電力電子課后答案(整理版)(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力電子技術(shù)課后習(xí)題答案第2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）。或：uAK>0且uGK>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Im

2、，試計(jì)算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。圖1-43 晶閘管導(dǎo)電波形解：a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.898 Imc) Id3=0.25ImI3 =0.5Im4. 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Id1、Id2、Id3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少?解：額定電流I T(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) Im1329.35，Id10.2717 Im189.48b) Im223

3、2.90,Id20.5434 Im2126.56c) Im3=2 I = 314,Id3= Im3=78.55. 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)成兩個晶體管V1、V2,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。+1，兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；+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)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V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；2)

4、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)： 一般在不用時(shí)將其三個電極短接； 裝配時(shí)人體、工作臺

5、、電烙鐵必須接地，測試時(shí)所有儀器外殼必須接地； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 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)動電路各有什么特點(diǎn)？答：IGBT驅(qū)動電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。GTR驅(qū)動電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動電路提供的驅(qū)動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)動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動電路的特點(diǎn)是：GTO要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流的前

6、沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導(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)動電路通常包括開通驅(qū)動電路，關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅(qū)動電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。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，du/dt或過電流和di/dt，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)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)VDs從Cs分流，使du/dt減小，抑制過電壓。9

7、. 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)IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻

8、率低電 力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置第3章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0°和60°時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0°時(shí)，在電源電壓u2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u2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u2的一個周期里，以下方程均成立： 考慮到初始條件：當(dāng)wt0時(shí)id

9、0可解方程得：=22.51(A) ud與id的波形如下圖： 當(dāng)60°時(shí)，在u2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u2負(fù)半周期180°300°期間釋放，因此在u2一個周期中60°300°期間以下微分方程成立： 考慮初始條件：當(dāng)wt60°時(shí)id0可解方程得：其平均值為=11.25(A) 此時(shí)ud與id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：晶閘管承受的最大反向電壓為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

10、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。 以晶閘管VT2為例。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過VT1與2個變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為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）期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；（）期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均

11、與電源電壓u2相等；()期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；( 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- u2。對于電感負(fù)載：（ ）期間，單相全波電路中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u2相等；（ 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，輸出波形等于- u2?？梢?，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，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30°時(shí)，要求：作出ud、id、和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器

12、二次電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos30°77.97（V）IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23）×141.4283424（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：IVTId27.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）&#

13、215;27.571.572635（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，U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)a=30°時(shí)，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、i

14、d和i2的波形如下圖： 整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos30°77.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTId 6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)×141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)×6.361.5768（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

15、半控橋（橋中VT1、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)a=60°時(shí)求流過器件電流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖： 負(fù)載電壓的平均值為：67.5（V） 負(fù)載電流的平均值為：IdUdR67.52233.75（A） 流過晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVTId19.49（A） 流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：IVDId27.56（A） 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)a=60°時(shí)，要求： 畫出ud、id和iV

16、T1的波形； 計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下圖： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud1.17U2cosa1.17×100×cos60°58.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId6.755（A） 12在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：假設(shè)VT1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、VT

17、5也可能分別被擊穿。 13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cosa2.34×100×cos60°117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId23.413.51（A）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

18、流電路相比有以下異同點(diǎn)：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；當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。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ud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。2512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

19、：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12k±1、（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有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24k±1（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有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：直流側(cè)要有電動勢，其極性須和

20、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；要求晶閘管的控制角>/2，使Ud為負(fù)值。27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)EM=-400V，b=60°時(shí)求Ud、Id與g 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個等式：Ud2.34U2cos(-)UdUd3XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得Ud2.34U2R cos(-)3XBEM(R3XB)290.3（V）Id109.7（A） 由下式可計(jì)算換流重疊角：2XBIdU20.1279-0.6279128.90°120°8.90

21、°送回電網(wǎng)的有功功率為P=400×109.7-109.72×109.7×1=31.85(W)28單相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，b=60°時(shí)求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出如下3個等式：Ud0.9U2cos(-)UdUd2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又U2=0.2181 即得出=-0.7181 換流重疊角g 135.9°- 120°=15.9°

22、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 9

23、0°。 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°。第4章 逆變電路 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(fù)載聯(lián)接。 2換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？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(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流

24、超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)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(fù)載換流和強(qiáng)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(diǎn)。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特點(diǎn)是：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)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

25、矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)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(diǎn)是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)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(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必

26、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？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)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(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí)，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí)，由反饋二極管提供電流通道。 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(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，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。第

27、5章 直流斬波電路 1簡述圖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：在一個控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間toff，此時(shí)電感L通過二極管VD向R和M供電，uo0。一個周期內(nèi)的平均電壓Uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=30V，T=50s,ton=20s,計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。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Uo=80(V)輸出電流平均值為Io =5(A) 3在圖3-1a所示的

28、降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當(dāng)ton=5s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io，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)ton=3s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=0.002 當(dāng)ton=5s時(shí)，有=0.01ar=0.0025 由于=0.249>m所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為Uo =25(V) 輸出平均電流為Io =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為Imax=30.19(A)Imin=29.81(A)當(dāng)ton=3s時(shí)，采用同樣的方法可以得出

29、：=0.0015 由于=0.149>m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 =15(V)Io =10(A)Imax=10.13(A)Imin=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I1，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Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為。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提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期間電感

30、L釋放的能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：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E=50V，L值和C值極大，R=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40s，ton=25s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為：Uo =133.3(V)輸出電流平均值為：Io =6.667(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i1，方向如

31、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?？梢姡?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)，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時(shí)間的積分為零，即當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是：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)0<a <1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a <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)，EL1V回路和RL2CV回路分別流過電流

32、。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，EL1CVD回路和RL2VD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uC的脈動足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)S合到B點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)電壓uB=0，A點(diǎn)電壓uA= - uC；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，uB= uC，uA=0。因此，B點(diǎn)電壓uB的平均值為（UC為電容電壓uC的平均值），又因電感L1的電壓平均值為零，所以。另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為，且L2的電壓平均值為零，按圖3-5b中輸出電壓Uo的極性，有。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系： 兩個電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)現(xiàn)升

33、降壓斬波。與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進(jìn)行濾波。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，V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機(jī)供電，電動機(jī)為電動運(yùn)行，工作于第1象限；V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機(jī)作再生制動運(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：V1導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電： V1關(guān)斷，VD1續(xù)流： V2導(dǎo)通，L上蓄能： V

34、2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量 9對于圖3-8所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(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：需使電動機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動狀態(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，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)載電流的脈動次數(shù)增加、脈動幅度減小，對輸入和輸出

35、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6章 交流-交流變流電路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周波，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(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）及異步電動機(jī)的軟起動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無

36、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是晶閘管控制電

37、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a角的控制，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)男枰?。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

38、可以達(dá)到比較理想的動態(tài)補(bǔ)償效果。 5單相交交變頻電路和直流電動機(jī)傳動用的反并聯(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機(jī)傳動用的反并聯(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，通常用于交流電動機(jī)傳動，兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個周期里，交替工作各半個周期，從而輸出交流電。而直流電動機(jī)傳動用的反并聯(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

39、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1/31/2。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機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。 7交交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

40、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，交流電動機(jī)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?yàn)殡妱?/p>

41、機(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起，電動機(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變壓器供電。第7章 PWM控制技術(shù) 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(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)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(shí)，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。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，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