《電力電子技術(shù)》習題答案(第五版).doc

1、目錄目錄 1第 1 緒論 1第 2 電力電子器件1第 3 整流電路 5第 4 逆變電路 21第 5直流-直流變流電路24第 6交流-交流變流電路31第 7 PWM 控制技術(shù) 36第 8 軟開關(guān)技術(shù)40第 9 電力電子器件應(yīng)用的共性問題 41第 10 電力電子技術(shù)的應(yīng)用 41第2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：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍篣ak>0 且 Ugk>0。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。

2、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1-43中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Im,試計算各波形的電流平均值州;愉怖，”撇岫喊.0翦:承三箱.4 a）I d1、圖1-43圖1-43晶閘管導(dǎo)電波形c)解：a)I d1 =* * I式2 +1 ) % 0.2717 1m Imsin td( t)=b)JI一 41九 二-k九二11m 3： 0.4767 ImI產(chǎn)12二4 （人力1 二二4ImsinI42) ： 0.5434 Im2 2Im13+17tId

3、2=九I2=：1(Lsin4t) d ( t)=JI4 2 二：0.67411m102 Imd ( t) jmc)隈= 兀 41 二 .11mI3=2 二 Imd ( t) =24.上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶閘管能送出的平均電流I diI d2Id3各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值Imi、Im2、Im3各為多少？解：額定電流I t（av）=100A的晶閘管，允許的電流有效值I =157A,由上題計算結(jié)果知a)I mi yb)Im2 0.6741c)314,一I一 電 329.35, 0.4767I : 232.90,m：Id1: 0.2717 Im1 : 89.48Id2： 0.

4、5434 1m2： 126.563=2 I =Id3=4、m3=78.55. GTO和普通晶閘管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，為什么 GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不 能？答：GTO 和普通晶閘管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和 MP2N2構(gòu)成兩個晶體管 V1、V2,分別具有共基極電流增益 8和2,由普通晶閘管的分析可得，口1+口2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。 a+1,兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；1,不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設(shè)計和工藝方面有以下幾點不同：1） GTO在設(shè)計時S較大，這樣晶體管 V2控制靈敏，易于 GTO關(guān)斷；2） G

5、TO導(dǎo)通時的口 1+M更接近于1,普通晶閘管«1+a >21.15,而GTO則為5+% 1.05, GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷提供了有 利條件；3）多元集成結(jié)構(gòu)使每個 GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得 P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。6.如何防止電力 MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？答：電力 MOSFET 的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET 的輸入電容是低泄漏電容，當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過±20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)

6、注意以下幾點：一般在不用時將其三個電極短接； 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時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高 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。7 . IGBT 、 GTR 、 GTO 和電力 MOSFET 的驅(qū)動電路各有什么特點？2答：IGBT驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。GTR驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流有足夠陡的前沿，并有一定的過 沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關(guān)斷時，驅(qū)動電路能提供幅值足夠大的反向基 極驅(qū)動電流，并加反偏截止

7、電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動電路的特點是：GTO 要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流的前沿應(yīng)有足夠的 幅值和陡度，且一般需要在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負門極電流，幅值 和陡度要求更高，其驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路，關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部 分。電力MOSFET 驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且 電路簡單。8 .全控型器件的緩沖電路的主要彳用是什么？試分析RCD 緩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)因過電壓，du/dt或過電流和di/dt,減小器件的開關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經(jīng)Rs放電

8、，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時，負載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。9.試說明IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點。解：對IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較如下表:器件優(yōu)點穩(wěn)IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具 有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài) 壓定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動 電路簡單，工作頻率身，不存在3GTR降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小GTO耐壓高，電流大，開關(guān)特性 好，通流能力強，飽和壓降低電力MOSFET電壓、電流容量大，適用于大功人n -7- h-U i=r,、h 由 jw -牛切，口，具有電寸倒

9、網(wǎng)及放，其通流能力很強開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱缺點開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，開 關(guān) 速 度 低 于 電所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題MOSFET, 電壓，電流 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時路復(fù)雜，開關(guān)頻率低 電流容量小，耐壓低，一般 只適用于功率不超過 的電力電子裝置一般10kW容量不及 GTO門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電二次擊穿問題41.第3章整流電路單相半波可控整流電路對電感負載供電，L = 20mH, U2=100V,求當 =0沸口60時的負載電流 L,并畫出Ud與id波形。解：=0對，在電源電壓 U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負載電感L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)

10、通時刻，負載電流為零。在電源電壓U2的負半周期，負載電感 L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓3的一個周期中 以下方程均成立：L id=2U2Sin -td t考慮到初始條件：當 以=0時idW可解方程得：U22(1 - cos )id=、,t當 =60°時，在U2正半周期60口180型間晶閘管導(dǎo)通使電感L儲能，電感L儲藏的能量在 4負半周期180300哪間釋放，因此在 生一個周期中60口300期間以下微分方程 成立：Ldid=2Uzsin ,td t考慮初始條件：當 啦=60時id=0可解方程得：5其平均值為J22(co1 Lt cos )_2Uk=11.25(A)2.圖2

11、-9為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問該變壓器還有直流磁問題嗎？試說明：晶閘管承受的最大反向電壓為2U2；當負載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒有直流磁化的問題。因為單相全波可控整流電路變壓器二次測繞組中，正負半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向 相反，波形對稱，其一個周期內(nèi)的平均電流為零，故不會有直流磁化的問題。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 VT2為例。當 VTi導(dǎo)通時，晶閘管 VT2通過 VTi與2個變壓器二次繞組 并聯(lián)，所以VT 2承受的最大電壓為2U2。2 當單相

12、全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角a 相同時，對于電阻負載:（0）期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;（汽）期間，單相全波電路中 VTi導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTi、VT 4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 w相等；（汽汽+ ）期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；（n+ 2汽）期間，單相全波電路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于-U2。對于電感負載：（支+ ）期間，單相全波電路中VTi導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓w相等；（汽+2n+ ）期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于 -山。6可見

13、，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負載上時，則輸出電流也相同3.單相橋式全控整流電路， S=100V,負載中R = 2, L值極大，當 =30°時, 要求：作出 山、id、和i2的波形；求整流輸出平均電壓 5、電流Id,變壓器二次電流有效值I2；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：w、id、和i2的波形如下圖：O&輸出平均電壓 Ud、電流 凡變壓器二次電流有效值I2分別為5=0.9 U2 cos =0.931003x>s30° 47.97 (V)Id=Ud/R= 77.97/2= 38.99 (A)l2=Id= 38.99 (A)晶閘管承受的最大反

14、向電壓為：2 U2= 100V2 =141.4 (V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：Un= (23) 3141.4= 283424 (V)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過晶閘管的電流有效值為：Ivt= Id/ 21 = 27.57 (A)晶閘管的額定電流為：In= (1.52) 3?7.571.57 = 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，電阻性負載，畫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：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會出現(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。8整流二極

15、管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下:E=60V,5 .單相橋式全控整流電路，U2=100V,負載中R=2Q , L值極大，反電勢當0=30附，要求：作出5、id和i2的波形； 求整流輸出平均電壓 Ud、電流Id,變壓器二次側(cè)電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：w、id和i2的波形如下圖：整流輸出平均電壓Ud、電流L,變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud = 0.9 U2 cos = 0.931003cos30 = 77.97(A)Id= (Ud- E)/R= (77.97 60)/2 = 9(A)l2=Id=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：J2 U2= 100&a

16、mp;=141.4 (V)流過每個晶閘管的電流的有效值為：IvT=Id/22. =6.36 (A)故晶閘管的額定電壓為:U2' ' cos(二 / 3)2UzSin td( t) = 0.9U2= 67.5 (V)2Un = (23)3141.4 =283424 (V)晶閘管的額定電流為：In= (1.52)35.36 1.57= 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 VTo VT 2為晶閘管)，電路如圖2-11所示，U2=100V,電阻電感負載，R=2Q , L值很大，當口二60時求流過器件電流的有效值，并作出

17、Ud、id、&、iD的波形。解：Ud、id、而、iD的波形如下圖：負載電壓的平均值為：一負載電流的平均值為：Id=UdR=67522= 33.75 (A)流過晶閘管VTi、VT 2的電流有短值為：Ivt=寸d= 19.49 (A) 3流過二極管 VD3、VD4的電流有效值為：2Ivd= Id = 27.56 (A)3a相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在電阻性負載和電感性Ud的波形如下:7.在三相半波整流電路中，如果 負載下整流電壓 Ud的波形。解：假設(shè)口 = 01當負載為電阻時,當負載為電感時,Ud的波形如下:108 .三相半波整流電路，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

18、動勢相同，其分段布置及其矢量如圖2-60所示，此時線圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%,問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？ABC'-LC圖 2-60 圖2-60 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)：當ac對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，a的電流向下流，C2的電流向上流；當Gb2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，Ci的電流向下流，bz的電流向上流；當 ha? 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，b的電流向下流，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時間（各為120 "）由電流流過，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過

19、的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。9 .三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相之間換相的的自然換相點不是同一點。它們在相位上相差180。10 .有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，如果它們的觸發(fā)角都是 a,那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差180u12290X11 .三相半波可控整流電路，5二100V,帶電阻電感負載，R=5Q , L值極大，當:=60 時，要求：畫出

20、a、id和im的波形；計算 Ud、Id、IdT 和 IVTO解：Ud、id和ivT1的波形如下圖：O- tUd、Id、IdT和IvT分別如下Ud=1.17U2cos1.1731003dos60、u65309x58.5 (V)Id = UdR = 58.55= 11.7 (A)1 = Id3=1173=3.9 (A)Ivt= Id/3 =6.755 (A)12 .在三相橋式全控整流電路中，電阻負載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整12流電壓Ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響? 答：假設(shè) VTi不能導(dǎo)通，整流電壓 Ud波形如下：假設(shè)VTi被擊穿而短路，則當晶閘管VT

21、3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT 5也可能分別被擊穿。R=5Q , L值極大，當13 .三相橋式全控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負載,:=60時，要求：畫出U、id和M的波形；計算 Ud、Id、IdT 和 IVTO解:Ud、id和iVTi的波形如下:Ud、Id、IdT和IvT分別如下Ud= 2.34U2COsa= 2.3431003cos60u65309xi17(v)Id = Ud/ R=117/5=23.4 (A)V3 = 23.4/灰 7.8 (A)IvT=Id/3 =23.4/ 3 = 13.51 (A)14.單相全控橋，反電動勢阻感負載,R=1 QL=8,

22、 E=40V, U2=100V,LB=0.5mH ,當o=60附求 5、Id與丁的數(shù)值，并畫出整流電壓人的波形。解：考慮Lb時，有：Ud=0.9U2cos - A Ud Ud = 2XBL / 乳Id= (5 E) / R解方程組得：Ud= ( nR0.9U2Cosa +2XbE) /( R R + 2Xb) = 44.55 (V)A Ud = 0.455 (V)Id = 4.55 (A)又1Cos» cosQ + 丁 ) = 2IcXbUz即得出換流重疊角Cos(60 ) =0.4798U2=100V, R=1 Q , L = 8,ivT2的波形。y = 61.33 - 60 =1

23、.33°LB=1mH ,求當口二30附、E=50V時Ud、L、尸的值并作出Ud與溫和 解：考慮Lb時，有：Ud=1.17U2cos - A UdA Ud = 3XB|d/ 2 式|d= (5 E) / R解方程組得：=94.63 (V)AUd = 6.7 (V)|d = 44.63 (A)又Ud=(n R 1.17U2Cosa +3XbE) /(2tcR+3Xb)13即得出換流重疊角cos« - COS + ¥ ) LXb/ x/6 U2 =2cos(30 ) =0.7527 = 41.28° 30 =11.28°17Ud、b和M2的波形如下:

24、U2uaUbUcXb=0.3Q ,求16,三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5Q , L=8, U2=220V,Ud、Id、IvD、I 2和Y的值并作出Ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路=0°時的情況。Ud=2.34U2cos - A UdA Ud = 3XBI d / nId=Ud/ R解方程組得：Ud=2.34U2COSa/(1+3Xb/tc R) = 486.9 (V)Id = 97.38 (A)又COS® cos(cc +) =2LXb76 U2即得出COS =0.892換流重疊角尸=26.93°二極管電流和

25、變壓器二次測電流的有效值分別為IvD = Id 7 3=97.38/ 3 = 32.46 (A)2I2a=1 I d= 79.51 (A)3Ud、ivD1和i 2a的波形如下：ORmvIdUao1 ''i2aOOiVD1d.，t- t4 - t17.三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V, R=1 Q , L=8, U2=220V, a=60°,當Lb=0和LB=1mH情況下分別求 5、Id的值，后者還應(yīng)求 ¥并分別彳出 w與I的波 形。解：當Lb=0時：Ud=2.34U2cos =2.3432203dos60° =257.4 (V)Id= (

26、5E) R= ( 257.4 200) 1= 57.4 (A)當LB=1mH時Ud=2.34U2cos - A UdAUd=3XsId /tId= (5 E) / R解方程組得：Ud= (2.34nU2Rcos +3XbE) /( R R+3Xb) =244.15 (V)Id = 44.15 (A) 5 = 13.25 (V)又COSot COS(ct + ¥ ) =2X&/ 6 U2cos(60f ) =0.4485 T =63.35 - 60 = 3.35°w、Im和Im的波形如下:18 .單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

27、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：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有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 6k±1（k=1、2、3）次的諧波，其中

28、 主要的是5、7次諧波。20 .試計算第3題中i2的3、5、7次諧波分量的有效值 123、I25、I27。 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于是可得:Id = 38.99 (A)I 23= 2I 25= 2I 27= 23n= 272338.99/3n=11.7 (A)5 n= 2/2338.99/5 n= 7.02 (A)7n=2巧 338.99/7n=5.01 (A)21 .試計算第13題中i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id = 23.4 (A)由此可計算出5次和7次諧波分量的有效值為：125= V6 I

29、d5n = V6 323.45 n=3.65 (A)I27= V6 I d 7 Tt =76323.4 771 =2.61 (A)22 .試分別計算第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：I-2V2 Id/r =2 /2 338.99/r =35.1 (A)基波因數(shù)為v= I1I/= I1K= 35.1 38.99= 0.9電路的輸入功率因數(shù)為：%= v COS3t = 0.9 cos30u653O9x0.78第13題中基波電流的有效值：L= V6 Id A =76 323.39 - = 18.243 (A)基波因數(shù)為v= I11/= I1pd=0.955電路的輸入

30、功率因數(shù)為：九=v COSa = 0.955 cos60'u65309x0.4823 .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：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；當變壓器二次電壓有效值 U2相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值5是三相橋式電路的1/2,而整流電流平均值 Id是三相橋式電路的 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Ud和整流電流id的波形形狀一樣。24 .整流電路多重

31、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)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。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12k±1、(k=1, 2, 322)次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12k (k=1, 2, 322U65289X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24k±1(k=1 ,2, 322)次諧波，整流輸出電壓中

32、含有24、48等即24k (k=1 , 2, 3222u65289X 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)要有電動勢，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>n/2,使Ud為負值。27 .三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1Q , L=8, U2=220V, LB=1mH ,當Em=-400V, P=60 W求 5、Id與？的值，此時送回電網(wǎng)的有功功率是多少？ 解：由題意可列出如下3個等式：Ud=2.34U2cos(nB) UdAUd=3XBld kId= (UdEm) / R 三式聯(lián)立求解，

33、得5 = 2.34 n U2R cosOt-R+BXbEm R+3Xb) = - 290.3 (V)Id=109.7 (A)由下式可計算換流重疊角：.cos - Cos(a+¥ ) =2XbL6 5 = 0.1279COS(120口 + 了)= -0.6279T = 128.90 口 120 三 8.90,送回電網(wǎng)的有功功率為=4003109.7-109.723109.731=31.85(W)P=EmL| -IdR28 .單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1 Q , L=8, U2=100V, L=0.5mH ,當Em=-99V,P=60酎求5、Id和¥的值。解：由題意可列

34、出如下3個等式：Ud=0.9U2cos(n-) Ud Ud = 2XBld / nId= (5Em) / R三式聯(lián)立求解，得Ud=n R0.9U2cos(n-) + 2XbEm/( R R+2Xb) =- 49.91 (V)Id = 49.09 (A)又Cosa - COS + y ) = 2IdXBU2=0.2181即得出Cos(120) =-0.7181換流重疊角尸=135.9 - 120 =15.9°29 .什么是逆變失??？如何防止逆變失??？答：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過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勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變

35、電路內(nèi)阻很小，形成很 大的短路電流，稱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3等。30 .單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0180口，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是090 口。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0120口，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是090 口。31 .三相全控橋，電動機負載，要求可逆，

36、整流變壓器的接法是D, y-5,采用NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30強R-C濾波器，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 AB與鋸齒波的中點重合，即對應(yīng)于同步信號的300 口，所以同步信號滯后以a相為例，Ua的120對應(yīng)于二90口，此時 5=0,處于整流和逆變的臨界點。該點20AB廠門Basc-sasbrr.a sb晶閘管同步電壓 -Usb表：2VT3VT4VT5各晶閘管的同步電長選取如下VTiVTVT6Usa UseUsbUseUa 180M65292X 又因為R-C濾波已使同步信號滯后 30 u65292X所以同步信號只要再滯后150 u23601X可

37、以了。滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如市兩幅圖所示。-sc第 4 章 逆變電路1 無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負載聯(lián)接。2換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4 種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換

38、流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負載換流和強迫換流 3 種方式。3什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是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是： 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側(cè)

39、為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點是： 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。21當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因 為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并 聯(lián)二極管。4 .電壓型逆變電路中反饋二極管的

40、作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極 管？答：在電壓型逆變電路中，當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起 緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并 聯(lián)了反饋二極管。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流 通，而當輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當需 要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通， 因此不需要并聯(lián)反饋二極管。5 .三相橋式電壓型逆變電路，1800u23548X電方式，d=100

41、V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值Uuni、輸出線電壓的基波幅值Uuvim和有效值Uuvi、輸出線電壓中 5次諧波的有效值UUV5。解：輸出相電壓的基波幅值為2UUUN1m _ _d_0.637Ud=63.7(V)= 冗 =輸出相電壓基波有效值為：M UUUN1 = UNim = 0.45Ud=45(V)輸出線電壓的基波幅值為2Uuvim 3 d = 1.1Ud=110(V)輸出線電壓基波的有效值為UUV1m = 6 5 = 0.78Ud=78(V).oJIUuV1 =2輸出線電壓中五次諧波UUV5的表達式為：2 3UdUuv5="5 二 sin 5 t其有效值為：UU

42、=2 3d =15.59(V)UV5 5 2二6.并聯(lián)諧振式逆變電路利用負載電壓進行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件?答：假設(shè)在t時刻觸發(fā) VT2、VT 3使其導(dǎo)通，負載電壓 uo就通過VT2、VT3施加在VTi、22VT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從 VTi、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移，觸發(fā) VT 2、VT 3 時刻t必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。7串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。答：二極管的主要作用，一是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以 保持，為晶閘管換流做好準備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)

43、斷的 晶閘管上，使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷，從 而確保晶閘管換流成功。以 VT 1 和 VT 3 之間的換流為例，串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡述如 下：給VT3施加觸發(fā)脈沖，由于換流電容Ci3電壓的作用，使VT3導(dǎo)通，而 VTi被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VTi換到VT3上，加通過VDi、U相負載、W 相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，如圖 5-16b所示。因放電電流恒為I、故稱恒流放電階段。在C13 電壓 uC13 下降到零之前， VT 1一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關(guān)斷時間tq,就能保證可靠關(guān)斷。 uC13 降到

44、零之后在U 相負載電感的作用下，開始對C13 反向充電。如忽略負載中電阻的壓降，則在uC13 =0 時刻后，二極管VD 3受到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流，兩個二極管同時導(dǎo)通，進入二極管換流階段，如圖 5-16C所示。隨著 Ci3充電電壓不斷增高，充電電 流逐漸減小，到某一時刻充電電流減到零， VD 1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。之后，進入VT2、 VT 3穩(wěn)定導(dǎo)通階段，電流路徑如圖5-16d 所示。8逆變電路多重化的目的是什么？如何實現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么 場合？ 答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級提高，二是可以改善輸出電壓 的波形。因為無論是電壓

45、型逆變電路輸出的矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形 電流波，都含有較多諧波，對負載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組 合起來獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是把若干個逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重 和并聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個逆 變電路的輸出并聯(lián)起來。串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。第5章直流-直流變流電路1 .簡述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器

46、的原理是：在一個控制周期中，讓 V導(dǎo)通一段時間ton,由電源E向L、R、M供電，在此期間，Uo=Eo然后使 V關(guān)斷一段時間 ,此時電感L通過二極管 VD向Rt和M供電，Uo=0o 一個周期內(nèi)的平均電壓E。輸出電壓小于電源電壓，Uo =0n +offt t起到降壓的作用。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=50 s,ton=20 s,計算輸出電壓平均值Uo,輸出電流平均值I解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為25輸出電流平均值為tUo=onE =T20200=80(V)50Io = Uo- Em= -30 =5

47、(A)R 103.在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V,脈寬調(diào)制控制方式，T=20as,當 僵=5心$時，計算輸出電壓平均值I。，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續(xù)。當L=1mH, R=0.5 , Em=10V,采用Uo,輸出電流平均值ton=3心s時，重新進行上述計算。解：由題目已知條件可得:Em m=E10100=0.1當ton=5 ;1 S時，有T = L=0.001 =0.002R 0.5Tp = . =0.01心30025由于e?" -1 e0.0025 - 1=0 =0.249>m所以輸出電流連續(xù)。此時輸出平均電壓為輸出平均電流為tUo

48、 =onE=T100 5 =25(V)20I _ Uo- Em 10 =R2525 =30(A) - 100.5輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為1 -er： E 1 10025Imax= Il P m | = ll 一1 - e-e；：j-:R . 1 - e-0.01E e°.°°25-m II = II 11000.1 | 二30.19(A)0.510=29.81(A)1I min = | Pe - 1R e e0,0i - 10.1II0.5當ton = 3S時，采用同樣的方法可以得出：P =0.0015由于cP0.015 -!1 =0.149>me

49、-1e°.Q1 1所以輸出電流仍然連續(xù)。此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大一最小瞬時值分別為:t 100Uo =onE=3=15(V)20Io = Uo- Em=15- 10=10(A)R0.001 -e15I 二max 1 101e0.0015I =-min-10.5100=10.13(A)0.1 II0.510=9.873(A)00.1Ie0。- 1'll0'54 .簡述圖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 V處于通態(tài)時，電源 E向電感L充 電，充電電流基本恒定為Ii,同時電容 C上的電壓向負載 R供

50、電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值 U。設(shè)V處于通態(tài)的時間為 t,此階段電感L上積蓄的能Elltono 量為25當V處于斷態(tài)時E和L共同向電容 C充電并向負載 R提供能量。設(shè) V處于斷態(tài)的時間 為t%則在此期間電感 L釋放的能量為(U0- E I itoff o當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EU Uo- E I itoff化簡得： T= + =UttEon offE0 tofftoff式中 T /toff之1 ,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 I5 .在圖5-2a所示的升壓軌遺電路中，已知 E=50V, L值和C值極大，R=20 ,

51、采用 脈寬調(diào)制控制方式，當T=40心s,匕=25心s時，計算輸出電壓平均值 U。，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為： T4050 =133.3(V)Uo =E =toff-輸出電流平均值為：40 25Io = R = 20 =6.667(A)6 .試分別簡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。答：升降壓斬波電路的基本原理：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源 E經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時電流為3,方向如圖 3-4中所示。同時，電容 C維持輸出電壓基本恒定并向負載 R供電。此后，使 V關(guān)斷，電感 L中貯存的能量向負載釋放，電流為i2,方向如圖3-4所示?？梢?，負載電

52、壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時，一個周期 T內(nèi)電感L兩端電壓 w對時間的積分為零，即 T當V處于通態(tài)期間,所以輸出電壓為：u0 Ld0Ul = E；而當 V處于斷態(tài)期間，Ul = - Uoo于是:Uoton eonE ton= U to offtoffT ton1改變導(dǎo)通比5,輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<a<1/2時為降壓，當1/2<0(<1時為升壓，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 V處于通態(tài)時，E L1V回路和 RL2C V回路分26別流過電流。當 V處于斷態(tài)時，E-Li-C-VD回路和 R-L2-VD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5-5b所示，相當于開關(guān)S在A、B兩點之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓 uc的脈動足夠小時。當開關(guān) S合到B點時，B點電壓UB = 0,A點電壓 業(yè)三-u%相反，當 S合到 A點時，Ub= uc,中=0。因此，B點電壓Ub的平均值為UoffuB T CtE = U = of% BTC（Uc為電容電壓uc的平均值），又因電感 Li的電壓平均