关于教学电源电流参数的检测探究

刘旭芳

摘要：教学电源具有安全要求高、使用频率高等特点，是教育技术装备产品中重点检测产品之一，但由于相关标准对教学电源电流参数的检测说明较少，不利于质检部门开展质量检测工作，本文旨在从教学电源的构造原理出发探究电流的特点，以期提高检测效率，发挥检测效益。

关键词：教学电源;检测;电流;电压

中图分类号：A  文献标识码：A  文章编号：（2021）-29-407

教学电源包括教学用学生电源和教学用教师电源，教学电源作为小学科学、初中、高中物理电学实验的重要辅助仪器，具有安全要求高、使用频率高等特点，课标要求开展电源电动势和内阻测量的实验教学，同时，由于其直接插接220V交流电存在安全隐患，在质检部门开展质量检测工作时，电源因其独特地位，也成为重点检测产品之一，以高中教学电源为例，电源输出电压要求每2V一个档，要求2-6V档额定电流12A、8-12V档额定电流6A、12-24V档额定电流3A，标准只对直流稳压输出和交流输出做了性能要求，对电流却未提出更多检测要求。1.为什么档位电压越高电流越小？2.对教学电源质量检测中电流是不是重要检测参数？3.检测过程中怎么检测电流相关参数？这三个问题一直困扰着质检人员。

一、关于档位电压越高电流越小的问题

在电路中造成电压升高电流反而减小的原因可能有：1.依据P=UI，在总功率不变的情况下如果电压升高了则电流必然减弱，如果电流变大则电压必然降低。2.依据U=IR和P=I2R，当电流经过电阻时，由于电阻生热，一方面消耗了电能，以热能形式体现出来，另一方面由于生热使导体的电阻值变大可能引起电压变大而电流减小。

要研究电压越高电流越小问题首先要研究教学电源的构造（见下图）

以J1202型学生电源为例，上图为电原理图，从电原理图可以看出输出电压的标称值等于各向上掰的開关所示的电压，

J1202型学生电源的核心是一个多抽头变压器，即图中电源变压器B的次级绕组形成抽头分压将220V交流电压转变为2-16V交流低压电，通过开关S2连接并转换档位输出，其原理就是变压器升压和降压原理，通过改变线圈匝数从而实现电压调节，n1＼＼n2=u1＼＼u2，n1＼＼n2=I2＼＼I1，由公式可知副线圈接入电路中匝数越多对应电压越高，此时对应电流越低，直流输出是在交流输出的基础上增加了桥式整流器，稳压输出是增加了稳压电路，教学电源内阻主要是绕变压器的铜线电阻、整流器的内阻等，当有电流通过时，就会产生电压降，从而降低了电源的输出电压，电流越大，电源内阻的电压降也越大，对电源的输出电压影响也越大，故电源的交、直流输出电压与电流与负载的大小有密切关系。

二、关于电流参数检测的重要性问题

由于在电源上接入负载后影响负载上电流、电压大小的因素是负载的电阻大小和电源的输出电压，而不是电源的电流大小起主导作用，故电源的输出电流在教学电源中不是主要性能指标，也不是主要的检测参数。同理，J1202-1型学生电源和J1202-2型学生电源同样对输出电流大小也不是核心参数，目前市场上也有厂家生产的教学电源通过改变接触电阻阻值而改变教学电源输出电压的，在同一电路中，通过某一导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，由欧姆定律公式：U=IR可知可以通过调节电阻值大小而改变教学电源的输出电压 ，公式中物理量的单位：I：（电流）的单位是安培（A）、U：（电压）的单位是伏特（V）、R ：（电阻）的单位是欧姆（Ω）。所以检测过程中重点关注交流输出的各档空载电压应不大于：1.05U标+0.3V，各档满载电压不小于：0.95U标-0.3V。直流稳压输出电压偏调：±（2%U标+0.1V）等电压指标。

三、关于短路电流的检测问题

电流参数指标检测时主要检测直流大电流短路输出，a.输出电流大于10A时，8s±2s自动关断。b.输出短时电流为40A±10A。标准指出用长1m、截面积为2mm2铜线两根与2.5级直流电流表串接与电源大电流输出端连，打开电源开关，用秒表记录输出该电流的时间。教学电源设计过程中最大额定电流为12A（2-6V档），最小为2A，但实际检测过程中发现很多其他参数都符合的产品，最大电流基本很难达到10A以上（这也符合将档位调到2V时教学电源能正常教学使用），如果能达到10A就可以直接测量，针对a中如何让输出电流达到10A，却没有做描述，要想输出电流大于10A方法很多，但最常见的思考方式有两种，一是拆开学生电源在内部连接输出端的位置额外连接外部电源，使输出端电压达到10A，这种方法能定性检测，但同时也属于破坏性试验，不可取。二是如果在检测过程中绝缘电阻和耐压实验都符合的情况下，可以将此项检测方法和过载保护检测合并，按照初中、高中物理教学的相关要求，教学内容中本来就涉及短路方面知识，直接让输出端的正负极短接，虽然此方法不能定量检测，但操作简单，方便检测，尤其方便招投标环节中甲方（仪器设备使用学校教师一般会参与初验）开展履约验收环节中的产品质量验收工作。