电子设计基础——电源的各项指标及测量方法
1.直流電源指標
(1)電壓調整率Su
負載不變,輸入電壓變化時輸出電壓相對變化量。
即:
其中,U01為輸入電壓變化時最大輸出電壓,U02為最小輸出電壓值,U0為額定輸出電壓。
(2)負載調整率Sl
負載調整率也稱為電流調整率。表示在輸入電壓不變的情況下,在一定范圍內改變負載時,輸出電壓的最大相對變化量。
即:
其中,U02為空載(或輕載)時輸出電壓,U01為滿載(或重載)時輸出電壓,U0為額定負載時輸出電壓。
(3)紋波電壓(電流)的指標形式
最大紋波電壓(電流):在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓(電流)的紋波(包括噪聲)峰~ 峰值大小,通常以峰~ 峰值大ΔVP-P(ΔIP-P)或有效值ΔVrms(ΔIrms)表示。
紋波系數γ:在額定負載電流下,輸出紋波電壓的有效值與輸出直流電壓之比。
即:
(4)效率η
輸出的有功功率P0與輸入的有功功率Pl的百分比。
即:
其中,U0為輸出電壓,I0為輸出電流,Ul為輸入電壓,Il為輸入電流。
2.交流電源指標
(1)電壓調整率Su
負載不變,輸入電壓變化時輸出電壓相對變化量。
即:
其中,U01為輸入電壓最大時的輸出電壓有效值,U02為輸入電壓最小時的輸出電壓有效值,U0為額定輸出電壓有效值。
(2)負載調整率Sl
負載調整率也稱為電流調整率。表示在輸入電壓不變的情況下,在一定范圍內改變負載時,輸出電壓有效值的最大相對變化量。
即:
其中,U02為空載(或輕載)時輸出電壓有效值,U01為滿載(或重載)時輸出電壓有效值,U0為額定負載時輸出電壓有效值。
(3)效率η
輸出的有功功率P0與輸入的有功功率Pl的百分比。
即:
其中,U0為輸出電壓有效值,I0為輸出電流有效值,Ul為輸入電壓有效值,Il為輸入電流有效值。如果有相位差的時候要乘上一個cos值。
(4)有功功率P
將電能轉換為其他形式能量(如機械能、光能、熱能等)的電功率,單位為瓦特(W)。有功功率用一個周期內瞬時功率的積分的平均值來計算。
對于交流電,
其中,u(t)、i(t)分別為瞬時電壓、電流,T為周期。
對于正弦交流電,
其中,U、I分別為電壓、電流有效值,φ為電壓、電流相位差。
(5)無功功率Q
電路中為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率,單位為乏(Var)。
無功功率不對外做功,也不能轉化為機械能、熱能,而是轉變為其他形式的能量,用于電路內電場與磁場的交換,并用來在電氣設備中建立和維持磁場。
無功功率是交流電路中由于電抗性元件(指純電感或純電容)的存在,而進行可逆性轉換的那部分電功率。
(6)視在功率S
視在功率是有功功率和無功功率的向量和,也可以用電壓和電流有效值的乘積來表示,單位為 伏安(VA)或千伏安(kVA)。
視在功率表明了用電器從電源(電網)獲取的總功率,但并不代表用電器真正消耗的功率。
它代表了一種能量之間的交換關系,也是衡量用電器最大負荷承受能力的指標之一。
(7)功率因數PF
功率因數定義為有功功率P與視在功率S的比值,在正弦交流電中可等效為電壓與電流相位差的余弦值。
功率因數計算公式:
其中,φ表示u(t)和i(t)的相位差,也稱功率因數角;γ表示基波因數,定義為基波有效值(均方根值)與真有效值(均方根值)的比值,對于純正弦交流信號,γ=1。
(8)諧波失真THD
THD有兩個常用的定義。
在IEC 6100-4-7中,THD定義為指定次全部諧波分量均方根值與基波分量均方根值之比。
公式分別用來計算電壓和電流的THD:
THD的另外一個定義是指定次(N)全部諧波分量 均方根值與總均方根值之比。
總RMS值包括基波和其他諧波的作用。
公式分別用來計算電壓和電流的THD:
3.指標測量
(1)電壓調整率Su測量
(2)負載調整率Sl測量
測量負載調整率時,通常規定輸出電流要求。
因此,需要在輸出端串接電流表。
如上圖所示,左圖中電壓表接法正確,而右圖中電壓表接法錯誤。
(3)失真度THD測量
失真度的測量可以借助失真度儀。
但是,若題目要求輸出THD,則可以選用一下的方法:
方法一、對輸出信號采樣,做FFT。計算出基波和各次諧波分量。
方法二、濾出基波,利用有效值轉換。測出原波形的有效值和基波的有效值,根據定義,使用下面的公式計算THD。
(4)效率η測量
在輸入和輸出端同時接上電壓和電流表。
因為最小個位或兩位總在變化,所以要用手機拍下照片,才能看清同一時刻的電壓和電流。
總結
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