電力電子作業(yè)答案

1、2013電力電子技術(shù)作業(yè)第一次作業(yè)1什么是線(xiàn)性系統(tǒng)？答: 狀態(tài)變量和輸出變量對(duì)于所有可能的輸入變量和初始狀態(tài)都滿(mǎn)足疊加性和齊次性的系統(tǒng)叫做線(xiàn)性系統(tǒng)。2電力電子器件為什么要工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)？答:如果電力電子器件工作在放大狀態(tài)，器件時(shí)時(shí)刻刻都有管壓降和電流，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生較大的功耗。當(dāng)電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí),首先一個(gè)開(kāi)關(guān)管工作在理想導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)是不耗電的，因?yàn)轱柡蜁r(shí)只有電流沒(méi)有管壓降，因此沒(méi)有功耗；當(dāng)電力電子器件工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)只有壓降沒(méi)有電流，也沒(méi)有功耗。所以電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài).3什么是集總參數(shù)電路？什么是分布參數(shù)電路?答:以電路電氣器件的實(shí)際尺寸(d)和工作信號(hào)的波長(zhǎng)()為標(biāo)準(zhǔn)劃

2、分，實(shí)際電路又可分為集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。滿(mǎn)足d<<條件的電路稱(chēng)為集總參數(shù)電路。其特點(diǎn)是電路中任意兩個(gè)端點(diǎn)間的電壓和流入任一器件端鈕的電流完全確定，與器件的幾何尺寸和空間位置無(wú)關(guān)。不滿(mǎn)足d<<條件的電路稱(chēng)為分布參數(shù)電路。其特點(diǎn)是電路中的電壓和電流是時(shí)間的函數(shù)而且與器件的幾何尺寸和空間位置有關(guān)。第二次作業(yè)1開(kāi)關(guān)頻率提高對(duì)變換器有什么好處？有什么壞處？答: 好處: (1)開(kāi)關(guān)頻率的提高會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快(2) 電力電子裝置的體積將減小,有助于電力電子器件的小型化(3)變換器的輸出紋波將減小壞處： （1）開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗增大（2） 系統(tǒng)的電磁干擾將會(huì)變得嚴(yán)重（3）

3、變壓器的渦流損耗將會(huì)增大 2.PWM控制，PFM控制分別指什么意思？答：PWM控制表示脈沖寬度調(diào)制，脈沖的開(kāi)關(guān)頻率不變，改變脈沖導(dǎo)通時(shí)間PFM控制表示脈沖頻率調(diào)制，脈沖的導(dǎo)通時(shí)間不變，改變脈沖的頻率 3.開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)其U，I，R是怎樣的？答：在理想狀態(tài)下 導(dǎo)通：U等于零 I為開(kāi)通時(shí)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流 R等于零關(guān)斷：U為加在開(kāi)關(guān)管兩端的電壓 I為零 R為無(wú)窮大4.用圖例方法說(shuō)明開(kāi)關(guān)過(guò)程的開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗情況？答：課本271頁(yè) 圖7.2 第三次作業(yè)1.畫(huà)出buck電路圖.作出穩(wěn)態(tài)時(shí)電感電流波形和電容電壓波形,并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時(shí)輸入輸出關(guān)系.答：Buck電路圖課本73頁(yè)，圖2.1電感電流波形課本7

4、3頁(yè)，圖2.2（c）圖電容電壓波形課本79頁(yè)，圖2.92.畫(huà)出boost電路圖.作出穩(wěn)態(tài)時(shí)電感電流波形和電容電壓波形,并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時(shí)輸入輸出關(guān)系.答：Boost電路圖課本86頁(yè)，圖2.17電感電流波形課本88頁(yè)，圖2.19（c）圖電容電壓波形課本88頁(yè)，圖2.19（d）圖注：BUCK和BOOST電路時(shí)考試的重點(diǎn)，一般要求計(jì)算輸出電壓，輸出電流，流過(guò)MOSFET管的峰值電流，電感電流平均值，以及電感電流紋波大小，輸出電壓紋波大小?？梢詤⒖嫉诙抡n后習(xí)題，2-1,2-2.第四次作業(yè)1.簡(jiǎn)述正激,反激,雙管正激,半橋,全橋,變換器的工作原理.并寫(xiě)出其輸入輸出電壓關(guān)系式.答：課本2.8看一下了解下工作

5、原理就可以了。2.高頻變壓器的設(shè)計(jì)和工頻變壓器的設(shè)計(jì)有什么異同? 答： 1、選取的磁性材料不同，工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的；高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。2、工作頻率不同，應(yīng)用范圍不同頻率也不一樣。第五次作業(yè)1.畫(huà)出雙極性調(diào)制產(chǎn)生的原理示意圖,并說(shuō)明它的工作原理答：原理圖課本145頁(yè)圖4.6（b），只需畫(huà)出第一條x軸以及第六條x軸上的波形即可工作原理：在雙極性SPWM模式下，一般在對(duì)角主開(kāi)關(guān)載流和另一對(duì)角二極管續(xù)流兩種模式間強(qiáng)制切換，在這種調(diào)制模式下在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)輸出電壓波形正和負(fù)兩種電平，所以我們將其稱(chēng)作雙極性spwm注：考試的重點(diǎn)內(nèi)容，會(huì)畫(huà)出單極性

6、或者雙極性調(diào)制產(chǎn)生的原理示意圖。2.逆變器的PWM面積等效法是什么原理答：形狀不同但是面積相等的窄脈沖作用在線(xiàn)性慣性環(huán)節(jié)時(shí)，其得到的輸出效果是相同的，即以恒定頻率的等面積窄脈沖序列等效正弦半波。課本148頁(yè)圖4.7（g）圖。3基波頻率 開(kāi)關(guān)頻率和脈沖個(gè)數(shù)是什么關(guān)系答：脈沖個(gè)數(shù)=開(kāi)關(guān)頻率/基波頻率 第六次作業(yè)1.畫(huà)出三相整流電路(帶電感，純電阻負(fù)載)的輸出電壓波形，并求出 輸出電壓值答：三相整流電路課本207頁(yè)圖5.4.具體的輸出電壓波形和計(jì)算輸出電壓值，看完課本的5.2節(jié)。第五章考試重點(diǎn)內(nèi)容，一般會(huì)給控制角要求計(jì)算輸出電壓，輸出電流，和輸出功率或者畫(huà)出電壓波形等?？梢詤⒖颊n后習(xí)題5-1,5-2

7、,5-6.第七次作業(yè)1.什么是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)?軟開(kāi)關(guān)技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)?答：軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使功率變換器得以高頻化的重要技術(shù)之一,當(dāng)電流自然過(guò)零時(shí), 使器件關(guān)斷(或電壓為零時(shí), 使器件開(kāi)通)優(yōu)點(diǎn)：（1）減少開(kāi)關(guān)損耗。（2）有助于提高開(kāi)關(guān)頻率（3）解決由硬開(kāi)關(guān)引起的EMI問(wèn)題（4）有助于電力電子裝置的小型化 2014年電力電子作業(yè)作業(yè)一 1. 簡(jiǎn)單畫(huà)出一個(gè)電力電子裝置的示意圖，并解釋其功能答：只要畫(huà)出一個(gè)電力電子裝置，并簡(jiǎn)述其原理即可。答案不唯一。2. 電力電子有哪些常用器件，并簡(jiǎn)述MOSFET，IGBT的特點(diǎn)答：（1）常用的電力電子器件有：SCR（普通晶閘管），雙向SCR（雙向晶閘管），GTR（高功率晶體

8、管），MOSFET（功率場(chǎng)效應(yīng)管），IGBT（絕緣柵門(mén)控雙極型晶體管），GTO（可關(guān)斷晶閘管）,IGCT(換流關(guān)斷晶閘管）等（第一章電力電子器件一般考試都會(huì)考到，屬于重點(diǎn)內(nèi)容,特別是英文字母要記住個(gè)器件英文對(duì)應(yīng)的中文意思）（2） MOSFET的特點(diǎn)：是性能理想的中小容量的高速壓控型器件，廣泛應(yīng)用于各種中小型的電子裝置中。MOSFET的控制要求簡(jiǎn)單，其工作頻率可以達(dá)到100Khz至數(shù)兆赫茲。（3） IGBT的特點(diǎn)：IGBT是性能理想的中大容量的中高速壓控型器件，廣泛應(yīng)用于各種中大型電力電子裝置中。其開(kāi)關(guān)頻率通常可達(dá)到20Khz左右，在電流耐力方面，IGBT的額定工作電流在數(shù)十安至千安級(jí)。3. 開(kāi)

9、關(guān)頻率提高給電力電子帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)答: 好處: (1)開(kāi)關(guān)頻率的提高會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快(2) 電力電子裝置的體積將減小,有助于電力電子器件的小型化(3)變換器的輸出紋波將減小壞處： （1）開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗增大（2） 系統(tǒng)的電磁干擾將會(huì)變得嚴(yán)重（3）變壓器的渦流損耗將會(huì)增大 作業(yè)二1. 驅(qū)動(dòng)電路有什么功能作用？答：驅(qū)動(dòng)電路是連接弱信號(hào)與強(qiáng)電的接口，是電力電子器件應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，電力電子裝置的性能和此關(guān)系極大。驅(qū)動(dòng)電路的必要一點(diǎn)是其隔離性，包括強(qiáng)弱電的隔離、2. 緩沖電路有什么作用？什么是器件的安全工作區(qū)？答：（1）：電力電子器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中有電壓或者電流的突變，這引起器件上電壓電流的尖刺

10、和高頻諧波。這會(huì)對(duì)整個(gè)電力電子裝置產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾和增加器件的應(yīng)力。通常采取緩沖吸收電路來(lái)抑制開(kāi)關(guān)過(guò)程的突變。（具體見(jiàn)課本P53,1.8.2節(jié)）（2） 器件的安全工作區(qū)：指功率半導(dǎo)體器件（例如場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管以及絕緣柵雙極晶體管）能夠按照預(yù)期正常工作而不會(huì)造成損壞時(shí)的電壓電流等條件的范圍。主要是對(duì)器件的以下各項(xiàng)工作限制：最大電壓、最大電流、與最大耗散電功率等因素。3. PWM控制與PFM控制是什么意思？答：PWM控制表示脈沖寬度調(diào)制，脈沖的開(kāi)關(guān)頻率不變，改變脈沖導(dǎo)通時(shí)間。PFM控制表示脈沖頻率調(diào)制，脈沖的導(dǎo)通時(shí)間不變，改變脈沖的頻率。作業(yè)三1. 畫(huà)出Buck電路圖，并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)的輸入，輸出關(guān)

11、系答：課本P73,2.2節(jié)有具體的介紹和推到過(guò)程。（第二章是電力電子考試的重點(diǎn)內(nèi)容，一般計(jì)算題都是會(huì)在第二章出，可參考第二章課后習(xí)題2-1,2-2)2. 電路穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感的伏秒平衡和電容的安秒平衡是什么意思，請(qǐng)作適當(dāng)推導(dǎo)答：課本P77，P78對(duì)于電感伏秒平衡和電容安秒平衡有詳細(xì)的解釋和推到過(guò)程。3. 電路中電壓紋波和電流紋波的表達(dá)式是怎樣的，要降低紋波需采取什么措施？答：（1）Buck電路中的電壓紋波表達(dá)式（課本P79，式2.30），電流紋波（課本P76，式2.15）。根據(jù)表達(dá)式可以分析得出降低電流紋波的措施有：增大開(kāi)關(guān)頻率，增大電感值。降低電壓紋波的方法有：增大開(kāi)關(guān)頻率，增大電容值，增大電感

12、值。（2）對(duì)于BOOST電路可以參考課本P86,2.3節(jié)。具體的分析與Buck電路類(lèi)似。作業(yè)四1. 畫(huà)出BOOST電路的原理圖，簡(jiǎn)單介紹其工作原理，并推導(dǎo)其穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入，輸出的關(guān)系答：課本P86,2.3節(jié)有詳細(xì)的介紹和推導(dǎo)過(guò)程。作業(yè)五1. 畫(huà)圖說(shuō)明反激變換器工作原理，并推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)時(shí)輸入，輸出關(guān)系答：工作原理：當(dāng)開(kāi)關(guān)管T1導(dǎo)通的時(shí)候，所有的整流二極管D1反向截止，輸出電容C給負(fù)載供電。流過(guò)LM的電流線(xiàn)性上升。當(dāng)開(kāi)關(guān)管T1關(guān)斷的時(shí)候，變壓器的所有繞組反向。原邊繞組儲(chǔ)存的能量傳遞到副邊，提供負(fù)載電流，同時(shí)給電容C充電。（課本P114，圖2.46）穩(wěn)態(tài)關(guān)系的推到見(jiàn)課本P114,2.8.4節(jié)有詳細(xì)的推到

13、過(guò)程。作業(yè)六1. 推到BUCK，BOOST電路的小信號(hào)模型及控制至輸出，輸入至輸出的傳遞函數(shù)答：考試不考。2. 如下圖BUCK電路，穩(wěn)態(tài)占空比D為多大？要求在輸出100V時(shí)，電感電流的紋波小于0.1A，電感取多大？要求在負(fù)載范圍（0-50A)輸出電壓紋波小于0.1V，電容C取多大？（輸入電壓200V，負(fù)載R=2歐姆，開(kāi)關(guān)頻率f=100k）答：計(jì)算順序?yàn)橄扔?jì)算占空比D，然后計(jì)算電感量L，最后計(jì)算電容C。 作業(yè)七1. 畫(huà)出雙極性控制全橋變換器一個(gè)周期電壓，電流的波形，并作出說(shuō)明。答：課本P145，圖4.6（b），具體解釋說(shuō)明見(jiàn)課本。2. 請(qǐng)寫(xiě)出規(guī)則采樣法占空比的求法，并畫(huà)出其波形圖。答：課本P14

14、7，公式4.21.P149，圖4.8.3. 如圖BOOST電路（輸入電壓300v，輸出電壓400v，開(kāi)關(guān)頻率100Khz，負(fù)載200歐姆），求其穩(wěn)態(tài)占空比。要求電流紋波小于0.05A,電壓紋波小于1V，L，C取值多大，開(kāi)關(guān)S和二極管應(yīng)選承受多大電壓和電流？答： 作業(yè)八1. 簡(jiǎn)述空間矢量法如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和正弦波。答：（1）旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：交流電機(jī)三相對(duì)稱(chēng)的靜止繞組 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時(shí)，所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 1（即電流的角頻率）順著 A-B-C 的相序旋轉(zhuǎn)。（2）正弦波：SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)對(duì)基本電壓矢量加以組 合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來(lái)得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過(guò)逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來(lái)決定逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM&#