【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VD 上電流平均值 IdVD和有效值 IVD。 E V + M RLV D ioEMu o i G 圖 5－ 1 4. 理想的升壓變換器。假設(shè)輸出電壓 vo 恒定，并通過(guò)占空比 D 的控制使其穩(wěn)定為 24V。當(dāng)輸入電壓 Vd 在 816V 范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出功率 Po≥ 5W，開(kāi)關(guān)頻率fs=20KHz, C=470μ F。計(jì)算使變換器始終工作于連續(xù)導(dǎo)通模式所需要的最小電感Lmin。 5. 理想的升壓變換器， Vo＝ 24V， fs=20KHz,L=150μ H， C=470μ F；當(dāng) Vd＝ 12V, Io= 時(shí)，計(jì)算輸出電壓脈動(dòng)的峰－峰值Δ Vo。（ 計(jì)算前應(yīng)判斷，電流是否連續(xù) ，本題是臨界連續(xù)狀態(tài)，脈動(dòng)電壓的計(jì)算與連續(xù)時(shí)不同，應(yīng)根據(jù)電流重新計(jì)算 ） 6. 在圖 52所示的升壓斬波電路中，已知 E=50V， L 值和 C 值極大， R=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) Ts=40μs ， ton=25μs 時(shí)， 回答下列問(wèn)題： 1） 計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io， 輸 入電源的 電流平均值 Iin。 2）畫(huà)出如下波形：電感上電壓 uL 和電流 iL，器件 V 上電流 iv 和電壓 uv， 二極管 VD 上電流 iVD 和電壓 uVD。 3）計(jì)算電感上的電流平均值 IdL， 器件 V 上電流平均值 IdV和有效值 IV；二極管 VD 上電流平均值 IdVD 和有效值 IVD。 圖 5－ 2 7. 如圖 53所示降壓斬波電路，設(shè)輸入電壓 E＝ 200V，電感 L是 100μ H, 電容C無(wú)窮大，輸出接 10Ω的電阻，電路的工作頻率是 50KHz，全控器件導(dǎo)通占空比為 ， 回答下列問(wèn)題 ： 1） 計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 2）畫(huà)出器件 V 上電流 iv 波形，并計(jì)算 流過(guò) 器件 V的峰值電流。 3）為了 將 器件 V 的峰值電流減小為輸出直流電流 Io 的 110％，應(yīng)改變什么參數(shù)，它的 取 值是多 少？ 圖 5－ 3 8. 在圖 54所示的升 降 壓斬波電路中，已知 E=100V， L 值和 C 值極大， R=10Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) Ts=40μs ， 回答下列問(wèn)題： 1）要求輸出電壓 Vo 在 50V～ 150V 之間調(diào)節(jié)時(shí)，計(jì)算占空比的變化范圍。 2） 占空比為 時(shí) ， 計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 并畫(huà)出如下波形：電感上電壓 vL，開(kāi)關(guān) V 上電流 iv，及二極管 VD上電流 id的波形。 3） 在 2） 題的條件下 ，計(jì)算開(kāi)關(guān) V 上電流平均值 IdV 和有效值 IV；二極管VD上電流 平均值 IdVD 和有效值 IVD。 圖 5－ 4 5－ 5為 CUK 斬波電路，也是一種可實(shí)現(xiàn)升降壓的 DC－ DC 變換器，其特點(diǎn)是：輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。 試分析其工作原理，并推導(dǎo)變壓比的表達(dá)式（可假設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)電容 C 上電壓恒定）。 (較復(fù)雜，可刪去 ) 圖 5－ 5 5－ 6 為全橋 DC－ DC 變換器， E＝ 200V， EM=50V， R＝ 5Ω， L 值極大，采用雙極性 PWM 控制， 器件的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)通過(guò)給定信號(hào)與三角波相比較而生成，如圖 5－ 7所示?；卮鹣铝袉?wèn)題： 1）在圖 5－ 7基礎(chǔ)上，畫(huà)出器件 V1～ V4 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形（高電平表示開(kāi)通，低電平表示關(guān)斷），及變換器輸出電壓 uo的波形。 2）假設(shè)負(fù)載電流 Io 為正且平直連續(xù)，分別畫(huà)出當(dāng)器件 V1 上施加開(kāi)通和關(guān)斷控制信號(hào)時(shí)，負(fù)載電流的路徑。（要注意器件上施加開(kāi)通控制信號(hào)后，它是否能夠?qū)ǎQ于負(fù)載電流的方向） 3）假設(shè)負(fù)載電流 Io 為負(fù)且平直連續(xù)，分別畫(huà)出當(dāng)器件 V1 上施加開(kāi)通和關(guān)斷控制信號(hào)時(shí)，負(fù)載電流的路徑。 4） trivV? 時(shí)， 計(jì)算 V1 器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比， 輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io， 輸 入電源的 電流平均值 Iin。 圖 5－ 6 圖 5－ 7 第 3 部分： 仿真 題 5－ 8中的 BUCK 變換器進(jìn)行電路仿真，并回答下列問(wèn)題： 1）記錄連續(xù)導(dǎo)通模式下電感電流 iL 及電容電壓 vc 的波形。測(cè)量輸出電壓的平均值，與理論計(jì)算值相比較，并分析二者不相等的原因。 2）將負(fù)載電阻增加為 10Ω時(shí)，記錄斷續(xù)導(dǎo)通模式下 電感電 流 iL 及電容電壓vc 的波形。 圖 5－ 8 第 6 章 開(kāi)關(guān)型直流 交流變換器 習(xí)題 第 1 部分： 簡(jiǎn)答題 有源逆變與無(wú)源逆變的區(qū)別 ， 電壓源型逆變器與電流源型逆變器的區(qū)別 。 SPWM 控制 技術(shù)，回答下列問(wèn)題： 1） 什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧?相比較 各有何 優(yōu)、缺 點(diǎn)？ 2） 分析為什么在同步調(diào)制時(shí)，載波比要取奇數(shù)？而且對(duì)于三相逆變器，載波還要求是 3 的倍數(shù)。 3） 上述兩種調(diào)制方式中，根據(jù)什么原則來(lái)判斷應(yīng)選擇哪一種方式？ 4） 什么是 分段同步調(diào)制 ，與上述兩個(gè)方式相比它 有什么優(yōu)點(diǎn)？ 5） 什么是過(guò)調(diào)制？與線性調(diào)制相比，它有何優(yōu)、缺點(diǎn)？過(guò)調(diào)制方式適合于哪種應(yīng)用領(lǐng)域？ 6）與 SPWM 控制方法相比， 方波控制方法有何優(yōu)、缺點(diǎn)？方波調(diào)制方法適用于什么場(chǎng)合？ 3. 對(duì)于單相全橋逆變器，試從以下幾個(gè)方面說(shuō)明與雙極性 SPWM 控制方式相比，單極性 SPWM 控制方式的優(yōu)點(diǎn)，并分析這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于逆變器的運(yùn)行有什么好處？ 1） 逆變器直流側(cè)輸入電流脈動(dòng)幅度。 2）等效開(kāi)關(guān)頻率。 3）輸出電壓諧波的特點(diǎn)。 逆變器 輸出電 流 的脈動(dòng) ，回答下 列問(wèn)題： 1） 給出輸出電流脈動(dòng)的定義，當(dāng)負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，說(shuō)明為什么電流的脈動(dòng)分量不提供負(fù)載的有功功率？ 2） 當(dāng) 輸出電壓的基波幅值相同時(shí) ，說(shuō)明在方 波控制和 SPWM 控制 下 逆變器輸出 電流的 脈動(dòng) 幅度有何區(qū)別，試分析造成這種區(qū)別的原因？ 3）試說(shuō)明為什么在 SPWM 控制下 ， 開(kāi)關(guān)頻率越高輸出電流脈動(dòng)越小 。 5. 試從以下幾個(gè)方面比較三相逆變器與單相逆變器的區(qū)別，并分析其原因： 1） 輸出電壓中諧波的特點(diǎn)。 2）直流側(cè)輸入電流中低頻分量的特點(diǎn)。 6. 關(guān)于實(shí)用的 PWM 型橋式變換器的死區(qū)現(xiàn)象，回答下列問(wèn)題： 1） 什么是死區(qū) 時(shí)間，為什么要保留死區(qū)時(shí)間。 2）對(duì)于橋式 DC－ DC變換器， 死區(qū)現(xiàn)象對(duì)輸出電壓有什么影響？ 3）對(duì)于橋式 DC－ AC逆變器， 死區(qū)現(xiàn)象對(duì)輸出電壓有什么影響？ 7. 關(guān)于 PWM 型逆變器控制方法中的計(jì)算法，回答下列問(wèn)題： 1） 什么是計(jì)算法？ 2）什么是規(guī)則采樣法？與自然采樣法相比，規(guī)則采樣法有何優(yōu)點(diǎn) ？ 3）畫(huà)出 規(guī)則采樣法的示意圖，并推導(dǎo)每個(gè)采樣周期中脈沖寬度的計(jì)算公式。 4）什么是特定諧波消去法？與方波控制法相比，特定諧波消去法有何優(yōu)點(diǎn) ？ 8. 關(guān)于 PWM 型逆變器控制方法中的電流跟蹤法，回答下列問(wèn)題： 1） 什么是 電 流跟蹤法 ？ 2）滯環(huán)比較法與三角波比較法相比，各有何 優(yōu) 缺點(diǎn)？在控制方法方面，二者有哪些相同之處？ 9. PWM 型逆變器的負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)為 E，關(guān)于工作狀態(tài)，回答下列問(wèn)題： 1） 在逆變器輸出電壓和電流（基波）所構(gòu)成的坐標(biāo)平面內(nèi)，哪個(gè)象限中 PWM型逆變器工作于逆變狀態(tài)，為什么？ 如何控制逆變器輸出電壓才能使 逆變器工作于逆變狀態(tài)， 為什么？ 2） 在逆變器輸出電壓和電流（基波）所構(gòu)成的坐標(biāo)平面內(nèi)，哪個(gè)象限中 PWM型逆變器工作于整流狀態(tài)，為什么？ 如何控制逆變器輸出電壓才能使 逆變器工作于整流狀態(tài)， 為什么？ 第 2 部分： 畫(huà)圖及計(jì)算 題 6－ 1所示的半橋逆變器， SPWM 控制方式，開(kāi)關(guān)頻率 fs=1450 Hz, Vd＝ 600 V， 輸出電壓基波頻率為 50 Hz，負(fù)載連接在 A 和 o 點(diǎn)之間。分析該電路， 并回答下列問(wèn)題： 圖 6－ 1 1）計(jì)算頻率調(diào)制比（載波比） mf。 2）當(dāng)幅度調(diào)制比 ma＝ 時(shí)，計(jì)算輸出電壓的基波峰值 1)?(AoV 和有效值1()AoV 。 3）簡(jiǎn)要證明 1)?(AoV ＝ ma Vd / 2 4） 為什么 0ma1 時(shí)， SPWM 控制處于線性調(diào)節(jié)區(qū)域？ 5） 根據(jù) Table 81， ma= 時(shí)， 計(jì)算 Aov 中最主要的 5 個(gè)諧波的有效值，并指出這些諧波的頻率。 6）在選擇開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，試分析開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高或過(guò)低的利弊。 如圖 6－ 2 所示 ，雙極性 SPWM 控制方式 。 回答下列問(wèn)題。 圖 6－ 2 1） 為什么全橋逆變器比半橋逆 變器能夠輸出更高的電功率？ 2）簡(jiǎn)要證明 輸出電壓基波峰值的表達(dá)式（線性調(diào)制）： 1oV ＝ ma Vd。 3） 為什么這種 PWM 控制方式稱為雙極性？ 逆變器， 若輸出 線 電壓基波有效值 (VLL)1 = 220 V， 頻率為 52Hz， 負(fù)載為三相對(duì)稱的 Y 型接法， 解答下述問(wèn)題： 1） 若逆變器工作于方波控制方式， 計(jì)算直流電源電壓 Vd和負(fù)載相電壓有效值 (VAn)1。 2） 若逆變器工作于雙極性 SPWM 控制方式， mf =39 且 ma = ， 計(jì)算 直流電源電壓 Vd和負(fù)載相電壓有效值 (VAn)1。 圖 6－ 3 研究單相全橋逆變器輸出電流的脈動(dòng)。 輸出電壓基波 Vo1 頻率為47 Hz， 負(fù)載為 電感 L = 100 mH 與理想反電勢(shì) eo(t)串聯(lián)?；卮鹣铝袉?wèn)題： 圖 6－ 3 1） 逆變器工作于方波控制方式時(shí)，若輸出電壓基波有效值 Vo1 = 220 V， 計(jì)算此時(shí)所 需要的 直流電源電壓 Vd；并計(jì)算此時(shí)輸出電流脈動(dòng)分量 iripple 的峰值。 2） 逆變器工作于雙極性 SPWM 控制方式時(shí)， mf =21 且 ma = ， 若輸出電壓基波有效值 Vo1 = 220 V， 計(jì)算此時(shí)所 需要的 直流電源電壓 Vd。 5. 證 明 對(duì) 于 特 定 諧 波 消 去 法 ， 當(dāng) 1/4 周 期 內(nèi) 開(kāi) 關(guān) 時(shí) 刻 選 擇 為 ：1 2 30 , 1 6 . 2 4 , 2 2 . 0 6? ? ?? ? ? ? ? ?時(shí)，可消除輸出電壓中的 5 次和 7 次諧波，且輸出電壓基波峰值滿足下式： 1?( ) 8 2dAo VV ?