電力電子技術(shù)習(xí)題解答doc

1、電力電子技術(shù)習(xí)題解答電力電子技術(shù)習(xí)題解答習(xí)題一1、晶閘管正常導(dǎo)通的條件是什么，導(dǎo)通后流過的電流由什么決定？晶閘管關(guān)斷的條件是什么，如何實(shí)現(xiàn)？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓（UAK>0），并在門極施加觸發(fā)電流（UGK>0）。要使晶閘管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，可利用外加反向電壓或由外電路作用使流過晶閘管的電流降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。2、有時(shí)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，觸發(fā)脈沖結(jié)束后它又關(guān)斷了，是何原因？答：這是由于晶閘管的陽極電流IA沒有達(dá)到晶閘管的擎住電流（IL）就去掉了觸發(fā)脈沖，這種情況下，晶閘管將自動(dòng)返回阻斷狀態(tài)。在具體電路中，由于陽極電流上升到擎住電流需要一定

2、的時(shí)間（主要由外電路結(jié)構(gòu)決定），所以門極觸發(fā)信號(hào)需要保證一定的寬度。3、圖1-32中的陰影部分表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計(jì)算各波形的電流平均值、有效值。如不考慮安全裕量，額定電流100A的晶閘管，流過上述電流波形時(shí)，允許流過的電流平均值Id各為多少？圖1-32 習(xí)題3附圖解：（a） 額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則；平均值為：。（b）額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則；平均值為：。（c）額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則；平均值為：。（d）額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則；平

3、均值為：。（e）額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則；平均值為：。（f）額定電流100A的晶閘管允許流過的電流有效值為157A，則：；平均值為： 4、為什么晶閘管不能用門極負(fù)脈沖信號(hào)關(guān)斷陽極電流，而GTO卻可以？答：GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益1和2，由普通晶閘管得分析可得，121是器件臨界導(dǎo)通的條件。12>1兩個(gè)晶體管飽和導(dǎo)通；12<1不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO能關(guān)斷，而普通晶閘管不能是因?yàn)镚TO在結(jié)構(gòu)和工藝上有以下幾點(diǎn)不同：A 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元的陰極面積很小，門

4、極和陰極的距離縮短，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。B GTO導(dǎo)通時(shí)12更接近1，晶閘管12>1.15，而GTO則為121.05，飽和程度不深，在門極控制下易于退出飽和。C GTO在設(shè)計(jì)時(shí)，2較大，晶體管V2控制靈敏，而1很小，這樣晶體管V1的集電極電流不大，易于從門極將電流抽出，從而使GTO關(guān)斷。5、GTO與GTR同為電流控制器件，前者的觸發(fā)信號(hào)與后者的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有哪些異同？答：二者都是電流型驅(qū)動(dòng)型器件，其開通和關(guān)斷都要求有相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，要求其觸發(fā)電流脈沖的上升沿陡且實(shí)行強(qiáng)觸發(fā)。GTR要求在導(dǎo)通期間一直提供門極觸發(fā)電流信號(hào)，而GTO當(dāng)器件導(dǎo)通后可以去掉門極觸發(fā)電流信號(hào)；GTO的電流

5、增益（尤其是關(guān)斷電流增益很?。┬∮贕TR，無論是開通還是關(guān)斷都要求觸發(fā)電流有足夠的幅值和陡度，其對(duì)觸發(fā)電流信號(hào)（尤其是關(guān)斷門極負(fù)脈沖電流信號(hào)）的要求比GTR高。6、試比較GTR、GTO、MOSFET、IGBT之間的差異和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：見下表器 件優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)GTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，電流驅(qū)動(dòng)型需要驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在2次擊穿問題GTO電壓、電流容量很大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率很大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低MOSFET開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，工作頻率高

6、，門極輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，沒有2次擊穿問題電流容量小，耐壓低，通態(tài)損耗較大，一般適合于高頻小功率場(chǎng)合IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，通態(tài)壓降低，電壓、電流容量較高。門極輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單開關(guān)速度不及電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。習(xí)題二1、單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出電壓在0100V連續(xù)可調(diào)，輸出電壓平均值為30 V時(shí)，負(fù)載電流平均值達(dá)到20A。系統(tǒng)采用220V的交流電壓通過降壓變壓器供電，且晶閘管的最小控制角min30°，（設(shè)降壓變壓器為理想變壓器）。試求： （1）變壓器二次側(cè)電流有效值I2； （2）考

7、慮安全裕量，選擇晶閘管電壓、電流定額； （3）作出60°時(shí)，ud、id和變壓器二次側(cè)i2的波形。解：由題意可知負(fù)載電阻歐，單相全控整流的直流輸出電壓為直流輸出電壓最大平均值為100V，且此時(shí)的最小控制角為min30°，帶入上式可求得（1） min30°時(shí)，（2）晶閘管的電流有效值和承受電壓峰值分別為 考慮3倍余量，選器件耐壓為168×3500V；額定電流為(55.28/1.57)×3100A（3） 2、試作出圖2-7（第44頁(yè)）所示的單相橋式半控整流電路帶大電感負(fù)載，在30°時(shí)的ud、id、iVT1、iVD4的波形。并計(jì)算此時(shí)輸出電壓

8、和電流的平均值。解：輸出電壓和電流的平均值分別為：3、單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2 ，L值極大，反電動(dòng)勢(shì)E60V，當(dāng)30°時(shí)，試求： （1）作出ud、id和i2的波形； （2）求整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及變壓器二次側(cè)電流有效值I2。解：整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為： 4、某一大電感負(fù)載采用單相半控橋式整流接有續(xù)流二極管的電路，負(fù)載電阻R=4，電源電壓U2=220V，=/3，求：(1) 輸出直流平均電壓和輸出直流平均電流；(2) 流過晶閘管（整流二極管）的電流有效值；(3) 流過續(xù)流二極管的電流有效值。解：（1）電

9、路波形圖見第2題（2）（3）5、三相半波可控整流電路的共陰極接法和共陽極接法，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?？試作出共陽極接法的三相半波可控的整流電路在30°時(shí)的ud、iVT1、uVT1的波形。解：a、b兩相的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌?80度，見下圖。共陽極接法的三相半波可控的整流電路在30°時(shí)的ud、iVT1、uVT1的波形如下圖6、三相半波可控整流電路帶大電感性負(fù)載，/3，R=2，U2=220V，試計(jì)算負(fù)載電流Id，并按裕量系數(shù)2確定晶閘管的額定電流和電壓。解：按裕量系數(shù)2確定晶閘管的電流定額為：；電壓定額為：7、三相橋

10、式全控整流電路，U2100V，帶阻感性負(fù)載，R5 ，L值極大，當(dāng)60°，試求： （1）作出ud、id和iVT1的波形； （2）計(jì)算整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及流過晶閘管電流的平均值IdVT和有效值IVT； （3）求電源側(cè)的功率因數(shù)； （4）估算晶閘管的電壓、電流定額。解：（1） （2） （3）由功率因數(shù)的定義知： （4）按2倍余量估算，晶閘管的電壓定額為：；晶閘管的電流定額為：8、三相橋式不控整流電路帶阻感性負(fù)載，R5 ，L，U2220V，XB=0.3 ，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。解：三相橋式不控整流電路相當(dāng)于三相橋式全控整流電路在

11、觸發(fā)角為0度時(shí)的情況，則 代入已知量聯(lián)立求解上述2個(gè)方程可得： 二極管的電流平均值為： 變壓器二次側(cè)電流有效值為： 由 可得 ； ud、iVD1和i2的波形的波形如下：9、請(qǐng)說明整流電路工作在有源逆變時(shí)所必須具備的條件。答：(1) 外部條件直流側(cè)應(yīng)有能提供逆變能量的直流電動(dòng)勢(shì)，其極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)的平均電壓。(2) 內(nèi)部條件變流器直流側(cè)輸出直流平均電壓必須為負(fù)值，即>/2，Ud<0。以上兩條件必須同時(shí)滿足，才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。10、什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？答：當(dāng)變流器工作于逆變工況時(shí)，一旦由于觸發(fā)脈沖丟失、突發(fā)電源缺相或斷相等原因造成換流失敗，將

12、使輸出電壓Ud進(jìn)入正半周，與EM順向連接，由于回路電阻很小，造成很大的短路電流，這種情況叫逆變失敗或逆變顛覆。為了保證逆變電路的正常工作，必須1）選用可靠的觸發(fā)器，2）正確選擇晶閘管的參數(shù)，3）采取必要的措施，減小電路中du/dt和di/dt的影響，以免發(fā)生誤導(dǎo)通，4）保證交流電源的質(zhì)量，5）逆變角的角度有一最小限制，留出充足的換向余量角。11、三相全控橋式變流器，已知L足夠大、R=1.2、U2=200V、EM= 300V，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，制動(dòng)過程中的負(fù)載電流為66A，問此時(shí)變流器能否實(shí)現(xiàn)有源逆變？若能求此時(shí)的逆變角。解：電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)可以提供逆變能量，滿足有源逆變的外部條件

13、，可以實(shí)現(xiàn)有源逆變。三相全控橋式變流器處于有源逆變時(shí)有： （1）而 ，即 ，將帶入（1）式可得：；或。12、三相全控橋式變流器，帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，已知R1 ，L，U2220V，LB=1mH，當(dāng)EM400V，60°時(shí)求Ud、Id和的值，及此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？解： 代入已知量聯(lián)立求解上述2個(gè)方程可得： 由換流重疊角公式可得：；即 送回電網(wǎng)的有功功率為：。13、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？其中最大的是哪一次？變壓器二次電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？對(duì)于m相全控整流電路呢？答：三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有6k（k=1、2

14、、3）次的諧波，其中最大的是6次諧波。變壓器二次電流中含有6k±1（k=1、2、3）次的諧波，其中主要的是哪5、7次諧波。對(duì)于m相全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2mk（k=1、2、3）次的諧波，其中最大的是2m次諧波。變壓器二次電流中含有2mk±1（k=1、2、3）次的諧波，其中主要的是哪2mk±1次諧波。14、試計(jì)算第3原題不符題（單相橋式全控整流電路）中i2的3、5、7次諧波分量的有效值I23、I25、I27，并計(jì)算此時(shí)該電路的輸入功率因數(shù)。解：由第3題的解答可知：，則 ； 基波有效值 輸入功率因數(shù) 。15、試計(jì)算第7題（三相橋式全控整流電路）中的i2的5

15、、7次諧波分量的有效值I25、I27。解：由第7題的解答可知：，則；。16、三相晶閘管橋式全控整流器接至10.5kV交流系統(tǒng)。已知10kV母線的短路容量為150MVA，整流器直流側(cè)電流Id400A，觸發(fā)延遲角15°，不計(jì)重疊角，試求：(1) 基波功率因數(shù)cos1、整流器的功率因數(shù)；(2) 整流側(cè)直流電壓Ud；(3) 有功功率、無功功率和交流側(cè)基波電流有效值；(4) 截止到23次的各諧波電流的大小、總諧波畸變率。解：（1） （2）（3）基波電流有效值 總電流有效值 有功功率 無功功率 （4）僅含有6k±1（k=1、2、3）次的諧波，；總諧波畸變率為：17、晶閘管整流電路的功率

16、因數(shù)是怎么定義的？它與那些因素有關(guān)？答：晶閘管整流電路的功率因數(shù)由畸變因子和位移因子構(gòu)成，表達(dá)式為：具體而言：由移相觸發(fā)角和整流電路的結(jié)構(gòu)決定。習(xí)題三1.（*）一升壓換流器由理想元件構(gòu)成，輸入U(xiǎn)d在816V之間變化，通過調(diào)整占空比使輸出U0=24V固定不變，最大輸出功率為5W，開關(guān)頻率20kHz，輸出端電容足夠大，求使換流器工作在連續(xù)電流方式的最小電感。解：由U0=24V固定不變，最大輸出功率為5W可知當(dāng)輸入U(xiǎn)d為8V時(shí)輸入U(xiǎn)d為16V時(shí)則實(shí)際工作時(shí)的占空比范圍為：由電流斷續(xù)條件公式可得即在范圍內(nèi)是單調(diào)下降的，在1/3處有最大值，所以2一臺(tái)運(yùn)行在20kHz開關(guān)頻率下的升降壓換流器（圖3-7）由

17、理想元件構(gòu)成，其中L=0.05mH，輸入電壓Ui=15V，輸出電壓U0=10V，可提供10W的輸出功率，并且輸出端電容足夠大，試求其占空比D。解：3在圖3-1所示的降壓斬波電路中，已知Ui=100V，R=0.5，L=1mH，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當(dāng)ton5s時(shí)，試求：（1）輸出電壓平均值UO、輸出電流的平均值IO；（2）（*）輸出電流的最大和最小瞬時(shí)值（由于課本上沒講，這一問是否可以取消？），判斷負(fù)載電流是否斷續(xù)；（3）（*）當(dāng)ton3s時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：（1）（2），所以電流連續(xù)。（3）同（2），所以電流也是連續(xù)的。4在圖3-35所示降壓斬波電路中，已知E=600V，R=

18、0.1，L=，EM=350V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=1800s，若輸出電流IO=100A， 試求：（1）輸出電壓平均值UO和所需的ton值； （2）作出、以及iG、iD的波形。圖3-35 電流型降壓斬波電路解：（1）（2）各點(diǎn)波形見下圖：5升壓斬波電路為什么能使輸出電壓高于電源電壓？答：其一是由于升壓斬波器的電路結(jié)構(gòu)使電路中的電感具有電壓泵升作用，其二是電容的電壓維持能力。當(dāng)高頻開關(guān)閉合時(shí)，輸入電源向電感儲(chǔ)存能量，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感的儲(chǔ)存能量向負(fù)載放電。開關(guān)的導(dǎo)通比D越大則電感儲(chǔ)能越多，輸出電壓越高并由電容保持，輸出電壓與輸入電壓有如下關(guān)系：。6在圖3-4所示的升壓斬波電路中，已知Ui=5

19、0V，L值和C值極大，R=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40s，ton25s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值UO和輸出電流的平均值IO。解：7說明降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路的輸出電壓范圍。答：降壓斬波電路的輸出電壓范圍：；升壓斬波電路的輸出電壓范圍：，應(yīng)避免D接近于1；升降壓斬波電路的輸出電壓范圍（僅大?。海瑧?yīng)避免D接近于1。8在圖3-7所示升降壓斬波電路中，已知Ui=100V，R=0.5，L和C極大，試求：（1）當(dāng)占空比D0.2時(shí)的輸出電壓和輸出電流的平均值； （2）當(dāng)占空比D0.6時(shí)的輸出電壓和輸出電流的平均值，并計(jì)算此時(shí)的輸入功率。解：（1）；（2）；9試說明升降壓斬波電路（

20、Buck-Boost）與Cuk斬波電路的異同點(diǎn)。答：兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便地實(shí)現(xiàn)升降壓斬波，Cuk斬波電路較為復(fù)雜，應(yīng)用不是很廣泛。但Cuk斬波電路的突出優(yōu)點(diǎn)是：其輸入電流和輸出電流都是連續(xù)的，輸出電壓紋波較小，便于濾波，在特定應(yīng)用場(chǎng)合有應(yīng)用。10在單相交流調(diào)壓器中，電源電壓U1=120V，電阻負(fù)載R=10，觸發(fā)角=900，試計(jì)算：負(fù)載電壓有效值UO、負(fù)載電流有效值IO、負(fù)載功率PO和輸入功率因數(shù) 。解：11一電阻性負(fù)載加熱爐有單相交流調(diào)壓電路供電，在00時(shí)位輸出功率最大值，試求輸出功率分別為80及50最大功率時(shí)的觸發(fā)角。解：輸出功率： 當(dāng)：即：，得：（注意上式中應(yīng)用弧度計(jì)算）又

21、當(dāng)：即：，得：12一晶閘管單相交流調(diào)壓器帶阻感性負(fù)載，電源電壓為220V的交流電源，負(fù)載R=10，L=1mH，試求： （1）觸發(fā)角的移相范圍； （2）最大負(fù)載電流的有效值； （3）最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)； （4）當(dāng)900時(shí)，晶閘管電流的有效值、晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。解：（1）負(fù)載阻抗角為：，所以觸發(fā)角的移相范圍為：（2）當(dāng)觸發(fā)角為時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也達(dá)到最大，即 （3）；（4）當(dāng)觸發(fā)角900時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角 由式（336）得：，解上式可得導(dǎo)通角。也可查圖330得出估計(jì)值，方法是：因，所以負(fù)載可認(rèn)為是純電阻負(fù)載，當(dāng)900時(shí)，導(dǎo)通角為900，使計(jì)算簡(jiǎn)化，13某單

22、相反并聯(lián)調(diào)功電路，采用過零觸發(fā)。電源電壓U1=220V，電阻負(fù)載R=1，控制的設(shè)定周期TC內(nèi)，使晶閘管導(dǎo)通0.3s，斷開0.2s，使計(jì)算送到電阻負(fù)載上的功率與假定晶閘管一直導(dǎo)通時(shí)所送出的功率。解：假定晶閘管一直導(dǎo)通時(shí)，所送出的功率為：晶閘管導(dǎo)通0.3s，斷開0.2s，送到電阻負(fù)載上的功率為：14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)壓是在交流電源的每個(gè)周期都對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制；而交流調(diào)功電路是在一定的周期內(nèi)接通幾個(gè)電源周期，再斷開幾個(gè)周期，通過改變接通和斷開的比來宏觀上調(diào)節(jié)輸出電壓

23、的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制以及異步電機(jī)的軟啟動(dòng)，也可用于異步電機(jī)的小范圍調(diào)速，在一些簡(jiǎn)單的場(chǎng)合可以取代變壓器實(shí)現(xiàn)降壓，這樣的電路體積小成本低；交流調(diào)功電路常用于電爐等大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載，由于負(fù)載的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于工頻周期，沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期都進(jìn)行控制，這樣可以簡(jiǎn)化控制。15用一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管和使用一只雙向晶閘管進(jìn)行交流調(diào)壓時(shí)，他們的主要差別是什么？答：二者主電路結(jié)構(gòu)形式和控制效果相同，差別主要是觸發(fā)脈沖不同。用一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管時(shí)，必須對(duì)2個(gè)晶閘管采用分別觸發(fā)控制，2個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖波形對(duì)稱、互差180度；而采用雙向晶閘管，控制脈沖只需一路，脈沖間隔也是180度。另外對(duì)于

24、大功率場(chǎng)合由于雙向晶閘管的容量限制，普遍采用一對(duì)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。16反并聯(lián)的晶閘管和負(fù)載接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路，問該電路有何優(yōu)點(diǎn)？答：1）負(fù)載接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路，每一相都可以當(dāng)作獨(dú)立的單相交流調(diào)壓電路進(jìn)行控制，只是這時(shí)的每相負(fù)載的電壓為交流輸入的線電壓。三相負(fù)載的控制不像星型接法那樣互相影響，每相控制具有相對(duì)獨(dú)立性。2）各相負(fù)載電流中的3及3的倍數(shù)次諧波具有相同的相位，在負(fù)載三角形內(nèi)形成環(huán)流，所以輸入的線電流中不含有3及3的倍數(shù)次諧波，電源側(cè)輸入電流的諧波比星形接法的電路要小。17什么是TCR？什么是TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？答：TCR（Thyristor

25、 Controlled Reactor）是晶閘管控制電抗器的簡(jiǎn)稱；TSC（Thyristor Switched Capacitor）是晶閘管投切電容器的簡(jiǎn)稱。二者的基本原理如下：TCR是利用電抗器來向電網(wǎng)中提供感性無功的裝置。通過對(duì)晶閘管的觸發(fā)控制角的控制，可以調(diào)節(jié)加到電抗器上的交流電壓，也即可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而能夠調(diào)節(jié)電抗器向電網(wǎng)吸收的感性無功功率的大小。由于TCR只能從電網(wǎng)吸收感性無功，所以在實(shí)際使用中往往需要配以固定電容器（FC），這樣就可以在容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)裝置向系統(tǒng)提供的無功了。TSC則是利用晶閘管來投入或切除連接到電網(wǎng)的電容器，這樣可以控制電容器從電網(wǎng)吸收容

26、性無功的大小，減小投切電容器時(shí)的沖擊電流，使電容器可以迅速頻繁投切。TSC符合大多數(shù)無功補(bǔ)償?shù)囊?，但是其補(bǔ)償是有級(jí)調(diào)節(jié)的，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功，但只要設(shè)計(jì)合理還是可以達(dá)到較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果的。習(xí)題四1無源逆變電路和有源逆變電路有什么區(qū)別？答：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(fù)載相聯(lián)接。有源逆變不可變頻，無源逆變可以變頻。有源逆變采用晶閘管可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)換流，無源逆變使用晶閘管必須采用負(fù)載換流或強(qiáng)迫換流。2在逆變電路中器件的換流方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？試舉例說明。答：換流方式有4種：1）器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件都采用此種換流

27、方式，晶閘管半控器件不能采用器件換流，根據(jù)電路的不同可以采用下述3種換流方式。2）電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換向電壓，只要將電網(wǎng)的負(fù)壓加在欲換流的器件兩端即可。3）負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容型負(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。4）強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓使之換流，稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加換流晶閘管、換向電容、電感產(chǎn)生諧振來給欲關(guān)斷的主晶閘管施加關(guān)斷所需的反壓。3什么是電壓型逆變電路和電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)？答：按照直流側(cè)電源的性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變器，直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。電壓型逆變電路

28、的主要特點(diǎn)是：1）直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本保持恒定，直流側(cè)相對(duì)于負(fù)載來說呈現(xiàn)低阻抗。2）由于直流電壓源的嵌位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電流的相位和波形隨負(fù)載性質(zhì)的不同而變化。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，逆變器需要提供無功功率，直流側(cè)電容可起到無功能量緩沖的作用。為了給交流側(cè)無功能量返回直流側(cè)提供通路，逆變器橋臂的開關(guān)器件需反并聯(lián)續(xù)流二極管。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：1）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(dòng)，直流回路對(duì)于負(fù)載來說呈現(xiàn)高阻抗。2）電路中開關(guān)器件的作用僅僅是改變電流的流通途徑，并不能改變電流的大小，因此交流側(cè)

29、輸出電流為矩形波，和負(fù)載阻抗無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。3 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流電感起緩沖無功能量的作用，因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)電流并不反向，因此不必象電壓型逆變器那樣在器件兩端反并聯(lián)二極管。但是由于反饋無功能量時(shí)器件會(huì)承受反向電壓，對(duì)于由全控器件構(gòu)成的電流型逆變器，開關(guān)器件需要串聯(lián)二極管（全控器件承受反壓的能力很低）。對(duì)于晶閘管逆變器則不必串二極管。4電壓型逆變電路中二極管的作用是什么？如果沒有將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么電流型逆變電路中沒有這樣的二極管？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為感性或容性負(fù)載時(shí)，電源需要為負(fù)載提供無功功率，直流電容起緩沖

30、無功的作用。為了給交流電流提供流會(huì)直流電容的通路，逆變器各橋臂都要反并聯(lián)反饋二極管。也即，當(dāng)輸出交流電壓和電流同極性時(shí)，電流流經(jīng)逆變器的可控開關(guān)器件；而當(dāng)輸出電壓和電路極性相反時(shí)，電流通路由反饋二極管提供。5請(qǐng)說明整流電路、逆變電路、變頻電路三個(gè)概念的區(qū)別。答：整流電路是將交流變換為直流，即將交流能量變換為直流能量。逆變電路（包括有源逆變和無源逆變）都是將直流能量變換為交流能量。變頻（包括交-交變頻與交-直-交變頻）是將一種電壓和頻率的交流能量變換為另一種電壓和頻率的交流能量。6并聯(lián)諧振式逆變器利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？答：并聯(lián)諧振逆變器的輸出電流為方波，負(fù)載上的電壓為接

31、近正弦。只有當(dāng)負(fù)載呈現(xiàn)容性時(shí)（即變頻器工作頻率需大于負(fù)載諧振頻率）才會(huì)在欲關(guān)斷的晶閘管上施加反壓將之關(guān)斷。提供反壓的時(shí)間必須大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。7三相橋式電壓型逆變電路，180º導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UAN1m和有效值UAN1，輸出線電壓的基波幅值UAB1m和有效值UAB1、輸出5次諧波的有效值UAB5。解：輸出相電壓的基波幅值為：輸出相電壓的基波有效值：輸出線電壓的基波幅值：輸出線電壓的基波有效值：輸出線電壓的5次諧波有效值：習(xí)題五1試說明PWM控制的基本原理。答：PWM（Pulse-Width Modulation）控制就是對(duì)觸發(fā)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的

32、技術(shù)。即對(duì)一系列脈沖的脈沖寬度進(jìn)行控制來獲得所需要的輸出波形（包括形狀和幅值）。在采樣控制理論種有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。以正弦PWM（SPWM）為例。把正弦半波平分為N等份，就可以把它看成N個(gè)彼此獨(dú)立的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相同（都是/N）但幅值不同且頂部是曲線。如果將上述脈沖用數(shù)量相同、幅值相等的不等寬的矩形脈沖代替，使每個(gè)小矩形的面積和對(duì)應(yīng)的正弦波面積相等（即沖量相等），就得到了PWM波形。各個(gè)脈沖的幅值相等而寬度按照正弦規(guī)律變化，根據(jù)

33、面積等效原理，這種PWM波形和原正弦波形是等效的。2PWM逆變器有哪些優(yōu)點(diǎn)？其開關(guān)頻率的高低有什么利弊？答：優(yōu)點(diǎn)：1）PWM調(diào)制可以極大地消弱逆變器的輸出諧波，使逆變器輸出用戶需要的波形（形狀和幅值），而消弱用戶不需要的諧波。2）PWM逆變器具有非常好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。普通逆變器的控制速度是周波控制級(jí)，而PWM是載波控制級(jí)，所以目前幾乎所有的逆變器都是采用PWM控制策略。3）PWM控制使逆變器的控制策略更加靈活多樣，使逆變器的性能得到很大的提升。4）PWM逆變器的整流電路可以采用二極管，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)得到提高。5）只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。 開關(guān)頻率高則輸出諧波更小、響應(yīng)速度更

34、快，但是電力電子器件的開關(guān)損耗增加、整機(jī)效率下降，帶來較強(qiáng)的高頻電磁干擾；開關(guān)頻率低則正好相反。一般對(duì)于中小容量的逆變器開關(guān)頻率可適當(dāng)取高些，大功率逆變器由于高壓大功率開關(guān)器件的限制，開關(guān)頻率則相對(duì)較低。3單極性和雙極性PWM控制有什么區(qū)別？在三相橋式PWM逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對(duì)于中性點(diǎn)N的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角載波在調(diào)制信號(hào)的正半波或負(fù)半波周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個(gè)周期內(nèi)也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。 三角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)調(diào)制波周期內(nèi)有正有負(fù)。則稱之為雙極性PWM控制方式。 三相橋

35、式PWM逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：和。線電壓SPWM波形有三種電平：，0，。4脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的制約條件主要表現(xiàn)在哪些方面？答：對(duì)于PWM控制來說，高的開關(guān)頻率可以使性能更好，但是，1）高開關(guān)頻率的PWM控制要求電力電子器件有高的開關(guān)能力，目前大功率器件的容許開關(guān)頻率普遍偏低。2）高開關(guān)頻率的PWM控制帶來器件高的開關(guān)損耗。3）最小脈沖寬度的限制（死區(qū)）4）高開關(guān)頻率的PWM控制會(huì)給器件帶來高的電壓、電流應(yīng)力。 5）電磁干擾問題也是制約PWM技術(shù)的一個(gè)因素。 5在SPWM調(diào)制中何謂同步調(diào)制？何謂異步調(diào)制？為什么常采用分段同步調(diào)制的方法？答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制，在異步調(diào)制方式種，通常保持載波頻率fc固定不變，因此當(dāng)調(diào)制波頻率fr變化時(shí)，載波比N是變化的。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和調(diào)制信號(hào)保持同步的方式稱為同步調(diào)制。異步調(diào)制當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，一周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)較多。而當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高時(shí)，一周的脈沖個(gè)數(shù)減小，PWM波形不對(duì)稱嚴(yán)重，輸出波形質(zhì)量較差。同步調(diào)制當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，一周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)現(xiàn)對(duì)較少，輸出的低次諧波分量較多。而當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高時(shí)，如一周內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)不變，又會(huì)使逆變器的開關(guān)頻率過高，使器件難以承受。為此可以采用分段同步調(diào)制