电力电子电路常见波形及分析(2)

平均值
平均值也称为直流值，当采用直流仪表测量一个周期波形信号时，其显示的测量结果是这个周期波形的平均值。因此，平均值是可以在电路中直接用直流仪表测量出的一个电路参数。根据周期信号的波形方程，在一个周期T的范围内对信号进行积分，并除以周期T，就得到了周期信号的平均值，记为Uave或Iave。
1．直流
直流作为一种恒稳的信号，显然，平均值Uave(Iave)就是它的标称值，同时也是它的最大值或峰值Um(Im)，即 2 矩形波
对一个周期的矩形波电压进行积分，并除以周期时间，可得矩形波电压的平均值 可见，矩形波电压的平均值就是最大值Um和占空比D的乘积。
3．正弦波
对于正弦波求平均值是没有意义的。因为在正弦波的一个周期内，正半周波形和负半周波形是完全对称的．积分结果为0。可实际上正弦波又实实在在地携带有能量，因此，其特征是不能用平均值来表示的。
对于经二极管半波整流后的正弦波电压可以求平均值 这个值也是通过直流仪表测量半波整流结果时，直流仪表显示的电压值。
对于经二极管全波整流后的正弦波电压也可以求平均值 显然，当使用直流仪表测量全波整流结果时，直流仪表也会显示出这个电压值。
均方根值
均方根值是对信号波形u(t)或i(t)的平方求平均值，再进行开方的结果，记为Urms或Irms。
均方根值也称有效值，它可以指示信号发送功率的能力。不管什么波形，具有相同均方根值的信号发送到阻性负载上的功率是相同的。
1 直流
直流电压的均方根值仍是其标称值，即 2 矩形波
对矩形波信号的方程求均方根值，得 3 正弦波
对正弦波电压的方程求均方根值，可得正弦波电压的均方根值(有效值) 对于经二极管半波整流后的正弦波电压，均方根值为 对于经二极管全波整流后的正弦波电压，均方根值为 显然，这个值与未进行整流的正弦波电压的均方根值是一样的。
要注意的是，经全波整流的正弦被与经半波整流的正弦波从波形上看，前者是多了一倍，但经全波整流的正弦波电压的均方根值并不是经半波整流的正弦波电压均方根值的两倍，而仅是一个根号2倍的关系。不过，如果将全波整流后的正弦波电压与半波整流后正弦波电压作用于同样大小的阻性负载上时，前者产生的功率将是后者的两倍。这是由于功率是电压和电流的乘积，如果根号2倍的电压作用于阻性负载上时，则电流也会为根号2倍，功率就将会是2倍。
例  设正弦交流电源的榆出电压为u(t)＝10sin314t，求此电压经二极管半波整流和全波整流后，电压的均方根值以及作用于一个10欧电阻上产生的功率。(设二极管为理想二极管，其正向压降为0)
解  根据正弦电压均方根值的计算公式，可有 将这两个电压分别作用于一个10欧电阻上时，有 对于正弦波信号要注意最大值Um平均值Uave均方根值Urms三者之间的关系和区别，在不同的电路情况下，电路会反映出不同的值，这在电路的设计和测量中会经常遇到。
例如，正弦信号u(t)＝Umsinωt，此信号经二极管全波整流后(假设二极管是理想的)信号变为 用直流仪表测量此电压时，显示结果为此电压的平均值Uave=2Um/π，但是如果将此电压作用在一个电阻为R的阻性负载上，产生的功率将为P=U_m²/2R，这显然对应于信号的均方根值；而将整流信号接人一个电容进行滤波，在空载情况下，测量得到的电压将为u(t)＝Um，为信号的最大值。
功率
功率等于电压与电流的乘积，这个结论通常只适用于恒稳直流电压和恒稳直流电流。对于周期波形信号，功率是一个平均值的概念，要在一个周期内对电压电流积求平均值，才可得到信号的平均功率。因此，平均功率的计算式为 1 直流
直流信号的功率等于电压与电流的乘积 此式虽然简单，但是在电路的分析当中是最经常使用的公式。
例  设电路中有一个10欧的电阻，其上通过的电流为0.42A，求此电阻应选择多大功率的电阻。
解  由于电阻通过的电流为0.42A，故此电阻上的电压降 电阻上的功耗为 实际中应选耗散功率为2W的电阻。
2矩形波
当把一个矩形电压u(t)加到一个纯阻性负载上时，就会产生一个同样形状的矩形电流i(t)。负载上的平均功率为 要注意此结论仅适用于电压、电流波形相同的情况。当把一个矩形电压u(t)加到一个感性负载上时，电流将是锯齿波或梯形波，此时平均功率计算需依靠电压、电流波形，以积分方式求得。
3 正弦波
最简单的模型是将正弦波电压加到一个纯阻性的负载上，产生一个与电压同相的正弦波电流，有 则负载上的功率为 这个结果与交流电路中的有效值计算方法所得结果是一致的。
要特别注意的是，上述结论的使用仅限于信号电压和电流均为正弦波且为同相位的条
件下，如果信号电压和电流的波形不同或相位不同，则上述结论可能不成立。
电力电子技术是研究大功率负载驱动技术和大功率电源变换技术的一门学科，与模拟电子技术、数字电子技术等学科不同，电力电子技术的主要特点在于其面对的负载是大功率负载，这类负载通常要求在高电压、大电流、强功率的条件下工作。为此，电力电子技术所研究的电路器件、电路下作形式和电路设计方法无一不是以能够为负载提供足够大的输出功率为基本出发点的。
出于输出功率大，电力电子技术对于电路的电源转换效率便格外注重，其各种电路工作形式和设计方法往往是以提高电源转换效率、降低功率器件的自身损耗为日标的。此外．由于电力电子电路通常工作于高电压、大电流的条件下．电路的可靠性、安全性和抗干扰能力也是必须要考虑的问题。此类问题通过电力电子电路中的缓冲电路、保护电路和抗干扰设计等手段来解决。
电力电子技术的应用可以使电气设备的控制方式得到大的改善，使电气设备的控制更为精确，性能巫为优越。电力电子技术在电气设备的节能方面有重要的作用，可以有效地降低电气设备的丁作损耗。电力电子技术的应用可以使许多绿色能源得以充分地利用，扩展了能源的产生形式，同时还可使电力传送出现重大变革，降低电力传送的损耗，这些均会对社会生产和生活产生深远的影响。
电力电子电路的设计过程中，对电路的各部分电压、电流利功率等参数的计算是必不可少的，参数计算是电路工作电压的确定、功率器件的选择、缓冲电路和保护电路的参数设定以及电路布线形式等一系列设计问题的重要依据。电力电子电路中常用的电压、电流形式是直流、矩形波和交流正弦波，对于这些电压、电流形式的平均值、有效值和功率的计算，是电力电子技术学习中必须掌握的内容。