電力電子技術_第五版(王兆安劉進軍)課后詳細答案.pdf

1、電力電子技術第五版 機械工業(yè)出版社課后習題答案第二章 電力電子器件1. 使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK0且uGK0。2. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。要使晶閘管由導通變?yōu)殛P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，便可使導通的晶閘管關斷。3. 圖1-43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

2、平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。圖1-43 晶閘管導電波形解：a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.6741Ic) Id3= ImI3 = Im4. 上題中如果不考慮安全裕量,問100A的晶閘管能送出的平均電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時，相應的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少?解：額定電流I T(AV) =100A的晶閘管，允許的電流有效值I =157A，由上題計算結果知a) Im1329.35，Id10.2717 Im189.48b) Im2232.90,Id20.5434 I

3、m2126.56c) Im3=2 I = 314,Id3= Im3=78.55. GTO和普通晶閘管同為PNPN結構，為什么GTO能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：GTO和普通晶閘管同為PNPN結構，由P1N1P2和N1P2N2構成兩個晶體管V1、V2,分別具有共基極電流增益和，由普通晶閘管的分析可得，+=1是器件臨界導通的條件。+1，兩個等效晶體管過飽和而導通；+1，不能維持飽和導通而關斷。GTO之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同：1) GTO在設計時較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關斷；2) GTO導通時的+更接近于1，普通

4、晶閘管+1.15，而GTO則為+1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利條件；3) 多元集成結構使每個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。6. 如何防止電力MOSFET因靜電感應應起的損壞？答：電力MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過20的擊穿電壓，所以為防止MOSFET因靜電感應而引起的損壞，應注意以下幾點： 一般在不用時將其三個電極短接； 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時所有儀器

5、外殼必須接地； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。7. IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅動電路各有什么特點？答：IGBT驅動電路的特點是：驅動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅動型器件，IGBT的驅動多采用專用的混合集成驅動器。GTR驅動電路的特點是：驅動電路提供的驅動電流有足夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關斷時，驅動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。GTO驅動電路的特點是：GTO要求其驅動電路提供的驅動電流的前沿應有足夠的幅值和陡度，且一般需

6、要在整個導通期間施加正門極電流，關斷需施加負門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅動電路通常包括開通驅動電路，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅動電路的特點：要求驅動電路具有較小的輸入電阻，驅動功率小且電路簡單。8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內因過電壓，du/dt或過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。9. 試說明IGBT、GTR、GT

7、O和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表：器 件優(yōu) 點缺 點IGBT開關速度高，開關損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動，驅動功率小開關速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關特性好，通流能力強，飽和壓降低開關速度低，為電流驅動，所需驅動功率大，驅動電路復雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調制效應，其通流能力很強電流關斷增益很小，關斷時門極負脈沖電流大，開關速度低，驅動功率大，驅動電路復雜，開關頻率低電 力MOSFET開關速度快

8、，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小且驅動電路簡單，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3章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電，L20mH，U2100V，求當0和60時的負載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0時，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導通時，負載電感L儲能，在晶閘管開始導通時刻，負載電流為零。在電源電壓u2的負半周期，負載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導通。因此，在電源電壓u2的一個周期里，以下方程均成立： 考慮到初始條件：當wt0時id0可解方程得：=22.51(A) ud與id的波形如下圖： 當60時

9、，在u2正半周期60180期間晶閘管導通使電感L儲能，電感L儲藏的能量在u2負半周期180300期間釋放，因此在u2一個周期中60300期間以下微分方程成立： 考慮初始條件：當wt60時id0可解方程得：其平均值為=11.25(A) 此時ud與id的波形如下圖： 2圖2-9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：晶閘管承受的最大反向電壓為2；當負載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。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。因為單相全波可控整流電路變壓器二次測繞組中，正負半周內上下繞組內電流的方向相

10、反，波形對稱，其一個周期內的平均電流為零，故不會有直流磁化的問題。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。 以晶閘管VT2為例。當VT1導通時，晶閘管VT2通過VT1與2個變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為2。 當單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角a 相同時，對于電阻負載：（0）期間無晶閘管導通，輸出電壓為0；（）期間，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；()期間，均無晶閘管導通，輸出電壓為0；( 2)期間，單相全波電路中VT2導通，單相全控橋電路中VT2、VT3導通，輸出電壓等于- u2。對于電

11、感負載：（ ）期間，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；（ 2）期間，單相全波電路中VT2導通，單相全控橋電路中VT2、VT3導通，輸出波形等于- u2?？梢?，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負載上時，則輸出電流也相同。 3單相橋式全控整流電路，U2100V，負載中R2，L值極大，當30時，要求：作出ud、id、和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9 U

12、2 cos0.9100cos3077.97（V）IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23）141.4283424（V）具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取。流過晶閘管的電流有效值為：IVTId27.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）27.571.572635（A）具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取。 4單相橋式半控整流電路，電阻性負載，畫出整流二極管在一周內承受的電壓波形。解：注意到二極管的特點：承受電壓為正即導通。因此，二極管承受的電壓不會出現(xiàn)正的部分。

13、在電路中器件均不導通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 整流二極管在一周內承受的電壓波形如下： 5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中R=2，L值極大，反電勢E=60V，當a=30時，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形如下圖： 整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：

14、U2100141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTId 6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)6.361.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取。 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2-11所示，U2=100V，電阻電感負載，R=2，L值很大，當a=60時求流過器件電流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖： 負載電壓的平均值為：67.5（V） 負載電流的平均值為：IdUdR67.52233

15、.75（A） 流過晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVTId19.49（A） 流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：IVDId27.56（A）7. 在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在電阻性負載和電感性負載下整流電壓ud的波形。解：假設，當負載為電阻時，ud的波形如下： 當負載為電感時，ud的波形如下： 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，每段的電動勢相同，其分段布置及其矢量如圖2-60所示，此時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？圖2-60 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖答：變壓器鐵心不會

16、被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個周期內：當a1c2對應的晶閘管導通時，a1的電流向下流，c2的電流向上流；當c1b2對應的晶閘管導通時，c1的電流向下流，b2的電流向上流；當b1a2對應的晶閘管導通時，b1的電流向下流，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時間（各為120）由電流流過，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。 9三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

17、不是同一點。它們在相位上相差180。 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，如果它們的觸發(fā)角都是a，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差180。 11三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5，L值極大，當a=60時，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下圖： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud1.17U2cosa1.17100cos6058.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9

18、（A）IVTId6.755（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？答：假設VT1不能導通，整流電壓ud波形如下：假設VT1被擊穿而短路，則當晶閘管VT3或VT5導通時，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=5，L值極大，當a=60時，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cosa

19、2.34100cos60117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId23.413.51（A） 14單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當a=60時求Ud、Id與g 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時，有：Ud0.9U2cosUdUd2XBIdId（UdE）R 解方程組得：Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又U2 即得出=0.4798 換流重疊角g 61.33- 60=1.33 最后，作出整流電壓Ud的波形如下： 1

20、5三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當a=30時、E=50V時Ud、Id、g 的值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。 解：考慮LB時，有：Ud1.17U2cosUdUd3XBId2Id（UdE）R 解方程組得：Ud（R 1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V）Ud6.7（V）Id44.63（A）又2U2 即得出=0.752 換流重疊角g 41.28- 30=11.28ud、iVT1和iVT2的波形如下： 16三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和g 的值

21、并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路0時的情況。Ud2.34U2cosUdUd3XBIdIdUdR 解方程組得：Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V）Id97.38（A）又2U2 即得出=0.892 換流重疊角g 26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為IVDId397.38332.46（A）I2a Id79.51（A）ud、iVD1和i2a的波形如下：17三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，a=60，當LB=0和LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應求g 并分別作出u

22、d與iT的波形。解：當LB0時：Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4（V）Id（UdE）R（257.4200）157.4（A）當LB1mH時Ud2.34U2cosUdUd3XBIdId（UdE）R解方程組得：Ud（2.34U2R cos3XBE）（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又2XBIdU20.448563.35603.35ud、IVT1和IVT2的波形如下：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

23、出電壓中含有2k（k=1、2、3）次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側電流中含有2k1（k1、2、3）次即奇次諧波，其中主要的有3次、5次諧波。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？變壓器二次側電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側電流中含有6k1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。20試計算第3題中i2的3、5、7次諧波分量的有效值I23、I25、I27。解：在第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電

24、流平均值為Id38.99（A）于是可得：I232Id3238.99311.7（A）I252Id5238.9957.02（A）I272Id7238.9975.01（A）21試計算第13題中i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id23.4（A）由此可計算出5次和7次諧波分量的有效值為：I25Id523.453.65（A）I27Id723.472.61（A）22 試分別計算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。解：第3題中基波電流的有效值為：I12Id238.9935.1（A）基波因數(shù)為nI1II1Id35.138.990.9電路的輸入功率因

25、數(shù)為：ln 0.9 cos300.78 第13題中基波電流的有效值：I1Id23.3918.243（A）基波因數(shù)為nI1II1Id0.955電路的輸入功率因數(shù)為：ln 0.955 cos600.4823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

26、閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系是一樣的，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，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產生的諧波和無功功率對電網的干擾。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次、13次、23次、25次等即12k1、（k=1，2，3）次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12k（k=1，2，3）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24k1（k=1，2，

27、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。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：直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓；要求晶閘管的控制角/2，使Ud為負值。27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當EM=-400V，b=60時求Ud、Id與g 的值，此時送回電網的有功功率是多少？解：由題意可列出如下3個等式：Ud2.34U2cos(-)UdUd3XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得Ud2.34U2R cos(-)3XBEM(R3XB)290.3

28、（V）Id109.7（A） 由下式可計算換流重疊角：2XBIdU20.1279-0.6279128.901208.90送回電網的有功功率為P=400109.7-109.72109.71=31.85(W)28單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當EM=-99V，b=60時求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出如下3個等式：Ud0.9U2cos(-)UdUd2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又U2=0.2181 即得出=-0.7181 換流重疊角g 135.9

29、- 120=15.9 29什么是逆變失??？如何防止逆變失?。看穑耗孀冞\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，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角等。30單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當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，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范

30、圍是0 90。 三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。31三相全控橋，電動機負載，要求可逆，整流變壓器的接法是D，y-5，采用NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30的R-C濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結形式。解：整流變壓器接法如下圖所示以a相為例，ua的120對應于=90，此時Ud=0，處于整流和逆變的臨界點。該點與鋸齒波的中點重合，即對應于同步信號的300，所以同步信號滯后ua 180，又因為R-C濾波已使同步信號滯后30，所以同步信號只要再滯后150就可以了。滿足上述關系的同步電壓相量圖及

31、同步變壓器聯(lián)結形式如下兩幅圖所示。 各晶閘管的同步電壓選取如下表：晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6同步電壓-usbusa-uscusb-usausc第4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接電網，即交流側接有電源。而無源逆變電路的交流側直接和負載聯(lián)接。 2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斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網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，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電

32、壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關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分類，直流側是電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側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：直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載

33、阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側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：直流側串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側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

34、樣要給開關器件反并聯(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：在電壓型逆變電路中，當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側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。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經電路中的可控開關器件流通，而當輸出電壓電流極性相反時，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，無功能量由直流側電感來緩沖。當需要從交流側向直流側反饋無功能量時，電流并不反向，依然經電路中的可控開關器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。5. 三相橋式電壓型

35、逆變電路，180導電方式，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=63.7(V)輸出相電壓基波有效值為：=45(V)輸出線電壓的基波幅值為=110(V)輸出線電壓基波的有效值為=78(V)輸出線電壓中五次諧波的表達式為：其有效值為：=15.59(V) 6并聯(lián)諧振式逆變電路利用負載電壓進行換相，為保證換相應滿足什么條件？答：假設在t時刻觸發(fā)VT2、VT3使其導通，負載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向電壓關斷，電流從VT1、

36、VT4向VT2、VT3轉移，觸發(fā)VT2、VT3時刻t必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。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備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關斷的晶閘管上，使晶閘管在關斷之后能夠承受一定時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關斷，從而確保晶閘管換流成功。以VT1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述如下：給VT3施加觸發(fā)脈沖，由于換流電容C13電壓的作用，使VT3導通，而VT1被施以反向電壓而

37、關斷。直流電流Id從VT1換到VT3上，C13通過VD1、U相負載、W相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，如圖5-16b所示。因放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。在C13電壓uC13下降到零之前，VT1一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關斷時間tq，就能保證可靠關斷。uC13降到零之后在U相負載電感的作用下，開始對C13反向充電。如忽略負載中電阻的壓降，則在uC13=0時刻后，二極管VD3受到正向偏置而導通，開始流過電流，兩個二極管同時導通，進入二極管換流階段，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，到某一時刻充電電流減到零，VD1承受反壓而關斷，二極管

38、換流階段結束。之后，進入VT2、VT3穩(wěn)定導通階段，電流路徑如圖5-16d所示。8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

39、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5章 直流-直流變流電路 1簡述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導通一段時間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關斷一段時間toff，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，uo0。一個周期內的平均電壓Uo。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=10，L值極大，EM=30V，T=50s,t

40、on=20s,計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo=80(V)輸出電流平均值為Io =5(A) 3在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用脈寬調制控制方式，T=20s，當ton=5s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)。當ton=3s時，重新進行上述計算。解：由題目已知條件可得：m=0.1=0.002 當ton=5s時，有=0.01ar=0.0025 由于=0.249m所以輸出電流連續(xù)。 此時輸出平均電壓為Uo

41、=25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為Imax=30.19(A)Imin=29.81(A)當ton=3s時，采用同樣的方法可以得出：=0.0015 由于=0.149m所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為：Uo =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=9.873(A) 4簡述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當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上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為

42、恒值Uo。設V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。當V處于斷態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為。當電路工作于穩(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：化簡得：式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 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=20，采用脈寬調制控制方式，當T=40s，ton=25s時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為：Uo =133.3(V)輸出電流平均值為：Io =6.667(A) 6試分別簡述升降

43、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：當可控開關V處于通態(tài)時，電源E經V向電感L供電使其貯存能量，此時電流為i1，方向如圖3-4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關斷，電感L中貯存的能量向負載釋放，電流為i2，方向如圖3-4所示?？梢?，負載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內電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即當V處于通態(tài)期間，uL = E；而當V處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是：所以輸出電壓為：改變導通比a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0a 1/2時為降壓，當1

44、/2a 1時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當V處于通態(tài)時，EL1V回路和RL2CV回路分別流過電流。當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5-5b所示，相當于開關S在A、B兩點之間交替切換。假設電容C很大使電容電壓uC的脈動足夠小時。當開關S合到B點時，B點電壓uB=0，A點電壓uA= - uC；相反，當S合到A點時，uB= uC，uA=0。因此，B點電壓uB的平均值為（UC為電容電壓uC的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以。另一方面，A點的電壓平均值為，且L2的電壓平均

45、值為零，按圖5-5b中輸出電壓Uo的極性，有。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關系： 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載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。 7試繪制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖，并推導其輸入輸出關系。解：Sepic電路的原理圖如下：Sepic斬波電路 在V導通ton期間，uL1=EuL2= uC1在V關斷toff期間uL1E-uo-uC1uL2= -uo 當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，電感L1、L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立E ton +

46、(E-uo-uC1) toff =0uC1 ton-uo toff=0由以上兩式即可得出Uo= Zeta電路的原理圖如下： 在V導通ton期間，uL1= EuL2= E - uC1-uo在V關斷toff期間uL1 uC1uL2= -uo 當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，電感L1、L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立E ton + uC1 toff =0(E-uo-uC1) ton-uo toff=0由以上兩式即可得出Uo= 8分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結合圖3-7b的波形，繪制出各個階段電流流通的路徑并標明電流方向。解：電流可逆斬波電路中，V1和VD1構成降壓斬波電路，由電源向直流電動機

47、供電，電動機為電動運行，工作于第1象限；V2和VD2構成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機作再生制動運行，工作于第2象限。圖3-7b中，各階段器件導通情況及電流路徑等如下：V1導通，電源向負載供電： V1關斷，VD1續(xù)流： V2導通，L上蓄能： V2關斷，VD2導通，向電源回饋能量 9對于圖3-8所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機工作于反轉電動狀態(tài)，試分析此時電路的工作情況，并繪制相應的電流流通路徑圖，同時標明電流流向。解：需使電動機工作于反轉電動狀態(tài)時，由V3和VD3構成的降壓斬波電路工作，此時需要V2保持導通，與V3和VD3構成的降壓斬波電路相配合。 當V3導

48、通時，電源向M供電，使其反轉電動，電流路徑如下圖： 當V3關斷時，負載通過VD3續(xù)流，電流路徑如下圖： 10多相多重斬波電路有何優(yōu)點？答：多相多重斬波電路因在電源與負載間接入了多個結構相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負載電流的脈動次數(shù)增加、脈動幅度減小，對輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。 此外，多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提高。第6章 交流-交流變流電路 1. 一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，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：=0時的輸出電壓最大，為此時負載電流最大，

49、為因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時，有：此時，又由解得=60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時，有：又由=90 2一單相交流調壓器，電源為工頻220V，阻感串聯(lián)作為負載，其中R=0.5，L=2mH。試求：開通角的變化范圍；負載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時電源側的功率因數(shù)；當=時，晶閘管電流有效值，晶閘管導通角和電源側功率因數(shù)。解：負載阻抗角為：=arctan（）=arctan（）=0.89864=51.49 開通角的變化范圍為：即0.89864當=時，輸出電壓最大，負載電流也為最大，此時輸出功率最大，為Pomax=37.532(KW)功率因數(shù)為實際上，此時的

50、功率因數(shù)也就是負載阻抗角的余弦，即cosj=0.6227 =時，先計算晶閘管的導通角，由式（4-7）得sin(+-0.89864)=sin(-0.89864)解上式可得晶閘管導通角為：=2.375=136.1也可由圖4-3估計出q 的值。此時，晶閘管電流有效值為=123.2(A)電源側功率因數(shù)為其中：=174.2(A)于是可得出 3交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？答：交流調壓電路和交流調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。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個

51、周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調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速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(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。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。交流調功電路常

52、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。 二者的基本原理如下： TCR是利用電抗器來吸收電網中的無功功率（或提供感性的無功功率），通過對晶閘管開通角a角的控制，可以連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流，從而調節(jié)TCR從電網中吸收的無功功率的大小。 TSC則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網提供無功功率（提供容性的無功功率）。二者的特點是：TCR只能提供感性的無功功率，但無功功率的大小是連續(xù)的。實際應用中往往配以固定電容器（FC），就可以在從容性到感性的范圍內連續(xù)調節(jié)無功功率。TSC提供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補償?shù)男枰?。其提供的無功功率不能連續(xù)調節(jié)，但在實用中只要分組合理，就可以達到比較理想的動態(tài)補償效果。5單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(lián)可