电动自行车充电器的妙用

王雨婷

（南京师范大学强化学院，江苏 南京 210046）

电动自行车是人们生活中常用的交通工具，其充电器作为必备配件非常容易获得，目前家用电动自行车充电器大多是为36V／12AH铅酸蓄电池设计的，这种充电器的输出电压一般为46～48V、最大工作电流为3A、工作频率为25～100KHz，输出间歇不连续方波型脉动电流，且一般都设计时间极短的反向电流俗称负脉冲.电动自行车充电器具有输出频率高、额定工作电流大的特点，可以为进行某些实验提供特殊的电源，可以开发制作专业级充电器、简易充磁器等有用设备，还能开发空中取电实验、开放电路实验等许多非常有趣的探究实验，帮助我们更好地进行物理实验，也帮助我们更好地理解物理的概念和规律，下面介绍几个巧妙利用电动自行车充电器进行小制作、小实验.

1 制作简易专业级充电器

图1

由于物理实验的需要，实验室都配有一定数量的铅酸蓄电池，但一般很少配备专用充电器，通常采用普通的直流电进行充电，不仅充电效果差，而且会影响铅酸蓄电池的使用寿命.利用家用电动自行车充电器，可以轻松制作达到专业水平的高品质充电器.如图1选用量程为0～3A的直流电流表、50Ω，2A滑动变阻器、少量连接导线和辅助连接材料即可.根据铅酸蓄电池的规格确定好充电起始电流的大小，蓄电池充电电流设定为电池安时值的10%，一般不允许超过30%.如6V／12AH蓄电池充电，充电的起始电流选择1.2A比较合适，最多不能超过3.6A，同时考虑家用电动自行车充电器的额定电流和滑动变阻器的允许电流，通常起始充电电流不要超过2A，一旦开始充电后都由智能化的充电器按一定程序来完成，确保充电效果和质量.如果需要充电的蓄电池数量较多，应注意3个问题：一是同时充电的蓄电池规格应相同；二是蓄电池应依次串联充电；三是蓄电池串联起来的总电动势应不高于36V电压，整个充电过程在4～6小时内全部完成.

2 制作简易充磁器

实验室常用的永磁体（如条形磁铁、蹄形磁铁、磁针等），由于使用或保管不当，以及使用年代较久，磁性会逐渐减弱甚至消失，严重影响教学实验效果.为此，须用充磁器对磁体进行充磁，加强或恢复它的磁性.利用家用电动自行车充电器借助可折式变压器，可自制简易充磁器，实际电压稳定在50V左右，由于实际电压不高使用相对安全，配套使用的电容耐压只要稍大于50V即可，大大降低制作成本，实际使用的效果较好.

图2

如图2所示小灯泡选用额定电压为56V的电动自行车专用灯泡，一方面在电路中起到限流作用，同时也能观察电容器充电状态，灯泡完全熄灭表示充电完成，电容器选用2200μF、63V的普通电解电容器.为了增大充磁时的起始电流值，让6个同规格的电容器并联使用，电容器容量越大，充磁效果越好.充磁线圈选用J2425型教学用可拆变压器2个400匝的副线圈（导线较粗），2个线圈同时安装在可拆变压器竖直的铁芯上，连接时为获得较大电流两线圈采用并联连接，注意2个线圈的绕向及连接，相同绕向的2个线圈其接线柱上下交错并接，使2个线圈上方分别是N极和S极.对于长度与横条相近的条形磁铁，直接用横条铁芯上方的固定螺丝将条形磁铁固定，蹄形磁铁或长度较小的条形磁铁用两根铁横条芯将磁铁固定.充磁时由于电流大、持续时间短，连接充磁线圈的导线尽量用粗一点的绝缘铜导线，一端先固定在接线柱上，另一端串联一个允许电流大一点的按纽开关（或直接用两根粗导线接通），在灯泡完全熄灭时按下开关进行充磁，重复2～3次后充磁完成.

另外上述电路能为我们提供瞬间超大电流，适当改变并联电容器的数量，可以用来演示2根同向电流相吸、异向电流相斥实验；电容放电焊接金属实验等.

3 空中取电实验

图3

如图3选用J 2425可折式变压器中匝数为1600匝的原线圈与充电器直接相连，稳定时充电器输出电流约为2A，另用实验室中常用的直径为10cm（或正方形）匝数在200匝左右的线圈，线圈两端与2个发光二极管如图相连，再准备可折式变压器横条铁芯备用.

实验操作分3步进行，第1步如图连通电路后，因为充电器输出间歇不连续方波型脉动电流，在原线圈周围就有变化的磁场，让与发光二极管相连的线圈平面水平放置在原线圈上方，当2个线圈靠近1～2cm时，2个发光二极管发出光亮，实现空中取电.第2步将与发光二极管相连的线圈在原位置转过90°，发现发光二极管熄灭，说明原线圈上方的磁感线大部分在竖直方向；第3步仍让与发光二极管相连的线圈平面水平放置在原线圈上方，拉开两线圈的距离，当2个线圈相距较大时，2个发光二极管刚好熄灭，此时将铁芯插入2个线圈中间，2个发光二极管发出光亮，再次实现空中取电，说明铁芯在磁路中具有重要作用.

4 开放电路实验

图4

家用电动自行车充电器的工作频率为25～100KHz，其主频刚好在中波收音机的频率范围，如图4用2根长度在0.5m左右的硬质绝缘导线，将中波收音机放至绝缘导线前方，注意检查实验中导线各处绝缘是否完好，以防实验中发生短路损坏充电器，也可以在连接充电器处加接一个20Ω以上的保护电阻.

实验操作分3步进行，第1步连接好电路，把2根导线分开，当充电器工作时，打开中波收音机，适当调整收音机的接收频率，找到干扰最大的频率点，关闭充电器电源，收音机干扰消失，说明收音机接收到的干扰信号，是由简易发射装置发射的电磁波引起的；第2步将图4中2根导线尽可能靠在一起，以模拟电磁波发射时电容器两极板未分开时，电磁波发射能力较差，适当调整收音机与发射装置的距离，直到干扰的声音相对较小（一般距离在1～2m）；第3步保持两者距离不变，将2根导线逐渐分开时，发现干扰的声音随着变大，说明电容器两极板分开时，形成的开放电路有利于电磁波的发射.

1 潘天红等.电动自行车智能充电器的研制.仪表技术与传感器，2004（8）.

2 王永元.巧用可折式变压器进行实验探究.物理教学，2012（9）.