電力電子技術(shù)第四版王兆安習(xí)題復(fù)習(xí)資料

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章溝通電力限制電路和交交變頻電路????26

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

第6章PWM限制技術(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

i.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）。

或：WAK>0且MGK>0O

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中陰影局部為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為

An，試計(jì)算各波形的電流平均值如、412、及電流有效值/1、，2、ho

圖1-43晶閘管導(dǎo)電波形

解：a)/di=—C/,?sin69TJ(69/)=—(-^-+1)?

0.2717I

2n2n2m

n0.4767Im

b)Zd2=：￡Imsin，(等+1卜0.5434Im

A=J5g(/，，，sin3)2d(3)=^

-?0.6741/w

1r-1

4.上題中假如不考慮平安裕量，問100A的晶閘管能送出的平均電流知、如、小各為

多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值/ml、，m2、An3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)/mix?329.35,/di=0.2717Imi?89.48

b)Im2x?232.90,/d2?0.5434Im2-126.56

c)/m3=27=314,/d3=-/m3=78.5

4

5.GTO和一般晶閘管同為PNPN構(gòu)造，為什么GTO可以自關(guān)斷，而一般晶閘管不

能？

答：GTO和一般晶閘管同為PNPN構(gòu)造，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管Vi、V2,

分別具有共基極電流增益必和由一般晶閘管的分析可得，%+%=1是器件臨界導(dǎo)

通的條件。a產(chǎn)出＞1,兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；%+&VI,不能維持飽和導(dǎo)通

1IAv

而關(guān)斷。

GTO之所以可以自行關(guān)斷，而一般晶閘管不能，是因?yàn)镚TO及一般晶閘管在設(shè)計(jì)

和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：

DGTO在設(shè)計(jì)時(shí)％較大，這樣晶體管V2限制靈敏，易于GTO關(guān)斷；

2)GTO導(dǎo)通時(shí)的%+%更接近于1,一般晶閘管四+%2115,而GTO則為

%+%土1?05,GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極限制關(guān)斷供應(yīng)了有

利條件；

3)多元集成構(gòu)造使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的間隔大為縮短，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，簡(jiǎn)潔被擊穿而損壞。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)留意以下幾點(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(tái)、電烙鐵必需接地，測(cè)試時(shí)全部?jī)x器外殼必需接地；

③電路中，柵、源極旬常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高

④漏、源極間也要實(shí)行緩沖電路等措施汲取過電壓。

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)多采納專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。

GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有肯定的過

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)電路能供應(yīng)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)電路供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的

幅值和陡度，且一般須要在整個(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局

部。

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)潔。

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，dW出或過電流和出/也，

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，Rs起到限制放電電流

的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)V4從Cs分流，使dWdf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(duì)IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比擬如下表：

器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有

開關(guān)速度低于電力

耐脈沖電流沖擊的實(shí)力,通態(tài)壓

IGBTMOSFET,電壓，電流容量

降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)

不及GTO

動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小

開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，

耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，

GTR所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路

通流實(shí)力強(qiáng)，飽和壓降低

困難，存在二次擊穿問題

電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)

電壓、電流容量大，適用于大功

門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速

GTO率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其

度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電

通流實(shí)力很強(qiáng)

路困難，開關(guān)頻率低

開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)

電流容量小，耐壓低，一般

電力定性好,所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)

只適用于功率不超過10kW

MOSFET電路簡(jiǎn)潔，工作頻率高，小存在

的電力電子裝置

二次擊穿問題

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，￡=20mH,[72=100V,求當(dāng)。=0和

60時(shí)的負(fù)載電流，d,并畫出〃d及id波形。

解：Q=0時(shí)，在電源電壓〃2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

場(chǎng)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

接著導(dǎo)通。因此，在電源電壓〃2的一個(gè)周期里，以下方程均成立：

考慮到初始條件：當(dāng)3=0時(shí)id=o可解方程得：

=-------1=22.51(A)

a)L

股及id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)通使電感心儲(chǔ)能，電感/，貯

存的能量在〃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：

考慮初始條件：當(dāng)欣=60時(shí)id=0可解方程得：

其平均值為

)()

Id=—fj2^4(1_cos^)d(^r==11.25A

D2TIcoL22o)L

此時(shí)Nd及id的波形如下圖：

23571011

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行1人；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及單相全控橋時(shí)一樣。

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(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狀況。

①以晶閘管VT2為例。當(dāng)VTi導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過VTi及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瓶U”

②當(dāng)單相全波整流電路及單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角a一樣時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載:

(0~Q)期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;(a~〃)期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，

單相全控橋電路中VTKVT4導(dǎo)通，輸出電壓均及電源電壓〃2相等；(萬~〃+a)期間，

均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;(乃+1~2萬)期間，單相全波電路中VTz導(dǎo)通，單相全

控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于-〃2。

對(duì)于電感負(fù)載：(a~左+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，輸出電壓均及電源電壓“2相等；(江+。~2兀+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，兩者的輸出電壓一樣，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也一樣。

3.單相橋式全控整流電路，S=100V,負(fù)載中R=2。，L值極大，當(dāng)a=30°時(shí)，

要求：①作出"d、id、和的波形；

②求整流輸出平均電壓小、電流/d，變壓器二次電流有效值，2；

③考慮平安裕量，確定晶恒管的額定電壓和額定電流，

解：①〃d、id、和力的波形如下圖：

②輸出平均電壓“、電流〃，變壓器二次電流有效值A(chǔ)分別為

Ud=0.9U2cosa=0.9X100Xcos300=77.97(V)

/d=Ud/R=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：

41U1=100VI=141.4(V)

考慮平安裕量，晶閘管的額定電壓為：

如=(2-3)X141.4=283?424(V)

詳細(xì)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=/d/V2=27.57(A)

晶閘管的額定電流為：

/N=(1.5-2)X27.57/1.57=26-35(A)

詳細(xì)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：留意到二極管的特點(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

局部。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，溝通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K=2Q,L值極大，反電勢(shì)E=60V,當(dāng)

0=30時(shí)，要求：

①作出〃八id和i2的波形；

②求整流輸出平均電壓Ud、電流如變壓器二次側(cè)電流有效值4

③考慮平安裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。

解：①〃八id和打的波形如下圖：

②整流輸出平均電壓■、電流如變壓器二次側(cè)電流有效值上分別為

Ud=0.9SCOSQ=0.9X100Xcos30°=77.97(A)

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

h=Ia=9(A)

③晶閘管承受的最大反向電壓為：

&S=10071=141.4(V)

流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

hT=Id/V2=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：

，N=(1.5~2)X6.36/1.57=6~8(A)

晶閘管額定電壓和電流的詳細(xì)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,t/2=100V,

電阻電感負(fù)載，R=2Q,L值很大，當(dāng)0=60時(shí)求流過器件電流的有效值，并作出〃八id、

人叮、的波形。

解：i(i、AT、M的波形如下圖：

負(fù)載電壓的平均值為：

4=-CV2t/.sincotd(cot)=0.9t/.1+C°S(；r/3)=67.5(V)

42

負(fù)載電流的平均值為：

，d=Ud/R=67.52/2=33.75(A)

流過晶閘管VTi、VT2的電流有效值為：

-/(i=19.49(A)

V3

流過二極管VD3、VDa的電流有效值為:

/VD=/d=27.56(A)

7.在三相半波整流電路中，假如a相的觸發(fā)脈沖消逝，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性

負(fù)載下整流電壓卬的波形。

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

當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，見的波形如下：

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(shì)一樣，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(huì)被直流磁化。緣由如下：

變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng)aw?對(duì)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)cibz對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，0的電流向下流，bz的電流向上流；當(dāng)bia2

對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，也的電流向下流，重的電流向上流；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(huì)被直流磁化。

9.三相半波整流電路的共陰極接法及共陽(yáng)極接法，a、b兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)

嗎？假如不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣龋?/p>

答：三相半波整流電路的共陰極接法及共陽(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，假如它

們的觸發(fā)角都是那末共陰極組的觸發(fā)脈沖及共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來說，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，^2=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5Q,L值極大，當(dāng)0=60

時(shí)，要求：

①畫出“八id和ivn的波形；

②計(jì)算Ud、/d、/dT和，VT。

解：①〃d、id和RF的波形如下圖：

②Ud、/d、/dT和，VT分別如下

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

7d=t7d/R=58.5/5=11.7(A)

/dVT=7d/3=11.7/3=3.9(A)

A'T=Zd/V3=6.755(A)

12.在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，假如有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整

流電壓"d波形如何？假如有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？

答：假設(shè)VI不能導(dǎo)通，整流電壓〃d波形如下：

假設(shè)VTi被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VTs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，S=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5QfL值極大，當(dāng)《=60

時(shí)，要求：

①畫出“d、id和ivTl的波形；

②計(jì)算Ud、/d、/dT和/'To

解:①〃d、id和ivTI的波形如下：

②Ud、，d、/dT和分別如下

Ud=2.34U2Cosa=2.34X100Xcos600=117(V)

Zd=t/d//?=117/5=23.4(A)

/DVT=/d/3=23.4/3=7*8(A)

ZvT=/d/V3=23.4/V3=13.51(A)

14.單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Q,L=8,E=40V,L72=1OOV,LB=0.5mH,

當(dāng)o=60時(shí)求■、〃及了的數(shù)值，并畫出整流電壓〃d的波形。

解：考慮LB時(shí)，有：

Ud=0.9U2cosa一△"

△Ud=2XB/d/Tt

Id=(ULE)//?

解方程組得：

Ud=(〃R0.9Scosa+2XBE)/(乃A+2XB)=44.55(V)

△Ud=0.455(V)

/d=4.55(A)

又???

cosa-cosQ+y)=41/dXB/U2

即得出

cos(60°+/)=0.4798

換流重疊角

y=61.33°-60°=1.33°

最終，作出整流電壓口的波形如下：

15.三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，t/2=100V,R=lQtL=oo,LB=lmH,

求當(dāng)a=30時(shí)、E=50V時(shí)3、小’的值并作出〃d及ivn和ivT2的波形。

解：考慮品時(shí)，有：

Ud=l.17Scosa—

△Ud=3XB/d/27r

/<1=(3—￡)/R

解方程組得：

3=(TrAl.17U2Cosa+3XBE)/(2;TR+3XB)=94.63(V)

△Ud=6.7(V)

Zd=44.63(A)

又「

coscr—cos@+y)=2/dXB/V6Ui

即得出

cos(30°+/)=0.752

換流重疊角

/=41.28°-30°=11.28°

?d>IVTl和IVT2的波形如下：

16.三相橋式不行控整流電路，阻感負(fù)載，R=5Q,L=8,t/2=220V,XB=0.3Q,求

Ua.Id，上和y的值并作出外.、刖,和為的波形。

解：三相橋式不行控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路a=0”時(shí)的狀況。

Ua=2.34Seosa-△1

△Ud=3XB/d/Tt

Id=Ud/R

解方程組得：

Ud=2.34Seosa/(1+3XB/%R)=486.9(V)

Zd=97.38(A)

又「

coser—COS@+Y)=2/tlXB/46Ui

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(cè)電流的有效值分別為

Ivii/3=97.38/3=32.46(A)

72a=^|Zd=79.51(A)

〃d、iv'Dl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=1Q,I尸8,S=220V,a=60,

當(dāng)①LB=0和②LB=lmH狀況下分別求以、〃的值，后者還應(yīng)求y并分別作出卬及片的波

形。

解：①當(dāng)LB=0時(shí)：

t/d=2.34(72cosa=2.34X220Xcos60°=257.4(V)

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

②當(dāng)LB=lmH時(shí)

Ud=2.34Scosa一△3

△Ud=3XB，d/兀

Id=(UL￡)/R

解方程組得：

Ud=(2.34^^cosa+3XBE)/(乃R+3XB)=244.15(V)

Zd=44.15(A)

△Ud=13.25(V)

又「cosa—cos0+/)=2XKIA/V6Ui

cos(60°+y)=0.4485

7=63?35,6(r=3.35”

〃d、，VT1和/VT2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：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含有M3=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6&(A=l、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6A1(々=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題中的3、5、7次諧波重量的有效值，23、/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后/d/37r=2后X38.99/37r=11.7(A)

“5=2亞4/5%=2&X38.99/5%=7.02(A)

127=242Id/77C=242X38.99/7^=5.01(A)

21.試計(jì)算第13題中L的5、7次諧波重量的有效值%、/27o

解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知

/d=23.4(A)

由此可計(jì)算出5次和7次諧波重量的有效值為：

，25=W/d/5n=V6X23.4/5冗=3.65(A)

727=^/<i/7n=V6X23.4/7n=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=2VI力/冗=242X38.99/冗=35.1(A)

基波因數(shù)為

v=h/I=h/

/d=35.1/38.99=0.9

電路的輸入功率因數(shù)為：

A=ycosa=0.9cos300=0.78

②第13題中基波電流的有效值：

Zi=V6Zd/Ji=V6X23.39/兀=18243(A)

基波因數(shù)為

v=l\/l=li//d=0.955

電路的輸入功率因數(shù)為：

2=vcoS6r=0.955cos60°=0.48

23.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路及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及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)，且后者須要用平衡電抗器；

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U是三相橋

式電路的1/2,而整流電流平均值/d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)脈沖的安排關(guān)系是一樣的，整流電壓〃d和整

流電流id的波形形態(tài)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

可以削減整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對(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溝通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溝通輸入電流中含有11次、13次、23次、25次等即12狂1、

(k=l,2,3??今次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12k(k=l,2,3???)次諧

波。

24脈波整流電路的溝通輸入電流中含有23次、25次、47次、49次等，即24H1(HL

2,3??今次諧波，整流輸出電壓中含有24、48等即24〃(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(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一樣，其值應(yīng)大于變流電路直流

側(cè)的平均電壓；

②要求晶閘管的限制角冗/2,使3為負(fù)值。

27.三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，A=1Q,L=8,S=220V,

當(dāng)EM=-400V,上60時(shí)求S、/d及7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(元一￡)一△S

△3=3小山/兀

Zd=(Ud-Ev)/R

三式聯(lián)立求解，得

Ud=[2.3471U1Rcos(兀一￡)+3XBEM]/(乃R+3XB)=一290.3(V)

/d=109.7(A)

由下式可計(jì)算換流重疊角：

COSQ—cosQ+y)=2XB/d/V6S=0.1279

cos(120°+/)=-0.6279

7=128.90-120=8.90

送回電網(wǎng)的有功功率為

2

P=\EMId|-/j/?=400X109.7-109.7X109.7X1=31.85(W)

28.單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1。，L=8,t72=i00V,L=0.5mH,當(dāng)EM=-99V,

方60時(shí)求Ud、/d和y的值。

解：由題意可列出如下3個(gè)等式：

Ud=0?9U2cos(B)一△3

△Ud=2MJd/7t

/d=(ULEM)/R

三式聯(lián)立求解，得

〃

Ud=[7lR0.9i/2cos(7t-^)+2XBEM]/(R+2XB)=-49.91(V)

Zd=49.09(A)

又丁

cosa—cos(a+/)=V2/dXB/S=0.2181

即得出

cos(120°+/)=-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(huì)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(shì)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：采納準(zhǔn)確牢靠的觸發(fā)電路，運(yùn)用性能良好的晶閘管，保證溝

通電源的質(zhì)量，留出足夠的換向裕量角￡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：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐罚?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0~9。。

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0~9。o

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,采納NPN

鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30的R?C濾波器，確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，出的120對(duì)應(yīng)于a=90,此時(shí)3=0,處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該

點(diǎn)及鋸齒波的中點(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〃a180°,又因

為R?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。

滿意上述關(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VTi

VT2VT3VT4VT5VT6

同步電壓一〃sb〃sa-UseWsb-UsaWsc

第3章直流斬波電路

1.簡(jiǎn)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)限制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間由電源E向L、R、

M供電，在此期間，〃。=及然后使V關(guān)斷一段時(shí)間4fT,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〃=——xEo輸出電壓小于電源電壓,

，on+'off

起到降壓的作用。

2.在圖3-la所示的降壓斬波電路中，己知E=200V,A=10Q,L值極大，反尸30丫,

r=50/ZS,ton=20//S,計(jì)算輸出電壓平均值Uof輸出電流平均值Zoo

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

^=^￡=20X200=80（V）

T50

輸出電流平均值為

t/o-EM_80-30

<0-一—=5(A)

R10

3.在圖3?la所示的降壓斬波電路中，E=100V,￡=lmH,K=O.50,EM=10V,采納

脈寬調(diào)制限制方式，T=20〃s,當(dāng)加=5〃s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U。，輸出電流平均值

1。,計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并推斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng)端=3〃s時(shí)，重新

進(jìn)展上述計(jì)算。

解：由題目已知條件可得：

E10

機(jī)=3M=——=0.1

E100

L0.001八…

T=—=--------=0.002

R0.5

當(dāng)Zon=5〃S時(shí)，有

T

p=—=0.01

=0.0025

T

由于

00025

*-1e_?

---------=--------=0.249>//z

、QI^0.011

ep-1e-1

所以輸出電流連續(xù)。

此時(shí)輸出平均電壓為

理一(V)

U。=-^-E=

T20

輸出平均電流為

=JV^=25-10=30(A)

R0.5

輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為

(1_e4°025\

'\-e'apE100

工—m-=-0.1=30.19(A)

nax=產(chǎn)nni

J*7R11-70.5

、

"-1E100

?/inin--m----=0.1.81(A)

ple0n.n01iTi)

e7R().5

當(dāng)加二3〃s時(shí)，采納同樣的方法可以得出:

ap=0.0015

由于

eape0015-1

"I?二0?149>切

"一1C—1

所以輸出電流仍舊連續(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?

片野心V)

,=￡^=15-10=10(A)

R0.5

1_-000,5

e雪10.13(A)

?/max—-0.1

1-ec-ooiJ0.5

(").0015i\

Znin二￡__zl-oi

[e。。-1)

4.簡(jiǎn)述圖3-2a所示升壓斬波電路的根本工作原理。

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，充電電流根本恒定為4,同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載K供電，因。值很大，根本保

持輸出電壓為恒值U。。設(shè)丫處于通態(tài)的時(shí)間為〃，此階段電感L上積蓄的能量為E//0n。

當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R供應(yīng)能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為

fm則在此期間電感L釋放的能量為（U。-E）/Kff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T

中電感L積蓄的能量及釋放的能量相等，即：

化簡(jiǎn)得：

式中的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,￡值和。值極大，廬200,采納

脈寬調(diào)制限制方式，當(dāng)T=404s,*=25〃s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值”，輸出電流平均

值Too

解：輸出電壓平均值為:

T40

U。=E=-----------x50=133.3(V)

'off40-25

輸出電流平均值為:

133.3

=6.667(A)

飛20-

6.試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和Cuk斬波電路的根本原理，并比擬其異同點(diǎn)。

答：升降壓斬波電路的根本原理：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)電流為小方向如圖3?4中所示。同時(shí)，電容C維持輸出電壓根本恒

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，電流為況方

向如圖3?4所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，及電源電壓極性相反。

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

當(dāng)V處于通態(tài)期間，①二B而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，〃[,二-〃。。于是：

所以輸出電壓為：

變更導(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斬波電路的根本原理：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E—Li—V回路和R—。一C—V回路分

別流過電流。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，￡TLC—VD回路和KT2—VD回路分別流過電流。

輸出電壓的極性及電源電壓極性相反。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。很大使電容電壓uc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wB=0,

A點(diǎn)電壓〃A=-ttc;相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，〃B="C，?A=0o因此，B點(diǎn)電壓〃B的平均

值為UB*UC(Uc為電容電壓〃c的平均值)，又因電感L的電壓平均值為零，所以

E=UB斗另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為UA=—?〃c，且心的電壓平均值

為零，按圖3?5b中輸出電壓”的極性，有?！?牛于是可得出輸出電壓”及電源

電壓E的關(guān)系：

兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一樣的，均可便利的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。及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)展濾波。

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)通端期間，

UL\=E

次2二%

在V關(guān)斷hf期間

ULI=E-UO-UCI

UL^~UO

當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感￡】、心的電壓平均值均為零，則下面的式子成立

Etoa+(JB-UO-UCI)toil=0

必U-U)toff=0

由以上兩式即可得出

'off

Zeta電路的原理圖如下：

在V導(dǎo)通端期間，

Ut\=E

UL2=E-Uci-Uo

在V關(guān)斷hf期間

0.1=必

UL2=-UO

當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感A、￡2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立

Eton+Ucitoff=0

(E-Uo-Ucdton-lkfofFO

由以上兩式即可得出

U0=-E

，ofT

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

流流通的途徑并標(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)殡娔芊磻?yīng)到電源，使電動(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)通狀況及電流途徑等如下：

%導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：

V1關(guān)斷，VDi續(xù)流：

V2導(dǎo)通，2上蓄能：

V2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量

9.對(duì)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

比時(shí)電路的工作狀況，并繪制相應(yīng)的電流流通途徑圖，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)須

要V2保持導(dǎo)通，及V3和VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相辦作。

當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電源向M供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流途徑如下圖：

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

10.多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)？

答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫醇柏?fù)載間接入了多個(gè)構(gòu)造一樣的根本斬波電路，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(duì)輸入和輸出電流濾波更簡(jiǎn)潔，

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，總體牢靠性進(jìn)

步。

第4章溝通電力限制電路和

交交變頻電路

1.一調(diào)光臺(tái)燈由單相溝通調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在時(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：Q=0時(shí)的輸出電壓最大，為

比時(shí)負(fù)載電流最大，為

因此最大輸出功率為

輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：

比時(shí)，

又由

解得