电力电子课后习题答案

1、.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，在此期间， uoE。然后使 V 关断一段时间 toff ，此时电感 L 通过二极管 VD 向 R 和 M 供电， uo0。一个周期内的平均电压UotonE 。输出电压小于电源电压，起tontoff到降压的作用。2在图 5-1a 所示的降压斩波电路中，已知 E=200V，R=10，L值极大，EM =30V，T=50s, ton=20s, 计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 I o。解：由于 L 值极大，故负载电流

2、连续，于是输出电压平均值为Uo= ton E = 20200 =80(V)T50输出电流平均值为Io =U o - EM = 8030 =5(A)R103在图 5-1a 所示的降压斩波电路中， E=100V， L=1mH，R=0.5，EM =10V ，采用脉宽调制控制方式， T=20s，当 ton=5 s 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 当 ton=3s 时，重新进行上述计算。解：由题目已知条件可得：m= EM = 10 =0.1E100.= L = 0.001 =0.002R0.5当 ton=5s 时，有 = T

3、=0.01= ton =0.0025由于0.00251 =0.249me1= e0. 01e1e1所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo = ton E =1005 =25(V)T20输出平均电流为Io = U o - EM = 2510 =30(A)R0.5输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max=1emE=1e 0.00250.1100=30.19(A)1eR1e 0.010.5I min =e1Ee0.00251100e1mR=e0.0110.10.5 =29.81(A)当 ton=3s 时，采用同样的方法可以得出： =0.0015由于e1= e0.0151 =0.149m0. 0

4、1e1e1所以输出电流仍然连续。此时输出电压、 电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：.Uo = ton E =1003 =15(V)T20Io = U o - EM=1510 =10(A)R0.5I max=1e0.0015100 =10.13(A)0.010.11e0.50. 0015100 =9.873(A)I min =e0.0110.1e10.54 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I 1，同时电容C 上的电压向负载 R 供电，因 C 值很大

5、，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 上积蓄的能量为 EI 1ton 。当 V 处于断态时 E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量。设 V 处于断态的时间为 toff ，则在此期间电感 L 释放的能量为 U o E I 1toff 。当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L 积蓄的能量与释放的能量相等，即：EI 1tonU o E I 1t off化简得：U otontoff ET Etofftoff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

6、，L 值和 C值极大， R=20，采用脉宽调制控制方式，当 T=40s，t on=25s 时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：输出电压平均值为：Uo =输出电流平均值为：T E =4050 =133.3(V)toff4025I o = U o =133.3 =6.667(A)R206试分别简述升降压斩波电路和Cuk 斩波电路的基本原理，并比较其异同点。答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关 V 处于通态时，电源 E经 V 向电感 L 供电使其贮存能量， 此时电流为 i 1，方向如图 3-4 中所示。同时，电容 C 维持输出电压基本恒定并向负载 R 供电。此后，使 V 关断，电

7、感 L 中贮存的能量向负载释放，电流为 i 2，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T0uL d t0当 V 处于通态期间， uL = E；而当 V 处于断态期间， uL = - uo。于是：Eton U o toff所以输出电压为：U oton EtonEEt offT ton1.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，因此将该电路称作升降压斩波电路。Cuk 斩波电路的基本原理：当 V 处于通态时， EL1V 回路

8、和 RL2CV 回路分别流过电流。当 V 处于断态时， EL1CVD 回路和 RL2VD 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，BC，uA=0。因此，B点电压uB 的平均值为 UtoffU（UC 为电容u = uBCT电压uC 的平 均值），又因 电感L1 的 电压平均值为 零，所以EU Btoff U C 。另一方面， A 点的电压平均值为

9、 U At on U C ，且 L2TT的电压平均值为零，按图3-5b 中输出电压 Uo 的极性，有 U ot on U C 。T于是可得出输出电压Uo 与电源电压 E 的关系：U oton EtonEEt offT ton1两个电路实现的功能是一致的， 均可方便的实现升降压斩波。 与升降压斩波电路相比， Cuk 斩波电路有一个明显的优点， 其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。7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 电路的原理图如下：.iL1C1VD1uL1u C1i 2EVL2uoRuL2C2a)Sepic 斩波电路在 V 导通 t on 期间，uL1=EuL2= uC1在 V 关断 t off 期间uL1E uo uC1uL2=uo当电路工作于稳态时，电感 L1、L2 的电压平均值均为零，则下面的式子成立E t on + ( E uo uC1) t off =0uC1 t on uo t off =0由以上两式即可得出Uo= ton EtZeta电路的原理图如下：VL2uC1C1i1u L2Eu L1 L1VDuoRC2在 V 导通 t on 期间