電力電子課后習(xí)題答案 5

1、第五章 直流-直流交流電路1簡(jiǎn)述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間toff，此時(shí)電感L通過(guò)二極管VD向R和M供電，uo0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓Uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=30V，T=50s,ton=20s,計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo=80(V)輸出電流平均值為Io =5(A) 3在圖5-1a

2、所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當(dāng)ton=5s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io，計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng)ton=3s時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：m=0.1=0.002 當(dāng)ton=5s時(shí)，有=0.01ar=0.0025 由于=0.249m所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為Uo =25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為Imax=30.19(A)Imin=29.81(A)當(dāng)ton=3s時(shí)，采用同樣的方法可以得出：

3、=0.0015 由于=0.149m所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時(shí)輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時(shí)值分別為：Uo =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=9.873(A) 4簡(jiǎn)述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感L釋放的能

4、量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡(jiǎn)得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 5在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40s，ton=25s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為：Uo =133.3(V)輸出電流平均值為：Io =6.667(A) 6試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和Cuk斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源E經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時(shí)電流為i1，方向如圖3-4中

5、所示。同時(shí)，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為i2，方向如圖3-4所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是：所以輸出電壓為：改變導(dǎo)通比a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0a 1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2a 1時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，EL1V回路和RL2CV回路分別流過(guò)電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，EL1CVD回路和RL2

6、VD回路分別流過(guò)電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖3-5b所示，相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓uC的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓uB=0，A點(diǎn)電壓uA= - uC；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，uB= uC，uA=0。因此，B點(diǎn)電壓uB的平均值為（UC為電容電壓uC的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以。另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為，且L2的電壓平均值為零，按圖3-5b中輸出電壓Uo的極性，有。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系： 兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波

7、電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。 7試?yán)L制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。解：Sepic電路的原理圖如下：Sepic斬波電路 在V導(dǎo)通ton期間，uL1=EuL2= uC1在V關(guān)斷toff期間uL1E-uo-uC1uL2= -uo 當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感L1、L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立E ton + (E-uo-uC1) toff =0uC1 ton-uo toff=0由以上兩式即可得出Uo= Zeta電路的原理圖如下： 在V導(dǎo)通ton期間，uL1= EuL2= E - uC1-uo在V關(guān)斷t