59哈尔滨工业大学课件 电力电子技术16

电力电子技术第16讲3直流－直流变换器（8）哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.2电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育本讲是的习题课，讲解第3章所布置的习题。第3章习题（1）第1部分：填空题1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。2.直流斩波电路中最基本的两种电路是降压斩波电路和升压斩波电路。3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型。，其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。4.脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。5.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的。该方法的缺点是：导通占空比的变化范围有限。输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流连续。7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电压保持住。8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为1/2α1；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为0α1/2。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.3电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（1）第2部分：简答题1.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。（略）2.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。（略）哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.4电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（1）第3部分：计算题1.在题图3-1所示的降压斩波电路中，已知E=100V，R=10Ω，L值极大，EM=20V，T=100μs,ton=50μs。1）画出输出电压uo,输出电流io,流过器件V的电流iV以及流过二极管VD的电流iVD。2）计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，器件V上的平均电流IV，及二极管VD上的平均电流IVD。题图3-1解：1）解2）：05010050100onTUEVT==×=005020310MUEIAR−−===50*31.5100onVOTIIAAT===50*31.5100offVDOTIIAAT===哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.5电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（1）第3部分：计算题2.设计题图3-2所示的Buck变换器。电源电压Vs=220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。要求输出电压Vo=110V；1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关T的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。并画出此时流过器件T的电流iT以及流过二极管D的电流iD的波形。2)要求最小负载时电感电流不断流，且输出电压纹波小于1%。计算输出滤波电感L和电容C的最小取值。题图3-2解：1）首先计算变压比：1100.5220osVMVαα===⇒=0.5*1/0.5/2000025onTTfusα====哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.6电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.7电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（1）第3部分：计算题3.图3-3所示Boost变换器，输入电源电压E=30V，输出电压被控为恒值uo=60V，开关V的频率fs=20kHz，电流Iomax=20A，电流Iomin=2A。1）L值和C值极大时，采用脉宽调制控制方式，求开关V的导通占空比及在1个开关周期中的导通时间。并画出此时流过器件V的电流iV以及流过二极管D的电流iD的波形。2）要求变换器工作时电感电流连续，求最小升压电感L值及输出电压纹波小于1%时的滤波电容C。题图3-3解：1）首先计算升压比：120.51oUMEαα===⇒=−0.5*1/0.5/2000025onTTfusα====哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.8电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.9电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（1）第3部分：计算题4.在题图3-3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=30μs时。1）画出输出电压uo,输出电流io,流过器件V的电流iV以及流过二极管VD的电流iVD。2）计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，器件V上的平均电流IV，及二极管VD上的平均电流IVD。题图3-3解：1）解：2）014502001UEVVα==×=−002001020UIAR===1200*104050UIIAE===oo130*403040onVTIIAAT===110*401040offVDTIIAAT===哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.10电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第1部分：填空题1.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第1象限，升压斩波电路能使电动机工作于第2象限，电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。2.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第象限。3.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个降压斩波电路和一个升压斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个降压斩波电路并联。4.T型双极式可逆斩波电路需要2个电源供电，功率管承受的反向电压是电源电压的2倍。5.一个开关周期内，双极式桥式可逆斩波电路所输出的负载电压极性交替变化，故称双极式；单极式桥式可逆斩波电路所输出的负载电压极性单一，故称单极式。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.11电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第2部分：简答题1.复合斩波电路中的电流可逆斩波电路和桥式斩波电路在拖动直流电动机时，均能实现负载电流可逆的要求，那么二者有什么区别？答：电流可逆斩波电路的输出电压只能是一种极性，而桥式可逆斩波电路将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。2.多相多重斩波电路有何优点？答：总的输出电流脉动幅值变得很小，还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。3.T型可逆斩波电路与H型可逆斩波电路相比各有何优缺点？答：T型需要双电源，只用2个功率器件，但对器件耐压值要求较高；适用于小功率直流传动系统。H型只需要单电源，要用4个功率器件，单对器件耐压值要求较低；适用于较大功率直流传动系统。4.桥式可逆斩波电路的两种控制方式，即双极式和单极式，各有何优缺点？答：双极式控制的电流脉动大；在大功率系统对电机发热和换向不利；零位颤动有利于克服电机静摩擦，改善系统低速平稳性；适用于小功率高精度快速性要求高的系统。单极式控制的电流脉动减小；有利于电机发热和换向；系统过零时，可能出现死区；适用于大功率传动系统。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.12电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第2部分：简答题5.桥式可逆斩波电路如题图3－4所示，电机为正向电动状态。题图3－4当电机处于低速轻载运行状态（即负载电流较小且正负交变），完成下题：（1）采用双极型控制方式时，画出V1～V4驱动信号的波形，负载上电压和电流的波形；并在此基础上结合电流波形说明在一个周期内的不同区段上负载电流的路径以及在该区段内电机的工作状态。阶段1：电动，V1，V4导通阶段2：L放电，VD1，VD4导通阶段3：反接制动，V2，V3导通阶段4：回馈制动，VD2，VD3导通哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.13电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育题图3－4（2）单极同频控制方式时，画出V1～V4驱动信号的波形，负载上电压和电流的波形；并在此基础上结合电流波形说明在一个周期内的不同区段上负载电流的路径以及在该区段内电机的工作状态。阶段1：电动，V1，V4导通阶段2：L放电，VD1，V4导通阶段3：能耗制动，V2，VD3导通阶段4：回馈制动，VD2，VD3导通哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.14电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育6.当电机分别处于反向电动工作状态和反向制动工作状态下，均为高速重载运行状态，重新完成5题。uGE1uGE4tuGE2uGE3tuOtE-EUOEMiot34双极型方式，反向电动双极型方式，反向制动哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.15电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育uGE1tuGE2tuOtE-EUOEMiot12uGE3tuGE4t单极型方式，反向电动uGE1tuGE2tuOtE-EUOEMiot43uGE3tuGE4t单极型方式，反向制动哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.16电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第2部分：简答题7.桥式可逆斩波电路，若控制信号占空比为α，请推导采用双极型控制方式时和单极控制方式时负载电压平均值的表达式。（略）哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.17电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第3部分：计算题1.桥式可逆斩波电路如题图3－4所示，E＝200V，Uo＝100V。1）求双极型控制方式下的控制信号占空比。2）求单极型控制方式下的控制信号占空比。解1）双极型控制方式下的控制信号占空比(12)()/(2)0.25ooUEEUEαα=−⇒=−=解2）单极型控制方式下的控制信号占空比/0.5ooUEUEαα=⇒==哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.18电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（2）第3部分：计算题2.桥式可逆斩波电路如题图3－4所示，E＝200V，控制信号占空比为50％。1）求双极型控制方式下的输出电压平均值。2）求单极型控制方式下的输出电压平均值。解1）双极型控制方式下的输出电压平均值(12)0oUEα=−=解2）单极型控制方式下的输出电压平均值100oUEVα==哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.19电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（3）第1部分：填空题1.带隔离变压器的DC-DC变换器的基本类型包括单端正激变换器和单端反激变换器，其中单端是指变压器磁通单方向变化。2.正激变换器是指在开关管开通时电源将能量直接传送给负载。3.反激变换器是指在开关管开通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.20电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（3）第2部分：简答题1.画出隔离型Buck变换器的电路结构并简述其工作原理。（略）2.隔离型Buck变换器在正常工作时为什么要设定最大占空比？解：为了防止变压器磁通饱和。3.画出隔离型Buck-Boost变换器的电路结构并简述其工作原理。（略）4.为什么反激式变换器不能在空载下工作？答：在负载为零的极端情况下，由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来越高，损坏电路元件，所以反激式变换器不能在空载下工作。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术16.21电力电子技术直流－直流变换器(8)哈尔滨工业大学远程教育第3章习题（3）第3部分：计算题1.设计题图3－5所示的单端反激DC/DC变换器。输入直流电压Vs=12V±10%，开关频率fs=100KHz，额定负载电流1A，最小