電力電子學(xué) 陳堅(jiān)課后習(xí)題答案

答答案 5.1什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高頻PWM整流?全控整流：指整流主電路中開關(guān)器件均為可控器件。半控整流：指整流主電路中開關(guān)器件不全是可控器件，而有不控器件二極管。（閘管的移相控制角的大?。?，從而控制負(fù)載的整流電壓。PWMPWM內(nèi)高頻改變開關(guān)管的導(dǎo)通狀況。答什么是電壓紋波系數(shù)、脈動(dòng)系數(shù)、基波電流數(shù)值因數(shù)、基波電流位移因數(shù)（基波功率因數(shù)案 和整流輸入功率因數(shù)？答答：電壓紋波系數(shù)RF：輸出電壓中全部交流諧波分量有效值VH。

與輸出電壓直流平均值Vd

之比值，SVn

與直流平均值Vd

之比Sn=Vnm/Vd基波電流數(shù)值因數(shù)：電流畸變因數(shù)也稱基波電流數(shù)值因數(shù)，是基波電流有效值 與總電流有效值 之比，即基波電流位移因數(shù)DPF（基波功率因數(shù)）：輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角（位移角）的余弦，即整流輸入功率因數(shù)PF：三相橋式不控整流任何瞬間均有兩個(gè)二極管導(dǎo)電，整流電壓的瞬時(shí)值與三相交流相電壓、答案 電壓瞬時(shí)值有什么關(guān)系？答：共陰連接的三個(gè)二極管中，三相交流相電壓瞬時(shí)值最正的那一相自然導(dǎo)通，把最正的相電壓接到負(fù)載的一端；共陽連接的三個(gè)二極管中，三相交流相電壓瞬時(shí)值最負(fù)的那一相自然導(dǎo)通，把最負(fù)的相電壓接到負(fù)載的另一端。因此，任何時(shí)刻負(fù)載得到的整流電壓瞬時(shí)值是線電壓的最大瞬時(shí)值。答答案 5.4單相橋全控整流和單相橋半控整流特性有哪些區(qū)別？答：與單相全控橋相比，在主電路上，半控整流少了兩個(gè)晶閘管。因而，觸發(fā)裝置較簡(jiǎn)單，較經(jīng)濟(jì)。為防止失控而增加了一個(gè)續(xù)流二極管，使得輸出整流電壓π

的波形中沒有為負(fù)的電壓波。輸出電壓平均值：內(nèi)移相控制時(shí)， 只能為正值，而全控整流電路 在答5.5單相橋全控整流有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)輸出電壓波形如何確定？案

當(dāng) 范圍時(shí)可為負(fù)值。答：若整流電路中電感E時(shí)，晶閘管才會(huì)承受正向電壓，才可能觸發(fā)導(dǎo)通。在晶閘管導(dǎo)通期間，輸出整流電壓為相應(yīng)的電源電壓瞬時(shí)值。 時(shí)，晶閘管承受反壓阻斷。在晶閘管阻斷期間，負(fù)載端電壓保持為反電勢(shì)E。故整流電流斷流。若控制角α小于（ ，稱為停止導(dǎo)電角），則負(fù)載端電壓一直保持為若α大于，在wt＝kπ－δ至wt＝kπ＋α期間載端電壓保持為。若在負(fù)載回路中串聯(lián)足夠大的平波電抗器，使電流連續(xù)、晶閘管的導(dǎo)電角 ，則電流脈動(dòng)減小。這時(shí)，整流電路輸出電壓波形是由控制角α唯一對(duì)應(yīng)的、依次為電源電壓的包絡(luò)線，其直流電壓平均值 。若在負(fù)載回路中串聯(lián)的平波電抗器不足以使電流連續(xù)，情況介于上述兩種情況之間。答 5.6交流電路電感不為零時(shí)引起的換相重疊過程中整流器輸出電壓的瞬時(shí)值如何確定在換相期間案 什么因素促使負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管轉(zhuǎn)移？答：設(shè)換相前a相的Ta導(dǎo)電，Tb截止，這時(shí) （負(fù)載電流），整流電壓 ，換相后b相的Tb導(dǎo)電，換相結(jié)束后 。如果 ，一旦Tb導(dǎo)通， ，Ta立即受反壓截止負(fù)載電流 立即從a相的Ta轉(zhuǎn)到b相的Tb換（或換流過程瞬時(shí)完成如果 ，由于電感的儲(chǔ)能不能突變?yōu)榱阍瓉韺?dǎo)電的A相電應(yīng)的相位角 稱為換相重疊角）過渡過程。

不能從 突降為零而必須經(jīng)歷一個(gè)歷時(shí)（對(duì)在此期間Tb同時(shí)導(dǎo)通b兩相電源經(jīng)電感2LC短接狀態(tài)， ，若假定 恒定，則。又 ，所以 ，即。上式說明，是作用在兩個(gè)換流電感上得電源電壓之差使得負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管（從Id降為零、從零上升到)；還可推得 。這說整流電壓的瞬時(shí)值是參與換流的2相電源電壓的平均值。5.7同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性是否相答案同，為什么？答：同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性相同。因?yàn)椋麟妷菏且越涣麟娫吹闹芷跒橹芷诘闹芷谛院瘮?shù)。而任何周期性函數(shù)在進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解的物理意義是用無限項(xiàng)正弦量來等價(jià)，從等價(jià)的效果來看，自變量（這里指時(shí)間）的坐標(biāo)原點(diǎn)的選定在什么位置，是不影響各正弦（余弦）分量的頻率和幅值的大小。時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)僅對(duì)各分量的相位產(chǎn)生一定的影響。答5.8為什么m脈波的整流電壓中只含有Km次諧波，K=1，2，3，…？案答：整流電壓udc

是從頻率為1/T(周期為T)的交流電源變換而來的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)都能寫出其傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。則整流電壓udc

在周期T內(nèi)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為：mTmmm1/mTT/m)的周期性函數(shù)。若將這個(gè)函數(shù)在周期T/mudc，相當(dāng)于得到的諧波分量得頻率為電源電壓頻率的mk，這里k=1，2，3，…等。答案5.9為什么要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角？根據(jù)什么原則確定有源逆變時(shí)的最大控制角 ?答：為了防止逆變器換相失敗，有必要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角α，也就是不能讓?duì)吝_(dá)到其理論最大值π。逆變器換相失敗的可能原因有：被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間不足，小于其安全關(guān)斷時(shí)間 （這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的角度稱為關(guān)斷角，記為

）。若不計(jì)交流電源電路中電感Lc的影響，認(rèn)為換相過程瞬間完成，則要求αmax＝π－ ，若α超過此值，則被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間小于其安全關(guān)斷時(shí)間 ，之后因承受正向而可能再次誤導(dǎo)通。實(shí)際交流電源電路中電感 存在換相重疊過程換相過程在觸發(fā)脈沖到來后經(jīng)歷ν對(duì)應(yīng)的換相重疊時(shí)間才結(jié)束。之后，依然要求被關(guān)斷的晶閘管承受足夠的反壓時(shí)間才不致于再次誤導(dǎo)α考慮留一個(gè)安全角

，則有源逆變的最大控制角max＝π－θ0－ν－三相橋式相控整流電路觸發(fā)脈沖的最小寬度應(yīng)是多少？答案正組T1T3T5T4T6應(yīng)導(dǎo)通的那兩個(gè)晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖。有兩種辦法：一種是采用寬脈沖觸發(fā)，使每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度大于（80°～100°）；另一種是采用雙脈沖觸發(fā)，在觸發(fā)某一晶閘管的同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖替代一個(gè)寬度大于60°的寬脈沖。所以，三相橋式相控整流電路觸發(fā)脈沖的最小寬度應(yīng)是60°＋元件能夠被可靠觸發(fā)導(dǎo)通所需要施加的脈沖寬度。圖5.36Boost型功率因數(shù)校正器為什么能實(shí)現(xiàn)輸入交流電流基本正弦，并與交流電源電壓答 相？案答：圖5.36Boost型功率因數(shù)校正器中，虛線框內(nèi)的控制電路：電壓誤差放大器VAR、電流誤差放大器CAR、乘法器、比較器C和驅(qū)動(dòng)器等。采用了雙閉環(huán)控制，電壓外環(huán)為負(fù)載提供恒定的電壓 ；電流內(nèi)環(huán)使交流電源電流 波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形使 接近正弦并與 同相外環(huán)的PI型電壓誤差放大器VAR的輸出是個(gè)直流量K，當(dāng)

時(shí)保持不變。將整流電壓

檢測(cè)值(交流電源電壓瞬時(shí)值的絕對(duì)值)與K的乘積作為電感電流

的指令值

，保證了指令電流與交流電源 同相位。將與電感電流

的檢測(cè)值（

）一起送入PI型電流誤差比較器CAR。結(jié)果，使電感電流因數(shù)接近于1。

跟蹤指令值

，也就是輸入電流

與交流電源電壓 同相，輸入端功率輸入電流（ ）的波形被高頻PWM調(diào)制成接近正弦，但含有很小的高頻紋波，經(jīng)過很小的LC濾后即可得到較光滑的正弦波電流。三相PWMPWM答案答：01PWM小、頻率和相位都可以根據(jù)需要進(jìn)行控制。PWM側(cè)電源的頻率、相位的實(shí)際情況和控制目的進(jìn)行控制，否則就達(dá)不到相應(yīng)得目