電力電子技術(shù)試題及答案(B)

1、電力電子技術(shù)答案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？ 答：1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著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(dǎo) 體材料即本征半導(dǎo)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(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）2-3.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：

2、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， 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(dǎo)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 Id3與電流有效值I1、I2、I?；颍簎AK>0且 uGK>0即維持電流。要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷,Im,試計算各波形的電流平均值Id1、I d2、2、 I 3°m，2b)圖2-27圖晶閘管導(dǎo)電波形解:a)Id1=±2冗b)1I d2 =nc)a)C）_ Im sin7I1=丄VImSin4td(

3、I2t)=(1 )0.2717 Im2冗2(ImSin t)2d( t)40.4767 Imtd( t)丄n1 )0.5434 I mt)2d( 0=牛 flO.6741 mP：Im2d(t)=20釘md（ t）=4 Im2-5上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶闡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d3=I3 =d1、d2、ImI m1、I m2、解：額定電流It（av）=100A的晶閘管,I m3各為多少？允許的電流有效值l=157A,由上題計算結(jié)果知a)Im1329.35,Id1 0.2717 Im1 89.48b)Im20.4767I0.674

4、1232.90,I d20.5434 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GTC能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：GTC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1和 2，由普通晶闡管的分析可得,1是器件臨界導(dǎo)通的條件。2>1 兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通;2<1不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設(shè)計和工藝方面有以下幾點不同:I)GTO 在設(shè)計時2較大，這樣晶體管 V

5、2控制靈敏，易于 GTO關(guān)斷;2)GTO 導(dǎo)通時2的更接近于I，普通晶閘管 121.5，而GTC則為121.05， 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GTC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。2-7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)特點才使得它具有耐受高電壓電流的能力?答1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。2.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

6、低而接近于無摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)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。2-8試分析IGBT和電力MOSFET在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和開關(guān)特性上的相似與不同之處IGBT比電力MOSFET在背面多一個P型層，IGBT開關(guān)速度小，開關(guān)損耗少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。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。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 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。

7、 電力MOSFE驅(qū)動電路的特點：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(yīng)晶體管，絕緣柵雙極晶體管。3- 1.單相半波可控整流電路對電感負載供電，L = 20mH , U2= 100V，求當a =0和60時的負載電流Id，并畫出ud與id波形。解:U2a =0 時, 的負半周期,在電源電壓U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負載電感 負載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時刻，負載電流為零。在電源電壓 因此，在電源電壓U2的一個周期里，以下方程均成立：dtj2U2Sin t考慮到

8、初始條件：當 t= 0時id= 0可解方程得:idId1 2 J2U2一(1 cos t)d( t)=2 0 LUd與id的波形如下圖：u 2J 2U 2 “、 (1 cos t)屈2=22.51(A)T*Ti d當 因此在考慮初始條件：當t = 60時id= 0可解方程得：id2 1l-(2 cos t)a = 60。時，在U2正半周期60 180期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L儲能，電感L儲藏的能量在 匕負半周期180 300期間釋放, U2 一個周期中60 300期間以下微分方程成立：2 sin t其平均值為Id1-血%1 cos t)d( t)=11.25(A)23此時Ud與id的波形如下圖:

9、L 22 L3-2.圖3-10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2pmU2 ；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VT2為例。當VTi導(dǎo)通時，晶閘管VT2通過VTi與2個變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 g 承受的最大

10、電壓為 2*兄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)角相同時，對于電阻負載：(0 a)期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0; (an )期間，單相全波電路中 VT,導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT,、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；( + a )期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0; (n + a - 2 n )期間，單相全波電路中VT 2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT?、VT 3導(dǎo)通, 輸出電壓等于 u2。對于電感負載：(a n + a )期間，單相全波電路中 VT,導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT,、VT 4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源 電壓U2相等；(n+a 2n + a )期間，單相全

11、波電路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 V VT3導(dǎo)通，輸出波形等于 比?？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。3-3 .單相橋式全控整流電路，U2 = 100V，負載中R = 2 Q， 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I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。Ud、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12分別為Ud= 0.9 U2 cos a = 0.9X 100X cos30° = 77.97 (V)uu

12、單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中R=2 Q, L值極大，反電勢E=60V，當=30時，要求：作出Ud、id和i2的3-5.波形；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：J2 U2= 100= 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：IvT = Id/ J2 = 27.57 (A)晶閘管的額定電流為：In =( 1.52)X 27.57/ 1.57= 2635 (A)具

13、體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。3-4.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：注意到二極管的特點：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會出現(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：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:整流輸出平均電壓Ud、電流Id，晶閘管承受的最大反向電壓為:扌2 U2= 100 J2 = 141.4 (V)IvT = I d /= 6.36 ( A )變壓

14、器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud = 0.9 U2 cosa = 0.9X 100X cos30 °77.97(A)Id = (Ud E)/R= (77.97-60)/2 = 9(A)I2= Id = 9(A)流過每個晶閘管的電流的有效值為：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。3-6.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，

15、R=2 Q，L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。解：5、id、 iVT、 iD的波形如下圖：i VTi VD2/2U2 sin td( t) 0.9U2= 67.5(v)ld= Ud / R= 67.52 / 2= 33.75 (A)流過晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IvT =一 Id = 19.49( A)3f2流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：IVD= J Id = 27.56 ( A)V3a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負載電壓的平均值為:負載電流的平均值為:Ud3-7.在三相半波整流電路中，如果解

16、：假設(shè)0 ，當負載為電阻時，ud的波形如下:ud的波形。UdUdubUcUaUbudUd八7UcUa當負載為電感時，Ud的波形如下:Ub3- 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？$7c2圖2-60變壓器二次繞組的曲折2接法及其矢量圖答：變壓器鐵心不會被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)：當a1c2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，a的電流向下流，c2的電流向上流；當c1b2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，c1的電流向下流，b2的電流向

17、上流；當b1a2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，b1的電流向下流， a,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(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。3-9 .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不是同一點。3- 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 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

18、相，在相位上差多少度？答：相差180。U2=100V，帶電阻電感負載，R=5Q, L值極大，當 =60時，要求：它們在相位上相差180°，那末共陰極組的觸3-11.三相半波可控整流電路, 形；計算 Ud、Id、I dT 和 I VT。畫出Ud、id和ivT1的波解：Ud、id和iVT1的波形如下圖:Ud、Id、IdT和Ivt分別如下U bU cU2+=30°UaU _U .U cd 4kkTXTXrx'rxTx'OJ4 -LA1 / 7、/*A s1iVT 1I1 11I111 ;O 片卜1i111.11! 1O 111.17U2cos = 1.17X 10

19、0X cos60°= 58.5 (V)Id= Ud/ R = 58.5/ 5= 11.7 (A)IdVT =Id/3= 11.7/ 3 = 3.9 (A )Ivt = Id/ J3 = 6.755 ( A)tUd3-12.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(dǎo)通，此時的整流電壓 管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VTi不能導(dǎo)通，整流電壓 Ud波形如下：Ud波形如何？如果有一個晶閘udA2VT5也可能分別被擊穿。 要求：假設(shè)VTi被擊穿而短路，則當晶閘管 VT3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路，使得VT 3、3- 13.三相橋式全控整流電路，U2 =

20、100V，帶電阻電感負載，R=5 Q, L值極大，當 =60時,畫出Ud、id和ivTi的波形；解：Ud、計算Ud、id 和 iVT1I d、IdT 和 I VT 的波形如下：=60 °O1tY-pu-p * 一-I-2 dLU a-X、A1O1 %. 1 Xi/X ；!J !F»- I11 ；_hI+丁i VTUd、OIId、IdT和IvT分別如下Ud = 2.34U2cos = 2.34X 100X cos60°W17 (V)Id= Ud /R= 117/ 5= 23.4 ( A )Idvt =Id/ 3= 23.4/ 3 = 7.8 (A)I VT = I

21、d /= 23.4 /= 13.51 (A)3-14.單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1Q, L= E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當=60時求Ud、Id與 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮Lb時，有：Ud = 0.9U2cos a Ud Ud = 2XBId / nId=( Ud E) / R解方程組得:Ud=( nR 0.9U2Cosa + 2XbE)/( n R+ 2Xb)= 44.55 ( V) Ud = 0.455 ( V)Id = 4.55 (A)cos-cos() = 72 IdXB/U2即得出cos(60)=0.4798換流重疊角=61.33°

22、;60° =1.33°最后，作出整流電壓Ud的波形如下:o1W>ud*3- 15.三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V，R=1Q, L=，LB=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Lb時，有：解方程組得:Ud = 1.17U 2COS a U d Ud =3XBld/ 2nId=( Ud E) / RUd=( n R 1.17U2COSa + 3XbE)/( 2n R+ 3Xb) = 94.63 (V) Ud= 6.7 (V)Id = 44.63 ( A )即得出換流重疊角Ud、ivT1

23、和ivT2的波形如下:COS cos(cos(30=41.28°)=21 d X B U2)=0.75230° =11.28°i VT1 H. .h"A-*：嚴、! r.J- < '-< 4_ -I 4，一i VT2J'd3-16.三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5Q, L= U 2=22OV , Xb=0.3 Q,求Ud、'd、'vd、'2和的值并作出 W、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 =2.34U 2COS a U d Ud

24、 = 3XB'd / n'd= Ud/ R解方程組得:Ud = 2.34U2COSa /( 1 + 3XB/ n R)= 486.9 ( V)Id = 97.38 ( A )COS cos()=2'dxB/ 76U2即得出COS =0.892換流重疊角=26.93°二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為Ivd = Id/ 3= 97.38/ 3= 32.46 (A) =2=l2a= J一 I d= 79.51 ( A)V3Ud、ivD1和i2a的波形如下:u 2U au bU cI rvi VD1Oi 2aiHab iLc Tbc iuL，ca ；Ucb

25、； Uab ； Uac ； ； J : i i如過港QQ注me再、匚 t '玉 H d H i " g H i*r3-17.三相全控橋, Ud、Id的值，后者還應(yīng)求 解：當Lb = 0時：D'd J ；jj u! r：反電動勢阻感負載，E=200V , R=1Q, L= U2=220V , =60，當Lb=0和LB = 1mH情況下分別求并分別作出Ud與iT的波形。Ud = 2.34U2COSa = 2.34X 220X cos60° 257.4 (V)Id=( Ud- E)/ R=( 257.4-200)/ 1 = 57.4 (A)當Lb= 1mH時Ud

26、=2.34U 2COS a Ud Ud = 3冰/Id=( Ud E)解方程組得:Ud=( 2.34 n U2R cos a + 3XbE)/(Id = 44.15 ( A ) Ud= 13.25 ( V)n R+ 3Xb)= 244.15 (V)又V cos cos()=2XBld/COS(60 ) = 0.4485Y = 63.35 60° = 3.35°Ud、Ivn和lvT2的波形如下:11X1 Id一doou ly HH*f A巧II VSI o 耳* l±.ln 仁火：Ml-I I 八 r I I -.VI ( I1 krl SHUNIs I3-18.單

27、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 （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，其中主要的有3次、5次諧波。3-19.三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

28、波。變壓器二次側(cè)電流中含有6k 1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是 5、7次諧波。3-20.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，其輸出電流平均值為ld = 38.99 ( A )6k (k= 1、2、3于是可得:123= 22 Id / 3 n = 2yf2125= 2 Id / 5 n = 2127= 2 J2 Id / 7 n = 2J223X 38.99/ 3n= 11.7X 38.99/ 5n = 7.02X 38.99/ 7n = 5.01(A)(A)(A)3-21.試計算第13題中i2的5、7次諧波分量

29、的有效值I25、 解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知I27。ld = 23.4 (A)由此可計算出5次和7次諧波分量的有效值為：l25 =ld /I27 =ld /5 n=7 n=3-22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：X 23.4/5 n= 3.65X 23.4/7 n= 2.61基波因數(shù)為電路的輸入功率因數(shù)為:第13題中基波電流的有效值:基波因數(shù)為電路的輸入功率因數(shù)為:(A)(A)I1 =2 J2ld/n = 2 J2X 38.99/n = 35.1(A)=l1 / I = I1/ ld= 35.1 / 38.99= 0.91

30、1 = Vo I d /cos = 0.9 cos30°= 0.78hn=寸 6 X 23.39/n= 18.243=|1 / I = l1/ ld= 0.955(A)cos = 0.955 cos60°= 0.483-23 .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 三相橋式電路的2倍。 在兩種電

31、路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓3-24.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， 功率對電網(wǎng)的干擾。Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值ld是Ud和整流電流id的波形形狀一樣。二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功3-25. 12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12k 1、( 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。2

32、4脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、47次、中含有24、48等即24k (k=1, 2, 3 )次諧波。3-26 .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(cè)要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致， 管的控制角a >n /2，使Ud為負值。3-27.三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1Q, L=,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：49次等，即24k 1 (k=1, 2 , 3 )次諧波，整流輸出電壓其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；要求晶閘U2=22OV , LB=1mH，當 Em=-400V, =60 時求

33、 Ud、ld 與P) Ud / nld=( Ud Em) / R三式聯(lián)立求解，得Ud= 2.34U2cos(n Ud = 3XB IdUd= 2.34 n U2R cos(n p ) + 3XbEm / (n R + 3XB)= - 290.3 ( V)ld= 109.7 ( A )由下式可計算換流重疊角:cos)=2XBld/ 76 6 = 0.1279-cos(cos(120) = 0.6279Y = 128.90 120 = 8.90送回電網(wǎng)的有功功率為P =1 Em I d3-28.單相全控橋，反電動勢阻感負載，解：由題意可列出如下3個等式：2|I 2 R =400X 109.7-10

34、9.72 X109.7X 1=31.85(W)R=1Q, L= ，U2=100V，L=0.5mH，當 Em=-99V， =60 時求 Ud、Id 和 的值。Ud = 0.9U2cos(n - P ) Ud Ud = 2XBId/Id=( Ud Em)三式聯(lián)立求解，得n R+ 2Xb)= 49.91 (V)Ud= n R 0.9U2COS( n - p )+ 2XbEm /( ld = 49.09 ( A )COS cos(=e IdXB / U2=0.2181即得出cos(120)=-0.7181換流重疊角=135.9°120° =15.9°3-29.什么是逆變失

35、??？如何防止逆變失??？ 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，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(zhì)量，留出充足的換向裕量 角P等。3-30.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 相范圍是0 - 90。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求

36、的晶閘管移相范圍是 相范圍是0 - 90。4-1答：4-2 答：0 - 180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移0 - 120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 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。 換流方式各有那兒種？各有什么特點？ 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：由電負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負載聯(lián)接。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。 負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫

37、換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強追施加反向電壓換流稱為強迫換流。 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、負載換流和強迫換流4-3什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？通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn),3種方式。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)。

38、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，直流測電惑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

39、開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。4- 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。I4- 5三相橋式電壓型逆變電路，180O導(dǎo)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

40、 UV5。U UN1m解：2Ud0.637U d63.7(V)U UN1U UN1mU UV 1m0.45U d45(V)1.1Ud110(V)U UV1U UV1m720.78Ud 78(V)U UV5U UV17878 15.6(V)5并聯(lián)諧振式逆變電路利用負載電源進行變換4-6 .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(yīng)滿足什么條件？答;假設(shè)在t時刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通，負載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VTl、VT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VTl、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移觸發(fā)VT2、VT3時刻/必須在u。過零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。4-7

41、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給VT3施加觸發(fā)脈沖，由于換流電容C13電壓的作用，使VT3導(dǎo)通 而VTl被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VTl換到VT3上,C13通過VDI、U相負載、W相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3

42、放電，如圖5-16b所示。因放電電流恒為/d,故稱恒流放電階段。在C13電壓Uc13下降到零之前,VTl 一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關(guān)斷時間rq，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C13反向充電。如忽略負載沖電阻的壓降，則在Uc13=0時刻后，二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流，兩個二極管同時導(dǎo)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,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(dǎo)逗階段，電流路徑如圖5- I 6d所示。4-8.逆變電路多重化的

43、目的是什么？如何實現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路備用于什么場合答: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

44、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的多重化。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。5-1簡述圖5-la所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時間ton o由電源E向L R、M供電，在此期間，Uo=E然后使V關(guān)斷一段時間toff,此時電感L通過二極管VD向R和M供電，Uo=tt個周期內(nèi)的平均電壓EtonU。t°ff輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。5- 2 .在圖5-1a所示

45、的降壓斬波電路中，已知E=200V R=10Q, L值微大，E=30V T=50応,ton=20（i s,計算輸出電壓平均值UO,輸出電流平均值I。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U0也ET輸出電流平均值為20 2005080(V)U。Em80 305(A)10在圖5-la所示的降壓斬波電路中，E=100V L=lmH, R=0. 5Q, Em =10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20g s,當ton =5g s時，計算輸出電壓平均值 U 0，輸出電流平均值1 0，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 =3g s時，重新進行上述計算。解：由題目

46、已知條件可得:Eliton(U0 E)Iitoff詈 0.002當ton5 S時，有0.01ton0.0025由于0.00251A 0.249 m所以輸出電流連續(xù)。5- 4 .簡述圖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 h,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E11 ton。當V處于斷態(tài)時E和己共同向電容C充電并向負載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為（U0 E）丨1

47、 toff ；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:EI1ton(U 0E)1 itoff化簡得:UotontofftoffE丄Etoff式中的T/ toff1，輸出電壓高于電源電壓,故稱該電路為升壓斬波電路5-5 .在圖3-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50VL值和C值極大，R=20Q,采用脈寬調(diào)制控制方式，當T=40g s, 'on =25g s時，計算輸出電壓平均值 U 0，輸出電流平均值解：輸出電壓平均值為:40U0 E 425 50 133.3(V)I0 岀 1333 6.667(A)輸出電流平均值為:R 205- 8 .分析圖5-7a所示

48、的電流可逆斬波電路，并結(jié)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，VI和VDI構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機供電，電動機為電動運行，工作于第2象限。限：V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機作再生制動運行，工作于第圖3-7b中，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下:V2也導(dǎo)通，L上蓄能：fiV2關(guān)斷，Vd2導(dǎo)通，向電源回饋能量-I 匚 VDM,5- 9對于圖5-8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情況，并繪制相應(yīng)的電流 流通路徑圖，同時標明電流流向。解：需使電動機

49、工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)時，由V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路工作，此時需要 V2保持導(dǎo)通，與V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。當V3導(dǎo)通時，電源向M供電，使其反轉(zhuǎn)電動，電流路徑如下圖：V,MV. I唄叫木當V3關(guān)斷時，負載通過VD3賣流，電流路徑如下圖:VDV.-Vl>.2iEh p5- 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(jié)構(gòu)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。5-11 .試分析正激

50、電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時承受的最大電壓。解：正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時承受最大電壓的情況如下表所示:開關(guān)S整流二極管VD正激電路(1+N1/N3)U1U1*N2/N3反激電路Ui+Uo*N1/N3Ui*N2/N1+Uo5- 12 .試分析全橋、半橋和推挽電路中的開關(guān)和整流二極管在工作中承受的最大電壓，最大電流和平均電流。答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。全橋電路最大電壓最大電流平均電流開關(guān)SUild*N2/N1ld*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/N1IdId/2 半橋電路最大電壓最大電流平均電流開關(guān)SUild*N2/N1ld*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/(2*N1)IdId/2 推挽電路(變壓器原邊總匝數(shù)為2Ni)最大電壓最大電流平均電流開關(guān)S2*UiId*N2/N1Id*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/N1IdId/235- 13 .全橋和半橋電路對驅(qū)動電路有什么要求 答：全橋電路需要四組驅(qū)動電路，由于有兩個管子的發(fā)射極連在一起，可共用一個電源所以只需要三組電源；半橋電路需要兩組 驅(qū)動電路，兩組電源。5- 14 .試分析全橋整流電路和全波整流電路中二極管承受的最大電壓，最大電流和平均電流。解：兩種電路中二極管承受最大電壓：電流及平均電流的情況如下表所示:全橋整流全波整流最大電壓Um2Um最大