電力電子技術(shù)課后習(xí)題答案

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：晶閘管承受正相陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流(脈沖)?；蛘?k >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電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。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I m，試計(jì)算各波形的電流平均值 I di、 I d2、 I d3與電流有效值Il、|2、|3。解：a)Idi =I1 =b)Id2=I 2=C)Id3=1 3=.上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶闡管能送出的平均

2、電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值I mi、I m2 I m3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(jì)算結(jié)果知a) ImA,I d10.2717I m189.48Ab) Im2 I d2c) I m=2I=314Id3=和普通晶閘管同為 PNPN吉構(gòu)，為什么GTQt歸夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：GT5普通晶闡管同為 PNPN吉構(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和，由普通晶闡管的分析可得，是器件臨界導(dǎo)通的條件。兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GT

3、O之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚T0tl普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：l)GT0在設(shè)計(jì)時(shí)較大，這樣晶體管 V2控制靈敏，易于 GTO斷；2)GT0導(dǎo)通時(shí)的更接近于l ,普通晶閘管，而 GTO則為，GTO勺飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷提供了有利條件；3)多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) GTM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。.如何防止電力MOSFETI靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞 ？答：電力MOSFET勺柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET勺輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開路時(shí)極易受靜

4、電干擾而充上超過土 20的擊穿電壓，所以為防止 MOSFETI靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接；裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測試時(shí)所有儀器外殼必須接地；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。、GTR GTOF電力 MOSFET勺驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn) ？答：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GT甩區(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)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(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)

5、電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓， 以加速關(guān)斷速度。GTO 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET區(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡單。.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCDg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(nèi)因過電壓，du/dt或過電流和di/dt,減小器件的開關(guān)損耗。RCD緩沖電路中，

6、各元件的作用是：開通時(shí)，Cs經(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。.試說明IGBT、GTR GTOF口電力 MOSFE各自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì)I GBT GTR GT5口電力 MOSFE的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表:器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具 有耐脈沖電流7中擊的能力， 通 態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為 電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小。開關(guān)速度低于電力 MOSFET 電壓，電流容量/、及 GTO。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，為電流驅(qū)動(dòng)，所 需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù) 雜，存在一次擊穿問題。

7、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(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)功率大，驅(qū)動(dòng)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(dòng)功率小且 驅(qū)動(dòng)電路簡單，工作頻率高， 不存在一次擊穿問題。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。什么是晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電流就是它的通態(tài)平均電流，國標(biāo)規(guī)定：是晶閘管在環(huán)境溫度為40c和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。為什么要限制晶閘管斷電電壓上升律du/dt?答：

8、正向電壓在阻斷狀態(tài)下，反向結(jié)J2相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電容加在晶閘管兩端電壓上升率過大，就會(huì)有過大的充電電流,此電流流過J3,起到觸發(fā)電流的作用，易使晶閘管誤觸發(fā)，所以要限制du/dt。.為什么要限制晶閘管導(dǎo)通電流上升率di/dt?答：在晶閘管導(dǎo)通開始時(shí)刻，若電流上升過快，會(huì)有較大的電流集中在門集附近的小區(qū)域內(nèi)，雖然平均電流沒有超過額定值，但在小的區(qū)域內(nèi)局部過熱而損壞了晶閘管，所以要限制通態(tài)di/dt。電力電子器件工作時(shí)產(chǎn)生過電壓的原因及防止措施有哪些？答：產(chǎn)生原因：1、由分閘、合閘產(chǎn)生的操作過電壓；2、雷擊引起的雷擊過電壓；3、晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管換相過程中產(chǎn)生的換相電壓。措施：壓敏電

9、阻，交流側(cè) RC抑制電路，直流側(cè) RC控制電路，直流側(cè) RC抑制電路，變壓器屏蔽層，避雷器，器件 關(guān)斷過電壓RC抑制電路。第2章整流電路2.1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L=20Mh, "=100V,求當(dāng)時(shí)和時(shí)的負(fù)載電流 Id,并畫出Ud與Id波形。解：時(shí)，在電源電壓 U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能，在晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓U2的負(fù)半周期，負(fù)載電感 L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓U2的一個(gè)周期中下列方程成立：考慮到初始條件：當(dāng)時(shí) id=0可解方程：Ud與Id的波形如下圖：當(dāng)2=時(shí)，在U2的正半周期期間，晶閘管導(dǎo)通使電感 L儲(chǔ)能

10、，電感L儲(chǔ)藏的能量在U2負(fù)半周期期間釋放，因 此在U2的一個(gè)周期中期間，下列微分方程成立：考慮到初始條件：當(dāng)時(shí) id=0可解方程得：i d=其平均值為I d=此時(shí)Ud與id的波形如下圖：2. 2圖1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2U2; 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)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問題。因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷?壓器二次側(cè)繞組中，在正負(fù)半周上下繞組中的電流方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不存 在直流磁化的問題。

11、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(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT2通過VT1與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為2U2。當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：(O)期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0; ()期間，單相全波電路中 VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VTl、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U相等；()期間均無晶閘管導(dǎo)通， 輸出電壓為0;(2)期間，單相全波電路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、 VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于 U。對(duì)于電感負(fù)載：()期間，單相全波電路中 VTl導(dǎo)通，單相全控橋電路中V

12、Tl、VT4導(dǎo)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(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于-U2?？梢?，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。.單相橋式全控整流電路，U=100V,負(fù)載中R=20, L值極大，當(dāng)=時(shí)，要求：作出Ud、Id、和I 2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：U、Id、和I2的波形如下圖：輸出平均電壓U、電流Id、變壓器二次電流有效值 I 2分別為:Ud=x 100X cos=( V)Id= Ud/R=2=(A)I2=

13、Id=(A)晶閘管承受的最大反向電壓為:U2=100=(V)-考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：Un=(23) X=283424(V)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過晶閘管的電流有效值為：IV產(chǎn)Id/=(A)晶閘管的額定電流為：IN=2) X =2635(A)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。.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周內(nèi)承受的電壓波形。解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均 不導(dǎo)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(nèi)承受的電壓波形如下：.單相橋式全控整流電路，L2 =100V,負(fù)

14、載R=20, L值極大，反電勢 E=60V,當(dāng)時(shí)，要求:作出U、Id和I 2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側(cè)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：U、Id和I 2的波形如下圖：整流輸出平均電壓 U、電流Id、變壓器二次測電流有效值I分別為：Ud=X100XCOS=(V)Id=(Ud E)/R= 一 60)/2=9(A)I2=I d=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：U2=100=(V)流過每個(gè)晶閘管的電流有效值為：IVT=I d/=(A)故晶閘管的額定電壓為：UN=(2-3) X=283424(V)晶閘管的額定電流為：In=-2) X =6-

15、8(A)晶閘管額定電壓和電流的具體敢值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。.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所示，U2=100V電阻電感負(fù)載，R=20, L值很 大，當(dāng)=時(shí)求流過器件電流的有效值，并作出Ud、Id、Ivt、Id的波形。解：Ud、Id、I vt、Id的波形如下圖：負(fù)載電壓的平均值為U d=負(fù)載電流的平均值為Id=Ud/R=2=(A)流過晶閘管VTl、VT2的電流有效值為vt=(A)流過二極管VD3 VD4的電流有效值為IvD=(A)Ud的波形。.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(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓解：假設(shè)=,當(dāng)負(fù)載為電阻

16、時(shí)， U的波形如下：當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，Ud的波形如下:2.8. 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(dòng)勢相同，其分段布置 及其矢量如圖所示， 此時(shí)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 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(huì)被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)a£2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， a的電流向下流，C3的電流向上流；當(dāng) clb2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，。的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng) b©2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，bl的電流向下流，a2的電 流向上流；就變壓器的一次繞

17、組而言，每一周期中有兩段時(shí)間(各為)有電流流過，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。2.9. 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(diǎn)是同一點(diǎn)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(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們在相位上相差。.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，那么共陰極 組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來說，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差。.三相半波可控整流電路，U=100V,帶電阻電

18、感負(fù)載，R=50, L值極大，當(dāng)=時(shí)，要求:畫出U、I d和I VT1的波形；計(jì)算U、Id、I dT和I VTo解：U、I d和I VT1的波形如下圖：U、I d、I dT和I VT分別如下U d=X 100X cos=(V)Id= Ud/R=5=(A)IdVT=I d/3=3=(A)IVT=I d/=(A)12.在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓Ud波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？ 答：假設(shè)VTl不能導(dǎo)通，整流電壓波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管 VT3或VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3 VT5也

19、可能分別被擊穿。2.13.三相橋式全控整流電路，U2 =100V,帶電阻電感負(fù)載 R=50, L值極大，當(dāng)=時(shí)，要求：畫出Ud、I d和I VT1的波形計(jì)算Ud、Id、I dT和I VT解：U、I d和I VT1的波形如下：U、I d、I dT和I VT分別如下U d=x 100X cos=117(V)Id=Ud/R=117/5=(A)IDVT = I d/3 = 3 = (A)IVT=I d/=(A).單相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=1, L=, E=40V, U2=100V, Lb=,當(dāng)=時(shí)，求 U、Id與的數(shù)值，并畫出整流電壓U的波形。解：考慮Lb時(shí)，有Ud= A UdA Ud=2KI

20、d/I d= (Ud-E)/R 由方程組得I d= ( A) 又換相重疊角 整流電壓Ud的波形2.15.三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，U2=100V, R=1, LB=lmH,求當(dāng)=時(shí)、E=50V時(shí)U、I d、的值并作出U與I VT1 和I VT2 的波形。解：考慮LB時(shí)，有：d=A UdA Ud=3XBI d/2I解方程組得:d=(Ud-E)/RUd = Ud=(V)Id=(A)又因?yàn)椋杭吹贸鯿os(+ )=換相重疊角U d與I VTl和I VT2的波形如下：.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？

21、其中主要的是哪兒次？答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2K (K=l、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 2K+l(K= I、2,3)次即奇次諧波，其中主要的有3次、5次諧波。2.17.三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？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路白整流輸出電壓中含有6K(K=l、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6K+l(K=l、2、3)次的諧波，其中主要的是 5、7次諧波。.試計(jì)算第題中I2的3、5、7次諧波分量

22、的有效值I23,I 25,I 27解：在第3題中己知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為I d= (A)于是可得：I23= X 3=(A)I25= X 5=(A)I37= X 7=(A).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(diǎn)：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U相等時(shí)，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，晶閘營的導(dǎo)通及觸

23、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。.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(gè)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(chǎn) 生的諧波和無功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。波？次諧波，整2.21.十二脈波、二十四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)的諧答：12脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有l(wèi)l次、13次、23次、25次等即12Kl(K=1,2,3.)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=l, 2,3

24、.)次諧波，整流輸出電壓中含有 24、48等即24K(K=1,2,3.) 次諧波。.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(dòng)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使 Ud為負(fù)值。.什么是逆變失??？如何防止逆變失敗？答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)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(dòng)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。防止逆變夫敗的方法有：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(zhì)量，留出充 足的換向裕量角

25、等。.單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí)，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(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0。三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0。2.25.三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆運(yùn)行，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(jié)形式。答：(1)考慮踞齒波底寬 240° ;(2)信號(hào)US，a

26、與對(duì)應(yīng)晶閘管陽極電壓 UA同相，同步信號(hào) USa超前對(duì)應(yīng)晶閘管陽極電壓Ua 30。(3)共陰極組：Y/Y-4、共陽極組：Y/Y-10第3章直流斬波電路1 .簡述圖3-la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。，由電源E向L、R、M供電，在此期間，Uo=E然后使V關(guān)斷一段時(shí)間，此時(shí)電感L通過二極管 VD向R和M供電，Uo=& 一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。2 .在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V, R=10Q , L值微大，E=30V, T=50s, ton=20 s,計(jì)算輸出電壓平均值Lo,

27、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3 .在圖3-la所示的降壓斬波電路中，E=100V, L=lmH, R=0. 5Q, =10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20科s,當(dāng)=5s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值，輸出電流平均值，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)=3Ws時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：當(dāng)時(shí)，有由于所以輸出電流連續(xù)。4 .簡述圖3-2a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， 同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載 R供

28、電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為，此階段電感L上積蓄的能量為 E。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和己共同向電容 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， 則在此期間電感 L釋放的能量為；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：化簡得：式中的T/1,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3-2a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=40s, =25 s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值，輸出電流平均值。解：輸出電壓平均值為：輸出電流平均值為：6 .試分別簡述升降壓斬波電路

29、和Cuk斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。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(shí)，電源 E經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時(shí)電流為，方向如圖。3-4中所示。同時(shí)，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i2,方向如圖3-4所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T內(nèi)電感L兩端電壓對(duì)時(shí)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：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<<l/2時(shí)為降壓，當(dāng)l/2<<l時(shí)為升壓，因此將該電

30、路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當(dāng) V處于通態(tài)時(shí)，EV回路和R -CV回路分別流過電流。當(dāng) V處于斷態(tài)時(shí)， 回路和R-VD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3-5b所示，相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓=0, A點(diǎn)電壓；相反，當(dāng) S合到A點(diǎn)時(shí)，。因此，B點(diǎn)電壓的平均值為（Uc為電容電壓“ c的平均值），又因電感Ll的電壓平均值為零，所以。另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為，且的電壓平均值為零，按圖35b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(guān)系：兩個(gè)

31、電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)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(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。7 .試?yán)L制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。解：Sepic電路的原理圖如下：在V導(dǎo)通期間，左V關(guān)斷期間當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感L、L的電壓平均值均為零，則下面的式子成立由以上兩式即可得出Zeta電路的原理圖如下:在V導(dǎo)通期間在V關(guān)斷期間當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，電感、的電壓平均值為零，則下面的式子成立由以上兩式即可得出8 .分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖3-7b的波形，

32、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，Vl和VDl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l象限：V2和構(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?，使電?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：導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：關(guān)斷，VD,續(xù)流：也導(dǎo)通，L上蓄能：關(guān)斷，導(dǎo)通，向電源回饋能量9 .對(duì)于圖3-8所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并繪 制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由 V3和VD3構(gòu)成

33、的降壓斬波電路工作，此時(shí)需要V2保持導(dǎo)通，與 V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電源向 M供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖：當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過 VD3續(xù)流，電流路徑如下圖：10 .多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn) ？答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電 流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。此外，多相多重?cái)夭娐愤€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4章 交流電力控制電路和交交變頻電路=0時(shí)輸出功率為最大值，試求功率一臺(tái)調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可

34、看作電阻負(fù)載，在 為最大輸出功率的 80% 50%寸的開通角。解：=0時(shí)的輸出電壓最大，為Uomax=此時(shí)負(fù)載電流最大，為Iomax=因此最大輸出功率為Pma=Uomax I omax輸出功率為最大輸出功率的80%寸，有：Pma)=U)max I omax=此時(shí)Uo=又由Uo=U1解得同理，輸出功率為最大輸出功率的50%寸，有:Uo=又由Uo=U1一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V,阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R=Q , L=2mH 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(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng)=/2時(shí)，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：(1)所以(2)

35、時(shí)， 電流連續(xù)，電流最大且導(dǎo)通角=IP=（4）由公式當(dāng)時(shí)對(duì)上式求導(dǎo)則由得交流調(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)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，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，

36、 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(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。.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：TC

37、R 是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或提供感性的無功功率），通過對(duì)晶閘管開通角角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)TCR從電網(wǎng)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(bǔ)償無功功率的電容器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率（提供容性的無功功率）。二者的特點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中往往配以固定電容器（FQ,就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)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(bǔ)償?shù)男枰Ｆ涮峁┑臒o功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)但在實(shí)用中只要分組合理，就可以達(dá)到比較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳

38、動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路有什么不同？答：單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯(lián)的可控 整流電路組成。但兩者的功能和工作方式不同。單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電，通常用于交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，兩組可控整流電路在輸 出交流電壓一個(gè)周期里，交替工作各半個(gè)周期，從而輸出交流電。而直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟?，兩組可控整流路中哪丁組工作并沒有 像交交變頻電路那樣的固定交替關(guān)系，而是由電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的需要決定。.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

39、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。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

40、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)等場合。4.8,三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。兩種方式的主要區(qū)別在于：公共交流母線進(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交 流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)和變頻器中中性點(diǎn)在一起；電動(dòng)機(jī)只引三根線即可，但是因

41、 其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供 電。,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)。因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C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?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)域（對(duì)應(yīng)梯形波的平頂區(qū)），角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15姒右。.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，

42、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l ,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18個(gè)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。因?yàn)榫仃囀阶冾l電路有十分良好的電氣性能，使輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)為I,且能量雙向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖然多

43、用了6個(gè)開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化。隨著當(dāng)前器件制造技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī) 技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。第5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)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。,換流方式各有那兒種？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

44、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)追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。,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持點(diǎn)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(dòng)，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

45、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(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。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)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(dòng)，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(shí)需要提供無功功率，直流測電惑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