电力电子课后习题答案 5.docx
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电力电子课后习题答案5
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,uo=E。
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,uo=0。
一个周期内的平均电压Uo=
。
输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
2.在图5-1a所示的降压斩波电路中,已知E=200V,R=10Ω,L值极大,EM=30V,T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
解:
由于L值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为
Uo=
=
=80(V)
输出电流平均值为
Io=
=
=5(A)
3.在图5-1a所示的降压斩波电路中,E=100V,L=1mH,R=0.5Ω,EM=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20μs,当ton=5μs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=3μs时,重新进行上述计算。
解:
由题目已知条件可得:
m=
=
=0.1
τ=
=
=0.002
当ton=5μs时,有
ρ=
=0.01
=
=0.0025
由于
=
=0.249>m
所以输出电流连续。
此时输出平均电压为
Uo=
=
=25(V)
输出平均电流为
Io=
=
=30(A)
输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
Imax=
=
=30.19(A)
Imin=
=
=29.81(A)
当ton=3μs时,采用同样的方法可以得出:
αρ=0.0015
由于
=
=0.149>m
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=
=
=15(V)
Io=
=
=10(A)
Imax=
=10.13(A)
Imin=
=9.873(A)
4.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上积蓄的能量为
。
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
。
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:
化简得:
式中的
,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,采用脉宽调制控制方式,当T=40μs,ton=25μs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=
=
=133.3(V)
输出电流平均值为:
Io=
=
=6.667(A)
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i1,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,电感L中贮存的能量向负载释放,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
当V处于通态期间,uL=E;而当V处于断态期间,uL=-uo。
于是:
所以输出电压为:
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,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。
因此,B点电压uB的平均值为
(UC为电容电压uC的平均值),又因电感L1的电压平均值为零,所以
。
另一方面,A点的电压平均值为
,且L2的电压平均值为零,按图3-5b中输出电压Uo的极性,有
。
于是可得出输出电压Uo与电源电压E的关系:
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:
Sepic斩波电路
在V导通ton期间,
uL1=E
uL2=uC1
在V关断toff期间
uL1=EuouC1
uL2=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
Eton+(EuouC1)toff=0
uC1tonuotoff=0
由以上两式即可得出
Uo=
Zeta电路的原理图如下:
在V导通ton期间,
uL1=E
uL2=EuC1uo
在V关断toff期间
uL1=uC1
uL2=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
Eton+uC1toff=0
(EuouC1)tonuotoff=0
由以上两式即可得出
Uo=
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