电力电子技术第3章-习题答案()
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第3章思考题与习题3.1 开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关?答:开关损耗与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。
3.2 试比较Buck电路和Boost电路的异同。
答;相同点:Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件(如GTO,GTR,VDMOS 和IGBT等)作为开关器件,其开关频率高,变换效率也高。
不同点:Buck电路在T关断时,只有电感L储存的能量提供给负载,实现降压变换,且输入电流是脉动的。
而Boost电路在T处于通态时,电源U d向电感L充电,同时电容C 集结的能量提供给负载,而在T处于关断状态时,由L与电源E同时向负载提供能量,从而实现了升压,在连续工作状态下输入电流是连续的。
3.3 试简述Buck-Boost电路同Cuk电路的异同。
答:这两种电路都有升降压变换功能,其输出电压与输入电压极性相反,而且两种电路的输入、输出关系式完全相同,Buck-Boost电路是在关断期内电感L给滤波电容C补充能量,输出电流脉动很大,而Cuk电路中接入了传送能量的耦合电容C1,若使C1足够大,输入输出电流都是平滑的,有效的降低了纹波,降低了对滤波电路的要求。
3.4 试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构?试分析它们各有什么特点?答:直流斩波电路主要有降压斩波电路(Buck),升压斩波电路(Boost),升降压斩波电路(Buck-Boost)和库克(Cook)斩波电路。
降压斩波电路是:一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。
它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。
升压斩波电路是:输出电压的平均值高于输入电压的变换电路,它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。
升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压,输出电压与输入电压极性相反。
主要用于要求输出与输入电压反向,其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。
库克电路也属升降压型直流变换电路,但输入端电流纹波小,输出直流电压平稳,降低了对滤波器的要求。
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题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U A决定。
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I A减小,I A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。
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I H会减小,正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
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。
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 +=。
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。
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。
型号为KP100-3,维持电流I H =4mA 的晶闸管,使用在图题所示电路中是否合理,为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题答:(a )因为H A I mA K V I <=Ω=250100,所以不合理。
第一章电力电子器件使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或者U AK >0且U GK>0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。
图1-43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=I1=b) I d2=I2=c) I d3=I3=.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解:额定电流I T(AV)=100A的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) I m1A, I d10.2717I m189.48Ab) I m2 I d2c) I m3=2I=314 I d3=和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答:GTO和普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益和,由普通晶阐管的分析可得,是器件临界导通的条件。
两个等效晶体管过饱和而导通;不能维持饱和导通而关断。
GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同: l)GTO在设计时较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断;2)GTO导通时的更接近于l,普通晶闸管,而GTO则为,GTO的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小,门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
电力电子技术-徐春燕-第3章答案--标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第3章习题及参考或标准答案1. 简述3-1a所示的降压斩波电路的工作原理。
说明:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
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,EM=30V。
采用脉宽调制控制方式,当T=50µs,ton=20µs时,计算输出电压平均值Uo、输出电流平均值Io。
解:由题目已知L值极大,则负载电流连续,那么:3. 在图3-1a所示的降压斩波电路中,E=100V, L=1mH,R=0.5Ω,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t on=3μs时,重新进行上述计算。
解:(1)当ton=5µs时,a ) 判断I0是否连续:因此,负载电流连续;b ) 计算Uo、Io:c) 计算Imax、Imin:(2)当ton=3µs时,同理:可知,负载电流仍连续,则:同上,可算出:4. 简述图3-4a所示升压斩波电路的基本工作原理。
解:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
5. 在图3-4a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: 由于L和C值极大,所以负载电流连续,则: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。
解:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
升降压斩波电路与Cuk 斩波电路相比,其相同点在于,两者的输入、输出关系相同;其不同点在于,Cuk 斩波电路有一个明显优点,即其输入电源电流和输出负载电流都是连续,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。
电力电子技术-徐春燕-第3章答案--标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第3章习题及参考或标准答案1. 简述3-1a所示的降压斩波电路的工作原理。
说明:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
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,EM=30V。
采用脉宽调制控制方式,当T=50µs,ton=20µs时,计算输出电压平均值Uo、输出电流平均值Io。
解:由题目已知L值极大,则负载电流连续,那么:3. 在图3-1a所示的降压斩波电路中,E=100V, L=1mH,R=0.5Ω,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t on=3μs时,重新进行上述计算。
解:(1)当ton=5µs时,a ) 判断I0是否连续:因此,负载电流连续;b ) 计算Uo、Io:c) 计算Imax、Imin:(2)当ton=3µs时,同理:可知,负载电流仍连续,则:同上,可算出:4. 简述图3-4a所示升压斩波电路的基本工作原理。
解:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
5. 在图3-4a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: 由于L和C值极大,所以负载电流连续,则: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。
解:工作原理在教材中已经分析得很详细,读者可自行对照理解并陈述,表达方式并不唯一。
升降压斩波电路与Cuk 斩波电路相比,其相同点在于,两者的输入、输出关系相同;其不同点在于,Cuk 斩波电路有一个明显优点,即其输入电源电流和输出负载电流都是连续,且脉动很小,有利于对输入、输出进行滤波。
3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分:填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同;只消耗电能,不储存、释放电能 ,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变 ,在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒ ≤a ≤ 180︒ 2 ,2 (设U 2为相电压有效值)。
3.单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时,α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 180︒ ,单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2 和 22U ;带阻感负载时,α角移相范围为 0︒ ≤a ≤ 90︒ ,单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为22U 2 ;带反电动势负载时,欲使电阻上的电流不出现断续现象,可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中,当控制角α大于不导电角δ时,晶闸管的导通角θ = 180︒-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时,晶闸管的导通角 θ = 0︒ 。
5.从输入输出上看,单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同,只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中,空载时,输出电压为 22U ,随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2,通常设计时,应取RC≥ 1.5~2.5T ,此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0︒≤a ≤90︒ ,使负载电流连续的条件为 a ≤30︒ (U 2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120︒ ,当它带阻感负载时,α的移相范围为 0︒≤a ≤90︒ 。
3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分:填空题1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同;只消耗电能,不储存、释放电能 ,在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0? ≤a ≤ 180? 。
2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变 ,在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0? ≤a ≤ 180? ,其承受2 ,2 (设U 2为相电压有效值)。
3.单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时,α角移相范围为 0? ≤a ≤ 180? ,单个晶闸管所承受的2 和 ;带阻感负载时,α角移相范围为 0? ≤a ≤ 90? ,22 ;带反电动势负载时,欲使电阻上的电流不出现断续现象,可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。
4.单相全控桥反电动势负载电路中,当控制角α大于不导电角?时,晶闸管的导通角??= 180?-2? ; 当控制角?小于不导电角???时,晶闸管的导通角???= 0? 。
5.从输入输出上看,单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同,只是后者适用于 较低 输出电压的场合。
6.2 ,随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2,通常设计时,应取RC≥ 1.5~2.5T ,此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电路中,晶闸管所承受的最大正向电压U Fm 2 ,晶闸管控制角α的最大移相范围是 0?≤a ≤90? ,使负载电流连续的条件为 a ≤30? (U 2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120? ,当它带阻感负载时,?的移相范围为 0?≤a ≤90? 。
9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中,共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是电压最高 的相电压,而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低 的相电压;这种电路???角的移相范围是 0?≤a ≤120? ,u d 波形连续的条件是 a ≤60? 。
第三章 交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中,采用相位控制和通断控制各有什么优缺点?为什么通断控制适用于大惯性负载? 答:相位控制:优点:输出电压平滑变化。
缺点:含有较严重的谐波分量 通断控制:优点:电路简单,功率因数高。
缺点:输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制,所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路,负载阻抗角为30°,问控制角α的有效移相范围有多大?如为三相交流调压电路,则α的有效移相范围又为多大? 答:单相交流调压电路,负载阻抗角为30°,控制角α的有效移相范围是30°-180°;如为三相交流调压电路,α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电,如α=0°时为输出功率最大值,试求功率为80%,50%时的控制角α。
解:α=0时的输出电压最大,为()222max sin 21U t d t U U o ==⎰πωωπ此时负载电流最大,为R U R U I o o 2max max ==因此最大输出功率为R U I U P o o o 22maxmax max ==输出功率为最大输出功率的80%时,有:R U P P o 22max8.08.0⨯==又由παππα-+=22sin 2U U o)22sin (12παππα-+==R R U P o o化简得παα4.02sin 2=- 由图解法解得 α=60°同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有: α=90°3-4. 单相交流调压电路,电源电压220V ,电阻负载R=9Ω,当α=30°时,求: (1)输出电压和负载电流;(2)晶闸管额定电压和额定电流; (3)输出电压波形和晶闸管电压波形。
3 章交流-直流变换电路课后复习题
第1部分:填空题
1.电阻负载的特点是电压与电流波形、相位相同;只消耗电能,不储存、释放电能,
在单相半波可控整流电阻性负载电路中,晶闸管控制角a的最大移相范围是_0
w a w 180 。
2.阻感负载的特点是电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变_________ , 在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中,晶闸管控制角a的最大移相范围是0 wa w 180 ,其承受的最大正反向电压均为—.2U2—, 续流二极管承受的最大反向电压为 _ 2U2_ (设U2为相电压有效值)。
3.单相桥式全控整流电路中,带纯电阻负载时,a角移相范围为0 w a w
180 ,单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为_.2U2_和_
、..2匕_;带阻感负载时,a角移相范围为0 w a w 90 ,单个晶闸管所承受
的最大正向电压和反向电压分别为2U2和_• 2U2_ ;带反电动势负载时,欲使电阻
上的电流不出现断续现象,可在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器(大电感)_。
4.单相全控桥反电动势负载电路中,当控制角a大于不导电角时,晶闸
管的导通角二180-2 ;当控制角小于不导电角时,晶闸管的导通角=0 。
5.从输入输出上看,单相桥式全控整流电路的波形与单相全波可控整流电路
的波形基本相同,只是后者适用于较低输出电压的场合。
6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中,空载时,输出电压为_
-2U2 —,随负载加重U d逐渐趋近于0.9 U2,通常设计时,应取RO 1.5〜2.5T,此时输出电压为U d~ 1.2 U2(U2为相电压有效值)。
7.电阻性负载三相半波可控整流电
路中,晶闸管所承受的最大正向电压
U Fm等于_、6U2_,晶闸管控制角a的最大移相范围是0 w aw 90 ,使负载电流连续的条件为aw 30 (U2为相电压有效值)。
8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差—120—,当它带阻感负载时,的移相范围为0 w aw 90 。
9.三相桥式全控整流电路带电
阻负载工作中,共阴极组中处于通态的晶
闸管对应的是
电压最高的相电压,而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低的相电压;这种电路角的移相范围是0 w aw 120 ,U d波形连续的条件是_a< 60 。
10*•电容滤波三相不可控整流带电阻负载电路中,电流i d断续和连续的临
界条件是_ R .. 3 C_,电路中的二极管承受的最大反向电压为_ ,6匕_ U2。
11.实际工作中,整流电路输出的电压是周期性的非正弦函数,当从0°〜90°变化时,整流输出的电压u
的谐波幅值随的增大而增大,当从90°〜180°变
d
化时,整流输出的电压U d的谐波幅值随的增大而减小。
12.三相桥式全控整流电路带阻感负载时,设交流侧电抗为零,直流电感L 为足够大。
当=30°时,三相电流有效值与直流电流的关系为I =_$%_ Id,交流侧电流中所含次谐波次数为6k 土1,k=1,2,3…,其整流输出电压中所含的谐波次数为6k, k=1,2,3 …。
13.对于三相半波可控整流电路,换相重迭角的影响,将使输出电压平均值减小。
14.逆变电路中,当交流侧和电网连结时,这种电路称为有源逆变,欲实现
有源逆变,只能采用全控型可控整流电路,当控制角0< < 时,整流电路工作在整流状态: 时,整流电路工作在有源逆变状态。
15.在整流电路中,能够实现有源逆变的有单相全控、三相全控桥等(可
控整流电路均可),其工作在有源逆变状态的条件是有直流电动势,其极性和晶闸管
导通方向一致,其值大于变流器直流侧平均电压禾口晶闸管的控制角大于n 12。
16*.晶闸管直流电动机系统工作于整流状态,当电流连续时,电动机的机械
特性为一组平行的直线,当电流断续时,电动机的理想空载转速将增大,随
的增加,进入断续区的电流加大。
17*.直流可逆电力拖动系统中电动机可以实现四象限运行,当其处于第一象
限时,电动机作电动运行,电动机正转,正组桥工作在整流状态;
当其处于第四象限时,电动机做发电机运行,电动机反转,正组桥
工作在逆变状态。
18.大、中功率的变流器广泛应用的是锯齿波触发电路,同步信号为锯齿波的触发电路,可分为三个基本环节,即脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相禾口同步环节。
第3部分:计算和画图题
1.单相桥式全控整流电路,U2= 100V,负载中R= 2Q, L值极大,当a 30°时,要求:①作出U d、i d、和i2的波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次电流有效值I2:③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
2.单相桥式全控整流电路带电阻负载工作,设交流电压有效值U2= 220V,控制角
= ,负载电阻R d = 5Q试求:(1)输出电压的平均值U d : (2)输出电流有效值I。
解:输出电压的平均值为
输出电压的平均值为
3.晶闸管串联的单相半控桥(桥中VT1、VT2为晶闸管,电路如下图所示,U2=100V,电
阻电感负载,R=2Q,L值很大,当=60°时求流过器件电流的有效值,并作出U d、i d、i VT、i D 的波形。
4.单相桥式半控整流电路,电阻性负载。
要求输出的直流平均电压为0〜100V之
(1) 画出主电路图;
(2) 求交流侧电流有效值及变压器容量;
(3) 选择晶闸管的型号规格(安全余量取 2倍)。
解:1)单相桥式半控整流电流的主电路
图如下所示:
2) 单相桥式半控整流电流接电阻性负载时输出电压的平均值为: 当控制角为最小时,对应的整流输出电压为最大值,即
当 1160
时,要保证整流电路输出电流为
20A ,所需变压器二次侧电流有效值为:
所以,变压器的容量为:
由此可得,变压器一次侧电流有效值为:
3) 当 1160
时,流过晶闸管电流的有效值为:
所以,考虑2倍安全裕量时所选晶闸管的电流平均值为: 考虑2倍安全裕量时,晶闸管所承受的最大电压为:
U TM
2 2U 2
2 2 119 336.6V ,取为 400V 。
因此,应选型号为 KP50 4型的晶闸管。
5.
三相桥式全
控整流电路带电阻负载工作,设交流电压有效值 6= 400V , 负载电阻R d = 10Q,控制角 二,试求:(1)输出电压平均值U d ; (2)输出 电流平均值
I d O
6.三相全控桥式整流电路,L=100mH , R d =6 ,要求U d 从0〜468V 之间变化, 试求: (1) 变压器二次电压有效值U 2
(2) 考虑2倍安全裕量,选择晶闸管的型号 (3) 变压器二次电流有效值I 2 (4) 整流变压器容量S (5) 电源侧功率因数cos
解: 1
). L 2 fL 314 0.2
62.8 •••整流器所接负载可视为大电感负载。
三相桥式可控整流电路接大电感负载时有:
U d max
2.34U 2 cos min
,即: 468 2.34U 2cos0°
U 2
468
200V
2.34
U d
2.34U 2
cos
,(°。
90O )
2).流过晶闸管电流有效值的最大值为:
min
30°,试
U d max 0.9U 2
1
COS min 2
,代入 min
o
30
U
2U d , 2 30 ,
cos
d
1
1 0.44,即,
0.9U 2
0.9 119
100V 可得:
1160
R d 5
当u d
30V 时所对应的控制角
为:
考虑2倍安全裕量时,有:
2 6U 2 2 6 200 980V ,取 iooov ;
•••晶闸管的型号可选为: KP60-10。
3) .变压器二次电流有效值为: 4) .整流变压器容量 S 为:
1
T(AV)
I VT
2
1.57
45 1.57
57.3A
,取 60A
TM。