電力電子技術(shù)作業(yè)解答(復(fù)習(xí)用)

1、第一章作業(yè)1. 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）?；颍簎AK>0且uGK>0。2. 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。要使晶閘管由導(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。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(jì)算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有

2、效值I1、I2、I3。解：（a）(b)(c)第二章作業(yè)1. 單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0°和60°時的負(fù)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(dǎo)通時，負(fù)載電感L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時刻，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的一個周期里，以下方程均成立：考慮到初始條件：當(dāng)t0 時id0 可解方程得：ud與id的波形如下圖：當(dāng)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

3、的能量在u2負(fù)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(dāng)t60°時id0 可解方程得：其平均值為此時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 ；當(dāng)負(fù)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?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y繞組中，正負(fù)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

4、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(dāng)VT1導(dǎo)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。 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a 相同時，對于電阻負(fù)載：（0）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VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2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- u2。對于電感負(fù)載：（ ）期間，單相全波電

5、路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、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。可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時，則輸出電流也相同。3單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L 值極大，當(dāng)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分別為晶閘管承受的最大反向電壓為：考慮安全

6、裕量，晶閘管的額定電壓為：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：晶閘管的額定電流為：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(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：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，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>/2，使Ud為負(fù)值。第三章作業(yè)1簡述

7、圖3-1a 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(dǎo)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(guān)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(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=10，L值極大，EM=30V，T=50s，ton=20s,計(jì)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(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)電感L值很大，電容C值也很

8、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Uo。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EIt。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，則在此期間電感L釋放的能量為。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：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3-2a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(diào)制控制方式，當(dāng)T=40s，ton=25s時，計(jì)算輸出電壓平均值U

9、o，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為：輸出電流平均值為：第五章作業(yè)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(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。2換流方式各有那幾種？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)載電壓時，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)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用

10、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。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(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特點(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，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，

11、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，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?yàn)榉答仧o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

12、管？答：在電壓型逆變電路中，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。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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。第六章作業(yè)1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

13、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，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。以正弦PWM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(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)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。3. 單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？ 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