電力電子技術(shù)習(xí)題答案

2章電力電子器使晶閘管導(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：uAK0且uG>。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。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，試計(jì)算各波形的電流平均值Id1Id2Id3與電流有效值I1、I2、I3。0 4

204

5

2 2 圖1- 晶閘管導(dǎo)電波解

=1

sintd(t)=Im(21)0.2717

d12π

42π4(Isint)2dm42

3 3

=1

sintd(t)=Im(21)0.5434I2

11(Isint)2dm4π12 d20m

=2Im21

3 3I3

2Imd(t)

4=125.上題中如果不考慮安全裕量,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解：額定電流IT(AV=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A，Im1Im2

Id10.2717Im1 Im2

Im3=2I= Id3=1Im3=4GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)兩個(gè)晶體管V1、V2,分別具有共基極電流增益1和2，由普通晶管的分析可得，1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。1+2＞1，兩等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；1+2＜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)榕c普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同GTO在設(shè)計(jì)時(shí)2較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO導(dǎo)通時(shí)的1+2更接近于1普通晶閘管1+21.15，GTO則為1+21.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽多元集成結(jié)構(gòu)使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，從而使從門極如何防止電力MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損答：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)引起的損壞，應(yīng)注意以下幾①一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接③電路中，柵、源極間常并聯(lián)二極管以防止電壓過④漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓GTRGTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特答驅(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是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，的驅(qū)動(dòng)多采用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GR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。GO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：GO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)驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析RCD緩答：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)，CsRs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電VDsCs分流，du/dt減小，抑制過電壓。器優(yōu)缺具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入MOSFET,電壓量不及器優(yōu)缺具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入MOSFET,電壓量不及開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流率大驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜關(guān)頻率電小且驅(qū)動(dòng)電路簡單，工作率高，不存在二次擊穿問般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置3章整流電100V，求當(dāng)α＝060時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出udid波形。解：α＝0時(shí)，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)電感L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓電源電壓u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立：Ldidd

考慮到初始條件：當(dāng)t＝0時(shí)id＝0可解方程idI

L(1(1 2

udid的波形如下000當(dāng)α＝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u2一個(gè)周期中60~300期間以下微分方程成立Ldidd

考慮初始條件：當(dāng)t＝60時(shí)id＝0可解方程其平均值

id

(1cost)Id 3 2

cost)d(t)= 22

++0+++0++3-10為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，向電壓為

2U2；②當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流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。閘管VT2為例VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過VT12個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為

2U2相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角相同時(shí)，對于電阻負(fù)載（0~α）期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為（α~π期間相全波電路中VT1導(dǎo)通相全控橋電路中VT1VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；(π~π＋α)期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；(π＋α~2π)期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于u2對于電感負(fù)載（α~π＋α）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（π＋α全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于u2。也相同。單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負(fù)載中R＝2Ω，L值①作出ud、id、和i2的波②求整流輸出平均電壓Ud電流Id變壓器二次電流有效值OOOOOOOO②輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別Ud＝0.9U2Id＝UdI2＝Id③晶閘管承受的最大反向電壓為22 22考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為2流過晶閘管的電流有效值為 2一承受的電壓波形。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。整流二極管在一承受的電壓波形如下000單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)=30時(shí)，要求：作出ud、idi2的波形求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流解：(1)ud、id和i2的波形如下圖OOOiIdId2O整流輸出平均電壓UdId，變壓器二次側(cè)電流有I2分Ud＝0.9U2Id2I2＝Id222

2IVT＝Id 2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)選晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中VT1、VT2為晶閘管電路如圖3-12所示，U2=100V，電阻電感負(fù)載，R=2Ω，L值很大，=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、iVD的波形如下圖：OOiVT1OIdO負(fù)載電壓的平均值為1 1cos(/Ud 3

2U2sintd(t)

2負(fù)載電流的平均值為流過晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：13 13流過二極管VD3、VD4的電流有效值23 23在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。解：假設(shè)0，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下u ud u ud 當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形如下u ud u ud 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10變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？圖3-58 變壓器二次繞組在一個(gè)周期na1的電流na1的電流當(dāng)nc1、b2b對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，nc1的電流流向上流當(dāng)nb1、a2a對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，nb1的電流

，c2c的電，a2a的，，a2a的（各為由電流流過，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。三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩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°。10．有兩組三相半波可控整流電路，一組是共與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，例如都是a多少度？答：相差180三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載Ω，L值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求畫出ud、idiVT1的波形計(jì)算Ud、Id、IdTIVT解：①ud、id和iVT1的波形如下圖②Ud、Id、IdT和IVT分別如3 3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ud穿而短路，其他晶閘管受什么影響？O答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：O假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3VT5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，U2=100V，帶電阻電感負(fù)Ω，L值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求 畫出ud、idiVT1的波形 計(jì)算Ud、Id、IdTIVT解：①ud、id和iVT1的波形如下= OⅠⅡuduabuacubaucaucbuabⅣⅤO1O②Ud、Id、IdT和IVT分別如3333

，、Id與的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時(shí)，有解方程組得Ud＝（πR又即得

cos－cos()

2IdXB2換

cos(60)＝61.33°OO最后，作出整流電OO、Id、的值并作udiVT1iVT2的波形。解：考慮LB時(shí)，有解方程組得Ud＝（πR換

cos－cos()＝2IdXB 6cos(30)6＝41.28°ud、iVT1和iVT2的波形如下 O 三相橋式不可控整流阻感負(fù)載R=5ΩLU2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVDi2的波形。＝0°時(shí)的情況解方程組得

又換

cos－cos()＝2IdXB 6cos6二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分23 23ud、iVD1和i2a的波形如下 O Ⅰd d

i i ，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，=60，當(dāng)①LB=0和②LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求并分別作出udiT的波形。解①當(dāng)LB＝0：②當(dāng)LB＝1mH解方程組得Ud＝（2.34πU2R6又∵cos－cos() 6cos(60)ud、IVT1和IVT2的波形如下 Ⅰd d

ⅥⅤⅥⅤ 單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（k=12、3…）次諧波，其中幅值最大2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k＋1（k＝123……）次即奇次諧主要的有3次、5次諧波。的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k＝12、3……）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)試計(jì)算第3題中i2357次諧波分量的有效值I23I25、I27。解：在第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值于是可得2222

2222

22試計(jì)算第13題中i25、7次諧波分量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知2266由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量的有效值為66

6666試分別計(jì)算第3題和第13題電路的輸入功率因2解：①第3題中基波電流的有效值為222基波因數(shù)

電路的輸入功率因數(shù)為＝cos＝0.966②第13題中基波電流的有效66

電路的輸入功率因數(shù)為＝cos＝0.955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流電路相比有以下異同點(diǎn)②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。的，整流電壓ud和整流電流id的波形形狀一樣。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（k=1，2，3）12k（k=1，2，3）24脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、47次24k（k=1，2，3）條件有二應(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α>π/2，使Ud為負(fù)值U2=220V，LB=1mHEM=-400V，=60時(shí)求Ud、Id與的值，此解：由題意可列出如下3個(gè)等式三式聯(lián)立求解，Ud＝[2.34πU2R6由下式可計(jì)算換 角6cos－cos()

cos(120)送回電網(wǎng)的有功功率 dP=|EMId|IR=400×109.7-109.7d單相全控橋反電動(dòng)勢阻感負(fù)載L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，=60時(shí)求Ud、Id和的值。解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud＝0.9U2cos(π-三式聯(lián)立求解，

Ud＝[πR0.9U2cos(π-22又即得

cos－cos()

IdXB換

cos(120)=-＝135.9°什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗答：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。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β等。30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0~12是0~9。D，y-5NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30R-C濾波器，解：整流變壓器接法如下圖 a相為例，ua的120對應(yīng)于α=90，此時(shí)Ud=0，處于整流逆變的臨界點(diǎn)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ua180°，又因?yàn)镽-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。 --A-C- b 各晶閘管的同步電壓選取如下表同步電---4章逆變電路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。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。流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。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。換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各什么特點(diǎn)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)壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。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。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電型逆變電路中沒有反饋二極功率，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。三相橋式電壓型逆變電路，180°導(dǎo)電方式，Ud=100V輸出相電壓的基波幅值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。解2 2

1sin13t

2 sint2 n 2Udsint1sin5t1sin7t1sin11t1sin13t

輸出相電壓的基波幅值為

輸出相電壓基波有效值為

UUN1m

22d輸出線電壓的基波幅值為22d

UV1m

2輸出線電壓基波的有2

UUV1m

2輸出線電壓中五次諧波uUV5的表達(dá)225其有效值為25

UV5

答：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VT1、VT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VT1、VT4VT2、VT3轉(zhuǎn)移，觸發(fā)VT2、VT3時(shí)刻t必須在uo過零答：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VT1和VT3之間的換流為例，串聯(lián)二極管式電流型逆變電路給VT3施加觸發(fā)脈由于換流電容C13電壓的VT3導(dǎo)通VT1被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流IdVT1換到VT3VT3放電，如圖4-16b所示。因放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段C13uC13下降到零之前，VT1一直承受反壓，只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間tq，就能保證可靠關(guān)斷。uC13降到零之后在U相負(fù)載電感的作用下，開始對13反向充uC1303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)入二-16c131二極管換流階段結(jié)束。進(jìn)入VT2VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階電流路徑如圖4-16d所示答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級提高，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，對負(fù)載有不利影響，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得多重化。5章直流-直流變流電簡述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原答：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ton，由電源EL、R、Em供電，在此期間，uo＝E。然后使V關(guān)斷一段時(shí)間toff，此時(shí)電感L通過二極管VDRM

ton

E。輸出電壓小于電源L值極大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,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Uo=tonE=20200 輸出電流平均值Io=Uo-EM=8030 Ω，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20μs，當(dāng)ton=5μs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=3μs，重新進(jìn)解：由題目已知條件可得m=EM=10 τ=L=0.001ton=5μs

ρ==ton由e1e1

e0.0025e0.01

所以輸出電流連此時(shí)輸出平均電壓Uo=tonE=1005 輸出平均電Io=Uo-EM=2510 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分1

1

Imax=1

mR=1

e

e0.0025

Imin=e1mR=

e0.01

當(dāng)ton=3μs時(shí)，采用同樣的方法可以得出由e1

e0.0151e1=e0.011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=tonE=1003 Io=Uo-EM=1510R1Imax=1e0.0015

Imin=

e0.01

簡述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本工作原答：假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大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C值很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EI1tonV處于斷態(tài)時(shí)EL共同向C充電并向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L釋放的能量為UoEI1toff電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)個(gè)周期T中電感L積蓄的量與釋放的能量相等，即EI1tonUoE化簡得：U

ton

ET式中的Ttoff1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C極大，R=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制T=40μs，ton=25μs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

E= 40輸出電流平均值oI=Uo=133.3o 試分別簡述升降壓斬波電路和Cuk斬波電路的基本原理，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供電使其能量，此時(shí)電流為i1，方向如圖5-4中所示電容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中的能量向負(fù)載釋放，電流為i2，方向如圖5-4負(fù)載電壓極性為上負(fù)下與電源電壓極性穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時(shí)間的積分為零即 ud 0V處于通態(tài)期間，uLE；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uLuo所以輸出電壓為

EtonUoUo

E T

E1改變導(dǎo)通比當(dāng)0121/21Cuk波電路的基本原理V處于通態(tài)時(shí)，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流V處于斷態(tài)時(shí)，E—L1—C—VD回路和R—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5-5b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(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開關(guān)S合時(shí)，uB=uC，uA=0。因此，B點(diǎn)電壓uB的平均值為 toff

為電容電壓uC的平均值，又因L1的電壓平均值為零，所E

toff

。另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為

tonU， L2的電壓平均值為零，按圖5-5b中輸出電壓Uo的極性，有ton

。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系

Uo

E T

E1兩個(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，k試?yán)L制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖導(dǎo)解：Sepic電路的原理圖如 uEVuC2V斷toff期間

Sepic斬波電uL2=uC1uL2=uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感L1、L2的電壓平均值均為零，則下由以上兩式即可

Eton+(EuouC1)toffuC1tonuooU=tonoZeta電路的原理圖如下VVuEV斷toff期間

uL1=uL2=EuL1＝uC1uL2=當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感L1、L2的電壓平均值均為零，則下由以上兩式即可

Eton+uC1toff=0(EuouC1)tonuotoff=0oU=tono分析圖5-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖5-7b的波解：電流可逆斬波電路中，V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路源向直流電動(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)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。圖5-7b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EEL MV1關(guān)斷，VD1續(xù)流EEL MV2導(dǎo)通，L上蓄能EEL MV2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能EEL M對于圖58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。需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)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uuEo2LRV+4M2-1EM 4當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過VD3續(xù)流，電流路徑如下圖uEuEo2LRV+M21-EM4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。試分析正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工時(shí)承受的最大電解：正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時(shí)承受最大電壓的情況如下表所示：開關(guān)整流二極管正激電（1+N1NN2N反激電Ui+N1 N Ui+ 21答：以下分析均以采用橋式整流電路為①全橋電路最大電最大電平均電開關(guān)N2N2整流二極N 12②半橋電路最大電最大電平均電開關(guān)N2N2整流二極N212③推挽電路：（變壓器原邊總匝數(shù)為最大電最大電平均電開關(guān)2UN2N2整流二極N 12全橋和半橋電路對驅(qū)動(dòng)電路有什么要求答：全橋電路需要四組驅(qū)動(dòng)電路，由于有兩個(gè)管子的發(fā)射極連在一起，可共用一個(gè)電源，所以只需要三組電源；半橋電路需要兩組驅(qū)動(dòng)電路，兩組電源。解：兩種電路中二極管承受最大電壓、電流及平均電流的情況如下表所示：最大電最大電平均電全橋整12全波整1212.一臺輸出電壓為5V、輸出電流為20A的開關(guān)電源①如果用全橋整流電路，并采用快恢復(fù)二極管，其整流電路中二極管的總損耗是多少？②如果采用全波整流電路，采用快恢復(fù)二極管、二極管整流電路中二極管的總損耗是多少？如果采用同步整流電路，整流元件的總損耗是多少？注：在計(jì)算中忽略開關(guān)損耗，典型元件參數(shù)見下元件類型電壓電流解：①總損耗為41d

I=4×1 ②采用全波整流電路時(shí)采用快恢復(fù)二極管時(shí)總損耗為：21U d采 二極管時(shí)總損耗為：2×1U d

采用同步整流電路時(shí)，總損耗為：2×I2R=2×(

2×20)226章交流-交流變流電負(fù)載，在α0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α。解：α=0時(shí)的輸出電壓最大，1

2U1sint)2dt此時(shí)負(fù)載電流最大，為

0R

11RU因此最大輸出功率為

Uomax

R(0.8U輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：Po0.8P(0.8UU由于Po，故U sin2sin2又由Uo解得同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有Uosin2sin2Uo

2200.Ω，L2m。試求：①開通角α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)α=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)2解：①負(fù)載阻抗角為φ=arctan（R

2502

開通角α的變化范圍為φ即0.89864②當(dāng)α=φ時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最R2R2

0.520.52(2502103

③當(dāng)α=φ輸出電壓最大載電流輸出功率最2 2PomaxI

R

RR2R2功率因數(shù)

Pomax

220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，④α=時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（4-7）22

+θ-0.89864)=sin(2

0.89864)e也可由圖6-3估計(jì)出的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值IVT

sincos(22 2.375sin2.375cos(0.898642cos電源側(cè)功率因數(shù)為

I2R，其中：I

于是可得I于是可得

U1I

2U1I 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) ，再斷開（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制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。答：一般來講，構(gòu)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61/3~1/50Hz時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是么答：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)別在于交交變頻電路輸出端必須。為此，交流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。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)。角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右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)，電壓比只有0.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低。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)四用了6個(gè)開關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容現(xiàn)集成化和功率模塊化。隨著當(dāng)前器件制造技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。什么是TCR，什么是TSC？它們的基本原理是什么？各何特點(diǎn)答：TCR是晶閘管控制電抗器。TSC是晶閘管投切電容器。R（功功率，通過對晶閘管開通角器的電流，從而調(diào)節(jié)R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。（FCSC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。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)橹绷麟姡瑑山M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。第7章控制技試說明控制的基本原理答：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。，以正弦控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其成是N等于π/，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相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)（沖量波形各脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理波形和正弦半波是等效的對于正弦波的負(fù)半周也可以用同樣的方法得到波形可見所得到的波形和期望得到的正弦波等效。，設(shè)圖7-3中半周期的脈沖數(shù)是5，脈沖幅值是相應(yīng)正弦波值的兩倍，試按面積等效原理計(jì)算脈沖寬度解：將各脈沖的寬度用i（i=1,2,3,4,5）表示，根據(jù)面積等效

05Umsin0

=cost5 5U 52= =cost5

25

m

5cost3= =

535U

4=

=24Um5= =1=0.0955(rad)=0.3040(ms)單極性和雙極性調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式型逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對于直流電源中點(diǎn)的電壓）和線電壓波形各有幾種電平？答：三角波載波在信號波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的為單極性控制方式。三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的波形半個(gè)周期中有正、有負(fù)，則稱之為雙極性控制方式。和-0.5Ud。輸出線電壓有三種電平Ud、0Ud。特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個(gè)信號波周期內(nèi)10個(gè)開關(guān)時(shí)刻（不含0和時(shí)刻）可以控制，可以消去的諧波有幾答：首先盡量使波形具有對稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對稱，為消去諧波中的余弦項(xiàng)，使波形在正半周期前后14周期以2為軸線對稱?？紤]到上述對稱半周期內(nèi)有5個(gè)開關(guān)時(shí)刻可以控制利用中的1個(gè)自由度控制基波的大小，剩余的4個(gè)自由度可用于消除種頻率的諧波載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率fc固定不變，因而當(dāng)信號波頻率fr變化時(shí)，載波比N是變化的。，異步調(diào)制的主要特點(diǎn)是在信號波的半個(gè)周期內(nèi)波的沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4比N內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小波形接近正弦波。，，而當(dāng)信號波頻率增高時(shí)，載N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少脈沖不對稱的影響就變大有時(shí)信號波的微小變化還會產(chǎn)生脈沖的跳動(dòng)這就使得輸出波和正弦波的差異變，對于三相型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號波保持同步的方在同步調(diào)制方式中，信號波頻率變化時(shí)載波比N不變，信號波fcfc過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。什么是S波形的規(guī)則化采樣法？和自然采樣法比規(guī)采樣法有什么優(yōu)答：規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的波形生成法。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)脈沖的中點(diǎn)和三角周期的中（即負(fù)峰點(diǎn)重合在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對正弦信號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。而效果接近自然采樣法得到的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)控制中計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。單相和三相 波形中，所含主要諧波頻率為多少答：單相 波形中所含的諧波頻率為nc式中，n=1,3,5,…時(shí)，k=0,2,4,…；n=2,4,6,…時(shí)，k=1,3,5,在上述諧波中，幅值最高影響最大的是角頻率為c的諧波分量。三相S波形中所含的諧波頻率為：ncn=1,3,5,…時(shí)，k=3(2m-n=2,4,6,…時(shí)k6m6m

mm在上述諧波中，幅值較高的是c±2r和2c±r如何提高逆變電路的直流電壓利用率答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作為調(diào)制信號，可以有效地提高直流電壓的利用率。對于三相逆變電路，還可以采用線電壓控制方式，即相電壓調(diào)制信號中疊加3的倍數(shù)次諧波及直流分量等，同樣可以有什么是電流型變流電路？采用滯環(huán)比較方式電流型變流器有何特點(diǎn)答：電流型變流電路就是對變流電路采用電控制。也就是，不用信號波對載波進(jìn)行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實(shí)際電流作為反饋信號，通過二者的瞬時(shí)值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實(shí)際的輸出電流的變化。采用滯環(huán)比較方式的電流型變流器的特點(diǎn)①硬件電路簡單②屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)快③不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量④與計(jì)算法和調(diào)相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多；⑤采用閉環(huán)控制什么是整流電路？它和相控整流電路的工作原理答：整流電路就是采用控制的整流電路，通過整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)接近1。整流電路采用S控制技術(shù)，為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時(shí)輸入電流可以和電壓同相位，功率因數(shù)近似1整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流即既可行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運(yùn)行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。此外，還可以使交流電流超前電壓9率，成為靜止無功功率發(fā)生器?；蚴闺娏鞅入妷撼盎驕笕我唤嵌?。在整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直電流控制答：在整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及輸入電流獲得預(yù)期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經(jīng)過比較進(jìn)行控制，使輸入電流指令值變化。因?yàn)橐肓私涣麟娏鞣答伓Q為直接電流控制8開關(guān)技答：高