[发明专利]一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪及演示方法

权利要求书

1.一种电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：包括交流变频电源以及与之相连的示教演示装置；所述的交流变频电源包括与220V交流电网相接的变压器(1)，变压器(1)降压之后形成两个小电压信号，其中一个小电压信号经过第一整流、滤波、稳压电路(2-1)连接示教演示装置直流电压输入端(7)，另一个小电压信号经过第二整流、滤波、稳压电路(2-2)连接逆变器功放板(4)，逆变器功放板(4)连接示教演示装置交流电压输入端(6)；所述的示教演示装置包括直流支路、交流支路以及总电源开关(K)，直流支路与交流支路上设置有负载供电开关(K1)以及并联设置的电感器支路和电容器支路，电感器支路和电容器支路之间设置有电感器和电容器选择开关(K3)，直流支路与交流支路之间设置有电流类型转换开关(K2)；直流支路与交流支路上均设有实验效果显示灯；变压器(1)降压之后形成的两个小电压信号分别为交流18V以及交流12V信号，交流12V信号经过第一整流、滤波、稳压电路(2-1)连接示教演示装置直流电压输入端(7)，交流18V信号经过第二整流、滤波、稳压电路(2-2)连接逆变器功放板(4)；所述的逆变器功放板(4)连接逆变器驱动板(5)，第二整流、滤波、稳压电路(2-2)的输出端经过第一降压、稳压电路(3-1)输出直流12V信号，第一降压、稳压电路(3-1)的输出端经过第二降压、稳压电路(3-2)输出直流5V信号，输出的直流12V信号与直流5V信号均连接至逆变器驱动板(5)；直流支路上设置有一组并联的电感器支路和电容器支路，交流支路上设置有两组并联的电感器支路和电容器支路，这两组并联电感器支路和电容器支路上的电感器以及电容器规格不同，且其中一组并联的电感器支路和电容器支路与直流支路上设置的电感器以及电容器规格相同。

2.根据权利要求1所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：所述的逆变器驱动板(5)采用EG8010+IR2110S电路板。

3.根据权利要求1所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：示教演示装置包括频率调节端子和频率表、直流电压调节端子和直流电压表、交流电压调节端子和交流电压表；频率调节范围为50HZ-150HZ，直流电压与交流电压调节范围为0-12V。

4.根据权利要求1所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：所述的总电源开关(K)为单刀双掷开关；负载供电开关(K1)为双刀双掷开关，第一供电开关刀头(K1-1)与第二供电开关刀头(K1-2)分别设置在直流支路与交流支路上；电流类型转换开关(K2)为双刀双掷开关，第一转换开关刀头(K2-1)与第二转换开关刀头(K2-2)之间设有第一实验效果显示灯(A1)；电感器和电容器选择开关(K3)为三刀双掷开关，第一选择开关刀头(K3-1)、第二选择开关刀头(K3-2)及第三选择开关刀头(K3-3)分别设在直流支路的电感器支路和电容器支路之间、交流支路的两组电感器支路和电容器支路之间。

5.根据权利要求4所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：所述的第二供电开关刀头(K1-2)和电流类型转换开关(K2)交流档位与第二实验效果显示灯(A2)的一端连接，第二实验效果显示灯(A2)的另一端连接电感器支路和电容器支路。

6.根据权利要求1所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪，其特征在于：所述的直流支路上设置的电感器为10mH，电容器为82uF/50V，交流支路上一组电感器为24mH，电容器为56uF/50V，另一组电感器为10mH，电容器为82uF/50V；

所述的实验效果显示灯均为3.8V/0.3A。

7.一种使用如权利要求1所述的电感器和电容器对电流影响的探究实验演示仪的探究实验演示方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、演示电感器对交变电流的影响；

1.探究电感器对交、直流阻通作用；

(1-1)将总电源开关(K)打开；

(1-2)将负载供电开关(K1)打开，使得直流支路与交流支路接通电源；

(1-3)将电流类型转换开关(K2)调至直流档位，使得直流支路接通，两个实验效果显示灯分别处在直流支路和交流支路上；

(1-4)将电感器和电容器选择开关(K3)调至电感档位，使得所有电感器支路接通；

(1-5)调节直流支路与交流支路上的输入电压，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够看到直流支路的实验效果显示灯比交流支路亮，说明电感器起到了通直流阻交流的作用；

2.探究电感器感抗与自感系数以及交流频率的关系；

(2-1)将直流支路与交流支路上的输入电压均调为0；

(2-2)将负载供电开关(K1)打开，并使得交流支路闭合；

(2-3)将电流类型转换开关(K2)调至交流档位，使得两个实验效果显示灯分别处于两个交流支路上；

(2-4)将电感器和电容器选择开关(K3)调至电感档位，组成并联的两个电感器交流支路；

(2-5)调节交流电源的频率和输入电压，此时两个实验效果显示灯分别与交流支路两组不同规格的电感器支路接通，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出线圈的自感系数越大电感器的感抗越大，自感系数越小电感器的感抗越小；

(2-6)保持交流输入电压值不变，增大交流电源频率再次对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出交流电源的频率越大，电感器的感抗越大；

二、演示电容器对交变电流的影响；

A.电容器对交、直流阻通作用；

(A1)将直流支路和交流支路的输入电压均调为0；

(A2)将负载供电开关(K1)打开，使得直流支路与交流支路接通电源；

(A3)将电流类型转换开关(K2)调至直流档位，使得直流支路接通，且两个实验效果显示灯分别处在直流支路和交流支路上；

(A4)将电感器和电容器选择开关(K3)调至电容档位，使得所有电容器支路接通；

(A5)调节直流支路与交流支路上输入电压值，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够看到交流支路的实验效果显示灯比直流支路亮，说明电容器能起到隔直流通交流的作用；

B.电容器容抗与电容容值、交流频率的关系；

(B1)将直流支路与交流支路上的输入电压均调为0；

(B2)将负载供电开关(K1)打开，并使得交流支路闭合；

(B3)将电流类型转换开关(K2)调至交流档位，使得两个实验效果显示灯分别处于两个交流支路上；

(B4)将电感器和电容器选择开关(K3)调至电容档位，组成并联的两个电容器交流支路；

(B5)调节交流电源的频率和输入电压，此时两个实验效果显示灯分别与交流支路两组不同规格的电容器支路接通，对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出电容的容值越大电容器的容抗越小；

(B6)保持交流输入电压值不变，增大交流电源频率再次对比观察两个实验效果显示灯的亮度，能够得出交流电源的频率越大，电容器的容抗越小。