电力电子课后习题

第五章直流-直流交流电路1．简述图

5-1a

所示的降压斩波电路工作原理。答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让

V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此时期，uo＝E。而后使V关断一段时间toff，此时电感L经过二极管VD向R和M供电，u＝0。一个o周期内的均匀电压U＝tonE。输出电压小于电源电压，起到降otontoff压的作用。2．在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,计算输出电压均匀值Uo，输出电流均匀值Io。解：因为L值极大，故负载电流连续，于是输出电压均匀值为Uo=tonE=20200=80(V)T50输出电流均匀值为Io=Uo-EM=8030=5(A)R10．在图5-1a所示的降压斩波电路中，E=100V，L=1mH，R=Ω，EM=10V，采纳脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton=5μs时，计算输出电压均匀值Uo，输出电流均匀值Io，计算输出电流的最大和最小值刹时价并判断负载电流能否连续。当ton=3μs时，重新进行上述计算。解：由题目已知条件可得：m=EM=10=E100τ=L=0.001=R0.5当ton=5μs时，有ρ=T==ton=因为e1=e0.00251=>m0.01e1e1所以输出电流连续。此时输出均匀电压为otonE=1005=25(V)U=T20输出均匀电流为Io=Uo-EM=2510=30(A)R0.5输出电流的最大和最小值刹时价分别为Imax=1emE=1e1eR1e

0.00250.01

0.1100=(A)0.5Imin=e1mE=e0.002510.1100=(A)e1Re0.0110.5当ton=3μs时，采纳相同的方法可以得出：αρ=因为e1=e0.0151=>m0.01e1e1所以输出电流仍旧连续。此时输出电压、电流的均匀值以及输出电流最大、最小刹时价分别为：otonE=1003=15(V)U=T20Io=Uo-EM=1510=10(A)R0.5Imax=1e0.00150.1100=(A)1e0.010.5Imin=e0.001510.1100=(A)e0.0110.5．简述图5-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上存储的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R供给能量。设V处于断态的时间为toff，则在此时期电感L开释的能量为UoEI1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L存储的能量与开释的能量相等，即：EI1tonUoEI1toff化简得：tontoffETUotoffEtoff式中的T/toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。5．在图5-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采纳脉宽调制控制方式，当

T=40μs，ton=25μs

时，计算输出电压均匀值Uo，输出电流均匀值Io。解：输出电压均匀值为：oT4050=(V)toff4025输出电流均匀值为：Io=Uo=133.3=(A)R206．试分别简述起落压斩波电路和Cuk斩波电路的基根源理，并比较其异同点。答：起落压斩波电路的基根源理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为i1，方向如图3-4中所示。同时，电容C保持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载开释，电流为i2，方向如图3-4所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即T0uLdt0当V处于通态时期，uL=E；而当V处于断态时期，uL=-uo。于是：EtonUotoff所以输出电压为：Uo

ton

E

ton

E

Etoff

Tton

1改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<<1/2时为降压，当1/2<<1时为升压，所以将该电路称作起落压斩波电路。Cuk斩波电路的基根源理：当V处于通态时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。当V处于断态时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。假设电容C很大使电容电压uC的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA=-uC；相反，当S合到A点时，uB=uC，uA=0。所以，B点电压uB的均匀值为UBtoffU（C为电容电CUT压u的均匀值），又因电感L的电压均匀值为零，所以EUBtoffUC。C1T另一方面，A点的电压均匀值为UAtonUC，且L2的电压均匀值为零，T按图3-5b中输出电压Uo的极性，有UotonUC。于是可得出输出电压TUo与电源电压E的关系：UotonEtonEEtoffTton1两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现起落压斩波。与起落压斩波电路对比，Cuk斩波电路有一个显然的长处，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有益于对输入、输出进行滤波。．试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。解：Sepic电路的原理图以下：i1L1C1VDuL1uC1i2EL2uoRVuL2C2a)Sepic斩波电路在V导通ton时期，uL1=EuL2=uC1在V关断toff时期uL1＝EuouC1uL2=uo当电路工作于稳态时，电感L1、L2的电压均匀值均为零，则下边的式子成立Eton+(Euu)toff=0oC1utonutoff=0C1o由以上两式即可得出tUo=onEtoffZeta电路的原理图以下：VCL2uC11i1uL2EuL1L1VDuoRC2在V导通