1、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 421第 1章 电力电子器件1. 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： uAK0且 uGK0。2. 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。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路
2、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。3. 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 Im，试计算各波形的电流平均值 Id1、 Id2、 Id3与电流有效值 I1、 I2、 I3。0 02 22 44 254a) b) c)图 1-430图 1-43 晶闸管导电波形解：a) Id1= = ( ) 0.2717 Im214)(sintdIm2mII1= = 0.4767 Im4it214b) Id2 = = ( ) 0.5434 Im 4)(sintdm mII2 = = 0.6741I42i(1tI
3、2143c) Id3= = Im 20)(tdImI3 = = Im21t14. 上题中如果不考虑安全裕量,问 100A的晶闸管能送出的平均电流 Id1、 Id2、 Id3各为多少？这时，相应的电流最大值 Im1、 Im2、 Im3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2a) Im1 329.35， Id1 0.2717 Im1 89.48476.0b) Im2 232.90, Id2 0.5434 Im2 126.561c) Im3=2 I = 314, Id3= Im3=78.5415. GTO和普通晶闸管同为 PNP
4、N结构，为什么 GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN结构，由 P1N1P2和 N1P2N2构成两个晶体管 V1、V 2,分别具有共基极电流增益 和 ，由普通晶闸管的分析可得， + =1是器件临界导通的条件。 + 1，两个等12 效晶体管过饱和而导通； + 1，不能维持饱和导通而关断。2GTO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：1) GTO在设计时 较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO关断；22) GTO导通时的 + 更接近于 1，普通晶闸管 + 1.15，而 GTO则为112+ 1.05，
5、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；123) 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。6. 如何防止电力 MOSFET因静电感应应起的损坏？答：电力 MOSFET的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过 20的击穿电压，所以为防止 MOSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点： 一般在不用时将其三个电极短接； 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地； 电路中
6、，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7. IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET的驱动电路各有什么特点？答：IGBT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT 是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO驱动电路的特点是：GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且3一般需要在整个
7、导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力 MOSFET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。8. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析 RCD缓冲电路中各元件的作用。答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，d u/dt或过电流和 di/dt，减小器件的开关损耗。RCD缓冲电路中，各元件的作用是：开通时， Cs经 Rs放电， Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs从 Cs分流，使 du/dt减小，抑制过电压。9. 试说明 IGBT
8、、GTR、GTO 和电力 MOSFET各自的优缺点。解：对 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET的优缺点的比较如下表：器 件 优 点 缺 点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力 MOSFET,电压，电流容量不及 GTOGTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频
9、率低电 力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW的电力电子装置4第 2章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L20mH， U2100V，求当 0和 60时的负载电流Id，并画出 ud与 id波形。解：0时，在电源电压 u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感 L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压 u2的负半周期，负载电感 L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立： tUtisin2d考虑到初始条件：当 t
10、0 时 id0 可解方程得： )cos1(2tL0d (dI= =22.51(A)U2ud与 id的波形如下图：0 2 tu20 2 tud0 2 tid当 60时，在 u2正半周期 60180期间晶闸管导通使电感 L储能，电感 L储藏的能量在 u2负半周期 180300期间释放，因此在 u2一个周期中 60300期间以下微分方程成立： tUtiLsind2考虑初始条件：当 t 60时 id0 可解方程得： )cos1(2t其平均值为5= =11.25(A)(dcos21(2135d tLUI LU2此时 ud与 id的波形如下图：tudid + + ttu20+ +2图 2-9为具有变压器中
11、心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：晶闸管承受的最大反向电压为 2 ；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形U与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。因为单相全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。以下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。 以晶闸管 VT2为例。当 VT1导通时，晶闸管 VT2通过 VT1与 2个变压器二次绕组并联，所以 VT2承受的最大电压为 2 。U 当单相全波整流电路与单
12、相全控桥式整流电路的触发角 相同时，对于电阻负载：（0）期间无晶闸管导通，输出电压为 0；（）期间，单相全波电路中 VT1导通，单相全控桥电路中VT1、VT 4导通，输出电压均与电源电压 u2相等；()期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；( 2)期间，单相全波电路中 VT2导通，单相全控桥电路中 VT2、VT 3导通，输出电压等于 u 2。对于电感负载：（ ）期间，单相全波电路中 VT1导通，单相全控桥电路中 VT1、VT 4导通，输出电压均与电源电压 u2相等；（ 2）期间，单相全波电路中 VT2导通，单相全控桥电路中 VT2、VT 3导通，输出波形等于 u 2。可见，两者的输出电压相同，加
13、到同样的负载上时，则输出电流也相同。3单相桥式全控整流电路， U2100V，负载中 R2， L值极大，当 30时，要求：作出6ud、 id、和 i2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解： ud、 id、和 i2的波形如下图： u2O tO tO tudidi2O tIdId输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97（V）Id Ud /R77.97/238.99（A）I2 Id 38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：U2100
14、141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（23）141.4283424（V）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：IVT Id 27.57（A）2晶闸管的额定电流为：IN（1.52）27.571.572635（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下：70 2 tttu2uVD2uVD4005单相桥式全控整流电路
15、， U2=100V，负载中 R=2， L值极大，反电势 E=60V，当 =30时，要求： 作出 ud、 id和 i2的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解： ud、 id和 i2的波形如下图：u2O tO tO tudidi2O tIdIdId 整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A)Id ( Ud E)/R(77.9760)/29(A)I2 Id 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V ）
16、流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT Id 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424（V）8晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。6. 晶闸管串联的单相半控桥（桥中 VT1、VT 2为晶闸管） ，电路如图 2-11所示， U2=100V，电阻电感负载， R=2， L值很大，当 =60时求流过器件电流的有效值，并作出 ud、 id、 iVT、 iD的波形。解： ud、 id、 iVT、 iD的波形如下图： u2O tO tO tudidO tO tIdIdIdiVT1iVD2负载电压
17、的平均值为：67.5（V）2)3/cos(19.0)(sin132d UtU负载电流的平均值为：Id Ud R67.52233.75（A）流过晶闸管 VT1、VT 2的电流有效值为：IVT Id19.49（A）31流过二极管 VD3、VD 4的电流有效值为：IVD Id27.56（A）27. 在三相半波整流电路中，如果 a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压 ud的波形。解：假设 ，当负载为电阻时， ud的波形如下：09ud ua ub ucO tud ua ub ucO t当负载为电感时， ud的波形如下： ud ua ub ucO tud ua ub ucO t8三相
18、半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图 2-60所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加 10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？a1ABCNn N AB Cn2-60b1 c1a2 b2 c2 a1b1c1a2b2c2图 2-60 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内：当 a1c2对应的晶闸管导通时，a 1的电流向下流，c 2的电流向上流；当 c1b2对应的晶闸管导通时，c 1的电流向下流，b 2的电流向上流；当 b1a2对应的晶闸管导通时，b 1的电流向
19、下流，a 2的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各为 120）由电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流10磁化。9三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差 180。10有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是 ，那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是 a相，在相位上差多
20、少度？答：相差 180。11三相半波可控整流电路， U2=100V，带电阻电感负载， R=5， L值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、 id和 iVT1的波形； 计算 Ud、 Id、 IdT和 IVT。解： ud、 id和 iVT1的波形如下图：udua ubucidO tO tO tiVT1=30u2 uaubucO t Ud、 Id、 IdT和 IVT分别如下Ud1.17 U2cos 1.17100cos6058.5（V）Id UdR58.5511.7（A）IdVT Id311.733.9（A）IVT Id 6.755（A）312在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不
21、能导通，此时的整流电压 ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？11答：假设 VT1不能导通，整流电压 ud波形如下：udO t假设 VT1被击穿而短路，则当晶闸管 VT3或 VT5导通时，将发生电源相间短路，使得 VT3、VT 5也可能分别被击穿。13三相桥式全控整流电路， U2=100V，带电阻电感负载，R=5， L值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、 id和 iVT1的波形； 计算 Ud、 Id、 IdT和 IVT。解： ud、 id和 iVT1的波形如下：= 60u2ud uabuacubcubaucaucbuabuacua ub ucO tt1O ti
22、d tO tOiVT1 Ud、 Id、 IdT和 IVT分别如下Ud2.34 U2cos 2.34100cos60117（V）Id Ud R117523.4（A）IDVT Id323.437.8（A）12IVT Id 23.4 13.51（A）3314单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1， L=， E=40V， U2=100V， LB=0.5mH，当 =60时求Ud、 Id与 的数值，并画出整流电压 ud的波形。解：考虑 LB时，有：Ud0.9 U2cos Ud Ud2 XBIdId（ Ud E） R解方程组得：Ud（ R 0.9U2cos 2 XBE）（ R2 XB）44.55（V） Ud
23、0.455（V）Id4.55（A）又 U2cos)(BdI即得出=0.479860换流重叠角 61.33 60=1.33最后，作出整流电压 Ud的波形如下：O tO tudu215三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载， U2=100V， R=1， L=， LB=1mH，求当 =30时、E=50V时 Ud、 Id、 的值并作出 ud与 iVT1和 iVT2的波形。解：考虑 LB时，有：Ud1.17 U2cos Ud Ud3 XBId2Id（ Ud E） R解方程组得：Ud（ R 1.17U2cos 3 XBE）（2 R3 XB）94.63（V） Ud6.7（V）13Id44.63（A）又 2
24、U2cos)(BdXI6即得出=0.75230换流重叠角 41.28 30=11.28ud、 iVT1和 iVT2的波形如下： udiVT1 tO tO IduaubuciVT2 tO IdOuaubucu216三相桥式不可控整流电路，阻感负载， R=5， L=， U2=220V， XB=0.3，求 Ud、 Id、 IVD、 I2和 的值并作出 ud、 iVD和 i2的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。Ud2.34 U2cos Ud Ud3 XBIdId Ud R解方程组得：Ud2.34 U2cos （13 XB/ R）486.9（V）Id97.38（A）
25、又 2 U2cos)(BdI614即得出=0.892cos换流重叠角 26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为IVD Id397.38332.46（A）I2a Id79.51（A）32ud、 iVD1和 i2a的波形如下： u2udiVD1 tO tO tOtOua ub uct1uabuacubcubaucaucbuabuac i2a IdId17三相全控桥，反电动势阻感负载， E=200V， R=1， L=， U2=220V， =60，当 LB=0和 LB=1mH情况下分别求 Ud、 Id的值，后者还应求 并分别作出 ud与 iT的波形。解：当 LB0 时：Ud2.34 U2c
26、os2.34220cos60257.4（V）Id（ Ud E） R（257.4200）157.4（A）当 LB1mH 时Ud2.34 U2cos Ud Ud3 XBIdId（ Ud E） R解方程组得：Ud（2.34 U2R cos3 XBE）（ R3 XB）244.15（V）Id44.15（A）15 Ud13.25（V）又 2 XBId U2cos)(60.4485)0cos( 63.35603.35ud、 IVT1和 IVT2的波形如下：u2udiVT1 tO tOtO ua ub ucuabuacubcubaucaucbuabuac IdiVT2 tO Id18单相桥式全控整流电路，其整
27、流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有 2k（ k=1、2、3）次谐波，其中幅值最大的是 2次谐波。变压器二次侧电流中含有 2k1（ k1、2、3）次即奇次谐波，其中主要的有 3次、5 次谐波。19三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有 6k（ k1、2、3）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有 6k1(k=
28、1、2、3)次的谐波，其中主要的是 5、7 次谐波。20试计算第 3题中 i2的 3、5、7 次谐波分量的有效值 I23、 I25、 I27。解：在第 3题中已知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为16Id38.99（A）于是可得：I232 Id32 38.993 11.7（A）I252 Id52 38.995 7.02（A）I272 Id72 38.997 5.01（A）21试计算第 13题中 i2的 5、7 次谐波分量的有效值 I25、 I27。解：第 13题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已知Id23.4（A）由此可计算出 5次和 7次谐波分量的有效值为：I25 Id5 23.453.
29、65（A）6I27 Id7 23.472.61（A）22 试分别计算第 3题和第 13题电路的输入功率因数。解：第 3题中基波电流的有效值为：I12 Id2 38.99 35.1（A）基波因数为 I1 I I1 Id35.138.990.9电路的输入功率因数为： 0.9 cos30 0.78cos第 13题中基波电流的有效值：I1 Id 23.3918.243（A）6基波因数为 I1 I I1 Id0.955电路的输入功率因数为： 0.955 cos60 0.48cos23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式
30、全控整流电路相比有以下异同点：三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；当变压器二次电压有效值 U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值 Ud是三相桥式电路的1/2，而整流电流平均值 Id是三相桥式电路的 2倍。在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 ud和整流电流 id的波17形形状一样。24整流电路多重化的主要目的是什么？答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。2512 脉波、24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电
31、流中各含哪些次数的谐波？答：12 脉波电路整流电路的交流输入电流中含有 11次、13 次、23 次、25 次等即12k1、 （ k=1，2， 3）次谐波，整流输出电压中含有 12、24 等即 12k（ k=1，2，3）次谐波。24脉波整流电路的交流输入电流中含有 23次、25 次、47 次、49 次等，即24k1（ k=1，2， 3）次谐波，整流输出电压中含有 24、48 等即 24k（ k=1，2，3）次谐波。26使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件有二：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角 /2，使 Ud为负值
32、。27三相全控桥变流器，反电动势阻感负载， R=1， L=， U2=220V， LB=1mH，当 EM=-400V， =60时求 Ud、 Id与 的值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下 3个等式：Ud2.34 U2cos( ) Ud Ud3 XBIdId（ Ud EM） R三式联立求解，得Ud2.34 U2R cos( )3 XBEM( R3 XB)290.3（V）Id109.7（A）由下式可计算换流重叠角： 2 XBId U20.1279cos)(60.627910 128.901208.90送回电网的有功功率为18P= =400109.7-109.72109.71=31.
33、85(W)RIEdM2|28单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1， L=， U2=100V， L=0.5mH，当 EM=-99V， =60时求Ud、 Id和 的值。解：由题意可列出如下 3个等式：Ud0.9 U2cos(-) Ud Ud2 XBIdId（ Ud EM） R三式联立求解，得Ud R 0.9U2cos(-)2 XBEM（ R2 XB）49.91（V）Id49.09（A）又 U2=0.2181cos)(BdI即得出=-0.7181120s换流重叠角 135.9 120=15.929什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形
34、成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等。30单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸
35、管移相范围是 0 90。31三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是 D，y-5，采用 NPN锯齿波触发器，并附有滞后 30的 R-C滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。19解：整流变压器接法如下图所示 abcABC以 a相为例， ua的 120对应于 =90，此时 Ud=0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的 300，所以同步信号滞后 ua 180，又因为 R-C滤波已使同步信号滞后30，所以同步信号只要再滞后 150就可以了。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。BCAab csasbsc-sa-sb-s
36、cABC-sa-sb-scsasbsc各晶闸管的同步电压选取如下表：晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6同步电压 -usb usa -usc usb -usa usc20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， 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， 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。Etofn2在图 3-1a所示的降压斩波电路中，已知 E=20
37、0V， R=10， L值极大，EM=30V， T=50s,t on=20s,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)Ttn502输出电流平均值为Io = = =5(A)REM-1383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= =
38、 =0.1EM10= = =0.002RL5.当 ton=5s 时，有= =0.01T = =0.0025ont由于= =0.249m1e0.25所以输出电流连续。此时输出平均电压为21Uo = = =25(V)ETtn2051输出平均电流为Io = = =30(A)RM-5.输出电流的最大和最小值瞬时值分别为Imax= = =30.19(A)Eme1.0110.2eImin= = =29.81(A)R5.0.25当 ton=3s 时，采用同样的方法可以得出：=0.0015由于= =0.149m1e0.5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
39、= = =15(V)ETtn203Io = = =10(A)RM-5.1Imax= =10.13(A).010.eImin= =9.873(A)5.10.54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 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on1tEI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
40、的能量为 。当f1tI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： of1on1tIUtI化简得：22EtTtUofofn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。1/oftT5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，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)tTf5024输出电流平均值为：Io = = =6.667(A)R3.16试分别简述升降压斩波电路和 Cuk斩波电路的基本原理，并
41、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Tt0d当 V处于通态期间， uL = E；而当 V处于断态期间， uL = - uo。于是：fontUt所以输出电压为： EtTt 1onof改变导通比 ，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电
42、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， 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 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ofTt电压 u
43、C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CoftUE23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ConAUTt。于是可得出输出电压 Uo与电源电压 E的关系：ont tTt 1onofn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： RVDa)Vi1L1 C1uC
44、1i2L2C2uouL1 uL2ESepic斩波电路在 V导通 ton期间，uL1=EuL2= uC1在 V关断 toff期间uL1 E uo uC1uL2= 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 + (E uo uC1) toff =0uC1 ton uo toff=0由以上两式即可得出Uo= tfnZeta电路的原理图如下： RVDEVi1 C1L1 uoC2L2uL1 uL2uC1在 V导通 ton期间，24uL1= EuL2= E uC1 uo在 V关断 toff期间uL1 uC1uL2= uo当电路工作于稳态时，电感 L1、 L2的
45、电压平均值均为零，则下面的式子成立E ton + uC1 toff =0(E uo uC1) ton uo toff=0由以上两式即可得出Uo= tfn8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，V 1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；V 2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，电源向负载供电：E LV1 VD1 uoioV2 VD2 EMMRV1关断，VD 1续流：E LV1 VD1 uoioV2 VD2 EMMRV2导通， L上蓄能：E LV1 VD1 uoioV2 VD2 EMMRV2关断，VD 2导通，向电源回馈能量25E LV1 VD1 uoioV2 VD2 EMMR9对于图 3-8所示的桥式
