電力電子技術(shù)(王兆安第五版)課后習(xí)題全部答案

PAGEPAGE27電力電子技術(shù)2-1與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得其具有耐受高壓和大電流的能力？答：1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。2.PNNN區(qū)由于摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。2-2.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，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖?；颍簎AK>0uGK>0。2-3.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？流。要使晶閘由導(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。2-27Im，Id1、Id2、Id3、I2、。1msit)m(2)27174412(Imsint12(Imsint)d(wt)24314 I1=

2Im2

0.4767Im1msid(t)m(2)5434b) Id2=4 2 2I2=

2Im11(Imsint)d(wt)24314

0.6741Im112mdt)

1Im1202Im21202Im2d(t)I3=

41Im2上題中如果不考慮安全裕量,100AId2Id3各為多少?Im1、Im2、Im3各為多少?解：額定電流IT(AV)=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

I0.4767

329.35

Id10.2717Im189.48A

I 232.90A,0.6741

Id2

0.5434I

126.56A

=2I=314

1Im3d3=4m3

78.5GTOPNPN結(jié)構(gòu),GTO能夠自關(guān)斷,而普通晶閘管不能?答：GTOPNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2V1、V2，分別具有共基極電流增益1和2121是器件臨界導(dǎo)通的條件。12＞1

兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；12＜1不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTOGTO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：l)GTO在設(shè)計(jì)時(shí)2GTO關(guān)斷；2)GTO導(dǎo)通時(shí)12的更接近于，普通晶閘管12GTO則為121.05，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(gè)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。電壓電流的能力？答1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。2.PNNN區(qū)由于摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。IGBTMOSFET在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開關(guān)特性上的相似與不同之處IGBT比電力MOSFETP型層，IGBT開關(guān)速度小，開關(guān)損耗少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。開關(guān)速度低于電力MOSFET。電力MOSFET開關(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，不存在二次擊穿問題。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，ⅠGBT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。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。2-11目前常用的全控型電力電子器件有哪些？答：門極可關(guān)斷晶閘管,電力晶閘管，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管。3-1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L＝20mH，U2＝100Vα＝060時(shí)Idudid波形。解：α＝0u2L儲(chǔ)能，在晶閘管開始導(dǎo)u2L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓u2

Ldid2U2d2U2

sint考慮到初始條件：當(dāng) ＝0時(shí)id＝0可解方程得

id

L(1cost)I1 2

(1cost)d(t)22U2d 22U2= ud與id的波形如下圖：

=22.51(A)uu20ud2t02tid02tα＝60°u260~180LL儲(chǔ)藏的能量在u2負(fù)半周期180~300期間釋放，因此在u2一個(gè)周期中60~300期間以下微分方程成立：Ldiddt

sint考慮初始條件：當(dāng) ＝60時(shí)id＝0可解方程得：id

(1cost)2U22U21

1 其平均值為Id 3 2(

cost)d(t)= 2=11.25(A)3 L 2

2Lu2++0udtu2++0udt+ +tidt3-2．圖3-10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化問壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。

2U2；②當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電答：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?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。VT2VT1VT2VT12VT2

2U2。②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（~π期間單相全波電路中T1導(dǎo)通單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；(π~π＋α)期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為~2π)VT2VT2VT3于2。（α~π＋）期間，單相全波電路中T1導(dǎo)通，單相全控橋電路中T1、T4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2（π＋α~2π＋）期間，單相全波電路中T2導(dǎo)通，單相VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于2?？梢?，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。3-3．單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負(fù)載中R＝2Ω，L值極大，當(dāng)α＝30°時(shí)，要求：i2UdI2；u2OudtOidu2OudtOidtIdOi2tIdOt②輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud＝0.9U2cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）Id＝Ud/R＝77.97/2＝38.99（A）22I2＝Id＝38.99（A）22③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100

＝141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。2流過晶閘管的電流有效值為：IVT＝Id∕ ＝27.57（A）2晶閘管的額定電流為：IN＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。3-4．單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)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(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u2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。u202tuVD20tuVD40t，負(fù)載中、idi2的波形；①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；u2OudtOidOiu2OudtOidOitIdItdId2Ot②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分別為Ud＝0.9U2cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)Id＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)22I2＝Id＝9(A)22③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100

＝141.4（V）2流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVT＝Id∕ ＝6.36（A）2故晶閘管的額定電壓為：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（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。3-6（VT1VT2為晶閘管2-11電阻電感負(fù)載，值很大，當(dāng)iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖：u2u2OudtOidiVT1OOVD2tIdtIdIdOtt11負(fù)載電壓的平均值為：U

2Usintd(t)0.9U

1cos(/3)＝67.5（V）d 2 232負(fù)載電流的平均值為：Id＝Ud∕R＝67.52∕2＝33.75（A）2VT1、VT2的電流有效值為：IVT＝VD3、VD4的電流有效值為：IVD＝

1Id＝19.49（A）32Id＝27.56（A）33-7.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ud的波形。解：假設(shè)0，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下：uua ub ucudO tuua ub ucudO t當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形如下：uua ub ucudO tuua ub ucudO t3-8．三相半波整流電路，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？A B CNCNnana1 b1 c1a2 b2 c2B Ac2 na2a1b12-60變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖a1c2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，a1的電流向下流，c2c1b2的電流向下b1a2的電流向下流，（各為向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。3-9．三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?？b兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是180°。3-10．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°。3-11．三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)時(shí)，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。2 2 aubucOtuduaub ucOtiVT1OidOt解：①ud、id和iVT1的波形如下圖： t②Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud＝1.17U2cos ＝1.17×100×cos60°＝58.5（V）Id＝Ud∕R＝58.5∕5＝11.7（A）IdVT＝Id∕3＝11.7∕3＝3.9（A）3IVT＝Id∕ ＝6.755（A）33-12．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ud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？udOt答：假設(shè)udOtVT1VT3VT5VT3、VT5也可能分別被擊穿。3-13．三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)時(shí)，要求：①畫出ud、id和iVT1的波形；Ud、Id、IdTIVT。解：①ud、idiVT1的波形如下：uu2=ua ubuct1OtⅠⅡⅢⅣⅤu duacubcubaucaucbuabuacⅥOtidO1OtiVTt②Ud、Id、IdTIVT分別如下33Ud＝2.34U2cos °＝117（V）Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A）IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）33IVT＝Id∕

＝23.4∕

＝13.51（A）3-14．單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當(dāng) 時(shí)求Ud、Id與 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時(shí)，有：Ud＝0.9U2cosα－ΔUdΔUd＝2XBId∕πId＝（Ud－E）∕R解方程組得：Ud＝（πR0.9U2cosα＋2XBE）∕（πR＋2XB）＝44.55（V）ΔUd＝0.455（V）Id＝4.55（A）2又∵2即得出

－)

IdXB∕U2換流重疊角

cos(60)=0.4798＝u2Otuu2OtudOt3-15．三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U2=100V，R=1Ω，L=∞，LB=1mH，求當(dāng) 時(shí)、E=50V時(shí)Ud、Id、 的值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。解：考慮LB時(shí)，有：Ud＝1.17U2cosα－ΔUdΔUd＝3XBId∕2πId＝（Ud－E）∕R解方程組得：Ud＝（πR1.17U2cosα＋3XBE）∕（2πR＋3XB）＝94.63（V）ΔUd＝6.7（V）Id＝44.63（A）又∵即得出換流重疊角

－)＝2IdXB∕ U26cos(30)=0.7526＝ud、iVT1iVT2的波形如下：u2

ua ub ucOud ua ub ucO tiVT1O iVT2O

Idt Idt3-16．三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和 的值并作出、iVD和i2的波形。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α＝0°時(shí)的情況。解方程組得：又∵

Ud＝2.34U2cosα－ΔUdΔUd＝3XBId∕πId＝Ud∕RUd＝2.34U2cosα∕（1＋3XB/πR）＝486.9（V）Id＝97.38（A）即得出換流重疊角

－)＝2IdXB∕ U26cos=0.8926＝26.93°二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為23IVD＝Id∕3＝97.38∕3＝32.46（A23ud、i2a的波形如下：

I2a＝

Id＝79.51（A）u2 ua ub ucOt1 tⅠdu d

Ⅱ

Ⅲubc

Ⅳuba

Ⅴ

Ⅵ

uacO tIdiO ti2a IdO t3-17．三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V， ，當(dāng)①LB=0和②LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求 分別作出ud與iT的波形解：①當(dāng)LB＝0時(shí)：LB＝1mH解方程組得：

Ud＝2.34U2cosα＝2.34×220×cos60°＝257.4（V）Id＝（Ud－E）∕R＝（257.4－200）∕1＝57.4（A）Ud＝2.34U2cosα－ΔUdΔUd＝3XBId∕πId＝（Ud－E）∕RUd＝（2.34πU2Rcosα＋3XBE）∕（πR＋3XB）＝244.15（V）Id＝44.15（A）ΔUd＝13.25（V）又＝2XBId∕ud、IVT1和IVT2的波形如下：u2

U26cos(60)＝0.44856γ＝63.35°－60°＝3.35°ua ub ucuacuabO uacuabⅥucbⅤucaⅥucbⅤucaⅣubaubcⅢuacⅡdu dIO tIdiVT1dO tIdO t3-18．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?k（k=1、2、3…）次諧波，其中幅值22k＋1（k＝1、2、3……）次即奇次諧波，其中主3次、5次諧波。3-19．三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？6k（k＝1266k1(k=123……)5、7次諧波。3-203i2、、7I23、、I27。3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id＝38.99（A）于是可得：

I23＝2I25＝2I27＝2

222Id∕3π＝2Id∕5π＝2Id∕7π＝2222

∕3π＝11.7（A）22∕5π＝7.02（A）222∕7π＝5.01（A）23-2113i25、7I25、I27。13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id＝23.4（A）66由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量的有效值為：66I25＝I27＝

Id∕5π＝Id∕7π＝

×23.4∕5π＝3.65（A）66×23.4∕7π＝2.61（A）663-22試分別計(jì)算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。22解：①第3題中基波電流的有效值為：22基波因數(shù)為

I1＝2

Id∕π＝2

×38.99∕π＝35.1（A）電路的輸入功率因數(shù)為：

＝I1∕I＝I1∕Id＝35.1∕38.99＝0.9＝6136

cos＝0.9cos30°＝0.786基波因數(shù)為6

I1＝

Id∕π＝

×23.39∕π＝18.243（A）電路的輸入功率因數(shù)為：

＝I1∕I＝I1∕Id＝0.955＝ ＝0.955cos60°＝0.483-23．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)：①三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；U2Ud是三相橋式電路1/2Id2倍。③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。3-24．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。3-25．12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：1211次、13次、23次、2512k1（k=1，）12、2412k（k=1，2，3··）次諧波。2423次、25次、47次、4924k1（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。3-26．使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？α>π/2Ud為負(fù)值。3-27=1U2=20=1H=-400，=60時(shí)求Ud、Id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：Ud＝2.34U2 ΔUd＝3XBId∕πId＝（Ud－EM）∕R三式聯(lián)立求解，得Ud＝[2.34πU2R β)＋3XBEM]∕(πR＋3XB)＝－290.3（V）Id＝109.7（A）由下式可計(jì)算換流重疊角：6－)＝2XBId∕6cos(120)＝

U2＝0.1279送回電網(wǎng)的有功功率為P=|EMId

γ＝128.90－120＝8.90d|I2R=400×109.7-109.72×109.7×1=31.85(W)d3-28．單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Ω，L=∞，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，=60時(shí)求Ud、Id和 的值。解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud＝0.9U2cos(π-β)－ΔUdΔUd＝2XBId∕πId＝（Ud－EM）∕R三式聯(lián)立求解，得Ud＝[πR0.9U2cos(π-β)＋2XBEM]∕（πR＋2XB）＝－49.91（V）Id＝49.09（A）又∵即得出

－)

2IdXB∕U2=0.21812換流重疊角

cos(120)=-0.7181＝3-29．什么是逆變失??？如何防止逆變失??？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β等。3-30．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)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)0~90。4-l無(wú)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(wú)源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。換流方式各有那兒種？各有什么特點(diǎn)？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(jìn)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(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。 負(fù)載換流由負(fù)載提供換流電壓當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)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(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。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(diǎn)？答：按照逆變電路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為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持點(diǎn)是：①②當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。②③并聯(lián)二極管。電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？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。出交流電壓和電流的極性相同時(shí),電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí),由反饋二極管提供電流通道。80oU=100VUUN1m和有效值UUN1﹑UUV1mUUV1﹑5次諧波的有效值UUV5。UUN1m解：

63.7(V)2UUN12

UUN1m

45(V)2UUV1m

)UUV1

UUV1m

6Ud

78(V)2U UUV178)2UV5 5 5并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電源進(jìn)行變換4-6.并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相,為保證換相應(yīng)滿足什么條件?答;tVT2VT3使其導(dǎo)通,uVT2VT3VTlVT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,VTlVT4向VT2VT3VT2VT3時(shí)刻/u零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。4-7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(zhǔn)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)斷的晶閘管上,使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓,以VTl和VT3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(jiǎn)述如下:VT3施加觸發(fā)脈沖,C13電壓的作用,VT3導(dǎo)通而VTl被施以反向電壓而IdVTlVT3上,C13VDl、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流VT3放電,如圖5-16b所示。因放電電流恒為/d,C13Uc13下降到零之前,VTl一直承受反壓,rq，就能保證可靠關(guān)斷。Uc13降到零之后在U相負(fù)載電感的作用下,開始對(duì)C13反向充電。如忽略負(fù)載沖電阻的壓降,則在Uc13=0時(shí)刻后,二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通,開始流過電流,兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通,進(jìn)入二極管換流階段,如圖5-16c所示。隨著C13充電電壓不斷增高,充電電流逐漸減小,到某一時(shí)刻充電電流減到零,VDl承受反壓而關(guān)斷,二極管換流階段結(jié)束。之后,進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)逗階段,電流路徑如圖5-Ⅰ6d所示。4-8.逆變電路多重化的目的是什么?如何實(shí)現(xiàn)?串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路備用于什么場(chǎng)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(jí)提高,二是可以改善輸出電壓的波形。因?yàn)闊o(wú)論是電壓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(duì)負(fù)載有不利影響,采用多重逆變電路,可以把幾個(gè)矩形波組合起來(lái)獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來(lái),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(gè)逆變電路的輸出串聯(lián)起來(lái),并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來(lái)。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的多重化。在電流型逆變電路中,直流電流極性是一定的,無(wú)功能量由直流側(cè)電感來(lái)緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無(wú)功能量時(shí),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。5-1簡(jiǎn)述圖5-la所示的降壓斬波電路工作原理。V導(dǎo)通一段時(shí)間tonELR、M供電，在此期間，Uo=EV關(guān)斷一段時(shí)間toffLRM供電，Uo=0EtonU0toff輸出電壓小于電源電壓,起到降壓的作用。5-1a值微大，ton=20μs，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。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UtonE2020080(V)0 T 50輸出電流平均值為IU0EM0 R

80305(A)105-3．在圖5-la所示的降壓斬波電路中，E=100V，L=lmH，R=0．5Ω，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20μs，當(dāng)ton=5μs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0，輸出電流平均值I0，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)ton=3μs時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：EI1ton(U0E)I1toffL0.0010.002R 0.5當(dāng)ton5s時(shí)，有t

0.01ton

0.0025由于e1e0.00251 e1

e0.011

0.249 m所以輸出電流連續(xù)。5-4．簡(jiǎn)述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。LCVEL充電，I1,CR供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值U0V處于通態(tài)的時(shí)間為tonLEI1tonVECRV處于斷態(tài)的時(shí)間為toffL釋放的能量為(U0E)I1toffTL積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI1ton(U0E)I1toff化簡(jiǎn)得：0UtontoffETE0toff toff式中的T

1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。5-5．在圖3-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=20Ω，采用脈T=40μston=25μs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0I0。解：輸出電壓平均值為：U0

T

E 4040

50133.3(V)輸出電流平均值為：IU0133.36.667(A)0 R 205-6．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)。VEVL供電使，方向如圖。3-4C維持輸出電壓基本恒定并向RVL3-4所示?？梢?，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uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即T0uLdt0T當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL=E：而當(dāng)V處于斷態(tài)期間uLu0。于是：EtonU0toff改變導(dǎo)通比0<<l／2時(shí)為降l／2<l時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。CukV處于通態(tài)時(shí)，—VRL2-C—V回路分別流過V處于斷態(tài)時(shí)，ECVD回路和RL2-VD3-5bS、B兩點(diǎn)之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓uc的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓uB=0，Auu

uu

u0UiUN 0 u點(diǎn)電壓A C；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，B C，A 3 。因此，B點(diǎn)電壓B的平uB均值為

toffT

c(Uc為電容電壓“c的平均值)，又因電感Ll的電壓平均值為零，所以EUB

toffUT

cA點(diǎn)的電壓平均值為U

tonT

c

L2的電壓平均值為零，按圖3—5bU0中輸出電壓Uo的極性，有

tonUT

c。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系：0UtonE 0

EEtoff T

1兩個(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，Cuk5-7SpeicZeta斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。解：Sepic電路的原理圖如下：在V導(dǎo)通ton期間，UL1EUL2UC1左V關(guān)斷toff期間uL1Eu0uC1uL2u0當(dāng)電路工作于穩(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Eton(Eu0uC1)toff0uC1tonu0toff0由以上兩式即可得出UtonE0 toffZeta電路的原理圖如下：在V導(dǎo)通ton期間uL1EuL2EuC1u0在V關(guān)斷toff期間uL1uC1uL2u0當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，電感L1、L2的電壓平均值為零，則下面的式子成立EtonuC1toff0(Eu0uC1)tonu0toff0由以上兩式即可得出UtonE0 toff5-8．分析圖5-7a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，Vl和VDl構(gòu)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l象限：V2和VD2構(gòu)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?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。圖3-7b中，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下：V1導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：V1關(guān)斷，VD，續(xù)流：V2也導(dǎo)通，L上蓄能:V2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量5-9對(duì)于圖5-8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。VD3V2保持導(dǎo)通，與V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電源向M供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖：當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過VD3續(xù)流，電流路徑如下圖：5-10．多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)?5-11．試分析正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時(shí)承受的最大電壓。解：正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時(shí)承受最大電壓的情況如下表所示：開關(guān)S整流二極管VD正激電路(1+N1/N3)U1U1*N2/N3反激電路Ui+Uo*N1/N3Ui*N2/N1+Uo5-12．試分析全橋、半橋和推挽電路中的開關(guān)和整流二極管在工作中承受的最大電壓，最大電流和平均電流。答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。①全橋電路最大電壓最大電流平均電流開關(guān)SUiId*N2/N1Id*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/N1IdId/2②半橋電路最大電壓最大電流平均電流開關(guān)SUiId*N2/N1Id*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/(2*N1)IdId/2③推挽電路(變壓器原邊總匝數(shù)為2N1)最大電壓最大電流平均電流開關(guān)S2*UiId*N2/N1Id*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/N1IdId/25-13．全橋和半橋電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有什么要求?最大電壓最大電流平均電流全橋整流UmIdId/2全波整流2UmIdId/25-15 一臺(tái)輸出電壓為、輸出電流為20A的開關(guān)電源：①如果用全橋整流電路，并采用快恢復(fù)二極管，其整流電路中二極管的總損耗是多少？注：在計(jì)算中忽略開關(guān)損耗，典型元件參數(shù)見下表。元件類型型號(hào)電壓(V)電流(A)通態(tài)壓降（）快恢復(fù)二極管25C120肖特基二極管3530330MOIRF670一臺(tái)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80%、50%時(shí)的開通角。(2U1(2U1sint)10Uomax=此時(shí)負(fù)載電流最大，為uomaxU1

U1Iomax= R R因此最大輸出功率為Pmax=UomaxIomax輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：U12Pmax=UomaxIomax=R此時(shí)Uo=又由

0.8U1sin2sin22解得60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有：Uo=

0.5U1sin2sin22Uo=U190。試求：①開通角的變化范圍；②負(fù)載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率=/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：（1）

arctan

LR

arctan

5021030.5

51.5所以 （2）時(shí)，電流連續(xù)，電流最大且導(dǎo)通角=U1UO22052220525021032Z

274AIo=(3)P=UOIOU1IO22027460.3KWcosPUOIO1S U1IO

(4)由公式))e

tan當(dāng) 2時(shí)cos()e對(duì)上式求導(dǎo)

tancos)

1tan

etancos則由sin2()cos2()1得2etan1

1ta

)co2s1sin)

tanlntan136U1 U1 sin)ZcoscosUOIOU1IO

UOU1

0.66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)（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制用于異步電動(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。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(lái)講，61/3~1/2。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz20Hz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。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？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。6-6.三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。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？（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。試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說(shuō)這種電路有較好的發(fā)展前景？答：流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因數(shù)為l，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180.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。因數(shù)為雖然多用了6控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值。上述原理稱為面積等效原理PWMNN個(gè)彼此相連的脈沖列，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，（沖量）PWMPWM原理，PWMPWMPWM波形和期望得到的正弦波等效。7-35，脈沖幅值是相應(yīng)正弦波幅值的兩倍，試按面積等效原理計(jì)算脈沖寬度。解：將各脈沖的寬度用 i（i=1,2,3,4,5）表示，根據(jù)面積等效原理可得0=5Umsint0=1

=cost5=0.09549(rad)=0.3040(ms)m 2 025Umsit 52=5 =cost5

=0.2500(rad)=0.7958(ms)325

2Umm

2 5cost53=5 =m 24

=0.3090(rad)=0.9836(ms)2535Um

sintdt54=52Um

= 2=0.2500(rad)=0.7958(ms)Umsit5=5 = 1=0.0955(rad)=0.3040(ms)2Um單極性和雙極性調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式（輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）波形各有幾種電平？PWM波形在半個(gè)PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性PWM控制方式。PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5Ud和-0.5Ud。輸出線電壓Ud、0、Ud。10（0和時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？答首先盡量使波形具有對(duì)稱性為消去偶次諧波應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對(duì)稱為消去諧波中的余弦項(xiàng)，使波形在正半周期前后1/4周期以 /2為軸線對(duì)稱。51個(gè)自由度控制基波的大小，剩余的4個(gè)自由度可用于消除4種頻率的諧波。7-5什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？fcfrN是變化的。異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是：在信號(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。N1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)，載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響PWMPWM波和正弦波的PWM型逆變電路來(lái)說(shuō)，三相輸出的對(duì)稱性也變差。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。N當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc也很低。fc過低時(shí)由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。7-6．什么是SPWM波形的規(guī)則化采樣法？和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點(diǎn)？答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的PWM期。使每個(gè)PWM（即負(fù)峰點(diǎn)重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對(duì)比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。單相和三相SPWM波形中，所含主要諧波頻率為多少？答：?jiǎn)蜗郤PWMnckr式中，n=1,3,5,…時(shí)，k=0,2,4,…；n=2,4,6,…時(shí)，k=1,3,5,…在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為 c的諧波分量三相SPWM波形中所含的諧波頻率為：nckr式中，n=1,3,5,…時(shí)，k=3(2m-1)±1，m=1,2,…；n=2,4,6,…k6m6m1

mm在上述諧波中，幅值較高的是 r和2 c± 。逆變電路的直流電壓利用率？答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，可以有效地提高直流電壓的利用率。對(duì)于三相PWM3的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。7-9．什么是電流跟蹤型PWM變流電路？采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點(diǎn)？答：電流跟蹤型PWM采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點(diǎn)：①硬件電路簡(jiǎn)單；②屬于實(shí)時(shí)計(jì)算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多；⑤采用閉環(huán)控制。7-10．什么是PWM整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？答：PWMPWMPWM整流電路的適當(dāng)控制，1。相控整流電路是對(duì)晶閘管的開通起始角進(jìn)行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數(shù)低。PWM整流電路采用SPWM控制技術(shù)，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時(shí)輸入電流可以和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。PWM整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng)，即既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向7-11．在PWM整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？PWMPWM整流器輸直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經(jīng)過比較進(jìn)行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因?yàn)橐肓私涣麟娏鞣答伓Q為直接電流控制8-1．高頻化的意義是什么?為什么提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的體積和重量?為什么提高關(guān)頻率可以減小變壓器的體積和重量?正弦波時(shí)，U4.44fNBSfNS8-2．軟開關(guān)電路可以分為哪幾類?其典型拓?fù)浞謩e是什么樣子的?各有什么特點(diǎn)?PWM電路。準(zhǔn)諧振電路：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但諧振電壓或諧振電流很大，對(duì)器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元零開關(guān)PWM關(guān)頻率固定的PWM控制方式。零電壓開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，所不同的是，零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元8-3L，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬開關(guān)?，電路中的電容CS12LCs3，Cs4將無(wú)法與Lr構(gòu)成諧振回路，這樣，S3、S4將變?yōu)橛查_關(guān)，S1、S2仍為軟開關(guān)。SlVDI?uS1為硬開關(guān)。由于電感LL的存在，使的電流逐步下降到零，自然關(guān)斷，因此VD1為軟開關(guān)。應(yīng)出過電壓。應(yīng)出過電壓。9-5電力電子器件過電壓和過電流保護(hù)各有哪些主要方法？或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感基本方法二種，電磁隔離，光電隔離。9-3電力電子器件過電壓的產(chǎn)生原因有哪些？過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括 ◆操作過電壓：由閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓。 ◆雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括 ◆換相過電壓：晶閘管量型號(hào)很容易受到電磁干擾。因?yàn)橹骰芈泛涂刂苹芈饭ぷ麟妷旱燃?jí)不一樣、電流大小也不一樣，各有各的過流保護(hù)系統(tǒng)。強(qiáng)電進(jìn)入弱電系統(tǒng)會(huì)對(duì)弱電系統(tǒng)造成損壞；二是為了弱電系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，因?yàn)槿蹼娤到y(tǒng)尤其模擬一是安全，;壓敏二級(jí)管;雙向觸發(fā)二級(jí)管;;IC作檢測(cè)的保護(hù)等。10-3．試闡明圖10-7間接交流變流電路的工作原理，并說(shuō)明該電路有何局限性。答：間接交流變流電路是先將交流電整流為直流電，在將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡瑘D8.1所示10-4．試分析10-8間接交流變流電路的工作原理，并說(shuō)明其局限性。8—28l的基礎(chǔ)上，在中間直流電容兩端并聯(lián)一個(gè)由電力晶體管Vo和能耗電阻‰組成的泵升電壓限制電路。當(dāng)VoRo上。其局限性是當(dāng)負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)，并且要求電動(dòng)機(jī)頻繁快速加減速時(shí)，電路中消耗的能量較多，能耗電阻R0也需要較大功率，反饋的能量都消耗在電阻上，不能得到利用。10-5試說(shuō)明圖10-9間接交流變流電路是如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載能量回饋的。答：圖8—3為利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路，它增加了一套變10-6．何為雙PWM電路?其優(yōu)點(diǎn)是什么?PWMPWM控制，可以使電路的輸入輸出電流10-7．什么是變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒壓頻比控制?10-8．何為UPS?試說(shuō)明圖8.11所示UPS系統(tǒng)的工作原理。8—11整流后再通過逆變器逆變?yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電，市電恢復(fù)正常后，再重新由市電證長(zhǎng)時(shí)間不問斷供電PAGEPAGE9自動(dòng)控制理論第一章習(xí)題參考答案多速電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制為開環(huán)控制。家用空調(diào)器的溫度控制為閉環(huán)控制。設(shè)定溫度為參考輸入，室內(nèi)溫度為輸出。當(dāng)實(shí)際液面高度下降而低于給定液面高度調(diào)節(jié)閥增加開度，使液面高度逼近給定液面高度。第二章習(xí)題參考答案2-1（1）Cs2s3；Rs s35s24s1（2）Css ；Rs s32s2s1Cs es（3）Rss32s2s12-2 （1）g(t)1et1e3th(t)21et1e3t；2 2 3 2 62727(2)單位脈沖響應(yīng)g(t) et2sin 7t；單位階躍響應(yīng)h(t)1 et2sin(7t。27272 2 22-3 （1）極點(diǎn)1, 3，零點(diǎn)2；(2) 極點(diǎn)1j1.2-4

C(s)R(s)

3(s23).2(s1)(s2)22-5

Us

RRCSR

R

RCS11;12122Us2122

RRCSR

RR

CS11Us

12 1 1

1 2R1R2(b) 122U2s

R2C1C2

(R1C1R1C2R2C2)s1Us 12-6 (a)

2 ;U1s 21(b)21

UsUs

R1R

1 ;RCs14(c)

UsRR

Cs1.2 11 U1s R4 2-7設(shè)激磁磁通Kfif恒定sUsaa

2L

CmfRJsRm

.f60CC2-8

sLaJs a aCs

a AmKCAm

m.Rs

iLJs3iL

fRJs2

60C

sKCa a

iRaf

e m Amd 2-9 i2.191030.2d 2-10(2-6)2-11(2-7)2-12 G(sH(s改變可引起閉環(huán)傳遞函數(shù)C(s)變。

R(s)改2-14

CsRs

1G23 .11H13(b)

CsRs

1G23G4 1G2H1G23G4H21H31s20.31s20.3s1R(s) R(s) +0.7+1C(s)_+s20.3s10.161.22s圖A-2-1題2-9框圖化簡(jiǎn)中間結(jié)果Cs0.7s0.42 .Rs s30.90.7k20.42k0.522-16

Cs

G1G2G3

G.Rs

1GHGGHGGH 42 1 12 1 23 22-17

sRs

G1G2G31G4H1H2C2sRs

G1G2G4G5G6H21G4H1H22-18

Cs1 abcdefagdefabcdiadgi;(b)

Cs

Rs 1cdhR2 .Rs

RCRCs2RCRCRC

s11122 11 21 222-19 由選加原理,可得Cs

11HGHG

1G2

RsG2sG2D2sG1G2

H1D3s.11 2

第三章習(xí)題參考答案3-1 分三種情況討論當(dāng)1時(shí)s1

21,s

21n n 21nt 21nt n n 221n 221nt ctct

1 e

e n當(dāng)0

112

21

21212s112

n,s2j

n

tn

n

ent

cos

1

2t

1

ent

sin

1

2t 12 12n212nn 12n 12nnn

entsin

12tarctg

12 當(dāng)1時(shí)s1,2nctt22ent1ntn n

2 3-3 （1）Mp

(n2.12rad/s,0.24)；（2）Mp16.3%,ts

(n1rad/s,0.5)；（3）ts15s

(0.4rad/s,

1.25)，過阻尼系統(tǒng)，無(wú)超調(diào)。n3-4 0.598,n19.588rad/s.n3-7

Mp9.49%,

tp

ts3.33s(2%).(2)

C(s)R(s)

40 ，s22.4s4

0.6,n

2rad/s.3-8

g(t)12e60t12e10t;(2)

C(s)R(s)

600 s270s600

1.429,n

24.49rad/s.（1）系統(tǒng)穩(wěn)定。勞斯陣列第一列符號(hào)改變兩次，根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。As2s46s24可求得系統(tǒng)的兩對(duì)共軛虛數(shù)極點(diǎn)2s1,2j;s3,4j2

。須指出，臨界穩(wěn)定的系統(tǒng)在實(shí)際中是無(wú)法使用的。（1）K>0時(shí),（2）K>0時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）0<K<3時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)的特征方程為

s3)s2(K)sK0列寫勞斯表，得出系統(tǒng)穩(wěn)定應(yīng)滿足的條件(2)(K1)2K02由此得到K應(yīng)滿足的不等式和條件K1K234591530100K1K234591530100643.332.52.282.132.04

K1,

2K為橫坐標(biāo)、A-3-3中的陰影部分。圖A-3-3 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)區(qū)域s32s2K2)s3K0，列寫勞斯表s3s2s1s0K值范圍

124K

2K3K0K4當(dāng)K4時(shí)系統(tǒng)有一對(duì)共軛虛數(shù)極點(diǎn)，此時(shí)產(chǎn)生等幅振蕩，因此臨界增益Kc4。根據(jù)勞斯表列寫Kc4時(shí)的輔助方程解得系統(tǒng)的一對(duì)共軛虛數(shù)極點(diǎn)為,2

2s21206，系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率即為

6rad/s。3-14

Kp50,Kv0,Ka0KKpKvK,Ka0K(3)

Kp,Kv

,Ka10(4)

Kp,Kv

K200

,Ka0首先求系統(tǒng)的給定誤差傳遞函數(shù)誤差系數(shù)可求得如下

sE(s)e R(s)

11G(s)

s(0.1s2s10Clim

slim

s(0.1s00 s0 e

s00.1s2s10Climd

slim

10(0.2s

0.11 s0dsd2

e s0(0.1s2s10)2 2(0.1s2s10)20(0.2s1)2C2lims0ds

2es

s0

(0.1s

s10)3 0(1)

r(t)Rr(t)R

t)t)0，于是穩(wěn)態(tài)誤差級(jí)數(shù)為0 s

s seCr(t)0，t0(2)

0srt)RRt，此時(shí)有rt)RRt, t)R, t)0，于是穩(wěn)態(tài)誤差級(jí)數(shù)為0 1 s 0 1 s 1 setCr(t)Cr(t)0.1R，t00s 1s 1(3)

r(t)R

Rt1Rt2r(t)

Rt1Rt2

Rt，t)

，于是穩(wěn)0態(tài)誤差級(jí)數(shù)為

1 2 2

s 0 1 2 2 s

1 2 s 2etCrt)Ct)C2t)(R

Rt)，t00s

1s s 1 2首先求系統(tǒng)的給定誤差傳遞函數(shù)誤差系數(shù)可求得如下

sE(s)e R(s)

11G(s)

s(0.1s2s500Clim

slim

s(0.1s00 s0 e

s00.1s2s500Climd

s

500(0.2s11 s0ds

s0(0.1s2s500)2

5002d 2

100(0.1s2s500)1000(0.2s1)2 98C2lims0ds

2es

s0

s500)3

5002穩(wěn)態(tài)誤差級(jí)數(shù)為

et

(t)sin5cos5tsst)25sintssC225sin

5cos5tsr C0 2 14.9104sint1102cost3-21系統(tǒng)在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為e

2加入比例—微分環(huán)節(jié)后

nCsasCsGs 1asGs 1asn 2Cs

1Gs

Rsnns2nn

s2Rs

s2as n n nnEsRsCsnn

s2s2 RsRs1s2e imsEsanan

sr0

s0n3-22

Gs

ss

44s6。3-23 按照條件（2）可寫出系統(tǒng)的特征方程(s1j)(s1j)(sa)(s22s2)(sa)s3(2a)s2(22a)s2a0將上式與1G(s)0比較，可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)

2a(2a)s(22a)根據(jù)條件（1，可得

Kv

1e

0.5

2a2解得a1，于是由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)

23s42n3-24 （1）當(dāng)a=0時(shí)，0.354,2 。2n（2）n不變，要求

0.7，求得a=0.251.單位脈沖響應(yīng)(a)無(wú)零點(diǎn)時(shí)

12n ent12

12t,t0n（b）有零點(diǎn)z1時(shí)n12122n n n1212nnnnn

ents

12tarctg

1

,t0比較上述兩種情況，可見有z1零點(diǎn)時(shí)，單位脈沖響應(yīng)的振幅較無(wú)零點(diǎn)時(shí)小，而且產(chǎn)生相移，12相移角為arctg n。1n2．單位階躍響應(yīng)無(wú)零點(diǎn)時(shí)112ct1 ent

12tarctg

,t012 n （b）有零點(diǎn)z1時(shí)12122n n12121

entsin

12tarctgnnnn

,t0加了z1的零點(diǎn)之后，超調(diào)量Mp和超調(diào)時(shí)間tp都小于沒有零點(diǎn)的情況。系統(tǒng)中存在比例積分環(huán)節(jié)K11s，當(dāng)誤差信號(hào)t0s出保持不變，故系統(tǒng)輸出繼續(xù)增長(zhǎng)，知道出現(xiàn)et0時(shí)，比例-積分環(huán)節(jié)的輸出才出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。因此，系統(tǒng)的響應(yīng)必然存在超調(diào)現(xiàn)象。rtnt對(duì)系統(tǒng)的影響，可將框圖重畫如下N(s) N(s) +C(s)_K11s1sK2s2s1Cs

K2K22sK1s2

圖A-3-2 題3-14系統(tǒng)框圖等效變換 Nss2s1K1K21s1nt0nt為單位斜坡函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為1。K1第四章習(xí)題參考答案4-14-2（1）Gs K1ss1s3分離點(diǎn)0.45,j0

3K12ss4（2）Gsss4

K1 s24s20分離點(diǎn)2,j0s24s20與虛軸交點(diǎn)

101264-3（1）Gs

K1s2s2分離點(diǎn)為,j0；從根軌跡圖可見，當(dāng)

K10便有二個(gè)閉環(huán)極點(diǎn)位于右半s平面所以無(wú)論K取 何值系統(tǒng)都穩(wěn)定。（2）2 GsK1s2 s s2分離點(diǎn)為0,j0；從根軌跡圖看，加了零點(diǎn)Z1后，無(wú)論K取何值，系統(tǒng)都是 穩(wěn)定的。4-7系統(tǒng)特征方程為s21s10以為可變參數(shù)可寫為1s 0s2s1分離點(diǎn)為1,j0，出射角為P150。無(wú)局部反饋時(shí)單位速度輸入信號(hào)作用 下的穩(wěn)esr1；阻尼比為0.5；調(diào)節(jié)時(shí)間為ts6s5% 3 n（2）2時(shí)，esr3，1.5，ts7.85sts n 21可見，當(dāng)加入局部反饋之后，阻尼比變大，調(diào)節(jié)時(shí)間增大，穩(wěn)態(tài)誤差加大。當(dāng)1時(shí)，系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài)。4-9主根軌跡圖的分離點(diǎn)為0.6,j0，和虛軸的交點(diǎn)為j0.85，K的穩(wěn)定范圍為8.56。4-10KesGsHss主根軌跡分離點(diǎn)1,j0；與虛軸交點(diǎn)j， 臨界K值。24-11（1）GsHsK1ss10（2）10sK1 sGsHs 2ss1 s 2PAGEPAGE1221 2 2 分離點(diǎn)

,j0；會(huì)合點(diǎn)

,j0； 與虛軸交點(diǎn)j2（3）

；臨界穩(wěn)定K值為2。sGsHss 1 分離點(diǎn) 2,j0 當(dāng)較小時(shí)，且K在某一范圍內(nèi)時(shí)，可取近似式K 。ss1sK1 ss若較大，取上述近似式誤差就大，此時(shí)應(yīng)取近似式 2。s5-1 (1)Gs1

s1 2第五章習(xí)題參考答案112

Gj1Gj900arctg0.51.01.52.05.010.0Gj1.790.7070.370.2240.0390.0095Gj-116.6-135-146.3-153.4-168.7-174.2系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如圖A-5-1所示。圖A-5-1 題5-1系統(tǒng)（1）極坐標(biāo)圖(2)Gs 112s

11214112142Gjarctgarctg200.20.50.81.02.05.0Gj10.910.630.4140.3170.1720.0195Gj0-15.6-71.6-96.7-108.4-139.4-162.96系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如圖A-5-2所示。(3)

Gs 1

圖A-5-2 題5-1系統(tǒng)（2）極坐標(biāo)圖ss

1121112142Gj900arctgarctg20.20.30.5125Gj4.552.741.270.3170.0540.0039Gj -105.6-137.6-161-198.4-229.4-253系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如圖A-5-3所示。(4)

Gs 122

圖A-5-3 題5-1系統(tǒng)（3）極坐標(biāo)圖21214212142

Gj1Gj1800arctgarctg20.20.250.30.50.60.81Gj22.7513.87.862.520.530.650.317Gj -195.6-220.6-227.6-251.6-261.6-276.7-288.4系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如圖A-5-4所示。5-2

Gs

圖A-5-4 題5-1系統(tǒng)（4）極坐標(biāo)圖11j13系統(tǒng)的伯德圖如圖 A-5-5所j13(2