电力电子技术课后习题答案(王兆安)

电力电子技术课后习题答案(王兆安)内容摘要：

行上述计算。 解：由题目已知条件可得： 1 0 1()on offEI t U E I t     当 ston 5 时，有     由于 0 .0 0 2 50 .0 111 0 . 2 4 9ee m    所以输出电流连续。 4．简述图 32a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 1I ,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 0U。 设 V 处于通态的时间为 ont ，此阶段电感 L 上积蓄的能量为 E1I ont。 当 V 处于断态时 E 和己共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量。 设 V 处于断态的时间为 offt ，则在此期间电感 L释放的能量为 0()UE 1I offt ；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： 1 0 1()on offEI t U E I t 化简得： 0 on offoff offtt TU E E   式中的 T／ offt  1，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 32a 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 T=40μ s， ont =25μ s时，计算输出电压平均值 0U ，输出电流平均值 0I。 解：输出电压平均值为： 0 40 5 0 1 3 3 . 3 ( )4 0 2 5o ffTU E Vt    输出电流平均值为： 00 13 67 ( )20UIAR   6．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 1i ，方向如图。 34 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，电感 L 中贮存的能量向负载释放，电流为 i2，方向如图 34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 Lu 对时间的积分为零，即 0 0T Ludt 当 V处于通态期间， Lu =E：而当 V处于断态期间 0Luu。 于是： 0on offE t U t   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 l／ 2 时为降压，当 l／ 2 l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， E— 1L — V 回路和 R— 2L C— V回路分别流过电流。 当 V 处于断态时， 1E L C VD   回路和 R 2L 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 35b 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 cu 的脉动足够小时。 当开关 S 合到 B点时， B 点电压 Bu =0， A点电压 ACuu ；相反，当 S 合到 A点时， BCuu ， 0Au 1 03i NUUN。 因此， B点电压 Bu 的平均值为 offBctuUT (Uc 为电容电压“ c 的平 均值 )，又因电感 Ll 的电压平均值为零，所以offBctE U UT。 另一方面， A 点的电压平均值为 onActUUT ，且2L 的电压平均值为零，按图3— 5b中输出电压 Uo的极性，有 0 on ctUUT。 于是可得出输出电压 Uo与电源电压 E的关系： 0 1o n o no f f o nttU E E Et T t     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： 在 V导通 ont 期间 ， 1LUE 21LCUU 左 V关断 offt 期间 1 0 1LCu E u u   20Luu 当电路工作于稳态时，电感 L、 L的电压平均值均为零，则下面的式子成立 01( ) 0on C of fE t E u u t    10 0C on of fu t u t 由以上两式即可得出 0 onofftUEt Zeta 电路的原理图如下： 在 V导通 ont 期间 1LuE 2 1 0LCu E u u   在 V关断 offt 期间 11LCuu 20Luu 当电路工作稳定时，电感 1L 、 2L 的电压平均值为零，则下面的式子成立 1 0on C of fEt u t 0 1 0( ) 0C on offE u u t u t    由以上两式即可得出 0 onofftUEt 8．分析图 37a所示的电流可逆斩波电路，并结合图 37b 的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。 解：电流可逆斩波电路中， Vl 和 VDl 构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电 动运行，工作于第 l 象限： V2和 2DV 构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第 2象限。 图 37b中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下： 1V 导通，电源向负载供电： 1V 关断， VD，续流： 2V 也导通， L 上蓄能 : 2V 关断， 2DV 导通，向电源回馈能量 38 所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。 解：需使电动机工作于反转电动状态时，由 V3 和 VD3 构成的降压斩波电路工作，此时需要 V2保持导通，与 V3 和 VD3 构成的降压斩波电路相配合。 当 V3 导通时，电源向 M 供电，使其反转电动，电流路径如下图： 当 V3 关断时，负载通过 VD3 续流，电流路径如下图： 10．多相多重斩波电路有何优点 ? 答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。 此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。 第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路 一台调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在  =0时输出 功率为最大值，试求功率为最大输出功率的 80%、 50%时的开通角 。 解：  =0时的输出电压最大，为 Uomax= 10 1 )s in2(1 UtU   此时负载电流最大，为 Iomax= RURuo 1max  因此最大输出功率为 Pmax=Uomax Iomax 输出功率为最大输出功率的 80%时，有： Pmax=Uomax Iomax= RU21 此时 Uo= U 又由 Uo=U1   2 2sin 解得   同理，输出功率为最大输出功率的 50%时，有： Uo= U 又由 Uo=U1   2 2sin 90 一单相交流调压器，电源为工频 220V，阻感串联作为负载，其中 R= ， L=2mH。 试求： ① 开通角  的变化范围； ② 负载电流的最大有效值； ③ 最大输出功率及此时电源侧的功率因数； ④ 当 =/2 时，晶闸管电流有效值﹑晶闸管导通角和电源侧功率因数。 解：（ 1）  102502a r c t a na r c t a n 3 RL 所以   （ 2）  时， 电流连续，电流最大且导通角 = OUU1 Io=  AZUo 220 232   (3) P= KWIUIU OOO 7 42 2 01  1c o s 1  OOOIU IUSP (4)由公式  t a n)s in ()s in (  e当 2 时   c os)c os ( t a n e 对上式  求导   c ost a n1)s in ( t a n e 则由 1)(c o s)(s in 22   得 1c o s)ta n11( 22t a n2  e 136ta nlnta n   )(123c os )2c os (s in2 1 AZUI VT    )22s in (2s inc os11   UUIU IU OOOO 交流调压电路和交流调功电路有什么区别。 二者各运用于什么样的负载。 为什么。 答： :交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。 交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。 而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 交流调压电 路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。 在供用电系统中 ,还常用于对无功功率的连续调节。 此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。 如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。 这都是十分不合理的。 采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。 这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。 交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。 由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。 . 什么是 TCR，什么是 TSC。 它们的基本原理是什么。 各有何特点。 答： TCR 是晶闸管控制电抗器。 TSC 是晶闸管投切电容器。 二者的基本原理如下： TCR 是利用电抗器来吸收电网中的无功功率（或提供感性的无功功率），通过对晶闸管开通角角  的控制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节 TCR 从电网中吸收的无功功率的大小。 TSC 则是利用晶 闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率 (提供容性的无功功率 )。 二者的特点是： TCR 只能提供感性的无功功率，但无功功率的大小是连续的。 实际应用中往往配以固定电容器（ FC），就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。 TSC 提供容性的无功功率，符合大多数无功功率补偿的需要。 其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理，就可以达到比较理想的动态补偿效果。 单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同 ? 答：单相交交变频电路和 直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的，均由两组反并联的可控整流电路组成。 但两者的功能和工作方式不同。 单相交交变频电路是将交流电变成不同频率的交流电，通常用于交流电动机传动，两组可。