如何自制可调交流变频电源

在电工电子学领域，不论是在教习演示中还是实验测试环节都要用到可调变频电源 , 直接购买变频电源往往价格昂贵，其实简单的可调变频电源也可直流发电机逆变的原理 , 制成了频率变化范围为 0 ～ 85Hz , 电压输出幅度为 3 - 200Vp- p 的无极变频电源。

一、自制可调交流变频电源：

首先用一个汽车上拆下的旧发电机 , 拆去定子线圈和转子线圈 , 将转子无换向片的一端装上两副滑环 , 再将换向片和滑环用导线按图 1 连接。滑环上的两个电刷接电源输出端子 CE1和 CE2 , 原换向片上的两个电刷接直流电源输入端子 CE3 和 CE4 。用“手摇轮”作动力 , 通过皮带拖动发电机转动。当 CE1 和 CE2 接入直流电源后 , 在输出端子 CE3 和 CE4 两端即有交流电输出。其输出幅度视输入直流电源大小而恒定不变 , 输出频率随转速的变化而变化。在教学中 , 可用其做电感器的感抗和频率的关系、电容器的容抗和频率的关系、电容器与电感器串联和并联谐振现象、变压器的变压和频率的关系等 20 多种演示 , 解决了教学演示中以往很多难以解决的问题 ( 注 : 原换向片上的刷架中有一个对壳不绝缘 , 必须拆下重新组装 ) 。

二、演示：

1、电感器自感现象的演示如图 2 所示 ,ZD1 为 6. 3V/ 0. 1A 指示灯 ,ZD2( 电笔中氖管 ) 为高压指示灯,L 为 40 瓦荧光灯电感镇流器 ,CZ1 和 CZ2 是变频电源的输出端子。演示时将变频电源输入端子接 7. 5V直流(5节一号电池 ) 。摇动手轮 , 拖动变频电源的转子转动 , 由慢到快。 CZ1 和 CZ2 即有频率为 0 ～ 50Hz 、幅度为 6V 的电压输出。同时可观察到:(1）变频电源转子不动时 ,ZD1 亮 , 而ZD2 不亮。 (2) 变频电源转子转动慢慢时 , 即交流电频率很低时 ,ZD1 和 ZD2 都亮。 (3) 变频电源转子转动很快时 , 即交流电频率高时 , 只ZD2 亮 , 而 ZD1 不亮。因此说明 : 直流电可以通过电感器 ; 交流电难以通过电感器 ; 随着电源频率的升高 , 感抗增大 , 电感器在接通电源的瞬间 , 线圈中产生一个与电源电动势方向相反的感应电动势和原电动势共同作用于 ZD2 而发亮。断开电源的瞬间 , 线圈中产生一个与电源电动势方向相反的电动势 , 作用于 ZD2 而发亮。这个感应电动势叫自感电动势。由 ZD2发光可知 , 自感电动势远大于电源电动势。

2、电容器、电感器串联谐振现象的演示如图 3 所示 ,ZD 为 6. 3V/ 0. 1A 指示灯。 L和 CZ1 、 CZ2 的功能同上。演示时 , 摇动手轮由慢到快 , 再由快到慢。使交流电频率在 0 ～50Hz 变化 , 此时可观察到 : 指示灯 ZD 在低频率时不亮 , 在高频 (50Hz) 时也不亮。只有在电流频率接近 25Hz 时才发光。说明 : 灯泡 ZD 发光时 , 电源的频率达到了电容、电感串联的谐振频率。谐振时 LC 总阻抗最小 , 电路中电流最大 , 因此指示灯最亮。

3 、电容器、电感器、并联谐振的演示如图 4 所示 ,ZD1 、 ZD2 、 ZD3 为 6. 3V/ 0.1A 三个相同的指示灯。 L 和 CZ1 、 CZ2 的功能同上。演示时摇动手轮 , 由慢到快 , 使交流电频率由 0 ～ 50Hz 变化。此时可观察到 : 频率低时 , 指示灯 ZD1 和 ZD3 同时亮 ; 频率高时 , 指示灯 ZD1 和 ZD2 同时亮 ; 只有在电源频率的某一点 (25Hz) 时 , 指示灯 ZD2 和 ZD3 同时亮。而唯有 ZD1 不亮。此频率为该电容器和电感器并联谐振的谐振频率。