電力電子技術(shù)答案

1、精選范本電力電子技術(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）。或：uAK0且uGK02-3.維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶

2、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至振近于零的某一數(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。各波形的電流最大值均為I m，試計算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,解：a）4 Im sin(，t)=四(空 1) :- 0.27171m=2二二 2二 2d1=-1 二 2(Imsin t) d(wt)四？ +丄 Z.4767lmb)1 二Im sin td (wt)二(1)=0.5434 Im2 2c)2lmd(7)工1

3、 Im=2 二04d3=1： 0.67411m1 伐Im sint)2d(wt)u nI 2=2 42兀2-5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Idi、2、Id3各為多少？這時,相應(yīng)的電流最大值I mi、I m2 I m3各為多少？解：額定電流It(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st:329.35a)Im1 0.4767A, Id1 ： 0.27171 m1： 89.48Ab)IIm2 0.6741:232.90A,I:0.5434I m2 : 126.56Ad2m21I m3 二 78.5c)I mF2l=314Id3= 4

4、2-6 GTO和普通晶閘管同為PNPN吉構(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吉構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個晶體管 VI、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，: 2 =1是器件臨界導(dǎo)通的條件。：T : 21兩個二效N萍聳匯飽和而導(dǎo)通；:V : 2 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=1 Q , L=s, U2=220V , LB=1mH，當Em = -400V ,=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：Ud= 2.34U

5、2COS(n -3 ) UdUd= 3XbIq/ nId =( Ud Em ) / R三式聯(lián)立求解，得Ud= 2.34 n U2R cos(n -3 )+ 3XbEm / (n R+ 3Xb)= 290.3 (V)Id= 109.7 (A )由下式可計算換流重疊角：COS： COS(很亠)=2XBId /6 U2= 0.1279cos(120) = -0.6279Y = 128.90 120 = 8.90送回電網(wǎng)的有功功率為P=|Em Id HI 2 R =400 x 109.7-109.72X 109.7X 1=31.85(W)3-28.單相全控橋，反電動勢阻感負載， R=1 Q , L=s

6、, U2=100V , L=0.5mH，當Em=-99V ,上60 時求Ud、Id和的值。解：由題意可列出如下 3個等式：Ud= 0.9U2cos( n - 3 ) UdUd= 2XbId / nId =( Ud Em ) / R三式聯(lián)立求解，得Ud= n R 0.9U2COS(n - 3 )+ 2XbEm /( n R+ 2Xb)= 49.91 (V)Id= 49.09 (A )又cos： cos(=M) = . 2 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??？如何防止逆變失敗？答：逆變運行時

7、，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 3等。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0 180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，

8、要求的晶閘管移相范圍是0 120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是0 90。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)直接和負載聯(lián)接。2換流方式各有那兒種？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 TOC o 1-5 h z 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(shè)置附加換流電路， 給欲關(guān)斷的晶閘管

9、強追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 ，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)。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

10、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開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。4電壓型逆變電路中反饋

11、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？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。5三相橋式電壓型逆變電路，1800導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UUNim和有效值UjN1、輸出線電壓的基波幅值UUvin和有效值Uuvi、輸出線電壓中5次諧波的有效值 UUV5。2UdUuNim - =0.637Ud =63.7(V)解

12、：:Uuni=45(V)V22 J3u dUuvim- =1.1Ud =110(V)3TUuvi 二UUV1m =-%d =0.78Ud =78(V)2 :UUV1 78 UuV5 *15-6(V)55并聯(lián)諧振式逆變電路利用負載電源進行變換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u。就通過 VT2、VT3施加在VTI、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。7串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的

13、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VTl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VTI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放 電,如圖5-16b所

14、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，VTI 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 倆個二極管同時導(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,VDl 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。8.逆變電路多重化的目的是什么？如

15、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壓型逆變

16、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。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。，由電源E向L、R、M供電，在此期間，Uo=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 EtonUotff輸出電壓小于電 源電壓，起到降壓的作用。2 .在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，已知

17、E=200V, R=10Q , L值微大，E=30V, T=50卩s, ton=20卩s，計算輸出電壓平均值U，輸出電流平均值Ioo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辛=警昨輸出電流平均值為R103 .在圖5-la所示的降壓斬波電路中，E=100V, L=lmH, R=0. 5 Q , Em =10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20卩s，當ton=5卩s時，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 丨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 =3卩s時，重新進行上述計算。解：由題目已知條件可得：EI1ton = (UE) Iitoff叫 0.

18、0020.5當切=5S時，有0.01TZ -ton =0.0025T由于訂-1嚴一1001 O.249 me -1 e -1所以輸出電流連續(xù)。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 流基本恒定為丨1,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 Eton。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（U-E）丨 ； 當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，

19、一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI1ton =(UE)I1toff化簡得：U。ontofftofftoff式中的T/ toff -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T=40卩s, ton=25卩s時，計算輸出電壓平均值 U。，輸出電流平均值，0。解：輸出電壓平均值為：T40U0 E50F33.3V）toff40-25輸出電流平均值為：,Uo 133.3I o6.667( A)R 206 試分別簡述升降壓斬波電路和Cuk斬波電路的基本原理，并比較其異

20、同點。答：升降壓斬波電路的基本原理：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源E經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時電流為i1，方向如圖。3-4中所示。同時，電容 C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的能量向負載釋放，電流為i2,方向如圖3-4所示?？梢?，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時，一個周期 T內(nèi)電感L兩端電壓UL對時間的積分為零，即To uLdt =0當V處于通態(tài)期間，Ul=e:而當V處于斷態(tài)期間UL = U。于E tn =U 0 toff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01 /2時為降壓，當I / 21時為升壓，因此將該電

21、路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當V處于通態(tài)時，E L1 V回路和R L2-CV回路分別流過電流。 當V處于斷態(tài)時，E -L1 -C -VD回路和r- L2_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，相當于開關(guān) S在A B兩點之間交替切換。假設(shè)電容C很大使電容電壓Uc的脈動足夠小時。當開關(guān)S合到B點時，B點電壓Ub=0, A點電壓UA = 7c ；相反，當S合到nUi A 點時，Ub 一 , uaN1U0N3 。因此，B點電壓Ub的平均值為一 toff | IUBT C(Uc為電容電壓“c的平均值)，又因電感Ll的電壓平均值為零

22、，所以E廠半Uc。另一方面，A點的電壓平均值為Uac，且L2的電壓平均值為零，按圖3 5b中輸出電壓Uo的極性，有U0半c。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系:tt口Cuk斬波電U0=fE=丸 E=h兩個電路實現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實現(xiàn)升降壓斬波。與升降壓斬波電路相比, 路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出 進行濾波。7 .試繪制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：r vn在V導(dǎo)通ton期間，Uli二EL2 - U C1左V關(guān)斷toff期間Uli = E -U。一U

23、ciUl2 = -Uo當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，電感L、L的電壓平均值均為零，則下面的式子成立Eton ( E - Uo -Uci)toff - 0UC1ton - U0tof f - 0由以上兩式即可得出U0toffZeta電路的原理圖如下:在V導(dǎo)通ton期間Ul2 二 E - Uc1 - U0在V關(guān)斷toff期間Uli = UciUL2 = -uo當電路工作穩(wěn)定時，電感Ll、L2的電壓平均值為零，則下面的式子成立Eton UC1tof f - 0(E -U - uci )ton - u0toff =0由以上兩式即可得出Uo 二直 Etoff8 .分析圖5-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖3-

24、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I象限：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)殡娔芊答伒诫娫矗?使電動機作再生制動運行，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：T -V2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量試分析此時電路的此時需要V2保持E9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), 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：需使電動機工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)時，由V3和VD3構(gòu)成的降壓斬

25、波電路工作, 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:當V3關(guān)斷時，負載通過 VD3續(xù)流，電流路徑如下圖:10.多相多重斬波電路有何優(yōu)點？使得輸入電源電流答：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,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。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。11 .試分析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

26、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+Uo12 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)SUiId*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)SUiId*N2/N1Id*N2/(2*N1)Ui*N2/(2*N整流二極管IdId/21)推挽電路（變壓器原邊總匝數(shù)為2N1)最大電壓最大電流平均電流開關(guān)S2*UiId*N2/N

27、1Id*N2/(2*N1)整流二極管Ui*N2/N1IdId/213 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。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：最大電壓最大電流平均電流全橋整流UmIdId/2全波整流2UmIdId/25-15 一臺輸出電壓為5V、輸出電流為20A的開關(guān)電源：如果用全橋整流電路，并采用快恢復(fù)二極管，其整流電路中二極管的總損耗是多少？如果采用

28、全波整流電路，采用快恢復(fù)二極管、肖特基二極管整流電路中二極管的總損耗是多少？如果采用同步整流電路，整流元件的總損耗是多少？注：在計算中忽略開關(guān)損耗，典型元件參數(shù)見下表。元型電電通態(tài)壓降(通快恢肖特解;總損耗対 獲丄r r MX丄2 2采用全波整贏電路時：來用快欣員二極営旳忌損耗刃：2X丄碼幾=0刑20=19_60引2耒由曲星二換官時忌損耗期2X丄久匚蟲恥爐12 8巧2fl采用同步整濟電路時，總損耗為：2 x/+2X(X20/ X0.018=72XV*功率1 一臺調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺燈可看作電阻負載，在:=0時輸出為最大值，試求功率為最大輸出功率的80% 50%寸的開通角:o解

29、：=0時的輸出電壓最大，為1(一 2Uisin t) =Ui= ：- 0omax_此時負載電流最大，為Uo maxI因此最大輸出功率為omaxUiRma)=UOmax Iomax輸出功率為最大輸出功率的80%寸，有:U12Pma=Uomax I omax= R此時Uo=又由Uo=U12 二rJI解得:=60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%寸，有:Uo=,0.5U 1又由Uo=Usin 2： 二-: +:-=906-2 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=0.5 Q , L=2mH 試求：開通角：的變化范圍；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

30、率因數(shù)；當：=二/2時，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:(1J加 50 2 忻50.5所以51.5 一 : _180(2) 時，電流連續(xù)，電流最大且導(dǎo)通角Ui 二U。220UO_ Z(0.52 +(2兀 乂50辺2辺10jo = 274A P= UOIO =U 1lO =220 774 = 60.3KW、P UoIo cosS U1I。-1(4)由公式sin(二訂_ -)二 sin(： -”)e tan對上式二求導(dǎo)e1tan !: ie cos tan :則由 sin2(八)cos2 :) =1 得v _ - tanIn tan 二 136VTU i . sin r cos

31、(2：,y .2 二 Z(cos :cos ;：= 123(A)cos -Ulo _U _ dsin 2 - sin(2一:2旳-0.66答：交流3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?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

32、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(shè)計制造。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。由于控制對象的時間常數(shù)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么

33、？答：一般來講，構(gòu)成交 交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多， 最高輸出頻率就越高。 當交交變頻電路中采用常用的 6脈波 三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。當電網(wǎng)頻率為 50Hz時，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz左右。當輸出頻率增高時， 輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。5交交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點是：只用一次變流效率較高；可方便實現(xiàn)四象限工作，低頻輸出時的特性接近正弦波。交交變頻電路的主要不足是：

34、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， 如軋機主傳動裝置、 鼓風(fēng)機、球磨機等場合。6.三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：公共交流母線進線方式中，因為電源進線端公用，所以三組單相交交變 頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動機三個繞組必須拆開，共引出六根線。而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因為電動機中

35、性點和變頻器中中性點在一起；電動機只引三根線即可， 但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個變壓器供電。7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)。因為梯形波的主要諧波成分是三次諧波，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，因為橋式電路能夠較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（對應(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%左右。8試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？答：矩陣式變頻

36、電路的基本原理是：對輸入的單相或三相交流電壓進行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點是：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I，也可控制為需要的功率因數(shù)；能量可雙向流動，適用于交流電動機的四象限運行；不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)變頻，效率較高。矩陣式交交變頻電路的主要缺點是：所用的開關(guān)器件為18個，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0.866，用于交流電機調(diào)速時輸出電壓偏低。因為矩陣式變頻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，

37、可實現(xiàn)四象限運行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖然多用了 6個開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實現(xiàn)集成化和功率模塊化。隨著當前器件制 造技術(shù)的飛速進步和計算機技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。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行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效 地獲得所需要波形（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

38、。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 /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，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，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。2設(shè)圖7-3中半周期的脈沖數(shù)是 5，脈沖幅值是相應(yīng)正弦波

39、幅值的兩倍，試按面積等效原理計算 脈沖寬度。解：將各脈沖的寬度用（i=1,2, 3, 4, 5）表示，根據(jù)面積等效原理可得1 =05U m sintdcotCOSGOt 52U-5 Um sin td t72U3-：25- U m sin td t2U=0.09549(rad)=0.3040(ms)2 二COSCO t 卞 =0.2500(rad)=0.7958(ms)2 n53 二COSBt可 =0.3090(rad)=0.9836(ms)2 2n535 U msin = td t2U4 二Um sin td tT2U=2 =0.2500(rad)=0.7958(ms)=、1 =0.0955

40、(rad)=0.3040(ms)3單極性和雙極性 PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式 PWM型逆變電路中，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：0.5Ud和-0.5 5。輸出線電壓有三種電平 Ud、0、- Ud。4 .特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個信號波周期內(nèi)有

41、10個開關(guān)時刻（不含 0和二時刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？答：首先盡量使波形具有對稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負兩個半周期對稱，為消去諧波中 的余弦項，使波形在正半周期前后1/4周期以二12為軸線對稱?？紤]到上述對稱性，半周期內(nèi)有5個開關(guān)時刻可以控制。利用其中的1個自由度控制基波的大小，剩余的4個自由度可用于消除 4種頻率的諧波。5什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點？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)制的主要特點是：在信號

42、波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。這樣，當信號波頻率較低時，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。而當信號波頻率增高時， 載波比N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大， 有時信號波的微小變化還會產(chǎn)生 PWM脈沖的跳動。這就使得輸出 PWM波和正弦波的差異變大。對于 三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。N不變，信號波

43、一個周期同步調(diào)制的主要特點是：在同步調(diào)制方式中，信號波頻率變化時載波比 內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。fc也很低。fc過低時由調(diào)制帶來的諧波不易濾fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。每個頻段的載波比一定， 不同頻段采用不同當逆變電路輸出頻率很低時，同步調(diào)制時的載波頻率 除。當負載為電動機時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。當逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率 此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段, 的載波比。其優(yōu)點主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，可限制在功率器件允許 的范圍內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，

44、以使載波頻率不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。6 .什么是SPWM波形的規(guī)則化采樣法？和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點？答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機實現(xiàn)時實用的PWM波形生成方法。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個正峰值之間為一個采樣周期。使每個PWM脈沖的中點和三角波一周期的中點(即負峰點)重合，在三角波的負峰時刻對正弦信號波采樣而 得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時刻。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，

45、而效果接近自然采樣法，得到的 SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算，在工程中實際應(yīng)用不 多的缺點。7單相和三相SPWM波形中，所含主要諧波頻率為多少？ 答：單相SPWM波形中所含的諧波頻率為：n p _k式中，n=1,3,5,時，k=0,2,4,；n=2,4,6,時，k=1,3,5,在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為C的諧波分量。三相SPWM波形中所含的諧波頻率為：n p _k式中， n=1,3,5,時，k=3(2m-1) 1, m=1,2，；6m 十1 m=0,1， n=2,4,6,時，k =丿6-1 m=1,2，在上述諧波中，幅值較高的是-c 2

46、r和2 c r。7-8如何提高PWM逆變電路的直流電壓利用率？答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調(diào)制信號，可以有效地提高直流電壓的利用率。對于三相PWM逆變電路，還可以采用線電壓控制方式，即在相電壓調(diào)制信號中疊加3的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。7-9 .什么是電流跟蹤型 PWM變流電路？采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點？答:電流跟蹤型PWM變流電路就是對變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號波對載波進行調(diào)制， 而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際電流作為反饋信號，通過二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實際的輸出跟蹤電流的變化。

47、采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點：硬件電路簡單；屬于實時控制方式，電流響應(yīng)快；不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；與計算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；采用閉環(huán)控制。7-10 .什么是PWM整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？答：PWM整流電路就是采用 PWM控制的整流電路，通過對 PWM整流電路的適當控制，可 以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)接近1。相控整流電路是對晶閘管的開通起始角進行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數(shù)低。PWM整流電路采用

48、SPWM控制技術(shù)，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時輸入電流可以 和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。PWM整流電路可以實現(xiàn)能量正反兩個方向的流動，即既可以運行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè) 輸送能量；也可以運行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且，這兩種方式都可以在單位功率 因數(shù)下運行。此外，還可以使交流電流超前電壓90。，交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發(fā)生器?；蚴闺娏鞅入妷撼盎驕笕我唤嵌?-11.在PWM整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？答：在PWM整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及PWM整流器輸入端電壓的相量關(guān)系來進行控制，使輸入電流

49、獲得預(yù)期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經(jīng)過比較進行跟蹤控制， 使輸入電流跟蹤指令值變化。因為引入了交流電流反饋而稱為直接電流控制1 高頻化的意義是什么？為什么提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的體積和重量？為什么提高關(guān)頻率可以減小變壓器的體積和重量 ？答：高頻化可以減小濾波器的參數(shù)，并使變壓器小型化，從而有效的降低裝置的體積和重量。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。提高開關(guān)頻率，周期變短，可使濾除開關(guān)頻率中諧波的電感和電容的參數(shù)變小，從而減輕了濾波器的體積和重量；對于變壓器來說，當輸入電壓為正弦波時

50、，U =4.44 fNBS，當頻率f提高時，可減小 n S參數(shù)值，從而減小了變壓器的體積和重量。2 軟開關(guān)電路可以分為哪幾類 ？其典型拓撲分別是什么樣子的？各有什么特點？答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時的電壓電流狀態(tài)可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類： 根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準諧振電路，零開關(guān)PWMfe路和零轉(zhuǎn)換PWMfe路。準諧振電路：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡單， 但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。零電壓開關(guān)準諧振電路的基本開關(guān)單元零電流開關(guān)準諧振電路的基本開關(guān)單元零開關(guān)PWMI路：這類電

51、路中引入輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。零電壓開關(guān)PWMfe路的基本開關(guān)單元零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的， 輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負載到滿負載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，無功率的交換玻消減到最小。3 .在移相全橋零電壓開關(guān) PWMfe路中，如果沒有諧振電感 L,電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化,哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬開關(guān)答：如果沒有諧振電感Lr，電路中的電容 CS1 , CS2與電感L仍可構(gòu)成諧振電路，而電容Cs3, Cs4將無法與Lr構(gòu)成諧振回路，這樣， S、S將變?yōu)橛查_關(guān)，Sl、S2仍為軟開關(guān)。4 .在零電壓轉(zhuǎn)換 PWMfe路中，輔助開關(guān) SI和二極管VDI是軟開關(guān)還是硬開關(guān)，為什么 ？答：在S開通時，Usi不等于零；在Sl關(guān)斷時，其上電流也不為零，因此$為硬開關(guān)。由于電感L的存在，$ 開通時的電流上升率受到限制，降低了Sl的開通損耗。由