電力電子技術(shù)習(xí)題解2答

電力電子技術(shù)習(xí)題解答（僅供參考）【鞏固練習(xí)】習(xí)題11.1晶閘管的導(dǎo)通條件是什么，導(dǎo)通后流過晶閘管的電流和負(fù)載上的電壓由什么決定？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）?；颍?gt;0且>0。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由負(fù)載阻抗決定，負(fù)載上的電壓由陽極電壓決定。1.2晶閘管的關(guān)斷條件是什么，如何實現(xiàn)，晶閘管處于阻斷狀態(tài)時其兩端的電壓大小由什么決定？答：晶閘管的關(guān)斷條件是：要使晶閘管由正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，可采用陽極電壓反向使陽極電流減小，下降到維持電流以下時，晶閘管內(nèi)部建立的正反饋無法進行。處于阻斷狀態(tài)時其兩端的電壓由電源電壓決定。1.3溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流、正反向漏電流、維持電流以及正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓如何變化？答：溫度升高時，晶閘管的觸發(fā)電流減小、正反向漏電流增大、維持電流減小、正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓減小。1.4晶閘管的非正常導(dǎo)通方式有哪幾種？答：非正常導(dǎo)通方式有：(1)，陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值；(1)陽極電壓上升率過高；(3)結(jié)溫過高。1.5試簡述晶閘管的關(guān)斷時間定義。答：晶閘管從正向陽極電流下降為零到它恢復(fù)正向阻斷能力所需的這段時間稱為關(guān)斷時間。1.6型號為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管，使用在圖1-42（習(xí)題1.6圖）所示電路中是否合理，為什么（暫不考慮電壓電流裕量）？圖1-42習(xí)題1.6圖圖1-42習(xí)題1.6圖100V150V50kΩ10Ω～200VVTVTVT（a）（b）（c）1Ω答：（a）不合理（b）,KP100的電流額定值為100Ａ，裕量達５倍，太大了。（c）不合理1.7在圖1-43（習(xí)題1.7圖）所示若要使用單次脈沖觸發(fā)晶閘管VT導(dǎo)通，門極觸發(fā)信號（觸發(fā)電壓為脈沖）的寬度最小應(yīng)多少微秒（設(shè)計晶閘管的擎住電流IL=15mA）?圖1-43習(xí)題1.7圖圖1-43習(xí)題1.7圖50V0.5ΩVTRUR～200VVT圖1-44習(xí)題1.8圖0.5H 答：由題意可得晶閘管導(dǎo)通時的回路方程：可解得，要維維持持晶閘管導(dǎo)通，必須在擎住電流以上，即，所以脈沖寬度必須大于150。1.8單相正弦交流電源、晶閘管和負(fù)載電阻串聯(lián)電路如圖1-44（習(xí)題圖1.8）所示，交流電源電壓有效值為220V。（1）考慮安全裕量，應(yīng)如何選取晶閘管的額定電壓？（2）若電流的波形系數(shù)為Kf=2.22，通過晶閘管的有效電流為100A，考慮晶閘管的安全裕量，應(yīng)如何選擇晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電壓:取及8級晶閘管晶閘管的額定電流取1.9什么是GTR的一次擊穿，什么是GTR的二次擊穿？答：處于工作狀態(tài)的GTR，當(dāng)其集電極反偏電壓UCE漸增大電壓定額BUCEO時，集電極電流IC急劇增大（雪崩擊穿），但此時集電極的電壓基本保持不變，這叫一次擊穿。發(fā)生一次擊穿時，如果繼續(xù)增大UCE，又不限制IC，IC上升到臨界值時，UCE突然下降，而IC繼續(xù)增大（負(fù)載效應(yīng)），這個現(xiàn)象稱為二次擊穿。1.10GTR對基極驅(qū)動電路的要求是什么？答：要求如下：（1）提供合適的正反向基流以保證GTR可靠導(dǎo)通與關(guān)斷，（2）實現(xiàn)主電路與控制電路隔離，（3）自動保護功能，以便在故障發(fā)生時快速自動切除驅(qū)動信號避免損壞GTR。（4）電路盡可能簡單，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強。1.11在大功率GTR組成的開關(guān)電路中為什么要加緩沖電路？答：緩沖電路可以使GTR在開通中的集電極電流緩升，關(guān)斷中的集電極電壓緩升，避免了GTR同時承受高電壓、大電流。另一方面，緩沖電路也可以使GTR的集電極電壓變化率和集電極電流變化率得到有效值抑制，減小開關(guān)損耗和防止高壓擊穿和硅片局部過熱熔通而損壞GTR。1.12與GTR相比功率MOS管有何優(yōu)缺點？答：GTR是電流型器件，功率MOS是電壓型器件，與GTR相比，功率MOS管的工作速度快，開關(guān)頻率高，驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬，并且輸入阻抗可達幾十兆歐。但功率MOS的缺點有：電流容量低，承受反向電壓小。1.13從結(jié)構(gòu)上來講，功率MOS管與VDMOS管有何區(qū)別？答：功率MOS采用水平結(jié)構(gòu)，器件的源極S，柵極G和漏極D均被置于硅片的一側(cè)，通態(tài)電阻大，性能差，硅片利用率低。VDMOS采用二次擴散形式的P形區(qū)的N+型區(qū)在硅片表面的結(jié)深之差來形成極短的、可精確控制的溝道長度（1~3）、制成垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以直接裝漏極、電流容量大、集成度高。1.14試簡述功率場效應(yīng)晶體管在應(yīng)用中應(yīng)注意事項。答：（1）過電流保護，（2）過電壓保護，（3）過熱保護，（4）防靜電。1.15與GTR、VDMOS管相比，IGBT有何特點？答：IGBT的開關(guān)速度快，其開關(guān)時間是同容量GTR的1/10，IGBT電流容量大，是同容量MOS的10倍；與VDMOS、GTR相比，IGBT的耐壓可以做得很高，最大允許電壓UCEM可達4500V，IGBT的最高允許結(jié)溫TJM為150℃【鞏固練習(xí)】習(xí)題2一、判斷題（正確的打√。錯誤的打×）2.1在半控橋整流帶大電感負(fù)載不加續(xù)流二極管電路在，電路出故障時會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。（√）2.2在單相全控橋整流電路中，晶閘管的額定電壓應(yīng)取u2。（×）2.3在三相半波可控整流電路中，電路輸出電壓波形的密度頻率為300HZ。（×）2.4三相半波可控整流電路不需要用大于60°小于120°的寬脈沖觸發(fā)，也不需要用相隔60°的雙脈沖觸發(fā)，只用符合要求的相隔120°的三組脈沖觸發(fā)就能正常工作。（√）2.5三相橋式半控整流電路帶大電感負(fù)載，有續(xù)流二極管時，當(dāng)電路出故障時會發(fā)生失控現(xiàn)象。（×）2.6三相橋式全控整流電路輸出電壓波形的脈動頻率是150HZ。（×）2.7在普通晶閘管組成的全控整流電路中，帶電感性負(fù)載，沒有續(xù)流二極管時，導(dǎo)通的晶閘管在電源電壓過零時不關(guān)斷。（√）2.8在橋式半控整流電路中，帶大電感負(fù)載，不帶續(xù)流二極管時，輸出電壓波形中沒有負(fù)面積。（√）二、計算題2.9單相半波可控整流電路中，試分析下述三種情況負(fù)載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT波形：（1）晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；（2）晶閘管內(nèi)部短路（3）晶閘管內(nèi)部斷路。答：2.10某單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過負(fù)載電流平均值相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇大一些？答：帶大電感負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇小一些。由于具有電感，當(dāng)其電流增大時，在電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，抑制電流增加。電阻性負(fù)載時整流輸出電流的峰值大些，在流過負(fù)載電流平均值相同的情況下，為防此時管子燒壞，應(yīng)選擇額定電流大一些的管子。2.11相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為什么？帶大電感負(fù)載時，負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為什么？答：相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的平均功率不等于負(fù)載有功功率。因為負(fù)載上的電壓、電流是非正弦波，除了直流Ud與Id外還有諧波分量和，負(fù)載上有功功率為>。相控整流電路帶大電感負(fù)載時，雖然Ud存在諧波，但電流是恒定的直流，故負(fù)載電阻Rd上的Ud與Id的乘積等于負(fù)載有功功率。2.12某電阻性負(fù)載要求0～24V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A，如果采用220V交流直接供電或由變壓器降到60V供電的單相半波可控整流電路，那么兩種方案是否都能滿足要求？試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因素及對電源容量的要求。答：采用由220V交流直接供電當(dāng)時：Udo=0.45U2=0.45220=99V由變壓器降壓到60V供電當(dāng)時：Ud=0.45U2=0.4560=27V因此，只要調(diào)節(jié)都可以滿足輸出0~24V直流電壓要求。(1)采用由220V交流直接供電時：，Ud==24V時取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為622V和108A。電源提供有功功率電源提供視在功率電源側(cè)功率因數(shù)(2)采用變壓器降壓到60V供電：，Ud==24V時,取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為168.8V和65.4A。變壓器二次側(cè)有功功率變壓器二次側(cè)視在功率電源側(cè)功率因數(shù)2.13某電阻性負(fù)載，Rd=50Ω，要求Ud在0～600V范圍內(nèi)可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來供給，分別計算：（1）晶閘管額定電壓、電流值；（2）連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6A/mm2)；（3）負(fù)載電阻上消耗的最大功率。答：（1）單相半波時,,晶閘管的最大電流有效值晶閘管額定電流為IT(AV)12(A)晶閘管承受最大電壓為=1885V取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000V和30A。所選導(dǎo)線截面積為負(fù)載電阻上最大功率（2）單相全控橋時,,負(fù)載電流有效值(Kf=1.11)晶閘管的額定電流為IT(AV)6(A)IT=晶閘管承受最大電壓為=1885V取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為4000V和20A所選導(dǎo)線截面積為負(fù)載電阻上最大功率2.14現(xiàn)有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負(fù)載，負(fù)載電流都是40A，問流過與晶閘管串聯(lián)的熔斷器電流的平均值、有效值各為多大？答：設(shè)單相半波：IdT=Id=40A(Kf=1.57)單相橋式：IdT=Id=20A三相半波：IdT=Id=13.3A當(dāng)時Ud=1.17U U=Ud/1.17時【鞏固練習(xí)】習(xí)題33.1開關(guān)器件的開關(guān)損耗大小同哪些因素有關(guān)？答：開關(guān)損耗與開關(guān)的頻率和變換電路的形態(tài)性能等因素有關(guān)。3.2試比較Buck電路和boost電路的異同。答：相同點：Buck電路和Boost電路多以主控型電力電子器件（如GTO，GTR，VDMOS和IGBT等）作為開關(guān)器件，其開關(guān)頻率高，變換效率也高。不同點：Buck電路在T關(guān)斷時，只有電感L儲存的能量提供給負(fù)載，實現(xiàn)降壓變換，且輸入電流是脈動的。而Boost電路在T處于通態(tài)時，電源Ud向電感L充電，同時電容C集結(jié)的能量提供給負(fù)載，而在T處于關(guān)斷狀態(tài)時，由L與電源E同時向負(fù)載提供能量，從而實現(xiàn)了升壓，在連續(xù)工作狀態(tài)下輸入電流是連續(xù)的。3.3試說明直流斬波器主要有哪幾種電路結(jié)構(gòu)，是反向它們各有什么特點。答：直流斬波電路主要有降壓斬波電路（Buck），升壓斬波電路（Boost），升降壓斬波電路（Buck－Boost）和庫克（Cook）斬波電路。降壓斬波電路是：一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的變換電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流直流電機的調(diào)速。升壓斬波電路是：輸出電壓的平均值高于輸入電壓的變換電路，它可用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機的再生制動。升降壓變換電路是輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反。主要用于要求輸出與輸入電壓反向，其值可大于或小于輸入電壓的直流穩(wěn)壓電源。庫克電路也屬升降壓型直流變換電路，但輸入端電流紋波小，輸出直流電壓平穩(wěn)，降低了對濾波器的要求。3.4試簡述Buck-Boost電路同Cuk電路的異同。答：這兩種電路都有升降壓變換功能，其輸出電壓與輸入電壓極性相反，而且兩種電路的輸入、輸出關(guān)系式完全相同，Buck-Boost電路是在關(guān)斷期內(nèi)電感L給濾波電容C補充能量，輸出電流脈動很大，而Cuk電路中接入了傳送能量的耦合電容C1，若使C1足夠大，輸入輸出電流都是平滑的，有效的降低了紋波，降低了對濾波電路的要求。3.5試分析反激式變換器的工作原理。答：反激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通，輸入電壓Ud便加到變壓器TR初級N1上，變壓器儲存能量。根據(jù)變壓器對應(yīng)端的極性，可得次級N2中的感應(yīng)電動勢為下正上負(fù)，二極管D截止，次級N2中沒有電流流過。當(dāng)T截止時，N2中的感應(yīng)電動勢極性上正下負(fù)，二極管D導(dǎo)通。在T導(dǎo)通期間儲存在變壓器中的能量便通過二極管D向負(fù)載釋放。在工作的過程中，變壓器起儲能電感的作用。輸出電壓為3.6試分析正激式變換器的工作原理，為什么正激式變換器需要磁場復(fù)位電路？答：正激變換器：當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時，它在高頻變壓器初級繞組中儲存能量，同時將能量傳遞到次級繞組，根據(jù)變壓器對應(yīng)端的感應(yīng)電壓極性，二極管D1導(dǎo)通，此時D2反向截止，把能量儲存到電感L中，同時提供負(fù)載電流；當(dāng)開關(guān)管T截止時，變壓器次級繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得續(xù)流二極管D2導(dǎo)通（而此時D1反向截止），儲存在電感中的能量繼續(xù)提供電流給負(fù)載。變換器的輸出電壓為：3.7試分析正激式電路和反激式電路中的開關(guān)和整流二極管在工作時承受的最大電壓。答：正激式電路中開關(guān)在工作時承受的最大電壓反激式電路中開關(guān)在工作時承受的最大電壓3.8試比較幾種隔離型變換電路的優(yōu)缺點。答：隔離型變換電路有正激、反激、半橋、全橋和推勉幾種。正激電路優(yōu)點：電路簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單。缺點：變壓器單向激磁，利用率低。反激優(yōu)點：電路簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單。缺點：難以達到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低。半橋優(yōu)點：變壓器雙向勵磁，沒有偏磁問題，開關(guān)少，成本低。缺點：有直通問題，可靠性低，需要隔離驅(qū)動電路。全橋優(yōu)點：變壓器雙向勵磁，容易達到大功率。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有直通問題，需要多組復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路。推勉優(yōu)點：變壓器雙向勵磁，變壓器一側(cè)回路只有一個開關(guān)，損耗小，驅(qū)動簡單。缺點：有偏磁問題3.9對于升降壓直流斬波器，當(dāng)其輸出電壓小于其電源電壓時，有（C）（注：下列選項中的K為占空比）A.K無法確定B.0.5＜K＜1C.0＜K＜0.5D.以上說法均是錯誤的3.10直流斬波電路是一種（C）變換電路。A.AC/ACB.DC/ACC.DC/DCD.AC/DC3.11下面哪種功能不屬于變流的功能（C）A.有源逆變B.交流調(diào)壓C.變壓器降壓D.直流斬波3.12降壓斬波電路中，已知電源電壓Ud=16V,負(fù)載電壓U0=16V,斬波周期T=4ms，則開通是Ton=(D)A.1msB.2msC.3msD.4ms3.13有一開關(guān)頻率為50KHZ的Buck變換電路工作在電感電流連續(xù)的情況下，L=0.05mH，輸入電壓Ud=15V,輸出電壓U0=10V,試進行以下計算。（1）求占空比K的大小。（2）當(dāng)RL=40Ω，求電感中電流的峰-峰值ΔI。（3）若允許輸出電壓紋波ΔU0/U0=5%，求濾波電容C的最小值。答：（1），（2）(3)因為則μF【鞏固練習(xí)】習(xí)題44.1SPWM逆變器有兩種調(diào)制方法：雙極性和（A）A．單極性；B.多極性；C.三極性；D.四極性。4.2若增大SPWM逆變器的輸出電壓基波頻率，可采用的控制方法是（C）A.增大三角波幅度；B.增大三角波頻率C.增大正弦調(diào)制波頻率；C.增大正弦調(diào)制波幅度。4.3電壓型逆變電路，為了反饋感性負(fù)載上的無功能量，必須在電力開關(guān)器件上反向并聯(lián)反饋二極管。（√）4.4無源逆變電路，是把直流電能逆變成交流電能送給電網(wǎng)。（×）4.5無源逆變指的是不需要逆變電源的逆變電路。（×）4.6并聯(lián)諧振逆變電路采用負(fù)載換流方式時，諧振回路不一定要呈電容性。（×）4.7電壓型并聯(lián)諧振逆變電路，負(fù)載電壓波形是很好的正弦波。（×）4.8什么是電壓型和電流型逆變電路，各有何特點？答：按照逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)為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)電壓波形為矩形波，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，其波形接近于三角波或正弦波。當(dāng)交流側(cè)為阻感性負(fù)載時，需提供無功功率，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)了二極管。逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動的，因直流電壓無脈動，故功率的脈動是由交流電壓來提供。當(dāng)用于交—直—交變頻器中，負(fù)載為電動機時，如果電動機工作在再生制動狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向來實現(xiàn)，這就需要給交—直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋。電流型逆變電路的主要特點是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。因為各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反向，故可控器件不必反并聯(lián)二極管。當(dāng)用于交—直—交變頻器且負(fù)載為電動機時，若交—直變換為可控整流，則很方便地實現(xiàn)再生制動。4.9電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，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)輸出交流電壓與電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓與電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。4.10為什么在電流型逆變電路的可控器件上要串聯(lián)二極管？答：由于全電路開關(guān)管采用自關(guān)斷器件，其反向不能承受高電壓，所以需要在各開關(guān)器件支路串入二極管。4.11全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能否構(gòu)成120°導(dǎo)電型，為什么？答：全控型器件組成的電壓型三相橋式逆變電路能構(gòu)成導(dǎo)電型。由于三相橋式逆變電路每個橋臂導(dǎo)通，同一相上下兩臂的導(dǎo)通有間隔，各相導(dǎo)通依次相差，且不存在上下直通的問題，所以其能構(gòu)成導(dǎo)電型。但當(dāng)直流電壓一定時，其輸出交流線電壓有效值比180°導(dǎo)電型低得多，直流電源電壓利用率低。4.12并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進行換流，為了保證換流成功應(yīng)滿足什么條件？答：為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過零前t?時刻觸發(fā)T2、T3，稱t?為觸發(fā)引前時間。為了安全起見，必須使式中k為大于1的安全系數(shù)，一般取為2~3。4.13試說明PWM控制的工作原理。答：將一個任意波電壓分成N等份，并把該任意波曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應(yīng)任意波等份的中點重合，得到一系列脈沖列。這就是PWM波形。但在實際應(yīng)用中，人們采用任意波與等到腰三角形相交的方法來確定各矩形脈沖的寬度。PWM控制就是利用PWM脈沖對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。4.14單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？答：單極性ＰＷＭ控制方式在調(diào)制信號的正半個周期或負(fù)半個周期內(nèi)，三角波載波是單極性輸出的，所得的ＰＷＭ波也是單極性范圍內(nèi)變化的。而雙極性ＰＷＭ控制方式中，三角波載波始終是有正有負(fù)，而輸出的ＰＷＭ波是雙極性的。4.15三相橋式電壓型逆變電路采用180導(dǎo)電方式，當(dāng)其直流側(cè)電壓Ud=100V時。（1）求輸出相電壓基波幅值和有效值，（2）求輸出線電壓基波幅值和有效值。答：（1）輸出相電壓基波幅值輸出相電壓基波有效值（2）輸出線電壓基波幅值輸出線電壓基波有效值【鞏固練習(xí)】習(xí)題55.1交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？答：交流調(diào)功能電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，但控制方式不同。交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。晶閘管交流調(diào)功能電路采用整周波的通、斷控制方法，例如以n個電源周波為一個大周期，改變導(dǎo)通周波數(shù)與阻斷周波數(shù)的比值來改變變換器在整個大周期內(nèi)輸出的平均功率，實現(xiàn)交流調(diào)功。5.2在單相交流調(diào)壓電路中，當(dāng)控制角小于負(fù)載功率時為什么輸出電壓不可控？答：當(dāng)時電源接通，如果先觸發(fā)T1，則T1的導(dǎo)通角θ>180°如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)下的電流下降為零，T2的門極脈沖已經(jīng)消失而無法導(dǎo)通，然后T1重復(fù)第一周期的工作，這樣導(dǎo)致先觸發(fā)一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子不能導(dǎo)通，因此出現(xiàn)失控。5.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？答：相控整流電路和交流調(diào)壓電路都是通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。但二者電路結(jié)構(gòu)不同，在控制上也有區(qū)別。相控整流電路的輸出電壓在正負(fù)半周同極性加到負(fù)載上，輸出直流電壓。交流調(diào)壓電路，在負(fù)載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管T1、T2或采用雙向晶閘管T相聯(lián)。當(dāng)電源處于正半周時，觸發(fā)T1導(dǎo)通，電源的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周時，觸發(fā)T2導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上。電源過零時交替觸發(fā)T1、T2，則電源電壓全部加到負(fù)載。輸出交流電壓。5.4交-交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？答：主要特點：只用一次變流效率高；可方便實現(xiàn)四象限工作，低頻率輸出時的特性接近正弦波。主要不足：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，輸出頻率低；輸出功率因素低；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。5.5單相交-交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(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?，兩組可控整流路中哪丁組工作并沒有像交交變頻電路那樣的固定交替關(guān)系，而是由電動機工作狀態(tài)的需要決定。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。5.6什么是軟開關(guān)？采用軟開關(guān)技術(shù)的目的是什么？答：軟開關(guān)：在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)條件得以改善。軟開關(guān)有時也被稱為諧振開關(guān)。采用軟開關(guān)技術(shù)的目的降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。5.7軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？其典型的拓?fù)浞謩e是什么樣子的？各有什么特點？答：根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件開通及關(guān)斷時的電壓電流狀態(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)比較簡單，但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調(diào)制控制方式。

零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元

零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元

零開關(guān)PWM電路：這類電路中引入輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。

零電壓開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元

零電流開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元

零轉(zhuǎn)換PWM電路：這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，輸入電壓和負(fù)載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負(fù)載到滿負(fù)載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，無功率的交換被消減到最小。

零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元

零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元5.8什么叫準(zhǔn)諧振？零電壓和零電流開關(guān)電路各有什么特點？答：正向和反向LC回路值不一樣，即振蕩頻率不同，電流幅值不同，所以振蕩不對稱。一般正向正弦半波大過負(fù)向正弦半波，所以常稱為準(zhǔn)諧振。無論是串聯(lián)LC或并聯(lián)LC都會產(chǎn)生準(zhǔn)諧振。零電壓特點：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高。零電流特點：開關(guān)諧振電流有效值很大，電路中存在大量無功功率的交換，電路導(dǎo)通損耗加大。5.9零開關(guān)，即零電壓開通和零電流關(guān)斷的含義是什么？答：使開關(guān)開通前的兩端電壓為零，則開關(guān)導(dǎo)通過程中就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式為零電壓開通；而使開關(guān)關(guān)斷時其電流為零，也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，稱為零電流關(guān)斷。5.10試比較ZCSPWM與ZCTPWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答：ZCTPWM電路主開關(guān)管在零電流下關(guān)斷，降低了類似IGBT這種具有很大電流拖尾的大功率電力電子器件的關(guān)斷損耗，并且沒有明顯增加主功率開關(guān)管及二極管的電壓、電流應(yīng)力。同時，諧振網(wǎng)絡(luò)可以自適應(yīng)地根據(jù)輸入電壓與負(fù)載的變化調(diào)整自己的環(huán)流能力。更重要的是它的軟開關(guān)條件與輸入、輸出無關(guān)，這就意味著它可在很寬的輸入電壓和輸出負(fù)載變化范圍內(nèi)有效地實現(xiàn)軟開關(guān)操作過程，并且用于保證ZVS條件所需的環(huán)流能量也不大。ZCTPWM電路變換器的開通是典型的硬開關(guān)方式，ZCS—PWM變換電路的輸入電壓和負(fù)載在一個很大范圍內(nèi)變化時，可像常規(guī)的PWM變換電路那樣通過恒定頻率PWM控制調(diào)節(jié)輸出電壓，且主開關(guān)管電壓應(yīng)力小。其主要特點與ZCSQRS電路是一樣的，即主開關(guān)管電流應(yīng)力大，續(xù)流二極管電壓應(yīng)力大。由于諧振電感仍保持在主功率能量的傳遞通路上．因此，實現(xiàn)ZCS的條件與電網(wǎng)電壓、負(fù)載變化有很大的關(guān)系，這就制約了它在這些場合的作用?？梢韵馫RC電路一樣通過諧振為主功率開關(guān)管創(chuàng)造零電壓或零電流開關(guān)條件，又可以使電路像常規(guī)PWM電路一樣，通過恒頻占空比調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。5.11試比較ZVSPWM與ZVTPWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答：ZVSPWM變換電路既有主開關(guān)零電壓導(dǎo)通的優(yōu)點，同時，當(dāng)輸入電壓和負(fù)載在一個很大的范圍內(nèi)變化時．又可像常規(guī)PWM那樣通過恒頻PWM調(diào)節(jié)其輸出電壓，從而給電路中變壓器、電感器和濾波器的最優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)造了良好的條件，克服了QRC變換電路中變頻控制帶來的諸多問題。但其主要缺點是保持了原QRC變換電路中固有的電壓應(yīng)力較大且與負(fù)載變化有關(guān)的缺陷。另外，諧振電感串聯(lián)在主電路中，因此主開關(guān)管的ZVS條件與電源電壓及負(fù)載有關(guān)。ZVTPWM電路主功率管在零電壓下完成導(dǎo)通和關(guān)斷，有效地消除了主功率二極管的反向恢復(fù)特性的影響，同時又不過多的增加主功率開關(guān)管與主功率二極管的電壓和電流應(yīng)力ZVTPWM變換器中的輔助開關(guān)是在高電壓、大電流下關(guān)斷，這就使輔助開關(guān)的開關(guān)損耗增加，從而影響整個電路的效率。然而，無論是ZCTPWM還是ZVTPWM的缺點都可以通過電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進來加以克服?！眷柟叹毩?xí)】習(xí)題66.1開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比有何優(yōu)缺點？答：（1