電力電子課后習(xí)題答案集

目錄

第1章電力電子器件............................1

第2章整流電路................................4

第3章直流斬波電路...........................20

第4章交流電力控制電路和交交變頻電路........26

第5章逆變電路...............................31

第6章PWM控制技術(shù).........................35

第7章軟開關(guān)技術(shù).............................40

第8章組合變流電路...........................42

第1章電力電子器件

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)?；颍骸ˋK>0且〃GK>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Zm,試計(jì)算各波形的電流平

均值加、3、與電流有效值A(chǔ)、&、，3。

°t27to生Ji乎2n0號

b)c)

圖L43晶閘管導(dǎo)電波形

sin初d(由)=*(^，

解：a)m+i)0.27177m

71=^^-￡(/?,sinty/)2J((yr)=

與^1+±?0.4767Im

s\na)td(cot)=—(#+1)x0.5434人

b)n

4.上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶閘管能送出

的平均電流/dl、/d2、，d3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大

值41、。2、/m3各為多少？

解：額定電流/T(AV)=100A的晶閘管，允許的電流有效值/

=157A,由上題計(jì)算結(jié)果知

a)/ml。嵩。329.35,/di”0.2717

/mi=89.48

b)232.90,/?0.5434

7m/0.6741'0d2

，m2B126.56

c)Zm3=2/=314,

W78.5

5.GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能

夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？

答：GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和

N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管V1、Vz,分別具有共基極電流增益必

和a2,由普通晶閘管的分析可得，%+%=1是器件臨界導(dǎo)通

的條件。a]+a2>l,兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；%+%v

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?yàn)?/p>

GTO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：

1)GTO在設(shè)計(jì)時(shí)%較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易

于GTO關(guān)斷；

2)GTO導(dǎo)通時(shí)的%+%更接近于1,普通晶閘管

?,+^>1.15,而GTO則為%+a/1.05,GTO的飽和程度不

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(gè)GTO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。

6.如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？

答：電力MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損

壞。MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開路時(shí)極

易受靜電干擾而充上超過±20的擊穿電壓，所以為防止

MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接；

②裝配時(shí)人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時(shí)所有

儀器外殼必須接地；

③電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過

高

④漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。

7.IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各

有什么特點(diǎn)？

答：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電

阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的

混合集成驅(qū)動(dòng)器。

GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足

夠陡的前沿，并有一定的過沖，這樣可加速開通過程，減

小開通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向

基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。

GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的

驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整

個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅

值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路，

關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。

電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較

小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡單。

8.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析

RCD緩沖電路中各元件的作用。

答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過

電壓，d〃/d￡或過電流和減小器件的開關(guān)損耗。

RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時(shí)，Cs經(jīng)&

放電，&起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)

VDs從Cs分流，使d〃/d￡減小，抑制過電壓。

9.試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的

優(yōu)缺點(diǎn)。

解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的

比較如下表：

器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

開關(guān)速度高，開關(guān)損

耗小，具有耐脈沖電開關(guān)速度低于電

流沖擊的能力，通態(tài)力MOSFET,電

IGBT

壓降較低，輸入阻抗壓，電流容量不及

高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)GTO

動(dòng)功率小

耐壓局，電流大，開開關(guān)速度低，為電

GTR關(guān)特性好，通流能力流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)

強(qiáng)，飽和壓降低功率大，驅(qū)動(dòng)電路

復(fù)雜，存在二次擊

穿問題

電流關(guān)斷增益很

電壓、電流容量大，小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)

適用于大功率場合，脈沖電流大，開關(guān)

GTO

具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，速度低，驅(qū)動(dòng)功率

其通流能力很強(qiáng)大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)

雜，開關(guān)頻率低

開關(guān)速度快，輸入阻

抗高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓

電力

所需驅(qū)動(dòng)功率小且低，一般只適用于

MOSFE

驅(qū)動(dòng)電路簡單，工作功率不超過10kW

T

頻率高，不存在二次的電力電子裝置

擊穿問題

第2章整流電路

1.單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電,L=20mH,

tZ2=100V,求當(dāng)。=0。和60。時(shí)的負(fù)載電流4，并畫出曲

與就波形。

解：a=0。時(shí)，在電源電壓收的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，

負(fù)載電感L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。

在電源電壓〃2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〃2的一個(gè)周期里，以下方程

均成立：

=叵U2sincot

考慮到初始條件：當(dāng)a=0時(shí)id=o可解方程得:

?同，“A

l=-------(1-COS69Z)

dcoL

/d=—「五U2(i-cos")d(.)

2乃小coL

=①=22.51(A)

coL

"d與〃的波形如下圖：

當(dāng)a=60°時(shí)，在“2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“2負(fù)半周期180。?300。

期間釋放，因此在〃2一個(gè)周期中60。?300。期間以下微分方

程成立：

L=V2(/sincot

At27

考慮初始條件：當(dāng)a=60。時(shí)id=0可解方程得：

其平均值為

4=白F^^(；-cos(yf)d3)=^^=11.25(A)

2萬勺a)L22coL

此時(shí)〃d與〃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：①晶閘

管承受的最大反向電壓為2同4②當(dāng)負(fù)載是電阻或電感

時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)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(gè)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。

①以晶閘管VTz為例。當(dāng)VTi導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通

過VT］與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大

電壓為2庖,。

②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(shí)，對于電阻負(fù)載：（0~Q）期間無晶閘管導(dǎo)通,

輸出電壓為0;乃）期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，

單相全控橋電路中VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓

“2相等；（〃~乃+。）期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；

+a~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-〃2。

對于電感負(fù)載：（a~〃+a）期間，單相全波電路中

VTi導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均

與電源電壓“2相等；（乃+a~2%+1）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-“2。

可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則

輸出電流也相同。

3.單相橋式全控整流電路，S=100V,負(fù)載中R=2

Q,L值極大，當(dāng)a=30°時(shí)，要求：①作出曲、小和ii

的波形；

②求整流輸出平均電壓Ud、電流右，變壓器二次電

流有效值A(chǔ)；

③考慮孟全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電

流。

解：①〃d、〃、和辦的波形如下圖：

②輸出平均電壓Ud、電流/d，變壓器二次電流有效值12

分別為

Ud=0.9。2COSQ=0.9X100Xcos30°=77.97(V)

Id=Ud/I?=77.97/2=38.99(A)

I2=Id=38.99(A)

③晶閘管承受的最大反向電壓為：

V2t72=10072=141.4(V)

考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：

UN=(2?3)X141.4=283-424(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：

，vT=1d/V2—27.57(A)

晶閘管的額定電流為：

人=(1.5-2)X27.57/1.57=26-35(A)

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：

5.單相橋式全控整流電路，t/2=100V,負(fù)載中A=2U,

L值極大，反電勢E=60V,當(dāng)0=30。時(shí)，要求：

①作出為、丸和。的波形；

②求整流輸出平均電壓Ud、電流小，變壓器二次側(cè)電流

有效值12；

③考慮安全缶量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。

解:①曲、id和12的波形如下圖:

②整流輸出平均電壓Ud、電流/d，變壓器二次側(cè)電流

有效值A(chǔ)分別為

Ud=0?9t72cosa=0.9X100Xcos30°=77.97(A)

Zd=(UA-E)IR=(77.97-60)/2=9(A)

1I=IA=9(A)

③晶閘管承受的最大反向電壓為：

V2(/2=100V2=141.4(V)

流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

/vT=/d/=6.36(A)

故晶閘管的額定電壓為：

UN=(2?3)X141.4=283?424(V)

晶閘管的額定電流為：

人=(L5?2)X636/1.57=6~8(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。

6.晶閘管串聯(lián)的單相半控橋(橋中VTi、VT2為晶閘

管)，電路如圖2-11所示，L72=100V,電阻電感負(fù)載，R=2

L值很大，當(dāng)好60。時(shí)求流過器件電流的有效值，并作

出〃d、丸、，VT、，D的波形。

解：〃八小NT、曲的波形如下圖：

負(fù)載電壓的平均值為：

Ud=-￡V2t/2sina)td(a)t)=0.9U2"。兇］⑶=575(V)

TC32

負(fù)載電流的平均值為：

Id=Ud//?=67.52/2=33.75(A)

流過晶閘管VTi、VT2的電流有效值為：

=

ZVT《IA=19.49(A)

流過二極管VD3、VD4的電流有效值為:

1VD=A/d=27.56(A)

7.在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失,

試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓曲的波形。

解：假設(shè)a=0。，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，曲的波形如下：

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(dòng)勢相同，其分段布置

及其矢量如圖2-60所示，此時(shí)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？

圖2?60變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖

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(gè)周期內(nèi)：當(dāng)a1C2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)

通時(shí)，ai的電流向下流，C2的電流向上流；當(dāng)sb2對應(yīng)的

晶閘管導(dǎo)通時(shí)，J的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng)Ma?

對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，也的電流向下流，a2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(shí)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。

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(diǎn)是同一點(diǎn)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(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們在相位上

相差180°o

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a,那末共

陰極組的觸發(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相，在相位上差多少度？

答：相差180°o

11.三相半波可控整流電路，t72=100V,帶電阻電感負(fù)

載，R=5Q,L值極大，當(dāng)用60。時(shí)，要求：

①畫出〃小"和ivTi的波形；

②計(jì)算Ud、Id、/dT和IvT。

解：①〃d、〃和“TI的波形如下圖：

②“、/d、/dT和/VT分別如下

UA=1.17t72cosa=1.17X100Xcos60°=58.5(V)

Zd=t7d/R=58.5/5=11.7(A)

，dVT=，d/3=11.7/3=3.9(A)

，vT=1d/V3—6.755(A)

12.在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有

一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓曲波形如何？如果

有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？

答：假設(shè)VTi不能導(dǎo)通，整流電壓曲波形如下：

假設(shè)VTi被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時(shí),

將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。

13.三相橋式全控整流電路，t/2=100V,帶電阻電感負(fù)

載，K=5Q,L值極大，當(dāng)860。時(shí)，要求：

①畫出〃d、id和，VT1的波形；

②計(jì)算Ud、/d、，dT和1vT。

解：①〃d、和，VT1的波形如下:

②Ud、/d、/(1T和IvT分別如下

Ud=2.34U2COsa=2.34X100Xcos60°=117(V)

/d=Ud/K=U7/5=23.4(A)

/DVT=/(I/3=23.4/3=7.8(A)

1vT=/d/6=23.4/百=13.51(A)

14.單相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=1Q,L=8,

E=40V,r2=100V,LB=0.5HIH,當(dāng)汨60。時(shí)求“、4與7

的數(shù)值，并畫出整流電壓〃d的波形。

解：考慮品時(shí)，有：

Ud=0?9U2cosCE—AL7d

△Ud=2XB/d/71

「

Zd=(UE)/R

解方程組得：

Ud=(7T7?0.9J/2COS+2XBE)/(?K+2XB)=44.55(V)

A(7d=0.455(V)

/d=4.55(A)

又???

cosa-cos(a+/)=41/dXB/U2

即得出

cos(60°+/)=0.4798

換流重疊角

/=61.33°-60°=1.33°

最后，作出整流電壓”的波形如下：

15.三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，

t72=100V,R=1Q,L=°O,LB=lmH,求當(dāng)g30。時(shí)、E=50V

時(shí)Ud、/d、/的值并作出“d與%T1和%T2的波形。

解：考慮LB時(shí)，有：

t/d=1.17L/2cosa—At7d

△Ud=3*B/d/2萬

/d=(U「E)/R

解方程組得：

Ud=(7r/?1.17f/2cos67+3XBE)/(2TTK+3MB)=94.63

(V)

△。=6.7(V)

，d=44.63(A)

又?:

cosa—cos(a+/)=2idxB/y[6U2

即得出

cos(30°+y)=0.752

換流重疊角

y=41.28°-30°=11.28°

〃d、》VT1和ivT2的波形如下：

16.三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5Q,L=

、

8,t/2=220V,XB=0.3Q,求“、4、/VD4和/的值并作

出〃d、，VD和的波形。

解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電

路a=0°時(shí)的情況。

Ud=2.34U2cosa一△"

△〃=3%山/71

Id=Ud/R

解方程組得：

Ud=2.34t/2cosa/(1+3XB/^1?)=486.9(V)

/d=97.38(A)

又???

cosa—cos(a+/)=2/dxB/V6r2

即得出

cos/=0.892

換流重疊角

y=26.93°

二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為

1vD=/d/3=97.38/3=32.46(A)

ha=^4=79.51(A)

〃d、IVDl和i2a的波形如下：

17.三相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，E=200V,R=1Q,

L=8,

r2=220V,但60。，當(dāng)①LB=0和②5=lmH情況下分

別求口,、4的值，后者還應(yīng)求y并分別作出曲與與的波形。

解：①當(dāng)LB=0時(shí)：

t7d=2.34t72cosa=2.34X220Xcos60°=257.4(V)

Id=(ULE)/R=(257.4-200)/1=57.4(A)

=

②當(dāng)JLB1IMH時(shí)

Ud=2.34U2cosa一△"

At/d=3XB/d/n

Zd=(t/d-E)/R

解方程組得：

Ud=(2.34^t/2/?cosa+3XBE)/(?K+3XB)=244.15

(V)

/d=44.15(A)

△”=13.25(V)

cosa-cos(￡Z+/)V6

又—2XBZd/t/2

cos(60°+/)=0.4485

7=63.35—60=3.35

〃d、IvTl和1vT2的波形如下：

18.單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

g、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2A+1@=1、2、3……）次即奇次

諧波，其中主要的有3次、5次諧波。

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次諧波。

變壓器二次側(cè)電流中含有徐±1伏=1、2、3……)次的諧波,

其中主要的是5、7次諧波。

20.試計(jì)算第3題中iz的3、5、7次諧波分量的有效值

加、［25、^27°

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

Zd=38.99(A)

于是可得：

“3=2痣4/3"=2痣X38.99/3〃=11.7(A)

45=2拉/d/5〃=2&X38.99/5%=7.02(A)

Z27=2V2/d/17t=272X38.99/In=5.01(A)

21.試計(jì)算第13題中，2的5、7次諧波分量的有效值“5、

解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知

4=23.4(A)

由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量的有效值為：

/25=V6/d/5n=V6X23.4/5n=3.65(A)

Z27=V6Zd/7n=V6X23.4/7Ji=2.61(A)

22.試分別計(jì)算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。

解：①第3題中基波電流的有效值為：

八=2拒4/=272X38.99/n=35.1(A)

基波因數(shù)為

v=h/I=Ii/Zd=35.1/38.99=0.9

電路的輸入功率因數(shù)為：

4=Vcosa=0.9cos30°=0.78

②第13題中基波電流的有效值：

【尸回/Ji=76X23.39/Ji=18.243(A)

基波因數(shù)為

v=/"/=/i//d=0.955

電路的輸入功率因數(shù)為：

2=Vcosa=0.955cos60°=0.48

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(diǎn)：

①三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;

②當(dāng)變壓器二次電壓有效值S相等時(shí)，雙反星形電路的

整流電壓平均值”是三相橋式電路的1/2,而整流電流平

均值4是三相橋式電路的2倍。

③在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系

是一樣的，整流電壓即和整流電流id的波形形狀一樣。

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(gè)方面，一是可以

使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生

的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。

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12a1、2,3???)次諧波，整

流輸出電壓中含有12、24等即12k(k=lf2,3???)次諧

波。

24脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、

47次、49次等，即24A±1(k=l,2,3???)次諧波，整流

輸出電壓中含有24、48等即2軟(k=l,2,3???)次諧波。

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：

①直流側(cè)要有電動(dòng)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；

②要求晶閘管的控制角。＞冗/2,使以為負(fù)值。

27.三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，Z?=1Q,

L=8,〃2=220V,LB=lmH,當(dāng)￡叢二-400V,住600時(shí)求心、

/d與y的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？

解：由題意可列出如下3個(gè)等式：

Ud=2.34U2cos(n-^)-Af7d

△“=3X(/n

Zd=(Ud—%)/R

三式聯(lián)立求解，得

Ud=[2.34乃SAcos(口一￡)+3XBEM]/(乃A+3XB)=一

290.3(V)

Zd=109.7(A)

由下式可計(jì)算換流重疊角：

cosa—cos(a+y)=2鼠BAI/7^。2=01279

cos(120°+/)=—0.6279

7=128.90。-120。=8.90。

送回電網(wǎng)的有功功率為

2

P=I￡W/J-/^=400X109.7-109.7X109.7X1=31.85(W)

28.單相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=1Q,L=8,

t/2=100V,L=0.5mH,3EM=-99V,住60。時(shí)求。八小和/

的值。

解：由題意可列出如下3個(gè)等式：

L7d=0.9(/2cos(〃一￡)一△Ud

△Ud=2XB/d/71

「

Zd=(UEM)/R

三式聯(lián)立求解，得

Ud=[7iR0.9(/2COS(71-)+2XBEM]/(^7?+2XB)=一

49.91(V)

/d=49.09(A)

又?:

cosa-cos(a+/)=V2/dxB/^2=0.2181

即得出

cos(120°+y)=-0.7181

換流重疊角

/=135.9°-120°=15.9°

29.什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪?？

答：逆變運(yùn)行時(shí)，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(dòng)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￡等。

30.單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，

當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時(shí)，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(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求

的晶閘管移相范圍是0~180。，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求

的晶閘管移相范圍是0?90。。

三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求

的晶閘管移相范圍是0~120。，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求

的晶閘管移相范圍是0~90。。

31.三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器

的接法是D,y-5,采用NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后

30。的R-C濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的

聯(lián)結(jié)形式。

解：整流變壓器接法如下圖所示

以a相為例，〃a的120。對應(yīng)于a=90。，此時(shí)”=0,處于

整流和逆變的臨界點(diǎn)。該點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對應(yīng)

于同步信號的300°,所以同步信號滯后％180°,又因?yàn)?/p>

R-C濾波已使同步信號滯后30°,所以同步信號只要再滯

后150°就可以了。

滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式

如下兩幅圖所示。

各晶閘管的同步電壓選取如下表:

晶閘管VTiVT2VT3VT4VT5VT6

同步電一〃sb〃sa一〃sc〃sb一“sa〃sc

壓

第3章直流斬波電路

1.簡述圖3?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(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通

一段時(shí)間n，由電源E向L、R、M供電，在此期間，

=E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間此時(shí)電感L通過二極管

VD向R和M供電，〃。=0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓Uo=

，一xE。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。

Ln+'off

2.在圖3-la所示的降壓斬波電路中，已知E=200V,

/?=10Q,L值極大，EM=30V,T=50°s,t。產(chǎn)20〃s,計(jì)算輸

出電壓平均值輸出電流平均值/。。

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

3.在圖3-la所示的竄斬波電路中，E=100V,

L=lmH,K=0.5Q,EM=10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20

//s,當(dāng)*=5/zs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U。，輸出電流平

均值計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電

流是否連續(xù)。當(dāng)￡°n=3〃s時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。

解：由題目已知條件可得：

m=^-=—=0.1

E100

工='二竺三=0.002

R0.5

當(dāng)，on=5/ZS時(shí)，有

P=1=0.01

T

%>=&=0.0025

T

由于

ap1八0.00251

e^^=0.249>.

ep-1

所以輸出電流連續(xù)。

此時(shí)輸出平均電壓為

V=^￡=1P0X5=25（V）

T20

輸出平均電流為

I=u°'Em=^12=30（A）

oR0.5

輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為

-ap<iq-0.0025

T、

二(1-6g*30.19(A)

/max----------m(l-e-_oa_oi)

1一e-p

eap-l￡(-0.0025i

----------m￡__il-oi黑=29.81(A)

ep-l~Re001-1,

當(dāng)￡°n=3/zs時(shí)，采用同樣的方法可以得出:

ap=0.0015

由于

即10.0151

々^=0.149>%

e“-11e-001-11

所以輸出電流仍然連續(xù)。

此時(shí)輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最

小瞬時(shí)值分別為：

Uo=公后=幽@=15。）

T20

I。==15-10=10(A)

R0.5

fic-0.0015

1-e一。.嘿=10.13(A)

1l-ec-o.oi

“產(chǎn)田而工廠o.，赤=9.873(A)

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)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V處

于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為八,

同時(shí)電容。上的電壓向負(fù)載A供電，因。值很大，基本保

持輸出電壓為恒值心。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為臉，此階段

電感L上積蓄的能量為￡/小。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)后和L共同

向電容C充電并向負(fù)載K提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間

為￡源，則在此期間電感L釋放的能量為a-碩心。當(dāng)電路

工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的

能量相等，即：

化簡得：

r

UQ=0"E=—E

*off*off

式中的T/021,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，已知后50V,L

值和。值極大，必20Q,采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40

〃s,以=25〃s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值”，輸出電流平均

值人。

解：輸出電壓平均值為：

U?！〦=_^2_X5O=133.3(V)

垢40-25

輸出電流平均值為：

，。吟『.667(A)

6.試分別簡述升降壓斬波電路和Cuk斬波電路的基本

原理，并比較其異同點(diǎn)。

答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)

時(shí)，電源E經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時(shí)電流為

認(rèn),方向如圖3-4中所示。同時(shí)，電容C維持輸出電壓基本

恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的

能量向負(fù)載釋放，電流為必方向如圖3?4所示。可見，負(fù)

載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓牝?qū)r(shí)間的積

分為零，即

“Ldf=0

當(dāng)V處于通態(tài)期間，UL=E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL

=~?o°于是：

E,Q=U°-toff

所以輸出電壓為：

改變導(dǎo)通比a,輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電

源電壓低。當(dāng)Ovavl/2時(shí)為降壓，當(dāng)l/2vavl時(shí)為升壓，

因此將該電路稱作升降壓斬波電路。

Cuk斬波電路的基本原理：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E—L—N

回路和R-L—C—N回路分別流過電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí),

E—L—C—VD回路和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(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。

假設(shè)電容C很大使電容電壓的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)

S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓〃B=0，A點(diǎn)電壓〃A二-〃c；相反,

當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，〃B=〃C，〃A=0。因此，B點(diǎn)電壓〃B的平

均值為3苧4（Uc為電容電壓〃c的平均值），又因電感

&的電壓平均值為零，所以后=4=苧4。另一方面，A點(diǎn)

的電壓平均值為力=-半〃，且乙2的電壓平均值為零，按圖

3-5b中輸出電壓U。的極性，有u°=爭4。于是可得出輸出

電壓〃與電源電壓E的關(guān)系：

tta

U=^-E=―^—E=E

°T—on「a

兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)現(xiàn)升降

壓斬波。與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個(gè)明

顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，

且脈動(dòng)很小，有利于對輸入、輸出進(jìn)行濾波。

7.試?yán)L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：

Sepic斬波電路

在V導(dǎo)通b期間，

ULI=E

UL2=出

在V關(guān)斷如f期間

UIA=E-UQ—tki

Ui2=-UQ

當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感￡l、/2的電壓平均值均為零,

則下面的式子成立

Eton+(E-Uo-Uci)toff—0

Uciton—Uo^off-O

由以上兩式即可得出

〃二媼七

%f

Zeta電路的原理圖如下：

在V導(dǎo)通％期間，

s尸E

的2=E—Uci—Uo

在V關(guān)斷。期間

3=Uci

UL?=-UO

當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感心、心的電壓平均值均為零,

則下面的式子成立

Eton+Ucitoff=0

^E—Uo—Uci)ton—Uo^off—0

由以上兩式即可得出

UF媼E

,off

8.分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖

3-7b的波形，繪制出各個(gè)階段電流流通的路徑并標(biāo)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(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1

象限；V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能

轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)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:

區(qū)導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電:

%關(guān)斷，VDi續(xù)流:

9.對于圖3-8所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)

機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并

繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。

解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由V3和VD3構(gòu)成

的降壓斬波電路工作，此時(shí)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(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電源向M供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路

徑如下圖：

當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過VD3續(xù)流，電流路徑如下圖:

10.多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)？

答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)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(fù)載電流

的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)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?cái)夭娐愤€具有備用功能，各斬波單

元之間互為備用，總體可靠性提高。

第4章交流電力控制電路和

交交變頻電路

1.一調(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(fù)載，在。=0時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為

最大輸出功率的80%,50%時(shí)的開通角a。

解：a=0時(shí)的輸出電壓最大，為

兀

U°max=h

2Udcot=U{

此時(shí)負(fù)載電流最大，為

1_"omax_Ui

O1Y13XDD

KK

因此最大輸出功率為

U；

R

輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有:

萬=。.此aJ屈"2

VIHuAK

此時(shí),

Uo=Vast/,

又由

sin2a7t-a

F—+——

解得J

a=60.54°

同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有:

u。=而5

又由

八〃Isin2a冗一a

4=U+——

VL71加

a=90

2.一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V,阻感串聯(lián)作

為負(fù)載，其中A=0.5Q,￡=2mHo試求：①開通角。的變

化范圍；②負(fù)載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此

時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；④當(dāng)。時(shí)，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：①負(fù)載阻抗角為：

(P=arctan(―)=arctan(2-50x2x10')=0,89864=51.49°

￥R0.5

開通角。的變化范圍為：

(p<a<7t

即

0.89864<a<7i

③當(dāng)a=8時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)

輸出功率最大，為

=L/20]R=37?532(KW)

功率因數(shù)為

37532

2=0.6227

也220x273.98

實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即

cos方0.6227

④。時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式(4?7)得

2

-9

sin(>0-0.89864)=si嗚-0.89864)產(chǎn)

解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為：

6?=2.375=136.1°

也可由圖4?3估計(jì)出6的值。

此時(shí)，晶閘管電流有效值為

VT=7&z力sin0cos(2ez+0+6)

COS。

220X2375s,”2.375xcos("+0.89864+2.375)_]232(A)

)

岳x0.803V凸cos0.89864*(

電源側(cè)功率因數(shù)為

其中：

70=V2/VT=174.2(A)

于是可得出

I；R174.22xQ.5

=0.3959

~220x174.2

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(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？

答：交流調(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(gè)周期對輸出電壓波

形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾

個(gè)周波，再斷開幾個(gè)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(fù)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(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。

在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(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(jì)制造。

交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制

對象。由于控制對象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對交流電源

的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。

4.什么是TCR,什么是TSC?它們的基本原理是什

么？各有何特點(diǎn)？

答：TCR是晶信管控制電抗器。TSC是晶閘管投切電容器。

二者的基本原理如下：

TCR是利用電抗器來吸收電網(wǎng)中的無功功率（或提供

感性的無功功率），通過對晶閘管開通角確的控制，可以

連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)TCR從電網(wǎng)中吸收

的無功功率的大小。

TSC則是利用晶閘管來控制用于補(bǔ)償無功功率的電容

器的投入和切除來向電網(wǎng)提供無功功率（提供容性的無功

功率）。

二者的特點(diǎn)是：

TCR只能提供感性的無功功率，但無功功率的大小是連

續(xù)的。實(shí)際應(yīng)用中往往配以固定電容器（FC）,就可以在從

容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。

TSC提供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)?/p>

需要。其提供的無功功率不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但在實(shí)用中只要

分組合理，就可以達(dá)到比較理想的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

5.單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整

流電路有什么不同？

答：單相交交變頻電路和直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控

整流電路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯(lián)的可控整

流電路組成。但兩者的功能和工作方式不同。

單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電，

通常用于交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，兩組可控整流電路在輸出交流

電壓一個(gè)周期里，交替工作各半個(gè)周期，從而輸出交流電。

而直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電

變?yōu)橹绷麟?，兩組可控整流電路中哪一組工作并沒有像交

交變頻電路那樣的固定交替關(guān)系，而是由電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)

的需要決定。

6.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？

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(dāng)交交變頻電路中采用常

用的6脈波三相橋式整流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于

電網(wǎng)頻率的當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電

路輸出的上限頻率為20Hz左右。

當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，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(yán)重，電壓波形畸變和由此引起的電

流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的

7.交易變頻電路的主要特點(diǎn)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(diǎn)是：

只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作；

低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。

交交變頻電路的主要不足是：

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(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)

等場合。

8三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(jìn)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(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)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(dòng)

機(jī)三個(gè)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?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)不和變頻

器中性點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)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(jìn)線必須隔離,

因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。

9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?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C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?yàn)闃蚴诫娐纺軌蜉^長時(shí)間工作在高輸出電壓區(qū)

域（對應(yīng)梯形波的平頂區(qū)），a角較小，因此輸入功率因數(shù)

可提局15%左右。

10.試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說

這種電路有較好的發(fā)展前景？

答：矩陣式變頻電路的基本原理是：

對輸入的單相或三相交流電壓進(jìn)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(diǎn)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1,也可控制為需要的功率因數(shù);

能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行；不通

過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。

矩陣式交交變頻電路的主要缺點(diǎn)是：所用的開關(guān)器件為

18個(gè)，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(jī)調(diào)速時(shí)輸出

電壓偏低。

因?yàn)榫仃囀阶冾l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1,且能量雙向

流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)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(gè)開關(guān)器件，卻省去直流