關于教學電源電流參數(shù)的檢測探究

劉旭芳

摘要：教學電源具有安全要求高、使用頻率高等特點，是教育技術裝備產(chǎn)品中重點檢測產(chǎn)品之一，但由于相關標準對教學電源電流參數(shù)的檢測說明較少，不利于質檢部門開展質量檢測工作，本文旨在從教學電源的構造原理出發(fā)探究電流的特點，以期提高檢測效率，發(fā)揮檢測效益。

關鍵詞：教學電源;檢測;電流;電壓

中圖分類號：A ?文獻標識碼：A ?文章編號：（2021）-29-407

教學電源包括教學用學生電源和教學用教師電源，教學電源作為小學科學、初中、高中物理電學實驗的重要輔助儀器，具有安全要求高、使用頻率高等特點，課標要求開展電源電動勢和內阻測量的實驗教學，同時，由于其直接插接220V交流電存在安全隱患，在質檢部門開展質量檢測工作時，電源因其獨特地位，也成為重點檢測產(chǎn)品之一，以高中教學電源為例，電源輸出電壓要求每2V一個檔，要求2-6V檔額定電流12A、8-12V檔額定電流6A、12-24V檔額定電流3A，標準只對直流穩(wěn)壓輸出和交流輸出做了性能要求，對電流卻未提出更多檢測要求。1.為什么檔位電壓越高電流越小？2.對教學電源質量檢測中電流是不是重要檢測參數(shù)？3.檢測過程中怎么檢測電流相關參數(shù)？這三個問題一直困擾著質檢人員。

一、關于檔位電壓越高電流越小的問題

在電路中造成電壓升高電流反而減小的原因可能有：1.依據(jù)P=UI，在總功率不變的情況下如果電壓升高了則電流必然減弱，如果電流變大則電壓必然降低。2.依據(jù)U=IR和P=I2R，當電流經(jīng)過電阻時，由于電阻生熱，一方面消耗了電能，以熱能形式體現(xiàn)出來，另一方面由于生熱使導體的電阻值變大可能引起電壓變大而電流減小。

要研究電壓越高電流越小問題首先要研究教學電源的構造（見下圖）

以J1202型學生電源為例，上圖為電原理圖，從電原理圖可以看出輸出電壓的標稱值等于各向上掰的開關所示的電壓，

J1202型學生電源的核心是一個多抽頭變壓器，即圖中電源變壓器B的次級繞組形成抽頭分壓將220V交流電壓轉變?yōu)?-16V交流低壓電，通過開關S2連接并轉換檔位輸出，其原理就是變壓器升壓和降壓原理，通過改變線圈匝數(shù)從而實現(xiàn)電壓調節(jié)，n1＼＼n2=u1＼＼u2，n1＼＼n2=I2＼＼I1，由公式可知副線圈接入電路中匝數(shù)越多對應電壓越高，此時對應電流越低，直流輸出是在交流輸出的基礎上增加了橋式整流器，穩(wěn)壓輸出是增加了穩(wěn)壓電路，教學電源內阻主要是繞變壓器的銅線電阻、整流器的內阻等，當有電流通過時，就會產(chǎn)生電壓降，從而降低了電源的輸出電壓，電流越大，電源內阻的電壓降也越大，對電源的輸出電壓影響也越大，故電源的交、直流輸出電壓與電流與負載的大小有密切關系。

二、關于電流參數(shù)檢測的重要性問題

由于在電源上接入負載后影響負載上電流、電壓大小的因素是負載的電阻大小和電源的輸出電壓，而不是電源的電流大小起主導作用，故電源的輸出電流在教學電源中不是主要性能指標，也不是主要的檢測參數(shù)。同理，J1202-1型學生電源和J1202-2型學生電源同樣對輸出電流大小也不是核心參數(shù)，目前市場上也有廠家生產(chǎn)的教學電源通過改變接觸電阻阻值而改變教學電源輸出電壓的，在同一電路中，通過某一導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比，由歐姆定律公式：U=IR可知可以通過調節(jié)電阻值大小而改變教學電源的輸出電壓 ，公式中物理量的單位：I：（電流）的單位是安培（A）、U：（電壓）的單位是伏特（V）、R ：（電阻）的單位是歐姆（Ω）。所以檢測過程中重點關注交流輸出的各檔空載電壓應不大于：1.05U標+0.3V，各檔滿載電壓不小于：0.95U標-0.3V。直流穩(wěn)壓輸出電壓偏調：±（2%U標+0.1V）等電壓指標。

三、關于短路電流的檢測問題

電流參數(shù)指標檢測時主要檢測直流大電流短路輸出，a.輸出電流大于10A時，8s±2s自動關斷。b.輸出短時電流為40A±10A。標準指出用長1m、截面積為2mm2銅線兩根與2.5級直流電流表串接與電源大電流輸出端連，打開電源開關，用秒表記錄輸出該電流的時間。教學電源設計過程中最大額定電流為12A（2-6V檔），最小為2A，但實際檢測過程中發(fā)現(xiàn)很多其他參數(shù)都符合的產(chǎn)品，最大電流基本很難達到10A以上（這也符合將檔位調到2V時教學電源能正常教學使用），如果能達到10A就可以直接測量，針對a中如何讓輸出電流達到10A，卻沒有做描述，要想輸出電流大于10A方法很多，但最常見的思考方式有兩種，一是拆開學生電源在內部連接輸出端的位置額外連接外部電源，使輸出端電壓達到10A，這種方法能定性檢測，但同時也屬于破壞性試驗，不可取。二是如果在檢測過程中絕緣電阻和耐壓實驗都符合的情況下，可以將此項檢測方法和過載保護檢測合并，按照初中、高中物理教學的相關要求，教學內容中本來就涉及短路方面知識，直接讓輸出端的正負極短接，雖然此方法不能定量檢測，但操作簡單，方便檢測，尤其方便招投標環(huán)節(jié)中甲方（儀器設備使用學校教師一般會參與初驗）開展履約驗收環(huán)節(jié)中的產(chǎn)品質量驗收工作。