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1、电力电子技术第四版课后题答案第三章电力电子技术第四版课后题答案第三章第 3 章 直流斩波电路1简述图 3-1a 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 Uo 。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。2在图 3-1a 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 Io。解
2、：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 3-1a 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=5s 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= = =0.1= = =0.002当 ton=5s 时，有= =0.01= =0.0025由于= =0.249m所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo = =
3、=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=3s 时，采用同样的方法可以得出：=0.0015由于= =0.149m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 3-2a 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
4、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 3-2a 所示的升压斩波电路中，已知 E=50V，L 值和 C 值极大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当 T=40s，ton=25s 时
5、，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
6、 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 01/2 时为降压，当 1/21 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
7、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
8、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=EuL2= uC1在 V 关断 toff 期间uL1EuouC1uL2= 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 ton + (EuouC1) toff =0uC1 tonuo toff=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= EuL2= EuC1uo在 V 关断 toff 期间uL1 uC1uL2= uo当
9、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 ton + uC1 toff =0(EuouC1) tonuo toff=0由以上两式即可得出Uo=8分析图 3-7a 所示的电流可逆斩波电路，并结合图 3-7b 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，V1 和 VD1 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 1 象限；V2 和 VD2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 3-7b 中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下：V1 导通，电
10、源向负载供电：V1 关断，VD1 续流：V2 导通，L 上蓄能：V2 关断，VD2 导通，向电源回馈能量9对于图 3-8 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。
