浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率
渔行实验学校 王元金
纯电阻闭合电路是高中物理电学的基本电路，正确理解相关概念和灵活运用解题方法是学习恒定电路的基础。本文就电路中的功率和电源效率作一个学习方法指导，希望对同学们的学习有帮助。
一、闭合电路中的功率
1．电源的功率：是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。它在数量上等于总电流I 与电源电动势E 的乘积，即 P=IE
2．电源的输出功率：是指外电路上的电功率，它在数量上等于总电流I 与路端电压U 的乘积。
P 出=IU
即对于纯电阻电路，电源的输出功率
P 出=I 2R=(2)E R r +R=22()4E R R r Rr -+=22()4E R r r R -+ 由上式可以看出，当外电阻等于电源内电阻时(R=r)，电源输出功率最大，其最大输出功率为24E r
。 当R>r 时，随R 增大P 出减小，随R 减小，P 出增大
当R 所示： 图1 3．电源内部损耗的功率：指内电阻的热功率，即 P 内=I 2r 4．根据能量守恒定律可得 P=P 出+P 内 二、电源效率 电源的效率是指电源的输出功率与电源的功率之比，即 η=P IU U P IE E ==出 对纯电阻电路，电源的效率为 η=221 ()1I R R r I R r R r R ==+++ 由上式看出，外电阻越大，电源的效率越高。 当R=r ，P 出==P max 出时，η=50%。 外电阻短路即R=0，η=0； 外电路断开时，电源不工作，η=0 三、典型例题分析 如图2所示电路中，已知电源电动势E=3V ，内电阻r=1Ω，R 1=2Ω，滑线变阻器R 的阻值可连续增大，求： (1)当R 多大时，R 消耗的功率最大？ (2)当R 多大时，R 1消耗的功率最大？ 图2 分析与解答：在求R 消耗的最大功率时，把R 1归入内电阻， 当R=R 1+r 时，R 消耗的功率最大；但在求R 1消耗的最大功率时， 因为R 1为定值电阻，不能套用上述方法，应用另一种思考方法 求解，由P 1=I 2R ，可知，只要电流最大，P 1就最大，所以当把R 调到零时，R 1上有最大功率。 解：(1)把R 1归为内阻，当R=r+R 1=3Ω时，R 消耗功率最大， P m =22134()43 E W r R ==+?0.75W (2)由P 1=I 2R 可知，当I 最大时，P 1最大，要使I 最大，则 应使R=0。 R 1 当R=0时，消耗的功率最大。 P m =21()E r R +·R 1=23()12 +×2W=2W 电源的输出功率最大和外电阻的功率最大不是一回事，外电阻等于内电阻时电源的输出功率最大，当外电阻不能等于内电阻时越接近内电阻电源的输出功率最大。判断外电阻的功率最大时要灵活运用“归内法”和“电流最大法”。 UPS不间断电源工作原理及应用 国电新疆艾比湖流域开发有限公司—刘晓伟 摘要：本文介绍了UPS电源系统的基本组成，原理及特点，并对如何对其全面、完善维护做了详细的阐述。 关键字：UPS 储能电池、工作原理、维护 一、引言 保证任何情况下的正常供电，是水电行业的重要基础。为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，虽说各企业配臵的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。 二、UPS电源系统 UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象 接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。 UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量。 2.1电源工作原理 2.1.1 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。 2.1.2 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工 帮你认识闭合电路中电功率问题（包括极值问题） 第一部分直流电路功率问题和功率极值问题概述一、关于电源的总功率 电源将其它形式的能转化成电能的功率，也称为电源的总功率。 1、电源总功率和总电流（输出电流）的关系 ⑴所用公式：P总=EI ⑵适用条件：任何电路均可。 ⑶相关图象：请画出P总随I的变化而变化的图象。（注意2种特殊情况：短路、断路）。 ⑷变化规律：由P总=EI得P总随I的增大而增大，当外电路短路时I有最大值所以P总有最大值，该值等于E2/r。 【例1】某电源E =6V，r =4Ω，外接电路在什么情况下电源的总功率最大，最大值是多少？2、电源总功率和外电阻的关系： 注意前提：这种电路中的外电路是纯电阻电路 ⑴所用公式：P总=EI＝E2/（R+r） ⑵适用条件：外电路是纯电阻电路。 ⑶相关图象：请画出P总随R的变化而变化的图象。注意3种特殊情况：短路、断路和内外电阻相等时。 ⑷变化规律：由图象可知，P总随R的增大而减少，当外电路短路时P总有最大值，该值等于E2/r。 【例2】某电源E =6V，r =4Ω，外接电路在什么情况下电源的总功率最大，最大值是多少？ 解析：与例题1的解析相同，此处略。 二、内电阻消耗热功率和总电流（输出电流）的关系 ⑴所用公式：P内=I2r ⑵适用条件：任何电路均可。 ⑶相关图象：请画出P内随I的变化而变化的图象。注意2种特殊情况：短路、断路时。 ⑷变化规律：由P内=I2r得P内随I的增大而增大。当外电路短路时I有最大值所以P总有最大值，该值等于E2/r。 【例3】电路如图，E =6V ，r =4Ω，R 1=2Ω，R 2的变化范围是0∽10Ω。求：⑴该电路中电源总功率的最小值是多少。⑵电源总功率的最大值是多少。⑶内电阻的最大发热功率是多少。 解： 三、电源输出功率（涉及3个公式4个图象）★★ ⑴P 出=I 2 R ⑵P 出=UI ⑶P 出=EI －I 2r 1侧重研究输出功率和外电阻的关系简称电阻条件，2侧重研究输出功率和输出电压的关系简称电压条件， 3侧重研究输出功率和输出电流的关系简称电流条件。特别的，当外电路是纯电阻电路时，要想输出功率最大，电阻、电压、电流条件同时要满足：R=r ，U ＝2 E ，I=E/2r 。 下面具体说明 1、P=I 2 R 得电源输出功率和外电阻的关系： ⑴所用公式：() 22 2r R R E R I P +== 如果外电路是纯电阻电路且其等效电阻大小为R （等效电路 如图1所示），这时电源的输出功率也就等于外部 “总电阻”获得的消耗了的功率。如果整个外电阻R 可变且由很小到很有大，在功率公式P=I 2 R 中R 很小时I 很大，而R 很大时I 很小，即R 很小或很大两种情况下功率都不会最大，那么R 应当多大输出功率才会最大呢？下面的推导将会给出答案。 ()()()r R r R E R r R E r R R E R I P 42 2 22222 +-=+=+== 公式表明：当R=r 时，电源的输出功率最大。 ⑵适用条件：仅当外电路是纯电阻电路时成立。 ⑶相关图象： ⑷变化规律： ①当R=r 时，I=E/2r ，电源的输出功率最大， r E P m 42 =。此条件说明：如果外电路是纯电阻电路且外电阻可变，那么当“外电阻等于内电阻”时，该外电阻获得的消耗的“功率最大”。 ②当R ＞r 时，随着R 的增大输出功率越来越小。 ③当R ＜r 时，随着R 的减小输出功率越来越小。 总之，外电阻越接近内电阻的大小，电源的输出功率越大；最接近内阻时最大（如果不能取等的话）。 ④当P 出＜Pm 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R 1和R 2，且2 21r R R =。 【例4】已知如图，E =6V ，r =4Ω，R 1=2Ω，R 2的变化范围是0∽10Ω。求：⑴R 1上消耗的最大功率；⑵电源的最大输出功率；⑶R 2上消耗的最大功率。 R P 一种实用ups电源电路图及电路工作原理 UPS即不间断电源(ups不间断电源)，该装置可以保障计算机系统停电后，用户还能再工作一段时间紧急存盘，不会因为停电而影响工作或使数据丢失。当市电输入正常时，ups可将市电稳压后提供给负载使用，此时ups(ups稳压电源)被当做交流市电稳压器，与此同时还向机内电池充电。当市电中断时，UPS 便立即将机内电池的电能向负载继续供电，使负载保持正常工作状态，并保护负载、软件、硬件不被损坏。UPS 设备通常对电压过大或电压太低都可以提供保护，本文主要介绍了一种实用ups电源电路图及电路工作原理。 在使用ups电源(ups电源的作用)时，我们要留意以下几个注意事项： 1)UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。 2)UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。 3)UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。 4)切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。 5)UPS带载过轻(如1000VA的UPS带100VA负载)有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。 6)对于多数小型UPS，上班再开UPS，开机时要避免带载启动，下班时应关闭UPS;对于网络机房的UPS，由于多数网络是24小时工作的，所以UPS也必须全天候运行。 7)适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS 带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。 一、UPS电源系统组成 UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求)，输出幅度基本不变的整流电压。 净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。 由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。 在电网电压工作正常时，给负载供电，而且，同时给储能电池充电;当突发停电时，UPS 电源开始工作，由储能电池供给负载所需电源，维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电(如虚线所示)。 二、实用ups电源电路图及电路工作原理 实用ups电源电路图如下图所示。 电路工作原理：常态下，市电(220V)通过可调充电器向蓄电池充电，同时自启动继电器K1吸合，R1与VZ1、VZ2对蓄电池+24V电压进行分压采样，采样电压Vo通过R2、VD3加到V1基极，使V1处于线性放大状态，V2、V3深度饱和，直流控制继电器K吸合，+24V电压通过K、K1送至逆变器V+端，逆变器工作，输出220V正弦波电压，同时自锁继电器K2吸合。 当市电断电时，K1断开，初时输人电压+24V不变，K继续吸合，由于K2的自锁作用，+24V仍正常送至逆变器。经一段时间后，电池电压开始下降，Vo跟着下降，V1导通减弱， 电路中的图像与功率 一、基础知识 （一）、电源的电动势和内阻 1、电动势 (1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． (2)表达式：E ＝W q . (3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量． 2、内阻 电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数． （二）、闭合电路欧姆定律 1、内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比． 2、公式????? I ＝E R ＋r (只适用于纯电阻电路)E ＝U 外＋U 内(适用于任何电路) 3、路端电压U 与电流I 的关系 (1)关系式：U ＝E －Ir . (2)U －I 图象如图1所示． ①当电路断路即I ＝0时，纵坐标的截距为电源电动势． ②当外电路电压为U ＝0时，横坐标的截距为短路电流． ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻． （三）、电路中的功率及效率问题 1、电源的总功率 (1)任意电路：P 总＝EI ＝U 外I ＋U 内I ＝P 出＋P 内． (2)纯电阻电路：P 总＝I 2 (R ＋r )＝E 2 R ＋r . 2、电源内部消耗的功率：P 内＝I 2r ＝U 内I ＝P 总－P 出． 3、电源的输出功率 (1)任意电路：P 出＝UI ＝EI －I 2r ＝P 总－P 内． (2)纯电阻电路：P 出＝I 2 R ＝E 2R (R ＋r )2＝E 2 (R －r )2 R ＋4r . (3)输出功率随R 的变化关系 ①当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 2 4r . ②当R >r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． ③当R 闭合电路中的功率及效率问题 1．电源的总功率 (1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r . 2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率 (1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内． (2)纯电阻电路：P出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R＋4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ①当R＝r时，电源的输出功率最大为P m＝E2 4r. ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R UPS不间断电源工作原理及应用说明 摘要：本文介绍了UPS电源系统的基本组成，原理及特点，并对如何对其全面、完善维护做了详细的阐述。 关键字：UPS 储能电池 Abstract: Basic composing,theory and characteristic of UPS power are introduced in this article.It particular explains how to excessive maintenance. Key words: UPS Saving battery 一、引言 保证任何情况下的正常供电，是冶金行业的重要基础。为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，下面根据我们使用中的具体情况和维护经验介绍UPS电源的使用注意事项和日常维护要求。 虽说各企业配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。 当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。在功率选择上，莱钢中小型棒材生产线选用了中功率系统。 二、UPS电源系统 UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS 电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。 如图1所示，在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产（如粗黑→所示）；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电（如虚线所示）。 UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。莱钢中小型棒材生产线因生产需要不允许断电，因此，UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量，我厂UPS电源系统的工作时间当储能电池满容量时为2小时，半容量为1小时。 2.1电源工作原理 2.1.1 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。 目录 1概述 (1) 2引用文件 (1) 2.1执行文件 (1) 2.2参考文件 (1) 3功能描述 (1) 3.1系统功能 (1) 3.2系统组成 (1) 4主要技术性能指标 (2) 5接口要求 (2) 6详细设计 (3) 6.1输入限制保护装置 (3) 6.2 DC/DC转换装置 (4) 6.3二极管电路 (9) 6.4电池组 (9) 6.5 电池充/放电保护模块 (10) 6.5.1充电电路 (10) 6.5.2放电保护电路 (10) 6.6 输出限制保护模块 (13) 6.7 电池管理单元与系统监控单元 (14) 6.8光、电、机械、热接口设计 (15) 6.8.1光、电接口设计 (19) 6.8.2机械接口设计 (19) 6.4.3热接口设计 (19) 6.9可靠性、安全性设计 (20) 6.9.1可靠性设计 (20) 6.9.2安全性设计 (20) 6.10电磁兼容性设计 (20) 6.10.1控制自身干扰 (20) 6.12热设计 (20) 6.13降额设计 (21) 6.14材料、工艺选用分析 (21) 7结论 (21) 1概述 XXX系统中需要的能量除了来自于传统的太阳电池阵、蓄电池外，还要有与WPT 系统的接口。对于模块航天器中的能源进行检测、能源平衡以及能源进行控制，是有效提高无线能量传输效率的有效途径。能源管理系统主要对输入电能量进行管理、存储和分配，为负载提供稳定的输出电压，其对于能量的高效利用，有效应对能源获取、存储和分配所出现的突发事件，保证系统的可靠、正常运行，具有重要的意义。 2引用文件 2.1执行文件 2.2参考文件 3功能描述 3.1系统功能 能源管理系统主要实现对输入电能量进行管理、存储和分配。在正常工作模式下，两路输入电压经过二极管电路进行“或”隔离输入，由DC/DC转换模块转换为35V直流电压供充电电路及输出DC/DC转换模块使用，电池充电保护模块对电池组进行浮充电，输出DC/DC转换模块把35V转换为稳定的28V输出。在输入能量供应不足或者输入发生故障的情况下，系统由电池组供电，输出DC/DC转换模块把电池电压转换为稳定的28V输出。 能源管理系统具有监控单元，以实现对电源输入电压、电流，电源输出电压、电流和电池电压电流状态等进行监测和控制。 3.2系统组成 能源管理系统组成框图如图1所示。能源管理系统包括输入限制保护装置1、2，二极管电路1、2、3、4、5，输入DC/DC转换器，电池充电保护模块，电池放电保护模块，可充电电池组，输出DC/DC转换器，输出限制保护模块，电压电流AD采集模块，能量监测模块，MCU控制模块组成。 电功率计算中应注意的问题 河北 王锡进 http:// （一）注意“二同性” 根据已知条件的不同，计算电功率所采用的公式也不同。计算电功率的公式有： t W P =，UI P =，R I P 2=，R U P 2=。 无论用哪个公式计算，一定要注意公式中的各个物理量都必须是同一段电路，在同一状态的量，即公式中各物理量是和电路、状态一一对应的，不同电路，不同状态的物理量不能代入同一公式，这就是“二同性”。 例 1 两个灯泡分别标有“6V 1.2W ”和“12V 6W ”的字样，如果把两个灯泡串联起来接入电路，为不损坏灯泡，该电路两端电压最高不能超过（ ） A. 9.4V B. 10.8V C. 18V D. 27V 解析：有些同学认为两灯串联，其额定电压之和为18V ，所以该电路两端最高电压不超过18V ，误选C 。 造成这种错误的原因就是没有搞清“二同性”。两灯的额定电压是在不同的电路上正常工作时的电压。串联在同一电路中使用，它们两端的电压不能保证都是额定电压。 由UI P =可求得两灯的额定电流分别为：A 2.0A 6 2.1U P I 111===；A 5.0A 12 6U P I 222===。 两灯串联而又不损坏灯泡，其最大电流不能超过0.2A ，这时“6V 1.2W ”的灯两端电压为6V ，“12V 6W ”的灯两端电压不是12V 。 由R U P 2 =得，“12V 6W ”的灯电阻为Ω=Ω==246 12P U R 2222，其两端的实际电压为V 8.4V 242.0R I U 212=?=='， 因而该电路两端电压最多不超过V 8.10U U U 21='+=。选项B 正确。 （二）注意“二不变” 一般计算中，无论电路中电流（或电路结构）怎样变化，其电源的电压不变，定值电阻或灯泡的阻值不变，这就是“二不变”。 例2 如图所示电路，电源电压不变，灯上标有“6V 3W ”字样，当开关1S 闭合，2S 断开，变阻器R 的滑片P 移到a 端时，电压表的示数为2.4V ，电流表的示数为0.3A ，求： （1）求阻器R 的最大阻值及灯泡的实际功率？ （2）当开关1S 和2S 都闭合，变阻器R 的滑片P 移到b 端时，电路消耗的总功率？ 解析：（1）由R U P 2=得灯的电阻为Ω=Ω==1236P U R 2 2L 额额（注意这个值是不变的）。 电功率难题及答案 一、电功率选择题 1．下列估计值中，最接近实际的是（） A. 人正常步行时的速度约为5m/s B. 住宅楼每层楼的高度约为3m C. 一本物理书的质量约为30g D. 一盏家用节能灯的功率约为1kW 【答案】B 【解析】【解答】解： A、人正常步行的速度在4km/h=4× m/s≈1.1m/s左右．故A不符合实际； B、住宅楼三层的高度在10m左右，一层楼的高度一般在3m左右．故B符合实际； C、一个大苹果的质量在300g左右，一本物理书的质量与此差不多，在300g左右．故C 不符合实际； D、教室中日光灯的额定功率在40W左右，家用节能灯的额定功率比日光灯还要小得多，一般在10W左右．故D不符合实际． 故选B． 【分析】首先对题目中涉及的物理量有个初步的了解，对于选项中的单位，可根据需要进行相应的换算或转换，排除与生活实际相差较远的选项，找出符合生活实际的答案． 2．如图所示，电源电压不变，先闭合S1，再闭合S2，下列说法正确的是（） A. 电压表、电流表示数均变小 B. 电压表示数变大，电路总功率变大 C. 电压表示数不变，总电阻变小，电流表示数变大 D. 电压表与电流表示数的比值变大【答案】B 【解析】【解答】A、C、由图可知，先闭合S1时，两电阻串联，电流表测量电路中的电流，电压表测R1两端的电压；根据串联电路的电压特点可知，其示数小于电源电压； 再闭合S2，R2被短路，电路为R1的简单电路，电流表测量电路中的电流，电压表测量的是电源电压，所以电压表的示数变大； R1的电阻小于两电阻串联的总电阻，即总电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，即电流表示数变大，AC不符合题意； B、电源电压不变，电流变大，根据P=UI可知，电路的总功率变大，B符合题意； D、两开关都闭合时，由欧姆定律可知，电压表与电流表示数的比值，即为电阻R1 不间断电源（UPS)知识 何谓不断电系统(UPS)? 不断电系统的英文名称是Uninterruptible Power Supply取其英文字缩写即为"UPS"。所以不断电系统依其字面的意义，就是当电源中断或异常时能够不间断提供电力以维持计算机正常运作的设备。 为何需要不断电系统(UPS)? 不稳定的电源质量均足以影响计算机的正常运作。而不断电系统，不仅在输入电源中断时可立即供应电力，在电源输入平时，也可对质量不良的电源进行稳压、滤除噪声、防雷击等功能以提供使用者稳定纯净的电源。所以，拥有不断电系统就像为计算机设备购买了保险一样，有备无患。 不断电系统(UPS)种类有那些? 按照不同的标准有不同的划分方法，如按UPS工作性质可分为以下几种：离线式(OFF LINE) ,在线式(ON LINE),在线互动式式(LINE INTERACTIVE)和串并联工作模式。 何谓离线式不断电系统(Off-Line UPS)? 如下离线式系统方块图，平常市电走旁边的一条直通路径(直接供电给负载。只有停电或市电异常时，才由电池提供电力。经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。特色: 1. 市电正常时，UPS对市电几无处理而直接输出至负载，对市电噪声、突波衰减能力差。 2. 具转换时间，保护性最低。 3.结构简单、体积小、重量轻、控制容易、低成本特性。 何谓在线式不断电系统(On-Line UPS)? 在线式UPS平常由逆变器输出给负载电力，只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。特色: 1.输出至负载之电力经UPS处理，输出电源质量最高 2.无转换时间 3.结构复杂，成本较高 4.保护性最高，对市电噪声、突波衰减能力最佳 何谓在线互动式不断电系统(Line-Interactive UPS)? 互动式UPS平常由旁路经变压器输出给负载，逆变器此时做为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。特色: 1.具双向性转换器设计，UPS电池回充时间较短 2.具转换时间 3.控制结构复杂，成本较高 4.保护性介于在线式与离线式UPS之间，对市电噪声，突波衰减能力差 如何选购适当的不断电系统(UPS)? 1.UPS的质量最重要是有良好的稳定度及可靠的特性 2.在各地有及时的销售与维修服务 3.具最优秀的研发工程人员,具产品创新开发能力 4.产品具备效率高，噪音低等优异特性 5.厂商声誉较佳,及财务结构健全者 6.产品经过国外检验机构认证合格等 7.工厂经过检验机构认证合格如ISO9001,ISO9002 我住的地方很少停电，我需要拥有不断电系统(UPS)吗? 据统计，电力问题中停电只占一小部分,不易察觉的电力问题，例如电压过高、电压过低、突波等才是电力问题之大宗。UPS设计目的就是在提供顾客极重要之负载的全面性电源保护。包括稳压、防止突波损害、避免高频干扰、防止任何型式之电源供应中断或浮动等，以及可以提供没有限制的长延时供电。 不断电系统(UPS)供电时间多长才适当? 一、初中物理电功率的综合计算问题 1．如图所示是一电动机通过动滑轮提升重物的装置示意图。假设电源电压380V保持不变，电动机线圈电阻为1Ω，不考虑电动机各处摩擦。当电动机将540kg重物匀速提升16m 的过程中，电路中的电流为20A，动滑轮的机械效率为80%，则电动机提升重物所用的时间为 A．10s B．15s C．20s D．25s 【来源】【初中科学2026】【初三下】 【答案】B 【解析】 【详解】 拉力做的有用功： W有用=Gh=mgh=540kg×10N/kg×16m=8.64×104J， 拉力所做的功（总功）： W总= 4 8.6410J = 80% W η ? 有用= 1.08×105J， 电动机线圈电阻的发热功率： P热=I2R=（20A）2×1Ω=400W， 因能量守恒，电动机的拉力做功的功率为： P=P总-P热=20A×380V-400W=7.2×103W，电动机提升重物所用的时间： t= 5 3 1.0810J 7.210W W P ? = ? 总=15s， 故选B。 【点睛】 解决本题的关键知道电动机不是纯电阻用电器，电流做功消耗的电能大部分转化为机械能、少部分转化为内能（发热）。 2．如图，把E、F两点接入电压为U的电源两端，当开关S1和S2都闭合时，电路消耗的总电功率为P1；当开关S1和S2都断开时，电路消耗的总电功率为P2。若把A、E 两点接入电压为U的电源两端且只闭合开关S2时，电路消耗的总电功率为P3。已知P2：P3= 9∶5，则 （ ） A ．R 1：R 2=5∶4 B ．R 1：R 2= 4∶5 C ．P 1：P 2= 9∶4 D ．P 1：P 2=9∶5 【来源】2020年天津市滨海新区中考一模物理试题（初中毕业生模拟学业考试) 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 由题意知，把E 、F 两点接入电压为U 的电源两端，当开关S 1和S 2都闭合时，电路消耗的总电功率为 2 11212 U P R R R R =+ 当开关S 1和S 2都断开时，电路消耗的总电功率为 2 22 U P R = 把 A 、E 两点接入电压为U 的电源两端且只闭合开关 S 2时，电路消耗的总电功率为 2 312 U P R R =+ 由以上三式联立求得 124 5R R =∶∶，1294P P =∶∶ 故AD 不符合题意，BC 符合题意。 故选BC 。 3．如图甲所示，闭合开关S ，调节滑动变阻器的滑片，从最右端滑至最左端时，小灯泡恰好正常发光。电流表示数与两电压表示数的关系图像如图乙。下列说法中正确的是（ ） 闭合电路中得功率及效率问题 1、电源得总功率 (1)任意电路:Ｐ总＝EI =U 外I ＋U 内Ｉ＝P 出+P 内. (2)纯电阻电路:Ｐ总=I ２(R +r )=＼f(E ２,R ＋ｒ)、 ２。电源内部消耗得功率:P 内=I 2r ＝Ｕ内Ｉ＝Ｐ总—Ｐ出. 3.电源得输出功率 (1)任意电路:P 出＝UI =ＥI －I 2r ＝P 总－P 内。 (２)纯电阻电路:Ｐ出=I 2R ＝Ｅ2R (Ｒ＋r )2=错误!。 (3)纯电阻电路中输出功率随R 得变化关系 ①当R ＝r 时,电源得输出功率最大为P m ＝错误!. ②当R ＞ｒ时,随着Ｒ得增大输出功率越来越小。 ③当R 〈r 时,随着R 得增大输出功率越来越大。 ④当P 出 不间断电源的作用及工作原理使用技巧UPS电源作用 UPS电源主要由UPS主机及UPS电池组成，分为在线式、后备式及在线互动式几种，根据频率分高频机和工频机，它在机器有电工作时，就将市电交流电整流，并储存在自己的电源中，一旦停止供电，它就能提供电源，使用电设备维持一段工作时间，保持时间可能是10分钟、半小时等，延时时间一般由蓄电池的容量决定。 ●高可靠性不间断供电——保证动力的连续性 ●电网稳压、净化功能——消除电网波动、污染 ●电池管理功能——延长电池使用寿命 ●智能监控功能——有效解决电源维护功能 UPS电源简介 有的时候，正在写一段文章，或者编一个程序，或者在用画笔画一幅画，突然屏幕一下子变黑了——停电了。唉，里面的东西都不见了，白干了半天。连存盘的机会都没有。要是搞科研的科学家也遇到这种情况，损失就更大了。能不能想个办法，使电脑继续工作，或者在市电停止的时候，机器能在短时间内保持一段时间的电，使人们有机会把已经干完的工作存盘，以便下一次再接着工作呢？办法一，较为困难，要买一台发电机，这对于一般用户来说，基本上是做不到的。第二种情况，则较为容易一些，那就是买一台UPS。 UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源。当市电正常时，UPS将市电稳压或稳压、稳频后供负载使用，同时向机内电池充电；当市电中断时（异常时），UPS立即在4-10毫秒内或“零”中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力，使负载维持正常的工作，以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。从原理上来说，UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备； 从功能上来说，UPS可以在市电出现异常时,有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电,使你能有充裕的时间应付； 从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。 UPS是否能够防雷 现如今市面上的UPS主要可分为两大类：未安装防雷器件的UPS与内部安装有防雷器件的UPS。 未安装防雷器件的UPS，这类UPS包括早期生产和目前部份小功率的UPS， 1 ?电源的总功率 2. 电源内部消耗的功 率: 3. 电源的输出功率 任意电路：P出 2 P内=I r = U内I = P总—P出. (1) 当滑动变阻器R的阻值为多大时，电阻R消耗的功率最大？最大功率是多少? ⑵当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？ 闭合电路中的功率及效率问题 (1)任意电路：卩总=EI = U外I + U内I = P出+ P 内. 纯电阻电路: P 总= |2(R+ r)=昙 ①当 ②当 ③当 ④当 纯电阻电路中输岀功率随R的变化关系 E" R= r时，电源的输出功率最大为p m=. 4r F>r时，随着R的增大输岀功率越来越小. F 不间断电源设计毕业设计 摘要 随着现代工业的发展,供电网络的负载越来越复杂,特别是大型用电负载的启动和停止,大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外,自然界的雷电,电网的接地不良等因素均能够影响到电网的供电质量。一套好的UPS系统可以提高运行的稳定性，随着单片机，DSP等的应用，UPS已经可以实现全数字化和智能化。同时，电力电子器件的飞速发展也为主功率部分的简化以及先进控制策略的应用提供了必要条件。目前，以电力电子器件组成的逆变器，以单片机为控制核心的UPS电源已普遍应用于我国的各行各业，而本课题就是以IGBT组成的逆变器，以单片机为控制核心的不间断电源为基础展开研究和设计的。 目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 1.绪论 (5) 1.1引言 (5) 1.2UPS发展现状 (5) 1.3不间断电源UPS的分类和结构 (6) 1.3.1动态UPS工作原理 (6) 1.3.2静止式UPS (6) 1.4本设计技术参数 (9) 2.UPS总体结构和整流、逆变主电路 (10) 2.1UPS总体结构 (10) 2.2UPS整流、逆变主电路的设计 (10) 2.2.1三相电源变压器 (10) 2.2.2三相不控整流桥 (11) 2.2.3单相倍频逆变桥 (12) 2.2.4阻容吸收装置 (13) 3.控制电路 (14) 3.1正弦脉宽调制电路 (14) 3.2驱动电路 (16) 3.3调整电路 (17) 4.转换开关 (20) 4.1转换开关的主电路 (20) 4.2触发电路 (22) 4.3控制电路 (24) 5.充电电路 (26) 5.1充电电路的主电路 (26) 5.2充电电路的控制电路 (28) 5.3充电过程 (31) 6.保护电路 (33) 6.1过压保护 (33) 致谢 (35) 参考文献 (36) 附录一:整流逆变主电路 (37) 附录二：触发电路 (37) 附录三：控制电路 (38) 附录四：充电电路 (40) 一、初中物理电功率的综合计算问题 1．图所示电路中，电源两端电压为U ，且保持不变，R 1、R 2和R 3为三个定值电阻，已知R 1＝5Ω，当只闭合开关S 2时，电流表的示数为0.3A ，电路消耗的总功率为P ；当三个开关都闭合时，电流表的示数变化了1.95A ，电路消耗的总功率为P ′，当只断开开关S 1时，电流表的示数为0.45A ，电路消耗的总功率为P ′′，下列判断正确的是 A ．U ＝6V ，R 2＝20Ω B ．U ＝9V ，R 3＝30Ω C ．R 3＝10Ω，P ∶P ′′＝3∶2 D ．R 2＝20Ω，P ∶P ′＝2∶15 【来源】2011-2012学年北京市西城区九年级第一学期期末考试物理卷 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 当只闭合开关S 2时，电阻2R 、3R 串联，则 23 U R R =0.3A ，P =0.3U 当三个开关都闭合时，电阻1R 、2R 并联，则 1U R +2 U R =0.3A+1.95A ，P ′=2.25U 当只断开开关S 1时，电路中只有2R ，则 2 U R =0.45A ，P ′′=0.45U 解三式得 U =9v ，R 2＝20Ω，R 3＝10Ω，P ∶P ′＝2∶15，P ∶P ′′＝2∶3 所以D 正确。 故选D 。 2．如图甲所示电路，电源电压不变。R 1是滑动变阻器，R 2是定值电阻。当开关S 闭合后，将滑动变阻器的滑片从最右端逐步滑到最左端，根据电压表与电流表的示数，绘制的图像如图乙所示。下列判断正确的是（ ） A ．电路消耗电功率的最大值为7.2W B ．变阻器R 接入电路的最大阻值为120Ω C ．定值电阻R 2的电阻值为20Ω D ．电源电压为12V 【来源】2020年山东省青岛市西海岸新区中考一模物理试题 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】 BC ．由电路图可知，当滑片位于最左端时，电路为2R 的简单电路，此时电路中的电流最大，由乙图可知 0.6A I =大 由U I R = 可得，电源的电压 220.6A U I R R 大==?……① 当滑片位于最右端时，滑动变阻器的最大阻值1R 与电阻2R 串联，电压表测1R 两端的电压，此时电路中的电流最小；由乙图可知 110V U = 0.1A I =小 变阻器1R 的最大阻值 1110V 100Ω0.1A U R I 大小= == 因串联电路中总电压等于各分电压之和，则电源的电压 12210V 0.1A U U I R R =+=+?小……② 由①②可得 220.6A 10V 0.1A R R ?=+? 解上式可得 220ΩR = 故B 错误，C 正确； D ．电源的电压 20.6A 0.6A 20Ω12V U R =?=?= 机房UPS不间断电源设计（服务器机房） 1、最新UPS选型理念 UPS的生产商习惯按其主电路结构的技术属性来对UPS进行分类，这种分类也已被广大用户接受，并以此来判定UPS的优劣。第一类为后备式，主要有APC的BK500，山特的TG500；第二类为在线互动式，主要有APC的SmartUPS；第三类为在线双变换式，主要有MGE和EXIDE的大机；第四类为在线电压补偿式，主要有APC秀康DP300系列UPS。 而具体描述UPS的技术性能指标有四大类：1)对电网的适应能力；2)满足负载要求的UPS常规输出指标；3)UPS的输出能力和可靠性；4)智能管理和通信功能。 那么在这四大类指标中，比较和选择UPS应重点关注哪些特性呢？以下是当前专家和行业大用户普遍认可的一些观点： a．选择大功率UPS要慎重考虑UPS的输入功率因数和输入电流谐波（电力公害问题）。 双逆变在线式UPS，其AC/DC逆变器多为整流滤波电路，它的输入功因数低，一般只在 0.8左右，输入电流谐波大，达30％，加专门滤波措施后，也仅能降到10％。输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流则干扰破坏电网，特别是三相大功率UPS这两项指标危害很大，形成所谓的电力公害，这会1)使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热、加速老化；2)引起异步电动机转矩降低，振动加剧噪声增大；3)引起继电器和自动装置误动作，其次谐波对通讯线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电能计量的精度等。所以，UPS的输入功率因数和输入谐波电流应被视为重要性能指标之一，应该把输入功率因数＞ 0.95，输入电流谐波＜5％作为判定UPS性能指标是否合格的标准之一。 欧美发达国家早已立例，严格限制用电设备对电网的污染。我国有关部门亦正制订相关法规，施行日期亦不会遥远，因此用户在购买UPS不间断电源UPS不间断电源工作原理及应用
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