1、.第五章直流 -直流交流電路1簡(jiǎn)述圖 5-1a 所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓v 導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源 e 向 l 、r、m 供電，在此期間， uoe。然后使 v 關(guān)斷一段時(shí)間 toff ，此時(shí)電感 l 通過二極管 vd 向 r 和 m 供電， uo0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓uotone 。輸出電壓小于電源電壓，起tontoff到降壓的作用。2在圖 5-1a 所示的降壓斬波電路中，已知 e=200v，r=10，l值極大，em =30v，t=50s, ton=20s, 計(jì)算輸出電壓平均值 uo，輸出電流平均值 i o。解：由于 l 值極大，故負(fù)載電流

2、連續(xù)，于是輸出電壓平均值為uo= ton e = 20200 =80(v)t50輸出電流平均值為io =u o - em = 8030 =5(a)r103在圖 5-1a 所示的降壓斬波電路中， e=100v， l=1mh，r=0.5，em =10v ，采用脈寬調(diào)制控制方式， t=20s，當(dāng) ton=5 s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 uo，輸出電流平均值 io，計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。 當(dāng) ton=3s 時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：m= em = 10 =0.1e100.= l = 0.001 =0.002r0.5當(dāng) ton=5s 時(shí)，有 = t

3、=0.01= ton =0.0025由于0.00251 =0.249me1= e0. 01e1e1所以輸出電流連續(xù)。此時(shí)輸出平均電壓為uo = ton e =1005 =25(v)t20輸出平均電流為io = u o - em = 2510 =30(a)r0.5輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為i max=1eme=1e 0.00250.1100=30.19(a)1er1e 0.010.5i min =e1ee0.00251100e1mr=e0.0110.10.5 =29.81(a)當(dāng) ton=3s 時(shí)，采用同樣的方法可以得出： =0.0015由于e1= e0.0151 =0.149m0. 0

4、1e1e1所以輸出電流仍然連續(xù)。此時(shí)輸出電壓、 電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時(shí)值分別為：.uo = ton e =1003 =15(v)t20io = u o - em=1510 =10(a)r0.5i max=1e0.0015100 =10.13(a)0.010.11e0.50. 0015100 =9.873(a)i min =e0.0110.1e10.54 簡(jiǎn)述圖 5-2a 所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感 l 值很大，電容 c 值也很大。當(dāng) v 處于通態(tài)時(shí)，電源 e 向電感 l 充電，充電電流基本恒定為i 1，同時(shí)電容c 上的電壓向負(fù)載 r 供電，因 c 值很大

5、，基本保持輸出電壓為恒值uo。設(shè) v處于通態(tài)的時(shí)間為 ton，此階段電感 l 上積蓄的能量為 ei 1ton 。當(dāng) v 處于斷態(tài)時(shí) e 和 l 共同向電容 c 充電并向負(fù)載 r 提供能量。設(shè) v 處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff ，則在此期間電感 l 釋放的能量為 u o e i 1toff 。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 t 中電感 l 積蓄的能量與釋放的能量相等，即：ei 1tonu o e i 1t off化簡(jiǎn)得：u otontoff et etofftoff式中的 t / toff1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。.5 在圖 5-2a 所示的升壓斬波電路中，已知 e=50v

6、，l 值和 c值極大， r=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) t=40s，t on=25s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值uo，輸出電流平均值io。解：輸出電壓平均值為：uo =輸出電流平均值為：t e =4050 =133.3(v)toff4025i o = u o =133.3 =6.667(a)r206試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和cuk 斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開關(guān) v 處于通態(tài)時(shí)，電源 e經(jīng) v 向電感 l 供電使其貯存能量， 此時(shí)電流為 i 1，方向如圖 3-4 中所示。同時(shí)，電容 c 維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載 r 供電。此后，使 v 關(guān)斷，電

7、感 l 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 i 2，方向如圖3-4 所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 t 內(nèi)電感 l 兩端電壓 ul 對(duì)時(shí)間的積分為零， 即t0ul d t0當(dāng) v 處于通態(tài)期間， ul = e；而當(dāng) v 處于斷態(tài)期間， ul = - uo。于是：eton u o toff所以輸出電壓為：u oton etoneet offt ton1.改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng) 0 1/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/2 1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。cuk 斬波電路的基本原理：當(dāng) v 處于通態(tài)時(shí)， el1v 回路

8、和 rl2cv 回路分別流過電流。當(dāng) v 處于斷態(tài)時(shí)， el1cvd 回路和 rl2vd 回路分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖 3-5b 所示，相當(dāng)于開關(guān) s 在 a、b兩點(diǎn)之間交替切換。假設(shè)電容 c 很大使電容電壓uc 的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)s 合到 b點(diǎn)時(shí)， b 點(diǎn)電壓 ub =0，a 點(diǎn)電壓 ua = - uc；相反，當(dāng)s 合到 a 點(diǎn)時(shí)，bc，ua=0。因此，b點(diǎn)電壓ub 的平均值為 utoffu（uc 為電容u = ubct電壓uc 的平 均值），又因 電感l(wèi)1 的 電壓平均值為 零，所以eu btoff u c 。另一方面， a 點(diǎn)的電壓平均值為

9、 u at on u c ，且 l2tt的電壓平均值為零，按圖3-5b 中輸出電壓 uo 的極性，有 u ot on u c 。t于是可得出輸出電壓uo 與電源電壓 e 的關(guān)系：u oton etoneet offt ton1兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的， 均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， cuk 斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)， 其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。7試?yán)L制 speic 斬波電路和 zeta 斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。解： sepic 電路的原理圖如下：.il1c1vd1ul1u c1i 2evl2uorul2c2a)sepic 斬波電路在 v 導(dǎo)通 t on 期間，ul1=eul2= uc1在 v 關(guān)斷 t off 期間ul1e uo uc1ul2=uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 l1、l2 的電壓平均值均為零，則下面的式子成立e t on + ( e uo uc1) t off =0uc1 t on uo t off =0由以上兩式即可得出uo= ton etzeta電路的原理圖如下：vl2uc1c1i1u l2eu l1 l1vduorc2在 v 導(dǎo)通 t on 期間