用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（t）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程小减少的重力势能是否等于增加的动能．其小没有必要进行的或者操作不当的步骤是____．（将其选项对应的字母填在横线处）（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为st，点CE间的距离为s2，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程小，重锤重力势能的减少量为△EP=____，重锤动能的增加量为△EK=____；②由于误差的存在，△EP____△EK（该空填“大于”“小于”或者“等于”）-乐乐题库
& 验证机械能守恒定律知识点 & “用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律...”习题详情
204位同学学习过此题，做题成功率60.7%
用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（t）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程小减少的重力势能是否等于增加的动能．其小没有必要进行的或者操作不当的步骤是BCD&．（将其选项对应的字母填在横线处）&&&&（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为st，点CE间的距离为s2，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程小，重锤重力势能的减少量为△EP=mg（s0+st）&，重锤动能的增加量为△EK=t2m(st+s24T)2&；②由于误差的存在，△EP大于&△EK&（该空填“大于”“小于”或者“等于”）
本题难度：一般
题型：填空题&|&来源：网络
分析与解答
习题“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（...”的分析与解答如下所示：
解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度，从而求出动能．根据功能关系得重力势能减小量等于重力做功的数值．知道实验的误差原因和误差带来的能量转化问题．
解：（1）B、应将打点计时器接到电源的“交流输出”上，故B错误．C、因为我们是比较m七h、12m九2的大x关系，故m可约去比较，不需要用天平．故C没有必要．D、开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重锤，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差．故D错误．故选BCD．（2）重力势能减x量△4p=m七h=m七（s0+s1）利用匀变速直线运动的推论九C=xA4tA4=s1+s24T4kC=12m九C2=12m(s1+&s24T)2重锤动能的增加量为△4K=4kC-0=12m(s1+s24T)2由于纸带通过时受到阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减x量明显大于动能的增加量．所以△4P大于△4K&故答案为：（1）BCD（2）m七（s0+s1），12m(s1+s24T)2，大于．
纸带问题的处理是力学实验中常见的问题，在有纸带处理实验中，若纸带做匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．要知道重物带动纸带下落过程中能量转化的过程和能量守恒．
找到答案了，赞一个
如发现试题中存在任何错误，请及时纠错告诉我们，谢谢你的支持！
用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守...
错误类型：
习题内容残缺不全
习题有文字标点错误
习题内容结构混乱
习题对应知识点不正确
分析解答残缺不全
分析解答有文字标点错误
分析解答结构混乱
习题类型错误
错误详情：
我的名号（最多30个字）：
看完解答，记得给个难度评级哦！
还有不懂的地方？快去向名师提问吧！
经过分析，习题“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（...”主要考察你对“验证机械能守恒定律”
等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
验证机械能守恒定律
与“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（...”相似的题目：
在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00㎏的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）．已知打点计时器每隔0.02 s打一次点，当地的重力加速度g=9.80m/s2．那么：（1）纸带的&&&&端（选填“左”或“右’）与重物相连；&（2）根据图上所得的数据，应取图中O点和&&&&点来验证机械能守恒定律；（3）从O点到所取点，重物重力势能减少量△EP=&&&&J，动能增加量△EK=&&&&J；（结果取3位有效数字）（4）实验的结论是&&&&．&&&&
（2他他八o淮北模拟）在验证机械能守恒的实验中，选出一条纸带如图所示，其中O为起点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以周期为他.他2s的交流电，用最小刻度为mm的刻度尺，测的OA=mm.m3cm，OB=me.八9cm，OC=25.9他cm．在计数点A、B和B、C之间还各有一个计数点未画出．重锤的质量为m着g．根据以上数据计算当打点针打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了&&&&J&&这时它的动能是&&&&J&（g=9.8m/s2）
如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．（1）实验中使用的电源频率是50Hz，则纸带上打出的相邻两点的时间间隔为&&&&&s．（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上．这样做可以&&&&（选填“消除”、“减小”或“增e”）纸带与限位孔之间的摩擦．（如）在实际测量中，重物减少的重力势能通常会&&&&（选填“略e于”、“等于”或“略小于”）增加的动能．
“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律...”的最新评论
该知识点好题
1在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，除了铁架台、低压交流电源、纸带等实验器材外，还必需的器材应包括（　　）
2“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是（　　）
3某同学将一条做“验证机械能守恒定律”实验时打出的纸带，混在了其它2条纸带中，已知打点计时器所用交流电频率为50Hz．为找出该纸带，该同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的中个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为S1、S2、S3．请你根据下列S1、S2、S3的测量结果确定该纸带为．（已知当地的重力加速度为2.地e/s2）（　　）
该知识点易错题
1在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，除了铁架台、低压交流电源、纸带等实验器材外，还必需的器材应包括（　　）
2“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是（　　）
3某同学将一条做“验证机械能守恒定律”实验时打出的纸带，混在了其它2条纸带中，已知打点计时器所用交流电频率为50Hz．为找出该纸带，该同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的中个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为S1、S2、S3．请你根据下列S1、S2、S3的测量结果确定该纸带为．（已知当地的重力加速度为2.地e/s2）（　　）
欢迎来到乐乐题库，查看习题“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（t）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程小减少的重力势能是否等于增加的动能．其小没有必要进行的或者操作不当的步骤是____．（将其选项对应的字母填在横线处）（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为st，点CE间的距离为s2，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程小，重锤重力势能的减少量为△EP=____，重锤动能的增加量为△EK=____；②由于误差的存在，△EP____△EK（该空填“大于”“小于”或者“等于”）”的答案、考点梳理，并查找与习题“用如图t所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压为6中的交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律．（t）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程小减少的重力势能是否等于增加的动能．其小没有必要进行的或者操作不当的步骤是____．（将其选项对应的字母填在横线处）（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A距起始点O的距离为s0，点AC间的距离为st，点CE间的距离为s2，打点记时器的打点周期为T，根据这些条件计算①起始点O到打下C点的过程小，重锤重力势能的减少量为△EP=____，重锤动能的增加量为△EK=____；②由于误差的存在，△EP____△EK（该空填“大于”“小于”或者“等于”）”相似的习题。服务热线：021-
开关电源的电磁干扰问题研究和解决方法
在分析开关变压器的工作原理的时候，必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念，为此，这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。
在自然界中无处不存在电场和磁场，在带电物体的周围必然会存在电场，在电场的作用下，周围的物体都会感应带电；同样在带磁物体的周围必然会存在磁场，在磁场的作用下，周围的物体也都会被感应产生磁通。
现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外，铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。因此，磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。
在宏观条件下，磁场强度可以定义为空间某处磁场的大小。我们知道，电场强度的概念是用单位电荷在电场中所产生的作用力来定义的，而在磁场中就很难找到一个类似于&单位电荷&或&单位磁场&的带磁物质来定义磁场强度，为此，电场强度的定义只好借用流过单位长度导体电流的概念来定义磁场强度，但这个概念本应该是用来定义电磁感应强度的，因为电磁场是可以互相产生感应的。
幸好，电磁感应强度不但与流过单位长度导体的电流大小相关，而且还与介质的属性有关。所以，电磁感应强度可以在磁场强度的基础上再乘以一个代表介质属性的系数来表示。这个代表介质属性的系数人们把它称为导磁率。
在电磁场理论中，磁场强度H的定义为：在真空中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场的作用力F跟电流I和导线长度 的乘积I 的比值，称为通电直导线所在处的磁场强度。或：在真空中垂直于磁场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通过导线所在处的磁场强度就是1奥斯特(Oersted)。
电磁感应强度一般也称为磁感应强度。由于在真空中磁感应强度与磁场强度在数值上完全相等，因此，磁感应强度在真空中的定义与磁场强度在真空中的定义是完全相同的。所不同的是磁场强度H与介质的属性无关，而磁感应强度B却与介质的属性有关。
但很多书上都用上面定义磁场强度的方法来定义电磁感应强度，这是很不合理的；因为，电磁感应强度与介质的属性有关，那么，比如在固体介质中，人们就很难用通电直导线的方法来测量通电直导线在磁场中所受的力，既然不能测量，就不应该假设它所受的力与介质的属性有关。其实介质的导磁率也不是通过作用力来测量的，而是通过电磁感应的方法来测量的。
电磁感应强度一般简称为磁感应强度。
磁场强度H和磁感应强度B由下面公式表示：
（2-1）式中磁场强度H的单位为奥斯特（Oe），力F的单位为牛顿（N），电流I的单位为安培（A），导线长度的单位为米（m）。（2-2）式中，磁感应强度B的单位为特斯拉（T）， 为导磁率，单位为亨/米（H/m），在真空中的导磁率记为 ， = 1。由于特斯拉的单位太大，人们经常使用高斯（Gs）作为磁感应强度B的单位。1特斯拉等于10000高（1T=104Gs）。
由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度，即：单位面积内的磁力线通量。磁力线通量密度可简称为磁通密度，因此，电磁感应强度又可以表示为：
（2-3）式中，磁通密度B的单位为特斯拉（T），磁通量的单位为韦伯（Wb），面积的单位为平方米（m2）。如果磁通密度B用高斯（Gs）为单位，则磁通量的单位为麦克斯韦（Mx），面积的单位为平方厘米（cm2）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs），1韦伯等于10000麦克斯韦（1Wb = 104Mx）。
电磁感应强度除了可以称为磁感应强度、磁通密度外，很多人还把它称为磁感密度。至此，已经说明，电磁感应强度B、磁感应强度B、磁通密度B、磁感应密度B等，在概念上是完全可以通用的。
顺便说明，在其它书上有人把磁感应强度B的定义为：B = (H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，而 是真空导磁率。为了简单，我们不准备引入太多的其它概念，如有特别需要，可通过（2-2）式的定义来与其它概念进行转换。
这里还需要强调指出，用来代表介质属性的导磁率并不是一个常数，而是一个非线性函数，它不但与介质以及磁场强度有关，而且与温度还有关。因此，导磁率所定义的并不是一个简单的系数，而是人们正在利用它来掩盖住人类至今还没有完全揭示的，磁场强度与电磁感应强度之间的内在关系。不过为了简单，当我们对磁场强度与电磁感应强度进行分析的时候，还是可以把导磁率当成一个常数来看待，或者取它的平均值或有效值来进行计算。
开关变压器一般都是工作于开关状态；当输入电压为直流脉冲电压时，称为单极性脉冲输入，如单激式变压器开关电源；当输入电压为交流脉冲电压时，称为双极性脉冲输入，如双激式变压器开关电源；因此，开关变压器也可以称为脉冲变压器，因为其输入电压是一序列脉冲；不过要真正较量起来的时候，开关变压器与脉冲变压器在工作原理上还是有区别的，因为开关变压器还分正、反激输出，这一点后面还将详细说明。
设开关变压器铁芯的截面为S，当幅度为U、宽度为&的矩形脉冲电压施加到开关变压器的初级线圈上时，在开关变压器的初级线圈中就有励磁电流流过；同时，在开关变压器的铁芯中就会产生磁场，变压器的铁芯就会被磁化，在磁场强度为H的磁场作用下又会产生磁通密度为B的磁力线通量，简称磁通，用& &表示；磁通密度B或磁通 受磁场强度H的作用而发生变化的过程，称为磁化过程。所谓的励磁电流，就是让变压器铁芯充磁和消磁的电流。
根据法拉第电磁感应定理，电感线圈中的磁场或磁通密度发生变化时，将在线圈中产生感应电动势；线圈中感应电动势为：
式中，N为开关变压器的初级线圈的匝数； 为变压器铁芯的磁通量；B为变压器铁芯的磁感应强度或磁通密度平均值。
这里引进磁通密度平均值的概念，是因为变压器铁芯中的磁通并不是均匀分布，磁通密度与铁芯或铁芯截面上的磁通实际分布有关。因此，在分析诸如变压器的某些宏观特性的时候，有时需要使用平均值的概念，以便处理问题简单。
从（2-4）式可知，磁通密度的变化以等速变化进行，即：
假定磁通密度的初始值为B(0) = Bo（取t = 0），当t & 0时，磁通密度以线性规律增长，磁通密度以线性规律增长，即：
当t = &时，即时间达到脉冲的后沿时，磁通密度达到最大值Bm = B(&)。磁通密度增量（磁通密度初始值和最终值之差）?B = B(&)－B(0) = Bm－Bo 。
当输入电压是一序列单极性矩形脉冲时，根据电磁感应定律，在变压器铁芯中将产生一个磁通密度增量与之对应，即：
如果能忽略涡流影响，则磁场强度H的平均值取决于导磁体材料的性质。变压器初级线圈内的磁化电流的增长与H成正比。在特性曲线的直线段内磁场强度H、磁化电流 和磁通密度B都以线性变化。
脉冲电压作用结束后( t & & )，变压器中的磁化电流将按变压器的输出电路特性，即电路参数确定的规律下降，变压器铁芯内的磁场强度和磁通密度也相减弱，此时变压器线圈内产生反极性电压，即反电动势。变压器的输出电路特性实际上就是第一章中已经详细介绍过的正、反激电压输出电路特性。
上面分析虽然都是以单极性脉冲输入为例，但对双极性脉冲输入同样有效；在方法上，只须把双极性脉冲输入看成是两个单极性脉冲分别输入即可。
开关电源变压器分单激式开关电源变压器和双激式开关电源变压器，两种开关电源变压器的工作原理和结构并不是完全一样的。单激式开关电源变压器的输入电压是单极性脉冲，并且还分正反激电压输出；而双激式开关电源变压器的输入电压是双极性脉冲，一般是双极性脉冲电压输出。
另外，为了防止磁饱和，在单激式开关电源变压器的铁芯中一般都要留气隙；而双激式开关电源变压器的铁芯磁通密度变化范围相对来说比较大，一般不容易出现磁饱和现象，因此，一般都不用留气隙。
单激式开关电源变压器还分正激式和反激式两种，对两种开关电源变压器的技术参数要求也不一样；对正激式开关电源变压器的初级电感量要求比较大，而对反激式开关电源变压器初级电感量的要求，其大小却与输出功率有关。
双激式开关电源变压器铁芯的磁滞损耗比较大，而单激式开关电源变压器铁芯的磁滞损耗却比较小。这些参数基本上都与变压器铁芯的磁化曲线有关。
历史趣闻：
磁感应强度与磁场强度的概念一直以来都比较混乱，这是因为历史的原因。1900年，国际电学家大会赞同美国电气工程师协会(AIEE)的提案，决定CGSM制磁场强度的单位名称为高斯，这实际上是一场误会。AIEE原来的提案是把高斯作为磁通密度B的单位，由于翻译成法文时误译为磁场强度，造成了混淆。当时的CGSM制和高斯单位制中真空磁导率是无量纲的纯数1，所以，真空中的B和H没有什么区别，致使一度B和H都用同一个单位&&高斯。
1930年7月，国际电工委员会才在广泛讨论的基础上作出决定：真空磁导率有量纲，B和H性质不同，B和D对应，H和E对应，在CGSM单位制中以高斯作为B的单位，以奥斯特作为H的单位。
直至1960年第十一届国际计量大会决定：将六个基本单位为基础的单位制，即米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉，命名为国际单位制，并以SI(法文Le System International el&Unites的缩写)表示，磁感应强度与磁场强度的概念才基本得到统一。
由于历史的原因，在电磁单位制中还经常使用两种单位制，一种是SI国际单位制，另一种CGSM（厘米、克、秒）绝对单位制；两个单位的主要区别是，在CGSM单位制中真空导磁率 ，在SI单位制中真空导磁率 。因此，只需要在CGSM单位制前面乘以一个系数 ，即可把CGSM单位制转换成SI单位制，一般可写成& 或& ，看到这个符号即可知道是采用SI单位制；但这里的& 或& 一般称为相对导磁率，是一个不带单位的系数，而 则要带单位。
&　摘要：基于馈能式电子负载的主电路拓扑结构，给出了电子负载的整流侧和逆变侧控制器的设计方法。使得整流侧实现模拟既定负载的功能，逆变侧实现稳定直流母线电压和单位功率因数能量回馈电网。在MATLAB/Simulink中搭建仿真平台，对设计方法和控制器参数进行验证，得到了满意的结果。
　　关键词：电子负载，控制器，动态设计
　　1& 引言
　　电子负载是一种利用电力电子技术、计算机控制技术及自动化技术实现的电子装置。它能够模拟各种设定的负载形式，具有灵活性；而且还能将电子负载吸收的能量回馈电网，节约电能，具有实用性。
　　本文采用双PWM变换器作为电子负载的主电路拓扑，其中整流侧和逆变侧控制器的设计影响整个控制系统的动、静态特性。整流侧实现模拟既定负载的功能；逆变侧实现稳定直流母线电压和单位功率因数能量回馈电网的功能。因此，正确的控制器设计对研究馈能式电子负载起到至关重要的作用。
本文对主电路控制器进行设计，包括整流侧（电流单环）控制器和逆变侧（电压、电流双环）控制器的设计。
　　2& 整流侧控制器的设计
　　馈能式电子负载主电路拓扑见图1-2所示。
　　图3-1是前级PWM整流环节控制系统框图。对于PWM整流环节，其控制目标是精确控制输入电流，使输入电流对被测电源呈现的负载形式为设定值。控制方法是根据设定的阻抗模型计算出参考电流is1*；将is1*与检测到的实际电流is1进行比较得到误差信号e，经调节器后与三角载波进行比较，得到PWM信号，经驱动电路来驱动PWM整流器的V1-V4四个开关；最终保证is1跟踪is1*。
图3-1　整流环节控制系统框图
　　电子负载的指令信号是由检测到的被测电压源电压（或被测电流源电流）信号和设定的负载模型实时计算得出，其指令信号的产生是决定电子负载准确性和动态响应速度的关键。
　　PWM整流环节控制系统是单闭环(电流环)控制。对系统进行数学建模，得到PWM整流环节电流环控制框图，如图3-2所示。
图3-2　整流环节电流环控制框图
　图3-2中，电流环调节器为PI调节，其传递函数为：
　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
　　其中，Kp为调节器的比例系数，Ti为调节器的积分系数。
　　PWM变换器可以近似看成是一个一阶惯性环节，因此有：
　　　　　　　　　　　　　&&&&&&&&&&& &（2）
　　其中，Ks为PWM装置的放大倍数，Ts为整流器的延时常数，等于开关周期Tc的一半。
　　积分环节&1/sL1&是滤波电感L1的传递函数。Tf为电流检测环节滤波时间常数。
　　由图3-2可得电流环开环传递函数为：
　　　　　　　　　　　　（3）
　　由于Ts和Tf都是较小的时间常数，用时间常数为Tsf的一阶惯性环节来代替两个惯性环节，即：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）
　　化简得：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （5）
　　其中，。
　　按照典型Ⅱ型系统的参数关系有
　　　　　　　　　　　　　　（6）
　　按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）
　　　　　　　　　　　　　　　　 　（8）
　　所以可得
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（9）
　　在工程设计时，选定了实际参数L1和Tsf，即可以据式（7）和（9）计算得出电流环调节器的参数。
　　3& 逆变侧控制器的设计
　　图3-3为后级逆变环节控制系统框图。后级能量回馈环节采用传统的电压外环和电流内环双闭环控制方案。控制方法是将直流电压参考值Udc*与实际直流电压Udc比较，得到误差信号e；经电压环调节器后与电网电压同步信号相乘作为逆变电流的指令电流is2*；再将is2*与实际电流is2进行比较，得到误差信号e&；经电流环调节器后与三角波进行比较得到PWM控制信号，经驱动电路来驱动PWM逆变器的V5-V8四个开关。
图3-3 逆变环节控制系统框图
　　电流内环保证逆变电流是与电网电压同步的正弦波，且功率因数为&负1&。电压外环保证直流母线电压为恒值；当Udc偏高时使is2*幅值增大，以增大逆变电流is2*的幅值使得回馈能量增多；相反当Udc偏低时使is2*幅值减小，以减小逆变电流is2*的幅值使得回馈能量减少。
　　3.1 逆变侧电流环（内环）控制器的设计
　　逆变环节电流环控制框图见图3-4，图中Ts为PWM逆变器的等效延时时间，L2为逆变侧滤波电感。
图3-4　逆变环节电流环控制框图
　　电流环调节器为比例调节，其传递函数为：
　　　　　　　　　　　　　　　　　（10）
　　其中，Kpi为电流环调节器的比例系数。
　　电流环开环传递函数为：
　　　　　　　　　　　　　　　（11）
　　其中，。
　　电流环闭环传递函数为：
　　　　　　　　　（12）
　　其中，，。
根据二阶最佳工程设计方法，&=0.707时最佳，可得：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（13）
　　由式11、13可得：
　　　　　　　　　　　　　　　　 （14）
　　3.2 逆变侧电压环（外环）控制器的设计
图3-5　逆变环节电压环控制框图
　　逆变侧电压环控制框图如图3-5所示，电压环为PI调节器，其传递函数为：
　　　　　　　　　　　　 （15）
　　其中，Kpv为电压环调节器比例系数，Tiv为电压环调节器积分系数。
　　由式12得电流环闭环传递函数为：
　　　　　　　　　　（16）
　　忽略高次项，Wbi(s)可近似降阶为：
　　　　　　　　　　　　　　 （17）
　　因此电压环开环传递函数为：
　　　　　　　　　　　（18）
　　其中，。
　　参考式6、7、8和18得电压调节器的时间常数Tiv和比例系数Kpv分别为：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（19）
　　4& 仿真结果
　　根据以上所述电子负载的主电路及控制策略，在MATLAB/SimulinK平台中搭建仿真模型，系统参数设计如下：L1=L2=16mH，Cd=2200uF，Udc=600V，开关频率fc1=fc2=25kHz，电网电压us2=311sin314t。
　　整流侧控制器参数：Tsf=0.00002s，Ks=60，由式6得Ti=0.0001s，由式9得Kp=8。
　　逆变侧控制器参数：Ts=0.00002s，Ks=60，由式14得电流内环Kpi=6.67，由式19，式20得电压外环Tiv=0.0002s，Kpv=33。
　　仿真运行参数：被测电源电压us1=220sin314t，t=0～0.18s模拟负载Z=50&O，t=0.18～0.21s模拟负载Z=100&O。
　　图3-6为模拟电子负载突加负载时的仿真波形，图（a）为被测电源电压us1与电流is1波形，从电流波形可以看出，突加负载后可以迅速的模拟相应的负载；图（b）为稳态时电网电压us2与输出电流is2波形，能量以单位功率因数回馈电网，直流侧电压稳在600V。图中电流波形均被放大20倍。
图3-6& 突加负载时的仿真波形
　　从图3-6可以看出，本文设计的控制系统的动态响应快，随着指令信号的变化，能够迅速模拟既定的负载。
　　5& 结论
　　馈能式电子负载的控制部分包括PWM整流和PWM逆变两部分。本文设计了整流侧单环控制器和逆变侧双环控制器的设计方案。在MATLAB/Simulink中仿真结果证实本文的设计方法和控制器参数选择是正确的。引言
发电系统目前主要用于无电或缺电的边远地区，作为独立的电源给家用电器及照明设备供电。随着电力紧张、环境污染等问题的日趋严重，与公用电网并网运行的太阳能发电系统已显出越来越大的竞争力。光伏发电的并网运行，将省去独立光伏系统中的贮能环节&蓄电池，从而大大减少了电站的维护。由于蓄电池的寿命较短，省去蓄电池后，发电系统的寿命可与太阳能电池的寿命相当。对于家庭住宅而言，配备光伏发电系统，可缓和白天电力紧张的局面，提高电网功率因素和降低线路损耗。光伏电站的并网发电，最终将取代常规能源发电。光伏发电的并网原理如图1 所示。太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器向电网传送电能，逆变器馈送给电网的电力由阵列功率和当时当地的日照条件决定。逆变器除了具有直流& 交流转换功能外，还必须具有光伏阵列的最大功率跟踪功能和各种保护功能。图1 所示逆变器为电压型逆变器。目前，电压源型逆变器技术已日趋成熟，所需的硬件也
容易购得。本文将对电压型逆变器作进一步研究。
&1 小型光伏并网电站应具备的性能
光伏电站并网运行，对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下：
① 要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。
②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。
③要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性特性[1]。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。
④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站，其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上，因此对其体积、重量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20 年以上，因此其配套设备的寿命也必须与其相当。
⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。
2 正弦波电压型逆变器的实现
光伏发电并网运行时的电路原理如图2 所示。Up 为逆变器输出电压，Uu 为电网电压，R为线路电阻，L 为串联电抗器，Iz 则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1，回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压Uu为参考，则Iz 与Uu 同相位，其矢量图如图3 所示。内阻R 两端的电压UR 与电网电压相位一致，而电抗器两端电压UL 的相位则落后于UR90&.由此可以求得UP 的相位和幅值：
其中&为公用电网角频率。实际电路中，Uu 的相位、周期和幅值由电压传感器检测得到。由于在实际系统中R 是很难得到的，因此回馈电流Iz 的相位必须采用电流负反馈来实现，回馈电流Iz 的相位角的参考相位即为公用电网相
位。用电流互感器随时检测Iz，确保Iz 与电网电压相位一致，以实现功率因数为1 的回馈发电。
实用的光伏发电并网运行专用逆变器结构如图4 所示。逆变器主电路功率管采用IGBT，容量为50A、600V，型号为2MBI50N-060 。隔离驱动电路采用东芝公司生产的TLP250。逆变器的控制部分由微处理器完成。主控芯片采用INTEL 公司最新推出的逆变或电机驱动专用16 位微处理器87C196MC,该芯片除了具有16 位运算指令外，还具有专用的脉宽
调制(PWM)输出口[2]，包括一个10 位A/D 转换器、一个事件处理阵列、两个16 位定时器和一个三相波形发生器。三相波形发生器的每相均能输出两路死区时间可以设定的PWM 信号。
这就给逆变应用场合提供了很多便利。微处理器主要完成电网、相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生，其工作过程如下：公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器送给微处理器的A/D 转换器，微处理器将回馈电流的相位与公用电网的电压相位作比较，其误差信号通过PID 调节后送给PWM 脉宽调制器，这就完成了功率因数为1 的电能回馈过程。微处理器完成的另一项主要工作是实现光伏阵列的最大功率输出。光伏阵列的输出电压和电流分别由电压、电流传感器检测并相乘，得到阵列输出功率，然后调节PWM 输出占空比。这个占空比的调节实质上就是调节
回馈电压大小，从而实现最大功率寻优。
从图3 可以得知，当Up 的幅值变化时，回馈电流与电网电压之间的相位角&也将有一定的变化。由于电流相位已实现了反馈控制，因此自然实现了相位与幅值的解耦控制，使微处理器的处理过程更简便。另外，光伏发电并网运行还必须考虑公用电网停电时的工作状况。常规的光伏发电并网系统，在公用电网停电时则停止逆变器工作。若在白天，其实光伏阵列仍能继续发电。
其工作原理如下：当公用电网断电时，电网侧相当于短路状态，此时并网运行的逆变器将由于过载而自动保护。当微处理器检测过载时，除封锁SPWM 信号外,还将断开继电器RE，此时若光伏阵列有能量输出，逆变器将在单独运行状态下运行。单独运行时控制相对简单，即为交流电压的负反馈状态，微处理器通过检测逆变器输出电压并与参考电压（通常为220V）比较，然后控制PWM 输出占空比，实现逆变和稳压运行。当然，单独运行的前提是光伏阵列在当时能够提供足够的功率。若负载太大或日照条件较差，则逆变器无法输出足够的功率，光伏阵列的端电压即会下降，从而使输出交流电压降低而进入低压保护状态。当电网恢复供电时，将自动切换至回馈状态。
采用16 位微处理器和高速IGBT 功率模块实现了中、小容量光伏电站的并网发电。本文描述的光伏发电的并网运行逆变器，不仅具有较高的效率和畸变小的输出电流波形，而且在电网断电的情况下能够单独运行，具有一定的推广应用前景。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 开关电源功率器件热设计
日 作者：甘林川／景有泉／王宁 来源：《中国电源博览》 编辑：樊晓琳
　　摘要：本文通过分析开关电源功率器件的热设计的重要性，继而提出了开关电源的热设计流程，然后阐述了一种计算开关电源功率器件功率损耗的方法，最后根据损耗确定散热器及冷却方式的选取，对开关电源功率器件的热设计有重要意义。
　　关键词：& 功率器件& 热设计
　　Abstract : the text bring forward the switch power supply thermal design flow after analyzing the importance of the thermal design , set forth the way of accounting the power waste of the power supply power parts of an apparatus , at last, confirm the radiator and cooling fashion , it plays an important role in the thermal design of switch power supply parts of an apparatus.
　　Key word : switch power supply；power supply parts of an apparatus；thermal design
　　发展到今天，从以前的，组建发展到现在的开关电源，它伴随着频率的提高，效率的增加，功率密度的提高，特别是开关电源逐渐要求小型化的今天，对开关电源的热分析的要求越来越高。
　　有统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备，特别是功率器件更是开关电源发热中的重中之重的器件，因此功率器件的热设计愈加成为开关电源产品设计的关键一环，热设计的效果也直接关系到开关电源能否长期正常、稳定地工作。热设计是开关电源设备结构设计中不可忽略的一个环节，直接决定了产品的成功与否，良好的热设计是保证设备运行稳定可靠的基础。
　　热设计一般都伴随着开关电源的初步设计开始，而一个好的热设计[2]，首先就得对它的功率器件发热量级功耗有一个好的预估，这样就对开关电源的可靠性就有一个良好的保证。
　　1、开关电源功率器件热设计流程
　　在开关电源功率器件的热设计中，要有一个好的热设计流程作为指导，这样才能做到工作的有序化和有条不紊。图1为功率器件热设计流程图
图1 功率器件热设计流程图
　　2、功耗分析
　　下面我们以反激式开关电源威力对开关电源功率器件的热设计进行研究，图2为反激式开关电源得主电路拓扑图
图2& 反激式开关电源主电路拓扑图
　　（1）开关管的功耗
　　我们知道，开关管的工作过程[1]分为四个阶段即开通阶段、关断阶段、导通阶段、截止阶段。图3是开关管工作过程时的电压电流波形。设各个阶段时间依次为tr,tf,ton,toff,在图中采取了分段折线处理，实际的电压电流波形比这复杂。计算开关管的功耗可以将这四个阶段功耗加起来极为开关管在一个周期的功耗总和。在开关管截止期间，集电极电压（为一次整流滤波后的直流电压），集电极电流（为集电极漏电流）。开关管导通后，集电极电流从IC1增大到IC2，集电极电压（为饱和压降）。
图3 开关管在一个开关周期内电压电流波形图
　　在开关管由截止转为导通的电压上升期间，或是由导通转为截止的电压下降期间，开关管的电流并不是立即下降到或上升到，而是以某一斜率逐渐下降或上升，这样就会产生开关管的开通损耗与关断损耗，由图3的近似波形可知在开关管电压上升过程中起电压和电流分别为：
　　下降期间其电压和电流分别为
　　开关管在开通阶段的损耗为
　　开关管在关断阶段的损耗为
　　实际上，目前大功率开关管生产工艺已较成熟，即使在晶体管[3]表面温度达到100℃时，约1-3V，约0.5-1Ma，而，一般为220V交流电直接整流滤波后的直流电压，其值为300V左右，而约为数百毫安至数安培，考虑到
　　从而有：
　　开关管在导通阶段的损耗为
　　开关管在截止期间的损耗为
　　一周期内开关管的平均损耗为
　　当脉冲变压器电感量L足够大时，开关管导通期间集电极电流变化不大，，可得：
通常在实际的电路中，在开关电源参数设计阶段都可以确定，是由实际的开关管性能决定的。
　　（2）整流二极管的功耗
　　整流二极管的功率损耗主要分为正向导通功率损耗和反向负压时的功率损耗，图4为二极管工作时的电压和电流波形图。
图4& 二极管在一个开关周期内电压电流波形图
　　正向导通损耗功率为：
　　其中正向导通电流ID较大，但正向导通压降VD约为0.6～0.7V，tD为正向导通时间。
　　当二次整流二极管上的电压由正变负时，由于二极管内少数载流子的存储效应，二极管中的电流不会立即变为零，而是存在一个反向截止时间 ，同图4可近似得到此时二极管的功率损耗为：
　　在一个周期内的平均热功率
　　通常在实际的电路中，在开关电源参数设计阶段都可以确定，是由二极管性能决定的，可用专门的仪器进行测量。
　　3、散热器及冷却方式的选取
　　设功率器件工作环境温度最高为Ta，功率器件最大允许结温为，功率器件内部热阻(PN结接部与外壳封装)，确定绝缘垫热阻抗（减小接触热阻[2]可以采取的措施有：加大接触面之间的压力，提高接触面的加工精度， 接触表面之间加导热衬垫，一般而言在接触面涂敷硅脂可使接触热阻降低（20～50）%），确定接触热阻（它可以通过功率器件外壳类型与功率器件与散热器的安装条件（比如是否加垫片，是否涂硅脂，采用何种材料垫片等），查阅相关手册也可得到相应的接触热阻值），则散热阻抗
　　这就可根据在具体开关电源中可以使用的散热器的体积来决定是选用体积大，热阻小的散热器还是选用体积小，热阻稍大然后再加上风冷等冷却方式来使散热器的热阻减小，我们知道，散热器热阻抗与散热器的表面积、表面处理方式、散热器表面空气的风速、散热器与周围的温度差有关。
　　在选用散热器时应把握以下几个原则：
　　（1）肋片长度适当增加能减小器件结温，但过分增加肋片长度不能确保热量传导到散热器肋片的末端，因此传热受到影响，不能大大降低结温，反而使散热器重量增加太多。一般认为散热器的肋片长度和基座宽度之比接近1传热较好
　　（2）肋片厚度对散热效果没有多大影响
　　（3）肋片高度对散热器散热性能影响较大，但肋片高度过高，散热器体积增加太多就受到实际应用中散热器可使用体积的限制
　　（4）肋片数目的增多可改善散热效果，但超过某一数值就没有什么变化，而且重量还易增加，因而不能盲目增加肋片的数目。
　　（5）散热器一般都要进行煮黑氧化处理。
　　当在实际应用中，给散热器提供的空间不足以安装热阻小，体积较大的散热器时就要采用风冷等冷却方式，而在选择风扇时，也要注意把握以下几个原则：
　　（1）在功率允许的情况下，尽可能选择风量较大的风扇，与风量有关的因素包括风扇的大小，转速等。
　　（2）风扇的送风形式对散热效果也有较大的影响，鼓风时产生的是紊流，风压大但容易受到阻力损失；抽风时产生的是层流，风压小但气流稳定。理论上说，紊流的换热效率比层流大得多，但是气流的运动与散热片也有直接关系。在某些散热片设计中（比如过于紧密的鳍片），气流受散热片阻碍非常大，此时采用抽风可能会有更好的效果。因而在选用时要注意。
　　4、可行性判定
　　在设计的最后阶段，就综合考虑开关电源的热设计与电气设计、电磁兼容设计是否发生冲突，如果发生冲突的话就要采取折中的方法，各自牺牲一些指标，从而使开关电源的可靠性及可用性都得到保证。
　　5、结论
　　本文所提出的开关电源功率器件的热设计方法，在功耗计算（涉及到开关器件的选取、电路设计中参数的选择等都有明确的方向与方法），散热器与冷却方式的选择也提出了它的原则，对开关电源功率器件的热设计有重要的指导作用。
　　参考文献：
　　[1]张占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计。电子工业出版社，2005.3
　　[2]Marty Brown 著，徐德鸿，沈旭，杨成林，周邓燕译。开关电源设计指南。机械工业出版社，2005.1
　　[3]林渭勋著。现代电力电子电路。浙江大学出版社，2004.3
基于开关电源的电磁干扰问题研究和解决方法
日 作者：匿名 来源：维库开发网 编辑：ser
摘要：开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的原因及种类，并给出了常用的抑制开关电源电磁干扰的措施、滤波器设计及参数选择。
　　近年来，以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是，由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。如今，如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容（EMC）设计师非常关注的问题。本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。
1开关电源的干扰源分析
　　开关电源产生电磁干扰最根本的原因，就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值，典型的值在MHz范围，而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源基本信号，尤其是控制电路的信号造成干扰。
　　开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声，例如，通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声，如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。
　　如图1所示，电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰，在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰（如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰）。进行开关电源EMI/EMC设计时一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰，另一方面要加强开关电源本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析开关电源噪声产生的原因和途径。
图1开关电源噪声类型图
1.1电源线引入的电磁噪声
　　电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰（Common-mode Interference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰（Differential-mode Interference）定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。两种干扰的等效电路如图2[1]所示。图中CP1为变压器初、次级之间的分布电容，CP2为开关电源与散热器之间的分布电容（即开关管集电极与地之间的分布电容）。
图2两种干扰的等效电路
　　如图2（a）所示，开关管V1由导通变为截止状态时，其集电极电压突升为高电压，这个电压会引起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1充电，分布电容的充电频率即开关电源的工作频率。则线路*模电流总大小为（Icm1＋Icm2）。如图2（b）所示，当V1导通时，差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器初级、开关管组成的回路流通。由等效模型可知，共模干扰电流不通过地线，而通过输入电源线传输。而差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。所以，我们设置电源线滤波器时要考虑到差模干扰和共模干扰的区别，在其传输途径上使用差模或共模滤波元件抑制它们的干扰，以达到最好的滤波效果。
设计制作：