《電力電子技術(shù)》習(xí)題答案(第四版_王兆安_王俊主編)

第 1 章 電力電子器件 1. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？ 答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍?且 。 2. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。 要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。 3. 圖 1陰影部分為晶閘管處于 通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為 計(jì)算各波形的電流平均值 電流有效值 0 02 2 2 4425 4a) b) c)圖 1 - 4 30圖 1晶閘管導(dǎo)電波形 解： a) 21 4 )(m=2122) m 42 )()s 1 m=22143 m b) 1 4 )(m=122) m 42 )()s m=22 2143 m c) 21 20 )( 13 = 202 )(21 m =21 . 上題中如果不考慮安全裕量 ,問(wèn) 100A 的晶閘管能送出的平均電流 為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值 為多少 ? 解：額定電流 I T(=100A 的晶閘管，允許的電流有效值 I =157A，由上題計(jì)算結(jié)果知 a) 1 b) c) I = 314, 1. 普通晶閘管同為 構(gòu) ， 為什么 夠自關(guān)斷 ， 而普通晶閘管不能 ？ 答： 普通晶閘管同為 構(gòu)，由 成兩個(gè)晶體管 別具有共基極電流增益 1 和 2 ，由普通晶閘管的分析可得， 1 + 2 =1 是器件臨界導(dǎo)通的條件。 1 + 2 1，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通； 1 + 2 1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)?普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同： 1) 設(shè)計(jì)時(shí) 2 較大，這樣晶體管 制靈敏，易于 斷； 2) 通時(shí) 的 1 + 2 更接近于 1，普通晶閘管 1 + 2 為1 + 2 飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利條件； 3) 多 元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) 陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得 區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。 6. 如何防止電力 靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？ 答：電力 柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。 輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開(kāi)路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過(guò) 20 的擊穿電壓，所以為防止靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接； 裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙 鐵必須接地，測(cè)試時(shí)所有儀器外殼必須接地； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過(guò)高 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。 7. 電力 驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？ 答： 動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻， 電壓驅(qū)動(dòng)型器件， 驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流 ，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 動(dòng)電路的特點(diǎn)是： 求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的 2 幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分。 電力 動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。 8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析 沖電路中各元件的作用。 答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓， du/過(guò)電流和 di/小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)， 電， 到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng) 流，使 du/小，抑制過(guò)電壓。 9. 試說(shuō)明 電力 自的優(yōu)缺點(diǎn)。 解：對(duì) 電力 優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小 開(kāi) 關(guān) 速 度 低 于 電 力壓，電流容量不及 壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低 開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題 壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng) 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低 電 力 關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò) 10電 力電子裝置 第 2 章 整流電路 3 1. 單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電， L 20100V，求當(dāng) 0和60時(shí)的負(fù)載電流 畫(huà)出 形。 解： 0時(shí)，在電源電壓 正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感 L 儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓 負(fù)半周期，負(fù)載電感 L 釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓 一個(gè)周期里，以下方程均成立： s d 考慮到初始 條件：當(dāng) t 0 時(shí) 0 可解方程得： )co 2d 20 2d )(d)co 2 1 =22=) 波形如下圖： 0 2 2 2 60時(shí)，在 半周期 60180期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L 儲(chǔ)能，電感 L 儲(chǔ)藏的能量在 半周期 180300期間釋放，因此在 個(gè)周期中 60300期間以下微分方程成立： s d 考慮初始條件：當(dāng) t 60時(shí) 0 可解方程得： )co 2d 其平均值為 )(d)c o 2 1 3532d =2 2=) 此時(shí) 波形如下圖： 4 + t +2圖 2具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)明： 晶閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ； 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。 答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒(méi)有直流磁化的問(wèn)題。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱(chēng)，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn) 題。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 以晶閘管 例。當(dāng) 通時(shí)，晶閘管 個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 受的最大電壓為 2 22U 。 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角 相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（ 0 ）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0；（ ）期間，單相全波電路中 相全控橋電路中 通，輸出電壓均與電源電壓 等； ( )期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0； ( 2 )期間，單相全波電路中 通，單相全控橋電路中 通，輸出電壓等于 對(duì)于電感負(fù)載：（ ）期間，單相全波電路中 通，單相全控橋電路中 通，輸出電壓均與電源電壓 等；（ 2 ）期間，單相全波電路中 通，單相全控橋電路中 通，輸出波形等于 可見(jiàn)，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。 3單相橋式全控整流電路， 100V，負(fù)載中 R 2 ， L 值極大，當(dāng) 30時(shí)，要求 ： 作出 波形； 求整流輸出平均電壓 流 壓器二次電流有效值 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解： 波形如下圖： 5 輸出平均電壓 電流 壓器二次電流有效值 別為 2 100 V） R A） A） 晶閘管 承受的最大反向電壓為： 2 100 2 V） 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： 23） 283424（ V） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 流過(guò)晶閘管的電流有效值為： 2 A） 晶閘管的額定電流為： ） 2635（ A） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 4單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫(huà)出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。 解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下： 6 0 2 t t 相橋式全控整流電路， 00V，負(fù)載中 R=2， L 值極大，反 電勢(shì) E=60V，當(dāng) =30時(shí)，要求： 作出 波形； 求整流輸出平均電壓 流 壓器二次側(cè)電流有效值 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解： 波形如下圖： 整流輸出平均電壓 流 壓器二次側(cè)電流有效值 別為 2 100 ) (E)/R (60)/2 9(A) 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為： 2 100 2 V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： 2 A） 故晶閘管的額定電壓為： (23) 283424（ V） 晶閘管的額定電流為： 7 () 68（ A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中 晶閘管），電路如圖 2示，00V，電 阻電感負(fù)載， R=2， L 值很大，當(dāng) =60時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出 解： 1 2 負(fù)載電壓的平均值為： 2 )3/co s (ds i 3 2d V） 負(fù)載電流的平均值為： R 2 A） 流過(guò)晶閘管 電流有效值為： 1 A） 流過(guò)二極管 電流有效值為： 2 A） 7. 在三相半波整流電路中，如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓 波形。 解：假設(shè) 0 ，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)， 波形如下： 8 t當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)， 波形如下： 相半波整流 電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段的電動(dòng)勢(shì)相同，其分段布置及其矢量如圖 2示，此時(shí)線(xiàn)圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加 10%，問(wèn)變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？ - 6 0變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。原因如下： 變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng) 應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， 電流向下流， 應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， 電流向下流， 電流向上流；當(dāng)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， 電流向下流， 電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(shí)間（各為 120）由電流流過(guò)，流過(guò)的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。 9 9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法， a、 b 兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣龋?答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法， a、 b 兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們?cè)谙辔簧舷嗖?180。 10有兩組三相半波可控整流電路，一 組是共陰極接法，一組是共陽(yáng)極接法，如果它們的觸發(fā)角都是 ， 那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，例如都是 a 相，在相位上差多少度？ 答：相差 180 。 11三相半波可控整流電路， 00V，帶電阻電感負(fù)載， R=5， L 值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求： 畫(huà)出 波形； 計(jì)算 解： 波形如下圖： t = 3 0 u 2 t 100 V） R 5 A） 3 3 A） 3 A） 12在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓 形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？ 答：假設(shè) 能導(dǎo)通，整流電壓 形如下： 10 擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管 通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得 可能分別被擊穿。 13三相橋式全控整流電路， 00V，帶電阻電感負(fù)載， R=5， L 值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求： 畫(huà)出 波形； 計(jì)算 解： 波形如下： = 6 0 t 100 117（ V） R 117 5 A） 3 3 A） 3 3 A） 14單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1， L= ， E=40V， 00V， =60時(shí)求 的數(shù)值，并畫(huà)出整流電壓 波形。 解：考慮 ，有： 11 2 E） R 解 方程組得： R 2（ R 2 V） V） A） 又 ) 2 得出 )60 =流重疊角 60 = 最后，作出整流電壓 波形如下： O tu 15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， 00V， R=1， L= ， 當(dāng) =30時(shí)、 E=50V 時(shí) 的值并作出 波形。 解：考慮 ，有： 32 E） R 解方程組得： R 3（ 2 R 3 V） V） A） 又 ) 2 6 得出 )30 =流重疊角 12 30 = 波形如下： 16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載 ， R=5， L= ， 20V， 的值并作出 波形。 解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路 0時(shí)的情況。 3 R 解方程組得： （ 1 3 R） V） A） 又 ) 2 6 得出 流重疊角 二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為 3 3 A） 13 2 A） 波形如下： 相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， E=200V， R=1， L= ， 20V， =60，當(dāng) 和 況下分別求 者還應(yīng)求 并分別作出 解： 當(dāng) 0時(shí)： 220 V） E） R（ 200） 1 A） 當(dāng) 1 3 E） R 解方程組得： 2R 3（ R 3 V） A） V） 又 ) 26 60 60 波形如下： 14 1 2 相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一 次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含?2k（ k=1、 2、 3 ）次諧波，其中幅值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 2k 1（ k 1、 2、 3 ）次即奇次諧波，其中主要的有 3 次、 5 次諧波。 19三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6k（ k 1、 2、 3 ）次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 6k1(k=1、 2、 3 )次的諧波，其中主要的是 5、 7 次諧波。 20試計(jì)算第 3 題中 、 5、 7 次諧波分量的有效值 解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為 A） 于是可得： 2 2 3 2 2 3 A） 2 2 5 2 2 5 A） 2 2 7 2 2 7 A） 15 21試計(jì)算第 13 題中 5、 7 次諧波分量的有效值 解：第 13 題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知 A） 由此可計(jì)算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為： 6 5 6 5 A） 6 7 6 7 A） 22 試分別計(jì)算第 3 題和第 13 題電路的輸入功率因數(shù)。 解：第 3 題中基波電流的有效值為： 2 2 2 2 A） 基波因數(shù)為 I 路的輸入功率因數(shù)為： 0.9 第 13 題中基波電流的有效值： 6 6 A） 基波因數(shù)為 I 路的輸入功率因數(shù)為： 3帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主 要異同？ 答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)： 三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器； 當(dāng)變壓器二次電壓有效值 等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值 三相橋式電路的 1/2，而整流電流平均值 三相橋式電路的 2 倍。 在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓 整流電流 波形形狀一樣。 24整流電路多重化的主要目的是什么？ 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面 ，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。 16 25 12 脈波、 24 脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數(shù)的諧波？ 答： 12 脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有 11 次、 13 次、 23 次、 25 次等即 12k1、（ k=1， 2， 3）次諧波，整流輸出電壓中含有 12、 24 等即 12k（ k=1， 2， 3）次諧波。 24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有 23 次、 25 次、 47 次、 49 次等，即 24k1（ k=1， 2， 3）次諧波，整流輸出電壓中含有 24、 48 等即 24k（ k=1， 2， 3）次諧波。 26使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？ 答：條件有二： 直流側(cè) 要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓； 要求晶閘管的控制角 /2，使 負(fù)值。 27三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1， L= ， 20V， 400V， =60時(shí)求 的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個(gè)等式： ) 3 R 三式聯(lián)立求解，得 2R ) 3 ( R 3 V） A） 由下式可計(jì)算換流重疊角： ) 26 120 120 送回電網(wǎng)的有功功 率為 P= | =400 1=) 28單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1， L= ， 00V， L= 99V，=60時(shí)求 的值。 解： 由題意可列出如下 3 個(gè)等式： 17 2 R 三式聯(lián)立求解，得 R 2（ R 2 V） A） 又 ) 2 得出 )120 =流重疊角 120 = 29什么是逆變失??？如何防止逆變失??？ 答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使 變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱(chēng)為逆變失敗或逆變顛覆。 防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角 等。 30 單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？ 答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，?dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 180，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 三相橋 式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 120，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 31三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器的接法是 D， 用 附有滯后 30的 波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。 解：整流變壓器接法如下圖所示 以 a 相為例， 120對(duì)應(yīng)于 =90，此時(shí) ，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該 18 點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對(duì)應(yīng)于 同步信號(hào)的 300，所以同步信號(hào)滯后 80，又因?yàn)?波已使同步信號(hào)滯后 30，所以同步信號(hào)只要再滯后 150就可以了。 滿(mǎn)足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如下兩幅圖所示。 s a- s b - s s a- s b- s 晶閘管 步電壓 3 章 直流斬波電路 1簡(jiǎn)述圖 3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 電源 E 向 L、R、 M 供電，在此期間， E。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 時(shí)電感 L 通過(guò)二極管 R 和 M 供電， 0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 t 出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖 3示的降壓斬波電路中，已知 E=200V， R=10 ， L 值極大， 0V，T=50 s,0 s,計(jì) 算輸出電壓平均值 出電流平均值 解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 020020=80(V) 輸出電流平均值為 o -=103080=5(A) 3在圖 3示的降壓斬波電路中， E=100V， L=1R= 0V，采用脈寬調(diào)制控制方式， T=20 s，當(dāng) s 時(shí) ，計(jì)算輸 出電壓平均值 出電流平均值 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) 新進(jìn)行上述計(jì)算。 解：由題目已知條件可得： 19 m=010= = =T=于 11m 所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為 05100=25(V) 輸出平均電流為 o -=025=30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為 11 = ) 11 = ) 當(dāng) 采用同樣的方法可以得出： =于 11m 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： 03100=15(V) o -=015=10(A) ) 20 ) 4簡(jiǎn)述圖 3 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 電電流基本恒定為 時(shí)電容 C 上的電壓向負(fù)載 R 供電，因 C 值很大，基本保持輸出電壓為恒值 V 處于通態(tài)的時(shí)間為 階段電感 L 上積蓄的能量為 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 在此期間電感 L 釋放的能量為 。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： of 化 簡(jiǎn)得： Et 式中的 1/出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路。 5在圖 3知 E=50V， 值極大， R=20 ，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) T=40 s， 5 s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 出電流平均值 解：輸出電壓平均值為： 50254040 =) 輸出電流平 均值為： ) 6試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和 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(kāi)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 方向如圖 3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，電感 L 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為方向如圖 3示?？梢?jiàn)，負(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 T 0d 當(dāng) V 處于通態(tài)期間， E；而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間， - 是： 21 所以輸出電壓為： 1f ，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng) 01/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/21 時(shí)為升壓，因此將該電路稱(chēng)作升降壓斬波電路。 波電路的基本原理： 當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)， E V 回路和 R C V 回路分別流過(guò)電流。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， E C 路和 R 路分別流過(guò)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示，相當(dāng)于開(kāi)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 脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開(kāi)關(guān) S 合到 B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓， A 點(diǎn)電壓 - 反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時(shí)， 。因此， B 點(diǎn)電壓平均值為（ 電容電壓 平均值），又因電感 電壓平均值為零，所以。另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為，且 電壓平均值為零，按圖 3輸出電壓 。于是可得出輸出電壓電源電壓 E 的關(guān)系： 1f 可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， 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 波電路和 波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。 解： i 1 L 1 C 1u C1 i 2L 2C 2u 1u 波電路 在 Euo22 電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 下面的式子成立 E (Euo0 uo 由以上兩式即可得出 C 1L 1 u L 2u 2導(dǎo)通 E E 電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 下面的式子成立 E 0 (Euouo 由以上兩式即可得出 析圖 3示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖 3波形，繪制出各個(gè)階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。 解：電流可逆斬波電路中， 成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第 1 象限； 成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第 2 象限。 圖 3階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下： 源向負(fù)載供電： E E 3 E E E E 電源回饋能量 E E 于圖 3示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。 解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由 成的降壓斬 波電路工作，此時(shí)需要 持導(dǎo)通，與 成的降壓斬波電路相配合。 當(dāng) 通時(shí)，電源向 M 供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖： E L R+ u o V 3E i 3 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過(guò) 流，電流路徑如下圖： E L R+ u o V 3E i 相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)？ 答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。 24 此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 1. 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在 =0 時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的 80%， 50%時(shí)的開(kāi)通角 。 解： =0 時(shí)的輸出電壓最大，為 1021o m a x )s 此時(shí)負(fù)載電流最大，為 om a a x 因此最大輸出功率為 a a a x 輸出功率為最大輸出功率的 80%時(shí)，有： R a 此時(shí)， 1o U 又由 22s =同理，輸出功率為最大輸出功率的 50%時(shí)，有： 1o U 又由 22s 90 2一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R=L=2求： 開(kāi)通角 的 變化范圍；負(fù)載電流的最大有效值；最大輸出功率 25 及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng) =2時(shí)，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。 解： 負(fù)載阻抗角為： =L） =025023 ） =開(kāi)通角 的變化范圍為： 即 當(dāng) = 時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為 a (2 2 0 =W) 功率因數(shù)為 6 2 2 7 5 3 2a 際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即 =2時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（ 4 + 解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為： =也可由圖 4計(jì)出 的值。 此時(shí)， 晶閘管電流有效值為 c c s =8 9 8 6 s)3 7 8 6 s (3