某一題是這麼說的:手機省電模式是通過怎樣實現的? 有 減小輸出電流 降低工作電壓 這兩種說法,難道低於工作電壓用電器就不能工作了嗎?難道減小輸出電流不是「類似拆東牆補西牆的行為?」(增大電阻減小電流本質上應該是不省電的吧) 希望大佬能從用電器工作原理,電流做功的原理等具體的來詳細解答。感謝!


題主這個問題不錯。

這個問題與許多知識有關,以下分別討論。如果嫌啰嗦,請直接看最後的結論。

我們開始討論。


1.電器的額定電壓與電器內部的元器件及絕緣能力的關係

我們打開手機,能看到手機內有電池。手機的電池電動勢是不是能隨意地提高或者降低?答案是否定的。手機的電源電壓一般是固定值。

下圖是電視機內部圖:

圖1:某款電視機內部圖片

電視機也好,其它電器也好,它們內部的元器件對電壓高低很敏感,不能任意地提高電壓或者降低電壓。絕緣材料也是如此,電壓超過額定值,絕緣材料的絕緣能力就會降低,嚴重時會造成擊穿。

此外,注意到空氣也是絕緣材料。例如集成電路和晶元任意兩個管腳之間,是依靠空氣來絕緣的,見下圖:

圖2:電路板和集成電路

我們把裸露的導電結構之間以及裸露導電部件對金屬外殼的空間距離,叫做電氣間隙。電氣間隙必須與電器的工作電壓相配套。也就是說,在一定的電壓等級下,電氣間隙是確定值。

對於一般使用220V交流電壓的電器,它的電氣間隙比集成電路管腳要大得多。我們來看國家標準GB/T 14048.1-2012《低壓開關設備和控制設備 第1部分:總則》怎麼說:

圖3:GB/T 14048.1-1中規定的空氣最小電氣間隙

注意看第一行,當額定衝擊電壓在330V到2500V時,材料的表面污染等級為4(工業一般環境的污染等級),此時電氣間隙是1.5毫米。這裡的額定衝擊電壓指電器材料承受的瞬間電壓值,是一般電器在220V/380V電網條件下使用的標準值。

2.低壓配電網的標準電壓

既然電壓如此重要,所以在國家標準中,把電器的工作電壓做了規定:電器的額定工作電壓必須等於對應的電網電壓。而電網電壓則在GB/T 156《標準電壓》標準中做了規定,如下:

圖4:GB/T 156規定的在100V到1000V之間的電壓等級

我們明確地看到了230V/400V電壓等級。這個電壓等級就是電力變壓器低壓繞組出口處的電壓,它比電器的標稱電壓高5%。

國家標準還規定,電器工作在1000V以下的電壓等級下,叫做低壓電器;電器工作在1000V以上的電壓等級下,叫做高壓電器。

家用電器顯然屬於低壓電器的範疇。

有關電器的電氣間隙、爬電距離、絕緣電阻和耐過電壓,見以下鏈接:

絕緣電阻,耐過電壓,泄露電流??

www.zhihu.com圖標

可見,這個問題的背後還是有一些理論和運用知識的。

3.電器的額定電流

對於電器來說,它的額定電流與發熱有關。

一般地,當電器運行了半個小時後,它的溫度趨於穩定,電器內部的導電部件溫度會上升。溫度上升的結果,使得絕緣材料容易發生老化,金屬材料和導電材料的機械強度下降。所以,我們把電器運行了半個小時後的功率叫做額定功率,它對應的電流就是額定電流。

考核電器運行溫度的指標用溫升來表示。溫升是電器表面溫度與環境溫度之差。下圖是飲水機的溫升曲線:

圖5:飲水機的溫升曲線

既然溫升與環境溫度有關,我們立刻就會想到,當電器運用在高海拔地區,空氣稀薄,電器的散熱能力變差,電器的溫升必然會提高。溫升提高後,絕緣材料性能下降,絕緣材料(包括空氣)隔絕電壓的能力也下降,又因為電壓與電流的乘積代表著電器的容量,所以電器在高海拔地區使用時,必須降容。

另外,電器的溫升還與工作制有關。

電器的基本工作制有三種。

第一是長期工作制。在長期工作制下電器的通電時間長,溫升能達到穩定溫升。同時,長期工作制下電器的斷電時間也長,電器的溫度能下降到環境溫度。所以,電器的額定電流就是按長期工作制來制定的。

居家中的電冰箱、空調、電視機和我們的手機,都是長期工作制電器。

第二是短時工作制。在短時工作制下電器的通電時間短,溫升比長期工作制下的穩定溫升要低。同時,短時工作制下電器的斷電時間也長,電器的溫度能下降到環境溫度。所以,電器在短時工作制下可以適當地擴大容量。

居家中的頭髮吹風機,還有破壁機等等,都是短時工作制電器。

那麼電吹風的溫升與額定電流之間的關係請看我的鏈接,如下:

為什麼電吹風的功率需要那麼大??

www.zhihu.com圖標

第三是反覆短時周期工作制。在此工作制下,通電時間短,但停電時間也短,所以電器的溫升很高。反覆短時周期工作制下的電器規定了每小時啟停次數。

電器的額定電流與溫升的關係,與牛頓有關,見鏈接:

為什麼用電器的實際最大運行電流不能超過額定電流??

www.zhihu.com圖標

牛頓,真是偉人呀!到處都有他的影子,連溫升也不例外。

至於額定功率、額定電壓和額定電流之間的關係,請看以下鏈接:

電器的額定功率,額定電壓和額定電流之間的關係是什麼??

www.zhihu.com圖標

4.結論

題主的問題是:「為什麼用電器工作用電壓來衡量而不是電流?」。

回答是:

電器的工作電壓由配電網電壓來決定的,由不得電器自己決定。而電器的運行電流與溫升有關,是電器的重要技術指標。

猜想,題主主題可能就是指不同電壓等級下的電器吧。


電壓、電流、電阻(或電感等)是不可或缺、相輔相成的。這三個因素中,電壓和電阻共同決定了電流,要調節電流也是通過調節電壓和電阻實現。

其中,電器工作電壓是要執行國家標準的,這是強制性的。國家標準範圍之外則是行業標準。

舉個例子,比如電燈泡,大家都以國家標準市電220v來設計,產品就具有通用性。

但是你如果設計了一個燈泡是100v的,雖然設計額定功率和別人220v的燈泡一樣,但是你裝到220v的線路上,立刻就燒毀了,因為電壓高出燈泡額定電壓許多,所以電流、功率也就大出許多。

然而很多時候,設備的功率需要在不同的時候進行調節。以手機為例,全功率運行時,手機內部器件全部運行,手機的等效電阻處於最小狀態,電流就是在最大狀態。要讓手機省電怎麼辦呢?最簡單的辦法就是關掉手機上暫時不用的器件,降低手機晶元的運行頻率,手機等效電阻就增加了,電流就減小了。電腦cpu還可以降低電壓來降低電流。


因為常見的電源是恆壓源,不是恆流源

恆流源能短路不能開路,用電器只能串聯,使用起來極其不方便

恆壓源能開路不能短路,用電器只能並聯,比較符合日常操作習慣。

恆流電源也不是沒有,只是比較少見罷了,比如LED的驅動電源,再比如鋰電池的充電器(的前半段充電過程)


看過大家的回答,有的答得很好,有的就是在扯淡。

我認為的本質原因很簡單:各種電器功率肯定是不同的,並且同一電器工作時功率變動也很大。這時要麼電壓恆定,電流變化,要麼電流變化,電壓恆定。

而電網上的所有用電器都是並聯在一起的。這時的選擇就只有一個:相同的電壓標準。注意,電壓,在這裡是一個標準,工業標準。

我的觀點跟 @老貓 一樣,電壓源製造更簡單,使用更方便

另外關於你的題,手機的電池在切換省電模式前後可以視為電壓不變,因為電池放電過程是一個電壓逐漸變小的過程,不可能突變。那麼省電省電,省的是能量,也就是降低功率。功率

P=UI(定義式)

P=U2/R(純電阻電路應用歐姆定律後的導出式)

P=I2R(同上)

那麼電壓恆定的情況下降低功率的方式,要麼根據定義式減小電流,要麼根據導出式增加(等效)電阻


所以你的疑問的本質還是對「功率」的認識還不夠深刻


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