電力電子技術答案.pdf

目目 錄錄 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 交流電力控制電路和交交變頻電路26 第 5 章 逆變電路31 第 6 章 PWM 控制技術35 第 7 章 軟開關技術40 第 8 章 組合變流電路 42 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 1 第第 1 章章 電力電子器件電力電子器件 1. 使晶閘管導通的條件是什么？ 答：使晶閘管導通的條件是：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 uGK0。 2. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？ 答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持 電流。 要使晶閘管由導通變?yōu)殛P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，便可使導通的晶閘管關斷。 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，試計算各波形的電流平均值 Id1、Id2、Id3與電流有效值 I1、I2、I3。 00222 4 4 2 5 4 a) b)c) 0 圖 1- 43 晶閘管導電波形 解：a) Id1= 2 1 4 )(sinttdIm= 2 m I (1 2 2 +)0.2717 Im I1= 4 2 )()sin( 2 1 tdtIm= 2 m I 2 1 4 3 +0.4767 Im b) Id2 = 1 4 )(sinttdIm= m I (1 2 2 +)0.5434 Im I2 = 4 2 )()sin( 1 tdtIm= 2 2 m I 2 1 4 3 +0.6741I c) Id3= 2 1 2 0 )( tdIm= 4 1 Im I3 = 2 0 2 )( 2 1 tdIm= 2 1 Im 4. 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 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 2 多少？這時，相應的電流最大值 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，由上題計算結果知 a) Im1 4767. 0 I 329.35， Id10.2717 Im189.48 b) Im2 6741. 0 I 232.90, Id20.5434 Im2126.56 c) Im3=2 I = 314, Id3= 4 1 Im3=78.5 5. GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構， 為什么GTO 能夠自關斷， 而普通晶閘管不能？ 答：GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構，由 P1N1P2和 N1P2N2構成兩個晶體管 V1、V2,分 別具有共基極電流增益 1 和 2 ，由普通晶閘管的分析可得， 1 + 2 =1 是器件臨界導通 的條件。 1 + 2 1，兩個等效晶體管過飽和而導通； 1 + 2 1，不能維持飽和導通而 關斷。 GTO 之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為 GTO 與普通晶閘管在設計和 工藝方面有以下幾點不同： 1) GTO 在設計時 2 較大，這樣晶體管 V2控制靈敏，易于 GTO 關斷； 2) GTO 導通時的 1 + 2 更接近于 1，普通晶閘管 1 + 2 1.15，而 GTO 則為 1 + 2 1.05，GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利 條件； 3) 多元集成結構使每個 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 因靜電感應應起的損壞？ 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，當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過20 的擊穿電壓，所以為防止 MOSFET 因靜電感應而引起的損壞，應注意以下幾點： 一般在不用時將其三個電極短接； 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時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 的驅動電路各有什么特點？ 答：IGBT 驅動電路的特點是：驅動電路具有較小的輸出電阻，IGBT 是電壓驅動型器件， IGBT 的驅動多采用專用的混合集成驅動器。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 3 GTR 驅動電路的特點是：驅動電路提供的驅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，關斷時，驅動電路能提供幅值足夠大的反向基 極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。 GTO 驅動電路的特點是： GTO 要求其驅動電路提供的驅動電流的前沿應有足夠的幅 值和陡度，且一般需要在整個導通期間施加正門極電流，關斷需施加負門極電流，幅值和 陡度要求更高， 其驅動電路通常包括開通驅動電路， 關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。 電力 MOSFET 驅動電路的特點：要求驅動電路具有較小的輸入電阻，驅動功率小且 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因過電壓，du/dt 或過電流和 di/dt， 減小器件的開關損耗。 RCD 緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經(jīng) Rs放電，Rs起到限制放電電流的 作用；關斷時，負載電流經(jīng) VDs從 Cs分流，使 du/dt 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。 解：對 IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關速度高，開關損耗小，具有耐脈 沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低， 輸入阻抗高，為電壓驅動，驅動功率 小 開關速度低于電力 MOSFET,電 壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關特性好，通流 能力強，飽和壓降低 開關速度低，為電流驅動，所需 驅動功率大，驅動電路復雜，存 在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場 合，具有電導調制效應，其通流能力 很強 電流關斷增益很小，關斷時門極 負脈沖電流大，開關速度低，驅 動功率大，驅動電路復雜，開關 頻率低 電 力 MOSFET 開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性 好，所需驅動功率小且驅動電路簡 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 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 4 第第 2 章章 整流電路整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電，L20mH，U2100V，求當0和 60 時的負載電流 Id，并畫出 ud與 id波形。 解：0時，在電源電壓 u2的正半周期晶閘管導通時，負載電感 L 儲能，在晶閘管開始 導通時刻，負載電流為零。在電源電壓 u2的負半周期，負載電感 L 釋放能量，晶閘管繼續(xù) 導通。因此，在電源電壓 u2的一個周期里，以下方程均成立： tU t i Lsin2 d d 2 d = 考慮到初始條件：當t0 時 id0 可解方程得： )cos1 ( 2 2 d t L U i = = 2 0 2 d )(d)cos1 ( 2 2 1 tt L U I = L U 2 2 =22.51(A) ud與 id的波形如下圖： 0 2 t u2 0 2 t0 2 t ud 0 2 t id 當60時，在 u2正半周期 60180期間晶閘管導通使電感 L 儲能，電感 L 儲藏的 能量在 u2負半周期 180300期間釋放， 因此在 u2一個周期中 60300期間以下微分方程 成立： tU t i Lsin2 d d 2 d = 考慮初始條件：當t60時 id0 可解方程得： )cos 2 1 ( 2 2 d t L U i = PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 5 其平均值為 )(d)cos 2 1 ( 2 2 1 3 5 3 2 d tt L U I = = L U 2 2 2 =11.25(A) 此時 ud與 id的波形如下圖： t ud id + t t u2 0 + 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 2 2U；當負載是電阻或電感時， 其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。 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。 因為單相全波可控整流電路變壓器二次測繞組中，正負半周內上下繞組內電流的方向 相反，波形對稱，其一個周期內的平均電流為零，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 VT1導通時，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 2 2U。 當單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， 對于電阻負載： （0）期間無晶閘管導通，輸出電壓為 0； （）期間，單相全波電路中 VT1導通， 單相全控橋電路中 VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；()期間，均 無晶閘管導通，輸出電壓為 0；( 2)期間，單相全波電路中 VT2導通，單相全控 橋電路中 VT2、VT3導通，輸出電壓等于 u2。 對于電感負載： （ ）期間，單相全波電路中 VT1導通，單相全控橋電路中 VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等； （ 2）期間，單相全波電 路中 VT2導通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導通，輸出波形等于 u2。 可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負載上時，則輸出電流也相同。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 6 3單相橋式全控整流電路，U2100V，負載中 R2，L 值極大，當30時， 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： u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id 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 cos0.9100cos3077.97（V） IdUd /R77.97/238.99（A） I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為： 2U21002141.4（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： IVTId227.57（A） 晶閘管的額定電流為： IN（1.52）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，電阻性負載，畫出整流二極管在一周內承受的電壓波形。 解：注意到二極管的特點：承受電壓為正即導通。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承受的電壓波形如下： PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 7 0 2 t t t u2 uVD2 uVD4 0 0 5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中 R=2，L 值極大，反電勢 E=60V，當 =30時，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： u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id Id 整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次側電流有效值 I2分別為 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為： 2U21002141.4（V） 流過每個晶閘管的電流的有效值為： IVTId 26.36（A） 故晶閘管的額定電壓為： UN(23)141.4283424（V） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 8 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， 電阻電感負載，R=2，L 值很大，當=60時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： u2 O t O t O t ud id Ot Ot Id Id Id iVT1 iVD2 2 + 負載電壓的平均值為： 2 ) 3/cos(1 9 . 0)(dsin2 1 2 3 2d + = UttUU67.5（V） 負載電流的平均值為： IdUdR67.52233.75（A） 流過晶閘管 VT1、VT2的電流有效值為： IVT 3 1 Id19.49（A） 流過二極管 VD3、VD4的電流有效值為： IVD 3 2 Id27.56（A） 7. 在三相半波整流電路中， 如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失，試繪出在電阻性負載和電感性 負載下整流電壓 ud的波形。 解：假設= 0，當負載為電阻時，ud的波形如下： PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 9 ud uaubuc Ot ud uaubuc Ot 當負載為電感時，ud的波形如下： ud uaubuc Ot ud uaubuc Ot 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 的電動勢相同，其分段布置及其矢量如圖 2- 60 所示，此時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？ a1 ABC N n N AB C n b1c1 a2b2c2 a1 b1 c1 a2 b2 c2 圖 2- 60 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會被直流磁化。原因如下： 變壓器二次繞組在一個周期內：當 a1c2對應的晶閘管導通時，a1的電流向下流，c2的 電流向上流；當 c1b2對應的晶閘管導通時，c1的電流向下流，b2的電流向上流；當 b1a2對 應的晶閘管導通時，b1的電流向下流，a2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 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 10 內流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。 9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b 兩相的自然換相點是同一點 嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？ 答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b 兩相之間換相的的自然換相點不 是同一點。它們在相位上相差 180。 10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，如果它 們的觸發(fā)角都是，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，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，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5，L 值極大，當=60 時，要求： 畫出 ud、id和 iVT1的波形； 計算 Ud、Id、IdT和 IVT。 解：ud、id和 iVT1的波形如下圖： ud uaubuc id O t Ot Ot iVT 1 =30 u2 uaubuc Ot Ud、Id、IdT和 IVT分別如下 Ud1.17U2cos1.17100cos6058.5（V） IdUdR58.5511.7（A） IdVTId311.733.9（A） IVTId36.755（A） 12在三相橋式全控整流電路中，電阻負載，如果有一個晶閘管不能導通，此時的整 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 11 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 VT1不能導通，整流電壓 ud波形如下： ud O t 假設 VT1被擊穿而短路，則當晶閘管 VT3或 VT5導通時，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，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5，L 值極大，當=60 時，要求： 畫出 ud、id和 iVT1的波形； 計算 Ud、Id、IdT和 IVT。 解：ud、id和 iVT1的波形如下： = 60 u2 ud uabuacubcubaucaucbuabuac ua ubuc O t t1 Ot id tO tO iVT 1 Ud、Id、IdT和 IVT分別如下 Ud2.34U2cos2.34100cos60117（V） IdUdR117523.4（A） IDVTId323.437.8（A） IVTId323.4313.51（A） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 12 14單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH， 當=60時求 Ud、Id與 的數(shù)值，并畫出整流電壓 ud的波形。 解：考慮 LB時，有： Ud0.9U2cosUd Ud2XBId Id（UdE）R 解方程組得： Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V） Ud0.455（V） Id4.55（A） 又 cos)cos( +2 BdX IU2 即得出 )60cos(+=0.4798 換流重疊角 61.33 60=1.33 最后，作出整流電壓 Ud的波形如下： O t Ot ud u2 15三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH， 求當=30時、E=50V 時 Ud、Id、 的值并作出 ud與 iVT1和 iVT2的波形。 解：考慮 LB時，有： Ud1.17U2cosUd Ud3XBId2 Id（UdE）R 解方程組得： Ud（R 1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V） Ud6.7（V） Id44.63（A） 又 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 13 cos)cos( +2 BdX I6U2 即得出 )30cos(+=0.752 換流重疊角 41.28 30=11.28 ud、iVT1和 iVT2的波形如下： ud iVT1 tO tO Id uaubuc iVT2 tO Id O uaubucu2 16三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求 Ud、Id、IVD、I2和 的值并作出 ud、iVD和 i2的波形。 解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路0時的情況。 Ud2.34U2cosUd Ud3XBId IdUdR 解方程組得： Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V） Id97.38（A） 又 cos)cos( +2 BdX I6U2 即得出 cos=0.892 換流重疊角 26.93 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 14 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38332.46（A） I2a 3 2 Id79.51（A） ud、iVD1和 i2a的波形如下： u2 ud iVD1 tO tO tO tO uaubuc t1 uabuacubcubaucaucbuabuac i2a Id Id 17三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60， 當LB=0 和LB=1mH 情況下分別求 Ud、 Id的值， 后者還應求 并分別作出 ud與 iT的波形。 解：當 LB0 時： Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4（V） Id（UdE）R（257.4200）157.4（A） 當 LB1mH 時 Ud2.34U2cosUd Ud3XBId Id（UdE）R 解方程組得： Ud（2.34U2R cos3XBE）（R3XB）244.15（V） Id44.15（A） Ud13.25（V） 又cos)cos( +2XBId6U2 )60cos(+0.4485 63.35603.35 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 15 ud、IVT1和 IVT2的波形如下： u2 ud iVT1 tO tO tO uaubuc uabuacubcubaucaucbuabuac Id iVT2 tO Id 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？變壓器二次側電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有 2k（k=1、2、3）次諧波，其中幅 值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側電流中含有 2k1（k1、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 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。 20試計算第 3 題中 i2的 3、5、7 次諧波分量的有效值 I23、I25、I27。 解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為 Id38.99（A） 于是可得： I2322Id32238.99311.7（A） I2522Id52238.9957.02（A） I2722Id72238.9975.01（A） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 16 21試計算第 13 題中 i2的 5、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 Id23.4（A） 由此可計算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為： I256Id5623.453.65（A） I276Id7623.472.61（A） 22試分別計算第 3 題和第 13 題電路的輸入功率因數(shù)。 解：第 3 題中基波電流的有效值為： I122Id2238.9935.1（A） 基波因數(shù)為 I1II1Id35.138.990.9 電路的輸入功率因數(shù)為： cos0.9 cos300.78 第 13 題中基波電流的有效值： I16Id623.3918.243（A） 基波因數(shù)為 I1II1Id0.955 電路的輸入功率因數(shù)為： cos0.955 cos600.48 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流電路相比有以下異同點： 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； 當變壓器二次電壓有效值 U2相等時，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， 晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系是一樣的，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。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 17 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：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 12k1、 （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 24k1 （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： 直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流 側的平均電壓； 要求晶閘管的控制角/2，使 Ud為負值。 27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當 EM=-400V，=60時求 Ud、Id與 的值，此時送回電網(wǎng)的有功功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個等式： Ud2.34U2cos()Ud Ud3XBId Id（UdEM）R 三式聯(lián)立求解，得 Ud2.34U2R cos()3XBEM(R3XB)290.3（V） Id109.7（A） 由下式可計算換流重疊角： cos)cos( +2XBId6U20.1279 )120cos(+0.6279 128.901208.90 送回電網(wǎng)的有功功率為 P=RIIE ddM 2 |=400109.7- 109.72109.71=31.85(W) 28 單相全控橋， 反電動勢阻感負載， R=1， L=， U2=100V， L=0.5mH， 當 EM=-99V， =60時求 Ud、Id和 的值。 解：由題意可列出如下 3 個等式： Ud0.9U2cos(-)Ud PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 18 Ud2XBId Id（UdEM）R 三式聯(lián)立求解，得 UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V） Id49.09（A） 又 cos)cos( +2 BdX IU2=0.2181 即得出 )120cos(+=-0.7181 換流重疊角 135.9 120=15.9 29什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？ 答：逆變運行時，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，當負載分別為電阻負載或電 感負載時，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，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 180， 當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 120， 當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 31三相全控橋，電動機負載，要求可逆，整流變壓器的接法是 D，y- 5，采用 NPN 鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30的 R- C 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián) 結形式。 解：整流變壓器接法如下圖所示 a b c A B C 以 a 相為例，ua的 120對應于=90，此時 Ud=0，處于整流和逆變的臨界點。該點 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 19 與鋸齒波的中點重合， 即對應于同步信號的 300， 所以同步信號滯后 ua 180， 又因為 R- 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。 滿足上述關系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結形式如下兩幅圖所示。 BC A a b c sa sbsc - sa - sb- sc A B C - sa - sb - sc sa sb sc 各晶閘管的同步電壓選取如下表： 晶閘管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 同步電壓 -usb usa -usc usb -usa usc PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 20 第第 3 章章 直流斬波電路直流斬波電路 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 導通一段時間 ton，由電源 E 向 L、R、 M 供電，在此期間，uoE。然后使 V 關斷一段時間 toff，此時電感 L 通過二極管 VD 向 R 和 M 供電，uo0。一個周期內的平均電壓 UoE tt t + offon on 。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，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 Uo=E T ton = 50 20020 =80(V) 輸出電流平均值為 Io = R EU Mo - = 10 3080 =5(A) 3在圖 3- 1a 所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用 脈寬調制控制方式，T=20s，當 ton=5s 時，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續(xù)。當 ton=3s 時，重新 進行上述計算。 解：由題目已知條件可得： m= E EM = 100 10 =0.1 = R L = 5 . 0 001 . 0 =0.002 當 ton=5s 時，有 = T =0.01 = on t =0.0025 由于 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 21 1 1 e e = 1 1 01. 0 0025. 0 e e =0.249m 所以輸出電流連續(xù)。 此時輸出平均電壓為 Uo =E T ton = 20 5100 =25(V) 輸出平均電流為 Io = R EU Mo - = 5 . 0 1025 =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為 Imax= R E m e e 1 1 = 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0025. 0 e e =30.19(A) Imin= R E m e e 1 1 = 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0025. 0 e e =29.81(A) 當 ton=3s 時，采用同樣的方法可以得出： =0.0015 由于 1 1 e e = 1 1 01. 0 015. 0 e e =0.149m 所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為： Uo =E T ton = 20 3100 =15(V) Io = R EU Mo - = 5 . 0 1015 =10(A) Imax= 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0015. 0 e e =10.13(A) Imin= 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0015. 0 e e =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：假設電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當 V 處于通態(tài)時，電源 E 向電感 L 充 電，充電電流基本恒定為 I1，同時電容 C 上的電壓向負載 R 供電，因 C 值很大，基本保持 輸出電壓為恒值 Uo。設 V 處于通態(tài)的時間為 ton，此階段電感 L 上積蓄的能量為 on1t EI。 當 V 處于斷態(tài)時 E 和 L 共同向電容 C 充電并向負載 R 提供能量。設 V 處于斷態(tài)的時間為 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 22 toff，則在此期間電感 L 釋放的能量為() off1o tIEU 。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期 T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： () off1oon1 tIEUtEI= 化簡得： E t T E t tt U offoff offon o = + = 式中的1/ off tT，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 脈寬調制控制方式，當 T=40s，ton=25s 時，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：輸出電壓平均值為： Uo =E t T off =50 2540 40 =133.3(V) 輸出電流平均值為： Io = R Uo = 20 3 .133 =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。 答：升降壓斬波電路的基本原理：當可控開關 V 處于通態(tài)時，電源 E 經(jīng) V 向電感 L 供電 使其貯存能量，此時電流為 i1，方向如圖 3- 4 中所示。同時，電容 C 維持輸出電壓基本恒 定并向負載 R 供電。此后，使 V 關斷，電感 L 中貯存的能量向負載釋放，電流為 i2，方向 如圖 3- 4 所示。可見，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。 穩(wěn)態(tài)時，一個周期 T 內電感 L 兩端電壓 uL對時間的積分為零，即 = T tu 0 L 0d 當 V 處于通態(tài)期間，uL = E；而當 V 處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是： offoon tUtE= 所以輸出電壓為： EE tT t E t t U = = 1 on on off on o 改變導通比，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當 0 1/2 時為降 壓，當 1/2 1 時為升壓，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 V 處于通態(tài)時，EL1V 回路和 RL2CV 回路分 別流過電流。當 V 處于斷態(tài)時，EL1CVD 回路和 RL2VD 回路分別流過電流。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 23 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，相當于開關 S 在 A、B 兩點之間交替切換。 假設電容 C 很大使電容電壓 uC的脈動足夠小時。 當開關 S 合到 B 點時， B點電壓 uB=0， A 點電壓 uA= - uC；相反，當 S 合到 A 點時，uB= uC，uA=0。因此，B 點電壓 uB的平均值 為 C off B U T t U=（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 C off B U T t UE=。另一方面，A 點的電壓平均值為 C on A U T t U=，且 L2的電壓平均值 為零，按圖 3- 5b 中輸出電壓 Uo的極性，有 C on o U T t U =。于是可得出輸出電壓 Uo與電源 電壓 E 的關系： EE tT t E t t U = = 1 on on off on o 兩個電路實現(xiàn)的功能是一致的， 均可方便的實現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， Cuk 斬波電路有一個明顯的優(yōu)點，其輸入電源電流和輸出負載電流都是連續(xù)的，且脈動很 小，有利于對輸入、輸出進行濾波。