电源的源效应和负载效应

2019-04-14 08:38发布

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稳定电源的输出量并不是绝对不变的，例如当稳定电源工作在稳压状态时，其输出电压会由于输入电压的变化或由于负载的变化而引起输出电压微小的变化，当稳定电源处于恒流工作状态时，其输出电流也会由于输入电压的变化或由于负载的变化而发生微小的变化。为了衡量这种变化的程度，即衡量一个稳定电源的稳定度，国际电工委员会（IEC）在制定稳定电源标准时引出源效应和负载效应的概念。
         源效应是指：仅当由于输入量的变化而引起输出稳定量的变化的效应就叫源效应。对于一个普通稳压电源来说：输入量就指输入电压，即交流220V工频电压。我国国家标准规定，当输入电压变化±10%时，输出电压变化的相对百分比，就称源效应。
        例如一个输出电压为100V的稳压电源，其由于输入电压的变化而引起输电压变化的具体数值如下：
                   输入电压                     输出电压
                   AC220V（标准值）              100V
                   AC242V（变化+10%）            100.1V
                   AC198V（变化-10%）            99.9V
          电源的源效应=∣△Uo∣/ Uo=∣U-Uo∣/ Uo =∣100.1-100∣/100=0.1%
    或=∣△Uo∣/ Uo =∣U-Uo∣/ Uo=∣99.9-100∣/100=0.1%
          从上式可以看出，这个稳压电源在它输出电压为100V时的源效应为0.1%，即当输入电压变化10%时，输出电压变化千分之一。（注意：在测量源效应时，负载应保持不变）。 
          负载效应是指：仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。
         仍举一例说明：一个处于稳压工作状态的电源，其空载输出电压为100V，电源最大负载能力为5A， 其空载与加满载时输出电压的变化量如下：
                   电源负载电流                电源输出电压
                      0A                           100V
                      5A                           99.7V
         负载效应=∣△Uo∣/Uo =∣U-Uo∣/Uo =∣99.7-100∣/100=0.3% 
        即电源工作在100V时，其负载效应为0.3%。（注意：在测量负载效应时，应努力使输入电压保持在标准值）
         以上在叙述源效应和负载效应时，其输出稳定量都是以稳定电压来举例的，事实上电源处于恒流工作状态时，照理输出电流是一个稳定量，但事实上当输入电压或负载发生变化时，输出电流也会发生一些微小的变化，这种变化就是恒流状态时的源效应和负载效应。          什么叫纹波？        由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。而对程控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号，虽然其幅度不是太高，但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。因此对这种形态的纹波应有一定的要求，而对于用于一些控制的场合，由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件，使设备运 行的可靠性降低，因此对这种窄脉冲的幅度应有一定的限制，而对类似正弦波的纹波，一般由于其幅度较低，对控制部件的干扰不大。 纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对对量 来表示。例如一个电源工作在稳压状态，其输出为100V5A ，测得纹波的有效值为 10mV ，这 10mV 就是纹波的绝对量，而相对量即 纹波系数 = 纹波电压 / 输出电压=10mv/100V=0.01% ，即等于万分之一。       什么叫恒压电源（或叫稳压电源）？         恒压亦称稳压，二者意思相近，一般不作区分。恒压就是电压稳定不变的意思。稳压电源则是其输出电压稳定不变的一种电源设备。蓄电池、干电池都可以看做稳压电源。 连续可调的的概念是输出电压可以调定在 0- 额定电压之间的任一个数值上。当你拿到一个连续可调的电源以后，你若把输出电压调到 10V ，这个电源就可以当成一个 10V 的稳压电源使用，当你把输出电压调到 100V 时，这个稳压电源就可以当作一个 100V 的稳压电源来使用了。而蓄电池的输出电压则是一个固定的值，例如一个 12V 的蓄电池，你就不能随意将它改成 9V 、 10V 的蓄电池来使用。       什么叫恒流电源？ 恒流亦可叫稳流，意思相近，一般可以不加区别。与恒压的概念相比，恒流的概念就难于理解一些了，因为日常生活中恒压源是多见的，蓄电池、干电池是直流恒压电源，而 220V 交流电，则可认为是一种交流恒压电源，因为它们的输出电压是基本不变的，是不随输出电流的大小而大幅变化的。 首先举例说明：一个恒定电流值调至 1A 的，最高输出电压可达 100V 的一个恒流电源，当你打开这个恒流源的电源开关时，你会看到电源的电压表和电流表显示什么数值呢？可以肯定的说：输出电压为 100V ，输出电流为 0A 。有人曾经这样问，你不是 100V 1A 的恒流源吗？怎么输出不是 100V 1A 呢？这里仍然要用欧姆定律来解释，理论上可以这样来计算，电源的输出电压 U=IR ，式中 U 为输出电压， I 为输出电流， R 为负载电阻。 以下分 5 种情况来说明： 如果电源为空载， R 可以用无穷大来表示， U=I* ∞，由于电源能输 1A 的电流，如果电源电流为 1A ，那么 U=1A* ∞ = ∞，而电源电压最多只能输出 100V ，无疑电源只能输出其最大电压 100V ，由于电源不能输出无穷大的电压，因而电流只能是很小很小的值，即电流输出为 0A ，即 I=U/R=100V/ ∞ =0A 。 如果负载电阻 R=200 欧，那么又因电源只能输出 100V ，因此电流只能为 0.5A ，即 I=U/R=100V/200R=0.5A 如果负载电阻 R=100 欧，由于电源能输出 100V ，就使得电流能达到 1A ，即 I=U/R=100V/100R=1A, 此时输出电流正好达到电源的恒流值。 如果负载电阻继续减小，改为 50 欧，如果根据公式 I=U/R=100V/50R=2A. 但这里的关键是我们的电源是个恒流值为 1A 的电源，因此此时的输出电流只能被强迫限制在 1A 而不能为 2A, 因而输出电压只能被迫降到 50V 而不能为 100V 。这里仍然要符合欧姆定律，即 U=IR=1A*50R=50V 如果负载电阻变为 0 欧（即短路），那么由于输出电流只能为 1A ，输出电压就只能为 0V ，即 U=I*R=1A*0R=0V 从以上 5 个例子可以看出，如果负载电阻太大，使电源输出电流不能达到恒流值，那么恒流源的输出电压就会自动升到电源的最大输出电压，只有当负载电阻小到一定的程度，使电源输出电流达到恒流值，电源才真正处于恒流工作状态，随着负载电阻值的逐步减小，输出电压也按规律下降，以保持输出电流的恒定不变。这就是恒流的概念。 总之，实际上无论是恒压电源，还是恒流电源，它们本质上都是一致的，它们的输出都是电压和电流，两个量中，电源只能控制其中的一个量，要么稳住电压，要么稳住电流，另一个量是一定要由负载电阻来决定的，而负载电阻是由使用者来决定的，因而电源的两个输出量中，必然有一个由使用者来决定的，这才能符合逻辑，符合欧姆定律，才能为使用者所用，决无所谓既能给定输出电压，又能同时给定输出电流的电源。       什么叫恒流恒压电源？ 一个直流电源有两种工作状态，一种是恒压状态，按照恒压电源的特征在工作，一种是恒流状态，按照恒流电源的特征在工作。这种电源内部有两个控制单元，一个是稳压控制单元，在负载发生变化的情况下，努力使输出电压保持稳定，前提是输出电流必须小于预先设定的恒流值。实际上在恒压状态时，恒流控制单元处于休止状态，它不干扰输出电压和输出电流。当由于负载电阻逐步减小，使得负载电流增加到预先设定的恒流值时，恒流控制单元开始工作，它的任务是在负载电阻继续减小的情况下，努力使输出电流按预定的恒流值保持不变，为此需要使输出电压随着负载电阻的减小而随之降低，在极端情况下，负载电阻阻值降为零（短路状态），输出电压也随之降到零，以保持输出电流的恒定。这些都是恒流部件的功能，在恒流部件工作时，恒压部件亦处于休止状态，它不再干预输出电压的高低。这种既具有恒压控制部件，又具有恒流控制部件的电源就叫做恒压恒流电源。       试举一例说明：某恒流恒压电源，通过调节面板上电压调节和电流调节两旋扭，使电源空载输出电压定在 100V ，恒流值调在 1A ，电源是如何随着负载电阻的变化而自动改变电源工作状态的呢？通过以上介绍，我们可以知道，当输出电流小于 1A 时，电源处于恒压工作状态，努力保持输出电压为 100V ，而输出电流是随着负载的大小变化而变化，而当电流值趋向大于 1A 时，电源处于恒流工作状态，努力保持输出电流为 1A ，而输出电压是随着负载的大小变化而变化。当输出电压为 100V 时，负载电阻洽好为 100 欧，输出电流洽好为 1A 时，是电源两种工作状态的转折点，电源既可以说是恒压状态，亦可以说是恒流状态。为此我们可以对这一具体事例，得出下述结论： 当负载电阻 R L =100 欧时 , 为恒压恒流状态的转折点 ( 此时电压 =100 伏 , 电流 =1A), 这一概念非常重要。 当 R L >100 欧时，电源处于恒压状态（此时电压 =100 伏，电流 <1 安） 当 R L <100 欧时，电源处于恒流工作状态（此时电压 <100 伏，电流 =1 安） 在恒压状态时，电压稳定，电流随着负载电阻的变化而变化，稳压控制单元工作，稳流控制单元休止。 在恒流状态时，电流稳定，电压随着负载电阻的变化而变化，稳流控制单元工作，稳压控制单元休止。 为什么电流调不上去 ? 或者电压调不上去 ? 从以下三个方面来分析： 有电压而无电流、或者有电流而无电压。 无论是上述那一种情况，电源都巳正常工作，操作者都应该检查自己的负载是否接触良好，负载是否被短路或开路、负载是否符合规范等等。极端来讲，如果电源有电压输出（恒压状态），而负载线又断了，自然输出电流就等于零了。同样，如果电源有电流输出（恒流状态），而负载又短路了，自然输出电压就等于零了。 在调电压时，空载电压调不上去。 有些操作者喜欢把 “ 电流调节 ” 电位器左旋到头，至使电源空载电压也调不起来。这说明他对 “ 电流调节 ” 缺乏实质性的理解。因为电源即使处于空载也要消耗一点点电流，而把 “ 电流调节 ” 关到零，连一点点小电流都不放出来，当然空载电压也升不起来了。所以 “ 电流调节 ” 一般不要调到零，（向右调到四分之一圈左右就不会发生以上情况了）。 电源有电压输出，也有电流输出，再调电压，电压就调不上去了。或者电源有电压输出也有电流输出，再想把电流调大点，电流就调不大了。 如果 “ 恒压 ” 灯亮 , 说明电源工作在恒压状态 ,( 可以认为电压占主动地位 ) 。这时的输出电流的大小 , 是由负载决定的 , 而不是由操作者调出来的 ,( 可以说电流是占被动地位 ) ，如果这时去右旋 “ 电流调节 ” 旋钮 , 电流是不会增大的。但这时去右旋 “ 电压调节 ” 旋钮，输出电压是会升高，输出电流也会随之升高的。（电压是主，电流是从）。 同理，如果 “ 恒流 ” 灯亮，说明电源工作在恒流状态，这时的输出电压也不是 “ 调 ” 出来的，而是由负载决定的。只有去调节 “ 电流调节 ” 旋钮，输出电流才会改变，输出电压也随之变化。（这里电流是主，电压是从） 电源处于“恒流”状态时去调电流，处于“恒压”状态时去调电压。       电源的保护功能主要有哪些？以及它们之间的关系？       电源的保护功能主要是过压、过流保护两种功能。 两者之间的关系为：任何一种电源在发生故障时，都有可能使输出电压或输出电流失去控制，为了使用户的负载不致因此而损坏，电源一般都设有过压和过流保护。有些负载如阻性负载，当电源有故障，负载上的电压有可能大幅上升，而电流的上升值不一定能超过过流保护值。此种情况宜用过压保护，例如工作在 50V ，可将电压保护值调至 55V ，如果电源故障只要电压升至 55V 时，电源会自动切断电压输出。当有些负载是容性负载时，由于大容量的电解电容器并联在一起，当电源发生故障时，电流就可能大幅度上升，而电压的升值却不甚明显，这时电源内部的过流保护部件会首先启动，电源会自动切断输出。 一般情况过压保护值可以人工设定。而过流保护值是不能人工设定的，机内巳经定死，一般为额定电流的 1.2 ～ 1.5 倍。需要说明的是，过压保护会立即快速启动，过流保护则有一秒左右的延时。这是因为如电源正常工作时，如电源的负载发生突然短路，此时电源输出的瞬间电流是数倍或数十倍的额定电流值，可以认为是一个电流冲击，远远超过过流保护的数值，但这时并不希望过流保护起作用。而希望短路解除后，电压自动恢复正常。因此在设计过流保护时，要避开突发短路时的电流冲击，而仅考虑使输出过电流的时长达到一定的值才启动过流保护。  

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