電力電子技術作業(yè)解答

1、電力電子技術作業(yè)解答教材：電力電子技術，尹常永 田衛(wèi)華主編 第一章 電力電子器件1-1晶閘管導通的條件是什么？導通后流過晶閘管的電流由哪些因素決定？答：晶閘管的導通條件是：（1）要有適當?shù)恼蜿枠O電壓；（2）還有有適當?shù)恼蜷T極電壓。導通后流過晶閘管的電流由陽極所接電源和負載決定。1-2維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？答：維持晶閘管導通的條件是：流過晶閘管的電流大于維持電流。利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到維持電流以下，可使導通的晶閘管關斷。1-5某元件測得，試確定此元件的額定電壓是多少，屬于哪個電壓等級？答：根據(jù)將和中的較小值按百位取整后作為該晶閘管的

2、額定值，確定此元件的額定電壓為800V，屬于8級。1-11雙向晶閘管有哪幾種觸發(fā)方式？常用的是哪幾種？答：雙向晶閘管有+、-、+和-四種觸發(fā)方式。 常用的是：（+、-）或（-、-）。1-13 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：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，普通晶閘管，而 GTO 則為，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

3、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。第二章 電力電子器件的輔助電路2-5說明電力電子器件緩沖電路的作用是什么？比較晶閘管與其它全控型器件緩沖電路的區(qū)別，說明原因。答：緩沖電路的主要作用是： 減少開關過程應力，即抑制du/dt，di/dt； 改變器件的開關軌跡，使器件工作于安全工作區(qū)內(nèi)，避免過電壓、過電流損壞； 減少器件的開關損耗。晶閘管為了限制di/dt，往往在主電路中串接進線電感或橋臂電感。對關斷過電壓du/dt的抑制，一般在晶閘管的兩端并聯(lián)RC網(wǎng)絡。晶閘管一般在較低的開關頻率下工作。因此，與全控型器件相比，其緩沖電路要簡單的多。2-6說明常用電

4、力電子器件晶閘管、GTO、GTR、電力MOSFET和IGBT采用哪種過壓保護措施？采用哪種過流保護措施。答：半控型器件晶閘管：過電壓保護一般采用阻容吸收電路或具有穩(wěn)壓特性的非線性電阻器件（如硒堆、壓敏電阻）來抑制過電壓。過電流保護， 快速熔斷器保護， 直流快速斷路器保護， 進線電抗限制保護， 電子保護。全控型器件：過電壓保護，器件開關過程中產(chǎn)生的過電壓，一般使用緩沖電路來抑制，其它方面的過電壓保護，一般采用阻容吸收電路或具有穩(wěn)壓特性的非線性電阻器件（如硒堆、壓敏電阻）來抑制過電壓。過電流保護，以電子保護為主，電器保護為后備保護。2-9闡述電力電子器件在串聯(lián)、并聯(lián)使用中應注意哪些問題？以晶閘管為

5、例，說明這些問題可能會帶來什么損害？為避免這些情況的出現(xiàn)常采用哪些措施。答：電力電子器件串、并聯(lián)使用時，首先應選用參數(shù)和特性盡量一致的器件，還要采用一定的均壓、均流措施。以晶閘管為例，理想的串聯(lián)希望各器件承受的電壓相等。串聯(lián)工作時，當晶閘管在阻斷狀態(tài)，由于各器件特性的分散性，而在電路中卻流過相等的漏電流，因此，各器件所承受的電壓是不同的，內(nèi)阻大的器件承受的電壓大，內(nèi)阻小的器件承受的電壓小，如不采取措施，可能會使承受電壓高的器件先被擊穿，而導致其它的串聯(lián)器件都被擊穿。所以，在串聯(lián)時，要采用均壓措施，晶閘管的均壓措施是在器件兩端并聯(lián)電阻和電阻電容器件。并聯(lián)時，由于并聯(lián)的各個晶閘管在導通狀態(tài)時的伏安

6、特性的差異，但各并聯(lián)器件卻有相等的電壓，因而通過并聯(lián)器件的電流是不等的，低阻抗的器件，通過的電流會大些，如不采取措施，可能會使通過電流大的器件先燒毀，而導致其它器件被燒毀。所以，在并聯(lián)時，要采用均流措施。晶閘管的均流措施是串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感等均流措施。第三章 AC-DC變換技術3-2三相橋式不可控整流電路任何瞬間均有兩個電力二極管導通，整流電壓的瞬時值與三相交流相電壓、線電壓瞬時值有什么關系?答：共陰連接的三個二極管中，三相交流相電壓瞬時值最正的那一相自然導通，把最正的相電壓接到負載的一端；共陽連接的三個二極管中，三相交流相電壓瞬時值最負的那一相自然導通，把最負的相電壓接到負載的另一端。因此，

7、任何時刻負載得到的整流電壓瞬時值是線電壓的最大瞬時值。3-4單相橋式相控整流電路，U2=100V，電感性負載，其中R=2，反電動勢負載，平波電抗器足夠大，反電動勢E=60V，R=2。當時，要求： (1)作出ud、id和i2的波形； (2)求直流輸出電壓Ud、電流Id、變壓器二次側電流有效值I2； (3)選擇合適的晶閘管。解：電感性負載(1)ud、id、和i2的波形如下圖：（2）Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos/677.97（V）IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A） （3）UDRMURRM=（23）×U2（23）

8、15;1.414×100=283424（V）IVTId27.57（A）IT（Av）（1.52）×IVT1.57=（1.52）×27.571.572635（A）所以選擇晶閘管的型號為：KP30-3或KP30-4反電動勢負載(1)ud、id和i2的波形如下圖： (2) Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos/677.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) (3) UDRMURRM=（23）×U2（23）×1.414×100=283424（V）IVTId91.414=6.3

9、63（A）IT（Av）（1.52）×IVT1.57=（1.52）×6.3631.576.18.1（A）所以選擇晶閘管的型號為：KP10-3或KP10-43-8三相半波可控整流電路帶大電感負載，電感阻值為10，變壓器二次側相電壓有效值為220V。求當時，輸出電壓及電流的平均值Ud和Id、流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT，并畫出輸出電壓ud、電流id的波形。如果在負載兩端并接了續(xù)流二極管，再求上述數(shù)值及波形。解:（1）不接續(xù)流二極管時輸出電壓ud、電流id的波形（2）接續(xù)流二極管時 輸出電壓ud、電流id的波形3-10三相橋式全控整流電路帶大電感性負載， Rd=10，求

10、時，輸出電壓電流Ud、Id以及變壓器二次側電流有效值I2，流過晶閘管的電流有效值IVT。解： Ud2.34U2cosa2.34×100×cos45°165.4（V）IdUdR165.41016.5（A）I2Id×16.513.5（A）IVTId16.59.52（A）3-11三相半波可控整流電路帶反電動勢負載，為保證電流連續(xù)串接了電感量足夠大的電抗器，求時的輸出電壓Ud、電流Id以及換相重疊角。解：，考慮LT時，有： 代入已知條件得：解方程組得： 又即得出3-12三相橋式相控整流電路，反電動勢負載，E=200V，R=1，平波電抗器L值足夠大，U2=220V

11、 (1) LB=0，=/3，畫出ud、uVT1、id波形，計算Ud和Id的值；(2) LB=lmH，=/3，計算Ud、Id、g的值；解：(1) 當LB0時：Ud2.34U2cos2.34×220×cos/3257.4（V）Id（UdE）R（257.4200）157.4（A）ud、uVT1、id的波形如下：（2），考慮LT時，有：代入已知條件得：解方程組得： 又即得出3-13單相橋式相控整流電路，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：單相橋式相控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（k=1、2、

12、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。3-14三相橋式相控整流電路，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：三相橋式相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6k±1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。第四章 DC-AC變換技術4-2、 換流方式有哪幾種？各有什么特點？答：換流方式有器件換流、電網(wǎng)換流、負載換流和強迫換流四種。器件換流

13、：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(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過負載電壓時，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。4-4 在圖4-28的兩圖中，一個工作在整流電動狀態(tài)，另一個工作在逆變發(fā)電狀態(tài)。試回答：(1) 在圖中標出Ud、Ed及id的方向。(2) 說明E大小與Ud大小的關系。(3) 當與的最小值均為30°時，控制角的移相范圍為多少？圖4-28 題4-

14、4圖解答：(1)標注如圖所示（a） （b） （2）圖（a）中： ，電路工作在整流電動狀態(tài)；圖（b）中：，電路工作在逆變發(fā)電狀態(tài)。（3）當時，控制角的移相范圍為30°150°。4-8什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有何特點？答：按照逆變電路直流側電源性質分類，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：（1） 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。（2） 由于直流電壓源的鉗位作用，交流測輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流測

15、輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。（3） 當交流測為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起到緩沖無功能量的作用。為了給交流測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：（1） 直流側串聯(lián)有大電感，相當于電壓源。直流側電流基本無功脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。（2） 電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出的電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流測輸出電壓波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。（3） 當交流測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。因此反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像

16、逆變電路那樣要給開關器件反并聯(lián)二極管。4-14 設三相橋式電壓源逆變電路直流母線電壓Ud=540V，當其工作在180°導電方式時，求出輸出相電壓基波幅值和有效值，輸出線電壓基波幅值和有效值。解答： 第5章 DC-DC變換技術5-2在圖5-2(a)所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=30V。采用脈寬調(diào)制控制方式，當T=50s，ton=20s,計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解： Uo=80(V)Io =5(A)5-5在圖5-3(a)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T=40s、ton=25s

17、時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解： Uo =133.3(V)Io =6.667(A)第六章 AC-AC變換技術6-3 雙向晶閘管組成的單相調(diào)功電路采用過零觸發(fā)，電源電壓U2=220V，負載電阻R=1。在設定周期Tc內(nèi)，使晶閘管導通0.3s，斷開2s。計算： （1）輸出電壓的有效值；（2）負載上所得到的平均功率及假定晶閘管一直導通時所發(fā)出的功率。解答：（1）負載在導通0.3s、斷開0.2s、過零觸發(fā)下，輸出電壓有效值為：（2）負載在全導通時，送出的功率為：晶閘管導通0.3s，斷開2s時，負載上平均功率為：6-6 圖6-38為電感性負載單相交流調(diào)壓電路，為220V、50Hz正弦交

18、流電，=5.516mH，R=1，求： （1）控制角移相范圍；（2）負載電流最大有效值；（3）最大輸出功率和功率因數(shù)；（4）畫出時負載電壓和電流的波形。圖6-38 題6-6圖解答：（1） 控制角移相范圍：60°180°（2）（3） （4）由查P170頁圖6-4得晶閘管的導通角，畫出電壓和電流的波形如下：第 7 章PWM 控制技術7-4單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別?在三相橋式PWM逆變電路中，輸出相電壓(輸出端相對于直流電源中點的電壓)和線電壓SPWM波形各有幾種電平? 答：三角波載波在信號波正半周期或負半周期里只有單一的極性，所得的PWM波形在半個周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。 三角波載波始終是有正有負為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有正、有負，則稱之為雙極性PWM控制方式。 三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：Ud2和- Ud2。輸出線電壓有三種電平Ud、0、- Ud。7-6什么是異步調(diào)制?什么是同步調(diào)制?二者各有何特點?分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點? 答：載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率fc 固定不變，因而當信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。異步調(diào)制