第五章
1.换流方式有哪几种?各有什么特点?
答:换流方式有4种:
①器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
②电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应
用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。
③负载换流。由负载提供换流电压称为负载换流。这种换流方法多
用于直流电源供电的负载电路中。
④强迫换流。设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反
向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。
强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。
2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？
答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。
电压型逆变器的特点如下：
①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关；而交流侧输出电流波形和相位随负载阻抗情
况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。
⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。
电流型逆变器有如下特点：
①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。
③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功功率能量的作用。因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。
④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因直流电流无脉动，故传送功率的脉动由直流电压的脉动来实现。
3.简述几种交流-直流-交流变频器是如何调压？是如何变频的？是如何改变相序的？
答：电压型方波变频器是通过改变直流侧的电压改变输出交流电的电压幅值和有效值；通过改变开关管导通和关断的时间改变输出交
流电的频率；改变逆变桥上开关管的导通顺序改变输出交流电的相序。
PWM 变频器是通过改变调制比M 改变输出电压0u 基波的幅值，所
以，SPWM 调制是通过改变调制波r u 的幅值实现变压功能的。改变正
弦调制波的频率时，可以改变输出电压0u 的基波频率。通过改变三相
参考波的相序改变输出电压相序的。
4.电压型逆变器中反馈二极管的作用是什么？
答：在电压型逆变器中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
5.三相桥式电压型逆变器，导电方式，100d
U V =，试求输出线电压的基波幅值1uv M U 和有效值1uv U 、线电压的
5次谐波有效值5u v U 、输出相电压的基波幅值1uN M U 和有效值1uv U
。 解：输出线电压的基波幅值
1 1.1 1.1100110d uv M d U U V π=≈=?=
输出线电压的有效值
()V U U U U d d m UV UV 7878.06211====π
输出线电压中五次谐波5UV u 的表达式为：
t U u d UV ωπ5sin 5325=
其有效值为：
()V U U d UV 59.1525325==π
输出相电压的基波幅值
120.6370.63710063.7d uN M d U U U V π=≈=?=
输出相电压的有效值
10.450.4510045d uN d U U V π==≈=?=
6.SPWM 逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？ 答：SPWM 逆变器优点如下：
①输出电压或电流波形接近正弦，谐波分量小。
②调频、调压都由逆变器完成，仅有一个可控功率级，从而简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积小、重量轻、造价低、可靠性高。
③输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，其响应的速度取决于控制回路，而与直流回路的滤波参数无关，所以调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压的配合同步，以获得好的动态性能。
④直流电压可由二极管整流获得，交流电网的输入功率因数与逆变器输出电压的大小和频率无关而接近1；若有数台装置，可由同一台不可控整流器输出作直流公共母线供电。
载波频率即SPWM 的开关频率愈高，谐波含量愈少，SPWM 的基波就越接近期望的正弦波。但SPWM 的开关频率也不宜过高，因为开关管工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增加。
7.正弦脉冲宽度调节控制方式中的单极性调制和双极性调制有何不同？
只在正极性或负答：在正弦参考波u r的半个周期内，三角波载波u
c
极性一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只在单个极性范围内变化，这是单极性SPWM控制方式；双极性SPWM控制方式，即在正弦参考波u r的半个周期内，三角波载波u
有正有负，所得到的SPWM波
c
也有正有负，但是正半周内，正脉冲较负脉冲宽，负半周则反之。
8.SPWM基于什么原理？何谓调制度？画出半周期脉冲数k=7的单极性调制波形。
答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术, 即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。
以正弦PWM控制为例。把正该半波分成N等份，就可以把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于N/ ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等，就得到PWM波形。SPWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积
等效原理，SPWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到SPWM波形。可见，所得到的SPWM波形和期望得到的正弦波等效。
一般将正弦参考波u
r 的幅值与三角波载波u
c
的峰值之比定义为调制
度 ，亦称调制比或调制系数。
9.什么是同步调制方式和异步调制方式？SPWM中，同步调制和异步调制各有什么优缺点？
答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中，通常保持载波频率
c
f固定不变，因而当参考信号频率r
f变化时，载波比N是变化的。
异步调制的主要特点是：
在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1／4周期的脉冲也不对称。
这样，当信号频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期的脉冲不对称和半周期内前后1／4周期的脉冲不对称产生的不利影响都较小，PwM波形接近正弦波。
而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减小，PWM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化产生PWM脉冲的跳动，这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。
载波比N等于常数，并在变频时使载波频率和信号波频率保持
同步的方式称为同步调制。
同步调制的主要特点是：
在同步调制方式小，信号波频率变化时载波比N 不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。 当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率c f 也很低。c f 过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较
大的转矩脉动和噪声。
如考虑低频时性能时，当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率c f 会过高，使开关器件难以承受。
10.SPWM 控制的逆变电路，若参考波频率为400Hz,载波比为15，则开关管的开关频率为多少？一周期内有多少个脉冲波？ 解：由c
r f N f =可知，载波频率154006000c r f N f H z ==?=，一周内有600
个脉冲。
11.SPWM 波的生成有哪些方法？
答：SPWM 波的生成方法大体上有3种：第一种是采用模拟电路产生；第二种是采用专用集成电路产生；第三种是由微型计算机直接产生。
12.什么是自然采样法和规则采样法？
答：按照SPWM 控制的基本原理，可在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关管的通断，这种生成SPWM 波形的方法称为自然采样法。规则采样法是一种应用较广的工程使用方法，它的效果非常接近自然采样法。
13.逆变器多重化的目的是什么？如何实现？
答：逆变电路多重化的目的：一是使总体上装置的功率等级提高；二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响；采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。可以采用并联或串联的方式。
首页- 我的作业列表- 《电力电子技术》第一次作业答案 你的得分：100.0 完成日期：2018年09月09日16点13分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共30个小题，每小题2.0 分，共60.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.电力电子器件一般工作在（）状态。 A.导通 B.开关 C.截止 2.通常情况下（器件开关频率不太高）时，电力电子器件的损耗主要是（）损耗。 A.导通 B.关断 C.开关 3.把直流变换为交流的电路叫做（）电路。 A.整流 B.逆变 C.斩波 D.交流电力控制 4.二极管阳极有正向电压，其处于（）状态。 A.导通 B.开关 C.截止 5.晶闸管阳极加正向电压，门极不加信号，其处于（）状态。 A.导通 B.开关 C.截止 6.对已经触发导通的晶闸管，如果在阳极电流未达到擎住电流时门极触发信号消失，晶 闸管是（）状态。 A.导通 B.开关 C.截止 7.晶闸管的额定电压为（）。 A.正向重复峰值电压 B.反向重复峰值电压 C.正反向重复峰值电压中大者 D.正反向重复峰值电压中小者 8.电力MOSFET的通态电阻具有（）温度系数。 A.正 B.负 C.零 9.晶闸管是（）驱动型器件。
A.电流 B.电压 C.电荷 10.晶闸管的额定电流应按（）原则选取。 A.平均值相等 B.有效值相等 11.单相半波可控整流电路带阻性负载时，输出电流波形为（）。 A.与电源电压波形相同 B.与输出电压波形相同 C.为直线波形 12. A. A B. B C. C D.D 13. A. A B. B C.C D.D 14. A. A B. B C. C D.D 15.单相半波可控整流电路带阻性负载时，输出电压波形脉动频率为（）。 A.1/2电源频率 B.电源频率 C.两倍电源频率 D.三倍电源频率 16.单相桥式全控整流电路带反电动势阻性负载，与带纯阻性负载比较，输出电压（）。 A.增大 B.减小 C.不变 17.三相半波可控整流电路带大电感负载，晶闸管的移相范围为（）。
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答 2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。 解：由直流输出电压平均值d U 的关系式： 2 cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得： A R I U d d 50510=?== 可以求得控制角α为： 01220 45.0502145.02cos 2≈-??=-=U U d α 则α=90°。 所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 52 1222212==-=-==?ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=π απ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为 ()()V U U M TN 933~6223113~23~2=?== 续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为 ()()V U U M TN 933~6223113~23~2=?==
2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。 解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。 分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况： （1） 以晶闸管 2VT 为例。当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变 压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。 （2）当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α相同时， 对于电阻负载： （α~0）期间无晶闸管导通，输出电压为0；（πα~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与 电源电压2u 相等；(παπ+~)期间，均无晶闸管导通，输出电压为0； (παπ2~+)期间，单相全波电路中2VT 导通，单相全控桥电路中2VT 、 3VT 导通，输出电压等于2u -。 对于电感负载： （απα+~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与电源电压2u 相等；（απαπ++2~）期间，单
第6章 PWM控制技术 1．试说明PWM控制的基本原理。 答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（吠形状和幅值）。 在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理 以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。 2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。 解：将各脉冲的宽度用i（i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得 1= = =0.09549(rad)=0.3040(ms) 2 = = =0.2500(rad)=0.7958(ms) 3 = = =0.3090(rad)=0.9836(ms) 4 = = 2 =0.2500(rad)=0.7958(ms) 5 = = 1 =0.0955(rad)=0.3040(ms) 3. 单极性和双极性PWM调制有什么区删？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。 三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。 三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5Ud和-0.5 Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、- Ud。 4．特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有10个开关时刻（不吠0和时刻）可以控制，可以消去的谐波有几种？ 答：首先尽量使波形具有对称性，为消去偶次谐波，应使波形正负两个半周期对称，为消去谐波中的余弦项，使波形在正半周期前后1/4周期以/2为轴线对称。 考虑到上述对称性，半周期内有5个开关时刻可以控制。利用其中的1个自由度控制基波的大小，剩余的4个自由度可用于消除4种频率的谐波。 5．什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
目录 第1章电力电子器件 (1) 第2章整流电路 (4) 第3章直流斩波电路 (20) 第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26) 第5章逆变电路 (31) 第6章PWM控制技术 (35) 第7章软开关技术 (40) 第8章组合变流电路 (42)
第5章逆变电路 1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？ 答：两种电路的不同主要是： 有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。 2．换流方式各有那几种？各有什么特点？ 答：换流方式有4种： 器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。 电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。 负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。 强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。 晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。 3．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。 答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路 电压型逆变电路的主要特点是： ①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 ②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 ③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 电流型逆变电路的主要特点是： ①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 ②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。 ③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并
浙江大学远程教育学院 《电力电子技术》课程作业答案 第1章 1. 答： （1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。 2. 答： 晶闸管的门极参数I GT 、U GT 受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。 3.答： （1） 故不能维持导通 （2 ）214.14I == 2/1.579d H I I A I ==> 282.8300TM U V V ==< 晶闸管能正常工作 （3） I d =160/1=160A>I H I T =I d =160A >1.57×100=157A 故不能正常工作 4. 答： IGBT 由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是d u ce /d t 过大（动态擎住效应），会产生不可控的擎住效应。实际应用中应使IGBT 的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻R G 的数值，减小关断时的d u ce /d t ，以避免出现擎住现象。 mA I mA A I H d 42002.010501003 =<==? =
1.答： （1）交流进线电抗器 限流、限d u /d t 和d i /d t （2）压敏电阻 过压保护 （3）交流侧阻容保护 过压保护 （4）桥臂电感 限d u /d t (由元件换流引起）、d i /d t （5）快熔 过流保护 （6）过压保护电容 限制关断过电压对元件的损害 （7）抑振电阻 防止L 、C 振荡，限制电容放电电流 （8）直流侧压敏电阻 直流侧过压保护 （9）过流继电器 过流时，继电器开路，保护主电路 （10）VD F 续流二极管 为负载电路提供通路，过压保护 （11）L d 平波电抗器 防止直流电流波动（断流） 2.答： 1. 如以测量集电极电流I c 为过流保护原则，当I cg 测量误差为c I ?，则保护电路将在集电极电流为I cg +c I ?时才动作，但此时工作点已经移至线性放大区，到元件关断时已出现高损耗，导致GTR 损坏。 2. 如以测量集射极电压U ce 作为过流保护原则，在相同的相对测量误差下，GTR 工作点移动较小，元件关断时功耗只略有增加，可保证器件安全。 3. 设基极电流I b 减小Ib ?，当采用电流I c 测量的保护方式时，GTR 关断时工作点已经进入线性放大区；当采用电压U ce 测量保护时，GTR 关断时工作点仍在饱和区，确保器件安全。 3.答： 缓冲电路的功能包括抑制和吸收二个方面。下图为电路的基本结构。 关断过程：C s 与GTR 集射极并联，利用C s 两端电压不同突变的原理延缓关断时集射极间电压U ce 上升的速度，使U ce 达最大值之前集电极电流I c 已变小，从而使关断过程瞬时功耗变小。R 是限制GTR 导通时电容的放电电流。 开通过程：L s 与GTR 串联，延缓了集电极电流的增长速度，且当电流急剧增大时会在其上产生较大压降，使得集射极电压在导通时迅速下降。这样电压、电流出现最大值的时间错开，关断时功耗明显减小。
0-1.什么是电力电子技术? 电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术；它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为主要内容的技术。国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会对电力电子技术的定义为：“有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。” 0-2.电力电子技术的基础与核心分别是什么? 电力电子器件是基础。电能变换技术是核心. 0-3.请列举电力电子技术的 3 个主要应用领域。 电源装置;电源电网净化设备;电机调速系统;电能传输和电力控制;清洁能源开发和新蓄能系统;照明及其它。 0-4.电能变换电路有哪几种形式?其常用基本控制方式有哪三种类型? AD-DC整流电;DC-AC逆变电路;AC-AC交流变换电路;DC-DC直流变换电路。 常用基本控制方式主要有三类：相控方式、频控方式、斩控方式。 0-5.从发展过程看，电力电子器件可分为哪几个阶段? 简述各阶段的主要标志。可分为：集成电晶闸管及其应用；自关断器件及其应用；功率集成电路和智能功率器件及其应用三个发展阶段。集成电晶闸管及其应用：大功率整流器。自关断器件及其应用：各类节能的全控型器件问世。功率集成电路和智能功率器件及其应用：功率集成电路（PIC），智能功率模块（IPM）器件发展。 0-6.传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么? 传统电力电子技术的特征：电力电子器件以半控型晶闸管为主，变流电路一般 为相控型，控制技术多采用模拟控制方式。 现代电力电子技术特征：电力电子器件以全控型器件为主，变流电路采用脉宽 调制型，控制技术采用PWM数字控制技术。 0-7.电力电子技术的发展方向是什么? 新器件：器件性能优化，新型半导体材料。高频化与高效率。集成化与模块化。数字化。绿色化。 1-1.按可控性分类，电力电子器件分哪几类? 按可控性分类，电力电子器件分为不可控器件、半控器件和全控器件。 1-2.电力二极管有哪些类型?各类型电力二极管的反向恢复时间大约为多少? 电力二极管类型以及反向恢复时间如下： 1）普通二极管，反向恢复时间在5us以上。 2）快恢复二极管，反向恢复时间在5us以下。快恢复极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者在100ns 以下，甚至达到20~30ns，多用于高频整流和逆变电路中。 3）肖特基二极管，反向恢复时间为10～40ns。 1-3.在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态? 维持晶闸管导通的条件是什么? 1、正向的阳极电压； 2、正向的门极电流。两者缺一不可。阳极电流大于维持电流。
第五章 1.换流方式有哪几种?各有什么特点? 答:换流方式有4种: ①器件换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。 ②电网换流。由电网提供换流电压称为电网换流。这种换流方式应 用于由交流电网供电的电路中，它是利用电网电压自动过零并变负的性能来实现换流的。 ③负载换流。由负载提供换流电压称为负载换流。这种换流方法多 用于直流电源供电的负载电路中。 ④强迫换流。设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反 向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。换流回路的作用是利用储能元件中的能量，产生一个短暂的换流脉冲，使原来导通的晶闸管电流下降到零，再使它承受一段时间反压，便可关断。 强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称电容换流。 2.什么是电压型和电流型逆变器？它们各有什么特点？ 答：⑴直流侧是电压源的逆变器称为电压型逆变器。 电压型逆变器的特点如下： ①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。 ②由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关；而交流侧输出电流波形和相位随负载阻抗情
况的不同而不同。 ③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥各臂反并联的二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供了通道。 ④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因为直流电源电压无脉动，故传送功率的脉动由直流侧电流的脉动来实现。 ⑵直流侧电源为电流源的逆变器称为电流型逆变器。 电流型逆变器有如下特点： ①直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 ②各开关管仅是改变直流电流流通途径，交流侧输出电流波形为矩形波，与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形常接近正弦波。 ③当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功功率能量的作用。因反馈无功能量时电流并不反向，故开关管不必反并联二极管。 ④直流侧向交流侧传送的功率是脉动的。因直流电流无脉动，故传送功率的脉动由直流电压的脉动来实现。 3.简述几种交流-直流-交流变频器是如何调压？是如何变频的？是如何改变相序的？ 答：电压型方波变频器是通过改变直流侧的电压改变输出交流电的电压幅值和有效值；通过改变开关管导通和关断的时间改变输出交
《电力电子技术大作业》作业题目：灯光控制电路 姓名：刘大勇 班级：电气12-04班 学号：11053416 同组人：付晨平12053429 程润泽12053427 中国石油大学（华东） 日期：2014年12月13日
摘要 本篇论文主要是对基于电力电子技术，模拟电子技术和数字电子技术来进行设计的灯光控制电电路进行详细的说明。包括其设计思路，工作原理和功能应用，以及所使用的主要元器件和电路。在整篇论文中，对于元器件和电路形式作了比较详细地介绍，具体说明了其工作原理，基本应用和发展前景。最后表达了对于本次课程设计的收获和感悟。 关键词：亮度调节；定时；色调搭配；三相桥式整流；W7805稳压芯片；NE555定时器；双向晶闸管；电容；发光二极管；
目录 第一章 引言 (2) 1.1 课题设计的背景和意义 (2) 1.2 课题的设计思路、工作原理与功能应用 (2) 第二章 主要电路和元件的介绍 (3) 2.1 三相桥式全控整流电路 (3) 2.2 电力电容器的特性、作用及运行中的问题 (4) 2.3 二极管工作原理及主要应用 (7) 2.4 发光二极管的工作原理及应用 (8) 2.5 W7805稳压器 (9) 2.6 555定时器的基本组成和工作原理………………………………………………….. 10 2.7 双向晶闸管原理及其交流开关应用…………………………………………………. 12 第三章 收获与感悟 (14)
第一章引言 1.1课题设计的背景和意义 照明主要包含天然采光和人工照明这两个方面。电气照明就是指为了进行人工照明通过各种设施而把电能转变为光能。从大的方面来说，我国虽然地域辽阔、资源总量丰富，但是由于人口基数大、资源利用率相对发达国家较低，因次我国的资源同样面临着巨大问题和挑战。而目前我国的电能主要来源于火力发电，只有少部分电能是来源于太阳能发电、风能发电、潮汐发电等，因此节能问题迫不容缓；而从小的方面来说，电气照明节能设计有利于减少企业和家庭的电费开支。 1.2 课题的设计思路、工作原理与功能应用 设计思路： 经过电力电子这门课程的学习，对于电力变换电路，有了比较清晰地认识，在本次设计过程中，运用了三相桥式整流电路。有三相桥式整流电路加上变压器可以得到合适的直流电，作为一些芯片和小功率用电器的供电电源。利用不同颜色发光二极管的串联和并联，可以有效地调节一定范围内的光环境。通过利用稳压芯片可以得到幅值和波形符合要求的电压，为NE555定时器供电。有定时器和其他组合元件搭配而成的定时电路，可通过双向晶闸管实现对主电路的控制，定时时间长度大概在几小时左右，因此可以对各种用电器实现定时控制，通过将灯泡或日光灯与滑动变阻器串联可实现灯光亮度的无极调节。工作原理及应用： 本次电路的设计是基于电力电子技术中的变压和整流来进行的。通过变
一、简答题 2.1 晶闸管串入如图所示的电路，试分析开关闭合和关断时电压表的读数。 题2.1图 在晶闸管有触发脉冲的情况下，S开关闭合，电压表读数接近输入直流电压；当S开关断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管有出发脉冲，但是流过晶闸管电流低于擎住电流，晶闸管关断，电压表读数近似为0（管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值）。 2.2 试说明电力电子器件和信息系统中的电子器件相比，有何不同。 电力电子系统中的电子器件具有较大的耗散功率；通常工作在开关状态；需要专门的驱动电路来控制；需要缓冲和保护电路。 2.3 试比较电流驱动型和电压驱动型器件实现器件通断的原理。 电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断；电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。 2.4 普通二极管从零偏置转为正向偏置时，会出现电压过冲，请解释原因。 导致电压过冲的原因有两个：阻性机制和感性机制。阻性机制是指少数载流子注入的电导调制作用。电导调制使得有效电阻随正向电流的上升而下降，管压降随之降低，因此正向电压在到达峰值电压U FP 后转为下降，最后稳定在U F。感性机制是指电流随时间上升在器件内部电感上产生压降，d i/d t 越大，峰值电压U FP 越高。 2.5 试说明功率二极管为什么在正向电流较大时导通压降仍然很低，且在稳态导通时其管压降随电流的大小变化很小。 若流过 PN 结的电流较小，二极管的电阻主要是低掺杂 N-区的欧姆电阻，阻值较高且为常数，因而其管压降随正向电流的上升而增加；当流过 PN 结的电流较大时，注入并积累在低掺杂 N-区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，导致其电阻率明显下降，即电导率大大增加，该现象称为电导调制效应。 2.6 比较肖特基二极管和普通二极管的反向恢复时间和通流能力。从减小反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管还是恢复特性硬的二极管？ 肖特基二极管反向恢复时间比普通二极管短，通流能力比普通二极管小。从减少反向过冲电压的角度出发，应选择恢复特性软的二极管。
5.2 为什么电流型逆变器一般不采用180度导通型和PWM控制方式？ 答：180度导通型逆变器，三相桥式电路六个开关在每个周期中通断一次，其输出三相电压或电流波形是阶梯波。180度导通型逆变器开关的通断频率较低于晶闸管为开关器件的逆变电路。因为晶闸管不能自关断，因此还需要辅助的关断电路，使逆变器的结构变得复杂，并且输出阶梯波的低次谐波分量较大，目前已经使用不多。 PWM控制方式：电流型逆变器的直流回路采用大电感滤波，电感使逆变器输入电流波动很小，具有电流源的性质。现在还有一种采用电压源而以电流控制的逆变器，也称电流型逆变器。它的直流环节采用大电容滤波，但是通过逆变器来控制输出电流，这种逆变器常用在负载为交流电动机的场合，目前已经使用不多。 5.3 SPWM控制的基本原理是什么？载波比N和调制度M的定义是什么？SPWM控制是如何实现逆变器输出的调频和调压控制的？ 答：SPWM控制的基本原理：在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。即当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。 载波比N：即频率比，为载波频率与调制波频率之比， N=f c f r =f c f o =T r T c 载波比决定了一周期中组成输出交流电的脉冲个数。T c 调制比M：为了反映载波和调制波的关系，定义调制比M为调制波幅值与载波幅值之比: M=u rm U Cm 0<=M<1 改变了M即调节了输出交流电压，M也称为调节度。 采用PWM调制时，在输出电压中可以消除（N-2）次以下的谐波，N为载波比，因此除基波外，其最低次谐波为（N-2）次。 5.4 什么是同步调制和异步调制，两者各有什么优缺点？分段同步调制有什么优点？ 答：在异步调制中，载波频率f c保持不变，而调制波频脉冲率f r可调，因此载波比N 不是常数，将随f r变化。在异步调制时，在调制波的半周期里，脉冲的个数不固定，并且正负半周的脉冲个数也可能不等，使输出电压的正负半周不对称，产生附加的谐波。因为载波频率f c不变，在低频时，载波比N较高，这种不对称的影响较小，PWM波形接近正弦波。在高频时，载波比N较高，在半周期中脉冲的个数较少，这种不对称的影响就较大，因此异步调制一般要求载波比f c高一些，以便在高频输出时，也有足够的脉冲个数。
1-1所示： VCC T Q D1 C R N1 N2 i p i s V O * *
不为零，与此相反即为电流断续。 如果，在t=T时刻，I smin=0表示导通期间储存的磁场能量刚好释放完毕；也就是临界状态。，I smin>0表示导通期间储存的磁场能量还没有释放完，电路工作在连续状态；Ismin<0表示导通期间储存的磁场能量还没有到时刻就已经释放完毕，即电路工作在断续状态下。 电流连续下的理论波形：
图1-3 理论输出波形 3、实验步骤 1）根据实验设计指标选择所需器件 输入直流电源：Vin 200V；变压器T的参数，L p:10uH, ，L s:5uH,变压器初级线圈匝数：200匝，次级线圈匝数：10匝，变压器励磁电感L m:1m；滤波电容C：110uF,初始电压10V；触发频率：100k,占空比0.8；负载为阻性负载：5Ω。 2）利用所选的元器件，搭建原理图，并按已知参数设置各元件参数，设定仿真控制时间。保存原理图。将MOSFET和二极管D1参数选项中的current flag设置为1，这样可以将电流表缺省直接测得电流波形。 3）点击仿真按钮，双击要观察波形的参数值，点击确定，观察仿真波形。 4、仿真电路图 电路原理图如下：
图1-4 仿真电路图 4、仿真结果 1）电流连续输出波形 按照顺序，图中的I（D1）为变压器次级电流大小，在图中的大致形状是呈线性下降的直线；I（MOS1）是变压器初级电流大小，在图中的大致形状是呈线性增长的直线；图中的Vp1是输出电压， 近似为一条平行于时间轴的一条直线，但略有脉动。
图 1-5 电流连续下仿真结果 2）电流断续输出波形 降低触发电路的占空比，电流将断续，将占空比变为0.5，输出初、次级电流波形如下图1-6所示。 图1-6 电流连续下仿真结果 6、仿真结果分析 观察图1-5的仿真结果，按照所选参数构建的电路，电流连续时，输出电压40V达到了预期制定指标。在开关管MOSFET导通的时间段内，变压器初级电流I（MOSFET）线性上升,此时变压器次级电压为下正上负，使得二极管反偏截止，即I（D）为零,此时负载电流由滤波电容提供。当开关管关断时，存储在L p中的能量不能突变，为维持电流连续，变压器初、次级绕组电压反号，使得二极管正偏导通，给电容C充电并向负载供电。二极管导通，u2便被箝位在V o的水平上，如果滤波电容C的数值很大，输出电压无脉动，则u2=V o，次级绕组电流将线性下降，即i s(t)=I rmax-V o t/L2，直到t=T为止。观察仿真波形发现，输出电压波形是一条与时间轴近似平行的直线，其大小在10V上下略有波动，按照理论来说，尽可能增大滤波电容，输出电压也会更加平稳。 观察图1-6的波形可以看出，当电流断续时与电流连续时，在一个周期内，电流出现了为零的情况，而且在断续运行下，电路遵循的规律与连续时不同。
《电力电子技术》习题及解答 第1章思考题与习题 1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流(或脉冲）。 导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UＡ决定。 1．2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流ＩＡ减小，ＩA下降到维持电流I H以下时,晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断,其两端电压大小由电源电压U A决定。 1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化? 答:温度升高时,晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流IＨ会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。 １.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种? 答：非正常导通方式有:（1) I g=0,阳极电压升高至相当高的数值;(1) 阳极电压上升率ｄu/dt过高；(3) 结温过高。 1.5请简述晶闸管的关断时间定义。 答:晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时
间。即gr rr q t t t +=。 1.６试说明晶闸管有哪些派生器件? 答:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 １.7请简述光控晶闸管的有关特征。 答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 1.8型号为KP1０0-3，维持电流I H =４ｍＡ的晶闸管，使用在图题1．8所示电路中是否合理,为什么?（暂不考虑电压电流裕量） 图题１.8 答:(a ）因为H A I mA K V I <=Ω =250100,所以不合理。 (b) 因为A V I A 2010200=Ω =, ＫP100的电流额定值为１00A ，裕量达5倍,太大了。 (c)因为A V I A 1501150=Ω= ，大于额定值，所以不合理。 1．９ 图题1.９中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m ,试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。 解：图(ａ): I Ｔ（A Ｖ)=π 21?πωω0)(sin t td I m =πm I ＩT ＝?πωωπ02)()sin (21t d t I m =2 m I
大连理工大学电源技术大作业 姓名： 学号： 学习中心：
大工19秋季《电源技术》大作业及要求 题目三：升压斩波电路分析 总则：围绕升压斩波电路，介绍其工作原理、主要参数及对应计算方法，并简述其在实际中的应用。 撰写要求： （1）介绍基本斩波电路的分类。 （2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。 （3）简述升压斩波电路在实际中的应用。 （4）学习心得（为区分离线作业是否独立完成，请写些自己对该题目相关的想法或者学习心得，学习心得严禁抄袭！） 作业具体要求： 1. 封面格式 封面名称：大连理工大学电源技术大作业，字体为宋体加黑，字号为小一； 姓名、学号、学习中心等字体为宋体，字号为小三号。 2. 文件名 大作业上交时文件名写法为：[姓名学号学习中心]（如：戴卫东101410013979浙江台州奥鹏学习中心[1]VIP）； 以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业（注意命名），点提交即可。如下图所示。 截止时间：2020年X月X日前。 3. 正文格式 作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。 注意：
作业应该独立完成，不准抄袭其他网站或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计。引用他人文章的内容，需在文中标注编号，文章最后写出相应的参考文献。引用内容不得超过全文的20%。 鼓励大家对本地区的相关政策制定及实施情况进行调查了解，给出相关数据，进而有针对性的提出自己的看法。 升压斩波电路分析 一、介绍基本斩波电路的分类。 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点
第四章 直流直流变换器习题解答 4-1 降压型斩波电路，直流电压为80V ，负载电阻为10Ω，斩波频率为50kHz ，导通比为0.5。 (1) 画出各电流波形。 (2) 求输出电压和电流的平均值。 解： T t off t 1t 2 I 20 s kHz f T s μ205011=== 5.00==d U U D V U U d 40805.05.00=?== A R U I 410 4000=== 4-2 在降压变换器中，认为所有的元件都是理想的。通过控制占空比D 保持输出电压不变，U o =5V ，输入电压为10~40V ，P o ≥5W ，f s =50kHz ，为保证变换器工作在电流连续模式，计算要求的最小电感量。 解：s f T kHz f s s s μ201,50=== ∴在该变换器中，V U u 500==不变， 5000≥=I U P 即 A U P I 10 00=≥
要求在电流连续模式下的最小电感，电感电流在电流临界情况下。 当输入电压为10~40V 时，D=0.5～0.125 在输出电压不变时，由)1(2o s LB D L U T I -=得， H D D I U T L μ75.43~25)1(1 251020)1(26LB o s =-???=-=- 当D=0.125~0.5变化时，保持连续的电感的取值如上式，所以保持在整个工作范围内连续的最小电感是43.75μH 4-3 在降压变换器中，认为所有的元件都是理想的，假设输出电压U o =5V ，f s =20kHz ，L =1mH ，C =470μF ，当输入电压为12.6V ，I o =200mA ，计算输出电压的纹波。 解： 因为 ms f T s s 05.020/1/1=== 假设 电路工作在电路连续的模式下， 所以有：6.12/5/==d O U U D =0.397 电路在临界状态下时，有 L U U DT I o d S O B 2/)(-==mA 4.75102/)56.12(1005.0397.033=?-???-- 由于O OB I I <，所以电路工作在电流连续模式下， 电压纹波为 mV D LC U T U o s o 065.2)379.01(10 47085)1050()1(89262=-????=-=?-- 输出电压的纹波2.065mV 4.4 （略） 4-5 在升压型斩波器电路中，直流电压为100V ，R L =50Ω，t on =80 μs ，t off =20 μs ，设电感和电容的值足够大。 (1) 画出u o 、i C 的波形。 (2) 计算输出电压U o 。 解：(1):
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t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。一个周期内的平均电压U o ＝E t t t ?+off on on 。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 =10Ω，L 值极大，E M =30V ，T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o 。 解：由于L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 U o = E T t on =50 20020?=80(V) 输出电流平均值为 I o =R E U M o -=103080-=5(A) 3．在图3-1a 所示的降压斩波电路中，E =100V ， L =1mH ，R =Ω，E M =10V ，采用脉宽调制控制方式，T =20μs ，当t on =5μs 时，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值I o ，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t on =3μs 时，重新进行上述计算。 解：由题目已知条件可得： m = E E M =100 10= τ=R L =5.0001.0= 当t on =5μs 时，有 ρ=τT = = τon t = 由于 11--ραρe e =1101.00025.0--e e =>m
所以输出电流连续。 此时输出平均电压为 U o = E T t on =20 5100?=25(V) 输出平均电流为 I o =R E U M o -=5.01025-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 I max =R E m e e ???? ??-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0??? ? ??-----e e =(A) I min =R E m e e ??? ? ??---11ραρ=5.01001.01101.00025.0???? ??---e e =(A) 当t on =3μs 时，采用同样的方法可以得出： αρ= 由于 11--ραρe e =1 101.0015.0--e e =>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： U o = E T t on =203100?=15(V) I o =R E U M o -=5.01015-=10(A) I max =5.01001.01101.00015.0???? ??-----e e =(A) I min =5.01001.01101.00015.0??? ? ??---e e =(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，充电电流基本恒定为I 1，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U o 。设V 处于通态的时间为t on ，此阶段电感L 上积蓄的能量为on 1t EI 。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t off ，则在此期间电感L 释放的能量为()off 1o t I E U -。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： ()off 1o on 1t I E U t EI -=