海南省住房和城乡建设厅官网网站首页,制作广告,广告联盟平台挂机赚钱,网站备案时核验单第4章#xff1a;能量与功率
4.5 稳压电源与电池
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4.5 稳压电源与电池
电网采用交流电形式将电能从发电站传输给用户这是因为交流电易于转换成适宜传输的高压和终端用户使用的低压。在远距离传输时采用高电压传输的效率和效益要高得多。对于给定的功率较高的电压意味着较小的电流因此电力线中的电阻损耗会大大降低。 一些电路是在实验室里开发和测试的。通常测试电子电路时需要实验室稳压电源以便将交流电压转换为被测电路所需的直流电。在某些情况下电池可以提供必要的直流电。测试电路可以是简单的电阻网络也可以是复杂的放大器或逻辑电路。为了满足对恒定电压的要求实验室稳压电源不仅几乎没有噪声或纹波还必须是自动调节的。这意味着如果输出电压由于线路电压或负载的变化而试图改变则稳压电源会不断地感知这些变化并自动做出调整以维持几乎不变的输出电压。 许多电路需要多个电压源并且它们能够设置个相互独立的输出通道它们可以单独控制。输出量显示通常是实验室稳压电源的必备部分用于设置和监测输出电压或电流。控制方式包括精细和粗略的控制或数字输入来设置精确的电压。 方式包括精细和粗略的控制或数字输入来设置精确的电压。图4-12显示了三输出工作台使用的稳压电源许多电子实验室都有类似的电源。图4-12所示型号有两个030V独立电源和一个46.5 V输出电压它能 0025 够输出较大电流通常称为逻辑电源。电压可以通过粗细调节来精确设置。030V电源具有浮动输出这意味着它们都不 连接参考地。这允许用户将其设置为正、负极性的电源或将其串联以获得高达60 V的输出电压或将其并联以获得更大的输出电流甚至将其连接到另一个外部电源上。它们还可以设置为眼踪其他电源的变化这对于需要正电压和负电压的电路是一个很有用的功能。这种电源的另一个特点是它可以被设置为电流源具有恒定电流的最大电压。 与许多稳压电源一样030 V电源有3个输出插孔。输出在红色(正极)和黑色端子之间。绿色插孔指的是底盘是接地的可以连接到红色或黑色插孔。此外电流和电压可以通过内置的数字仪表进行监控。电源输出的功率是电压绝对值和电流绝对值的乘积。例如如果电源在3.0 A时提供-15.0 V的电压则提供的功率为45 W。对于三输出电源3路电源提供的总功率是每个电源单独提供的功率之和。 【例4-9】如果输出电压和电流如下所示则三路输出电源的总功率是多少? 电源1:18 V,2.0 A 电源2:-18 V,1.5 A 电源3:5.0 V,1.0 A 【答】 P 1 V 1 I 1 18 V × 2 A 36 W P_{1}V_{1}I_{1}18\rm V\times2A36 W P1V1I118V×2A36W P 2 V 2 I 2 18 V × 1.5 A 27 W P_{2}V_{2}I_{2}18\rm V\times1.5A27 W P2V2I218V×1.5A27W P 3 V 3 I 3 5 V × 1 A 5 W P_{3}V_{3}I_{3}5\rm V\times1A5 W P3V3I35V×1A5W P 总功率 P 1 P 2 P 3 68 W P_{总功率}P_{1}P_{2}P_{3}68\rm W P总功率P1P2P368W 【同步练习】如果电源1的输出电流增加到2.5A则总输出功率将如何变化 【答】 P 1 V 1 I 1 18 V × 2.5 A 45 W P_{1}V_{1}I_{1}18\rm V\times2.5A45 W P1V1I118V×2.5A45W P 总功率 P 1 P 2 P 3 77 W P_{总功率}P_{1}P_{2}P_{3}77\rm W P总功率P1P2P377W
4.5.1 稳压电源的效率
稳压电源的一个重要指标是工作效率。效率是输出功率与输入功率之比即 效率 P O U T P I N P 输出 P 输入 效率\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}\frac{P_{输出}}{P_{输入}} 效率PINPOUTP输入P输出 效率通常以百分数形式来表示。 所有的稳压电源都需要输入电能因此它们被认为是能量转换器。例如稳压电源通常使用墙壁插座的交流电源作为输入它的输出通常是一个可调节的直流电压。输出功率总是小于输入功率因为在它内部必须使用部分功率来操作电源中的电路。这种内部功耗通常称为功率损耗。输出功率是输入功率减去功率损耗。 P O U T P I N − P L O S S P_{OUT}P_{IN}-P_{LOSS} POUTPIN−PLOSS P 输出 P 输入 − P 损耗 P_{输出}P_{输入}-P_{损耗} P输出P输入−P损耗 高效率意味着在电源中消耗很少的功率或者说对于给定的输入功率输出功率占比更高。 【例4-10】某个稳压电源需要25W的输入功率它能产生20W的输出功率它的效率是多少功率损耗是多少 【答】 效率 20 W 25 W × 100 % 80 % 效率\frac{20\rm W}{25\rm W}\times100\%80\% 效率25W20W×100%80% P 损耗 25 W − 20 W 5 W P_{损耗}25\rm W- 20\rm W5\rm W P损耗25W−20W5W 【同步练习】电源的效率为92%如果 P 输入 P_{输入} P输入是50W那么 P 输出 P_{输出} P输出是多少 【答】 效率 P 输出 P 输入 × 100 % P 输出 50 W × 100 % 92 % 效率\frac{P_{输出}}{P_{输入}}\times100\%\frac{P_{输出}}{50\rm W}\times100\%92\% 效率P输入P输出×100%50WP输出×100%92%所以 P 输出 46 W P_{输出}46\rm W P输出46W
4.5.2 电池的容量
电池把存储的化学能转换成电能。它们被广泛用于为小型设备供电(如笔记本电脑和手机),以提供所需的稳定直流电。这些小型设备中使用的电池通常是可充电的这意味着外部能源可以逆转电池的化学反应。电池的容量以安·时(A·h)数为单位来计量。对于可充电电池额定安·时数是需要充电前的容量决定了电池在额定电压下输出一定电流能维持的时间长度。它是电池的一个基本指标放电温度和深度等因素会影响电池的额定容量。 当额定容量为1A·h,意味着电池可以在额定电压下向负载平均输送1A电流并持续1h。如果电流超过某个极限安·时数就会降低。随着电流的增加安·时数的时间就会下降。 【例4-11】一个70 A·h的电池输出电流为2 A,则该电池可以供电多长时间? 【答】 t 70 A ⋅ h 2 A 35 h t\frac{70\rm A\cdot h}{2\rm A}35\rm h t2A70A⋅h35h 【同步练习】某电池输出电流为10 A,可持续供电6h,该电池的容量为多少? 【答】 容量 10 A × 6 h 60 A ⋅ h 容量10\rm A\times6\rm h60A\cdot h 容量10A×6h60A⋅h
课后习题
1当负载从电源中汲取的电流增大时这种变化是否代表电源所带的负载变大或变小? 【答】电流增大意味着负载增大。 2电源的输出电压为10V,如果该电源向某负载提供的电流为0.5 A,那么负载上的功率是多少? 【答】P10 V×0.5 A5W 3如果一个电池的容量是100 A·h,它向负载提供5A的电流能有多长时间? 【答】 t 100 A ⋅ h 5 A 20 h t\frac{100 \rm A\cdot h}{5\rm A}20\rm h t5A100A⋅h20h 4如果问题3中的电池输出电压为12V,则它向负载提供5A电流时的输出功率是多大?
【答】P12 V×5A60W 5实验室使用的稳压电源的输入功率为14 W,输出功率可达10 W,它的效率是多少?计算该条件下的功率损耗。 【答】 效率 10 W 14 W × 100 % 71 % 效率\frac{10\rm W}{14\rm W}\times100\%71\% 效率14W10W×100%71% P 损耗 P 输入 − P 输出 14 W − 10 W 4 W P_{损耗}P_{输入}-P_{输出}14\rm W-10\rm W4W P损耗P输入−P输出14W−10W4W 6实验室稳压电源上的绿色插孔有什么用途? 【答】连接到设备底座用于接地。
分节习题
3150Ω负载上消耗的功率为1W则电源的输出电压是多少 【答】 P V 2 R V 2 50 W 1 W P\frac{V^{2}}{R}\frac{V^{2}}{50}\rm W1W PRV250V2W1W所以 V 50 V 7.07 V V\sqrt{50}\rm V7.07V V50 V7.07V 32假设一个碱性D型电池能以1.25V的平均电压向一个10Ω的负载供电90h直至电量耗尽。在电池的使用寿命中向负载供电的平均功率是多少 【答】 P ( 1.25 V ) 2 10 Ω 0.156 W P\frac{(1.25\rm V)^2}{10\rm Ω}0.156\rm W P10Ω(1.25V)20.156W 33)在问题32中电池在90h内输出的总能量是多少焦耳 【答】 W P t 0.156 W × 90 × 3600 s 50544 J 50.544 k J WPt0.156\rm W\times90\times3600s50544\rm J50.544kJ WPt0.156W×90×3600s50544J50.544kJ 34一块电池能在24h内提供1.5A的平均电流它的额定容量是多少 【答】 容量 24 h × 1.5 A 36 A ⋅ h 容量24\rm h\times1.5A36A\cdot h 容量24h×1.5A36A⋅h 35一个80 A·h的电池能以多大的平均电流持续放电20 h? 【答】 I 80 A ⋅ h 20 h 4 A I\frac{80\rm A\cdot h}{20\rm h}4\rm A I20h80A⋅h4A 36一个650mA·h的电池能以多大的平均电流持续放电48h 【答】 I 650 m A ⋅ h 48 h 13.54 m A I\frac{650\rm mA\cdot h}{48\rm h}13.54\rm mA I48h650mA⋅h13.54mA 37如果输入功率为500 mW,输出功率为400mW,则功率损耗为多大?此电源的效率是多少? 【答】 P 损耗 P 输入 − P 输出 500 m W − 400 m W 100 m W P_{损耗}P_{输入}-P_{输出}500\rm mW-400mW100mW P损耗P输入−P输出500mW−400mW100mW 效率 400 m W 500 m W × 100 % 80 % 效率\frac{400\rm mW}{500\rm mW}\times100\%80\% 效率500mW400mW×100%80% 38如果输入功率为5W电源必须产生多大的输出功率才能以85%的效率运行 【答】 效率 P 输出 P 输入 P 输出 5 W × 100 % 85 % 效率\frac{P_{输出}}{P_{输入}}\frac{P_{输出}}{5\rm W}\times100\%85\% 效率P输入P输出5WP输出×100%85%所以 P 输出 4.25 W P_{输出}4.25\rm W P输出4.25W 39某电源以60%效率向负载持续提供2W的功率在24h内该电源消耗的能量是多少千瓦·时? 【答】 效率 P 输出 P 输入 2 W P 输入 × 100 % 60 % 效率\frac{P_{输出}}{P_{输入}}\frac{2\rm W}{P_{输入}}\times100\%60\% 效率P输入P输出P输入2W×100%60%所以 P 输入 3.33 W P_{输入}3.33\rm W P输入3.33W则 W P t 3.33 W × 24 h 0.00333 k W × 24 h 0.08 k W ⋅ h WPt3.33\rm W\times24h0.00333\rm kW\times24h0.08kW\cdot h WPt3.33W×24h0.00333kW×24h0.08kW⋅h 40打开文件P04-40,测量电流、电压和电阻并利用测量值计算功率。 【答】 P V I 24 V × 0.035 A 0.84 W PVI24\rm V\times0.035\rm A0.84\rm W PVI24V×0.035A0.84W 41打开文件P04-41,测量电流、电压和电阻并利用测量值计算功率。 【答】 P V I 5 V × 0.005 A 25 m W PVI5\rm V\times0.005\rm A25\rm mW PVI5V×0.005A25mW 42打开文件P04-42,测量灯泡上的电流测量值与根据灯泡的功率和额定电压算出的电流值是否一致? 【答】 根据灯泡的功率和额定电压算出的电流值为 I P V 10 W 12 V 0.83 A I\frac{P}{V}\frac{10\rm W}{12\rm V}0.83\rm A IVP12V10W0.83A 量值与根据灯泡的功率和额定电压算出的电流值是一致的
