電力電子課后習(xí)題答案5沐風(fēng)教育

1、第五章 直流-直流交流電路1簡述圖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(wèi)通過二極管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(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：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(wèi)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(wèi)中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為i2，方向如圖3-4所示。可見，負(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(wèi)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l(wèi)1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l(wèi)1、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toff期間u