电力电子技术试题一

电力电子技术试题一内容摘要：

VD 上电流平均值 IdVD和有效值 IVD。 E V + M RLV D ioEMu o i G 图 5－ 1 4. 理想的升压变换器。 假设输出电压 vo 恒定，并通过占空比 D 的控制使其稳定为 24V。 当输入电压 Vd 在 816V 范围内变化时，输出功率 Po≥ 5W，开关频率fs=20KHz, C=470μ F。 计算使变换器始终工作于连续导通模式所需要的最小电感Lmin。 5. 理想的升压变换器， Vo＝ 24V， fs=20KHz,L=150μ H， C=470μ F；当 Vd＝ 12V, Io= 时，计算输出电压脉动的峰－峰值Δ Vo。 （ 计算前应判断，电流是否连续 ，本题是临界连续状态，脉动电压的计算与连续时不同，应根据电流重新计算 ） 6. 在图 52所示的升压斩波电路中，已知 E=50V， L 值和 C 值极大， R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当 Ts=40μs ， ton=25μs 时， 回答下列问题： 1） 计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io， 输 入电源的 电流平均值 Iin。 2）画出如下波形：电感上电压 uL 和电流 iL，器件 V 上电流 iv 和电压 uv， 二极管 VD 上电流 iVD 和电压 uVD。 3）计算电感上的电流平均值 IdL， 器件 V 上电流平均值 IdV和有效值 IV；二极管 VD 上电流平均值 IdVD 和有效值 IVD。 图 5－ 2 7. 如图 53所示降压斩波电路，设输入电压 E＝ 200V，电感 L是 100μ H, 电容C无穷大，输出接 10Ω的电阻，电路的工作频率是 50KHz，全控器件导通占空比为 ， 回答下列问题 ： 1） 计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 2）画出器件 V 上电流 iv 波形，并计算 流过 器件 V的峰值电流。 3）为了 将 器件 V 的峰值电流减小为输出直流电流 Io 的 110％，应改变什么参数，它的 取 值是多 少。 图 5－ 3 8. 在图 54所示的升 降 压斩波电路中，已知 E=100V， L 值和 C 值极大， R=10Ω，采用脉宽调制控制方式，当 Ts=40μs ， 回答下列问题： 1）要求输出电压 Vo 在 50V～ 150V 之间调节时，计算占空比的变化范围。 2） 占空比为 时 ， 计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 并画出如下波形：电感上电压 vL，开关 V 上电流 iv，及二极管 VD上电流 id的波形。 3） 在 2） 题的条件下 ，计算开关 V 上电流平均值 IdV 和有效值 IV；二极管VD上电流 平均值 IdVD 和有效值 IVD。 图 5－ 4 5－ 5为 CUK 斩波电路，也是一种可实现升降压的 DC－ DC 变换器，其特点是：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。 试分析其工作原理，并推导变压比的表达式（可假设稳态时电容 C 上电压恒定）。 (较复杂，可删去 ) 图 5－ 5 5－ 6 为全桥 DC－ DC 变换器， E＝ 200V， EM=50V， R＝ 5Ω， L 值极大，采用双极性 PWM 控制， 器件的开关控制信号通过给定信号与三角波相比较而生成，如图 5－ 7所示。 回答下列问题： 1）在图 5－ 7基础上，画出器件 V1～ V4 驱动信号的波形（高电平表示开通，低电平表示关断），及变换器输出电压 uo的波形。 2）假设负载电流 Io 为正且平直连续，分别画出当器件 V1 上施加开通和关断控制信号时，负载电流的路径。 （要注意器件上施加开通控制信号后，它是否能够导通，取决于负载电流的方向） 3）假设负载电流 Io 为负且平直连续，分别画出当器件 V1 上施加开通和关断控制信号时，负载电流的路径。 4） trivV 时， 计算 V1 器件驱动信号的占空比， 输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io， 输 入电源的 电流平均值 Iin。 图 5－ 6 图 5－ 7 第 3 部分： 仿真 题 5－ 8中的 BUCK 变换器进行电路仿真，并回答下列问题： 1）记录连续导通模式下电感电流 iL 及电容电压 vc 的波形。 测量输出电压的平均值，与理论计算值相比较，并分析二者不相等的原因。 2）将负载电阻增加为 10Ω时，记录断续导通模式下 电感电 流 iL 及电容电压vc 的波形。 图 5－ 8 第 6 章 开关型直流 交流变换器 习题 第 1 部分： 简答题 有源逆变与无源逆变的区别 ， 电压源型逆变器与电流源型逆变器的区别。 SPWM 控制 技术，回答下列问题： 1） 什么是异步调制。 什么是同步调制。 两者 相比较 各有何 优、缺 点。 2） 分析为什么在同步调制时，载波比要取奇数。 而且对于三相逆变器，载波还要求是 3 的倍数。 3） 上述两种调制方式中，根据什么原则来判断应选择哪一种方式。 4） 什么是 分段同步调制 ，与上述两个方式相比它 有什么优点。 5） 什么是过调制。 与线性调制相比，它有何优、缺点。 过调制方式适合于哪种应用领域。 6）与 SPWM 控制方法相比， 方波控制方法有何优、缺点。 方波调制方法适用于什么场合。 3. 对于单相全桥逆变器，试从以下几个方面说明与双极性 SPWM 控制方式相比，单极性 SPWM 控制方式的优点，并分析这些优点对于逆变器的运行有什么好处。 1） 逆变器直流侧输入电流脉动幅度。 2）等效开关频率。 3）输出电压谐波的特点。 逆变器 输出电 流 的脉动 ，回答下 列问题： 1） 给出输出电流脉动的定义，当负载为交流电动机时，说明为什么电流的脉动分量不提供负载的有功功率。 2） 当 输出电压的基波幅值相同时 ，说明在方 波控制和 SPWM 控制 下 逆变器输出 电流的 脉动 幅度有何区别，试分析造成这种区别的原因。 3）试说明为什么在 SPWM 控制下 ， 开关频率越高输出电流脉动越小。 5. 试从以下几个方面比较三相逆变器与单相逆变器的区别，并分析其原因： 1） 输出电压中谐波的特点。 2）直流侧输入电流中低频分量的特点。 6. 关于实用的 PWM 型桥式变换器的死区现象，回答下列问题： 1） 什么是死区 时间，为什么要保留死区时间。 2）对于桥式 DC－ DC变换器， 死区现象对输出电压有什么影响。 3）对于桥式 DC－ AC逆变器， 死区现象对输出电压有什么影响。 7. 关于 PWM 型逆变器控制方法中的计算法，回答下列问题： 1） 什么是计算法。 2）什么是规则采样法。 与自然采样法相比，规则采样法有何优点。 3）画出 规则采样法的示意图，并推导每个采样周期中脉冲宽度的计算公式。 4）什么是特定谐波消去法。 与方波控制法相比，特定谐波消去法有何优点。 8. 关于 PWM 型逆变器控制方法中的电流跟踪法，回答下列问题： 1） 什么是 电 流跟踪法。 2）滞环比较法与三角波比较法相比，各有何 优 缺点。 在控制方法方面，二者有哪些相同之处。 9. PWM 型逆变器的负载为交流电动机，其反电势为 E，关于工作状态，回答下列问题： 1） 在逆变器输出电压和电流（基波）所构成的坐标平面内，哪个象限中 PWM型逆变器工作于逆变状态，为什么。 如何控制逆变器输出电压才能使 逆变器工作于逆变状态， 为什么。 2） 在逆变器输出电压和电流（基波）所构成的坐标平面内，哪个象限中 PWM型逆变器工作于整流状态，为什么。 如何控制逆变器输出电压才能使 逆变器工作于整流状态， 为什么。 第 2 部分： 画图及计算 题 6－ 1所示的半桥逆变器， SPWM 控制方式，开关频率 fs=1450 Hz, Vd＝ 600 V， 输出电压基波频率为 50 Hz，负载连接在 A 和 o 点之间。 分析该电路， 并回答下列问题： 图 6－ 1 1）计算频率调制比（载波比） mf。 2）当幅度调制比 ma＝ 时，计算输出电压的基波峰值 1)ˆ(AoV 和有效值1()AoV。 3）简要证明 1)ˆ(AoV ＝ ma Vd / 2 4） 为什么 0ma1 时， SPWM 控制处于线性调节区域。 5） 根据 Table 81， ma= 时， 计算 Aov 中最主要的 5 个谐波的有效值，并指出这些谐波的频率。 6）在选择开关频率时，试分析开关频率过高或过低的利弊。 如图 6－ 2 所示 ，双极性 SPWM 控制方式。 回答下列问题。 图 6－ 2 1） 为什么全桥逆变器比半桥逆 变器能够输出更高的电功率。 2）简要证明 输出电压基波峰值的表达式（线性调制）： 1oV ＝ ma Vd。 3） 为什么这种 PWM 控制方式称为双极性。 逆变器， 若输出 线 电压基波有效值 (VLL)1 = 220 V， 频率为 52Hz， 负载为三相对称的 Y 型接法， 解答下述问题： 1） 若逆变器工作于方波控制方式， 计算直流电源电压 Vd和负载相电压有效值 (VAn)1。 2） 若逆变器工作于双极性 SPWM 控制方式， mf =39 且 ma = ， 计算 直流电源电压 Vd和负载相电压有效值 (VAn)1。 图 6－ 3 研究单相全桥逆变器输出电流的脉动。 输出电压基波 Vo1 频率为47 Hz， 负载为 电感 L = 100 mH 与理想反电势 eo(t)串联。 回答下列问题： 图 6－ 3 1） 逆变器工作于方波控制方式时，若输出电压基波有效值 Vo1 = 220 V， 计算此时所 需要的 直流电源电压 Vd；并计算此时输出电流脉动分量 iripple 的峰值。 2） 逆变器工作于双极性 SPWM 控制方式时， mf =21 且 ma = ， 若输出电压基波有效值 Vo1 = 220 V， 计算此时所 需要的 直流电源电压 Vd。 5. 证 明 对 于 特 定 谐 波 消 去 法 ， 当 1/4 周 期 内 开 关 时 刻 选 择 为 ：1 2 30 , 1 6 . 2 4 , 2 2 . 0 6       时，可消除输出电压中的 5 次和 7 次谐波，且输出电压基波峰值满足下式： 1ˆ( ) 8 2dAo VV 。