得以保持,为晶闸管换流做好准备;二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上,使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压,确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。
以VTl和VT3之间的换流为例,串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下:
给VT3施加触发脉冲,由于换流电容C13电压的作用,使VT3导通而VTl被施以反向电压而关断。直流电流Id从VTl换到VT3上,C13通过VDl、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电,如图5-16b所示。因放电电流恒为/d,故称恒流放电阶段。在C13电压Uc13下降到零之前,VTl一直承受反压,只要反压时间大于晶闸管关断时间rq，就能保证可靠关断。
Uc13降到零之后在U相负载电感的作用下,开始对C13反向充电。如忽略负载冲电阻的压降,则在Uc13=0时刻后,二极管VD3受到正向偏置而导通,开始流过电流,两个二极管同时导通,进入二极管换流阶段,如图5-16c所示。随着C13充电电压不断增高,充电电流逐渐减小,到某一时刻充电电流减到零,VDl承受反压而关断,二极管换流阶段结束。之后,进入VT2、VT3稳定导逗阶段,电流路径如图5-Ⅰ6d所示。
4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合? 答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。
逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。组合方式有串联多重和并联多重两种方式。串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。
串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。 并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
5-1简述图5-la所示的降压斩波电路工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton。，由电源E向L、R、M供电，在此期间，Uo=E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管
on0off输出电压小于电源电压,VD向R和M供电，Uo=0。一个周期内的平均电压起到降压的作用。
5-2．在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值微大，E=30V，T=50μs，ton=20μs，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。
解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 输出电流平均值为
E?t?U?t5-3．在图5-la所示的降压斩波电路中，E=100V，L=lmH，R=0．5Ω，用脉宽调制控制方式，T=20μs，当均值
I0tonEM=10V，采
=5μs时，计算输出电压平均值
U0，输出电流平
ton，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当=3μs时，
重新进行上述计算。
解：由题目已知条件可得：
当ton?5?s时，有
由于
所以输出电流连续。
5-4．简述图5-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。
答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U0。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和己共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为(U0?E)I1toff；当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：
化简得：
式中的T／toff?1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 5-5．在图3-2a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，均值
I0tonU0=25μs时，计算输出电压平均值，输出电流平
。
解：输出电压平均值为： 输出电流平均值为：
5-6．试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。 答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为i1，方向如图。3-4中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为i2，方向如图3-4所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即 当V处于通态期间，
uL=E：而当V处于断态期间
uL??u0。于是：
改变导通比?，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0
Cuk斩波电路的基本原理：当V处于通态时，E—L1—V回路和R—L2-C—V回路分别流过电流。当V处于断态时，E?L1?C?VD回路和R-L2-VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图3-5b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
假设电容C很大使电容电压uc的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压uB=0，A点电压uA??uC；相反，当S合到A点时，uB?uC，uA?0uB的平均值为
Ui?N1U0N3。因此，B点电压
uB?toffTUc(Uc为电容电压“c的平均值)，又因电感Ll的电压平均值为零，
UA??tonUcT，且L2的电压平均值
所以
E?UB?toffTUc。另一方面，A点的电压平均值为
U0?为零，按图3—5b中输出电压Uo的极性，有
tonUcT。于是可得出输出电压Uo与电源
电压E的关系：
两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。
5-7．试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 解：Sepic电路的原理图如下：
在V导通ton期间，UL1?E 左V关断toff期间
当电路工作于稳态时，电感L、L的电压平均值均为零，则下面的式子成立 由以上两式即可得出
Zeta电路的原理图如下： 在V导通ton期间 在V关断toff期间
当电路工作稳定时，电感L1、L2的电压平均值为零，则下面的式子成立
由以上两式即可得出
5-8．分析图5-7a所示的电流可逆斩波电路，并结合图3-7b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。
解：电流可逆斩波电路中，Vl和VDl构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第l象限：V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。
图3-7b中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下：
V1导通，电源向负载供电： V1关断，VD，续流：
V2也导通，L上蓄能:
V2关断，VD2导通，向电源回馈能量
5-9对于图5-8所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。
解：需使电动机工作于反转电动状态时，由V3和VD3构成的降压斩波电路工作，此时需要V2保持导通，与V3和VD3构成的降压斩波电路相配合。
当V3导通时，电源向M供电，使其反转电动，电流路径如下图： 当V3关断时，负载通过VD3续流，电流路径如下图： 5-10．多相多重斩波电路有何优点?
答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。 此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。
5-11．试分析正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压。 解：正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受最大电压的情况如下表所示：
开关S 整流二极管VD
正激电路 (1+N1/N3)U1 U1*N2/N3 反激电路 Ui+Uo*N1/N3 Ui*N2/N1+Uo
5-12．试分析全桥、半桥和推挽电路中的开关和整流二极管在工作中承受的最大电压，最大电流和平均电流。
答：以下分析均以采用桥式整流电路为例。①全桥电路
开关S
整流二极管 ②半桥电路
最大电压 Ui
Ui*N2/N1 最大电压
开关S
Ui
Ui*N2/(2*
最大电流 Id*N2/N1 Id 最大电流 Id*N2/N1
平均电流 Id*N2/(2*N1) Id/2 平均电流 Id*N2/(2*N1) Id/2
整流二极管 Id
N1)
③推挽电路 (变压器原边总匝数为2N1)
最大电压 最大电流 平均电流
开关S 2*Ui Id*N2/N1 Id*N2/(2*N1) 整流二极管 Ui*N2/N1 Id Id/2 5-13．全桥和半桥电路对驱动电路有什么要求?
答：全桥电路需要四组驱动电路，由于有两个管子的发射极连在一起，可共用一个电源所以只需要三组电源；半桥电路需要两组驱动电路，两组电源。
5-14．试分析全桥整流电路和全波整流电路中二极管承受的最大电压，最大电流和平均电流。
解：两种电路中二极管承受最大电压：电流及平均电流的情况如下表所示：
最大电压 最大电流 平均电流
全桥整流 Um Id Id/2 全波整流 2Um Id Id/2 5-15 一台输出电压为 5V、输出电流为 20A 的开关电源：
①如果用全桥整流电路，并采用快恢复二极管，其整流电路中二极管的总损耗是多少？
②如果采用全波整流电路，采用快恢复二极管、肖特基二极管整流电路中二极管的总损耗
是多少？如果采用同步整流电路，整流元件的总损耗是多少？
注：在计算中忽略开关损耗，典型元件参数见下表。 元型电电通态压降件类型 号 压(V) 流(A) （通态电阻） 快恢25C120复二极管 PF10 05 .98肖特3530C330基二极管 PQ035 0 0 .64MOSIRFP670FET 048 0 0 .016-1一台调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在?=0?时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%、50%时的开通角?。
解：?=0?时的输出电压最大，为
1?0 Uomax=
此时负载电流最大，为
??(2U1sin?t)?U1
uomaxU1?R Iomax=R 因此最大输出功率为
Pmax=Uomax Iomax
输出功率为最大输出功率的80%时，有：
U12 Pmax=Uomax Iomax=R
此时
Uo=0.8U1 又由
Uo=U1
sin2?????2??
解得
同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： Uo=0.5U1
电力电子技术王兆安第五版课后习题全部答案
