(完整word版)電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、第四章 逆變電路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(fù)載聯(lián)接。2換流方式各有那幾種？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。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)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。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

2、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。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(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特點(diǎn)是：1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(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低 阻抗。2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(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流 側(cè)輸出電流波形和相位因負(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)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。

3、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(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)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。2電路中開關(guān)器件的作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(fù)載阻抗角無關(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)需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功 能量時(shí)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。4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？ 答：在電壓型逆

4、變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)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。當(dāng)輸 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。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè) 向直流側(cè)反饋無功能量時(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。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)多重逆變電路各用于什么場(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

5、等級(jí)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(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，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，并聯(lián)多重是把幾個(gè)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。第五章 直流-直流交流電路1簡(jiǎn)述圖5

6、-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源E向L、R、M供電, 在此期間，u=E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間toff,此時(shí)電感L通過二極管VD向R和M供電，u=0。- 個(gè)周期內(nèi)的平均電壓Uo=tonE。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。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(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輸出電流平均值為Uo-EM=80 - 30=5(A)R103.在圖5-1a所示的降

7、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)tn=5卩s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，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) 匕=3卩s時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：當(dāng)ton=5卩S時(shí)，有p=T=0.01=0.0025由于所以輸出電流連續(xù)。此時(shí)輸出平均電壓為 toffE 100R 0.5U。=俎E=1=25(V)T 20輸出平均電流為Io=U。- EM=25-10=30(A)R0.5輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為1 e- p -mI1-e-1Em =-1R當(dāng)tn=3卩

8、S時(shí)，采用同樣的方法可以得出：p=0.0015由于 =C=0.149m4簡(jiǎn)述圖5-2a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)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流 基本恒定為li,同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值U。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為 Eldon。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充 電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為 怙幵，則在此期間電感L釋放的能量為 UO-E ILf。當(dāng)電路工作于穩(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：EI1切=(U。- E)1切化簡(jiǎn)得

9、：U。二址也E- Etoff切式中的 T /toff-1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。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，Vi和VDi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1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)殡娔芊答伒诫娫矗?電動(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：Imax=“ n025I。- 0.1 K =30.19(A)(1-e丿0.5fe.0025_1100e001

10、-0.1 i=29.81(A)011 0.5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、最小瞬時(shí)值分別為:Uo= E=100.2-2 二a=90sin2：: -L2 二 50 2 10一)=arctan(- )=0.89864=51.490.50.89864-an當(dāng)a=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 =0.6227a=時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（4-7）得2nnsin( +0- 0.89864)=sin( 0.89864)e22解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為:9 =2.375=136.1也可由圖

11、4-3估計(jì)出二的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值為U1. sin v cos(2：旳=* It)2 二 Z :3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)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，

12、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)I2R -o max1220_R2CL)2R=37.532(KW)功率因數(shù)為PomaxUX37532220273.9二0.6227tan?VT2202 二 0.803X2.375 月2.375 cos(二 .898642.375)=123.2(A)cos 0.89864電源側(cè)功率因數(shù)為其中：于是可

13、得出IoR扎=-51。I。=2心=174.2(A)l：RA =-UJo174.220.5220 174.2二0.3959ma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

14、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。5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：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