电力电子建模 第七章
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第7章 思考题与习题7.1高频化的意义是什么?为什么提高开关频率可以减小滤波器和变压器的体积和重量?答:高频化可以减小滤波器的参数,减小变压器的体积从而使装置小型化、轻型化; 提高开关频率,可以减小滤波器的电感和电容的参数,减小滤波器的体积和重量;当变压器输入正弦波时,fNBS U 44.4 ,频率升高时,可以减小N 和S 的参数,从而减小变压器各绕组的匝数和铁心的尺寸,使变压器的体积减小,重量减轻,。
7.2何谓软开关和硬开关?怎样才能实现完全无损耗的软件关过程?答:如果开关器件在其端电压不为零时开通则称为硬件通,在其电流不为零时关断则称为硬关断。
硬开通、硬关断统称为硬开关。
在硬开关过程中,开关器件在较高电压下承载有较大电流,故产生很大的开关损耗。
如果在电力电子变换电路中采取一些措施,如改变电路结构和控制策略,使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零,这种开通称为零电压开通;若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零,这种关断称为零电流关断。
零电压开通和零电流关断是最理想的软开关,其开关过程中无开关损耗。
如果开关器件在开通过程中端电压很小,在关断过程中其电流也很小,这种开关过程的功率损耗不大,称之为软开关。
7.3零开关,即零电压开通和零电流关断的含义是什么?答:使开关开通前的两端电压为零,则开关导通过程中就不会产生损耗和噪声,这种开通方式为零电压开通;而使开关关断时其电流为零,也不会产生损耗和噪声,称为零电流关断。
7.4试分析图题7.4两个电路在工作原理上的差别,并指出它们的异同点。
图题7.4答:相同点:都是零电压开关准谐振电路。
不同点:(a )图在(b )图软开关的电容上串了一个电阻,7.5软开关电路可以分为哪几类?其典型拓扑分别是什么样的?各有什么特点?答:准谐振变换电路、零开关PWM 变换电路和零转换PWM 变换电路。
见教材“7.1 , 7.2”7.6准谐振变换器与多谐振变换器的区别是什么?答:准谐振变换电路分为零电压开关准谐振变换电路(ZVS QRC )与零电流开关准谐振变换电路(ZCS QRC )。
《电力电子建模与仿真》课程教学大纲课程编号:081052111课程名称:电力电子建模与仿真英文名称:Modeling and Simulation of Power Electronics课程类型:专业课课程要求:选修学时/学分:32/2(讲课学时:16 实验学时:0 上机学时:16)适用专业:自动化一、课程性质与任务电力电子建模与仿真是自动化专业的专业选修课。
为自动化专业的学生将来进行课程设计、毕业设计以及走向工作岗位后从事电力电子电路相关设计提供有力的计算机仿真工具。
通过本课程的学习,学生可以掌握当今广泛流行的MATLAB \SIMULINK仿真软件、仿真环境。
掌握电力电子变流电路、电机调速系统计算机仿真的基本原理及方法,为以后的课程设计、毕业设计等打下基础。
本课程在教学内容方面着重基础知识、基本概念、仿真方法的讲解;在实践能力方面着重培养学生的系统建模能力和仿真分析能力,使学生具备一定的使用MATLAB \SIMULINK仿真软件解决实际电力电子工程问题的能力。
二、课程与其他课程的联系先修课程:《电力电子技术》、《电力电子与能源变换》、《变频器原理与应用》,这些课程中学习到的知识都为本课程的学习提供理论基础,这些课程的原理、方法、电路都可以通过本课程学习的MATLAB \SIMULINK建模与仿真方法对其验证。
三、课程教学目标1.通过本课程的学习,使学生掌握MATLAB\SIMULINK仿真环境和模块库;掌握电力电子器件模型和电动机模型;掌握电力电子变流电路的仿真;掌握直流调速系统的仿真;能用MATLAB/SIMULINK仿真工具对电力电子工程问题进行合理的建模和仿真计算,达成毕业要求1.1、1.5。
2.在课堂教学过程中适当讲解使用MATLAB\SIMULINK软件如何解决实际的电力电子工程问题,如何对实际工程问题进行适当的简化,并且在模拟过程中能够综合考虑模型简化所带来的局限性,以及如何处理实际工程问题中的约束,并得到合理的设计,达成毕业要求3.3、5.2。
4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?在电压型逆变电路中,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。
4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之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的相位差组合起来,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。
组合方式有串联多重和并联多重两种方式。
串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。
并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la 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on t 。
,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off t ,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0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
5-2.在图5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V ,R=10Ω,L 值微大,E=30V ,T=50μs ,ton=20μs ,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o 。
第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路(DC/DC Converter),也称斩波电路,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
◆一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。
■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。
◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称为直—交—直电路。
7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a )电路图b )电流连续时的波形c )电流断续时的波形■降压斩波电路(Buck Chopper)◆电路分析☞使用一个全控型器件V ,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD ,在V关断时给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中E m 所示。
◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u o =E ,负载电流i o 按指数曲线上升。
☞t=t 1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压u o 近似为零,负载电流呈指数曲线下降,通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。
◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间,t off 为V处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比。
RE U I m o o −=☞电流断续时,负载电压u o 平均值会被抬高,一般不希望出现电流断续的情况。
◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制(PWM):T不变,改变t on 。
第七章直流斩波电路习题与思考题解7-1.DC/DC变换电路的主要形式和工作特点是什么?解:.DC/DC变换器有两种主要的形式,一种是逆变整流型,另一种是斩波电路控制型。
逆变整流型是将直流电压逆变成一个固定的高频交流电压,将这个交流电压经变压器变为要求的交流电压,再整流成所需要的直流电压。
逆变电路一般采用恒压恒频控制,它适用于小功率的电源变换和变压比较大的变换中。
斩波电路控制型可选用多种脉冲调制方式做为控制输入,适用于不需要隔离的场合和升压、降压比不大的场合。
7-2.试述斩波电路的主要功能。
解:直流斩波电路是一种直流/直流(DC/DC)变换电路,其主要功能是通过控制直流电源的通和断,来实现对负载上的平均电压和功率进行控制,即所谓调压调功功能。
7-3.斩波电路常用的三种控制方式是什么?解:斩波电路常用的三种控制方式是:(1)时间比控制方式;(2)瞬时值控制方式;(3)时间比和瞬时值结合的控制方式。
7-4.试述斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式。
解:斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式为:(1)定频调宽控制模式定频就是指开关元件的开、关频率固定不变,也就是开、关周期T固定不变,调宽是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间T on来改变导通比K t值,从而改变输出电压的平均值。
(2)定宽调频控制模式定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间T on固定不变,调频是指用改变开关元件的开关周期T来改变导通比K t。
(3)调频调宽混合控制模式这种方式是前两种控制方式的综合,是指在控制驱动的过程中,即改变开关周期T,又改变斩波电路导通时间T on的控制方式。
通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合.7-5.试述降压型斩波电路的工作原理,如果电路中U d =100V ,K t =0.5,求输出电压值? 解:降压型斩波电路的输出平均直流电压低于电源输入的直流电压,电路原理结构及工作波形参阅教材P117中的图7-8。