電力電子技術(shù)課后習(xí)題答案

1、電力電子器件222222222222222222222222222222221整流 電路 22222222222222222222222222222222224直流斬波電路 2222222222222222222222222222222220交流電力控制電路和交交變頻電路2222222222222222222222226逆變電路 2222222222222222222222222222222222PWM 控制技術(shù) 22222222222222222222222222222222軟開(kāi) 關(guān)技術(shù) 222222222222222222222222222222222313540Zr/r弟1早ZrA* 2

2、” 弟2早ZrA-"-弟3早ZrA-"S-昴4早Zr/r弟5早ZrA*宀”弟6早Zr/r弟7早ZrZr *>-弟8早組合變流電路 2222222222222222222222222222222242第丨章電力電子器件4711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）o或："0且4>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。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

3、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Z3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試計(jì)算各004b)0.271731(I0.4767 I42+20.5434213t)1t)二2271712 4圖 1-43 r 晶閘管導(dǎo)電波形m 422十sin *( t) = (02o4a)解:a)b)42 一71c)2厶()sin t) d tt)=710.6741 I m4.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 I”、5、I各為多少？這時(shí).相應(yīng)的電流最大值解：額定電流I5、*、*各為多少？=100A的晶閘管，允

4、許的電流有效值 I =157A,由上題計(jì)算結(jié)果知1a)rr1A 329.35 ,梢 A 0.2717 I 和8知80.4767b)c)I z 弋A 232.90,0.6741I =2 I =314,« 戀 0.5434 I*12&561n= I 腫78.545.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RNP：和NEN構(gòu)成兩個(gè)晶體管 7、U,分別具有共基極電流增益CXi和0（2,由普通晶閘管的分析可得， 2 是器件臨界導(dǎo)通的條件。2 XX1.兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通；8+ a < X不能維持

5、飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GT。之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚T。與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：DGTO在設(shè)計(jì)時(shí)2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；2較大，這樣晶體管V2）gto導(dǎo)通時(shí)的愛(ài) a更接近于1.普通晶閘管& 2 1芝，而gto則為1+ & i.g. *GT。的飽和程度不深，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) GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得 p:極區(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

6、被擊穿而損壞。MOSFET的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 MOSFET因靜電感應(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- IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？答：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，K3BT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)

7、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。GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一2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MOSFET驅(qū)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

8、作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓，dWdt或過(guò)電流和d/dt,減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)，G經(jīng)R放電，R起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí),負(fù)載電流經(jīng)VD.從C分流，使dWdt減小，抑制過(guò)電壓。9-試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì)IGBT、GTR、GTq和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表：IGBTtt點(diǎn)開(kāi)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)功率開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET電壓，電流容量不及GTO關(guān)度電 開(kāi)速低為耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低沖動(dòng)酥S大蠶復(fù)雜

9、存SMOSFET電壓、電流容量大.適用于大功率場(chǎng)GTO合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性電力 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) 題題電流關(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) 頻率低電流容量小，耐壓低.一般只適用于功率不超過(guò)10KW的電力電子裝置第2章整流電路1-單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電,L二20mH1 U = 100V,求當(dāng)Q二。和60印寸的貸載電流I2并畫(huà)出4與i° °波形。解：a二o時(shí)，在電源電壓 4的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感l(wèi)儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)

10、始導(dǎo)通時(shí)刻,載電流為零。在電源電壓匕的負(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.在電源電壓的一個(gè)周期里，以下方程均成立：did2U考慮到初始條件：當(dāng) t二o時(shí)i2U2cos122當(dāng)a二60時(shí)，在4正半周期60 -180 jtdi60300期間以下微分方程成立:L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)藏的能量在u渙半周期他300期間釋放，因此在山一個(gè)周期中d2Usindt考慮初始條件：當(dāng) t = 60時(shí)匚二0可解方程得：2U21( cos t)L 2其平均值為42 圖乙9為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 2U ；當(dāng)負(fù)載是電阻或電感

11、時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與2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.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VL為例。當(dāng)VT.導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT：通過(guò)VT,與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT：承受的最大電壓為2 2UO2 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：（oa ）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通.輸出電壓為o； （a兀）期間，單相全波電路中 v導(dǎo)通，單

12、相全控橋電路中vt、vt導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓匕相等；（7T7T + a）期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通.輸出電壓為 0；（兀十a(chǎn)22導(dǎo)通，單相全控橋電路中v、VLU兀）期間，單相全波電路中 VT2 O對(duì)于電感負(fù)載：（a兀+ a ）期間，單相全波電路中導(dǎo)通.單相全控橋電路中 v、v導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 a相等；（兀十a(chǎn) 2兀+ a ）期間，單相全波電路中vt，導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2S vt3u求整流輸出平均電壓U、電流I.變壓器二次電流有效值I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，U= 100V,負(fù)載中R=2Q, L值極大，當(dāng)a =30

13、°時(shí)，要求：作出ui八和i，的波形；0輸出平均電壓Us電流I.變壓器二次電流有效值I，分別為U= 0.9 U2cos a = 0.9 3 1003 cos30 = 77.97（ V）vL - U/ R= 77.97/2 = 38.99 （何I d 二 38.99（A）晶閘管承受的最大反向電壓為:1002 = 141.4（V）2 U考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為:U= （23） 3 14iw = 283-424 （ 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:晶閘管的額定電流為:（15-2 ）3 27.57 / 1.57 = 2635 （A）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)

14、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：5單相橋式全控整流電路.gOOV,負(fù)載中R=2Q, L值極大，反電勢(shì)&60V,當(dāng)=30時(shí)，要求 作出山、匚和i'的波形； 求整流輸出平均電壓 U、電流I.,變壓器二次側(cè)電流有效值I解：4、i。和i；的波形如下圖:考慮安全裕量，確定晶閘管的4&整流輸出平均電壓U、電流L.譽(yù)器二次側(cè)皐流有效值U= 0.9 U

15、=77.97(A)二(U 一 EV R 二(77.97 一 60)/2 = 9(A)121-=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：2 = 1002 = 141.4(V)2 U流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為:2 = 6.36( A)故晶閘管的額定電壓為U第二(2-3) 3 141.4 = 283-424 (V)晶閘管的額定電流為：Im= （1.5-2） 3 6.36 / 1.57 二 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 5、5為晶閘管），電路如圖2-1!所示,U=100Vt電阻電感負(fù)。的波形。載.昵Q, L值很大，當(dāng)=60時(shí)求流

16、過(guò)器件電流的有效值，并作出VI、°的波形如下圖：V T1V D2負(fù)載電壓的平均彳込CUd2Usin20td( t)0.9U+711 cos( / 3)=67.5( V)負(fù)載電流的平均值為：| a 二 U / R二 6).52 / 2 = 33.75( A)流過(guò)晶閘管VT；的電流有效值為：| ° 二 19.49( A)流過(guò)二極管VDasVD，的電流有效值為:2| -二 27.56(A)37-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U。的波形。解：假設(shè)° ,當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí),。的波形如下：當(dāng)負(fù)載為電感時(shí),u的波形如F:三

17、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2-60所示，此時(shí)線圈的繞組増加了一些.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？圖260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(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)對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，a的電流向下流，c:的電流向上流;當(dāng)C佩對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，6的電流向下流，6的電流向上流；當(dāng)bA對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b，的電流 向下流，亂的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(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，

18、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。9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法,2、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?答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法,2、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?80 1。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2相，在相位上差多少度？答：相差180、 o11 三相半波可控整流電路，U=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5fi, L值極大，當(dāng) =60時(shí)，要隸： 畫(huà)出4

19、、i °和i亦的波形； 計(jì)算U、I、I和IvrO解:4、i 和i“的波形如下圖：20U、I 、心和I"分別如下U 二 1.17 llcos二 1.17 3 1003* cos60=58.5( V)L = U / R= 58.5 / 5= 11.7(A)I 巧二 L / 3= 11.7 / 3 = 3.9(A)0 /3 二 6.755 ( 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。波形如何？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)VT不能導(dǎo)通.整流電壓 厲波形如下：假設(shè)V被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管V或V導(dǎo)通時(shí)，將

20、發(fā)生電源相間短路，使得 VL. VT，也可能分別被擊穿。13三相橋式全控整流電路，UTOOV,帶電阻電感負(fù)載，住5Q , L值極大，當(dāng) =60時(shí)，要求:Od、IdT 和 I分別如下u = 2.34 Ucos = 2.34 3 1003 cos6(/= 117 ( V)Id = U/ R= 117 / 5 二 23.4(A)1115單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=lQ , L=oo, B40V,中100V, L=0.5mH,當(dāng)=60時(shí)求UI,與的數(shù)值，并畫(huà)出整流電壓u的波形。解：考慮L。時(shí),有:U 二 0.9 Udos Q UA U= 2X1 a/ 兀(U-E) /R解方程組得:11=( 71

21、 R 0.9 Ucos a + 2XE) /(兀 R+ 2)=44.55(V) U 二 0.455( V)1心4 余？(A) J又COS 一 COS(9干 Y 2 ldXB/u即得出cos(60)=0.4798換流重疊角最后，作出整流電壓=30 時(shí)、15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U=100V, R=1Q, L=oo, L、8=1mHt 求當(dāng)E=50V時(shí)U、I 八的值并作出5與匚和i 、E的波形。解：考慮L。時(shí),有:u= 1.17 ucos a u.=3XI J 27TAuI d二(II- E)/r解方程組得:U =（ 71 R 1.17 Ucosa + 3X/（27TR+3XB）

22、二 94.63（0«= 6.7（V）A uI二 44£3（A）12cos 8cos(a)芻idXp/6 u即得出換流重疊角cos(30=41.28)=0.75230=11.284、i 和 im的波形如下16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載,R=5Q , L=oo, Q=220V?X=0.3 Q ,求 Q、I'和的值并作出4、i “和i'的波形。a F時(shí)的情況。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U 二 2.34 Ucos a U解方程組得:U = 2.34 Ucos a /(1 + 3X 71 Q 二 486.9又cos 一 cos(即得出C

23、OS0.89213L= 44.15（A）換流重疊角=26.93二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為17 三相全控橋.反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，&200V, R=lQ, L=oo, U=220V,=60 ,當(dāng)"0和©UFlmH情況下分別求U、I,的值，后者還應(yīng)求 并分別作出5與i的波形。解：當(dāng)。二0時(shí)：U = 2.34 Ucos a = 2.34 3 2203 cos60 = 257.4（ V）L =（U- E） / R二（257.4 一 200）/ 1 = 57.4（兒當(dāng)Le = 1mH時(shí)U 二 2.34 Ucos a - UA U= 3Xi V 兀I d二（u- E

24、） /r解方程組得：U= （2.34 兀 UR cos a + 3炯 /（兀 R+ 3X）= 244.15二 13.25( V)14又 T cos CC cos(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？其中幅值最大的醸次？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!8次？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含?k （心1、2、3.）次諧波，其中幅值最大的是次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k + 1 （k二1、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？其中幅值最大的懸次?變壓器二次側(cè)電流

25、中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的逼次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓字含有6k （k二1、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，其中主要的是7次諧波。20 試計(jì)第3題中i：的3、5、7次諧波分量的有詭厲、.、I解：在第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流稠匚二 38.99（A）15于是可得:=227r3/2-2-2一一38.99/371=11.7（刀38.99/571=7.02（刀38.99/771=5.01（心21 試計(jì)算第13題中i '的5、7次諧波分量的有效值I八I解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路

26、，且已知I.二 23.4（ A）由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量帖效值為：J1 =二/ § 兀二 23.45 兀=3.65 （A）二 6 I . / 7 7T =6 3 23.4 / 7療=2.61（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)。2 3 38.99 / 7 = 35.1（A）解：第3題中基波電流的有效值為jLI 1= 22J 71 = 2基波因數(shù)為=I, / I = L / I。二 35.1 / 38.99 = 0.9 電路的輸入功率因數(shù)為：a= COS = 0.9 COS30 = 0.78第待題中基波電流的有效值廠I，=6 I ° / 71 =6 3

27、 23.39 / 龍=18.243 （A）基波因數(shù)為電路的輸入功率因數(shù)為=I , / I = I, / I . = 0.955aCOS = 0.955 COS60 = 0.4823 .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(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U相等時(shí).雙反星形電路的整流電壓平均值U是三相橋式電路的1/2,而整流電流平均值匚是三相橋式電路的2倍。 在兩種電路中.晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈

28、沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓4和整流電流i。的波形形狀一樣。1624.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。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、他,2, 3222)次諧波.整流輸出電壓中含有12、24等即12k(k=1,2,3222)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

29、,±?, 3222)次諧波.整流輸出電壓中含有24、48等即24k(E,2,3222)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U，為負(fù)值。27三相全控橋變流器.反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載,R=1 fi ,L=8, 中220V, U=1mH, 當(dāng) =-400V,=60W=-99V,=60時(shí)求時(shí)求U、I。與 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:U= 2.34 Ucos( 71/3 ) -AU(U-&) / R三式聯(lián)

30、立求解，得U 二2.34 n UR cos( 71B ) + 3XE / (兀 R+ 3X)二一 290.3(V)由下式可計(jì)算換流重疊角:ld= 109.7(A)oc + 了cos-cos(。+ 丫)=2XI=0.1279cos(120)0.6279=128.90 一 120=8.90送回電網(wǎng)的有功功率為Q|E I |M d2I R =4003109.7-109.7109.7 31=31.85(W)28 單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載.R=lQ , L=oof UR00V, L=0.5mH,當(dāng) EU、I 和 的值。17解：由題意可列出如下3個(gè)等式：U 二 0.9 Ucos( 7T - B ) -

31、 A UA U= 2X1 a/ 兀1。二(u-日 /r三式聯(lián)立求解，得U 二兀 R 0.9 Ucos(兀-B ) + 2XEJ /( 71 R+ 2X)二一 49.91(V)I ° 二 49.09( A)又2 IXb / U尸 0.2181。+丫)=-0.7181a /a + Ycos 一 cos()=即得出cos(120換流重疊角120=15.9=135.929 什么是逆變失敗？如何防止逆變失?。看穑耗孀冞\(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，稱為逆變失 敗或逆

32、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(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0180 ,當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí).要求的晶閘管移相范圍是。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=20 ,當(dāng)負(fù)載為電感D, y-5 ,采用NPN鋸齒波觸發(fā)器,負(fù)載時(shí).要求的晶閘管移相范圍是。90 。31 三相全腔橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆.整

33、流變壓器的接法是并附有滯后30的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。C18-SC以a相為例，U.的120對(duì)撿于a =90,此時(shí)' u=o,處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該點(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u.180J ,又因?yàn)镽-C濾波已使同步信號(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。各晶閘管的同步電壓選耳1如下表：晶閘管vvt2VTavt4vt5同步電壓19第3章直流斬波電路1.簡(jiǎn)述圖3-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理

34、是：在一個(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間由電源E向L、R、M供電，在此期間，U二E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間t八 此時(shí)電感L通過(guò)二極管VD向R和M供電，ua=0o 個(gè)周期內(nèi)的平均電壓UO ItonX 。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。:Ettonoff2 在圖3七所示的降壓斬波電路中，已知 &200V? R1OQ, L值極大，臼30V, T=50 1 s,t s,計(jì)算輸出電壓平均值U?輸出電流平均值I 。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5= 20200 昨）=丘50u0 -em輸出電流平均值為8030=5(A)103在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V,

35、L=1mH, R=0.5 Q , =10V,采用脈寬調(diào)制控制方式,1T=20s,當(dāng)t5“s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U,輸出電流平均值I。，計(jì)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)時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：Em10=0.11000.001 =0.002$.5=0.01OP由于on0.0025e0.01ePT0025=0.249> m1所以輸出電流連續(xù)。此時(shí)輸出平均電壓為20輸出平均電流為tonEUo-Em100 X 5=25(V)2025=30(A)100.5-oP輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值彥別為I/0.00251000.1 嚴(yán)吻材 0010.5 e

36、1 E“ m=e1 R0025 11000.1=29.81 (A)0.5eope-p當(dāng)t.=3/s時(shí)，采用同樣的方法可以得出a p =0.0015由于0.015 Xe -1-4二 0.01=0.149>me 11e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、最小瞬帝詡別為：3=15(V)0.00151100e0.1=9.873(A)0.0110.5Uo -EmR1510=10(A)0.50.00151100e0.1=10.13(A)1 0.010.5=（一）4簡(jiǎn)述圖3-2a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(dāng)

37、本恒定為同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電.因V處于通態(tài)時(shí)，電源 E向電感L充電，充電電流基C值很大基本保持輸出電壓為恒值U.o設(shè)V處于C充電并向。當(dāng)電路1 off通態(tài)的時(shí)間為此階段電感L上積蓄的能量為Eht 。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容on負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為t “，則在此期間電感L釋放的能量為 U。 E I t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：Eht U E I tono1 off化簡(jiǎn)得：Uo onEE=t tonOff>式中的T/t1 ,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。off5 在圖3-2a所示的升壓斬波電路中，已知

38、E=50V, L值和C值極大，R=2oQ,采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) T=40"s, t .=25 1 <；時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U,輸出電流平均值1»o解：輸出電壓平均值為：XT4(T=133.3(V).=E =50U4025toff輸出電流平均值為：U 0133.3=6.667(A)I .=R206 試分別簡(jiǎn)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(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i方向如圖3d中所示。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

39、量向負(fù)載釋放，電流為 /=方向如圖3-4所示?？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u.對(duì)時(shí)間的積分為零，即= 0- =o -a當(dāng)V處于通態(tài)期間，U = E ；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，u嚴(yán)-U °。于是：E ton U to off所以輸出電壓為：t tUQ onE on EET 1ttoffon改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高.也可以比電源電壓低。當(dāng) 0<<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<<1時(shí)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(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，ELV團(tuán)路和_RUCV回路分別流過(guò)

40、電流。當(dāng) V處于斷態(tài)時(shí).ELi0VD回路和RL，VD回路分別流過(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 3-5b所示，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4的脈動(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 芋0, A點(diǎn)電壓 心4 ；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，UFik, ii=0o因此，B點(diǎn)電壓u。的平均值為offU (U為電容電壓C4的平均值),又因電感L，的電壓平均值為零，所以E UBtoffCu O另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值22ttUoconu 。于為onUAu ,且 Lc的極性，有2的電壓平均值為零，按圖 3-5b中輸出電壓Ut 01_ a是可得出

41、輸出電壓U-。與電源電壓E的關(guān)系：t tUo onE on EET 1ttoffon兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的,均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。與升降壓斬波電路相比,Cuk斬波電路有一個(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Speic斬波電路和Ze解：Sepic電路的原理圖如下:L,L1在V導(dǎo)通t潮間,在V關(guān)斷t .期間由以上兩式即可得出C,a稱波電路的 -HL并推導(dǎo)其俞入輸出關(guān)系。VDC1UVa)Sepic斬波電路當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí),tonZeta電路的原理圖如下:在V導(dǎo)通t潮間,CloffVDu。 R23在V關(guān)斷t .期間當(dāng)電路工作

42、于穩(wěn)態(tài)時(shí).電感 L. L：的電壓平均值均為零，則下面的式子成立E t 5 + Us t * 二0(E u。 ucJ U_ q =0 由以上兩式即可得出t尸。" EUtoff8分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖3-7b的波形，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,工作于第1象限；U和VD再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第戰(zhàn)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,T:構(gòu)成奉斬波2象限.弓圖3-7b中，各階段器件導(dǎo)通情魄及電流路徑尊如至為電能反饋到電源，使電動(dòng)機(jī)作IKZV.導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：VD 1MV ,關(guān)斷,VD，續(xù)流:2V ，導(dǎo)通L上

43、蓄能：V '關(guān)斷.VD；導(dǎo)通，向電源回饋能量24V，保持導(dǎo)通,對(duì)于圖3-8所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 "和VD,構(gòu)成的降壓斬波電路工作此時(shí)需要當(dāng)U關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過(guò)VD，續(xù)流，電流路徑如下圖:VVDVD10多相多重?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。此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，

44、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a=o時(shí)輸出功率為最大值,交交變頻電路1.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.在試求功率為最大輸出功率的解：a=o時(shí)的輸出電壓最大,此時(shí)負(fù)載電流最大，為t)omaxUUomax1omaxR180%50%時(shí)的開(kāi)通角a o2U sin因此最大輸出功率為Po maxomaxmax輸出功率為最大輸出功率的80% 時(shí),0.8P2(0.8U) 1R此時(shí),又由sin2U“ 2解得a =60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有:it -a +171又由sin2U1 2a =90單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V,

45、阻感串聯(lián)作為負(fù)載其中 R=0.5 Q . L=2mHo試求：開(kāi)通角a的變化范圍；負(fù)載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng)a =時(shí),2#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：0L2 7T X 50 >2 X 10 )=arctan(1(P =arcta n0.5)=0.89864=51.49開(kāi)通角a的變化范圍為:a <710.89864a <7i當(dāng)a叩時(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=37.532(KW)o max2 2=R & L)功率因數(shù)為PomaxU I1220375320.6227273.9

46、8實(shí)際上.此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦,7Tcos7T0.622Z時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角.由式（24-7）得+ & -0.89864)=sin(0.89864)2tan解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為:也可由圖牛3估計(jì)出的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值為sincos(2cos2200.803電源側(cè)功率因數(shù)為2375其中sin 2.37 cos(0.898642.375)cosO.89864=123.2(A)于是可得出21=174.2(A)VT2722=0.3959X 0.5220174.23 交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？ 答：交流調(diào)壓電路和交流

47、調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流 電源接通幾個(gè)周波，再斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變接通周波數(shù)與斷開(kāi)周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平 均功率。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異 步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大 電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小 電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。

48、這都是 十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二 次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒(méi)有必 要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。4 什么是TCR,什么是TSC?它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？答：TCR是晶閘管控制電抗器。TSC是晶閘管投切電容器。二者的基本原理如下：角的（提供容（FC）,TCR是利用電抗器來(lái)吸收電網(wǎng)中的無(wú)功功率（或提供感性的無(wú)功功率），通過(guò)對(duì)晶閘管開(kāi)通角控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)TCR從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率的大小。TSC則是利用晶閘管來(lái)控制用于補(bǔ)償無(wú)功功率的電容器的投入和切除來(lái)向電網(wǎng)提供無(wú)功功率 性的無(wú)功功率）。二者的特點(diǎn)是：TCR只能提供感性的無(wú)功功率，但無(wú)功功率的大小是連續(xù)的。實(shí)際應(yīng)用中往往配以固定電容器 就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。TS