9.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种探究型发电机实训装置，包括动力装置、发电机装置和示波器，所述发电机装置包括发电机支脚、发电机转轴、由若干组不同规格绕组构成的发电机转子、线圈、集电环和电刷，所述发电机转轴可转动设在两个所述发电机支脚顶部，所述发电机转子设在所述发电机转轴上并与所述发电机转轴同步转动，两个所述线圈对称设在所述发电机转子的两侧，所述集电环设在所述发电机转轴上且位于所述发电机转子远离所述动力装置的一端，所述集电环与所述发电机转子连接，所述示波器通过电刷与所述集电环连接。
10.在其中一个实施例中，所述动力装置包括电源、电机和联轴器，所述线圈以及所述电机分别与所述电源连接，所述电机的输出轴通过所述联轴器与所述发电机转轴连接；通过电机控制发电机转轴的转动可以保证发电机转子转速的均匀性和可调性。
11.在其中一个实施例中，所述绕组上均有接线端子，所述绕组通过所述接线端子与所述集电环连接；绕组均有接线端子，可通过改变连接方式实现发电机绕组匝数与有效面积的倍数变化，即可在实验过程中无需更换转子就可达到变换发电机绕组匝数和面积的效
果，方便快捷。
12.在其中一个实施例中，两个所述线圈之间设有用于测量磁感应强度的磁力计，所述磁力计与所述电源连接；在调节磁感应强度的时候磁力计可以实时精确反应磁感应强度，便于参数的精准控制。
13.在其中一个实施例中，所述线圈通过电流表与所述电源连接；在线圈回路串接直流电流表可更准确进行电流调节。
14.在其中一个实施例中，若干组所述绕组的数量为三组；多组绕组为参数的对比实验提供多种选择。
15.在其中一个实施例中，所述线圈为亥姆霍兹线圈；亥姆霍兹线圈可产生实验所需的匀强磁场，相对于使用普通的电磁铁或者永久磁铁更能够减少磁场的变化干扰，并且可以在一定范围内通过调节励磁电压的大小来改变磁感应强度，保障实验过程更严谨、更具有研究意义与说服力。
16.在其中一个实施例中，所述联轴器为万向联轴器；万向联轴器结构有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高，便于安装过程的位置调整等。
17.在其中一个实施例中，所述集电环带有换向片，通过改变电刷的位置，可使所述电刷与所述换向片接触式连接，从而使发电机转子的输出电源由交流电转换成直流电，增加探究实验的拓展性。
18.在其中一个实施例中，所述电刷为可移动电刷；电刷的可移动设置可以更方便的对电刷的位置进行调整，使得电刷可以选择直接与集电环接触或者与换向片接触，进而决定发电机输出的交直流性质。
19.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
20.1.转子转矩都来自于动力装置，实现发电机转子转速的均匀性和可调性。
21.2.发电机转子的转子绕组的形式多样，匝数和有效面积不固定，可以进行改变；发电机磁场采用线圈磁场，通过控制电源实现均匀、可调的磁感应强度；实验内容还可以进行发电机转轴转速参数的调节，进而发现转速对发电机输出值的影响；本实用可以进行多个参数的对比实验以及改变发电机输出的交直流性质，且输出波形信号波动小，可以进行有效观测，实用性较高。
附图说明
22.图1是本实用新型的示意图；
23.图2是本实用新型的发电机转子的示意图。
24.图中：1
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发电机支脚；2
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发电机转轴；3
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发电机转子；4
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线圈；5
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集电环；6
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电源；7
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电机；8
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联轴器；9
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示波器；10
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磁力计；11
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电刷。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。
26.值得注意的是，本文所涉及的“上”“下”等方位词均相对于附图视角而定，仅仅只是为了便于描述，不能够理解为对技术方案的限制。
27.参见图1
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2，一种探究型发电机实训装置，包括：动力装置、发电机装置和示波器9，
所述发电机装置包括发电机支脚1、发电机转轴2、由若干组不同规格绕组构成的发电机转子3、线圈4、集电环5和电刷11，所述发电机转轴2可转动设在两个所述发电机支脚1顶部，所述发电机转子3设在所述发电机转轴2上并与所述发电机转轴2同步转动，两个所述线圈4对称设在所述发电机转子3的两侧，具体的，两个线圈4均与发电机转轴2平行设置，所述集电环5设在所述发电机转轴2上且位于所述发电机转子3远离所述动力装置的一端，所述集电环5与所述发电机转子3连接，所述示波器9通过电刷11与所述集电环5连接。
28.在上述实施例中，选择实验所需要的规格的绕组接入试验电路得到对应的一组发电机转子3，并将发电机转子3的绕组与集电环5连接，示波器9通电并打开，打开电源，电源给线圈4通电，两个线圈4之间形成磁场，于此同时，动力装置开始带动发电机转轴2转动，此时发电机转子3跟着发电机转轴2转动，此时发电机转子3在两个线圈4所产生的磁场内转动，发电机转子3产生的电信号就会通过集电环5和电刷11传到示波器9，具体的，两个电刷11分别设在集电环5相对的两侧，两个电刷11不在集电环5的同一端，电刷11通过支架连接在发电机支脚1上。
29.在其中一个实施例中，所述动力装置包括电源6、电机7和联轴器8，所述线圈4以及所述电机7分别与所述电源6连接，所述电机7的输出轴通过所述联轴器8与所述发电机转轴2连接；具体的，电源6为直流电源，电机7的输出轴和发电机转轴2通过中间轴连接，中间轴的两端分别通过联轴器8与电机7的输出轴以及发电机转轴2连接。
30.在其中一个实施例中，所述绕组上均有接线端子，所述绕组通过所述接线端子与所述集电环5连接；具体的，每组绕组均有接线端子，同时集电环5的连接线有接线端子，集电环5连接线的接线端子和绕组的接线端子适配。
31.在其中一个实施例中，两个所述线圈4之间设有用于测量磁感应强度的磁力计10，所述磁力计10与所述电源6连接；具体的，磁力计10通过固定装置设在两个线圈4中心轴中点的上方，同时磁力计10也位于发电机转子3的上方，在发电机转子3启动之前先打开磁力计10，此时磁力计10会测量线圈4产生的磁感应强度，在对磁感应强度完成调整后再启动发电机转子3。
32.在其中一个实施例中，线圈4通过电流表与所述电源6连接；在进行不同磁感应强度的参数对比试验时，通过调节电源6的输出来控制磁感应强度的大小，通过电流表可以直观得到电源6提供的电流的大小。
33.在其中一个实施例中，线圈4为亥姆霍兹线圈；具体的，在一定范围内，磁感应强度与励磁电流成正比，该实训装置中，亥姆霍兹线圈加以稳定直流电压，可视为纯电阻电路，所以励磁电流与励磁电压成正比，即磁感应强度与励磁电压成正比，亥姆霍兹线圈供电电源6亦可采用可调直流电源。
34.在其中一个实施例中，若干组所述绕组的数量为三组；具体的，各组绕组的线圈部分的具体参数如下：
35.[0036][0037]
以上，三组绕组的绕线槽的中部交叉互通，发电机转轴2从三组绕组的绕线槽交叉处的中心位置穿过，发电机转轴2穿过发电机转子3的通孔的一端设有用于将发电机转轴2和绕线隔开的套筒，具体的，套筒设在通孔靠近绕线槽的一端，三组绕组的绕线在交叉处相互之间用绝缘纸绝缘隔离，线圈有效面积相同的两组绕与另一组绕组形成，三组绕组在空间上均匀对称，相互夹角为60
°
。
[0038]
在其中一个实施例中，所述联轴器8为万向联轴器；具体的，万向联轴器配合中间轴使用便于电机7位置的确定和调整。
[0039]
在其中一个实施例中，所述集电环5带有换向片，所述电刷11与所述换向片接触式连接；电刷与普通集电环5直接接触就是交流输出，而电刷与集电环5的换向片接触就是直流输出，所以电刷11与换向片接触目的是为了实现直流输出，具体的，交流电在发电机转子3产生，通过接线端子向集电环5流入，再从换向片到电刷11，此时交流电变成直流电，最后直流电到达示波器9。
[0040]
在其中一个实施例中，所述电刷11为可移动电刷；具体的，电刷11通过螺丝与支架松紧设置，电刷11可沿着发电机转子3的轴向移动，电刷11的可移动使得电刷11可选择跟集电环5直接接触或者与换向片接触，进而更好的选择交流电或者直流电。
[0041]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。