電力電子作業(yè)答案

1、2013電力電子技術(shù)作業(yè)第一次作業(yè)1什么是線性系統(tǒng)？答: 狀態(tài)變量和輸出變量對于所有可能的輸入變量和初始狀態(tài)都滿足疊加性和齊次性的系統(tǒng)叫做線性系統(tǒng)。2電力電子器件為什么要工作在開關(guān)狀態(tài)？答:如果電力電子器件工作在放大狀態(tài)，器件時時刻刻都有管壓降和電流，此時將會產(chǎn)生較大的功耗。當(dāng)電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)時,首先一個開關(guān)管工作在理想導(dǎo)通狀態(tài)時是不耗電的，因為飽和時只有電流沒有管壓降，因此沒有功耗；當(dāng)電力電子器件工作在截止?fàn)顟B(tài)時只有壓降沒有電流，也沒有功耗。所以電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài).3什么是集總參數(shù)電路？什么是分布參數(shù)電路?答:以電路電氣器件的實際尺寸(d)和工作信號的波長()為標(biāo)準(zhǔn)劃

2、分，實際電路又可分為集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。滿足d<<條件的電路稱為集總參數(shù)電路。其特點是電路中任意兩個端點間的電壓和流入任一器件端鈕的電流完全確定，與器件的幾何尺寸和空間位置無關(guān)。不滿足d<<條件的電路稱為分布參數(shù)電路。其特點是電路中的電壓和電流是時間的函數(shù)而且與器件的幾何尺寸和空間位置有關(guān)。第二次作業(yè)1開關(guān)頻率提高對變換器有什么好處？有什么壞處？答: 好處: (1)開關(guān)頻率的提高會使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)加快(2) 電力電子裝置的體積將減小,有助于電力電子器件的小型化(3)變換器的輸出紋波將減小壞處： （1）開關(guān)器件的開關(guān)損耗增大（2） 系統(tǒng)的電磁干擾將會變得嚴(yán)重（3）

3、變壓器的渦流損耗將會增大 2.PWM控制，PFM控制分別指什么意思？答：PWM控制表示脈沖寬度調(diào)制，脈沖的開關(guān)頻率不變，改變脈沖導(dǎo)通時間PFM控制表示脈沖頻率調(diào)制，脈沖的導(dǎo)通時間不變，改變脈沖的頻率 3.開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時其U，I，R是怎樣的？答：在理想狀態(tài)下 導(dǎo)通：U等于零 I為開通時流過開關(guān)管的電流 R等于零關(guān)斷：U為加在開關(guān)管兩端的電壓 I為零 R為無窮大4.用圖例方法說明開關(guān)過程的開通損耗和關(guān)斷損耗情況？答：課本271頁 圖7.2 第三次作業(yè)1.畫出buck電路圖.作出穩(wěn)態(tài)時電感電流波形和電容電壓波形,并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時輸入輸出關(guān)系.答：Buck電路圖課本73頁，圖2.1電感電流波形課本7

4、3頁，圖2.2（c）圖電容電壓波形課本79頁，圖2.92.畫出boost電路圖.作出穩(wěn)態(tài)時電感電流波形和電容電壓波形,并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時輸入輸出關(guān)系.答：Boost電路圖課本86頁，圖2.17電感電流波形課本88頁，圖2.19（c）圖電容電壓波形課本88頁，圖2.19（d）圖注：BUCK和BOOST電路時考試的重點，一般要求計算輸出電壓，輸出電流，流過MOSFET管的峰值電流，電感電流平均值，以及電感電流紋波大小，輸出電壓紋波大小?？梢詤⒖嫉诙抡n后習(xí)題，2-1,2-2.第四次作業(yè)1.簡述正激,反激,雙管正激,半橋,全橋,變換器的工作原理.并寫出其輸入輸出電壓關(guān)系式.答：課本2.8看一下了解下工作

5、原理就可以了。2.高頻變壓器的設(shè)計和工頻變壓器的設(shè)計有什么異同? 答： 1、選取的磁性材料不同，工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的；高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。2、工作頻率不同，應(yīng)用范圍不同頻率也不一樣。第五次作業(yè)1.畫出雙極性調(diào)制產(chǎn)生的原理示意圖,并說明它的工作原理答：原理圖課本145頁圖4.6（b），只需畫出第一條x軸以及第六條x軸上的波形即可工作原理：在雙極性SPWM模式下，一般在對角主開關(guān)載流和另一對角二極管續(xù)流兩種模式間強制切換，在這種調(diào)制模式下在一個開關(guān)周期內(nèi)可能會出現(xiàn)輸出電壓波形正和負兩種電平，所以我們將其稱作雙極性spwm注：考試的重點內(nèi)容，會畫出單極性

6、或者雙極性調(diào)制產(chǎn)生的原理示意圖。2.逆變器的PWM面積等效法是什么原理答：形狀不同但是面積相等的窄脈沖作用在線性慣性環(huán)節(jié)時，其得到的輸出效果是相同的，即以恒定頻率的等面積窄脈沖序列等效正弦半波。課本148頁圖4.7（g）圖。3基波頻率 開關(guān)頻率和脈沖個數(shù)是什么關(guān)系答：脈沖個數(shù)=開關(guān)頻率/基波頻率 第六次作業(yè)1.畫出三相整流電路(帶電感，純電阻負載)的輸出電壓波形，并求出 輸出電壓值答：三相整流電路課本207頁圖5.4.具體的輸出電壓波形和計算輸出電壓值，看完課本的5.2節(jié)。第五章考試重點內(nèi)容，一般會給控制角要求計算輸出電壓，輸出電流，和輸出功率或者畫出電壓波形等。可以參考課后習(xí)題5-1,5-2

7、,5-6.第七次作業(yè)1.什么是軟開關(guān)技術(shù)?軟開關(guān)技術(shù)有哪些優(yōu)點?答：軟開關(guān)技術(shù)是使功率變換器得以高頻化的重要技術(shù)之一,當(dāng)電流自然過零時, 使器件關(guān)斷(或電壓為零時, 使器件開通)優(yōu)點：（1）減少開關(guān)損耗。（2）有助于提高開關(guān)頻率（3）解決由硬開關(guān)引起的EMI問題（4）有助于電力電子裝置的小型化 2014年電力電子作業(yè)作業(yè)一 1. 簡單畫出一個電力電子裝置的示意圖，并解釋其功能答：只要畫出一個電力電子裝置，并簡述其原理即可。答案不唯一。2. 電力電子有哪些常用器件，并簡述MOSFET，IGBT的特點答：（1）常用的電力電子器件有：SCR（普通晶閘管），雙向SCR（雙向晶閘管），GTR（高功率晶體

8、管），MOSFET（功率場效應(yīng)管），IGBT（絕緣柵門控雙極型晶體管），GTO（可關(guān)斷晶閘管）,IGCT(換流關(guān)斷晶閘管）等（第一章電力電子器件一般考試都會考到，屬于重點內(nèi)容,特別是英文字母要記住個器件英文對應(yīng)的中文意思）（2） MOSFET的特點：是性能理想的中小容量的高速壓控型器件，廣泛應(yīng)用于各種中小型的電子裝置中。MOSFET的控制要求簡單，其工作頻率可以達到100Khz至數(shù)兆赫茲。（3） IGBT的特點：IGBT是性能理想的中大容量的中高速壓控型器件，廣泛應(yīng)用于各種中大型電力電子裝置中。其開關(guān)頻率通常可達到20Khz左右，在電流耐力方面，IGBT的額定工作電流在數(shù)十安至千安級。3. 開

9、關(guān)頻率提高給電力電子帶來的優(yōu)點和缺點答: 好處: (1)開關(guān)頻率的提高會使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)加快(2) 電力電子裝置的體積將減小,有助于電力電子器件的小型化(3)變換器的輸出紋波將減小壞處： （1）開關(guān)器件的開關(guān)損耗增大（2） 系統(tǒng)的電磁干擾將會變得嚴(yán)重（3）變壓器的渦流損耗將會增大 作業(yè)二1. 驅(qū)動電路有什么功能作用？答：驅(qū)動電路是連接弱信號與強電的接口，是電力電子器件應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，電力電子裝置的性能和此關(guān)系極大。驅(qū)動電路的必要一點是其隔離性，包括強弱電的隔離、2. 緩沖電路有什么作用？什么是器件的安全工作區(qū)？答：（1）：電力電子器件在開關(guān)過程中有電壓或者電流的突變，這引起器件上電壓電流的尖刺

10、和高頻諧波。這會對整個電力電子裝置產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾和增加器件的應(yīng)力。通常采取緩沖吸收電路來抑制開關(guān)過程的突變。（具體見課本P53,1.8.2節(jié)）（2） 器件的安全工作區(qū)：指功率半導(dǎo)體器件（例如場效應(yīng)管、晶閘管以及絕緣柵雙極晶體管）能夠按照預(yù)期正常工作而不會造成損壞時的電壓電流等條件的范圍。主要是對器件的以下各項工作限制：最大電壓、最大電流、與最大耗散電功率等因素。3. PWM控制與PFM控制是什么意思？答：PWM控制表示脈沖寬度調(diào)制，脈沖的開關(guān)頻率不變，改變脈沖導(dǎo)通時間。PFM控制表示脈沖頻率調(diào)制，脈沖的導(dǎo)通時間不變，改變脈沖的頻率。作業(yè)三1. 畫出Buck電路圖，并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)的輸入，輸出關(guān)

11、系答：課本P73,2.2節(jié)有具體的介紹和推到過程。（第二章是電力電子考試的重點內(nèi)容，一般計算題都是會在第二章出，可參考第二章課后習(xí)題2-1,2-2)2. 電路穩(wěn)態(tài)時，電感的伏秒平衡和電容的安秒平衡是什么意思，請作適當(dāng)推導(dǎo)答：課本P77，P78對于電感伏秒平衡和電容安秒平衡有詳細的解釋和推到過程。3. 電路中電壓紋波和電流紋波的表達式是怎樣的，要降低紋波需采取什么措施？答：（1）Buck電路中的電壓紋波表達式（課本P79，式2.30），電流紋波（課本P76，式2.15）。根據(jù)表達式可以分析得出降低電流紋波的措施有：增大開關(guān)頻率，增大電感值。降低電壓紋波的方法有：增大開關(guān)頻率，增大電容值，增大電感

12、值。（2）對于BOOST電路可以參考課本P86,2.3節(jié)。具體的分析與Buck電路類似。作業(yè)四1. 畫出BOOST電路的原理圖，簡單介紹其工作原理，并推導(dǎo)其穩(wěn)態(tài)時的輸入，輸出的關(guān)系答：課本P86,2.3節(jié)有詳細的介紹和推導(dǎo)過程。作業(yè)五1. 畫圖說明反激變換器工作原理，并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時輸入，輸出關(guān)系答：工作原理：當(dāng)開關(guān)管T1導(dǎo)通的時候，所有的整流二極管D1反向截止，輸出電容C給負載供電。流過LM的電流線性上升。當(dāng)開關(guān)管T1關(guān)斷的時候，變壓器的所有繞組反向。原邊繞組儲存的能量傳遞到副邊，提供負載電流，同時給電容C充電。（課本P114，圖2.46）穩(wěn)態(tài)關(guān)系的推到見課本P114,2.8.4節(jié)有詳細的推到

13、過程。作業(yè)六1. 推到BUCK，BOOST電路的小信號模型及控制至輸出，輸入至輸出的傳遞函數(shù)答：考試不考。2. 如下圖BUCK電路，穩(wěn)態(tài)占空比D為多大？要求在輸出100V時，電感電流的紋波小于0.1A，電感取多大？要求在負載范圍（0-50A)輸出電壓紋波小于0.1V，電容C取多大？（輸入電壓200V，負載R=2歐姆，開關(guān)頻率f=100k）答：計算順序為先計算占空比D，然后計算電感量L，最后計算電容C。 作業(yè)七1. 畫出雙極性控制全橋變換器一個周期電壓，電流的波形，并作出說明。答：課本P145，圖4.6（b），具體解釋說明見課本。2. 請寫出規(guī)則采樣法占空比的求法，并畫出其波形圖。答：課本P14

14、7，公式4.21.P149，圖4.8.3. 如圖BOOST電路（輸入電壓300v，輸出電壓400v，開關(guān)頻率100Khz，負載200歐姆），求其穩(wěn)態(tài)占空比。要求電流紋波小于0.05A,電壓紋波小于1V，L，C取值多大，開關(guān)S和二極管應(yīng)選承受多大電壓和電流？答： 作業(yè)八1. 簡述空間矢量法如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢和正弦波。答：（1）旋轉(zhuǎn)磁勢：交流電機三相對稱的靜止繞組 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 1（即電流的角頻率）順著 A-B-C 的相序旋轉(zhuǎn)。（2）正弦波：SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組 合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個時刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。兩個矢量的作用時間在一個采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個電壓矢量的作用時間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM&#