电力电子作业答案

2013电力电子技术作业第一次作业1．什么是线性系统？答:状态变量和输出变量对于所有可能的输入变量和初始状态都满足叠加性和齐次性的系统叫做线性系统。2．电力电子器件为什么要工作在开关状态？答:如果电力电子器件工作在放大状态，器件时时刻刻都有管压降和电流，此时将会产生较大的功耗。当电力电子器件工作在开关状态时,首先一个开关管工作在理想导通状态时是不耗电的，因为饱和时只有电流没有管压降，因此没有功耗；当电力电子器件工作在截止状态时只有压降没有电流，也没有功耗。所以电力电子器件一般都工作在开关状态.3．什么是集总参数电路？什么是分布参数电路?答:以电路电气器件的实际尺寸(d)和工作信号的波长(λ)为标准划分，实际电路又可分为集总参数电路和分布参数电路。满足dλ条件的电路称为集总参数电路。其特点是电路中任意两个端点间的电压和流入任一器件端钮的电流完全确定，与器件的几何尺寸和空间位置无关。不满足dλ条件的电路称为分布参数电路。其特点是电路中的电压和电流是时间的函数而且与器件的几何尺寸和空间位置有关。第二次作业1．开关频率提高对变换器有什么好处？有什么坏处？答:好处:(1)开关频率的提高会使系统的动态响应加快(2)电力电子装置的体积将减小,有助于电力电子器件的小型化(3)变换器的输出纹波将减小坏处：（1）开关器件的开关损耗增大（2）系统的电磁干扰将会变得严重（3）变压器的涡流损耗将会增大2.PWM控制，PFM控制分别指什么意思？答：PWM控制表示脉冲宽度调制，脉冲的开关频率不变，改变脉冲导通时间PFM控制表示脉冲频率调制，脉冲的导通时间不变，改变脉冲的频率3.开关管导通和关断时其U，I，R是怎样的？答：在理想状态下导通：U等于零I为开通时流过开关管的电流R等于零关断：U为加在开关管两端的电压I为零R为无穷大4.用图例方法说明开关过程的开通损耗和关断损耗情况？答：课本271页图7.2第三次作业1.画出buck电路图.作出稳态时电感电流波形和电容电压波形,并推导出稳态时输入输出关系.答：Buck电路图课本73页，图2.1电感电流波形课本73页，图2.2（c）图电容电压波形课本79页，图2.92.画出boost电路图.作出稳态时电感电流波形和电容电压波形,并推导出稳态时输入输出关系.答：Boost电路图课本86页，图2.17电感电流波形课本88页，图2.19（c）图电容电压波形课本88页，图2.19（d）图注：BUCK和BOOST电路时考试的重点，一般要求计算输出电压，输出电流，流过MOSFET管的峰值电流，电感电流平均值，以及电感电流纹波大小，输出电压纹波大小。可以参考第二章课后习题，2-1,2-2.第四次作业1.简述正激,反激,双管正激,半桥,全桥,变换器的工作原理.并写出其输入输出电压关系式.答：课本2.8看一下了解下工作原理就可以了。2.高频变压器的设计和工频变压器的设计有什么异同?答：1、选取的磁性材料不同，工频变压器采用硅钢片作为磁芯材料的；高频变压器是采用铁氧体磁芯材料。2、工作频率不同，应用范围不同频率也不一样。第五次作业1.画出双极性调制产生的原理示意图,并说明它的工作原理答：原理图课本145页图4.6（b），只需画出第一条x轴以及第六条x轴上的波形即可工作原理：在双极性SPWM模式下，一般在对角主开关载流和另一对角二极管续流两种模式间强制切换，在这种调制模式下在一个开关周期内可能会出现输出电压波形正和负两种电平，所以我们将其称作双极性spwm注：考试的重点内容，会画出单极性或者双极性调制产生的原理示意图。2.逆变器的PWM面积等效法是什么原理答：形状不同但是面积相等的窄脉冲作用在线性惯性环节时，其得到的输出效果是相同的，即以恒定频率的等面积窄脉冲序列等效正弦半波。课本148页图4.7（g）图。3．基波频率开关频率和脉冲个数是什么关系答：脉冲个数=开关频率/基波频率第六次作业1.画出三相整流电路(带电感，纯电阻负载)的输出电压波形，并求出o=0o=30o=60输出电压值答：三相整流电路课本207页图5.4.具体的输出电压波形和计算输出电压值，看完课本的5.2节。第五章考试重点内容，一般会给控制角要求计算输出电压，输出电流，和输出功率或者画出电压波形等。可以参考课后习题5-1,5-2,5-6.第七次作业1.什么是软开关技术?软开关技术有哪些优点?答：软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一,当电流自然过零时,使器件关断(或电压为零时,使器件开通)优点：（1）减少开关损耗。（2）有助于提高开关频率（3）解决由硬开关引起的EMI问题（4）有助于电力电子装置的小型化2014年电力电子作业作业一1.简单画出一个电力电子装置的示意图，并解释其功能答：只要画出一个电力电子装置，并简述其原理即可。答案不唯一。2.电力电子有哪些常用器件，并简述MOSFET，IGBT的特点答：（1）常用的电力电子器件有：SCR（普通晶闸管），双向SCR（双向晶闸管），GTR（高功率晶体管），MOSFET（功率场效应管），IGBT（绝缘栅门控双极型晶体管），GTO（可关断晶闸管）,IGCT(换流关断晶闸管）等（第一章电力电子器件一般考试都会考到，属于重点内容,特别是英文字母要记住个器件英文对应的中文意思）（2）MOSFET的特点：是性能理想的中小容量的高速压控型器件，广泛应用于各种中小型的电子装置中。MOSFET的控制要求简单，其工作频率可以达到100Khz至数兆赫兹。（3）IGBT的特点：IGBT是性能理想的中大容量的中高速压控型器件，广泛应用于各种中大型电力电子装置中。其开关频率通常可达到20Khz左右，在电流耐力方面，IGBT的额定工作电流在数十安至千安级。3.开关频率提高给电力电子带来的优点和缺点答:好处:(1)开关频率的提高会使系统的动态响应加快(2)电力电子装置的体积将减小,有助于电力电子器件的小型化(3)变换器的输出纹波将减小坏处：（1）开关器件的开关损耗增大（2）系统的电磁干扰将会变得严重（3）变压器的涡流损耗将会增大作业二1.驱动电路有什么功能作用？答：驱动电路是连接弱信号与强电的接口，是电力电子器件应用的重要环节，电力电子装置的性能和此关系极大。驱动电路的必要一点是其隔离性，包括强弱电的隔离、2.缓冲电路有什么作用？什么是器件的安全工作区？答：（1）：电力电子器件在开关过程中有电压或者电流的突变，这引起器件上电压电流的尖刺和高频谐波。这会对整个电力电子装置产生严重的电磁干扰和增加器件的应力。通常采取缓冲吸收电路来抑制开关过程的突变。（具体见课本P53,1.8.2节）（2）器件的安全工作区：指功率半导体器件（例如场效应管、晶闸管以及绝缘栅双极晶体管）能够按照预期正常工作而不会造成损坏时的电压电流等条件的范围。主要是对器件的以下各项工作限制：最大电压、最大电流、与最大耗散电功率等因素。3.PWM控制与PFM控制是什么意思？答：PWM控制表示脉冲宽度调制，脉冲的开关频率不变，改变脉冲导通时间。PFM控制表示脉冲频率调制，脉冲的导通时间不变，改变脉冲的频率。作业三1.画出Buck电路图，并推导出稳态的输入，输出关系答：课本P73,2.2节有具体的介绍和推到过程。（第二章是电力电子考试的重点内容，一般计算题都是会在第二章出，可参考第二章课后习题2-1,2-2)2.电路稳态时，电感的伏秒平衡和电容的安秒平衡是什么意思，请作适当推导答：课本P77，P78对于电感伏秒平衡和电容安秒平衡有详细的解释和推到过程。3.电路中电压纹波和电流纹波的表达式是怎样的，要降低纹波需采取什么措施？答：（1）Buck电路中的电压纹波表达式（课本P79，式2.30），电流纹波（课本P76，式2.15）。根据表达式可以分析得出降低电流纹波的措施有：增大开关频率，增大电感值。降低电压纹波的方法有：增大开关频率，增大电容值，增大电感值。（2）对于BOOST电路可以参考课本P86,2.3节。具体的分析与Buck电路类似。作业四1.画出BOOST电路的原理图，简单介绍其工作原理，并推导其稳态时的输入，输出的关系答：课本P86,2.3节有详细的介绍和推导过程。作业五1.画图说明反激变换器工作原理，并推导出稳态时输入，输出关系答：工作原理：当开关管T1导通的时候，所有的整流二极管D1反向截止，输出电容C给负载供电。流过LM的电流线性上升。当开关管T1关断的时候，变压器的所有绕组反向。原边绕组储存的能量传递到副边，提供负载电流，同时给电容C充电。（课本P114，图2.46）稳态关系的推到见课本P114,2.8.4节有详细的推到过程。作业六1.推到BUCK，BOOST电路的小信号模型及控制至输出，输入至输出的传递函数答：考试不考。2.如下图BUCK电路，稳态占空比D为多大？要求在输出100V时，电感电流的纹波小于0.1A，电感取多大？要求在负载范围（0-50A)输出电压纹波小于0.1V，电容C取多大？（输入电压200V，负载R=2欧姆，开关频率f=100k）答：计算顺序为先计算占空比D，然后计算电感量L，最后计算电容C。2U100U=2000.10.1100U(1)UU-U(2)=0.12U-U(3)=0.116oinLcsoininoLsinocsVViAuVfkDiLfuLCf输出电压输入电压电感电流纹波电容电压纹波开关频率占空比（）D电感值的选取（）D电容值的选取作业七1.画出双极性控制全桥变换器一个周期电压，电流的波形，并作出说明。答：课本P145，图4.6（b），具体解释说明见课本。2.请写出规则采样法占空比的求法，并画出其波形图。答：课本P147，公式4.21.P149，图4.8.3.如图BOOST电路（输入电压300v，输出电压400v，开关频率100Khz，负载200欧姆），求其稳态占空比。要求电流纹波小于0.05A,电压纹波小于1V，L，C取值多大，开关S和二极管应选承受多大电压和电流？答：U400U=3000.051100U1(1)U1U(2)=0.052U(3)=12(4)oinLcsoininLsocsVViAuVfkhzDDiLfuRCf输出电压输入电压电感电流纹波电容电压纹波开关频率负载R=200占空比D电感值的选取D电容值的选取在工程上，开关管承受的最大电压为输出电压，承受的最大电流为电感电流的峰值。二极管承受的最大电压也为输出电压，承受的最大电流为电感电流的峰值。作业八1.简述空间矢量法如何产生旋转磁势和正弦波。答：（1）旋转磁势：交流电机三相对称的静止绕组A、B、C，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着A-B-C的相序旋转。（2）正弦波：SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM波形，通过该PWM波形控制逆变器开关管的导通和关断即可产生正弦波。作业九1.三相整流电路的电感足够大，分别画出控制角为0,30,60度时输出电压波形，并计算电压有效值和电流有效值。答：课本P201,5.1节，5.2节有详细解释和计算方法。2.什么是有源逆变电路，什么是无源逆变电路答：在逆变电路中，把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路称之为有源逆变电路。在逆变电路中，当交流侧不与电网连接而直接接入负载的变换电路称之为无源逆变电路。