《電力電子技術(shù)》全套練習(xí)（大學(xué)期末復(fù)習(xí)資料）

1、 項(xiàng)目1 緒論 習(xí)題答案1.1什么是電力電子技術(shù)？答：電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大部分。電力電子技術(shù)是利用功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用控制電功率的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能進(jìn)行變換，能對(duì)各種電氣參數(shù)如電壓、電流、頻率、波形的變換。1.2 試述電力電子技術(shù)的發(fā)展史？答：1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對(duì)電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。20世紀(jì)30年代到50年代，水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)，甚至用于直流輸電。1957年美國通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管。晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快

2、就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組， 70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。隨著全控型電力電子器件的不斷進(jìn)步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。1.3簡(jiǎn)述電力電子技術(shù)在工業(yè)和家用電器中的應(yīng)用？答：工業(yè)中大量應(yīng)用的各種交直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速大量用電力電子裝置進(jìn)行控制，如變頻器、軟啟動(dòng)器等調(diào)速裝置的使用避免了啟動(dòng)電流對(duì)設(shè)備與電網(wǎng)的沖擊，讓電機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，節(jié)省電能的同時(shí)，延長了設(shè)備的使用壽命。電化學(xué)工業(yè)大量使

3、用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源，同時(shí)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場(chǎng)合。家用電器產(chǎn)品如電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的電源部分不斷升級(jí)，從而使家用電器提高效率，降低能耗；空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等大功率電器的電路控制系統(tǒng)不斷改進(jìn)，新的變頻啟動(dòng)技術(shù)得到大量應(yīng)用。1. 填空題(1)為了減小損耗，電力電子器件一般工作在 開關(guān) 狀態(tài)。(2)晶閘管的導(dǎo)通條件為 陽極正偏 和 門極正偏 。(3)電力晶體管的電流是由 電子 和 空穴 兩種載流子運(yùn)動(dòng)形成的。(4)電力MOSFET是 電壓 控制型器件，其輸入阻抗 極高

4、 ，輸入電流 非常小 。(5) IGBT的開通和關(guān)斷是由 UGE 決定的。2. 選擇題(1)晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就( )控制作用，不論門極觸發(fā)信號(hào)是否還存在，晶閘管都( )導(dǎo)通。CA. 保持 停止 B. 失去 停止 C. 失去 保持 D. 保持 保持(2)門極可關(guān)斷晶閘管屬( C )型器件。A. 不可控 B. 半控 C. 全控 (3)在電力電子電路中，GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在( A )和( C )。A. 截止區(qū) B. 放大區(qū) C. 飽和區(qū) (4)電力電子器件中工作頻率最高的是( B )。A. GTO B. MOSFET C. IGBT D. GTR(5) IGBT是由( B )和( D

5、)構(gòu)成的一種復(fù)合器件。A. SCR B. GTR C. GTO D. MOSFET3. 簡(jiǎn)答與計(jì)算(1)如何關(guān)斷晶閘管？關(guān)斷晶閘管的方法有：(1)晶閘管處在正向陽極電壓下，設(shè)法使流過它的電流減小到零，使其關(guān)斷；(2)去掉陽極所加的正向電壓，迫使流過它的電流減小到零而使其關(guān)斷；(3)給原來處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管兩端加反向電壓，使其陽極電壓突然由正向變?yōu)榉聪?，迫使電流迅速減小到零而關(guān)斷。(2)試說明GTO能自關(guān)斷的原理。GTO導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺，接近于臨界飽和。關(guān)斷時(shí)給GTO門極加負(fù)脈沖，即從門極抽出電流，強(qiáng)烈的正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。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

6、為縮短，使 P2基區(qū)的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。(3)什么是GTR的二次擊穿？產(chǎn)生二次擊穿的原因是什么？發(fā)生一次擊穿后，如果有外接電阻限制電流IC增大，一般不會(huì)引起GTR特性變壞。如果不限制IC的增長，繼續(xù)增高外接電壓UCE，當(dāng)IC增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，UCE會(huì)突然下降，而IC迅速增大，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。GTR發(fā)生二次擊穿必須同時(shí)具備三個(gè)條件：高電壓、大電流和持續(xù)時(shí)間。(4)下圖中實(shí)線部分為流過晶閘管的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，試計(jì)算各波形的電流平均值Id、電流有效值I和波形系數(shù)Kf。(a)(b)(c)(d)（a） （b） （c） （d） 在三相半波整流電

7、路中，如果相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解：假設(shè)，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下： 當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形如下：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Ud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)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、VT5也可能分別被擊穿。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

8、相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、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。在電阻性負(fù)載三相半波可控整流電路中，如果窄脈沖出現(xiàn)早，即在移到自然換相之前，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？畫出負(fù)載側(cè)Ud波形。答：如圖所示，當(dāng)觸發(fā)脈沖ug1觸發(fā)a相晶閘管，則相晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)ug2觸發(fā)b相晶閘管時(shí)，由于a相電壓高于b相電壓，a相晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，b相晶閘管因承受反壓而不導(dǎo)通。過了自然換相點(diǎn)后，盡管b相電壓高于a相電壓，但b相晶閘管的觸發(fā)脈沖ug2已消失，所以b相晶閘管仍不導(dǎo)通。a相晶閘管導(dǎo)通到過零點(diǎn)結(jié)束。接著導(dǎo)通的是c相

9、晶閘管。由此可以看出，由于晶閘管間隔導(dǎo)通而出現(xiàn)了輸出波形相序混亂現(xiàn)象，這是不允許的。單相全控橋式逆變電路與單相橋式（二極管）整流電路有何差別？是否所有的整流電路都可以用來作為逆變電路？ 答：?jiǎn)蜗嗳貥蚴侥孀冸娐肥荄CAC變換電路，是單相全控橋式變流電路工作于逆變狀態(tài)，其負(fù)載為反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，控制角為90的情況。單相橋式（二極管）整流電路是ACDC變換電路，是單純的整流電路，相當(dāng)于單相全控橋式變流電路工作于整流狀態(tài)，控制角=0時(shí)的情況。不是所有的整流電路都可以用來作為逆變電路。例如，單相、三相半控橋式變流電路，帶續(xù)流二極管的變流電路都只能工作于整流狀態(tài)，不能用來作為逆變電路。某一電熱裝置（電阻性負(fù)

10、載），要求直流平均電壓為75V，電流為20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計(jì)算晶閘管的控制角、導(dǎo)通角、負(fù)載電流有效值，并選擇晶閘管。將單相半波可控整流電路中電阻負(fù)載和電感性負(fù)載的工作原理作個(gè)比較，找出差別，并畫出電阻負(fù)載輸出電壓Ud、電流Id和晶閘管電壓uV1波形；寫出Ud、Id計(jì)算公式。答：電阻性負(fù)載電路輸出電流id與輸出電壓ud相位相同，波形相似。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。ud波形從至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點(diǎn)。電感性負(fù)載電路由于電感的儲(chǔ)能作用，輸出電流id與輸出電壓ud相位不相同，電流id滯后于電壓ud。而且，電流id不能隨電壓ud突變。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從開始并

11、超過過零點(diǎn)，導(dǎo)通角。ud波形從開始至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點(diǎn)后，進(jìn)入負(fù)半周。導(dǎo)通角的大小，與負(fù)載電感值L有關(guān)，L越大，儲(chǔ)能越多，亦越大，ud波形進(jìn)入變壓器二次電壓負(fù)半周的部分亦越多，輸出電壓的平均值Ud亦下降的越多。當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時(shí)，Ud近似等于零，此時(shí)輸出平均電流Id亦很小。電阻負(fù)載Ud、Id計(jì)算公式如下：1. 解答：見圖。Buck變換器開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓給電感充電儲(chǔ)能，同時(shí)給負(fù)載供電；開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感電流經(jīng)續(xù)流二極管釋放儲(chǔ)能給負(fù)載供電。Buck變換器開關(guān)管作高頻開關(guān)動(dòng)作時(shí)，輸入直流電壓被開關(guān)管斬成PWM電壓加到電感L與電容C構(gòu)成的低通濾波電路上。Buck變換器作DC-DC變換

12、器時(shí)，LC濾波電路僅通過PWM電壓的直流分量，幾乎完全過濾掉PWM電壓的高頻分量，使得變換器輸出直流電壓就是PWM電壓濾去高頻開關(guān)分量后的直流分量。2. 解答： Buck變換器電感電流工作于臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電流記為。有。當(dāng)時(shí)，Buck變換器工作于連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）；當(dāng)時(shí)，Buck變換器工作于斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）。3. 解答：D=ton/T=2010-6/(5010-6，輸出電壓Uo=DE=0.4200V=80V,輸出電流Io=Uo/R=80V/20=4A 。4. 解答：Buck變換器由于負(fù)載電流的大幅減小而由連續(xù)導(dǎo)電工作模式轉(zhuǎn)入斷續(xù)導(dǎo)電工作模式時(shí)，如果不改變開關(guān)管的工作占空比，變換器

13、輸出電壓將會(huì)升高。空載時(shí)，Buck變換器輸出電壓等于輸入電壓。5. 解答：如圖所示，S為功率開關(guān)管，L為升壓電感，電容C為輸出端濾波電容，電容C上的電壓即為變換器輸出電壓。當(dāng)S處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電儲(chǔ)能，電感電流上升，此時(shí)由電容C以放電方式向負(fù)載R供電；當(dāng)S處于斷態(tài)時(shí)，電感電流通過續(xù)流二極管VD向電容C及負(fù)載R釋放儲(chǔ)能，電感電流下降，此時(shí)電容C完成充電儲(chǔ)能，同時(shí)與電感L共同向負(fù)載R供電。6. 解答：Boost變換器電感電流工作于臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電流記為。有。當(dāng)時(shí)，Boost變換器工作于連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）；當(dāng)時(shí)，Boost變換器工作于斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）。因此，Boost變換

14、器連續(xù)導(dǎo)電工作模式與斷續(xù)導(dǎo)電工作模式的臨界切換條件就是其負(fù)載電流Io是大于還是小于Boost變換器處于臨界連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)的負(fù)載電流IOB。高頻PWM控制的Boost變換器輸出電流趨近于零時(shí)，輸出電壓會(huì)趨近于無窮大，故不允許空載運(yùn)行。7. 解答：將Buck變換器與Boost變換器串聯(lián)成兩級(jí)變換器就構(gòu)成Buck-Boost變換器或Cuk變換器。在連續(xù)導(dǎo)電工作模式（CCM）下，Cuk變換器的輸入輸出電壓變比與Buck-Boost變換器的變比完全相同，僅與穩(wěn)態(tài)占空比相關(guān)，與輸出電流無關(guān)，其輸出電壓的極性也跟電源電壓E的極性相反,且同時(shí)具有升、降壓功能。與Buck-Boost變換器相比較，Cuk變換器增

15、加了電感，所用功率器件更多，但Cuk變換器的優(yōu)點(diǎn)是可使其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都實(shí)現(xiàn)連續(xù)，而且可通過與兩個(gè)電感的耦合，其電流脈動(dòng)紋波可以接近于零。8. 解答：Speic變換器電路原理圖為Zeta變換器的電路原理圖為Sepic變換器和Zeta變換器在連續(xù)導(dǎo)電模式下的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系為。9. 解答：如圖，反激變換器工作原理為：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源通過原邊繞組給反激變壓器充電儲(chǔ)能，同時(shí)濾波電容以放電方式給負(fù)載供電，此時(shí)段變壓器原邊電流上升，副邊電流為零，整流二極管承受反向電壓而截止；開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，反激變壓器將儲(chǔ)存的能量通過副邊繞組并經(jīng)二極管傳送給負(fù)載和輸出濾波電容，反激變壓器既對(duì)負(fù)載供電，又補(bǔ)償電

16、容給負(fù)載供電時(shí)消耗的能量，此時(shí)段變壓器原邊電流為零，電流下降。如圖，正激變換器的工作原理是：開關(guān)管處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，電源通過變壓器變壓后由副邊繞組輸出，再經(jīng)整流二極管向?yàn)V波電感充電儲(chǔ)能，電感電流上升，同時(shí)給包含濾波電容的并聯(lián)負(fù)載供電。開關(guān)管處于斷態(tài)時(shí)，整流二極管承受反向電壓而截止，電感通過續(xù)流二極管釋放電能給包含濾波電容的并聯(lián)負(fù)載供電。10. 解答：Buck-Boost變換器的變壓比，而反激變換器的變壓比, Buck變換器變壓比，而正激變換器的變壓比為，在輸入輸出關(guān)系上反激變換器相對(duì)于Buck-Boost變換器，正激變換器相對(duì)于Buck變換器加入了變壓器匝比N2/N1。 項(xiàng)目5 諧波與功率因數(shù) 鞏

17、固練習(xí)5.1 交流設(shè)備輸入電流arch_exp&ie=utf8 t _parent 諧波與其 HYPERLINK :/zhidao.baidu /search?word=%E5%8A%9F%E7%8E%87%E5%9B%A0%E6%95%B0&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _parent 功率因數(shù)的關(guān)系是怎樣的？答：諧波與功率因數(shù)的關(guān)系式為：交流負(fù)載的功率因數(shù)由輸入電流基波相移及電流波形畸變程度兩個(gè)因素共同決定。電流波形畸變?cè)絿?yán)重，功率因數(shù)PF越小。 HYPERLINK :/zhidao.baidu /search?word=%E8%B0%90%E6%B3%A2&fr=

18、qb_search_exp&ie=utf8 t _parent 諧波的危害有哪些方面？答：諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，可以導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的誤動(dòng)作，諧波引起的共振甚至破壞電網(wǎng)中的某些設(shè)備，諧波的主要危害如下： 電容器的過載，降低系統(tǒng)容量。 對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。 導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。 加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備使用壽命，甚至損壞設(shè)備。浪費(fèi)電能。5.3 提高功率因數(shù)的意義？答：1）能夠降低生產(chǎn)成本、減少投資、改善設(shè)備的利用率。2）可以減少線路壓降、改善 HYPERLINK :/ so /s?q=%E7%94%B5%E5%8E%8B%E8%B4%A8%E9%87%8F&ie=utf-8&src=s

19、e_lighten t _blank 電壓質(zhì)量。3）能夠提高電力網(wǎng)的傳輸能力、提高能源的利用率、降低電力成本、增加經(jīng)濟(jì)效益。 5.4 如何提高功率因數(shù)？答：給負(fù)載并接適當(dāng)容值的電容器，可將PF提高到接近于1。如電動(dòng)機(jī)負(fù)載并上電容后可提高線性感性負(fù)載功率因數(shù)。采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)和采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)可提高非線性感性負(fù)載功率因數(shù)。思考與練習(xí)1.無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？?jī)煞N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.晶閘管變頻電路中換流方式有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？換流方式有4種： 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力

20、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？二者各有何特點(diǎn)？按直流電源性質(zhì)可分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。電壓型逆變電路特點(diǎn)：直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無 HY

21、PERLINK :/ baidu /s?wd=%E8%84%89%E5%8A%A8&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 脈動(dòng)。輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。阻感負(fù)載時(shí)需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電流型逆變電路特點(diǎn)：直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必反并聯(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？在電壓型 HYPERLINK :/

22、 baidu /s?wd=%E9%80%86%E5%8F%98%E7%94%B5%E8%B7%AF&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 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 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5%E5%8E%8B&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 交流電壓和

23、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 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E9%80%86%E5%8F%98%E7%94%B5%E8%B7%AF&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t _blank 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。5.已知三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值

24、UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。6.并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？假設(shè)在t時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通,負(fù)載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VTl、VT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,電流從VTl、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移觸發(fā)VT2、VT3時(shí)刻必須在uo過零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。7.串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換相過程。二極管的主要作用,一是為換流電容器充電提供通道,并使換流電容的電壓能夠得以保持,為晶閘管換流做好準(zhǔn)備;二是使換流

25、電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上,使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓,確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。 以VTl和VT3之間的換流為例,串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡(jiǎn)述如下: 給VT3施加觸發(fā)脈沖,由于換流電容C13電壓的作用,使VT3導(dǎo)通而VTl被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VTl換到VT3上,C13通過VDl、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電。因放電電流恒為Id,故稱恒流放電階段。在C13電壓Uc13降到零之前,VTl一直承受反壓,只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間trq，就能保證可靠關(guān)斷。Uc13降到零之后在U相負(fù)

26、載電感的作用下,開始對(duì)C13反向充電。如忽略負(fù)載沖電阻的壓降,則在Uc13=0時(shí)刻后,二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通,開始流過電流,兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通,進(jìn)入二極管換流階段。隨著C13充電電壓不斷增高,充電電流逐漸減小,到某一時(shí)刻充電電流減到零,VDl承受反壓而關(guān)斷,二極管換流階段結(jié)束。之后,進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。8.逆變電路的多重化的目的是什么？如何實(shí)現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場(chǎng)合？逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級(jí)提高,二是可以改善輸出電壓的波形。因?yàn)闊o論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波,還是電流型 逆變電路輸出的矩形電流波,都含有較多諧波,對(duì)負(fù)載有不利

27、影響,采用多重逆變電路,可以把幾個(gè)矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來,使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消,就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出串聯(lián)起來,并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來。串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路的多重化。 【鞏固練習(xí)】答案 7.1 控制角 7.2 關(guān)斷 時(shí)間 通、斷 7.3 0180 180 7.4 A 7.5 控制開關(guān)S有三個(gè)擋位：自動(dòng)、手動(dòng)、停止。當(dāng)S撥到“手動(dòng)”檔位時(shí)，KA通電，主

28、電路中3個(gè)本相電壓強(qiáng)觸發(fā)電路工作，VT1VT3導(dǎo)通，電路進(jìn)入加熱工作狀態(tài)，手動(dòng)按鈕SB用來調(diào)節(jié)溫度。當(dāng)S撥到“自動(dòng)”檔位時(shí)，溫控儀KT(調(diào)節(jié)式毫伏溫度計(jì)）自動(dòng)控制VT4的通斷，使?fàn)t溫自動(dòng)保持在設(shè)定溫度上。若爐溫低于設(shè)定溫度，溫控儀KT常開觸點(diǎn)閉合，晶閘管VT4被觸發(fā)，KA通電，使VT1VT3導(dǎo)通，RL發(fā)熱使?fàn)t溫升高。爐溫升至設(shè)定溫度時(shí)，溫控儀控制觸點(diǎn)KT斷開，KA斷電，使VT1VT3關(guān)斷，RL停止發(fā)熱使?fàn)t溫降低。 待爐溫降至設(shè)定溫度以下時(shí)，再次加熱。如此反復(fù)，則爐溫被控制在設(shè)定溫度附近的小范圍內(nèi)。 7.6 =90 R=U2 I=UR7.7 P=U2/R=2202/27.8 （1） =172V

29、48.4=29.04KW 假定晶閘管一直導(dǎo)通時(shí)輸出的功率 P=U2/R=2202 （3) KS400-77.9 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(duì)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(tái)燈和舞臺(tái)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。交流調(diào)功電路主要用于電熱類負(fù)載。項(xiàng)目八PWM控制技術(shù)課后習(xí)題參考答案8.1試說明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對(duì)脈沖的寬

30、度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)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。在采樣控制理論中有一個(gè)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。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。以上原理分析稱之為面積等效原理以正弦PWM控制為例。正弦半波波形分為N 等份，每份為 /N，當(dāng)把該信號(hào)作為某個(gè)慣性環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)時(shí)，可以將其看作是由N 個(gè)彼此相連的脈沖信號(hào)所組成的輸入信號(hào)，且這些脈沖信號(hào)的寬度相同，都等于 /N ，只是幅值各不相同，各脈沖的幅值是按正弦規(guī)律變化的。如果將這些脈沖換成相同數(shù)量、相同面積的等幅脈沖信號(hào)代替，并使等幅脈沖列的中點(diǎn)

31、與正弦脈沖列的中點(diǎn)相重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（面積）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用相同的方法得到脈沖寬度調(diào)制(PWM)波形。可見，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。8.2三相PWM整流與三相PWM逆變有何區(qū)別？答：整流電路是把交流電變?yōu)橹绷麟?，而逆變則是把直流電變成交流電。8.3單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？ 三相橋式PWM型逆變電路中， 輸出相電壓（輸出端相對(duì)于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號(hào)波正半周期或

32、負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM波在半個(gè)周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性PWM控制方式。三角波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個(gè)周期中有正有負(fù)，則稱之為雙極性PWM控制方式。三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：和。輸出線電壓有三種電平、0、。8.4試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點(diǎn)？答：（1）可以得到所需要波形的輸出電壓，滿足負(fù)載需要；（2）整流電路采用二極管整流，可獲得較高的功率因數(shù)；（3）只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（4）通過對(duì)輸出脈沖的寬度控制就可以改變輸出電壓的大小，大大的加快了逆變器的響應(yīng)速度。8.5 什么是異步調(diào)制？ 什么是同步調(diào)

33、制？ 兩者各有何特點(diǎn)？ 分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？答：載波與調(diào)制信號(hào)波就存在不同步的調(diào)制，就是異步調(diào)制。在異步調(diào)制控制方式中，通常fc固定不變，逆變輸出電壓頻率的調(diào)節(jié)是通過改變fr的大小來實(shí)現(xiàn)的，所以載波比N也隨時(shí)跟著變化。異步調(diào)制方式的特點(diǎn)是：（1）控制相對(duì)簡(jiǎn)單。（2）在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)，輸出脈沖的個(gè)數(shù)不固定，脈沖相位也不固定，正負(fù)周的脈沖不對(duì)稱，而且半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱，輸出波形就偏離了正弦波 。（3）載波比N愈大，半周期內(nèi)調(diào)制的PWM波形脈沖數(shù)就愈多，正負(fù)半周不對(duì)稱和半周內(nèi)前后1/4周期脈沖不對(duì)稱的影響就愈大，輸出波形愈接近正弦波。所以在采用異步調(diào)制控制方式時(shí)，要盡量提

34、高載波頻率fc，使不對(duì)稱的影響盡量減小，輸出波形接近正弦波。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。同步調(diào)制控制方式的特點(diǎn)是：（1）控制相對(duì)較復(fù)雜，通常采用微機(jī)控制。（2）在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)，輸出脈沖的個(gè)數(shù)是固定不變的，脈沖相位也是固定的。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻率段，每個(gè)頻率段內(nèi)都保持載波比為恒定，而不同頻率段所取的載波比不同：（1）在輸出高頻率段是，取較小的載波比，這樣載波頻率不致過高，能在功率開關(guān)器件所允許的頻率范圍內(nèi)。（2）在輸出頻率為低頻率段時(shí)，取較大的載波比，這樣載波頻率不致過低，諧波頻率也較高且幅值也小，也易濾除，從而

35、減小了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的不利影響。8.6什么是SPWM波形的規(guī)則化采樣法？ 和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點(diǎn)？答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的PWM波形生成方法。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè)PWM脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號(hào)波，用該直線與三角波載波的交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時(shí)刻。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自

36、然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。8.7什么是SPWM波形？答：SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(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。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。8

37、.8什么叫面積等效原理？答：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。沖量即指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。如果三個(gè)窄脈沖形狀不同，分別為矩形脈沖、三角脈沖、正弦半波脈沖，但是它們的面積（即沖量）都等于1，那么當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。以上原理分析稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。8.9陳述SVPWM基本原理。答：SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)通過對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電

38、壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形。項(xiàng)目9 軟開關(guān)技術(shù)習(xí)題答案軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？其典型拓?fù)浞謩e是什么樣子的？各有什么特點(diǎn)？答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時(shí)的電壓電流狀態(tài)，可將軟開關(guān)電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類；根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分為準(zhǔn)諧振電路，零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。準(zhǔn)諧振電路：準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但諧振電壓或