電力電子技術(shù)第四版答案

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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7章軟開(kāi)關(guān)技術(shù)....................................40

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

如不慎侵犯「你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知!

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(yáng)極電壓，并在門極

施加觸發(fā)電流(脈沖)?；颍篣A/O且

Ar\Ur\

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

為關(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(guò)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143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鼠，試計(jì)算各波形的電流平均值l>),、喋

md11azd3

與電流有效值I

23°

「“媵s

0—20-J20—2

4442

a)圖143晶曲管導(dǎo)電波形圖C)

1-43

Isintd(t)_jm1m

I~

解:a)%廠=.=l(2)0,27171

—nrTrTU.4/6/I

sint尸d(t)~-ox

1=\1-(I

m

Zmtd(2t)^_m^2L_

4sin1)U.b4341m

I2

b)d2?

m

4『CT!

2='1_(l2I\,31

sint)2d(t)=m0.67411

m2—&Um

4

C)I=1=1L

2mo4

3二口.=T?

2I!m

2

2d(

t)

2om

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4.上題中如果不考慮安全裕量，問(wèn)100A的晶閘管能送出的平均

電流號(hào)、*2、*3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值口1、1m2、Im3

d1dzd3mlm2mo

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(jì)算結(jié)果知

a)lm1L329.35,ld10.27171m189.48

0.4767

b)lm2L232.90,ld20.54341m2126.56

0.6741

c)I=21=314,l=1l=78.5

/m3'udo3-mo3

4

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P[N『2和1\1尸2電構(gòu)成

兩個(gè)晶體管V_,、V),分別具有共基極電流增益和，由普通晶閘管

的分析可得，+=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。+>1,兩個(gè)等

效晶體管過(guò)飽和1而導(dǎo)通；+<1,不能維持飽和導(dǎo)逋而關(guān)斷。

GTO之所以能夠自行關(guān)斷，箍普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO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V,控制靈敏，易于GTO

24

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+1.05?GTO的飽和程度不深，接近手臨舞飽和，

這樣為門極拴制笑斷提供了有利條件；

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(kāi)路時(shí)極易受靜電干擾

而充上超過(guò)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)：

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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(tái)、電烙鐵必須接地，測(cè)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(guò)高

④漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)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(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)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(kāi)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(jiǎn)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(guò)電壓，du/dt

或過(guò)電流和di/dt,減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。

RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)，Cs經(jīng)Rs放電，Rs

起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VD.從C,分流，使

SS

du/dt減小，抑制過(guò)電壓。

9.試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

解：對(duì)IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表:

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器件優(yōu)共缺點(diǎn)

開(kāi)關(guān)速度圖，開(kāi)關(guān)損耗

小，具有耐脈沖電流沖開(kāi)關(guān)速度低于電力

IGBT擊的能力，通態(tài)壓降較MOSFET,電壓，電流

低，輸入阻抗高，為電容量不及GTO

壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小

開(kāi)關(guān)速度低，為電流

耐壓局，電流大，開(kāi)關(guān)

驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率

GTR特性好，通流能力強(qiáng)，

大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，

飽和壓降低

存在一次擊穿問(wèn)題

電流關(guān)斷增益很小，

電壓、電流容量大，適關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖

用于大功率場(chǎng)合，具有電流大，開(kāi)關(guān)速度

GTO

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)

能力很強(qiáng)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻

率低

升天速度快，輸入阻抗

電流容量小，耐壓

高，熱穩(wěn)定性好，所需

電力低，一般只適用于功

驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路

MOSFET率不超過(guò)10kW的電

簡(jiǎn)單，工作頻率身，不

力電子裝置

存在二次擊穿問(wèn)題

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第2章整流電路

1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L=20mH,U2=

100V,求當(dāng)a=0和60時(shí)的負(fù)載電流"，并畫出"與北波形。

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(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓,

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》的一個(gè)周期里，以下方程均成立：

.di<-

L—a-2Usint

dt2

考慮到初始條件：當(dāng)t=0時(shí)id=0可解方程得：

i.2U[(icost)

dL

"；：絆^(13t)d(t)

=理士=22.51(A)

L

Ud與id的波形如下圖：

當(dāng)a=60時(shí)，在取正半周期60~180期間晶閘管導(dǎo)通使電

感L彳翰昌電感L儲(chǔ)藏的能量在叫負(fù)半周期180~300期間釋放,

因此在,一個(gè)周期中60-300期間以下微分方程成立：

di1—

L-j^-7OU?sint

考慮初始條件：當(dāng)t=60時(shí)id=0可解方程得:

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L空（216t）

其平均值為

I1.國(guó)2（1cost）d（t）=卬2=11.25（A）

d2-L22L

此時(shí)5與id的極形如下圖：

dd

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(wèn)

該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)明：①晶閘管承受的最大反向

電壓為2招J；②當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波

形與單相全控赫時(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(méi)有

直流磁化的問(wèn)題。

因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)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(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為

零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)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VT2為例。當(dāng)VT〔導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT?通過(guò)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々口。

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)鬲相

同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（0?a）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；

（a~7i）期間，單相^波電路中VT〔導(dǎo)通單相全控橋電路中VT「

VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓,相等；（兀a）期間，均無(wú)

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晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；（

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7i+a~2兀）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u2o

對(duì)于電負(fù)載：（a~兀+a）期間，單I聆波邨的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外相等；

（九+a~27t+a）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u2o

可見(jiàn)，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，U2=100V,負(fù)載中R=2Q,L值

極大，當(dāng)a=30°時(shí)，要求：①作出％、和i2的波形；

②求整流輸出平均電壓Ud、電流L變壓器二次電流有效值

2；

③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。

『"=77.97/2=38.99（A）

=

'2ld=38.99（A）

③晶閘管承受的最大反向電壓為：

0"=100.=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。

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流過(guò)晶閘管的電流有效值為：

5=1，0=27.57（A）

晶閘管的額定電流為：

1「（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-

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(huì)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，U2=100V,負(fù)載中R=2。，L值極

大，反電勢(shì)E=60V,當(dāng)=30時(shí)，要求：

①作出明、）和i2的波形;

dd2

②求整流輸出平均電壓Ud、電流"，變壓器二次側(cè)電流有效值

dd

③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。

解：①"、id和i2的波形如下圖：

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分別為

5=0.9U2cosa=0.9X100Xcos30°=77.97(A)

ld=(Ud-E)/R=(77.97-60)/2=9(A)

=l

l2d=9(A)

③晶閘管承受的最大反向電壓為：

必=100/=141.4(V)

流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

lVT=ld//=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：

1=(1.5?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V「,、VT2為晶閘管)，電路

如圖2-11所示，U2=100V,電阻電感負(fù)載，R=2。，L值很大，當(dāng)

=60時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出u、/、/的波形。

解：紇、id、小、ip的波形如下圖：

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負(fù)載電壓的平均值為：

1-1cos(/3)—A675勺(\/)

匕-_<2U2sintd(t)0.9U2——"'”)

負(fù)載電流前平均值為：

ld=U，R=67.52/2=33.75(A)

流過(guò)晶閘管VT「VT2的電流有效值為：

.=《『19.49(A)

流過(guò)二極管VDQ、VD尚電流有效值為：

\=,2"|=27.56(A)

VD{(U

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”的波形。

解：假設(shè)o,當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，”的波形如下：

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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(shì)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(wèn)變壓

器鐵心是否被直流磁化，為什么？

圖2-60變壓器二次繞組的觸折接法及其矢量圖

答：變壓器鐵心不會(huì)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)a1c^對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，q

的電流向下流，c2的電流向上流；當(dāng)qb2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，q

的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng)13日2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b1

的電流向下流，場(chǎng)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(guò)，流過(guò)的電流大小相

等而方向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵

心不會(huì)被直流磁化。

9.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)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?cè)谙辔簧喜疃嗌俣龋?/p>

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答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)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?cè)谙辔簧舷嗖?80。

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(yáng)極接法，如果它們的觸發(fā)角都是，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖

與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，例如都是a相，在相位上差

多少度？

答：相差180°。

11.三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5

。，L值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求：

①畫出為、id和如的波形；

②計(jì)算5、〃、4和〔VT。

解：①Ud、id和im的波形如下圖：

②Ud、［1仃和IT分別如下

COSCOS

Ud=1.17U29=1.17X100X60°=58.5(V)

I=U/R=58.5/5=11.7(A)

ddH

ldVT=ld/3=11.7/3=3.9(A)

lVT=ld//=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)的整流電壓為波形如何？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？

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答:假設(shè)VT,不能導(dǎo)通，整流電壓心波形如下:

假設(shè)VTi被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管或?qū)〞r(shí)，將發(fā)

1O□

生電源相間短路，使得Q、、也可能分別被擊穿。

VTOVO

13.三相橋式全控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5

Q,L值啰大，當(dāng)=60時(shí)，要求:

①畫出心、id和3的波形；

②計(jì)算5、％片和IT。

「11代1175=23.4(A)

IDVT=I心=23.43=7.8(A)

lVT=l/312343=>3.51(A)

14.單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Q,L=8,

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E=40V,U=100V,L=0.5mH,當(dāng)=60時(shí)求5、)與的數(shù)值，

2Bdd

并畫出整流電壓Ud的波形。

解：考慮LR時(shí)，有：

Ud=0.9U2cosa-AUd

△Ud=2Xgl』

I=(U-E)/R

dd

解方程組得：

ud=(7tR0.9U2cosa+2XBE)/(^+2^)=44,55(V)

AUd=0.455(V)

L=4.55(A)

又???

cos-COS()=72ldXB/U2

即得出

cos(60)=0.4798

換流重疊角

=61.33°60°=1.33°

15.三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U2=100V,

R=1Q,L=8,LB=1mH,求當(dāng)=30時(shí)、E=50V時(shí)"、3的值

并作出,與和ivT2的波形。

解：考慮LR時(shí)，有：

U=1.17U2oo^-AUd

△5=3%/兀

『(Ud-E)/R

解方程組得：

Ud=(7rR1.17U2cosa+3XBE)/(2兀R+3%)=94.63(V)

AUd=6.7(V)

如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知!

Id=44.63(A)

又「

cos(30)=0752

換流重疊角

=41.28°30°=11.28°

ud＞如和/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,

U2=220V,%=0.30,求§%ID、%和的值并作出ud＞顯和

i2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。

U=2.34U2oo^-AUd

A5=3X8g

『u"

解方程組得：

Ud=2.34U2cosa/(1+3%/求)=486.9(V)

ld=97.38(A)

如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知!

又???

cos

cos()—2ldXg/

即得出

=0.892

換流重疊角3

=26.93°

二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為

1D=I心=97.383=32.46(A)

12a=E『7951(A)

\3

”、ivD1和i2a的波形如下：

17.三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，E=200V,R=1。，1_二8,

U=220V,=60,當(dāng)①LR=0和②情況下分別求U.>I.

/DDQQ

的值，后者還應(yīng)求并分別作出”與J的波形。

解：①當(dāng)LR=0時(shí)：'

D

Ud-Z.^U2COS?-Z.J4^ZZUACOSOU-ZS/.4

()

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

②當(dāng)LR=1ITIH時(shí)

D

COSOI

Ud=2.34U29-AUdH

△5=3中，n

如不慎侵犯了你的權(quán)益,請(qǐng)聯(lián)系我們告知!

l=（U-E）/R

解方程組得：

4=(2.347tU2Roosa+3XBE)/(#+3%)=244.15(V)

ld=44.15(A)

AUd=13.25(V)

又;cos-COS()=2*/V6U2

cos(60)=0.4485

y=63.35-60=3.35°

Ud>1Vpi和17T2的波形如下：

U

2

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：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚湔鬏敵鲭妷褐泻?k（k=1、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2k+1（k=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

如不慎侵犯「你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！

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？

如不慎侵犯/你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們看知!

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6k1(k=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i,的3、5、7次諧波分量的有效值J、J、

127。

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

ld=38.99(A)

于是可得：

123=2^1^71=22牙38.90371=11.7(A)

%5=2亞I心兀=22個(gè)8.9碗=7.02(A)

%7=2避1〃兀=22^-38.9^771=5.01(A)

21.試計(jì)算第13題中i,的5、7次諧波分量的有效值J、l?7o

解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知

『23.4(A)

由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量的有效值為：

l25=v.Hld/5^=、8X23.4/5冗=3.65(A)

L=河，7冗=廣義23.4/7冗=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：

l1=2v2ld/^=2^X38.99/冗=35.1(A)

基波因數(shù)為

=*/I=*/『35.1/38.99=0.9

電路的輸入功率因數(shù)為：

=cos=0.9cos30°=0.78

②第13題中基波電流的有效值：

\=glj冗=廣義23.39/冗=18.243(A)

基波因數(shù)為

=(/l=li/『。.955

如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！

電路的輸入功率因數(shù)為：

=cos=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5相等時(shí)，雙反星形電路的整流電

壓平均值5是三相橋式電路的1/2,而整流電流平均值"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％和整流電流"的波形形狀一樣。

dd

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(wú)功功率

對(duì)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12k1、(k=1,2,3???)次騰宓整輸出電田中含

有12、24等即12k(k=1,2,3???)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24k1(k=1,2,3???)次圖宓輸渝出電曲哈有

24、48等即24k(k=1,2,3???)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昌流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，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a>n/2,使Ud為負(fù)值。

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27.三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1。，L=8,

U2=220V,LB=1mH,當(dāng)EM=400V,=60時(shí)求”、)與的值，

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(^P)-AUd

△5=3%)/兀

ld=<U-EM)/R

三式聯(lián)立求解，得

Ud=[2.347iU2Rcos(^3)+3XgEM]/(7iR+3^)=-290.3(V)

『1097(A)

由下式可計(jì)算換流重疊角：

cos—cos()—2Xgld/^pU2—0.1279

COS(120)=06279

Y=128.90-120=8.90

送回電網(wǎng)的有功功率為

P=|E???2R=400X109.7-109.72X109.7X1=31.85(W)

Mdd

28.單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1。，L=8,U2=100V,

L=0.5mH,當(dāng)EM=-99V,=60時(shí)求§和的值。

解：由題意可列出如下3個(gè)等式：

Ud=0.9U2cos(7i-p)-AUd

△5=2X61m

(

.Ud-EM)/R

三式聯(lián)立求解，得

Ud=[7rR0.9U2cos(7t-p)+2XBEM]/(九R+詼)=-49.91(V)

ld=49.09(A)

又???

cos-cos()=72ldXB/U2=0.2181

即得出

cos(120)=-0.7181

換流重疊角

=135.9°120°=15.9°

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29.什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪。?/p>

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(huì)通過(guò)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(shì)變

為順向串聯(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B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：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，?dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管

移相范圍是。?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0~90o

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。?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0~90o

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，ua.的120對(duì)應(yīng)于a=90，止團(tuán)寸Ud『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(duì)應(yīng)于同步信號(hào)的

300，所以同步信號(hào)滯后為180°,又因?yàn)镽-C濾波已使同步信

號(hào)滯后30°,所以同步信號(hào)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。

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sb

a

各晶閘管的同步電壓選取如下表:

品閘管

V"VI3VI4VT5VT6

-

同步電u~uUsbu

一%Sdoscsa%

壓

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第3章直流斬波電路

1.簡(jiǎn)述圖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(gè)控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間

t,由電源E向L、R、M供電，在此期間，5=E。然后使V關(guān)斷

ono

一段時(shí)間t此時(shí)電感L通過(guò)二極管VD向R和M供電，u=0o

ono

一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓u0=LE。輸出電壓小于電源電壓，

'tt

起到降壓的作用。0noff

2.在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V,R=10Q,

L值極大，EM=30V,T=50|iS,t°『20NS計(jì)算輸出電壓平均值U。，

輸出電流平均值I。。

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

U.』。nE=20200=80(V)

T-50~

輸出電流平均值為

L=UO-EM=8030=5(A)

R10

3.在圖所示的降壓斬波電路中，E=100V,L=1mH,R=0.5

Q,EM=10V,采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20|is,當(dāng)t0;5Hs時(shí)，

計(jì)算輸出電壓平均值U。，輸出電流平均值I。，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)［=3即時(shí)，重新進(jìn)

行上述計(jì)算。

解：由題目已知條件可得：

m=EM=10=0.1

~Eioo

T=L=0001=0,002

R0.5

當(dāng)％;5海時(shí)，有

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p=T^0.01

=%=0.0025

由于

e1=6900251=0.249>m

所以輸出電流連續(xù)。

此時(shí)輸出平均電壓為

U=tonE=10°5=25(V)

T20

輸出平均電流為

UE2510

lo=Q-M==30(A)

°R0.5

輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為

T_1eE_1eo.oo25100=30.19(A)

max--------------——-------------―

1eR1eo.oi0.5

T_e1E_eooo251100=29.81(A)

min-------------H——------------——

e1Reo.0110.5

當(dāng)t=3gs時(shí)，采用同樣的方法可以得出：

on「

ap=0.0015

由于

e1=e。=1=o.i49>m

e1eooi1

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：

U=tonE=10°3=15(V)

T20

UE151Q

lo=o~M==10(A)

1600015100

I二01=10.13(A)

1e0010.5

I二eo.0015110°;9.873(A)

mm------------------------

eooi10.5

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4.簡(jiǎn)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同時(shí)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U。。設(shè)V

處于通態(tài)的時(shí)間為t,此階段電感L上積蓄的能量為Elt。當(dāng)V處

81on

于斷態(tài)時(shí)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(shí)間為t什，則在此期間電感L釋放的能量為uElt0

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：

EltUEIt

/r卜gZQ1ono1off

U-oo—-oft-E—E

0tt

式中的T/t1，輸出電壓高于國(guó)源電壓了故稱該電路為升壓斬波電

路。°ff

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(dāng)T=40ps,t=25ps時(shí)，

計(jì)算輸出電壓平均值U,輸出電流平均值Io＜，n

解：輸出電壓平均值為：°

U二1F=加50-133.3(V)

°驍4025

輸出電流平均值為：

I/0=133.3=6.667(A)

。R~20~

6.試分別簡(jiǎn)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(kāi)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i2，方向

如圖3-4所示?？梢?jiàn)，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性

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相反。

■—If—HI請(qǐng)聯(lián)系我們告知

穩(wěn)態(tài)時(shí),一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓史對(duì)時(shí)間的積分為零,

即

Tudt0

當(dāng)V處于通態(tài)期間，U1=E；°擊當(dāng)V處于斷態(tài)期間，U1=-uo

LL0

于是：

EtUt

所以輸出電壓為：0n°

改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可我比電源鐮高，也可以比電源電壓低。

當(dāng)0<<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<<1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—L1一V回路和R

—1_2-C—V回路分別流過(guò)電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，E一1一C一VD

回路和R—1_2-VD回路分別流過(guò)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(kāi)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uc的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S合到B

點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓u=0-A點(diǎn)電壓u=-u；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，

DRrA\Lr

u=u=0o因此，B點(diǎn)電壓UR的平均值為Ut竺JJ（u「為電

BTc

容電壓Uc的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以

1l

匚“o為一萬(wàn)囿，A點(diǎn)的電壓平均值為口onL），且L

EU-aff-MUu_22,u2

BTcATc

的電壓平均值為零，按圖3-5b中輸出電壓U。的極性，有u

o1"C

于是可得出輸出電壓U。與電源電壓E的關(guān)系：

U

0E1-E

兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能篁一致的，國(guó)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(duì)輸入、

輸出進(jìn)行濾波。

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7.t麟制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所a)波電路

在V導(dǎo)通t期間，

on

u=E

LI

u=u

在V關(guān)斷t期間

offu=EDuu

LIoCl

u二u

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

12

面的式子成立

Et+(Euu)t=0

onoCloff

utut=0

由以上兩式即可得出G

在V關(guān)斷t期間

offu=u

LICl

u二u

L2o

如不慎侵犯「你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！

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

12

面的式子成立

Et+ut=0

(Euu)tut=0

C，

由以上兩式即可得出°0r1°°f

U二葭E

0t

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，和VD1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VD?

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)殡娔芊答伒诫娫矗?/p>

使電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。