如图所示是某太阳能电动汽车的电路简化图,由太阳能电池给电动机提供动力,通过一个调速电阻改变电动机转速.已知太阳能电池电压600V保持不变,调速电阻的最大阻值10Ω,闭合开关,求:
(1)当滑片P在最左端时,电动机的功率是18kW,此时电流表的示数为多大?
(2)当滑片P在最右端时,电压表示数为500V,通过调速电阻的电流为多大?
(3)当滑片P在最右端时,电动机的能量利用率是多少?(电动机能量利用率:电动机消耗的功率与电源输出总功率的百分比,公式:η=)
(4)若电动汽车以最大和最小速度匀速行驶所受的阻力相同,求两次速度之比为多大?(电动机内阻不计)
解:(1)如图所示,当滑片在最左端时,只有电动机接入电路,
根据P=UI变形得:I===30A.
(2)当滑片在最右端时,调速电阻全部接入电路,与电动机串联,电动机两端电压UM=500V,
所以,调速电阻两端电压:UR=U-UM=600V-500V=100V,
电路中的电流:I=IM=IR===10A.
(3)当滑片在最右端时,电源输出功率为:P总=UI=600V×10A=6000W;
电动机消耗的功率为:PM=UMIM=500V×10A=5000W;
电动机能量利用率:η==≈83.3%.
(4)当电动汽车匀速行驶时,受到的阻力和动力相等,根据P=Fv可得:
vmax:vmin=Pmax:Pmin=18000W:5000W=18:5.
答:(1)电流表的示数为30A;
(2)通过调速电阻的电流为10A;
(3)电动机的能量利用率约为83.3%;
(4)两次速度之比为18:5.
(1)通过对滑片P在最左端时的电路图的分析,确定此时电动机两端的电压,然后利用电功率的计算公式可以求出此时通过电动机的电流.
(2)通过对滑片P位于最右端时电路图的分析,确定电路的连接方式:串联,然后利用串联电路电压的特点求出滑动变阻器两端的电压,结合滑动变阻器的最大阻值,利用欧姆定律求出通过它的电流,从而得到通过电动机的电流.
(3)根据题目的提示,要求电动机的效率,就要求出电源的输出功率和电动机的功率.电源的输出功率等于电源电压乘以电路中的电流;电动机此时的功率可以用公式P=UI求得.
(4)当电动汽车匀速行驶时,受到的阻力和动力相等,根据P=Fv求出最大速度和最小速度之比.
点评:滑片P的移动,使电路的连接方式发生了改变,明确前后两次电路的连接方式是解决此题的关键.