電力電子課后習(xí)題解答(重慶理工大學(xué))

1、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：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）或：uAK0 且uGK0。各波形的電流最大值均為Im，試計算各波形的電4.圖2-27中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形,sin toft/(co/1)=/|彳*打?qū)Α肯?咕(血)二卻 H+ 2jT 04767/tb)c)1 lI 邁= L / sin(ojf)= (I 0,5434 ZmJT J 了312I J722丄鬥M ()=2幾2皿 *043單相橋式全控整流電路，U2= 100V，負載中R= 2Q , L值極大，當(dāng)：匸30時, 要求：作出Ud、id、和i2的波形； 求整流輸出

2、平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值12； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解:論、4和D的波形如下圖: 輸出平均電壓電流&變壓器二次電流有效值滄分別為t/d=0.9 C/2cosa =0.9X 100Xcos303 =77.97 (V)/d=f/d/7?77,97/2 = 38.99 (A)k=h =3&99 (A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：41 (72-100V2 =141.斗(V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：t/N= (2-3) X 1414 = 283-424 (V)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)晶系列參數(shù)選取“流過晶閘管的電流有效值為：人t=Ai/ 41 =27

3、.57 (A)晶閘管的額定電流為：ZN= (L5-2 X27.57/ L57=26-35 (A) 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)晶系列參數(shù)選取。U2=100V,ud、id、6晶閘管串聯(lián)的單相半控橋(橋中 VT1、VT2為晶閘管)，電路如圖3-12所示， 電阻電感負載，R=2Q, L值很大，當(dāng)a=60時求流過器件電流的有效值，并作出 iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖：(f)rvniJt:1 十o1 11 *O7T+(YVD2(Ot負載電壓的平均值対：sin 伽（諭）=0.9口 1+3（厲門）=67 5（V）3 _ 2負載電流的平均值為：7d=0d/=67.52 / 2 = 33

4、.75 （A） 流過晶閘管VTVC的電流仃效值為_ T _Jvt = 彳心=19,49 （ A）流過二極管VD計VD-的電流有效值為：Ud的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出在電阻性負載和電感性負載下整流電壓 波形。解：假設(shè)：=0,當(dāng)負載為電阻時，ud的波形如下：當(dāng)負載為電感時,吟的波形如下:L叫叫叫OGO叫DC1,X XXX 叫氣 / / /or.OLx)X X K9、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

5、在相位上相差18011.三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5Q, L值極大，當(dāng)：=60時，要求:畫出Ud、id和iVT1的波形；計算Ud、Id、IdT和IVT解;畑 九和fvri的波形如下圖;厶Arr和Arr分別如卜C/d=L17C/,cosot=1.17X 100Xcos60 =58.5 (V)僉二S/R二5/5/5=11.7 (A)/dVT=/j/3=11.7/3 = 3.9 (A)/vi/d/ V3 =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

6、？答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路，使得 VT3、VT5也可能分別被擊穿。13.三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5Q, L值極大，當(dāng)：=60時，要求: 畫出Ud、id和iVT1的波形； 計算 Ud、Id、IdT 和 IvT。解：如、fd和fvTl的波形如下; 氐 心和心分別如下5= 2.345昭= 2.34X W0Xcos60= 117 ( V)Id=Ud/ R=7 / 5=23 A (A)W=/d/3=23.4/3 =7*8 (A)Jyr/j /-23.4 / J3 13,51

7、(A)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： 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 U2相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值 Ud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

8、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。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a n /2，使Ud為負值。29.什么是逆變失??？如何防止逆變失敗？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

9、質(zhì)量，留出充足的換向裕量角 B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(dāng)負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 180，當(dāng)負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。三相橋式全控整流電路，當(dāng)負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 120，當(dāng)負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。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

10、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(dāng)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)是電壓源的稱為

11、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(dāng)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(dāng)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。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(dāng)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

12、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。 當(dāng)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。5.三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UuN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UuV1m和有效值UuV1、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匚缶血二壘= 06374=63.7(V)71輸出相電壓基波冇效值為：=l3

13、 = o.45f/d=45(V)J?輸出線電壓的基波爾值為U 一込= LlCd=110(V)輸出線電壓荃波的冇效值為%=0.78t/dL=78(V)輸出線電壓中杠次諧波“臥浮的表達式為：2 皿-.*hOT5 =sin 5(ot5ji8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

14、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3章2.在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10Q, L值極大，Em=30V，T=50卩s, ton=20卩s,計算輸出電壓平均值Uo,輸出電流平均值Io。解：由于值極大，故負載屯流連續(xù)，于是輸出電，壓平均值為1)11心廠20x200 /= =80(

15、VT50輸出屯流平均值為h = / 甩=80J =5( A)R103.在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5Q，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20卩s，當(dāng)ton=5卩s時，計算輸出電壓平均值Uo,輸出電流平均值Io,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)。解：由題目已知條件可得:旦=-=0,1E 100L 01)01=0.002R 0,5Tf)=omT1=0.002 5T=0.249沏所以輸出電流連續(xù).此時輸出平均電巫為輸出平均電流為手如220=25 (V)R 0.5輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為-m)E j(1-0.0025-R

16、t 1-召-0.01_0Jj2=3Q+19(A)5在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知 E=50V, L值和C值極大，R=20Q,采用脈寬調(diào)制控制方式, 當(dāng)T=40卩s, ton=25卩s時，計算輸出電壓平均值 Uo,輸出電流平均值Io。解；輸岀電壓平均值為：T 40S =E 二x50 =133 3()心 40 - 25輸出電流平均值為：f /133.3 _ 小10 二 二=6. 667(A)R 206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(dāng)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ii,方向如圖5-4

17、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5-4所示?？梢姡撦d電壓極性為上負 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兩端電壓眥對時間的積分為零,即uL dz = 0Jo當(dāng)V處于通態(tài)期間，肌=民 而當(dāng)處于斷態(tài)期間，和于是：Eg = 5 心所以輸出電壓為：ftotUa = 4E = -E=-E心 丁-G I -a改變導(dǎo)通比m 輸出電壓既可以比屯源電壓高，也可以比屯源電壓低。當(dāng)（Kot1/2時為降壓，當(dāng)V2aJ_ anmWTllKr因此最丈輸出功率為輸出功率旳最大輸岀功率的時，rr：F二嘰（應(yīng)此時,又

18、曲sin 2a n -ct12n Tt解得a=bl).54c同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時，有:Uo =應(yīng)5又由 sm 2a 兀ct3交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？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周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調(diào)功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，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)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電 動機調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用

19、于對無功功率的連續(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)計制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常 數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。4.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

20、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，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，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，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機的轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。5交交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點是：只用一次變流，效率較高；可方便實現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。 交交變頻電路的主要不足是：接線復(fù)雜，如

21、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，如軋機主傳 動裝置、鼓風(fēng)機、球磨機等場合。3.單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電 壓（輸出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓 SPWM波形各有幾種電平？ 答：三角波載波在信號波正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性 PWM控制方式。三角波載波始終是有正有負為雙極性的，所得的 P

22、WM波形在半個周期中有正、有負， 則稱之為雙極性PWM控制方式。三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平： 0.5Ud和-0.5 Udo輸出線電壓有三種電平 Ud、0、- Udo5 什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點？答：載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常 保持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。異步調(diào)制的主要特點是：在信號波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的 脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。這樣，當(dāng)信號波頻率較低時，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。而當(dāng)信號波頻率增