電力電子技術(shù)第五版課后規(guī)范標準答案

1、/.電力電子技術(shù)第五版課后習題答案第二章電力電子器件2-1與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點才使得其具有 耐受高壓和大電流的能力？顯著答：1.電力二極管大都采用垂直導電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，提高了二極管的通流能力。2.電力二極管在 P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜 N區(qū)，也稱漂移區(qū)。低摻雜 N區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導體材料即本征半導體，由于 摻雜濃度低，低摻雜 N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。2-2.使晶閘管導通的條件是什么？壓，并在門極施加觸發(fā)電流(脈答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電 沖)。或：uAK0 且 uGK0。2-

2、3.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(guān)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(guān)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(guān)斷。2-4圖2-27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b)-45兀Id1、Id2、Id3 與電流有效值11、12、13022C)2解:a)Idi=2n圖2-27晶閘管導電波形Im sin td ( t) =42冗I1=- (ImSin t)2d(

3、 t) =Im242b)1IId2 = -Im sin td( t) =(n 4nI2 J-_(ImSin t)2d( t) =(2-1)121)214 20.2717 Im0.4767 Im0.5434 Im0.6741lmc)Id3=2n 01Imd( t)=； Imij 121I3 = A 02 Im d( t) =2 Im2-5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(jié)果知Im1 I 32

4、9.35，0.4767a)Idi 0.2717 Imi 89.48b)Im2 06741 232.90,Id2 0.5434 Im2 126.56c)Im3=2 I = 314,1Id3= Im3=78.542-6 GTO和普通晶閘管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不 能？答：GTO和普通晶闡管同為 PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個晶體管 V1、V2,分 別具有共基極電流增益 a1和a2,由普通晶闡管的分析可得,a1+a2=1是器件臨界導通的條件。a1+a21兩個等效晶體管過飽和而導通；a1+a2電力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好。所需

5、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。IGBT驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，1電力MOSFET驅(qū)動電GBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。 路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。2-11目前常用的全控型電力電子器件有哪些？答：門極可關(guān)斷晶閘管，電力晶閘管，電力 場效應晶體管，絕緣柵雙極晶體管。第三章整流電路1.單相半波可控整流電路對電感負載供電，L= 20mH,載電流Id，并畫出ud與id波形。解：a = 0時，在電源電壓 U2的正半周期晶閘管導通時， 在電源電壓U2的負半周期，U2= 100V,負載電

6、感求當a= 0和60時的負導通時刻，負載電流為零。 導通。因此，在電源電壓負載電感L儲能，在晶閘管開始L釋放能量，晶閘管繼續(xù)考慮到初始條件：當U2的一個周期里，以下方程均成立:L 叫 /2U2sin tdtt = 0時id= 0可解方程得：idId仁J2U2+、(1 cos t)L巧U二(1 cos t)d( t)72u2=22.51(A)Ud與id的波形如下圖:當a = 60 寸，L儲能，電感L儲藏的能 量在U2負半周期180 -300期間釋放，因此在 U2一個周期中60 -300期間以下微分方程成 立：考慮初始條件：當L 如 a/2U2sin t dtt = 60時id = 0可解方程得：

7、佢U2/1+、id(2 cos t)其平均值為Idcos t)d( xfU-gA)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2J2U2 ；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(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對稱，其一個周期內(nèi)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V

8、T2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 22。當單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角相同時，對于電阻負載：(0 a )期間無晶閘管導通，輸出電壓為0 ; (a n )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；(n n + a )期間，均無晶U2。閘管導通，輸出電壓為 0; (n + a 2n )期間，單相全波電路中 VT2導通，單相全控橋電路 中VT2、VT3導通，輸出電壓等于對于電感負載：(a n + a )期間，單相全波電路中 VT1導通，單相全控橋電路中

9、VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓 U2相等；(n+a 2 n + a )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。可見，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，U2= 100V,負載中R= 2Q , L值極大，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,變壓器二次電流有效值 12； 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：u2Oud,/PvPvS. TO入*tid*/Fr-i2IdJO1OtI2分別為

10、輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值Ud= 0.9 U2 cos a = 0.9X 100 X cos30 = 77.97 (V)Id= Ud/R= 77.97/ 2 = 38.99 (A) I2= Id = 38.99 (A)晶閘管承受的最大反向電壓為：J2U2= 100 J2 = 141.4 (V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：Un=( 23)X 141.4= 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：lvT= Id /= 27.57 ( A)晶閘管的額定電流為：In =( 1.52)X 27.57 / 1.57 = 2635 (A)

11、具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)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(nèi)承受的電壓波形。解:分。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(nèi)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=2Q, L值極大，反電勢E=60V,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，變壓器二次側(cè)電流有效值 12； 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:Ud= 0.9 U2 cos

12、 a = 0.9 X 100 X cos30Id = (Ud E)/R= (77.97- 60)/2 = 9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為： 流過每個晶閘管的電流的有效值為: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分別為=77.97(A)|2= Id = 9(A)丿2 5= 1002 = 141.4 (V) Ivt= Id / J2 = 6.36 (A) 故晶閘管的額定電壓為：Un= (23)X 141.4 = 283424 (V)晶閘管的額定電流為：In= (1.52) X 6.36 / 1.57 = 68 (A)晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。

13、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=2Q丄值很大，當=60時求流過器件電流的有效值，并作出Ud、id、iVT、iD的波形。Ud、id、ivT、iD的波形如下圖:解：*tU2 udOid1Id JivTi。i OVD2 JO1 ri Idj-tId ,*t=67.5( V)負載電壓的平均值為：Ud l_J2u2Sin td( t) 0.9U21 COS(3負載電流的平均值為：Id= Ud/ R= 67.52 / 2 = 33.75 (A)R流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：|VD =流過晶閘管VT1、VT2的

14、電流有效值為：lVT= J- Id= 19.49 (A) V3J- Id= 27.56 (A)嗎？9 三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法, 如果不是，它們在相位上差多少度？ 三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，180匕a、b兩相的自然換相點是同一點答：是同一點。它們在相位上相差a、b兩相之間換相的的自然換相點不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 ，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=5Q,

15、L值極大，當 =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Ud= 1.17U2COS = 1.17 X 100 X cos60= 58.5 ( V) IdVT= Id / 3= 11.7 / 3= 3.9 (A)13.三相橋式全控整流電路，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：=60 Id= Ud / R= 58.5 / 5= 11.7 (A) IVT= Id / 73 = 6.755 ( A)U

16、2=100V,帶電阻電感負載，R=5Q, L值極大，當 =60U2O八XK ! :F ! ucUaUcJ UaJ Uac i iU . lUab Uac!UbJ UbJ Ucai Jih!I*1Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud = 2.34U2COS= 2.34 X 100 X cos60=117 ( V)Id= Ud / R= 117 / 5 = 23.4 (A)Idvt= Id / 3= 23.4 / 3= 7.8 (A)IvT= Id/ J3 = 23.4 /J 3 = 13.51 (A)15.三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V, R=1 Q, L= s, LB

17、=1mH ,求當=30時、E=50V時Ud、Id、的值并作出Ud與ivT1和ivT2的波形。解：考慮L3時,有:Ud = 1.17U2COSa UdA Ud= 3冷歸/ 2nld=( Ud E) / R解方程組得:Ud =(2 n R 1.17U2COSa + 3XbE)/( 2 n R+ +3X3)= 94.63 (V)又COSA Ud= 6.7 (V)Id= 44.63 (A)COS( ) = 2 I dXB / 76 U2即得出COS(30 ) =0.752換流重疊角=41.28 30 =11.28Ud、iVT1和iVT2的波形如下:U2iUcOaUbUaUbUdJ彳、iVT1iVT2

18、i卜Id16.三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5Q, L=s, U2=220V, Xb=0.3Q,求Ud、Id、IVD、I2和 的值并作出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a = 0時的情況。Ud= 2.34 U2COSa A UdA Ud= 3XBId / nId= Ud / R解方程組得：Ud= 2.34U2COSa /( 1 + 3Xb/ n R)= 486.9 (V)又Id = 97.38 (A)COS cos( ) = 2 IdxB / 76 U2即得出COS =0.892=26.93換流重疊角二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別

19、為I2a = I - Id= 79.51 (A) V3Ivd= Id / 3 = 97.38 / 3= 32.46 (A)Ud、iVD1和i2a的波形如下:ua4oUd= 2.34U2C0Sa - A UdA Ud= 3XBld /nld=( Ud- E) / R17.三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V, R=1 Q, L=s, U2=220V,=60，當Lb=0和L3=1mH情況下分別求 Ud、Id的值，后者還應求并分別作出Ud與iT的波形。解：當 Lb= 0 時：Ud = 2.34U2cosa = 2.34 X 220 X cos60 = 257.4 ( V)Id =( Ud E)

20、/ R=( 257.4 200)/ 1 = 57.4 (A) Lb= 1mH時解方程組得：Ud=( 2.34 n U2R cos a + 3XbE)/( n R+ 3Xb)= 244.15 (V)又|d= 44.15 (A)cos cos(COS(60 ) = 0.4485A Ud= 13.25 (V)=2XBId / Vg U2Y = 63.35 60 = 3.35Ud、|VT1和|VT2的波形如下:JJoouVd ulx i11 Y 11. yx J/ 、-I z LI I I I A I I -1/71 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

21、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 （ 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(cè)電流中含有 2k+ 1 （ k= 1、2、3）次即奇次諧波，其2k+ 1 ( k= 1、2、3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(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的整流輸出電壓中含有6k （k= 1、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 1（k=1、2、3

22、）次的諧波，其中主6k ( k= 1、2、3要的是5、7次諧波。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：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 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，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓 電流id的波形形狀一樣。Ud是三相橋式Ud和整流24.整流電路多重化的主要目的是

23、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(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。26.使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么? 答：直流側(cè)要有電動勢， 側(cè)的平均電壓；要求晶閘管的控制角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a n /2，使Ud為負值。27.三相全控橋變流器，=60時求Ud、Id與 的值，此時送回電網(wǎng)的有功功率是多少? 解：由題意可列出如下 3個等式：反電動勢阻感負載，R=1 Q, 1=8, U2=220V, LB=1mH，當 Em=-400V,Ud= 2.34U2C0S(n 3 ) A Ud Ud= 3XB

24、Id /nld=( Ud Em) / R三式聯(lián)立求解，得Ud= 2.34 nU2R cos(n 卩)+ 3XbEm / ( n R+ 3Xb)= 290.3 (V)Id= 109.7 (A)由下式可計算換流重疊角:cos cos(cos(120)=)=2XB|d/ 76 U2= 0.12790.6279Y = 128.90 120=8.90送回電網(wǎng)的有功功率為P=| Em Idld2R=400X 109.7-109.7 2X 1=31.85(W)28.單相全控橋，=60時求Ud、Id和解：由題意可列出如下即得出COS(120)=-0.7181換流重疊角=135.9120 =15.929.什么是

25、逆變失??？如何防止逆變失敗？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， 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(nèi)阻很小，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,電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角卩等?；蛘咝纬珊艽蟮谋ＷC交流反電動勢阻感負載，R=1 Q, L=s, U2=100V, L=0.5mH ,當 Em=- 99V,的值。3 個等式：Ud = 0.9U2cos(n - 3 ) A UdA Ud= 2XB|d / n|d=( Ud Em) / R三式聯(lián)立求解，得 Ud= n

26、R0.9U2cos(n - 3 )+2XbEm /( n R+ 2Xb)= 49.91Id = 49.09 (A)又cos cos( ) =72 IdXB / U2=0.21810- 180，當0 - 90。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 負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 - 120，當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 負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 - 90。第四章逆變電路1 .無

27、源逆變電路和有源逆變電路有何不同？即交流側(cè)接有電源。而無源逆答：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), 變電路的交流側(cè)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(guān)斷能力進行換流。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，只要把負的電網(wǎng)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(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。晶閘管電路不能采用器件換流，

28、根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)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(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是： 直流側(cè)為電壓源， 或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。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，并且與負載阻抗角無關(guān)。 而交流側(cè)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(cè)為阻感負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

29、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)有大電感，相當于電流源。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，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)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(cè)為阻感負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。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(cè)為阻

30、感負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。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)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(cè)電感來緩沖。 當需要 從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時， 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。Ud = 100V。試求輸出相電壓的基波幅值UuN1mUuv1m和有效值Uuv1、輸出線電壓中5次諧波的有5. 三相橋式電壓型逆變電路，180。導電方式,

31、 和有效值UuN1、輸出線電壓的基波幅值效值UuV5。解：輸出相電壓的基波幅值為U UN1m2Ud0.637Ud=63.7(V)輸出相電壓基波有效值為:U UN1輸出線電壓的基波幅值為U UV1mU UN1m2j3Ud0.45Ud =45(V)1.1Ud=110(V)輸出線電壓基波的有效值為U UV1U UV1mUd 0.78Ud=78(V)輸出線電壓中五次諧波 uUV5的表達式為:UUV5込 sin5 t5其有效值為：U UV52|Ud =15.59(V)5J26. 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

32、過VT2、VT3施加在VTi、VT4上， 使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VTi、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)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(guān)斷的晶閘 管上，使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷， 從而確保晶閘管換流成功。以VTi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：

33、給VT 3施加觸發(fā)脈沖，由于換流電容Ci3電壓的作用，使VT3導通，而VTi被施以反向 電壓而關(guān)斷。直流電流 Id從VTi換到VT3上，Ci3通過VDi、U相負載、W相負載、VD2、 VT 2、直流電源和 VT 3放電，如圖5-i6b所示。因放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。在 Ci3電壓UCi3下降到零之前，VTi 一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關(guān)斷時間tq,就能保證可靠關(guān)斷。UC13降到零之后在U相負載電感的作用下，開始對Cl3反向充電。如忽略負載中電阻的壓降， 則在Uci3=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

34、-16C所示。隨著Ci3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，VDi承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。之后，進入VT2、VT3穩(wěn)定導通階段，電流路徑如圖5-i6d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

35、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。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，讓第五章 直流-直流交流電路V導通一段時間ton,由電源E向L、R、M供電，在此期間，uo =巳然后使V關(guān)斷一段時間toff，此時電感L通過二極管 VD向R和M供電，uo= 0。一個周期內(nèi)的平均電壓Uo=%E。輸出電壓小于電源

36、電壓，起到tontoff降壓的作用。第六章交流一交流變流電路a =0時輸出功率設該臺燈可看作電阻負載，在80%，50%時的開通角解：a =0時的輸出電壓最大，為Uomax此時負載電流最大，為lomax因此最大輸出功率為PmaxU o max 1 o maxJ- (72U1sin t)2d t U1 0RR輸出功率為最大輸出功率的80%時，有:PO-SPomax此時,Uo又由Uo解得a =60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時，有：U。 J0.5U1又由Uo U1 厝a =902.一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V，阻感串聯(lián)作為負載，其中R=0.5Q,L=2mH。 試求：開通角a的變

37、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(cè)的功率因數(shù)；當a =時，晶閘管電流有效值，晶閘管導通角和電源側(cè)功率因數(shù)。2I250210 3解：負載阻抗角為：0 =arctan (- ) =arctan () =0.89864=51.49R0.5開通角a的變化范圍為：0 a n即0.89864 a n當a = 0時，輸出電壓最大，負載電流也為最大，此時輸出功率最大，為2220功率因數(shù)為2Pomax= 1 omax RJooJr2( L)2Pomax37532R =37.532(KW)UJo 2200.6227273.98實際上，此時的功率因數(shù)也就是負載阻抗角的余弦,cos 0.6227

38、a = 2時，先計算晶閘管的導通角，由式(4-7)得 sin( 2 +0 - 0.89864)=si n( 2 0.89864)1. 一調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電， 為最大值，試求功率為最大輸出功率的tane解上式可得晶閘管導通角為：0 =2.375=136.1也可由圖4-3估計出 的值。此時，晶閘管電流有效值為IvTUi j sin cos(2cos22042 0.8032.375 Sin2.375 cos(0.89864 2.375) =123.2(A)cosO.89864電源側(cè)功率因數(shù)為IqRUX其中：IoJ2|vt =174.2(A)于是可得出j 2r2皿2O.5 0.395922

39、0 174.23 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行控制。而交流調(diào)功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，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、易于設計制造。由于控制對象的時間常數(shù)交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。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