電力電子技術(shù)最新版配套習(xí)題答案詳解第4章

1、目錄第1章電力電子器件 1第2章整流電路 4第3章直流斬波電路 20第4章交流電力控制電路和交交變頻電路 26第5章逆變電路 31第6章PWM控制技術(shù)35第7章軟開關(guān)技術(shù) 40第8章組合變流電路 426第4章 交流電力控制電路和交交變頻電路 =0時(shí)輸出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，在功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%，50%時(shí)的開通角 o解： =0時(shí)的輸出電壓最大，為U OmaX此時(shí)負(fù)載電流最大，為因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的此時(shí)，又由解得-(2uvin t)2d t Ui0IU omaxU1I omaxRRPmaXUomaxi oma

2、xU12R80% 時(shí)，有：P 0.8Po(08u1)2maxRUo08U1Uo U,sin 22 =60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有:Uo 0.5U1又由UoUiSin 2 =902. 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=0.5 Q , L=2mH。 試求：開通角的變化范圍；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) =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)。2解：負(fù)載阻抗角為:3I2502100.5 =arctan () =arctan () =0.89864=51.49R開通角的變化范圍為:當(dāng)=時(shí)，輸出電壓最大

3、，0.89864 負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為2POmaX= IOmaXR220,R2 ( L)2R=37532(KW)功率因數(shù)為PomaX37532UJo220 273.980.6227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，即cos 0.6227 =時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（4-7）2tansin( + - 0.89864)=sin(0.89864) e2 2解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為： =2.375=136.1也可由圖4-3估計(jì)出的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值為IVTUI2 Z ；Sin cos(2COS2202.375、20.803sin2375 CoS( .8986

4、42375) =123.2(A)cos 0.89864電源側(cè)功率因數(shù)為IfRU1Io其中:Io 2IVT =174.2(A)于是可得出IORUX174.2 o.5220 174.20.39593 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，再斷開幾個(gè)周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的 比值來調(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)

5、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)。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TC

6、R ,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：TCR是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或提供感性的無功功率），通過對(duì)晶閘管開通角 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流， 從而調(diào)節(jié)TCR從電網(wǎng)中吸收的無 功功率的大小。TSC則是利用晶閘管來控制用于補(bǔ)償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供 無功功率（提供容性的無功功率）。二者的特點(diǎn)是：TCR只能提供感性的無功功率，但無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（FC）,就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。TSC提供容性的無功功率，符合

7、大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在實(shí)用中只要分組合理，就可以達(dá)到比較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。5 單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路有什么不同？答：?jiǎn)蜗嘟唤蛔冾l電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路的電路組成是相同的， 均由兩組反并聯(lián)的可控整流電路組成。但兩者的功能和工作方式不同。單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電，通常用于交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，兩 組可控整流電路在輸出交流電壓一個(gè)周期里，交替工作各半個(gè)周期，從而輸出交流電。而直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姡?兩組可控整流電 路中哪一組工作并沒有像交交變頻電路那樣的固定

8、交替關(guān)系， 而是由電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的需 要決定。6交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？ 答：一般來講，構(gòu)成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。 當(dāng)交交變頻電路中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時(shí)， 最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻 率的 1/31/2 。當(dāng)電網(wǎng)頻率為 50Hz 時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz 左右。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電 壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主 要因素。7交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：

9、交交變頻電路的主要特點(diǎn)是：只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。 交交變頻電路的主要不足是： 接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用 36 只晶閘管；受電網(wǎng)頻 率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大， 頻譜復(fù)雜。主要用途： 500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、 低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路， 如軋機(jī)主傳 動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。8 三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？ 答：三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。兩種方式的主要區(qū)別在于： 公共交流母線進(jìn)線方式

10、中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端 必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只 引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因 此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。9 在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？ 答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數(shù)。因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電 壓仍為正弦波。 在這種控制方式中， 因?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長(zhǎng)時(shí)間工作在高輸出電

11、壓區(qū)域 （對(duì) 應(yīng)梯形波的平頂區(qū)） ， 角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高 15% 左右。10試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 答：矩陣式變頻電路的基本原理是：對(duì)輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。 矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓為正弦波；輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制； 輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功率因數(shù)；能量可雙向流動(dòng)， 適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行； 不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻， 效率較高。矩陣式交交變頻電路的主要缺點(diǎn)是：所用的開關(guān)器件為 18 個(gè)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成 本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有0.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。因?yàn)?/p>