2022年电力电子学-课后复习及思考题-答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆第一章1-1. 电力技术、电子技术和电力电子技术三者所涉及的技术内容和讨论对象是什 么？三者的技术进展和应用主要依靠什么电气设备和器件？答：电力技术涉及的技术内容：发电、输电、配电及电力应用；其讨论对象是：发电机、变压器、电动机、输配电线路等电力设备, 以及利用电力设备来处理电力电 路中电能的产生、传输、安排和应用问题；其进展依靠于发电机、变压器、电动机、输配电系统；其理论基础是电磁学 电路、磁路、电场、磁场的基本原理 ,利用电磁 学基本原理处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术；电子技术,又称为信息电子技术或信

2、息电子学, 讨论内容是电子器件以及利用电 子器件来处理电子电路中电信号的产生、变换、处理、储备、发送和接收问题；其研 究对象 : 载有信息的弱电信号的变换和处理；其进展依靠于各种电子器件（二极管、三极管、 MOS管、集成电路、微处理器电感、电容等） ；电力电子技术是一门综合了电子技术、 掌握技术和电力技术的新兴交叉学科； 它 涉及电力电子变换和掌握技术技术,包括电压 （电流）的大小、频率、相位和波形的 变换和掌握；讨论对象：半导体电力开关器件及其组成的电力开关电路, 包括利用半 导体集成电路和微处理器芯片构成信号处理和掌握系统； 电力电子技术的进展和应用 主要依靠于半导体电力开关器件；1-2.

3、 为什么三相沟通发电机或公用电网产生的恒频、恒压沟通电,经电压、频率变 换后再供负载使用,有可能获得更大的技术经济效益？答：用电设备的类型、功能千差万别,对电能的电压、频率、波形要求各不相同；为了满意肯定的生产工艺和流程的要求, 确保产品质量、提高劳动生产率、 降低能源 消耗、提高经济效益,如能将电网产生的恒频、 恒压沟通电变换成为用电负载的正确 工况所需要的电压、频率或波形,有可能获得更大的技术经济效益；例如：如风机、水泵全部采纳变频调速技术, 每年全国可以节约几千万吨以上的 煤,或者可以少兴建上千万千瓦的发电站； 如采纳高频电力变换器对荧光灯供电, 不 仅电- 光转换效率进一步提高、光质显

4、著改善、灯管寿命延长 35 倍、可节电 50%,而且其重量仅为工频电感式镇流器的10%；高频变压重视量、体积比工频变压器小得多,可以大大减小钢、铜的消耗量；特殊在调速领域,与古老的变流机组相比,在钢 铜材消耗量、重量、体积、爱护、效率、噪音、掌握精度和响应速度等方面优势明显；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆1-3. 开关型电力电子变换有哪四种基本类型？答：有如下四种电力变换电路或电力变换器,如下列图： 1 沟通（A.C）直流（ D.C）整流电路或整流器； 2 直流（D.C）沟通（ A.C

5、）逆变电路或逆变器；3 直流（D.C）直流（D.C）电压变换电路,又叫直流斩波电路、直流斩波器；4 沟通（ A.C）沟通（ A.C）电压和 / 或频率图1.2 电力变换类型变换电路：仅转变电压的称为沟通电压变换器或沟通斩波器, 频率、电压均转变的称为直接变频器；1-4. 图 1.6a 所示的开关电路实现 DC-AC逆变变换的基本原理是什么？从开关电路的输出端 CD能否直接获得抱负的正弦基波电压？直流电源输出到开关电路输入端 AB的直流电流是否为无脉动连续的直流电流？答：1 DC/AC 逆变电路的可以采纳三种掌握方案：A、180 方波； B、小于 180 单脉冲方波； C、PWM掌握；基本原理分

6、别如下： : A、180 方波；当要求输出沟通电的频率为f 时,在半周期 T / 2 1 / 2 f 内使 S1、S4 导通, S2、S3 阻断,就逆变电路输出电压v Ov CDVD；令随后的T/2时间内 S2、S3 导通,S1、S4 阻断,就逆变电路输出电名师归纳总结 - - - - - - -压为负的电源电压（V ）；因此v 是频图1.6 基本逆变电路及波形率为 f 、幅值为V 的沟通方波电压,如图 1.6b 所示；对v 进行傅立叶分解,得到其基波电压有效值为V 14 V D/222 V D/,大小取决于直流电源的电压；基波角频率2f2/T,取决于开关的工作频率； 其中含第 2 页,共 2

7、2 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆有大量的高次谐波经 LC 滤去后,负载可获得正弦沟通基波电压 1v ；B、小于 180 单脉冲方波；类似 180 方波掌握,但是仅在半周的一部分时间 T 内让相应的开关导通, 就 v Ov CD 将是导电时间小于 T/2 ,导电宽度角小于 的矩形波,如图 1.6c 所示进行傅立叶分解, 得到基波电压有效值为 V 1 4 V D 12 sin2 2 2V D sin2 或 V 1 2 2 V D sin T on / T ；显然,掌握导通时间可以掌握输出电压基波大小, 而输出电压的频率 f 仍取决于开关工作频率；C

8、、如采纳高频开关 PWM掌握策略,就沟通输出电压v 为图 1.6d 所示的脉冲宽度调制（ PWM）的沟通电压,输出电压波形 v 更接近正弦波且其中谐波电压的频率较高,只需要很小的 LC 滤波就可得到正弦化的沟通电压；其性能远优于单脉波的方波逆变方案；（2）不能直接获得抱负的正弦基波电压； （3）是有脉动非连续的直流电流；1-5. 开关型电力电子变换器有那些基本特性？答：（1）变换器的核心是一组开关电路, 开关电路输出端电压和开关电路输入端电流都不行能是抱负的直流或无畸变的正弦基波沟通,含有高次谐波；2 要改善变换电路的输出电压和输入电流的波形,可以在其输出、输入端附加 LC滤波电路；但是最有效

9、方法是采纳高频 PWM掌握技术（3）电力电子变换器工作时,开关器件不断进行周期性通、断状态的依序转换,为使输出电压接近抱负的直流或正弦沟通, 一般应对称地支配一个周期中不同的开关状态及连续时间； 因此对其工作特性的常用分析方法或工具是： 开关周期平均值 （状态空间平均法）和傅立叶级数；1-6. 开关型电力电子变换器有哪两类应用领域？答：按功能可分为两大应用领域：（1） 开关型电力电子变换电源或简称开关电源；由半导体开关电路将输入电源变换为另一种电源给负载供电；这一类应用现在已经非常广泛；（2） 开关型电力电子补偿掌握器；它又分为两种类型：电压、电流（有功功率、无功功率）补偿掌握器和阻抗补偿掌握

10、器； 它们或向电网输出所要求的补偿电压或电流, 或转变并联接入、 串联接入沟通电网的等效阻抗, 从而改善电力系名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆统的运行特性和运行经济性；这类应用将导致电力系统的革命并推动电力电子技术的连续进展步；其次章2.1 说明半导体 PN 结单向导电的基本原理和静态伏-安特性；解答：PN 结 半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏）,外加电压所产生的外电场 E e与内电场 iE 方向相反,因此 PN 结的内电场被减弱；内电场 iE 所引起的多数载流子的漂移运动被减弱,

11、多数载流子的扩散运动的阻力减小了,扩散运动超过了反方向的漂移运动；大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面,P 区带正电的空穴向N 区扩散,N 区带负电的电子向P 区扩散；这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流；二极管导电时, 其 PN 结等效正向电阻很小,管子两端正向电压降仅约 1V 左右（大电流硅半导体电力二极管超过 1V,小电流硅二极管仅 0.7V,锗二极管约 0.3V）；这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关；PN 结半导体二极管在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场 E 与原内电场 iE 方向相同；因此外电场使原内电场更增强；多数载流子（P 区的空穴

12、和 N 区的电子）的扩散运动更难于进行；这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P 区的少数载流子电子和N 区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动；因此反偏时 二极管电流微小；在肯定的温度下,二极管反向电流 I R 在肯定的反向电压范畴内不随反向电压的上升而 增大,为反向饱和电流 SI；因此半导体 PN 结出现出 单向导电性；其静态伏安特性曲线如左图曲线所 示；但实际二极管静态伏安特性为左图的曲线；二极管正向导电时必需外加电压超过肯定的门坎电压 V th（又称死区电压）,当外加电压小于死区电压时,外电场仍不足以减弱 PN 结内电场,因此正向电流几 乎为零； 硅二极管的门坎电压约为 0

13、.5V,锗二极管约 为 0.2V,当外加电压大于 V 后内电场被大大减弱,电流才会快速上升；二极管外加反向电压时仅在当外加反向电压V 不超过某一临界击穿电压值名师归纳总结 V RBR时才会使反向电流RI保持为反向饱和电流SI；实际二极管的反向饱和电流SI是很小的；但是当外加反向电压V 超过V RBR后二极管被电击穿,反向电流快速增加；第 4 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2.2 说明二极管的反向复原特性；解答： 由于 PN 结间存在结电容 C,二极管从导通状态（C 很大储备电荷多）转到截止阻断状态时, PN

14、 结电容储备的电荷 Q 并不能立刻消逝,二极管电压仍为 V D12V ,二极管仍旧具有导电性,在反向电压作用下,反向电流从零增加到最大值,反向电流使储备电荷逐步消逝,二极管两端电压 V 降为零；这时二极管才复原反向阻断电压的才能而处于截止状态,然后在反向电压作用下, 仅流过很小的反向饱和电流 SI；因此,二极管正向导电电流为零后它并不能立刻具有阻断反向电压的才能,必需再经受一段反向复原时间 rrt 后才能复原其阻断反向电压的才能；2.3 说明半导体电力三极管BJT 处于通态、断态的条件；解答：电力三极管 BJT 处于通态的条件是： 注入三极管基极的电流 BI 大于基极饱和电流 I BS（已知三

15、极管的电流放大系数,有 I BS I CS /）；这时三极管 Tr 0、导电性很强而处于最小等效电阻、 饱和导电状态, 可以看作是一个闭合的开关； BJT 处于断态的条件是： 基极电流 BI为零或是施加负基极电流,即 BI 0；这时 BJT 的等效电阻近似为无限大而处于断态；2.4 电力三极管 BJT 的四个电压值 BV CEX、BV CES、BV CER 和 BV CEO 的定义是什么？其大小关系如何？解答：BV CEX、BV CES、BV CER 和 BV CEO 分别为不同基极状态下的三极管集-射极击穿电压值：BV CEX 定义为基极反偏时,三极管集-射极电压击穿值；BV CES 为基极

16、短接、基极电压为 0 时,三极管集 -射极电压击穿值；BV CER 为基极接有电阻短路时的集-射极击穿电压值要；BV CEO 为基极开路时集 -射极击穿电压值；其大小关系为：BV CEX BV CES BV CER BV CEO；2.5 说明晶闸管的基本工作原理；在哪些情形下, 晶闸管可以从断态转变为通态？已处于通态的晶闸管,撤除其驱动电流为什么不能关断,怎样才能关断晶闸管？解答： 基本工作原理：见课本p36-37；应回答出承担正向压、门极加驱动电流时的管子内部名师归纳总结 的正反馈过程,使1122不断增大,最终使10I221,AI很大,晶闸管变成通态；撤去门极电流后由于1,仍可使I A1很大

17、,保持通态；1第 5 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆有多种方法可以使晶闸管从断态转变成通态常用的方法是门极触发导通和光注入导通；另外正向过电压、 高温、高的dvdt都可能使晶闸管导通,但这是非正常导通情形；要使晶闸管转入断态,应设法使其阳极电流减小到小于爱护电流 I H,通常采纳使其阳极 A 与阴极 K 之间的电压 V AK 为零或反向；2.6 直流电源电压 V 220V,经晶闸管 T 对负载供电； 负载电阻 R 20,电感 L =1H,晶闸管擎住电流 I L =55mA,爱护电流 I H =22mA ,用

18、一个方波脉冲电流触发晶闸管；试运算： 假如负载电阻 R 20,触发脉冲的宽度为 假如晶闸管已处于通态,在电路中增加一个300 s,可否使晶闸管牢靠地开通？1K 的电阻能否使晶闸管从通态转入断态？i t 为什么晶闸管的擎住电流IL比爱护电流IH大？t300us时,解答： 1 设晶闸管开通：LditRi tV s,由此可解出：当dt65 .8 mAIL55 mA,所以可以使晶闸管牢靠导通；,不能使晶闸管由通2 加入 1K 电阻后,有iV sR 215 .7mAIH22 mAR态转入断态；3 为什么晶闸管的擎住电流比爱护电流大：擎住电流和爱护电流都是在撤去门极驱动电流的条件下定义的,因此阳极电流I

19、A10I2；但爱护电流是在通态时考虑的,此时管子1已工作在较大电流状态下,管内结温较高,此时的PN 结漏电流 Io 随结温增大,导通才能强,因此必需要降低IA才能关断晶闸管； 而擎住电流是在断态向通态变化时定义的,开头有驱动信号但未完全导通时,晶闸管工作时间短,结温低,极电流才能使管子开通；PN 结漏电流 Io 不大,导通才能弱,需要较大的阳2.7 额定电流为 10A 的晶闸管能否承担长期通过 15A 的直流负载电流而不过热？解答： 额定电流为 10A 的晶闸管能够承担长期通过15A 的直流负载电流而不过热；由于晶名师归纳总结 闸管的额定电流IR是定义的：在环境温度为40和规定的散热冷却条件下

20、,晶闸管在电阻性负第 6 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆载的单相、工频正弦半波导电、结温稳固在额定值125时,所对应的通态平均电流值；这就意味着晶闸管可以通过任意波形、有效值为 1.57 I R 的电流,其发热温升正好是答应值,而恒定直流电的平均值与有效值相等,故额定电流为 10A 的晶闸管通过 15.7A 的直流负载电流, 其发热温升正好是答应值；2.8 说明 GTO 的关断原理；解答： 在 GTO 的设计制造时,等效晶体管 T2 的集电极电流安排系数 a2 较大；当 GTO 处于通态时,突加一个负触发电

21、流-Ig,使 a2 减小, 1-a2 变大,CI 急剧减小,就是阳极电流 I A 急剧减小,又导致电流安排系数 a2 和 a1 减小,使 Ci 1 急剧减小,又使 CI、AI 减小；在这种循环不已的正反馈作用下,最终导致 GTO 阳极电流减小到爱护电流以下,GTO 从通态转入断态；2.9 说明 PMOSFET 栅极电压 V GS 掌握漏极电流 I D 的基本原理；解答：当右图中 P-MOSFET 漏源极间电压 V DS 为零、栅源极之间电压 V GS 也为零时, N 型半导体与 P 型半导体之间要形成 PN 结空间电荷区（耗尽层）阻挡层,此时 G-S之间和 D-S 之间都是绝缘的； 当漏极 D

22、 与源极 S 之间有外加电压VDS时,假如栅极、源极外加电压V GS=0,由于漏极 DN1与源极 SN2之间是两个背靠背的PN 结PN1、PN2,无论V DS 是正向电压仍是负电压,都有一个 PN 结反偏,故漏源极之间也不行能导电； 当栅、源极之间外加正向电压 V GS0 时,V GS 在 G-P 之间形成电场,在电场力的作用下 P 区的电子移近 G 极,或者说栅极 G 的正电位吸引 P 区的电子至邻近栅极的一侧,当 V GS 增大到超过某一值 V GSth 值时,N1和 N2中间地区靠近 G 极处被 G 极正电位所吸引的电子数超过该处的空穴数以后,栅极下面原空穴多的 P 型半导体表面就变成电

23、子数目多的 N 型半导体表层, 栅极下由栅极正电位所形成的这个 N 型半导体表层感生了大量的电子载流子,形成一个电子浓度很高的沟道（称为 N 沟道）,这个沟道将 N1和 N2两个 N 区联在一起, 又使 N1P 这个被反偏的 PN 结 J1消逝,成为漏极 D 和源极 S 之间的导电沟道,一旦漏源之间也有正向电压 V DS,就会形成漏极电流 I D；在 V GS =0 时,V DS 不能产生电流,I D =0,仅在 V GS 增大到 V GS = V GSth 以后,才使 G-P 之间的外电场增强,形成自由电子导电沟道,才能产生漏极电流 I D,这种转变栅极 G 和源极 S 之间外加电压 V G

24、S,即可掌握漏极电流 I D 的作用称为电导调制效应；图2.17 P-MOSFET基本结构 符号 外接电路及特性名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2.10 作为开关使用时 PMOSFET 器件主要的优缺点是什么？解答： 作为开关使用时, PMOSFET 器件的优点是：输入阻抗高,驱动功率小,驱动电路 简洁,工作频率高；其缺点是：通态压降大（通态损耗大）,电压、电流定额低；2.11 列表比较 BJT、SCR、GTO、PMOSFET 、IGBT、MCT 以及 SIT 七种可控开关器件对 触发（

25、或驱动）电流（或电压）波形的要求,及主要优缺点；解答：2 13 BJT SCR GTO P MOSFET IGBT MCT SIT 的对比器件对触发信号波形的要求开关频率单极或主要优点主要缺点双极BJT 正连续基极电流掌握开通；中双极通态压降小,通驱动功率大；频（电流 型全基极电流为 0 就关断态损耗小率低控器件）SCR 正脉冲门极电流掌握开通；低双极通态压降小,通驱动功率大,频（电流 型半触发信号不能掌握关断态损耗小率低控器件）GTO 正脉冲门极电流掌握开通；低双极通态压降小,通驱动功率大,频（电流 型全负脉冲门极电流（较大）控态损耗小率低控器件）制关断P MOSFET正连续栅极电压掌握开通

26、；高单极输入阻抗高,驱通态压降大（通动功率小,驱动态损耗大）（电压 型全控负连续栅极电压掌握并保持电路简洁,工作电压、电流定额器件）关断频率高低IGBT 正连续栅极电压掌握开通；较高双极输入阻抗高,驱动功率小,驱动通态压降大（通（电压 型全负连续栅极电压掌握并保持电路简洁,工作态损耗大）控器件）关断频率高MCT 正脉冲电压掌握开通；较高（低双极输入阻抗高,驱动功率小,驱动通态压降大（通（电压 型全负脉冲电压掌握关断于 IGBT 电路简洁,工作态损耗大）控器件）频率高STI 连续电压掌握断、通高单极输入阻抗高,驱通态压降大（通名师归纳总结 第 8 页,共 22 页- - - - - - -精选学

27、习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆（电压 型全动功率小,驱动态损耗大）控器件）电路简洁,工作频率高2.12 21 世纪电力电子开关器件最可能的重大技术进展是什么？解答：21 世纪电力电子开关器件最可能的重大技术进展是将半导体电力开关器件与其驱动、缓冲、监测、掌握和爱护等全部硬件集成一体,构成一个功率集成电路 PIC；PIC 器件把电力电子变换和掌握系统中尽可能多的硬件以芯片的形式封装在一个模块内,使之不再有额外的引线联接,不仅极大地便利了使用,而且能大大降低系统成本,减轻重量,缩小体积,把寄生电感减小到几乎为零,大大提高电力电子变换和掌握的牢靠性,PIC 实

28、现了电能与信息的集成,假如能妥善解决 PIC 内部的散热、隔离等技术难题,今后 PIC 将使电力电子技术发生革命性的变革；第三章3.1 直流直流电压变换中开关器件的占空比D 是什么？推证图3.1c所示脉宽时间为T on、脉宽角度为、周期为 T 、幅值为 V 的方波脉冲电压 vO t 的直流平均值及各次谐波的幅值；解答： 占空比D是开关管导通时间 T on 与开关周期 T 的比值；图 3.1c 中方波脉冲电压 vO t 可以表示为如下傅立叶表达式：V O t DV S n 1 2 V Ssin nD cos n t n 其中常数项为直流平均值,即 V O DV S；各余弦项为各次谐波,其幅值为：

29、a n 2 V Ssin n 2 V Ssin nD ；n 2 n 3.2 脉冲宽度调制 PWM 和脉冲频率调制 PFM 的优缺点是什么？解答： 脉冲宽度调制方式 PWM,保持 T 不变（开关频率不变） ,转变 T on 调控输出电压 V；脉冲频率调制方式 PFM；保持 T on 不变,转变开关频率或周期调控输出电压 0V ；实际应用中广泛采纳 PWM方式；由于采纳定频 PWM开关时,输出电压中谐波的频率固定,滤波器设计简洁,开关过程所产生电磁干扰简洁掌握；此外由掌握系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号简洁实现；但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成,采纳 PFM掌握较容易实现；名师

30、归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆3.3 Buck 变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关,试从物理上给以解释；解答： 电感电流的脉动量与电感量L 、开关频率Sf 、输入电压V、输出电压V 有关,输出电压的脉动量与电感量 L 、电容量 C 、开关频率 Sf 、输出电压其滤波成效越好, 而开关频率 Sf 越高,滤波电感的沟通阻抗 本为 0,同时滤波电容的沟通阻抗 1 很小； LV 有关；电感量 L 、电容量 C 越大 L 就很大, 它对直流电压的阻抗基3.4 Buck 变换器断流工

31、况下的变压比 M 与哪些因数有关,试从物理上给以说明；解答：Buck 变换器在电流断续工况下其变压比 M 不仅与占空比 D 有关,仍与负载电流 I O 的大小、电感 L 、开关频率 Sf以及电压 V 等有关；3.5图 3.2a、3.5a电路稳态时在一个开关周期中,电感电流的增量 LI 0,电感 L 的磁通增量是否为零, 为什么？电容 C 的电流平均值为零, 电容 C 端电压的增量是否为零, 为什么？解答： 电路处于稳态时,在一个开关周期内电感电流的增量LI0,同时电感 L 的磁通增量0 ,由于假如一个周期内电感的磁通增量0 ,那么电感上的磁通将无法复位,也即电感上的能量不断累积,最终将达到饱和

32、,甚至烧毁电感,所以稳态工作时应使一个开关周期内电 感 L 的磁通增量 0；电容C的电流平均值为 0,那么电容C端电压的增量也为 0,由于稳态 时一个周期内电容上的充电电荷等于放电电荷,即电容上电荷增量 Q 0,而电容端电压增量uc Q,故电容C 端电压的增量也为 0；C3.6Buck 变换器中电流临界连续是什么意思？当负载电压 V 、电流 I O 肯定时在什么条件下可以防止电感电流断流 . 解答：Buck 变换器中电感电流临界连续是指处于电感电留恋续和电感电流断流两种工况的临界点的工作状态；这时在开关管阻断期终止时,电感电流刚好降为零；当负载电压V 、电流IO一定时增大电感量L 和提高开关频

33、率Sf 都可以防止电感电流断流；3.7开关电路实现直流升压变换的基本原理是什么？解答： 为了获得高于电源电压V 的直流输出电压V ,一个简洁而有效的方法是在变换器开关管前端插入一个电名师归纳总结 感 L,如右图所示；在开关管T 关断时,利用图中电感线第 10 页,共 22 页圈 L 在其电流减小时所产生的反电势e 在电感电流减小时,eLLdiL/dt为正值 ,将此电感反电势e 与电源电压V 串联相加送至负载, 就负载就可获得高于电源电压V 的直流电压V ,从而实现直流升压变换；3.8Boost 变换器为什么不宜在占空比D 接近 1 的情形下工作？- - - - - - -精选学习资料 - -

34、- - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆解答： 由于在 Boost 变换器中,开关管导通时,电源与负载脱离,其能量全部储存在电感中,当开关管关断时,能量才从电感中释放到负载；假如占空比D 接近于 1,那么开关接近于全导通状态,几乎没有关断时间,那么电感在开关管导通期间储存的能量没有时间释放,将造成电感饱和,直至烧毁；因此Boost 变换器不宜在占空比/D 接近 1 的情形下工作；同时,从Boost 变换器在电感电留恋续工况时的变压比表达式MVOV S1/ 1D也可以看出,当占空比D 接近 1 时,变压比 M 接近于无穷大,这明显与实际不符,将造成电路无法正常工作；3.9升压降压变

35、换器（ Cuk 变换器）的工作原理及主要优点是什么？解答： Cuk 变换器在一个开关周期中,T off 期间,令开关管 T 导通,这时电源经电感 L1 和 T短路,L1 电流线性增加, 电源将电能变为电感 L1 储能,与此同时电容 C1 经 T 对 C2 及负载放电,并使电感 L2 电流增大而储能；在随后的 T off 期间,开关管 T 阻断,电感 L1 电流经电容 C1 及二极管 D 续流,此时,电感 L2 也经 D 续流, L2 的磁能转化为电能对负载供电；Cuk 变换器的优点是仅用一个开关管使电路同时具有升、降压功能；而且该变换器输入输出电流脉动小；V 13.10如何懂得Cuk 变换器中

36、间电容电压VC1等于电源电压V 与负载电压V 之和,即VSVO？d/dtLdi/dt,稳态运行时,一个开关周期T 中电感L 、L 电流增量解答： 电感电压vL为零,磁链增量为零,电感两端电压的直流平均值为零；因此流平均电压V 1VSV O；Cuk 电路拓扑结构图可直接得到直3.11直流直流四象限变换器的四象限指的是什么？直流电机四象限运行中的四象限指的是什么？这两种四象限有什么对应关系？解答： 直流直流四象限变换器的四象限指的是变换器的输出电压VAB、输出电流IAB均可正可负的四种组合；直流电机四象限运行中的四象限指的是电机的转速和电磁转矩可正可负的四种组合；对于电机的转速有：NEaVABKR

37、aIABVABTe的KeeKe对于电机的电磁转矩Te：T eKTIAB在励磁电流不变、磁通不变时电机的转速、电磁转矩大小和方向由VAB、I AB打算；通过转变 VAB的大小及 IAB的大小和方向,调控电机在正方向下旋转时的转速及电磁转矩大小和方向,既可使直流电机在电动机状态下变速运行亦可在发电机制动状态下变速运行；因此直流直流四象限变换器的四象限和直流电机运行中的四象限之间存在一一对应的关系,如图3.12d 所示 应当画出电路 ；3.12多重、多相直流 直流变换器中,多重（重数m1）,多相（相数n1）指的是什么意义？多重、多相变换器的优点是什么？解答： 假定变换器中每个开关管通断周期都是 T

38、,多重（重数 m 1）是指：在一个 T 周期中变换器负载电流 iO t 脉动 m 次（m 1）,即 i O t 脉动频率为 mf ；多相（相数 n 1）是指：在一个 T 周期中变换器电源侧电流 iS t 脉动 n 次,即 i S t 脉动频率为 nf ；多重、多相变换器的优点是：其输出电压、输入电流脉动频率比单个变换电路成倍地提高,因而可以显著改善变换器输名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆入、输出特性或者削减变换器对 大变换器的输出容量；LC 滤波重视量体积的要求,同时多重、多相复合变换

39、器仍能扩3.13说明单端正激、单端反激 DC/DC 变换器工作原理；解答： 单端正激 DC/DC变换器从电路结构、工作原理上可以看出它是带隔离变压器的 Buck电路如图 3.14b 所示 应当画出电路 ,开关管 T 导通时经变压器将电源能量直送负载被称为正激；但是匝比N2/N1 不同时,输出电压平均值Vo 可以低于也可高于电源电压Vd；变压器磁通只在单方向变化被称为单端；图 3.15b 所示 应当画出电路 为单端反激 DC/DC变换器, T 导通的期间,电源电压 Vd加至N1绕组,电流 1i直线上升、 电感 L1 储能增加, 副方绕组 N2的感应电势 e DF 0,二极管 D1截止,负载电流由

40、电容 C供应,C放电；在 T 阻断的期间,N1绕组的电流转移到 N2,感应电势 e DF 0（反向为正）,使 D1导电,将磁能变为电能向负载供电并使电容 C充电；该变换器在开关管 T 导通时并未将电源能量直送负载,仅在T 阻断的期间才将变压器电感磁能变为电能送至负载故称之为反激,此外变压器磁通也只在单方向变化,故该电路被称为单端反激 DC/DC变换器；第四章4.1 逆变器输出波形的谐波系数HF 与畸变系数 DF 有何区分, 为什么仅从谐波系数HF 仍不足以说明逆变器输出波形的本质？答：第 n 次谐波系数 HFn 为第 n 次谐波重量有效值同基波重量有效值之比,即 HFnVn/V1, 总谐1 2

41、波系数 THD 定义为：THD 1V n 2,畸变系数 DF 定义为：DF 1 V n2 2,V 1 n 2 , ,3 4 V 1 n 2 , ,3 4 n对于第 n 次谐波的畸变系数 DFn 有：DF n 2 V n HF2 nn V 1 n谐波系数 HF 显示了谐波含量, 但它并不能反映谐波重量对负载的影响程度；很明显, 逆变电路输出端的谐波通过滤波器时,高次谐波将衰减得更厉害,畸变系数 DF 可以表征经 LC 滤波后负载电压波形仍存在畸变的程度；4.2 为什么逆变电路中晶闸管 SCR 不适于作开关器件？答： 1.逆变电路中一般采纳 SPWM 掌握方法以减小输出电压波形中的谐波含量,需要开关器件工作在高频状态, SCR 是一种低频器件,因此不适合这种工作方式；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2SCR 不能自关断；而逆变器的负载一般是电感、电容、电阻等无源元件,除了特殊场合例如利用负载谐振进行换流,一般在电路中需要另加强迫关断回路才能关断 SCR,电路较复杂；因此 SCR 一般不适合用于逆变器中；4.3 图 4.2a和 4.3a中的二极管起什么作用,在一个周期中二极管和晶体管导电时间由什么因素打算,在什么情形下可以不用二极管D,纯感性负载时,负载电流为什么是三角形；