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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部的脈沖高壓發(fā)生器回路實(shí)驗(yàn)板包括絕緣底板、固定電阻，帶金屬邊緣小孔,絕緣板固定孔，高壓電容和放電球。放電球的端插入帶金屬邊緣小孔，高壓電容的一個(gè)C1引腳插入放電球的G2端，整體電路的搭建如圖三所示。電路完成后，每兩個(gè)放電球?yàn)橐唤M，它們的G1端可以組成一個(gè)放電球隙，電容在電路中是以并聯(lián)的形式存在。
- 詳細(xì)介紹：
- 兩種觸發(fā)電路都采用了行輸出變壓器（圖中的 ），雖然兩個(gè)行輸出變壓器型號(hào)，引腳排列各不相同，但結(jié)構(gòu)和作用是相似的。其內(nèi)部有多匝線圈，通過接入不同的引腳，可以實(shí)現(xiàn)不同倍數(shù)的變壓效果。行輸出變壓器由一般采用 左右頻率的方波驅(qū)動(dòng)。兩種方案的基本思路都是通過一個(gè)前端電路產(chǎn)生方波，驅(qū)動(dòng)行輸出變壓器；區(qū)別之處在于產(chǎn)生方波的方式。（1） 方案一電路及說明 圖6 觸發(fā)電路方案一電路圖 如圖6所示，方案1產(chǎn)生方波的方式是利用555芯片接成多諧振蕩器。在3引腳處產(chǎn)生方波，如果要得到某一頻率的方波，根據(jù)公式 可以確定R1，R2，C2的大小。對(duì)于圖3的電路，計(jì)算可得方波的頻率是 ，電壓峰值是12V。 3引腳處輸出的電壓和頻率雖然滿足需要，但是功率太低，不足以驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管。因此，在R3后面使用了一個(gè)C1815晶體管對(duì)輸出的電流進(jìn)行放大。 當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管柵極是高電位時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管開啟，源極和漏極之間導(dǎo)通有電流流過，如圖，電流從行輸出變壓器的2引腳流入，1引腳流出；當(dāng)柵極變成低電位時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，源極和漏極之間電阻極大，無電流通過。電流從蓄流二極管從形成回路中流過，而R7此時(shí)起到限流作用。當(dāng)以上過程重復(fù)進(jìn)行時(shí)，相當(dāng)于給行輸出變壓器的輸入端加了一個(gè)不斷變化的電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，行輸出變壓器的副線圈中就會(huì)有變化的電壓輸出；經(jīng)過高壓硅堆整流，最終就會(huì)產(chǎn)生比較穩(wěn)定的直流高電壓。當(dāng)裝置放電時(shí)會(huì)有一個(gè)很大的反擊電壓，瞬間使觸發(fā)電路的電壓升高到幾百伏，為了保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管不被燒壞，要在其兩端并上一個(gè)電容C3。 （2） 方案二電路及說明 圖7 觸發(fā)電路方案二電路圖 如圖7所示，行輸出變壓器的原邊可等效為鐵氧體磁芯線圈，它比普通電感線圈有更高的電感量和品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)6腳接通12V/5A直流電源時(shí)，電流由6腳流向5腳，此時(shí)三極管導(dǎo)通，在導(dǎo)通的瞬間， 7引腳相當(dāng)于接地，電勢(shì)變?yōu)?，5腳與7腳之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與原來相反的很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電流由5腳流向7腳。此時(shí)，三極管截止，7腳電位升高而5腳降低。所以電流又由7腳流向5腳，此時(shí)三極管再次導(dǎo)通，以上過程重復(fù)進(jìn)行，那么三極管一會(huì)兒導(dǎo)通，一會(huì)兒截止，相當(dāng)于從5、7端輸入了方波信號(hào)。和方案一中所述的原理一樣，行輸出變壓器輸出端產(chǎn)生高壓，經(jīng)過高壓硅堆整流，最終就會(huì)產(chǎn)生比較穩(wěn)定的直流高電壓。 在這里，行輸出變壓器中本身就含有高壓硅堆。如果對(duì)于電壓還有更高的要求，可以把單一的高壓硅堆換成倍壓整流電路，這樣得到的電壓會(huì)更高。但是這樣高的電壓，對(duì)電容和硅堆等元件的性能要求會(huì)比較高，而且調(diào)試起來也并不容易。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品的目的：是設(shè)計(jì)一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便、靈活，低成本，安全性高，并可根據(jù)需要進(jìn)行功能擴(kuò)展的高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。 基本思路是：采用220V，50Hz市電輸入。設(shè)置有交直流轉(zhuǎn)換電路，升壓控制電路，功能選擇電路。 創(chuàng)新點(diǎn)：在已知的同類高校實(shí)驗(yàn)室中以及在“國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫”中未見有與該類高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱功能相同的產(chǎn)品。 技術(shù)關(guān)鍵：將輸入的市電升壓到10000V以上，交直流切換功能。 技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)220V-10000V，完成7種高電壓放電的演示實(shí)驗(yàn)，可以應(yīng)用于多門電氣自動(dòng)化專業(yè)課程。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 技術(shù)特點(diǎn)：其整個(gè)工作電路放于一個(gè)長寬高分別為60CM、40CM、18CM的箱體中。電源采用降壓整流方式將交流220伏市電變換為直流24伏，以供后端升壓使用，升壓控制電路采用開關(guān)方式控制功率器件，使直流24伏電壓逆變?yōu)榻涣鞑⑸龎褐?0000伏以上，可以實(shí)現(xiàn)高壓交流的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流高壓的整流，輸出直流高壓，輸出端接線柱擴(kuò)展端口可以展現(xiàn)高壓放電，通過接線柱可以觀察直流高壓放電等現(xiàn)象；在擴(kuò)展端口上接入由電阻電容器件搭建的MARX堆，再次進(jìn)行升壓可以達(dá)到幾萬伏特電壓（可以由學(xué)生進(jìn)行自由擴(kuò)展，升壓的等級(jí)依賴于MARX堆級(jí)數(shù)，），可以實(shí)現(xiàn)人造閃電實(shí)驗(yàn)。在已知的同類高校實(shí)驗(yàn)室中以及在“國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫”中未見有與該類高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱功能相同的產(chǎn)品。 參考文獻(xiàn)： 周之奎，關(guān)永超.脈沖高電壓、大電流測(cè)量系統(tǒng)的分析研究[J].爆轟波與沖擊波.2003.12.3：170-174 國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局相關(guān)資料。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局： 一種智能脈沖發(fā)生器 200820142946.1高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 200910068657.0 一種高壓放電實(shí)驗(yàn)箱 201020532424.x
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識(shí)產(chǎn)權(quán)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱可以加快電氣專業(yè)高壓電學(xué)類課程的建設(shè)步伐，提高高壓電學(xué)及相關(guān)課程的整體教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)水平，促進(jìn)電氣專業(yè)人才在學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐水平的提高，為天津市濱海新區(qū)發(fā)展高層次人才的需求作出貢獻(xiàn)。在經(jīng)濟(jì)區(qū)域一體化的新形勢(shì)下，天津市濱海新區(qū)要不負(fù)眾望、有聲有色地?fù)?dān)當(dāng)起引擎角色，要大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，盡快打造核心地位，塑造特色鮮明的全新濱海形象。特別是樹立濱海新區(qū)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)地位，就要集中力量進(jìn)行資源優(yōu)化配置。經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人才的配置至關(guān)重要，他可以是經(jīng)發(fā)展的原動(dòng)力，也可能成為發(fā)展的瓶頸。根據(jù)“關(guān)于十一五期間企業(yè)高技能人才需求預(yù)測(cè)報(bào)告”,”天津國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要”的分析預(yù)測(cè)，天津市濱海新區(qū)對(duì)于電氣人才的需求是十分旺盛的，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備不僅可以提高本科的教學(xué)質(zhì)量和水平，而且可以成為科研平臺(tái)的重要組成部分和有力支撐，經(jīng)過在高壓電學(xué)及相關(guān)課程體系中推廣使用，必將培養(yǎng)出更高層次，實(shí)踐、創(chuàng)新能力更強(qiáng)，符合濱海新區(qū)發(fā)展所需要的高層次電氣人才，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
同類課題研究水平概述
- 研究現(xiàn)狀： 由于高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較大，控制不方便，所以試驗(yàn)設(shè)備很難推廣，該類實(shí)驗(yàn)設(shè)備在高校中非常匱乏，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)也很難開展，因此很多學(xué)生往往只能通過觀看錄像或在科技展覽館中獲得相關(guān)的高壓電學(xué)知識(shí)，對(duì)高壓放電的現(xiàn)象往往沒有一個(gè)直觀的印象，更沒有得到實(shí)踐的機(jī)會(huì)，理論和實(shí)踐沒有很好地結(jié)合起來。 基于提高學(xué)生實(shí)踐能力的原則，我們提出了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便、靈活，低成本，安全性高，并可根據(jù)需要進(jìn)行功能擴(kuò)展的高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱可以完成多個(gè)高電壓、電磁場(chǎng)，電氣學(xué)，絕緣技術(shù)，繼電保護(hù)，電磁兼容方面的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的高壓電學(xué)及相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的提高有非常大的幫助。在已知同類高校實(shí)驗(yàn)室中以及在“國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫”中未見有與該類高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱功能相同的產(chǎn)品，因此本試驗(yàn)箱的已經(jīng)申請(qǐng)國家專利。高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱（專利號(hào)：200910068657.0）。 研究現(xiàn)狀： 由于高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較大，控制不方便，所以試驗(yàn)設(shè)備很難推廣，該類實(shí)驗(yàn)設(shè)備在高校中非常匱乏，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)也很難開展，因此很多學(xué)生往往只能通過觀看錄像或在科技展覽館中獲得相關(guān)的高壓電學(xué)知識(shí)，對(duì)高壓放電的現(xiàn)象往往沒有一個(gè)直觀的印象，更沒有得到實(shí)踐的機(jī)會(huì)，理論和實(shí)踐沒有很好地結(jié)合起來。 基于提高學(xué)生實(shí)踐能力的原則，我們提出了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)便、靈活，低成本，安全性高，并可根據(jù)需要進(jìn)行功能擴(kuò)展的高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱可以完成多個(gè)高電壓、電磁場(chǎng)，電氣學(xué)，絕緣技術(shù)，繼電保護(hù)，電磁兼容方面的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的高壓電學(xué)及相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的提高有非常大的幫助。在已知同類高校實(shí)驗(yàn)室中以及在“國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫”中未見有與該類高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱功能相同的產(chǎn)品，因此本試驗(yàn)箱的已經(jīng)申請(qǐng)國家專利。高壓電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱（專利號(hào)：200910068657.0）。
