《電力電子技術(shù)》 習(xí)題解答

1、第一章 電力電子器件使晶閘管導(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）。即：UAK 0且UGK 0。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？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的陽極電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即：維持電流。使晶閘管由導(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陽極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)通的晶閘管頭斷。圖143中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、

2、I3 。0002/4225/2/2/4圖143 晶閘管導(dǎo)電波形a）b）c）解：a） b） c） 上題中如果不考慮安全裕量，問100A晶閘管能送出的平均電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值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I157A，由上題結(jié)果，根據(jù)電流有效值相等的原則可得：a） I1157A0.4767Im Im1157/ 0.4767329.35（A）Id1 0.2712 Im189.48（A）b） I2157A0.6742Im Im2157/ 0.6742232.88（A）Id2 0.5434 Im1126.5

3、6（A）c） I3157A0.5Im Im3157/ 0.5 314（A）Id3 0.25 Im178.5（A）GTO和普通晶閘管同為PNP結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？解：1）GTO器件2較大，模型中的V2控制靈敏。2）使導(dǎo)通時的12更接近于1，而SCR設(shè)計的12 1.5，導(dǎo)通時，GTO飽和程度不深，更接近臨界飽和，為門極控制關(guān)斷提供了有利的條件。3）多元集成結(jié)構(gòu)使每個GTO元陰極面積很小，P2基區(qū)的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)引起的損壞？解：1）柵極加過壓保護(hù)。柵源電壓不要超過20V。 2）運輸焊接時防止靜電（柵源短

4、接）。IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動電路各有什么特點？解：IGBT 和MOSFET均為電壓驅(qū)動器件，柵源極之間有間電容，故要求驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，以使快速建立驅(qū)動電壓。IGBT驅(qū)動電路柵射電壓為1520V，而MDSFET柵源電壓為1015V。驅(qū)動電路還能提供反壓以減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，同時IGBT驅(qū)動電路具有退飽和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)。GTR和GTO均為電流驅(qū)動器件，故要求觸發(fā)電路能提供前沿陡度高的正向和負(fù)向強觸發(fā)電流。強脈沖應(yīng)具有一定的寬度。GTR觸發(fā)電路還應(yīng)該具有抗飽和功能，以保證GTR導(dǎo)通時處于臨界飽和狀態(tài)。全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路

5、中各元件的作用？解：（1）關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）：吸收關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗；（2）開通緩沖電路（di/dt抑制電路）：抑制器件開通時的電流過沖和di/dt及開通損耗。（3）在RCD抑制電路中，C吸收過電壓過電流的能量，R消耗C中吸收的能量，D提供R耗能和C吸收能量的通路。試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點比較如下表：器 件優(yōu) 點缺 點IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，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，驅(qū)動功率小開關(guān)速度低于電力 MOSFET

6、，電壓、電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題 GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低電力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kw的電力電子裝置 第二章 整流電路單相半波可控整流電路對電阻負(fù)載供電，R20，U100V，求當(dāng)0°和60

7、76;時的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。解：當(dāng)0°時： 當(dāng)60°時： ud與id的波形見：教材43頁圖21。 圖29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題嗎？試說明： 晶閘管承受的最大正反向電壓為； 當(dāng)負(fù)載為電阻或電感時其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。解：由圖29圖可以看出，在正半周導(dǎo)通，負(fù)載電流由變壓器次級上端流出，由中心抽頭流入，當(dāng)負(fù)半周時導(dǎo)通，負(fù)載電流由B次級下端流出由中心抽頭流入，正負(fù)半周電流相等，但在鐵芯中產(chǎn)生的磁勢方向大小相等且方向相反，故變壓器無直流磁化問題。 當(dāng)導(dǎo)通時，在時，的陰極為，而其陽極為，所以VT承受的

8、最大反壓為。如果是阻感負(fù)載且電感是足夠大時，當(dāng)，導(dǎo)通，的陰極電壓為而其陽極電壓為，故其承受的最大正向電壓為。 正半周導(dǎo)通，負(fù)半周導(dǎo)通 。所以輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。單相橋式全控整流電路，負(fù)載中，值極大，當(dāng)時，要求： 作出，和的波形； 求整流輸出平均電壓、電流，變壓器二次電流有效值； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解： ，和的波形見右圖： 晶閘管承受的最大反向電壓為：考慮安全裕量為，晶閘管的額定電壓為：按照晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取額定電壓為300V的晶閘管。流過晶閘管的電流有效值為： 考慮安全裕量為，晶閘管的額定電流為：30°時，和的波形按照晶閘管產(chǎn)品系列

9、參數(shù)選取額定電流為30A的晶閘管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個周期內(nèi)承受的電壓波形。VD2VT3VD4udVT1uVD4u2udOwtudOwtuVD4解：整流二極管VD4兩端承受的電壓波形如下圖所示單相橋式全控整流電路，負(fù)載中 ，值極大，反電動勢E60V，當(dāng)時，要求： 作 出,和的波形； 求整流輸出平均電壓、電流，變壓器二次側(cè)電流有效值； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解： ,和的波形如下圖所示： 整流輸出平均電壓、電流，變壓器二次電流有效值分別為0.90.978V =9A 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：按照產(chǎn)品系列參數(shù)選取300V的晶閘管。流過晶

10、閘管的電流有效值為： 考慮安全裕量為，晶閘管的額定電流為：30°時，和的波形按照晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取額定電流為10A的晶閘管 晶閘管串連的單相半控橋（橋中，為晶閘管），電路如圖211所示，100V，電阻電感負(fù)載，R=2，L值很大，當(dāng)時，求流過器件電流的有效值，并作出，,的波形。解： 0.967.5（V）33.75(A)=0.57733.7519.49（A）u dOw tOOOOw tw tw tw tiVTu di diVD4iVD30.81633.7527.56（A），,波形如右圖所示：VD3VT2VD4udVT1uVD4u2三相半波整流電路，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L制在電阻

11、負(fù)載和阻感負(fù)載下整流電壓的波形。解：設(shè)30°，電壓波形如下圖所示：uduaOw tubuc電阻負(fù)載ud波形uduaOw tubuc阻感負(fù)載ud波形三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段稱成為曲折接法，每段的電動勢相同，其分段布置及其矢量圖如圖260所示。此時線圈的繞組增加了一些，銅的用數(shù)約增加10。問變壓器鐵芯是否被直流磁化，理由？答：由接線圖和矢量圖可以看出，每相晶閘管導(dǎo)通時，同時有兩個繞組工作。這兩個繞組分屬兩相，每個電周期內(nèi)，每個繞組都工作一次，但同相上的兩個繞組因其極性接法不同，故流過的電流極性相反，但大小相等，故無直流磁化問題。三相半波整流電路的共陰極接法與共

12、陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，他們在相位上相差多少度？ 答：不是同一點，在相位上相差10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，他們的控制角都是，對同一相，如a相來說，這兩組的觸發(fā)脈沖在相位上相差多少度？ 答：相差。11三相半波可控電路，=100V，帶阻感負(fù)載，R5，L值極大，當(dāng)時，要求： 畫出，的波形； 計算，和。解： 波形如下圖： 輸出平均電壓：1.1758.5（V） 輸出平均電流：=11.7（A） 流過晶閘管的平均電流： 3.9（A） 流過晶閘管的電流有效值：6.76（A）iVT1w tidOOw tuduaOaubucw t12全控橋電路

13、，R負(fù)載，如果一個VT不導(dǎo)通，此時波形如何？如一個VT被擊穿而短路，其它晶閘管受何影響？解：設(shè)，當(dāng)一個晶閘管如不導(dǎo)通，其輸出電壓波形如下圖所示。如果有一個VT被擊穿而短路。假如沒有很好的過流保護(hù)，將造成同組（共陰極或共陽極組）的晶閘管因相間短路過流而燒毀。uduabOw tuacubcucaucbuabuacuba13三相全控橋電路，=100V，帶阻感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)時，要求： 畫出，的波形。 計算，和。解： 波形如下圖： 輸出電壓平均值： 2.34117（V） 輸出電流平均值： 23.4（A） 流過晶閘管的平均電流： 7.8（A） 流過晶閘管的電流有效值： 13.5（A) 14單相

14、全控橋電路，已知=100V，R1，L，E40V，0.5mH。當(dāng)時，求,與的數(shù)值，并畫出整流電壓的波形。解：0.90.945V因： ；相應(yīng)的換相內(nèi)阻 R所以：R0.1 ，得： 4.55（A）45R·450.14.5544.55（V）因為：所以： 0.50.49得： 最后，作出整流電壓的波形如下：15三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負(fù)載，100V，R1，L，1mH，求：當(dāng)時，E50V時，的值并作出與和的波形。解：1.17=1.17=101.33（V）0.314（）， =，所以： R0.1544.63（A） =1.170.1594.64（V）因： 故： 0.7516所以： ， 得： 與和

15、的波形如下：16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R5，L，220V，0.3，求： 、和的值，并作出與和的波形。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時得情況。 2.34=514.8（V）R=0.287（） 故 97.37（A） 486.85（V） 56（A） 80（A） 因： 當(dāng)： 時， 所以： 波形圖如右 ： 17三相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，200，R1，L，U2220V，60°， 當(dāng) LB0 和 LB1mH情況下分別求、的值，后者還應(yīng)求并分別作出與的波形。解： 當(dāng)LB0時： 2.34=257.4（V）57.4（A） 當(dāng) LB1mH： 2.34257.4（V） 4

16、4.15 (A) 上式中：R=0.3 () 0.314（） =244.15（V） 0.4486 ， 得： 波形圖右： 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：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（kl、2、3 ）次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2kl（kl、2、3 ）次諧波即奇次諧波，其中主要的有 3次、5次諧波（n1時為基波）。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

17、中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（kl、2、3 ）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6 k±1（ kl、2、3 ）次的諧波，其中主要的是5、7、11、13次諧波。 20試計算第3題中的3、5、7次諧波分量的有效值、。解：第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為：Id39A根據(jù)： （n3、5、7 ）可得：11.7A； 7A； 5A 21試計算第13題中的5、7次諧波分量的有效值、。解：在第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知：Id23.4A根據(jù)： （n6 k±1，kl、2、3 ）可得： 3.65A； 2

18、.61A 22試分別計算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。解： 根據(jù)： （公式 277）第3題電路中的輸入功率因數(shù)為： 根據(jù)： （公式 283）第3題電路中的輸入功率因數(shù)為： 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：見教材76頁下部 1） 2） 3） 部分。24整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的主要目的是：減少交流側(cè)輸入電路中的諧波，提高功率因素。在增大整流裝置功率的同時，減少對電網(wǎng)的干擾。2512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：12脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有11、13、23、2

19、5、35次等即12 k±1（kl、2、3 ）次諧波；整流輸出電壓中含有12、24次等即12k（kl、2、3 ）次諧波。24脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、47次、49次等，即24 k±1（kl、2、3 ）次諧波；整流輸出電壓中含有24、48次等，即24k（kl、2、3 ）次諧波。26使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件一：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（外部條件）； 條件二：要求晶閘管的控制角，使Ud為負(fù)值（內(nèi)部條件）。27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L，U2220V， LB1

20、mH，當(dāng)400V，時求、與的值，此時送回電網(wǎng)的有功功率是多少？ 解：當(dāng)時， 2.342.34257.4（V）因為： R 所以： 0.314（） R0.3 （） 110（A） =R257.40.3×110290.4（V）因： 故： 0.6282所以： ， 得： 因：31.9（kw）故得：回送到電網(wǎng)的有功功率為31.9kw。 28單相全控橋變流器，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L，U2100V， LB0.5mH，當(dāng)99V，時求、與的值。 解： 0.90.945（V）0.157（）因： 故： R=0.1故：49.1（A） 4.91V所以得： =454.9149.9（V）因： 0.6108 故：

21、 ， 得： 29什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪?？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，或者使交流器的輸出平均電壓和直流側(cè)的電動勢變?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：（1）采用精確可靠的觸發(fā)電路，確保能適時、準(zhǔn)確地給相應(yīng)的晶閘管施加觸發(fā)脈沖；（2）使用性能良好的晶閘管；（3）保證交流電源的質(zhì)量；（4）留出充足的換向裕量角，對最小逆變角要有限制，逆變角。在30°90°之間；（5）變流器應(yīng)采取相應(yīng)的過流保護(hù)措施，防止逆變失敗損壞變流器。30在單相橋式全控整流電路、三相橋式全

22、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，晶閘管的角移相范圍分別是多少？答：單相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，角移相范圍為：0°180°； 單相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載時，角移相范圍為：0°90°； 三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，角移相范圍為：0°120°； 三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載時，角移相范圍為：0°90°。 31三相全控橋，電動機負(fù)載，要求可逆運行，整流變壓器的接法是D，y-5，采用NPN鋸齒波觸發(fā)電路，并附有滯后30°的RC濾波器，決定晶閘管的同步

23、電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。答：三相全控橋帶反電勢電機負(fù)載，要求可逆運行時，采用NPN鋸齒波觸發(fā)電路。其同步信號應(yīng)滯后主電路電壓，現(xiàn)由于觸發(fā)電路前附有滯后的R-C濾波器，故同步信號應(yīng)滯后主電路電壓即可。所以同步變壓器接法應(yīng)為：y，y-10和y，y-4。ubuauCuBuAucusa-usc-usauscusb-usb*y，y-10y，y- 4D，y-5其同步變壓器、整流變壓器的接法及矢量圖如下：uABuabuausausab150°150° 三相全控橋主變壓器（整流變壓器）接法為D，y5時，各晶閘管的同步電壓如下：晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6晶閘管陽極電壓ua

24、- ucub- uauc- ub同步電壓usa- uscusb- usausc- usb第三章 直流斬波電路 圖31aEMLRVVDEM+u0i0簡述圖31a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中讓V導(dǎo)通一段時間ton ，由電源E向L、R、M供電，在此期間，。然后使V關(guān)斷一段時間，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，。一個周期內(nèi)的平均電壓。輸出電壓低于電源電壓，起到降壓的作用。在圖31 a（見上圖）所示的降壓斬波電路中，已知 E200V，R10，L值極大，EM30V。采用脈沖調(diào)制控制方式，T50s，ton20s時，計算輸出電壓平均值 U0 、輸出電流平均值I0

25、。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： 在圖31 a（見上圖）所示的降壓斬波電路中，已知 E100V，R0.5，L1mH，EM10V。采用脈沖調(diào)制控制方式，T20s，當(dāng)ton5s時，計算輸出電壓平均值 U0 、輸出電流平均值I0 ，并計算輸出電流的最大和最小瞬時并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng)ton3s時，重新進(jìn)行上述計算。解：25（V） （A） 當(dāng)ton5s時，求負(fù)載電路最小值，根據(jù)式（39） =0.25 m0.1 將，m和E，R值代入式（39）可得：29.8（A）求負(fù)載電流最大值則根據(jù)式（310）則得：30.19（A）由上述計算可以看出，負(fù)載電流是連續(xù)的。

26、 當(dāng)ton3s時：，0.15（發(fā)生變化） m0.1將，m和E，R值代入式（39）和式（310）可得出： 9.87（A） =10.13 (A)由上述計算可以看出，負(fù)載電流是連續(xù)的。圖32aECLRVVDu0i0i1簡述圖32a所示升壓斬波電路的基本工作原理。解：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，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容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U0。設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為E I1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時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)的時間為toff ，則在此期間電

27、感L釋放的能量為（U0E）I1toff 。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即： E I1ton（U0E）I1 toff化簡得： 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。在圖32a（見上圖）所示升壓斬波電路中，已知E50V，L和C值極大，R20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T40s，ton25s時，計算輸出電壓平均值U0，輸出電流平均值I0 。解：輸出電壓平均值為：輸出電流平均值為： 圖34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。ECLRVVDu0i2ILuLi1答： 升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可

28、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IL，方向如圖34中所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為IL，方向如圖34所示?？梢?，負(fù)載電壓極性為下正上負(fù)，與電源電壓極性相反。 穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓對時間的積分為零，即： 當(dāng)V處于通態(tài)期間，E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，。于是得： E·ton·toff （IL ）所以輸出電壓為： 圖35a 改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<<1/2時為降壓，當(dāng)1/2<<1時為升壓，因此將該

29、電路稱作升降壓斬波電路。ECL1RVVDu0i1L2i2uC Cuk斬波電路的基本原理：圖35bECL1Ru0i1L2i2uCBASuBuA當(dāng)V處于通態(tài)時，EV回路和RCV回路分別流過電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時，EL1CVD回路和RL2VD回路分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖35b所示，相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓的脈動足夠小時。當(dāng)開關(guān)S合到B點時，B點電壓=0 ，A點電壓；相反，當(dāng)S合到A點時，, 0。因此，B點電壓的平均值為（為電容電壓的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以。另一方面，A點的平均電壓為：，且L2的電壓平

30、均值為零，按圖35b中輸出電壓U0的極性，有。于是可得出輸出電壓U0與電源電壓E的關(guān)系為： 兩個電路實現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實現(xiàn)升降壓斬波。與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進(jìn)行濾波。試?yán)L制Sepic斬波電路和Zeta斬波電路得原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。答：見教材107 108頁上部。VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M圖37c分析圖37a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖37b的波形，繪制出各個階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。解：在圖37a所示的電流可逆斬波電路，降壓斬波器（由V

31、1和VD1構(gòu)成）和升壓斬波器（由V2和VD2構(gòu)成）交替工作，每個周期內(nèi)分四個階段：第一階段：VD2導(dǎo)通，L中存儲的能量和電樞電勢能量經(jīng)VD2回饋到電源，電機發(fā)生制動運行。電流回路為：RLVD2EMR；方向如有圖37c所示，按指數(shù)上升。VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M圖37d第二階段：當(dāng)0時，V1開通，電源E向電機提供能量，電機電動運行，；電流回路為：RMEV1LR，電流方向如右圖37d所示，按指數(shù)曲線上升。第三階段：V1截止，VD1給L提供續(xù)流通路，電流按指數(shù)曲線下降，電流回路為：RM VD1LR，如圖37e中虛線所示，電機電動運行。第四階段：當(dāng)下降至零，V2開通，在作用下，

32、反向，其回路為RLV2MR，電機短接制動運行，L中積蓄能量，VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M圖37e，按指數(shù)曲線下降，如圖37f所示：VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M圖37f當(dāng)V2截止，開始新一個周期的第一階段，過程如前所述。對于圖38所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，試分析此時電路的工作狀況，并繪出相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時標(biāo)明電流流向。解：當(dāng)圖38所示的橋式可逆斬波電路使電機工作于反轉(zhuǎn)狀態(tài)時，V2始終保持通態(tài)，由V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路使電機工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)。當(dāng)V3開通時，電源E通過V3MRLV2E 回路向電機提供能量，同時

33、L中積蓄能量。電流方向如圖中虛線 所示；E + LRV1VD2 EM u0i0V2VD1M V3VD4 V4VD3圖38當(dāng)V3截止時，L釋放積蓄的能量，經(jīng)VD3構(gòu)成續(xù)流回路，LV2VD3MR，方向如圖中虛線 所示。10多相多重斬波電路有何優(yōu)點？解：優(yōu)點： 總輸出電流最大脈動功率與重數(shù)的平方成反比，且輸出電流脈動頻率提高，與單相斬波電路相比，在輸出電路最大脈動率一定時，所需的平波電抗器L的電感量減小，且重量大為減輕。 電源電流的最大脈動率與相數(shù)的平方成反比。使由電源引起的感應(yīng)干擾大大減小。 具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用，按其中某一單元發(fā)生故障，其余各單元可以繼續(xù)運行，使系統(tǒng)總體的可靠性

34、得以提高。第四章 交流電力控制電路和交交變頻電路一調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺燈可看成電阻負(fù)載，在0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80、50時的開通角。解：當(dāng)=0°時，；最大輸出功率 （1）當(dāng)輸出最大功率的80%時：0.8=根據(jù)公式： （41）則有： 0.8所以：0.8 ； 令： ；帶入上式得：yOây0.4110.40.42用圖解法解，建立聯(lián)解方程如下： y y 兩條線交點對應(yīng)的值是該題的解： 經(jīng)校驗后： 所以：（2）輸出最大功率的50時，則有0.5令： 當(dāng)時，得上述方程得解為：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R0.5，

35、L2mH。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電源側(cè)的功率因素； 當(dāng)/2時，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： 阻抗角 開通角得變化范圍：；的變化范圍為： 當(dāng)時，負(fù)載電流最大。（A） 37.555（kw） 0.623 當(dāng)時，查圖43曲線，當(dāng)時，代入式（49） 得： 136（A） （A） 0.436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(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周期對輸出電壓波形進(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

36、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(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

37、造。 交流調(diào)功電路常用于像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(jìn)行頻繁控制。什么是TCR？什么是TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點？答：TCR是晶閘管控制電抗器，TSC是晶閘管投切電容器。TRC的原理是利用電抗器的純電感負(fù)載的特點從電網(wǎng)中吸引無功功率，通過相位控制進(jìn)行動態(tài)無功功率的補償，可以連續(xù)調(diào)節(jié)。TSC的原理是通過投切并入電網(wǎng)中的電容器的多少進(jìn)行無功功率的補償，以提高功率因數(shù)。其特點：TCR是按相位進(jìn)行控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)。TSC則是將電力電子器件作為開關(guān)，采用通斷控制，不能連續(xù)調(diào)節(jié)。單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(lián)可控整

38、流電路有什么不同？答：直流電動機傳動用的反并聯(lián)可控整流電路是通過對正負(fù)組的的控制，在輸出端得到一個可變的直流電壓或，使直流電機得到正向或反向電壓進(jìn)行四象限運行。 而單向交變頻電路則是通過對正組或負(fù)組的角按正弦規(guī)律的變化進(jìn)行調(diào)制，使得正組或負(fù)組變流器輸出電壓在每個控制器間隔內(nèi)的平均電壓按正弦規(guī)律從零逐漸增至最高（正半周），負(fù)半周從零增至負(fù)的最高（由負(fù)組輸出），然后逐漸減到零，使得電機負(fù)載上得到一個接近正弦波的交流電壓。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交流電路的脈波數(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6脈波三相橋式

39、整流電路時，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的13 l2。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，輸出電壓一周期內(nèi)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。交交變頻電路的主要特點和不足之處是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點是：只有一次變流，效率較高，可以方便地實現(xiàn)四象限工作，低頻輸出波形接近正弦波。不足之處是：接線復(fù)雜，受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低，輸入功率因數(shù)較低，輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。其主要用在5001000kW大功率、低速

40、的交流調(diào)速電路中。三相交交變頻電路有哪兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：三相交交變頻電路有兩種接線方式，即：公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式。主要區(qū)別是：公共交流母線進(jìn)線方式時，由于電源進(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電機的三個繞組必須分開，引出六個接線端。而輸出星形聯(lián)接方式中，交流進(jìn)線經(jīng)過三個變壓器隔離，所以三組單相交交變頻電路的輸出是星形聯(lián)接，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)，電動機的中性點和變頻器中性點不接在一起。 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)。同時，可使

41、變頻器的輸出電壓提高。因為梯形波的主要諧波成分是三次諧波，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，因為橋式電路能夠較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（對應(yīng)梯形波的平頂區(qū)），角較小，因而在整個控制區(qū)域中平均也較小，故輸入功率因數(shù)可提高15左右（，位移因素）。在輸出的梯形波中，其基波幅值比梯形波高15左右，所以和輸出正弦波相比，變頻電路的輸出電壓也可以提高15左右。10試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？答：見教材128頁 131頁。第五章 逆變電路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)，

42、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。換流方式各有那幾種？各有什么特點？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(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。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)載換流和強迫換流3種方式。 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，可實現(xiàn)負(fù)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。什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆

43、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(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。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)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

44、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。 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)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。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：當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，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，同時反饋二極管也起著使負(fù)載電

45、流連續(xù)的作用。在電流型逆變電路中，雖交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，但直流側(cè)電感起到緩沖無功能量的作用，并且直流電流并不反向，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。三相橋式電壓型逆變電路，180°導(dǎo)電方式，Ud100V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基本幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。答：根據(jù)公式（512），可得相電壓的基波幅值為：UUN1m （514） 相電壓基本有效值為：UUN1 （515）根據(jù)公式（58），可得線電壓的基本幅值為：UUV1m （510）線電壓基本有效值為：UUV1 （51

46、1）線電壓中5次諧波的有效值為：UUV5并聯(lián)諧振逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？答：在并聯(lián)諧振逆變電路中是利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相的，因此要求負(fù)載電流應(yīng)略超前負(fù)載電壓，即負(fù)載電路總體上工作在容性小失諧的情況下。串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換相過程。答：在串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，各橋臂之間換流采用強迫換流方式。換流過程可分為恒流放電和二極管換流兩個階段，在恒流放電結(jié)束后，二極管為換流電容反向充電提供通道。析換相過程的原理見教材144頁 145頁。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：在逆變電路中，

47、電壓型電路輸出的電壓是矩形波；對電流型電路來說輸出的電流也是矩形波。因矩形波中含有較多的諧波，會對負(fù)載產(chǎn)生不利的影響。為此，可采用多重逆變電路把幾個矩形波組合起來，使輸出電壓更接近正弦波形。實現(xiàn)方法和應(yīng)用場合見教材146頁 148頁。第六章 PWM控制技術(shù)試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在采樣控制理論中有一條重要的結(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，其效果基本相同，沖量及窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理以正弦P

48、WM控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N個彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/N,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，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。設(shè)圖63中半周期的脈沖數(shù)為5，脈沖幅值為相應(yīng)正弦波幅

49、值的2倍，試按面積等效原理來計算各脈沖的寬度。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(fù)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(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正有負(fù)，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0.5Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0、Ud。特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個信號波周期內(nèi)有10個開關(guān)時刻（不含0和時刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？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(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后l4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(fù)半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后l4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正