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第3章 大自然的精灵——电的知识篇(3)

1.变压器的分类

(1)电力变压器

这种变压器适用于输电网路。因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方,所以远距离输电时,就要利用变压器升高电压以减小电流。这种高电压经高压输电线传送到城市、农村后,再用降压变压器逐级把电压降到380伏特和220伏特,供一般的用电户使用。

通常情况下,电力变压器的容量较大。

(2)电源变压器

不同的电子仪器和设备以及同一仪器电路的不同部位往往需要各种不同的电压,如电子管的灯丝电压是6.3伏特,其阴极电压需要300伏特;各种晶体管的集电极工作电压是几伏至几十伏;示波管的加速极电压达3000伏特,等等。通常都用电源变压器将220伏特的市电电压变到各种需要电压。

(3)耦合变压器

所谓耦合,在物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。例如,两个线圈之间的互感是通过磁场的耦合。无线电线路中常用为极间耦合的变压器,如收音机的中周、输入变压器、输出变压器都属于这一类,称为耦合变压器。耦合变压器的作用是多方面的,它还可以用来达到阻抗匹配等。

(4)调压变压器

这一变压器,也可称为“自耦变压器”。在生产和科学研究中,常需要在一定范围内连续调节交变电压,供这种用途的变压器叫做调压变压器。一般而言,调压变压器就是一个带有铁心的线圈,线圈由漆包线绕成,以便滑动触点能在各匝上移动,从而在两端获得可调的交流电压。对于大容量的调压变压器来说,同样可以用于输电网路,达到调节电网中的电压的目的。

2.交流电整流

交流电整流,也就是将交流电变成直流电的过程。整流可分为半波整流、全波整流和桥式整流等几种形式。通常情况下,整流装置都是利用电子管和晶体二极管的单向导电的性能来整流的。例如,用锗、硅等半导体材料做成的整流器,已在许多方面得到广泛应用。

为了适应较高电压的整流,可将许多单个整流器串联在一起封在一块绝缘材料中,称之为“硅堆”。

整流器可除去交流负半周的波形,使交流变成脉动直流。这样一来,通过整流后的输出波形,只含有正弦波的正半周波形。一个理想的整流器可视为一个开关,正半周的交流输入时,就会有电压输出,如同开关接通一样;与之相反,如果负半周交流输入,则无电压输出,也就相当于开关切断一样。所以当正半周的交流输入时,此开关的有效电阻为0;而在负半周的交流输入时,有效电阻为无穷大。然而实际上的整流器,并没有如此理想化,但相差不远。电子管整流器未导电时,其电阻相当大,此时的电阻称为逆向电阻;整流器导电时,其电阻很小,此时的电阻为顺向(正向)电阻。

在任何情况下,所有的整流器都只允许一个方向导电。此种特性称为单向传导或单向特性。我们知道的二极管(包括晶体管)就具有此种单向特性。任何含有射极或阴极及集极或阳极的电子零件,都称为二极体(包括电子二极管和晶体二极管)。因为二极体中的电子只能向一个方向流。故所有二极体都有整流特性。

交流电整流可分为以下几种:

(1)半波整流

半波整流在整流时,通过整流器的只是交变电流的一个半周。

半波整流是最简单的整流器,但效率很低,欲想将其整流出的电流波形变为平滑也比较困难。当有电流流动的正半周时,输出波形的瞬时振幅,完全随输入交流波形的正半周的波形而变。所以在交流输入电压的正半周时,通过晶体管电流的波形,完全与交流输入电压的波形相同。由于只有输入交流电压的正半周输出,输入电压的一半就被损失了,因此半波整流的效率较低,半波整流器的另一缺点,就是输出的脉冲电压及电流的频率与交流输入电压的频率相同。

要消除其脉动,加滤波器是必不可少的,这样一来,可以使整流器的输出成为平稳的直流。

(2)全波整流

全波整流是一种对交流整流的电路。在该整流电路中,在半个周期内,电流流过一个整流器件(比如晶体二极管),而在另外一个半周内,电流流经第二个整流器件,并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。

(3)桥式整流

桥式整流是一个全波整流,可变交流电压为较高直流电压,它不需要变压器有中心抽头。在实际的桥式整流电路中,四个整流器连接成一个整体,由外面联成桥式电路(即只要外面留出四个接线点,其中两头接电源,两头接负载)。桥式整流克服了半波整流和全部整流的利用率不高的缺点。在无线电技术和电气工程中广泛采用桥式整流电路。

3.三相交流电

一般家庭用电均为单相交流电,然而电流的大规模生产和分配以及大部分工业用电,则都是以三相交流电路的形式出现。高压输电线,通常是四根线(称为三相四线,其中有一条线为中线)。本质上还是三根导线载负着强度相等、频率相同、而相互间具有120℃相位差的交流电。所以代表这三根导线电压变化的曲线为相同频率的正弦波,位相互相错开三分之一个周期。对这三根导线分别对接地线的电压叫做相电压,相电压和线电压对时间的变化以正弦曲线表示,峰值和有效值之间的关系完全与单相交流电之关系相同。

三相输电线的电压值常指线路电压的有效值。三相系统的主要优点在于三相电动机的构造简单而坚固,全世界均由这种电动机作为机械动力。

4.单相交流电

在电路中只具有单一的交流电压,在电路中产生的电流,电压都以一定的频率随时间变化。比如,在单个线圈的发电机中(即只有一个线圈在磁场中转动)。在线圈中只产生一个交变电动势,这样的交流电便是单相交流电。

第十三节直流电

直流电是大小和方向都不随时间变化的电流。又称恒定电流。

所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。在该电路中,形成恒定的电场,在电源外,正电荷经电阻从高电势处流向低电势处,在电源内,靠电源的非静电力的作用,克服静电力,再从低电势处到达高电势处,如此循环,构成闭合的电流线。

所以,在直流电路中,电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势,能够为电阻上消耗的焦耳热补充能量。

直流电路比较简单,对于电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系均可根据欧姆定律及电动势的定义得出。而对于复杂的直流网络来说,可根据G.R.基尔霍夫方程组求解。它包括节点电流方程和回路电压方程两部分,前者指出,对于任一节点(3个或3个以上支路的交点),流入和流出节点的各电流的代数和为零,这是恒定条件的要求,后者指出,对于任一闭合回路(网格),各部分电压降的代数和为0,这是静电场环路定理的结果,二者构成了完备的方程组。

测量直流电路中电流、电压、电阻、电源、电动势等物理量的仪表称为直流仪表。常用的有电流计、安培计、伏特计、电桥、电势差计等。

直流电源有化学电池、燃料电池、温差电池、太阳能电池、直流发电机等。直流电主要应用于各种电子仪器、电解、电镀、直流电力拖动等方面。利用直流电,还可以进行水的电解实验。将负极插入水中,可以使水电解为氢气,正极则使水电解为氧气。

在电力传输上,19世纪80年代以来,由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输,直流输电曾让位于交流输电。20世纪60年代以来,由于采用高电压、大功率变流器将直流电变为交流电,直流输电系统又重新受到重视并获得进一步发展。

1.一立方米沼气能发多少度电

目前,国内很多废水厌氧处理的沼气,甲烷含量在50%~60%之间,如果选用合适的沼气发电机组,每立方米沼气可发电2.2~2.6度,而现在很多企业为节省投资,上容量小的机组,每立方米沼气只能发1.8度电。以每天1.7万立方米,热值为每立方米25MJ沼气为例,每立方米沼气发1.8度电的机组比每立方米沼气发2.6度电的机组每年少发400多万度电。(《农民日报》2012年01月18日08版)

2.空调省电小巧门

日常生活中,空调是生活和工作必不可少的电器,有很大一部分消费者觉得家里最费电的非空调莫属,只要使用方法科学合理,其实空调在使用时也并不是那么费电。下面就给大家几个使用空调省电的小妙招:

一、如果设定空调温度高出2℃,就可节电约20%,在使用空调时不要追求室内温度过高或是过低,这样虽然当时人体舒适了,但是在温度急剧变化的情况下,还是容易出现不适等情况,这时温度设定过高或是过低都会造成耗电量过大。

二、绿湾对于空调很重要的一个部件,如果长期不清理不但使用中会有异味,而且他还会影响空调的时机使用制冷制热效率,加大空调耗电。

三、居室内的环境也是影响空调耗电的一个重要因素,如果密闭效果好,开启后空调便会快速地进行温度调节,如果密闭效果不好,冷气不断流失,空调则一直处于工作运转状态,耗电自然上升。

四、按需选购。根据自己的使用面积来挑选空调,如果说买一个小匹数的空调来对一个较大的环境进行制冷,那么空调会一直处于负荷状态,并且会加大产品耗电量。

五、在夏季,尽量避免日光的照射,这样能购节省5%的耗电量。

六、在空调制冷时,导风板的位置调置为水平方向,制冷的效果会更好。

七、在不得已必须要弯曲的话,要保持空调室内外机的配管处于水平位置,这样空调的制冷效果会较好,同时空调也相对的比较省电。

八、保持空调通风口的通畅。空调出风口通畅不但可以让空调快速的调节室内温度,同时也可以健康空调因为出风不畅造成的多耗电情况。

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