一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置论文和设计-吴德清

全文摘要

本实用新型涉及教学装置，具体涉及一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置。一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，包括示教板和控制箱，控制箱上设有控制电路板，控制电路板上设有逐级递增控制的第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关，示教板上设有第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关分别控制的第一指示灯组、第二指示灯组和第三指示灯组，实现分级控制，显示出飞机无刷交流发电机的工作原理，让飞机无刷交流发电机的工作原理一目了然，直观简单，给学生留下深刻印象。

主设计要求

1.一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，包括示教板和控制箱，其特征在于：控制箱上设有控制电路板，控制电路板上设有第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关，所述的示教板上设有交流励磁机定子示意图、交流励磁机转子示意图、三相半波整流电路图、主发电机转子示意图和主发电机定子示意图，交流励磁机定子示意图和交流励磁机转子示意图之间设有由交流励磁机定子示意图指向交流励磁机转子示意图的第一箭头，交流励磁机转子示意图和三相半波整流电路图之间设有由交流励磁机转子示意图指向三相半波整流电路图第二箭头，三相半波整流电路图和主发电机定子示意图之间设有由三相半波整流电路图指向主发电机定子示意图第三箭头，主发电机转子示意图和主发电机定子示意图之间设有由主发电机转子示意图指向主发电机定子示意图的第四箭头，示教板上设有第一级指示灯组、第二级指示灯组和第三级指示灯组，第一级指示灯组包括由第一级控制开关控制的交流励磁机定子示意图的绕组上的第一组指示灯、交流励磁机转子示意图上的第二组指示灯和第一箭头上的第三组指示灯，第二级指示灯组包括由第二级控制开关控制的第二箭头上的第四组指示灯和三相半波整流电路图上的第五组指示灯，第三级指示灯组包括由第三级控制开关控制的第三箭头上的第六组指示灯、主发电机转子示意图的绕组上的第七组指示灯、第四箭头上的第八组指示灯和主发电机定子示意图的绕组上的第九组指示灯；所述的控制电路板还包括依次连接的电源按钮和单片机闪烁器控制盒，单片机闪烁器控制盒的输出端通过三极管连接第一至第九组指示灯的正极，电源按钮与第一级控制开关连接，第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关依次连接，第一级控制开关输出端连接继电器J1线圈的一端，第二级控制开关输出端连接继电器J2的线圈的一端，第三级控制开关输出端连接继电器J3线圈的一端，继电器J1、J2、J3线圈的另一端接地，继电器J1的其中一常开触点开关的输入端与第一级指示灯组的负极连接，继电器J2的其中一常开触点开关的输入端与第二级指示灯组的负极连接，继电器J3的其中一常开触点开关的输入端与第三级指示灯组的负极连接，继电器J1、J2、J3的常开触点开关的输出端接地；在电源按钮的输出端连接有555定时器，在555定时器是输出端连接有三极管V5，三极管V5的发射极通过电阻R1连接电源按钮的输出端，三极管V5的集电极接地，三极管V5的发射极连接三极管V6的基极和指示灯L1的负极，指示灯L1的正极连接电源按钮的输出端，三极管V5的发射极通过电阻R2连接电源按钮的输出端，三极管V6的集电极接地，三极管V6的发射极连接指示灯L2的负极，指示灯L2的正极连接电源按钮的输出端，在示教板上设有输出指示灯，输出指示灯的负极与第三级指示灯组的负极连接，输出指示灯的正极与第三级指示灯组的正极连接。

设计方案

1.一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，包括示教板和控制箱，其特征在于：控制箱上设有控制电路板，控制电路板上设有第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关，所述的示教板上设有交流励磁机定子示意图、交流励磁机转子示意图、三相半波整流电路图、主发电机转子示意图和主发电机定子示意图，交流励磁机定子示意图和交流励磁机转子示意图之间设有由交流励磁机定子示意图指向交流励磁机转子示意图的第一箭头，交流励磁机转子示意图和三相半波整流电路图之间设有由交流励磁机转子示意图指向三相半波整流电路图第二箭头，三相半波整流电路图和主发电机定子示意图之间设有由三相半波整流电路图指向主发电机定子示意图第三箭头，主发电机转子示意图和主发电机定子示意图之间设有由主发电机转子示意图指向主发电机定子示意图的第四箭头，示教板上设有第一级指示灯组、第二级指示灯组和第三级指示灯组，第一级指示灯组包括由第一级控制开关控制的交流励磁机定子示意图的绕组上的第一组指示灯、交流励磁机转子示意图上的第二组指示灯和第一箭头上的第三组指示灯，第二级指示灯组包括由第二级控制开关控制的第二箭头上的第四组指示灯和三相半波整流电路图上的第五组指示灯，第三级指示灯组包括由第三级控制开关控制的第三箭头上的第六组指示灯、主发电机转子示意图的绕组上的第七组指示灯、第四箭头上的第八组指示灯和主发电机定子示意图的绕组上的第九组指示灯；所述的控制电路板还包括依次连接的电源按钮和单片机闪烁器控制盒，单片机闪烁器控制盒的输出端通过三极管连接第一至第九组指示灯的正极，电源按钮与第一级控制开关连接，第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关依次连接，第一级控制开关输出端连接继电器J1线圈的一端，第二级控制开关输出端连接继电器J2的线圈的一端，第三级控制开关输出端连接继电器J3线圈的一端，继电器J1、J2、J3线圈的另一端接地，继电器J1的其中一常开触点开关的输入端与第一级指示灯组的负极连接，继电器J2的其中一常开触点开关的输入端与第二级指示灯组的负极连接，继电器J3的其中一常开触点开关的输入端与第三级指示灯组的负极连接，继电器J1、J2、J3 的常开触点开关的输出端接地；在电源按钮的输出端连接有555定时器，在555定时器是输出端连接有三极管V5，三极管V5的发射极通过电阻R1连接电源按钮的输出端，三极管V5的集电极接地，三极管V5的发射极连接三极管V6的基极和指示灯L1的负极，指示灯L1的正极连接电源按钮的输出端，三极管V5的发射极通过电阻R2连接电源按钮的输出端，三极管V6的集电极接地，三极管V6的发射极连接指示灯L2的负极，指示灯L2的正极连接电源按钮的输出端，在示教板上设有输出指示灯，输出指示灯的负极与第三级指示灯组的负极连接，输出指示灯的正极与第三级指示灯组的正极连接。

2.根据权利要求1所述的一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，其特征在于：所述控制箱上还设有电机控制开关，交流励磁机转子示意图的中心设有的励磁电机，励磁电机的一端通过电机控制开关和继电器J1与第一级控制开关的输出端连接，励磁电机的另一端连接继电器J1常开触点开关的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，其特征在于：所述的主发电机定子示意图的中心设有发电电机，发电电机的一端通过电机控制开关和继电器J3与第三级控制开关的输出端连接，发电电机的另一端连接继电器J3常开触点开关的输入端。

4.根据权利要求3所述的一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，其特征在于：所述电机控制开关为常闭按钮。

5.根据权利要求1所述的一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，其特征在于：所述第一至第九组指示灯为LED灯。

6.根据权利要求1所述的一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，其特征在于：所述示教板上还设有无刷交流发电机原理图和无刷交流发电机内部结构图。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及教学装置，具体涉及一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置。

背景技术

随着教育事业的发展，对技能型人才的培养质量要求越来越高，随之产生各种各样的教学设备。想要学生充分的掌握各种理论知识，教师必须结合理论知识实现实践化教学。飞机无刷交流发电机的工作原理是对励磁机在定子上的励磁绕组提供励磁，其转子电枢绕组将发出交流电，经过旋转整流器后在转子向主发电机在转子的励磁绕组供电，从而使主发电机在定子的电枢绕组感应出所需的交流电来。这就是一般交流发电机的“无刷”工作原理，这个工作过程比较抽象，难以理解。要想学生能够对飞机无刷交流发电机理论知识有更加深刻的印象，需要制作出能让学生直观观察到整个工作原理的模拟装置。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，让飞机无刷交流发电机的工作原理一目了然，直观简单，给学生留下深刻印象。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，包括示教板和控制箱，控制箱上设有控制电路板，控制电路板上设有逐级递增控制的第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关，所述的示教板上设有交流励磁机定子示意图、交流励磁机转子示意图、三相半波整流电路图、主发电机转子示意图和主发电机定子示意图，交流励磁机定子示意图和交流励磁机转子示意图之间设有由交流励磁机定子示意图指向交流励磁机转子示意图的第一箭头，交流励磁机转子示意图和三相半波整流电路图之间设有由交流励磁机转子示意图指向三相半波整流电路图第二箭头，三相半波整流电路图和主发电机定子示意图之间设有由三相半波整流电路图指向主发电机定子示意图第三箭头，主发电机转子示意图和主发电机定子示意图之间设有由主发电机转子示意图指向主发电机定子示意图的第四箭头，示教板上设有第一级指示灯组、第二级指示灯组和第三级指示灯组，第一级指示灯组包括由第一级控制开关控制的交流励磁机定子示意图的绕组上的第一组指示灯、交流励磁机转子示意图上的第二组指示灯和第一箭头上的第三组指示灯，第二级指示灯组包括由第二级控制开关控制的第二箭头上的第四组指示灯和三相半波整流电路图上的第五组指示灯，第三级指示灯组包括由第三级控制开关控制的第三箭头上的第六组指示灯、主发电机转子示意图上的第七组指示灯、第四箭头上的第八组指示灯和主发电机定子示意图的绕组上的第九组指示灯；所述的控制电路板还设有依次连接的电源按钮和单片机单片机闪烁器控制盒控制盒，单片机单片机闪烁器控制盒控制盒的输出端连接第一至第九组指示灯的正极，电源按钮与第一级控制开关连接，第一级控制开关、第二级控制开关和第三级控制开关依次连接，第一级控制开关输出端连接继电器J1线圈的一端，第二级控制开关输出端连接继电器J2的线圈的一端，第三级控制开关输出端连接继电器J3线圈的一端，继电器J1、J2、J3线圈的另一端接地，继电器J1的其中一常开触点开关的输入端与第一级指示灯组的负极连接，继电器J2的其中一常开触点开关的输入端与第二级指示灯组的负极连接，继电器J3的其中一常开触点开关的输入端与第三级指示灯组的负极连接，继电器J1、J2、J3的常开触点开关的输出端接地；在电源按钮的输出端连接有555定时器，在555定时器是输出端连接有三极管V5，三极管V5的发射极通过电阻R1连接电源按钮的输出端，三极管V5的集电极接地，三极管V5的发射极连接三极管V6的基极和指示灯L1的负极，指示灯L1的正极连接电源按钮的输出端，三极管V5的发射极通过电阻R2连接电源按钮的输出端，三极管V6的集电极接地，三极管V6的发射极连接指示灯L2的负极，指示灯L2的正极连接电源按钮的输出端。

上述结构，按下电源按钮，单片机闪烁器控制盒工作，输出脉冲信号送至示教板的指示灯的正极，此时处于待机状态。按下第一级控制开关，继电器J1的线圈通电，继电器J1的常开触点开关闭合，继电器J1将示教板所有第一级指示灯负极接地，交流励磁机定子示意图的绕组上的第一组指示灯组闪烁代表激磁磁场工作，第一箭头上的第三组指示灯闪烁指向下一步工作，对应交流励磁机转子示意图上的第二组指示灯旋转代表交流励磁机转子工作，处于发电机状态。

按下第二级控制开关，第二箭头上的第四组指示灯闪烁，代表输出的三相交流电送给下一级激磁整流。继电器J2通电，继电器J2的常开触点开关闭合，继电器J2将示教板上的第二级指示灯组负极接地，三相半波整流电路图上的第五组指示灯闪烁代表三相半波整流电路工作，将输入的三相交流电整流成直流电。

按下第三级控制开关，继电器J3通电，继电器J3的常开触点开关闭合，继电器J3将示教板上的第三级指示灯组负极接地，第三箭头上的第六组指示灯闪烁，表示将整流后的直流电送给下一级主发电机激磁绕组，主发电机转子示意图的绕组的第七组指示灯代表激磁磁场工作，形成主发电机的激磁磁场。第四箭头上的第八组指示灯闪烁指向下一步工作，对应主发电机定子示意图的绕组上的第九组指示灯旋转代表主发电机三相交流电输出，输出交流电压。

上述步骤，通过第一至九组指示灯的工作顺序，形象的模拟出电流的产生过程，学生可以清晰的看到飞机无刷交流发电机的工作过程，让飞机无刷交流发电机的工作原理一目了然，直观简单，给学生留下深刻印象。

通过555定时器控制L1和L2，起到指示的作用。

进一步的，所述控制箱上还设有电机控制开关，交流励磁机转子示意图的中心设有的励磁电机，励磁电机的一端通过电机控制开关和继电器J1与第一级控制开关的输出端连接，励磁电机的另一端连接继电器J1常开触点开关的输入端。按下第一级控制开关，继电器J1的线圈通电，继电器J1的常开触点开关闭合，继电器J1控制励磁电机的供电，励磁电机模拟转轴旋转，同时发出声音，让学生知道交流励磁机在工作，也可以通过电机控制开关断开励磁电机的工作，降低噪音，方便老师讲解。

进一步的，所述的主发电机定子示意图的中心设有发电电机，发电电机的一端通过电机控制开关和继电器J3与第三级控制开关的输出端连接，发电电机的另一端连接继电器J3常开触点开关的输入端。按下第三级控制开关，继电器J3的线圈通电，继电器J3的常开触点开关闭合，继电器J3控制发电电机的供电，发电电机模拟转轴旋转，同时发出声音，让学生知道发电电机在工作，也可以通过电机控制开关断开发电电机的工作，降低噪音，方便老师讲解。

所述电机控制开关为常闭按钮；常闭按钮才能让继电器J1、J3实现对励磁电机和发电电机的自动控制，同时需要降低噪音只需按下电机控制开关就可以同时停止励磁电机和发电电机的工作。

进一步的，所述第一至第九组指示灯为LED灯。LED灯工作电压低，方便控制，使用寿命长。

进一步的，所述示教板上还设有无刷交流发电机原理图和无刷交流发电机内部结构图。这样老师在讲解的飞机无刷交流发电机的工作原理的时候更方便直观。

进一步的，在示教板上设有输出指示灯，输出指示灯的负极与第三级指示灯组的负极连接，输出指示灯的正极与第三级指示灯组的正极连接，如输出指示灯亮，代表有电输出。

附图说明

图1为示教板的机构示意图。

图2为控制箱的工作原理图。

图3为控制箱的示意图。

图2中A端连接第一级指示灯组的负极公共端，B端连接第一级指示灯组的正极公共端，C端连接第二级指示灯组的正极公共端，D端连接第三级指示灯组的正极公共端，E端连接输出指示灯的正极公共端，F端连接第二级指示灯组的负极公共端，G端连接第三级指示灯组的负极公共端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-3所示，一种飞机无刷交流发电机教学模拟装置，包括示教板1和控制箱2。

控制箱2上设有控制电路板3，控制电路板3上设有逐级递增控制的第一级控制开关4、第二级控制开关5和第三级控制开关6，所述的示教板1上设有交流励磁机定子示意图7、交流励磁机转子示意图8、三相半波整流电路图9、主发电机转子示意图10和主发电机定子示意图11，交流励磁机定子示意图7和交流励磁机转子示意图8之间设有由交流励磁机定子示意图7指向交流励磁机转子示意图8的第一箭头12，交流励磁机转子示意图8和三相半波整流电路图9之间设有由交流励磁机转子示意图8指向三相半波整流电路图9第二箭头13，三相半波整流电路图9和主发电机定子示意图11之间设有由三相半波整流电路图9指向主发电机定子示意图11第三箭头14，主发电机转子示意图10和主发电机定子示意图11之间设有由主发电机转子示意图10指向主发电机定子示意图11的第四箭头15。

示教板1上设有第一级指示灯组16、第二级指示灯组17、第三级指示灯组18和输出指示灯18a。第一级指示灯组16包括由第一级控制开关4控制的交流励磁机定子示意图7的绕组上的第一组指示灯19、交流励磁机转子示意图8上的第二组指示灯20和第一箭头12上的第三组指示灯21，第二级指示灯组17包括由第二级控制开关5控制的第二箭头13上的第四组指示灯22和三相半波整流电路图9上的第五组指示灯23，第三级指示灯组18包括由第三级控制开关6控制的第三箭头14上的第六组指示灯24、主发电机转子示意图10上的第七组指示灯25、第四箭头15上的第八组指示灯26和主发电机定子示意图11的绕组上的第九组指示灯27。

所述的控制电路板3上设有控制电路，控制电路包括依次连接的电源按钮28和单片机闪烁器控制盒29，电源按钮28的输出端通过电阻连接到第一至第九组指示灯和输出指示灯的正极，在电源按钮28与单片机闪烁器控制盒之间连接有7805三端稳压集成电路1a，单片机闪烁器控制盒中使用的是52单片机，单片机闪烁器控制盒29的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极连接到第一至第九组指示灯和输出指示灯的正极，三极管的集电极接地，在本实施例中，第一级指示灯组16、第二级指示灯组17、第三级指示灯组18和输出指示灯18a分别对应连接三级管V1、V2、V3和V4，在每一三级管的发射极与集电极之间并联发光二极管，电源按钮28与第一级控制开关4连接，第一级控制开关4、第二级控制开关5和第三级控制开关6依次连接，第一级控制开关4输出端连接继电器J1线圈的一端，第二级控制开关5输出端连接继电器J2的线圈的一端，第三级控制开关6输出端连接继电器J3线圈的一端，继电器J1、J2、J3线圈的另一端接地，继电器J1的其中一常开触点开关的输入端与第一级指示灯组16的负极连接，继电器J2的其中一常开触点开关的输入端与第二级指示灯组17的负极连接，继电器J3的其中一常开触点开关的输入端与第三级指示灯组18和输出指示灯的负极连接，继电器J1和J3的另一常开触点开关通过电阻与电机控制开关20a的输入端连接，继电器J1、J2、J3的常开触点开关接地。

所述控制箱2上还设有电机控制开关30，交流励磁机转子示意图8的中心设有的励磁电机31，励磁电机31的一端通过电机控制开关30与继电器J1另一触点常开开关连接。按下第一级控制开关4，继电器J1的线圈通电，继电器J1的常开触点开关闭合，继电器J1控制励磁电机31的供电，励磁电机31模拟转轴旋转，同时发出声音，让学生知道交流励磁机在工作，也可以通过电机控制开关30断开励磁电机31的工作，降低噪音，方便老师讲解。

所述的主发电机定子示意图11的中心设有发电电机32，发电电机32的一端通过电机控制开关30和继电器J3与第三级控制开关6的输出端连接，发电电机32的另一端连接继电器J3常开触点开关的输入端。按下第三级控制开关6，继电器J3的线圈通电，继电器J3的常开触点开关闭合，继电器J3控制发电电机32的供电，发电电机32模拟转轴旋转，同时发出声音，让学生知道主发电机在工作，也可以通过电机控制开关30断开发电电机32的工作，降低噪音，方便老师讲解。

所述电机控制开关30为常闭按钮；常闭按钮才能让继电器J1、J3实现对励磁电机31和发电电机32的自动控制，同时需要降低噪音只需按下电机控制开关30就可以同时停止励磁电机31和发电电机32的工作。

所述第一至第九组指示灯和输出指示灯为LED灯。LED灯工作电压低，方便控制，使用寿命长。

所述示教板1上还设有无刷交流发电机原理图33和无刷交流发电机内部结构图34。这样老师在讲解的飞机无刷交流发电机的工作原理的时候更方便直观。

在电源按钮的输出端连接有555定时器，在555定时器是输出端连接有三极管V5，三极管V5的发射极通过电阻R1连接电源按钮的输出端，三极管V5的集电极接地，三极管V5的发射极连接三极管V6的基极和指示灯L1的负极，指示灯L1的正极连接电源按钮的输出端，三极管V5的发射极通过电阻R2连接电源按钮的输出端，三极管V6的集电极接地，三极管V6的发射极连接指示灯L2的负极，指示灯L2的正极连接电源按钮的输出端。

上述结构的工作原理包括待机控制、第一级控制、第二及控制和电机控制。

待机控制为：按下电源按钮28，输入电压为12V直流电，单片机闪烁器控制盒29工作，单片机闪烁器控制盒29输出脉冲信号经过三极管送至示教板1的指示灯的正极，同时555定时器得电，555定时器输出两路脉冲信号分别经三极管V5、V6送至指示灯L1和L2，此时处于待机状态。

第一级控制：按下第一级控制开关4，继电器J1的线圈通电，继电器J1的常开触点开关闭合，继电器J1将示教板1所有第一级指示灯负极接地，交流励磁机定子示意图7的绕组上的第一组指示灯19组闪烁代表激磁磁场工作，第一箭头12上的第三组指示灯21闪烁指向下一步工作，对应交流励磁机转子示意图8上的第二组指示灯20旋转代表交流励磁机转子工作，告诉学生励磁发电机处于发电机状态。

第二级控制：在第一级控制的基础上按下第二级控制开关5，继电器J2将第四组指示灯22和第五组指示灯23接地，第二箭头13上的第四组指示灯22闪烁，代表输出的三相交流电送给下一级激磁整流。继电器J2通电，继电器J2的常开触点开关闭合，继电器J2将示教板1上的第二级指示灯组17负极接地，三相半波整流电路图9上的第五组指示灯23闪烁代表三相半波整流电路工作，将输入的三相交流电整流成直流电。

第三级控制：在第二级控制的基础上，按下第三级控制开关6，继电器J3通电，继电器J3的常开触点开关闭合，继电器J3将示教板1上的第三级指示灯组18负极接地，第三箭头14上的第六组指示灯24闪烁，表示将整流后的直流电送给下一级主发电机激磁绕组，主发电机转子示意图10的绕组的第七组指示灯25代表激磁磁场工作，形成主发电机的激磁磁场。第四箭头15上的第八组指示灯26闪烁指向下一步工作，对应主发电机定子示意图11的绕组上的第九组指示灯27旋转代表主发电机三相交流电输出，输出交流电压。

电机控制：当第一级和第三级工作时，如按下电机控制开关，继电器J1、J3同时还控制直流电机M1、M2的供电，电机工作模拟转轴旋转，也可以通过电机控制开关断开M1和M2，降低噪音。

通过上述步骤，通过第一至九组指示灯的工作顺序，形象的模拟出电流的产生过程，学生可以清晰的看到飞机无刷交流发电机的工作过程，让飞机无刷交流发电机的工作原理一目了然，直观简单，给学生留下深刻印象。

在本实用新型中，当给予三极管V1高电平时，三极管V1导通，与之连接的第一级指示灯组短路，第一级指示灯组熄灭，当给予三极管V1低电平时，三极管V1截止，与之连接的第一级指示灯组亮，这样就可以实现对第一级指示灯组控制。三极管V2、V3和V4的原理相同。

对于555定时器的工作，给555定时器供电后，如555定时器输出高低平，三极管V5导通，连接到三极管V5上的指示灯熄灭，同时三极管V6截止，连接到三极管V6上的指示灯亮。如555定时器输出低电平，则指示灯与上述的工作刚好相反，起到闪烁的作用。

设计图

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主设计要求

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