《電力電子技術(shù)》習(xí)題解答new

12 電力電子技術(shù)習(xí)題解答 第 2 章 思考題與習(xí)題 閘管的導(dǎo)通條件是什么 ? 導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流和負(fù)載上的電壓由什么決定 ? 答：晶閘管的導(dǎo)通條件是：晶閘管陽(yáng)極和陽(yáng)極間施加正向電壓，并在門極和陽(yáng)極間施加正向觸發(fā)電壓和電流（或脈沖）。 導(dǎo)通后流過(guò)晶閘管的電流由負(fù)載阻抗決定，負(fù)載上電壓由輸入陽(yáng)極電壓 。 閘管的關(guān)斷條件是什么 ? 如何實(shí)現(xiàn) ? 晶閘管處于阻斷狀態(tài)時(shí)其兩端的電壓大小由什么決定 ? 答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽(yáng)極電壓反向使陽(yáng)極電流 閘管內(nèi)部建立的正反饋無(wú)法進(jìn)行。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)晶閘管的關(guān)斷，其兩端電壓大小由電源電壓 度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓如何變化？ 答：溫度升高時(shí)，晶閘管的觸發(fā)電流隨溫度升高而減小，正反向漏電流隨溫度升高而增大，維持電流 向 轉(zhuǎn)折 電壓和反向擊穿電壓隨溫度升高而減小。 閘管的非正常導(dǎo)通方式有哪幾種？ 答：非正常導(dǎo)通方式有： (1) ，陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值； (1) 陽(yáng)極電壓上升率 du/高 ； (3) 結(jié)溫過(guò)高。 簡(jiǎn)述晶閘管的關(guān)斷時(shí)間定義。 答：晶閘管從正向陽(yáng)極電流下降為零到它恢復(fù)正向阻斷能力所需的這段時(shí)間稱為關(guān)斷時(shí)間。即。 說(shuō)明晶閘管有哪些派生器件？ 答：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管等。 簡(jiǎn)述光控晶閘管的有關(guān)特征。 答：光控晶閘管是在普通晶閘管的門極區(qū)集成了一個(gè)光電二極管，在光的照射下，光電二極管電流增加，此電流便可作為門極電觸發(fā)電流使晶閘管開(kāi)通。主要用于高壓大功率場(chǎng)合。 號(hào)為 持電 流 晶閘管，使用在圖題 示電路中是否合理，為什 13 么 ?(暫不考慮電壓電流裕量 ) 圖題 答：（ a）因?yàn)镮 250100，所以不合理。 (b) 010200 , 電流額定值為 100，裕量達(dá)倍，太大了。 （ c） 501150 ，大于額定值，所以不合理。 題 實(shí)線部分表示流過(guò)晶閘管的電流波形，其最大值均為 計(jì)算各圖的電流平均值電流有效值和波形系數(shù)。 圖題 2 9 解：圖 (a)： V)=21 0 )(m= 0 2 )()s 1 (= (b)： V)=1 0 )(m= 214 0 2 )()s (= (c)： V)=1 3 )(m= 23T= 32 )()s m = Im 31 (= (d)： V)=21 3 )(m=43T= 32 )()s 1 m = Im 61 (= (e)： V)=21 40 )( 402 )(21 2(= (f)： V)=21 20 )( 202 )(21 (=2 題中，如不考慮安全裕量，問(wèn)額定電流 100A 的晶閘管允許流過(guò)的平均電流分別是多少 ? 15 解： (a)圖波形系數(shù)為 有： 100A , V) = 100 A (b)圖波形系數(shù)為 有： 100A , V)=c)圖波形系數(shù)為 有： 100A , V)=d)圖波形系數(shù)為 有： 100A , V)=e)圖波形系數(shù)為 有： 100A, V)=f)圖波形系數(shù)為 2，則有： 2)(100A , V)=晶閘管型號(hào)規(guī)格為 問(wèn)型號(hào)規(guī)格代表什么意義 ? 解： 表普通型 晶閘管 ， 200 代表其晶閘管的額定電流為 200A， 8 代表晶閘管的正反向峰值電壓為 800V， D 代表通態(tài)平均壓降為 。 示，試畫出負(fù)載 不考慮管子的導(dǎo)通壓降 )。 圖題 ：其波形如下圖所示： 圖題 ，若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管 T 導(dǎo)通，門極觸發(fā)信號(hào)（觸發(fā)電壓為脈沖） 16 的寬度最小應(yīng)為多少微秒（設(shè)晶閘管的擎住電流 5 圖題 解：由題意 可得晶閘管導(dǎo)通時(shí)的回路方程： A 可解得 )1( tA ， =1 要維維持持晶閘管導(dǎo)通， )(須在 擎住電流 31015)1( 15010150 6 ， 所以脈沖寬度必須大于 150s。 相正弦交流電源 ，晶閘管和負(fù)載電阻串聯(lián)如圖題 示，交流電源電壓有效值為 220V。 (1)考慮安全余量，應(yīng)如何選取晶閘管的額定電壓？ (2)若當(dāng)電流的波形系數(shù)為 ，通過(guò)晶閘管的有效電流為 100A，考慮晶閘管的安全余量，應(yīng)如何選擇晶閘管的額定電流？ 圖題 ：（ 1） 考慮安全余量 , 取實(shí)際工作電壓的 2 倍 20 2 2 622V, 取 600V （ 2）因?yàn)?取兩倍的裕量，則： 2V) 17 得 ： V)=111(A) 取 100A。 么叫 一次擊穿 ?什么叫 二次擊穿 ? 答：處于工作狀態(tài)的 其集電極反偏電壓 增大電壓定額 電極電流 崩擊穿），但此時(shí)集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。 發(fā)生一次擊穿時(shí)，如果繼續(xù)增大 不限制 升到臨界值時(shí)， 然下降，而 載效應(yīng)），這個(gè)現(xiàn)象稱為二次擊穿。 樣確定 安全工作區(qū) 答：安全工作區(qū)是指在輸出特性曲線圖上 夠安全運(yùn)行的電流、電壓的極限范圍。按基極偏量分類可分為：正偏安全工作區(qū) 反偏安全工作區(qū) 偏工作區(qū)又叫開(kāi)通工作區(qū)，它是基極正向偏量條件下由 偏安全工作區(qū)又稱為 關(guān)斷安全工作區(qū)，它表示在反向偏置狀態(tài)下 斷過(guò)程中電壓 流 基極驅(qū)動(dòng)電路的要求是什么？ 答：要求如下： （ 1）提供合適的正反向基流以保證 靠導(dǎo)通與關(guān)斷， （ 2）實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路隔離， （ 3）自動(dòng)保護(hù)功能，以便在故障發(fā)生時(shí)快速自動(dòng)切除驅(qū)動(dòng)信號(hào)避免損壞 （ 4）電路盡可能簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。 大功率 成的開(kāi)關(guān)電路中為什么要加緩沖電路 ? 答：緩沖電路可以使 開(kāi)通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免了 電流。另一方面，緩沖電路也可以使 集電極電壓變化率小開(kāi)關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過(guò)熱熔通而損壞 比功率 有何優(yōu)缺點(diǎn) ? 答： 電流型器件，功率 電壓型器件，與 比，功率 的工作速度快，開(kāi)關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)二次擊穿問(wèn)題，安全工作區(qū)寬，并且輸入阻抗可達(dá)幾十兆歐。 但功率 流容量低，承受反向電壓小。 結(jié)構(gòu)上講，功率 與 有何區(qū)別 ? 答：功率 件的源極 S，柵極 均被置于 硅片的一側(cè)，通態(tài)電阻大， 18 性能差，硅片利用率低。 用二次擴(kuò)散形式的 P 形區(qū)的 N+型區(qū)在硅片表面的結(jié)深之差來(lái)形成極短的、可精確控制的溝道長(zhǎng)度（ 13 m ）、制成垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以直接裝漏極、電流容量大、集成度高。 說(shuō)明 安全工作區(qū)。 答： 1）正向偏置安全工作區(qū)，由漏電源通態(tài)電阻限制線，最大漏極電流限制線，最大功耗限制線，最大漏源電壓限制線構(gòu)成。（ 2）開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)：由最大峰值漏極電流 大漏源擊穿電壓 3）換向安全工作區(qū)：換向速度漏極正向電壓 簡(jiǎn)述功率場(chǎng)效應(yīng)管在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。 答：（ 1）過(guò)電流保護(hù)，（ 2）過(guò)電壓保護(hù)，（ 3）過(guò)熱保護(hù)，（ 4）防靜電。 比， 有何特點(diǎn) ? 答： 開(kāi)關(guān)時(shí)間是同容量 ， 同容量 大允許電壓 500V， 50 ，而且 有良好的溫度特性；通態(tài)壓降是同一耐壓規(guī)格 ，輸入阻抗與 表給出了 1200V 和不同等級(jí)電流容量 的柵極電阻推薦值。試說(shuō)明為什么隨著電流容量的增大，柵極電阻值相應(yīng)減小？ 電流容量 A 25 50 75 100 150 200 300 柵極電阻 50 25 15 12 ：對(duì)一定值的集電極電流， 柵極電阻增大柵極電路 的時(shí)間常數(shù)相應(yīng)增大，關(guān)斷時(shí)柵壓下降到關(guān)斷門限電壓的時(shí)間變長(zhǎng)，于是 關(guān)斷損耗 增大。因此，隨著電流容量的增大，為了 減小關(guān)斷損耗， 柵極電阻值相應(yīng)減小。應(yīng)當(dāng)注意的是，太小的柵極電阻會(huì)使關(guān)斷過(guò)程電壓變化加劇，在 損耗允許的情況下， 柵極電阻不使用宜太小。 件中，哪些器件可以承受反向電壓？哪些可以用作靜態(tài)交流開(kāi)關(guān)？ 答： 可承受反向電壓。 以用作靜態(tài)開(kāi)關(guān)。 說(shuō)明有關(guān)功率 動(dòng) 電路的特點(diǎn)。 答：功率 動(dòng)電路的特點(diǎn)是：輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高。 19 述靜電感應(yīng)晶體管 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 答： 道短而寬，適合于高電壓，大電流的場(chǎng)合，其漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù)，可避免因溫度升高而引起的惡性循環(huán)漏極電流通路上不存在 ，一般不會(huì)發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象，其安全工作區(qū)范圍較寬 ,關(guān)斷它需加 10V 的負(fù)柵極偏壓 使其導(dǎo)通，可以加56降低器件的通態(tài)壓降。 述靜電感應(yīng)晶閘管 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 答：其結(jié)構(gòu)在 結(jié)構(gòu)上再增加一個(gè) P+層形成了無(wú)胞結(jié)構(gòu)。 電導(dǎo)調(diào)制作用使它比 態(tài)壓降低，通態(tài)電流大，但因器件內(nèi)有大量的存儲(chǔ)電荷，其關(guān)斷時(shí)間比 作頻率低。 述 制晶閘管 特點(diǎn)和使用范圍。 答： 電流，高載流密度，低通態(tài)壓的特點(diǎn)，其通態(tài)壓降只有的左右，硅片的單位面積連續(xù)電流密度在各種器件中是最高的，另外，可承受極高的 di/du/得其保護(hù)電路簡(jiǎn)化，的開(kāi)關(guān)速度超過(guò)，且開(kāi)關(guān)損耗也小 。 沖電路的作用是什么？關(guān)斷緩沖與開(kāi)通緩沖在電路形式上有何區(qū)別，各自的功能是什么？ 答：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓 du/者過(guò)電流 di/少器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路是對(duì) du/制的電路，用于抑制器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制 du/小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖電路是對(duì) di/制的電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和 di/小器件的開(kāi)通損耗。 第 3 章 思考題與習(xí)題 開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗大小同哪些因素有 關(guān)？ 答：開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有關(guān)。 試比較 路和 路的異同。 答；相同點(diǎn)： 路和 路多以主控型電力電子器件（如 為開(kāi)關(guān)器件，其開(kāi)關(guān)頻率高，變換效率也高。 不同點(diǎn)： 路在 T 關(guān)斷時(shí)，只有電感 L 儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動(dòng)的。而 路在 T 處于通態(tài)時(shí)，電源 充電，同時(shí)電容 C 集結(jié)的能量提供給負(fù)載，而在 T 處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由 L 與電源 E 同時(shí)向負(fù)載提供能量，從而實(shí) 現(xiàn)了升壓，在連續(xù)工作 20 狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。 試簡(jiǎn)述 路同 路的異同。 答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相同， 路是在關(guān)斷期內(nèi)電感 L 給濾波電容 C 補(bǔ)充能量，輸出電流脈動(dòng)很大，而 路中接入了傳送能量的耦合電容 使 入輸出電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對(duì)濾波電路的要求。 說(shuō)明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)？試分析它們各有什么特點(diǎn)？ 答：直流斬波電路主 要有降壓斬波電路（ 升壓斬波電路（ 升降壓斬波電路（ 庫(kù)克（ 波電路。 降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機(jī)的調(diào)速。 升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的再生制動(dòng)。 升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。 庫(kù)克電路也屬升降 壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對(duì)濾波器的要求。 分析反激式和正激式變換器的工作原理。 答：正激 變換器： 當(dāng)開(kāi)關(guān)管 T 導(dǎo)通時(shí)，它在高頻變壓器初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量，同時(shí)將能量傳遞到次級(jí)繞組，根據(jù)變壓器對(duì)應(yīng)端的感應(yīng)電壓極性，二極管 通，此時(shí) 向截止，把能量?jī)?chǔ)存到電感 L 中，同時(shí)提供負(fù)載電流開(kāi)關(guān)管 T 截止時(shí)，變壓器次級(jí)繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使得續(xù)流二極管 通（而此時(shí) 向截止），儲(chǔ)存在電感中的能量繼續(xù)提供電流給負(fù)載。 變換器的輸出電壓為： 21 反激 變換器 ：當(dāng)開(kāi)關(guān)管 T 導(dǎo)通，輸入電壓 加到變壓器 級(jí) ，變壓器儲(chǔ)存能量。根據(jù)變壓器對(duì)應(yīng)端的極性，可得次級(jí) 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為下正上負(fù)，二極管 D 截止，次級(jí) T 截止時(shí)， 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性上正下負(fù)，二極管 D 導(dǎo)通。在 T 導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在變壓器中的能量便通過(guò)二極管 D 向負(fù)載釋放。在工作的過(guò)程中，變壓器起儲(chǔ)能電感的作用。 輸出電壓為 分析全橋式變換器的工作原理。 答：當(dāng) 高電平， 低電平，開(kāi)關(guān)管 4導(dǎo)通， 3 關(guān)斷時(shí)，變壓器建立磁化電流并向負(fù)載傳遞能量；當(dāng) 低電平， 高電平，開(kāi)關(guān)管 3 導(dǎo)通， 此期間變壓器建立反向磁化電流，也向負(fù)載傳遞能量，這時(shí)磁芯工作在 B H 回線的另一側(cè)。在 或 3 導(dǎo)通期間 )，施加在初級(jí)繞組 半橋電路相比，初級(jí)繞組上的電壓增加了一倍，而每個(gè)開(kāi)關(guān)管的耐壓仍為輸入電壓。 有一開(kāi)關(guān)頻率為 50 換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下， L=入電壓 5V，輸出電壓 0V (1) 求占空比 D 的大??； (2) 求電感中電流的峰 ； (3) 若允許輸出電壓的紋波 0=5%，求濾波電容 C 的最小值。 解：（ 1）0 ， 22 （ 2） 3 6 6 6 ()(33 (3)因?yàn)?2200 )(1(2 c 0 c 21 則 22 )(1(205.0 c )1(050( 6 62332m i n F 圖題 示的電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，器件 T 的開(kāi)關(guān)頻率為 100路輸入電壓為交流 220V，當(dāng) 00V 時(shí)： (1) 求占空比的大?。?(2) 當(dāng) 0時(shí)，求維持電 感電流連續(xù)時(shí)的臨界電感值； (3) 若允許輸出電壓紋波系數(shù)為 濾波電容 C 的最小值。 題圖 :（）由題意可知： d 1000U d 400220400 =） H （其中 10404 0 000 ） 23 （） S 0 0, 00 換電路中，已知 0V， L 值和 C 值較大， R=20，若采用脈寬調(diào)制方式，當(dāng) 0 s， 0 s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 0。 解：t 0 d 由于和的值都比較大， 2010000 一開(kāi)關(guān)頻率為 50庫(kù)克變 換電路，假設(shè)輸出端電容足夠大，使輸出電壓保持恒定，并且元件的功率損耗可忽略，若輸入電壓 0V，輸出電壓 V 不變。試求 : (1) 占空比； (2) 電容器 (3) 開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。 解： (1) 因?yàn)?10 則 311055 (注意 VU o 5 ) (2) 5103111111 (3) 31 3 o f f 32)1( 3 第 4 章 思考題與習(xí)題 么是電壓型和電流型逆變電路？各有何特點(diǎn)？ 答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。 電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是： （ 1） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn) 24 低阻抗。 （ 2） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的 不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。 （ 3） 當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時(shí)，需提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了二極管。 （ 4） 逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，因直流電壓無(wú)脈動(dòng)，故功率的脈動(dòng)是由交流電壓來(lái)提供。 （ 5） 當(dāng)用于交 直 交變頻器中，負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要給交 直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。 電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是 ： （ 1） 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 （ 2） 因?yàn)楦鏖_(kāi)關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無(wú)關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。 （ 3） 直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，因電流不能反向，故可控器件不必反并聯(lián)二極管。 （ 4） 當(dāng)用于交 直 交變頻器且負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，若交 直變換為可控整流，則很方便地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。 壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是什么？ 答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩 沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓與電流的極性相同時(shí)，電流經(jīng)電路中的可控開(kāi)關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時(shí)，由反饋二極管提供電流通道。 什么在電流型逆變電路的可控器件上要串聯(lián)二極管？ 解：由于全電路開(kāi)關(guān)管采用自關(guān)斷器件，其反向不能承受高電壓，所以需要在各開(kāi)關(guān)器件支路串入二極管。 相橋式電壓型逆變電路采用 180導(dǎo)電方式，當(dāng)其直流側(cè)電壓 00V 時(shí)。 （） 求輸出相電壓基波幅值和有效值 （） 求輸出線電壓基波幅值和有效值 （）輸出線電壓中五歡諧波的有效值。 25 解： 輸出相電壓 基波幅值 輸出相電壓 基波有效值 1 輸出線電壓 基波幅值 輸出線電壓 基波有效值 8100662 1 輸出線電壓中 5 次諧波 )5s 25 輸出線電壓中 5 次諧波 有效值 控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能否構(gòu)成 120 導(dǎo)電型？為什么？ 解：全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能構(gòu)成 0120 導(dǎo)電型。 由于三相橋式逆變電路每個(gè)橋臂導(dǎo)通 0120 ，同一相上下兩臂的導(dǎo)通有 060 間隔，各相導(dǎo)通依次相差 0120 ，且不存在上下直通的問(wèn)題，所以其能構(gòu)成 0120 導(dǎo)電型。 但當(dāng)直流電壓一定時(shí)，其輸出交流線電壓有效值比 180導(dǎo)電型低得多，直流電源電壓利用率低。 聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？ 答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓 2、 了安全起見(jiàn)，必須使 式中 k 為大于 1 的安全 系數(shù)，一般取為 23。 說(shuō)明 制的工作原理。 答：將一個(gè)任意波電壓分成 N 等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來(lái)代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)任意波等份的中點(diǎn)重合，得到一系列脈沖列。這就是 形。但在實(shí)際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來(lái)確定各矩形脈沖的寬度。 制就是利用 沖對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。 26 極性和雙極性 制有什么區(qū) 別？ 解：?jiǎn)螛O性控制方式在調(diào)制信號(hào) 正半個(gè)周期或負(fù)半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波是單極性輸出的，所得的波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性控制方式中，三角波載波始終是有正有負(fù)，而輸出的波是雙極性的。 說(shuō)明 制的逆變電路有何優(yōu)點(diǎn)？ 答： 路優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）可以得到所需波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要； （ 2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)； （ 3）只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； （ 4）通過(guò)對(duì)輸出脈沖的寬度控制 就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的響應(yīng)速度。 題 示的全橋逆變電路，如負(fù)載為 聯(lián)， R 10， L 31.8 C=159 F，逆變器頻率 f 100 110 V、求： （ 1）基波電流的有效值； （ 2）負(fù)載電流的諧波系數(shù)。 圖題 ：（ 1）基波電壓的有效值為： 91 1 基波時(shí)的負(fù)載阻抗： 221 )1( 01 5 91 0 02 10 3 1 02(10 262 基波電流的 有效值為： （ 2）其主要的諧波是三次諧波與五次諧波，對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗分別為： 27 223 )3 13( 01 5 91 0 06 10 3 1 06(10 262 225 )5 15( 0)101 5 91 0 010 10 3 1 010(10 262 其電流諧波系數(shù)分別為： d 33 d 55 圖 示的單相全橋逆變電路中，直流電源 00 V，向 R 5， L 阻感性負(fù)載供電。若輸出波形為近似方波，占空比 D= 作頻率為 60 確定負(fù)載電流波形，并分析諧波含量。計(jì)算時(shí)可略去換相的影響和逆變電路的損耗。試求對(duì)應(yīng)于每種諧波的負(fù)載功率。 解： 輸出方波電壓瞬時(shí)值為 s ,3,1 輸出電壓和電流波形為： 基波電壓和各諧波電壓的有效值為： 7 03 0 031 13 ， 451 15 28 7 ， 091 19 基波和各諧波的負(fù)載阻抗為： )( 22221 )3( 22223 )5( 22225 )7( 22227 )9( 22229 基波和各諧波電流的有效值為： , 4555 ， 0999 基波和 每種諧波的負(fù)載功率為： 6 4211 , , , 第 5 章 思考題與習(xí)題 么是整流？它與逆變有何區(qū)別？ 答：整流就是把交流電能 轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱為逆變，它是對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程。 相半波可控整流電路中，如 果： (1) 晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖 ； (2) 晶閘管內(nèi)部短路 ； (3) 晶閘管內(nèi)部斷開(kāi) ； 試分析上述三種情況負(fù)載兩端 電壓 答：（ 1）負(fù)載兩端電壓為 0，晶閘管上電壓波形與 同； 29 （ 2）負(fù)載兩端電壓為 閘管上的電壓為 0； （ 3）負(fù)載兩端電壓為 0，晶閘管上的電壓為 單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過(guò)負(fù)載電流平均值相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額 定電流應(yīng)選擇大一些 ? 答：帶大電感負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇小一些。由于具有電感，當(dāng)其電流增大時(shí)，在電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，抑制電流增加。 電阻性負(fù)載 時(shí) 整流輸出電流的峰值大些， 在流過(guò)負(fù)載電流平均值相同的情況下， 為防此時(shí)管子燒壞，應(yīng)選擇額定電流大一些的管子。 電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路，若其中一只晶閘管的陽(yáng)、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管兩端和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。 解：設(shè) =0， 下圖： 控整流 電路帶 電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上的 載有功功率，為什么 ?帶大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻 什么 ? 答： 相 控整流 電路帶 電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻上的 平均功率不 等于負(fù)載有功功率。因?yàn)樨?fù)載上的電壓、電流是非正弦波，除了直流 還有諧波分量 , 21 30 , 21 負(fù)載 上 有功功率 為 22212 d 。 相 控整流 電路 帶大電感負(fù)載時(shí)， 雖然 在諧波，但電流是恒定的直流，故 負(fù)載電阻 的d 的乘積等于負(fù)載有功功率 。 電阻性負(fù)載要求 024V 直流電壓，最大負(fù)載電流 0A，如 采用由 220V 交流直接供電 和由 變壓器降 壓 到 60V 供電 的 單相半波 相 控整流電路，是否 兩種方案 都能滿足要求 ?試 比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、 電路 的功率因數(shù)及對(duì)電源 容量的 要求。 解： 采用由 220V 交流直接供電 當(dāng) 0 時(shí)： 220 =99V 由 變壓器降 壓 到 60V 供電 當(dāng) 0 時(shí)： 60 =27V 因此，只要調(diào)節(jié) 都可以滿足輸出 024V 直流電壓 要求。 (1) 采用由 220V 交流直接供電 時(shí)： 2c o UU d， 24V 時(shí) 121 59121180 3112 2 84s 1022 取 2 倍安全裕量， 晶閘管的額定電壓、額定電流 分別為 622V 和 108A。 電源提供有功功率 4 22 電源提供視在功率 k V 08422 電源側(cè)功率因數(shù) ) 采用 變壓器降 壓 到 60V 供電 ： 31 2c o UU d， 24V 時(shí) 39 , 14139180 s 1022 取 2 倍安全裕量， 晶閘管的額定電壓、額定電流 分別為 變壓器二次側(cè) 有功功率 1 1 22 變壓器二次側(cè)視在功率 k V 電源側(cè)功率因數(shù) 電阻性負(fù)載， 0,要求 600V 可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來(lái)供給，分別計(jì)算： (1) 晶閘管額定電壓、電流值； (2) 連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積 (導(dǎo)線允許電流密度 j=6A (3) 負(fù)載電阻上消耗的最大功率。 解：（ 1）單相半波 0 時(shí) , d 1 3 3 , 250600 晶閘管的最大電流有效值 晶閘管額定電流為 V) ) 晶閘管承受最大電壓為 22M =1885V 取 2 倍安全裕量， 晶閘管的額定電壓、額定電流 分別為 4000V 和 30A。 所選導(dǎo)線截面積為 32 負(fù)載電阻上最大功率 R （ 2）單相全控橋 0 時(shí) , d , 250600 負(fù)載電流有效值 (晶閘管的額定電流為 V) ) I 晶閘管承受最大電壓為 22M =943V 取 2 倍安全裕量， 晶閘管的額定電 壓、額定電流 分別為 2000V 和 20A。 所選導(dǎo)線截面積為 負(fù)載電阻上最大功率 流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波 相 控整流電路如圖 題 示。 (1) 說(shuō)明整流變壓器有無(wú)直流磁化問(wèn)題 ? (2) 分別畫 出電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載在 =60時(shí)的輸出電壓 流 較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知 20V，分別計(jì)算其輸出直流電壓值 （ 3）畫 出電阻性負(fù)載 =60時(shí)晶閘管兩端的電壓 形，說(shuō)明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少 ? 圖題 ：（ 1）因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)變壓器磁通增量為零，所以沒(méi)有直流磁化。 （ 2）其波形如下圖所示，與單相全控橋式整流電路相同。 電阻性負(fù)載 ： 82)60c o 2 o 2 感性負(fù)載： 9c o (3)其波形如下圖所示， 晶閘管承受的最大反向電壓 為 222 U 。 33 （重點(diǎn)） 電阻性負(fù)載三相半波 相 控整流電路，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點(diǎn)之前 15處，分析電路工作情況，畫出觸發(fā)脈沖寬度分別為 10和 20時(shí)負(fù)載兩端的 電壓 解： 三相半波 相 控整流電路觸發(fā)脈沖 的的最早觸發(fā)時(shí)刻在 自然換流點(diǎn) ， 如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點(diǎn)之前 15處，觸發(fā)脈沖寬度為 10時(shí) ，不能觸發(fā)晶閘管， 。 觸發(fā)脈沖寬度為 15時(shí)，能觸發(fā)晶閘管，其波形圖相當(dāng)于 =0時(shí)的波形。 三相半波 相 控整流電路帶大電感負(fù)載， 0， 相電壓有效值 20V。求 =45時(shí)負(fù)載直流電壓 過(guò)晶閘管的平均電流 T，畫出 解： )(s 12656d 因?yàn)椋?2U 220V ， 045 45182V 2 形圖如下所示： 34 在 圖 題 示電路中，當(dāng) =60時(shí)，畫出下列故障情況下的 (1) 熔斷器 1斷。 (2) 熔斷器 2斷。 (3) 熔斷器 23 時(shí)熔斷。 圖題 ：這三種情況下的波形圖如下所示： (a) 35 (b) (c) 有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負(fù)載，負(fù)載電流 0A，問(wèn)流過(guò)與晶閘管串聯(lián)的熔斷器的平均電流、有效電流各為多大 ? 解：設(shè) 0 單相半波： d=40A (單相橋式： 10A 三相半波 ： 1 00 時(shí) 30o 時(shí) )2c o 12 AI d 332(2 相全控橋式整流電路帶大電感負(fù)載，負(fù)載電阻 ，要求 220V 之間變化。試求： (1)不考慮控制角裕量時(shí)，整流變壓器二次線電壓。 36 (2)計(jì)算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取 2 倍裕量，選擇晶閘管型號(hào)。 解：（ 1）因?yàn)?不考慮控制 角裕量， 0 時(shí) d l 83 22 （ 2）晶閘管承受最大電壓為 取 2 倍的裕量 ,閘管承受的平均電流為 1因?yàn)?542 2 0 所以 2 倍的裕量 ) 選擇 5的晶閘管。 結(jié)晶 體管觸發(fā)電路中，作為 路能否正常工作 ?如穩(wěn)壓管損壞斷開(kāi)，電路又會(huì)出現(xiàn)什么情況 ? 答：在 穩(wěn)壓管， 電路能否正常工作 。 如穩(wěn)壓管損壞斷開(kāi) ， 單結(jié)晶體管上峰值電壓太高，不利于 單結(jié)晶體管 工作。 三相半波 相 控整流電路 帶 電動(dòng)機(jī)負(fù)載并串入足夠大的電抗器， 相電壓有效值 20V，電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流為 40A，負(fù)載回路總電阻為 當(dāng) =60時(shí)流過(guò)晶閘管的電流 平均值與有效值、電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)。 解 ：電流平均值為： 10/3=流有效值為： 設(shè)電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)為 回路方程為： 而 s i 1 65622 所以 8 37 相全控橋電路帶串聯(lián) 知變壓器二次電壓為 100V，變壓器每 相繞組折合到二次側(cè)的漏感 00 H，負(fù)載電流為 150A，求： (1)由于漏抗引起的換相壓降； (2)該壓降所對(duì)應(yīng)整流裝置的等效內(nèi)阻及 =0時(shí)的換相重疊角。 解： (1) 23 1 501010050236 (2) )62( c I d11)1 0 06 1 5 0101 0 05021(co s 61 等效內(nèi)阻 閘管裝置中不采用過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)，選用較高電壓和電流等級(jí)的晶閘管 行不行 ? 答：晶閘管裝置中必須采用過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代替