電力電子習(xí)題及答案.doc

精品文檔電力電子技術(shù)課后題答案第一章1.1 電力技術(shù)、電子技術(shù)和電力電子技術(shù)三者所涉及的技術(shù)內(nèi)容和研究對(duì)象是什么？三者的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用主要依賴什么電氣設(shè)備和器件？答：電力技術(shù)涉及的技術(shù)內(nèi)容：發(fā)電、輸電、配電及電力應(yīng)用。其研究對(duì)象是：發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、輸配電線路等電力設(shè)備，以及利用電力設(shè)備來處理電力電路中電能的產(chǎn)生、傳輸、分配和應(yīng)用問題。其發(fā)展依賴于發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、輸配電系統(tǒng)。其理論基礎(chǔ)是電磁學(xué)(電路、磁路、電場(chǎng)、磁場(chǎng)的基本原理)，利用電磁學(xué)基本原理處理發(fā)電、輸配電及電力應(yīng)用的技術(shù)統(tǒng)稱電力技術(shù)。電子技術(shù)，又稱為信息電子技術(shù)或信息電子學(xué)，研究內(nèi)容是電子器件以及利用電子器件來處理電子電路中電信號(hào)的產(chǎn)生、變換、處理、存儲(chǔ)、發(fā)送和接收問題。其研究對(duì)象:載有信息的弱電信號(hào)的變換和處理。其發(fā)展依賴于各種電子器件（二極管、三極管、MOS管、集成電路、微處理器電感、電容等）。 電力電子技術(shù)是一門綜合了電子技術(shù)、控制技術(shù)和電力技術(shù)的新興交叉學(xué)科。它涉及電力電子變換和控制技術(shù)技術(shù)，包括電壓（電流）的大小、頻率、相位和波形的變換和控制。研究對(duì)象：半導(dǎo)體電力開關(guān)器件及其組成的電力開關(guān)電路，包括利用半導(dǎo)體集成電路和微處理器芯片構(gòu)成信號(hào)處理和控制系統(tǒng)。電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用主要依賴于半導(dǎo)體電力開關(guān)器件。 答案 1.2 為什么三相交流發(fā)電機(jī)或公用電網(wǎng)產(chǎn)生的恒頻、恒壓交流電，經(jīng)電壓、頻率變換后再供負(fù)載使用，有可能獲得更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益？答：用電設(shè)備的類型、功能千差萬別，對(duì)電能的電壓、頻率、波形要求各不相同。為了滿足一定的生產(chǎn)工藝和流程的要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能源消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益，若能將電網(wǎng)產(chǎn)生的恒頻、恒壓交流電變換成為用電負(fù)載的最佳工況所需要的電壓、頻率或波形，有可能獲得更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 例如：若風(fēng)機(jī)、水泵全部采用變頻調(diào)速技術(shù)，每年全國可以節(jié)省幾千萬噸以上的煤，或者可以少興建上千萬千瓦的發(fā)電站。若采用高頻電力變換器對(duì)熒光燈供電，不僅電-光轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高、光質(zhì)顯著改善、燈管壽命延長35倍、可節(jié)電50%，而且其重量僅為工頻電感式鎮(zhèn)流器的10%。高頻變壓器重量、體積比工頻變壓器小得多，可以大大減小鋼、銅的消耗量。特別在調(diào)速領(lǐng)域，與古老的變流機(jī)組相比，在鋼銅材消耗量、重量、體積、維護(hù)、效率、噪音、控制精度和響應(yīng)速度等方面優(yōu)勢(shì)明顯。答案1.3 開關(guān)型電力電子變換有哪四種基本類型？答：有如下四種電力變換電路或電力變換器，如圖所示：交流（A.C）直流（D.C）整流電路或整流器； 直流（D.C）交流（A.C）逆變電路或逆變器； 直流（D.C）直流（D.C）電壓變換電路，又叫直流斬波電路、直流斬波器； 交流（A.C）交流（A.C）電壓和/或頻率變換電路：僅改變電壓的稱為交流電壓變換器或交流斬波器，頻率、電壓均改變的稱為直接變頻器。 答案1.4 圖1.6(a)所示的開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)DC-AC逆變變換的基本原理是什么？從開關(guān)電路的輸出端CD能否直接獲得理想的正弦基波電壓？直流電源輸出到開關(guān)電路輸入端AB的直流電流是否為無脈動(dòng)連續(xù)的直流電流？答：1 DC/AC逆變電路的可以采用三種控制方案：A、180方波；B、小于180單脈沖方波；C、PWM控制?；驹矸謩e如下：A 180方波。當(dāng)要求輸出交流電的頻率為時(shí)，在半周期內(nèi)使S1、S4導(dǎo)通，S2、S3阻斷，則逆變電路輸出電壓；令隨后的時(shí)間內(nèi)S2、S3導(dǎo)通，S1、S4阻斷，則逆變電路輸出電壓為負(fù)的電源電壓（）。因此是頻率為、幅值為的交流方波電壓，如圖1.6(b)所示。對(duì)進(jìn)行傅立葉分解，得到其基波電壓有效值為，大小取決于直流電源的電壓；基波角頻率，取決于開關(guān)的工作頻率。其中含有大量的高次諧波經(jīng)濾去后，負(fù)載可獲得正弦交流基波電壓。B 小于180單脈沖方波。類似180方波控制，但是僅在半周的一部分時(shí)間內(nèi)讓相應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，則將是導(dǎo)電時(shí)間小于T/2，導(dǎo)電寬度角小于的矩形波，如圖1.6(c)所示進(jìn)行傅立葉分解，得到基波電壓有效值為或 。顯然，控制導(dǎo)通時(shí)間可以控制輸出電壓基波大小，而輸出電壓的頻率f仍取決于開關(guān)工作頻率。C 若采用高頻開關(guān)PWM控制策略，則交流輸出電壓為圖1.6(d)所示的脈沖寬度調(diào)制（PWM）的交流電壓，輸出電壓波形更接近正弦波且其中諧波電壓的頻率較高，只需要很小的濾波就可得到正弦化的交流電壓。其性能遠(yuǎn)優(yōu)于單脈波的方波逆變方案。2 不能直接獲得理想的正弦基波電壓。3 是有脈動(dòng)非連續(xù)的直流電流。答案1.5 開關(guān)型電力電子變換器有那些基本特性？答：（1）變換器的核心是一組開關(guān)電路，開關(guān)電路輸出端電壓和開關(guān)電路輸入端電流都不可能是理想的直流或無畸變的正弦基波交流，含有高次諧波。（2）要改善變換電路的輸出電壓和輸入電流的波形，可以在其輸出、輸入端附加LC濾波電路；但是最有效方法是采用高頻PWM控制技術(shù)。（3）電力電子變換器工作時(shí)，開關(guān)器件不斷進(jìn)行周期性通、斷狀態(tài)的依序轉(zhuǎn)換，為使輸出電壓接近理想的直流或正弦交流，一般應(yīng)對(duì)稱地安排一個(gè)周期中不同的開關(guān)狀態(tài)及持續(xù)時(shí)間。因此對(duì)其工作特性的常用分析方法或工具是：開關(guān)周期平均值（狀態(tài)空間平均法）和傅立葉級(jí)數(shù)。答案1.6 開關(guān)型電力電子變換器有哪兩類應(yīng)用領(lǐng)域？答：按功能可分為兩大應(yīng)用領(lǐng)域：（1）開關(guān)型電力電子變換電源或簡稱開關(guān)電源。由半導(dǎo)體開關(guān)電路將輸入電源變換為另一種電源給負(fù)載供電。這一類應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)十分廣泛。（2）開關(guān)型電力電子補(bǔ)償控制器。它又分為兩種類型：電壓、電流（有功功率、無功功率）補(bǔ)償控制器和阻抗補(bǔ)償控制器。它們或向電網(wǎng)輸出所要求的補(bǔ)償電壓或電流，或改變并聯(lián)接入、串聯(lián)接入交流電網(wǎng)的等效阻抗，從而改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。這類應(yīng)用將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的革命并推動(dòng)電力電子技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展。第二章2.1 說明半導(dǎo)體PN結(jié)單向?qū)щ姷幕驹砗挽o態(tài)伏-安特性。答：PN結(jié)半導(dǎo)體二極管在正向電壓接法下（簡稱正偏），外加電壓所產(chǎn)生的外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，因此PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)被削弱。內(nèi)電場(chǎng)所引起的多數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)被削弱，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力減小了，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過了反方向的漂移運(yùn)動(dòng)。大量的多數(shù)載流子能不斷地?cái)U(kuò)散越過交界面，P區(qū)帶正電的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)帶負(fù)電的電子向P區(qū)擴(kuò)散。這些載流子在正向電壓作用下形成二極管正向電流。二極管導(dǎo)電時(shí)，其PN結(jié)等效正向電阻很小，管子兩端正向電壓降僅約1V左右（大電流硅半導(dǎo)體電力二極管超過1V，小電流硅二極管僅0.7V，鍺二極管約0.3V）。這時(shí)的二極管在電路中相當(dāng)于一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)（通態(tài)）的開關(guān)。PN結(jié)半導(dǎo)體二極管在反向電壓接法下（簡稱反偏）外加電壓所產(chǎn)生的外電場(chǎng)與原內(nèi)電場(chǎng)方向相同。因此外電場(chǎng)使原內(nèi)電場(chǎng)更增強(qiáng)。多數(shù)載流子（P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)更難于進(jìn)行。這時(shí)只有受光、熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子（P區(qū)的少數(shù)載流子電子和N區(qū)的少數(shù)載流子空穴）在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。因此反偏時(shí)二極管電流極小。在一定的溫度下，二極管反向電流在一定的反向電壓范圍內(nèi)不隨反向電壓的升高而增大，為反向飽和電流。因此半導(dǎo)體PN結(jié)呈現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。其靜態(tài)伏安特性曲線如左圖曲線所示。但實(shí)際二極管靜態(tài)伏安特性為左圖的曲線。二極管正向?qū)щ姇r(shí)必須外加電壓超過一定的門坎電壓（又稱死區(qū)電壓），當(dāng)外加電壓小于死區(qū)電壓時(shí)，外電場(chǎng)還不足以削弱PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，因此正向電流幾乎為零。硅二極管的門坎電壓約為0.5V，鍺二極管約為0.2V，當(dāng)外加電壓大于后內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，電流才會(huì)迅速上升。二極管外加反向電壓時(shí)僅在當(dāng)外加反向電壓不超過某一臨界擊穿電壓值時(shí)才會(huì)使反向電流保持為反向飽和電流。實(shí)際二極管的反向飽和電流是很小的。但是當(dāng)外加反向電壓超過后二極管被電擊穿，反向電流迅速增加。答案 2.2 說明二極管的反向恢復(fù)特性。答：由于PN結(jié)間存在結(jié)電容C，二極管從導(dǎo)通狀態(tài)（C很大存儲(chǔ)電荷多）轉(zhuǎn)到截止阻斷狀態(tài)時(shí)，PN結(jié)電容存儲(chǔ)的電荷并不能立即消失，二極管電壓仍為12V，二極管仍然具有導(dǎo)電性，在反向電壓作用下，反向電流從零增加到最大值，反向電流使存儲(chǔ)電荷逐漸消失，二極管兩端電壓降為零。這時(shí)二極管才恢復(fù)反向阻斷電壓的能力而處于截止?fàn)顟B(tài)，然后在反向電壓作用下，僅流過很小的反向飽和電流。因此，二極管正向?qū)щ婋娏鳛榱愫笏⒉荒芰⒓淳哂凶钄喾聪螂妷旱哪芰?，必須再?jīng)歷一段反向恢復(fù)時(shí)間后才能恢復(fù)其阻斷反向電壓的能力。答案2.3 說明半導(dǎo)體電力三極管BJT處于通態(tài)、斷態(tài)的條件。答：電力三極管BJT處于通態(tài)的條件是：注入三極管基極的電流大于基極飽和電流（已知三極管的電流放大系數(shù)，有）。這時(shí)三極管、導(dǎo)電性很強(qiáng)而處于最小等效電阻、飽和導(dǎo)電狀態(tài)，可以看作是一個(gè)閉合的開關(guān)。BJT處于斷態(tài)的條件是：基極電流為零或是施加負(fù)基極電流，即。這時(shí)BJT的等效電阻近似為無限大而處于斷態(tài)。答案2.4 電力三極管BJT的四個(gè)電壓值、和的定義是什么？其大小關(guān)系如何？ 答：、和分別為不同基極狀態(tài)下的三極管集-射極擊穿電壓值： 定義為基極反偏時(shí)，三極管集-射極電壓擊穿值；為基極短接、基極電壓為0時(shí)，三極管集-射極電壓擊穿值；為基極接有電阻短路時(shí)的集-射極擊穿電壓值要；為基極開路時(shí)集-射極擊穿電壓值。 其大小關(guān)系為：。答案2.5 說明晶閘管的基本工作原理。在哪些情況下，晶閘管可以從斷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥☉B(tài)？已處于通態(tài)的晶閘管，撤除其驅(qū)動(dòng)電流為什么不能關(guān)斷，怎樣才能關(guān)斷晶閘管？答：基本工作原理：見課本p36-37；應(yīng)回答出承受正向壓、門極加驅(qū)動(dòng)電流時(shí)的管子內(nèi)部的正反饋過程，使不斷增大，最后使，很大，晶閘管變成通態(tài)；撤去門極電流后由于，仍可使很大，保持通態(tài)。有多種辦法可以使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。 常用的辦法是門極觸發(fā)導(dǎo)通和光注入導(dǎo)通。另外正向過電壓、高溫、高的都可能使晶閘管導(dǎo)通，但這是非正常導(dǎo)通情況。要使晶閘管轉(zhuǎn)入斷態(tài)，應(yīng)設(shè)法使其陽極電流減小到小于維持電流，通常采用使其陽極A與陰極K之間的電壓為零或反向。答案2.6 直流電源電壓220V，經(jīng)晶閘管T對(duì)負(fù)載供電。負(fù)載電阻R20，電感=1H，晶閘管擎住電流=55mA，維持電流=22mA，用一個(gè)方波脈沖電流觸發(fā)晶閘管。試計(jì)算： 如果負(fù)載電阻R20，觸發(fā)脈沖的寬度為300s，可否使晶閘管可靠地開通？ 如果晶閘管已處于通態(tài)，在電路中增加一個(gè)1K的電阻能否使晶閘管從通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)？ 為什么晶閘管的擎住電流比維持電流大？ (1) 設(shè)晶閘管開通：，由此可解出：當(dāng)時(shí)，所以可以使晶閘管可靠導(dǎo)通。(2) 加入1K電阻后，有，不能使晶閘管由通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。(3) 為什么晶閘管的擎住電流比維持電流大：擎住電流和維持電流都是在撤去門極驅(qū)動(dòng)電流的條件下定義的，因此陽極電流。但維持電流是在通態(tài)時(shí)考慮的，此時(shí)管子已工作在較大電流狀態(tài)下，管內(nèi)結(jié)溫較高，此時(shí)的PN結(jié)漏電流Io隨結(jié)溫增大，導(dǎo)通能力強(qiáng)，因此必須要降低才能關(guān)斷晶閘管；而擎住電流是在斷態(tài)向通態(tài)變化時(shí)定義的，開始有驅(qū)動(dòng)信號(hào)但未完全導(dǎo)通時(shí)，晶閘管工作時(shí)間短，結(jié)溫低，PN結(jié)漏電流Io不大，導(dǎo)通能力弱，需要較大的陽極電流才能使管子開通。答案2.7 額定電流為10A的晶閘管能否承受長期通過15A的直流負(fù)載電流而不過熱？答：額定電流為10A的晶閘管能夠承受長期通過15A的直流負(fù)載電流而不過熱。因?yàn)榫чl管的額定電流是定義的：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的散熱冷卻條件下，晶閘管在電阻性負(fù)載的單相、工頻正弦半波導(dǎo)電、結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125時(shí)，所對(duì)應(yīng)的通態(tài)平均電流值。這就意味著晶閘管可以通過任意波形、有效值為1.57的電流，其發(fā)熱溫升正好是允許值，而恒定直流電的平均值與有效值相等，故額定電流為10A的晶閘管通過15.7A的直流負(fù)載電流，其發(fā)熱溫升正好是允許值。答案2.8 說明GTO的關(guān)斷原理。答：在GTO的設(shè)計(jì)制造時(shí)，等效晶體管T2的集電極電流分配系數(shù)a2較大。當(dāng)GTO處于通態(tài)時(shí)，突加一個(gè)負(fù)觸發(fā)電流-Ig，使a2減小， 1-a2變大，急劇減小，就是陽極電流急劇減小，又導(dǎo)致電流分配系數(shù)a2和a1減小，使急劇減小，又使、減小。在這種循環(huán)不已的正反饋?zhàn)饔孟?，最終導(dǎo)致GTO陽極電流減小到維持電流以下，GTO從通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。這類應(yīng)用將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的革命并推動(dòng)電力電子技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展。答案2.9 說明PMOSFET柵極電壓控制漏極電流的基本原理。 答：當(dāng)右圖中P-MOSFET漏源極間電壓為零、柵源極之間電壓也為零時(shí)，N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體之間要形成PN結(jié)空間電荷區(qū)（耗盡層）阻擋層，此時(shí)G-S之間和D-S之間都是絕緣的。當(dāng)漏極D與源極S之間有外加電壓時(shí)，如果柵極、源極外加電壓=0，由于漏極D(N1)與源極S(N2)之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)(PN1、PN2)，無論是正向電壓還是負(fù)電壓，都有一個(gè)PN結(jié)反偏，故漏源極之間也不可能導(dǎo)電。當(dāng)柵、源極之間外加正向電壓0時(shí)，在G-P之間形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下P區(qū)的電子移近G極，或者說柵極G的正電位吸引P區(qū)的電子至鄰近柵極的一側(cè)，當(dāng)增大到超過某一值值時(shí)，N1和N2中間地區(qū)靠近G極處被G極正電位所吸引的電子數(shù)超過該處的空穴數(shù)以后，柵極下面原空穴多的P型半導(dǎo)體表面就變成電子數(shù)目多的N型半導(dǎo)體表層，柵極下由柵極正電位所形成的這個(gè)N型半導(dǎo)體表層感生了大量的電子載流子，形成一個(gè)電子濃度很高的溝道（稱為N溝道），這個(gè)溝道將N1和N2兩個(gè)N區(qū)聯(lián)在一起，又使N1P這個(gè)被反偏的PN結(jié)J1消失，成為漏極D和源極S之間的導(dǎo)電溝道，一旦漏源之間也有正向電壓，就會(huì)形成漏極電流。在=0時(shí)，不能產(chǎn)生電流，=0，僅在增大到=以后，才使G-P之間的外電場(chǎng)增強(qiáng)，形成自由電子導(dǎo)電溝道，才能產(chǎn)生漏極電流，這種改變柵極G和源極S之間外加電壓，即可控制漏極電流的作用稱為電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。答案2.10 作為開關(guān)使用時(shí)PMOSFET器件主要的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：作為開關(guān)使用時(shí)，PMOSFET器件的優(yōu)點(diǎn)是：輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單，工作頻率高；其缺點(diǎn)是：通態(tài)壓降大（通態(tài)損耗大），電壓、電流定額低。答案2.11 列表比較BJT、SCR、GTO、PMOSFET、IGBT、MCT以及SIT七種可控開關(guān)器件對(duì)觸發(fā)（或驅(qū)動(dòng)）電流（或電壓）波形的要求，及主要優(yōu)缺點(diǎn)。答： 表 BJT SCR GTO P MOSFET IGBT MCT SIT 的對(duì)器 件對(duì)觸發(fā)信號(hào)波形的要求開關(guān)頻率主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)BJT（電流型全控器件） 正持續(xù)基極電流控制開通；基極電流為0則關(guān)斷 中通態(tài)壓降小，通態(tài)損耗小驅(qū)動(dòng)功率大；頻率低SCR（電流型半控器件） 正脈沖門極電流控制開通；觸發(fā)信號(hào)不能控制關(guān)斷 低通態(tài)壓降小，通態(tài)損耗小驅(qū)動(dòng)功率大，頻率低GTO（電流型全） 正脈沖門極電流控制開通；負(fù)脈沖門極電流（較大）控制關(guān)斷 低通態(tài)壓降小，通態(tài)損耗小驅(qū)動(dòng)功率大，頻率低第三章3.1 直流直流電壓變換中開關(guān)器件的占空比是什么？推證圖3.1(c)所示脈寬時(shí)間為、脈寬角度為、周期為、幅值為的方波脈沖電壓的直流平均值及各次諧波的幅值。答：占空比是開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間與開關(guān)周期的比值。圖3.1(c)中方波脈沖電壓可以表示為如下傅立葉表達(dá)式：其中常數(shù)項(xiàng)為直流平均值，即 ；各余弦項(xiàng)為各次諧波，其幅值為： 圖3.1 Buck變換器電路結(jié)構(gòu)及降壓答案 3.2 脈沖寬度調(diào)制PWM和脈沖頻率調(diào)制PFM的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：脈沖寬度調(diào)制方式PWM，保持不變（開關(guān)頻率不變），改變調(diào)控輸出電壓。脈沖頻率調(diào)制方式PFM。保持不變，改變開關(guān)頻率或周期調(diào)控輸出電壓。實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用PWM方式。因?yàn)椴捎枚lPWM開關(guān)時(shí)，輸出電壓中諧波的頻率固定，濾波器設(shè)計(jì)容易，開關(guān)過程所產(chǎn)生電磁干擾容易控制。此外由控制系統(tǒng)獲得可變脈寬信號(hào)比獲得可變頻率信號(hào)容易實(shí)現(xiàn)。但是在諧振軟開關(guān)變換器中為了保證諧振過程的完成，采用PFM控制較容易實(shí)現(xiàn)。答案3.3 Buck變換器中電感電流的脈動(dòng)和輸出電壓的脈動(dòng)與哪些因數(shù)有關(guān)，試從物理上給以解釋。答：電感電流的脈動(dòng)量與電感量、開關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓有關(guān)，輸出電壓的脈動(dòng)量與電感量、電容量、開關(guān)頻率、輸出電壓有關(guān)。電感量、電容量越大其濾波效果越好，而開關(guān)頻率越高，濾波電感的交流阻抗就很大，它對(duì)直流電壓的阻抗基本為0，同時(shí)濾波電容的交流阻抗很小。答案3.4 Buck變換器斷流工況下的變壓比與哪些因數(shù)有關(guān)，試從物理上給以解釋。答：Buck變換器在電流斷續(xù)工況下其變壓比不僅與占空比有關(guān)，還與負(fù)載電流的大小、電感、開關(guān)頻率以及電壓等有關(guān)。答案3.5 圖3.2(a)、3.5(a)電路穩(wěn)態(tài)時(shí)在一個(gè)開關(guān)周期中，電感電流的增量，電感L的磁通增量是否為零，為什么？電容的電流平均值為零，電容端電壓的增量是否為零，為什么？答：電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感電流的增量，同時(shí)電感的磁通增量，因?yàn)槿绻粋€(gè)周期內(nèi)電感的磁通增量，那么電感上的磁通將無法復(fù)位，也即電感上的能量不斷累積，最終將達(dá)到飽和，甚至燒毀電感，所以穩(wěn)態(tài)工作時(shí)應(yīng)使一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感的磁通增量。電容的電流平均值為0，那么電容端電壓的增量也為0，因?yàn)榉€(wěn)態(tài)時(shí)一個(gè)周期內(nèi)電容上的充電電荷等于放電電荷，即電容上電荷增量，而電容端電壓增量，故電容端電壓的增量也為0。答案3.6 Buck變換器中電流臨界連續(xù)是什么意思？當(dāng)負(fù)載電壓、電流一定時(shí)在什么條件下可以避免電感電流斷流? 答：Buck變換器中電感電流臨界連續(xù)是指處于電感電流連續(xù)和電感電流斷流兩種工況的臨界點(diǎn)的工作狀態(tài)。這時(shí)在開關(guān)管阻斷期結(jié)束時(shí)，電感電流剛好降為零。當(dāng)負(fù)載電壓、電流一定時(shí)增大電感量和提高開關(guān)頻率都可以避免電感電流斷流。答案3.7 開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)直流升壓變換的基本原理是什么？答：為了獲得高于電源電壓的直流輸出電壓，一個(gè)簡單而有效的辦法是在變換器開關(guān)管前端插入一個(gè)電感L，如右圖所示。在開關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，利用圖中電感線圈在其電流減小時(shí)所產(chǎn)生的反電勢(shì)(在電感電流減小時(shí)，為正值)，將此電感反電勢(shì)與電源電壓串聯(lián)相加送至負(fù)載，則負(fù)載就可獲得高于電源電壓的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流升壓變換。答案3.8 Boost變換器為什么不宜在占空比接近1的情況下工作？答：因?yàn)樵贐oost變換器中，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源與負(fù)載脫離，其能量全部儲(chǔ)存在電感中，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，能量才從電感中釋放到負(fù)載。如果占空比接近于1，那么開關(guān)接近于全導(dǎo)通狀態(tài)，幾乎沒有關(guān)斷時(shí)間，那么電感在開關(guān)管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量沒有時(shí)間釋放，將造成電感飽和，直至燒毀。因此Boost變換器不宜在占空比接近1的情況下工作。同時(shí)，從Boost變換器在電感電流連續(xù)工況時(shí)的變壓比表達(dá)式也可以看出，當(dāng)占空比接近1時(shí)，變壓比接近于無窮大，這顯然與實(shí)際不符，將造成電路無法正常工作。答案3.9 升壓降壓變換器（Cuk變換器）的工作原理及主要優(yōu)點(diǎn)是什么？答： Cuk變換器在一個(gè)開關(guān)周期中，期間，令開關(guān)管T導(dǎo)通，這時(shí)電源經(jīng)電感L1和T短路，L1電流線性增加，電源將電能變?yōu)殡姼蠰1儲(chǔ)能，與此同時(shí)電容C1經(jīng)T對(duì)C2及負(fù)載放電，并使電感L2電流增大而儲(chǔ)能。在隨后的期間，開關(guān)管T阻斷，電感L1電流經(jīng)電容C1及二極管D續(xù)流，此時(shí)，電感L2也經(jīng)D續(xù)流，L2的磁能轉(zhuǎn)化為電能對(duì)負(fù)載供電。Cuk變換器的優(yōu)點(diǎn)是僅用一個(gè)開關(guān)管使電路同時(shí)具有升、降壓功能；而且該變換器輸入輸出電流脈動(dòng)小。答案3.10 如何理解Cuk變換器中間電容電壓等于電源電壓與負(fù)載電壓之和，即？答：電感電壓，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一個(gè)開關(guān)周期中電感、電流增量為零，磁鏈增量為零，電感兩端電壓的直流平均值為零。因此Cuk電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖可直接得到直流平均電壓。答案3.11 直流直流四象限變換器的四象限指的是什么？直流電機(jī)四象限運(yùn)行中的四象限指的是什么？這兩種四象限有什么對(duì)應(yīng)關(guān)系？答：直流直流四象限變換器的四象限指的是變換器的輸出電壓、輸出電流均可正可負(fù)的四種組合。直流電機(jī)四象限運(yùn)行中的四象限指的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩可正可負(fù)的四種組合。對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：對(duì)于電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te：在勵(lì)磁電流不變、磁通不變時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩大小和方向由VAB、IAB決定。通過改變VAB的大小及IAB的大小和方向，調(diào)控電機(jī)在正方向下旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩Te的大小和方向，既可使直流電機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下變速運(yùn)行亦可在發(fā)電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)下變速運(yùn)行。因此直流直流四象限變換器的四象限和直流電機(jī)運(yùn)行中的四象限之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如圖3.9(d)所示。答案3.12 多重、多相直流直流變換器中，多重（重?cái)?shù)），多相（相數(shù)）指的是什么意義？多重、多相變換器的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：假定變換器中每個(gè)開關(guān)管通斷周期都是，多重（重?cái)?shù)）是指：在一個(gè)周期中變換器負(fù)載電流脈動(dòng)次（），即脈動(dòng)頻率為。多相（相數(shù)）是指：在一個(gè)周期中變換器電源側(cè)電流脈動(dòng)次，即脈動(dòng)頻率為。多重、多相變換器的優(yōu)點(diǎn)是：其輸出電壓、輸入電流脈動(dòng)頻率比單個(gè)變換電路成倍地提高，因而可以顯著改善變換器輸入、輸出特性或者減少變換器對(duì)濾波器重量體積的要求，同時(shí)多重、多相復(fù)合變換器還能擴(kuò)大變換器的輸出容量。答案3.13 說明單端正激、單端反激DC/DC變換器工作原理。答：單端正激DC/DC變換器從電路結(jié)構(gòu)、工作原理上可以看出它是帶隔離變壓器的Buck電路如圖3.11(b)所示，開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)經(jīng)變壓器將電源能量直送負(fù)載被稱為正激。但是匝比N2/N1不同時(shí)，輸出電壓平均值Vo可以低于也可高于電源電壓Vd。變壓器磁通只在單方向變化被稱為單端。圖3.12(b)所示為單端反激DC/DC變換器，T導(dǎo)通的期間，電源電壓Vd加至N1繞組，電流直線上升、電感L1儲(chǔ)能增加，副方繞組N2的感應(yīng)電勢(shì)，二極管D1截止，負(fù)載電流由電容C提供，C放電；在T阻斷的期間，N1繞組的電流轉(zhuǎn)移到N2，感應(yīng)電勢(shì)（反向?yàn)檎笵1導(dǎo)電，將磁能變?yōu)殡娔芟蜇?fù)載供電并使電容C充電。該變換器在開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)并未將電源能量直送負(fù)載，僅在T阻斷的期間才將變壓器電感磁能變?yōu)殡娔芩椭霖?fù)載故稱之為反激，此外變壓器磁通也只在單方向變化，故該電路被稱為單端反激DC/DC變換器。第四章4.1 逆變器輸出波形的諧波系數(shù)HF與畸變系數(shù)DF有何區(qū)別，為什么僅從諧波系數(shù)HF還不足以說明逆變器輸出波形的本質(zhì)？答：第n次諧波系數(shù)HFn為第n次諧波分量有效值同基波分量有效值之比，即HFnVn/V1,總諧波系數(shù)THD定義為：，畸變系數(shù)DF定義為：，對(duì)于第n次諧波的畸變系數(shù)DFn有：諧波系數(shù)HF顯示了諧波含量，但它并不能反映諧波分量對(duì)負(fù)載的影響程度。很顯然，逆變電路輸出端的諧波通過濾波器時(shí)，高次諧波將衰減得更厲害，畸變系數(shù)DF可以表征經(jīng)LC濾波后負(fù)載電壓波形還存在畸變的程度。答案 4.2 為什么逆變電路中晶閘管SCR不適于作開關(guān)器件？答：（1）逆變電路中一般采用SPWM控制方法以減小輸出電壓波形中的諧波含量，需要開關(guān)器件工作在高頻狀態(tài)，SCR是一種低頻器件，因此不適合這種工作方式。（2）SCR不能自關(guān)斷。而逆變器的負(fù)載一般是電感、電容、電阻等無源元件，除了特殊場(chǎng)合例如利用負(fù)載諧振進(jìn)行換流，一般在電路中需要另加強(qiáng)迫關(guān)斷回路才能關(guān)斷SCR，電路較復(fù)雜。因此SCR一般不適合用于逆變器中。答案4.3 圖4.2(a)和4.3(a)中的二極管起什么作用，在一個(gè)周期中二極管和晶體管導(dǎo)電時(shí)間由什么因素決定，在什么情況下可以不用二極管D，純感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流為什么是三角形。答：圖中二極管起續(xù)流和箝位作用，在一個(gè)周期中二極管和晶體管導(dǎo)電時(shí)間由三極管驅(qū)動(dòng)信號(hào)和負(fù)載電流的方向共同決定，在純阻性負(fù)載時(shí)可以不用二極管D。純電感負(fù)載時(shí)，在期間，對(duì)于全橋逆變電路有，對(duì)半橋電路，線性上升；在期間，全橋電路，半橋有，線性下降；故電流是三角波。如果都是300V，半橋和全橋電路斷態(tài)時(shí)開關(guān)器件兩端最高電壓都是，即300V。答案4.4 有哪些方法可以調(diào)控逆變器的輸出電壓。答：有單脈波脈寬調(diào)制法、正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）、基波移相控制法等。單脈波脈寬調(diào)制法缺點(diǎn)是諧波含量不能有效控制；SPWM法既可控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波；移相控制一般用于大功率逆變器。答案4.5 圖4.6(d)脈寬為的單脈波矩形波輸出電壓的表達(dá)式為(4-16)式。如果橫坐標(biāo)軸即時(shí)間（相位角）的起點(diǎn)改在正半波脈寬的中點(diǎn)，試證明，那時(shí)的表達(dá)式應(yīng)為：答：由(4-16)式，當(dāng)橫坐標(biāo)軸即時(shí)間（相位角）的起點(diǎn)改在正半波脈寬的中點(diǎn)，相當(dāng)于原波形在時(shí)間上前移了，因此將（416）中的用代替，即可得到。答案4.6 正弦脈寬調(diào)制SPWM的基本原理是什么？載波比N、電壓調(diào)制系數(shù)M的定義是什么？改變高頻載波電壓幅值和頻率為什么能改變逆變器交流輸出基波電壓的大小和基波頻率？答：正弦脈寬調(diào)制SPWM的基本原理是沖量等效原理：大小、波形不相同的窄變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要其沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。如果將正弦波周期分成多個(gè)較小的時(shí)間段，使PWM電壓波在每一時(shí)間段都與該段的正弦電壓沖量相等，則不連續(xù)的按正弦規(guī)律改變寬度的多段波電壓就等效于正弦電壓。載波比N定義為三角載波頻率和正弦調(diào)制波頻率之比：N/；電壓調(diào)制系數(shù)M是正弦調(diào)制波幅值和三角波幅值之比M/.,改變調(diào)制比M，即可成比例的調(diào)控輸出電壓的基波大小。又因?yàn)?，所以改變調(diào)制波頻率，即可調(diào)控輸出電壓的基波頻率。答案4.7 既然SPWM控制能使逆變器輸出畸變系數(shù)很小的正弦波，為什么有時(shí)又要將調(diào)制參考波從正弦波改為圖4.11所示調(diào)制波，或改為梯形波，或?。?37）式所示的附加3次諧波分量的調(diào)制參考波。答：SPWM法輸出基波電壓幅值，有效值，直流電壓利用率。而方波逆變時(shí)，逆變電壓基波幅值可達(dá)，直流電壓利用率為0.9。因此為了提高SPWM法的直流電壓利用率，可以將調(diào)制參考波從正弦波改為圖4.11所示調(diào)制波，或改為梯形波，或附加3次諧波分量，這樣調(diào)制參考波波形的最大值不超過，不會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制的情況，但基波電壓幅值可超過，這就可以提高直流電壓利用率。答案4.8 請(qǐng)解釋圖4.17中輸入直流電流的波形。答：圖417是采用空間矢量PWM控制方法時(shí)的相關(guān)波形，其中，逆變器輸入直流電流可表達(dá)為：。例如當(dāng)A、B相為下橋臂的T4、T6管導(dǎo)通而C相為上橋臂的T5管導(dǎo)通時(shí)，若假設(shè)負(fù)載電流為正弦，且相電流滯后相電壓，則在時(shí)，,在時(shí)，。因此在0周期中，將在圖417中所示的和之間脈動(dòng)。同理可以分析出其他5個(gè)開關(guān)狀態(tài)時(shí)電流的波形，為六倍頻的脈動(dòng)電流，脈動(dòng)周期為。答案4.9 試說明三相電壓型逆變器SPWM輸出電壓閉環(huán)控制的基本原理。答： 引入了逆變器輸出電壓的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如圖4.15(b)所示，為輸出電壓的指令值，為輸出電壓的實(shí)測(cè)反饋值。電壓偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器VR輸出調(diào)制電壓波的幅值。與調(diào)制波的頻率共同產(chǎn)生三相調(diào)制波正弦電壓，它們與雙極性三角載波電壓相比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制各個(gè)全控型開關(guān)器件的通斷，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓。當(dāng)時(shí)，減小，M值減小，使輸出電壓減小到。如果電壓調(diào)節(jié)器VR為PI調(diào)節(jié)器（無靜態(tài)誤差），則可使穩(wěn)態(tài)時(shí)保持。因此當(dāng)電源電壓改變或負(fù)載改變而引起輸出電壓偏離給定值時(shí)，通過電壓閉環(huán)控制可時(shí)輸出電壓跟蹤并保持為給定值。答案4.10 三相逆變器的8種開關(guān)狀態(tài)中有6個(gè)開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)6個(gè)空間位置固定、相差的非零電壓空間矢量，另兩個(gè)為零矢量。但三相正弦交流電壓任意時(shí)刻的瞬時(shí)值是一個(gè)以角速度在空間旋轉(zhuǎn)的矢量產(chǎn)生的。6個(gè)開關(guān)器件的三相逆變器只能產(chǎn)生6個(gè)特定位置（）的空間矢量。如何用兩個(gè)相差非零的特定空間矢量和零矢量的合成效果去等效任意相位角時(shí)的空間矢量？當(dāng)直流電壓一定時(shí)，如何調(diào)控輸出電壓的大小和相位？答：答案4.11 三相三電平逆變器中12 個(gè)開關(guān)器件的通斷控制可以獲得多少個(gè)特定的電壓空間矢量？圖4.20中二極管D5、D6起到什么作用？如果直流電源電壓為，在斷態(tài)時(shí)，開關(guān)器件所承受的反壓是多大？答：可采用從逆變器的6個(gè)處于空間特定位置的開關(guān)狀態(tài)矢量中，選擇兩個(gè)相鄰的矢量與零矢量合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)空間矢量。通過調(diào)控的大小和旋轉(zhuǎn)速度，來調(diào)節(jié)三相逆變器輸出電壓的大小和頻率，這就是電壓空間矢量PWM方法。將圖4-16(d)中的 區(qū)域劃分為6個(gè)的扇區(qū)，如果要求的相位角為任意指令值，則可用矢量所在的扇區(qū)邊界的那兩個(gè)相鄰的特定矢量、來合成矢量，即可用逆變器的3個(gè)開關(guān)狀態(tài)x、y、0在一個(gè)周期中各自存在、時(shí)間來合成等效的任意位置的空間矢量（存在時(shí)間為），即：。由該式可求出、。當(dāng)直流電壓一定時(shí)，通過調(diào)節(jié)零矢量作用時(shí)間，可調(diào)控輸出電壓大小。大，輸出電壓將減小。一定的、決定了輸出電壓具有一定的相位角和電壓大小。答案4.12 復(fù)合結(jié)構(gòu)逆變器消除低階諧波的原理是什么？圖4.22(d)中12階梯波輸出電壓的半周由6段組成，每段，高度分別、和，已知圖4.6所示的脈寬為的矩形電壓波的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為（時(shí)間坐標(biāo)，即相位角的起點(diǎn)選在正半波脈寬的中點(diǎn)），利用這個(gè)傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式求12階梯波的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式476式。(4-76)答：復(fù)合結(jié)構(gòu)逆變器采用多個(gè)三相橋式逆變電路，每個(gè)開關(guān)都按導(dǎo)電方式工作，每個(gè)三相橋逆變電路輸出線電壓都是方波。令各個(gè)三相橋式逆變器的同一相（例如A相）的輸出電壓彼此相差一定的相位角，通過幾個(gè)變壓器將各個(gè)三相逆變器的輸出電壓復(fù)合相加后輸出一個(gè)總逆變電壓，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)各個(gè)變壓器的變比和付方電壓的連接方式，并安排各逆變器輸出電壓的相差角，就可以消除總的輸出電壓中的3、5、7、11、13等低次諧波。圖4.22中的12階梯波可以用三個(gè)脈寬分別為、，高度分別為、和的矩形波疊加得到。利用式將三個(gè)矩形波的傅立葉級(jí)數(shù)展開，疊加后即可得到12階梯波的傅立葉技術(shù)表達(dá)式（476）。答案4.13 逆變器有哪些類型？其最基本的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？答：逆變器的類型有： 電壓型和電流型逆變器。 恒頻恒壓正弦波和方波逆變器，變頻變壓逆變器，高頻脈沖電壓（電流）逆變器。 單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器。 自關(guān)斷換流逆變器，強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管逆變器。晶閘管逆變器可利用負(fù)載側(cè)交流電源電壓換流，負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)換流或負(fù)載諧振換流。 逆變器的基本應(yīng)用包括：交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，不停電電源UPS，電子鎮(zhèn)流器，中頻或高頻感應(yīng)加熱電源等等。還可應(yīng)用于電力系統(tǒng)作為無功補(bǔ)償器或諧波補(bǔ)償器。第五章5.1 什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高頻PWM整流?答：半波整流：整流器只在交流電源的半個(gè)周波輸出整流電壓，交流電源僅半個(gè)周期中有電流。全波整流：整流器在交流電源的正、負(fù)半波都有直流電壓輸出，交流電源在正負(fù)半周期均有電流。 全控整流：指整流主電路中開關(guān)器件均為可控器件。 半控整流：指整流主電路中開關(guān)器件不全是可控器件，而有不控器件二極管。 相控整流：全控整流電路中的開關(guān)管為半控器件晶閘管，控制觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻（即改變晶閘管的移相控制角的大小），從而控制負(fù)載的整流電壓。高頻PWM整流：整流主電路中開關(guān)器件均為全控器件，采用高頻PWM控制，即在一個(gè)電源周期內(nèi)高頻改變開關(guān)管的導(dǎo)通狀況。 答案 5.2 什么是電壓紋波系數(shù)、脈動(dòng)系數(shù)、基波電流數(shù)值因數(shù)、基波電流位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）和整流輸入功率因數(shù)？答：電壓紋波系數(shù)RF：輸出電壓中全部交流諧波分量有效值VH與輸出電壓直流平均值Vd之比值，。電壓脈動(dòng)系數(shù)Sn：整流輸出電壓中最低次諧波幅值Vnm與直流平均值Vd之比Sn=Vnm/Vd基波電流數(shù)值因數(shù)：電流畸變因數(shù)也稱基波電流數(shù)值因數(shù)，是基波電流有效值與總電流有效值之比，即基波電流位移因數(shù)DPF（基波功率因數(shù)）：輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角（位移角）的余弦，即整流輸入功率因數(shù)PF：答案5.3 三相橋式不控整流任何瞬間均有兩個(gè)二極管導(dǎo)電，整流電壓的瞬時(shí)值與三相交流相電壓、線電壓瞬時(shí)值有什么關(guān)系？答：共陰連接的三個(gè)二極管中，三相交流相電壓瞬時(shí)值最正的那一相自然導(dǎo)通，把最正的相電壓接到負(fù)載的一端；共陽連接的三個(gè)二極管中，三相交流相電壓瞬時(shí)值最負(fù)的那一相自然導(dǎo)通，把最負(fù)的相電壓接到負(fù)載的另一端。因此，任何時(shí)刻負(fù)載得到的整流電壓瞬時(shí)值是線電壓的最大瞬時(shí)值。答案5.4 單相橋全控整流和單相橋半控整流特性有哪些區(qū)別？答：與單相全控橋相比， （1）在主電路上，半控整流少了兩個(gè)晶閘管。因而，觸發(fā)裝置較簡單，較經(jīng)濟(jì)。（2）為防止失控而增加了一個(gè)續(xù)流二極管，使得輸出整流電壓的波形中沒有為負(fù)的電壓波形。盡管晶閘管的觸發(fā)移相范圍也是，但是，晶閘管的導(dǎo)通角。（3）輸出電壓平均值：。當(dāng)范圍內(nèi)移相控制時(shí)，只能為正值，而全控整流電路在時(shí)可為負(fù)值。答案5.5 單相橋全控整流有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)輸出電壓波形如何確定？答：若整流電路中電感L0，則僅在電源電壓的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)E時(shí)，晶閘管才會(huì)承受正向電壓，才可能觸發(fā)導(dǎo)通。在晶閘管導(dǎo)通期間，輸出整流電壓為相應(yīng)的電源電壓瞬時(shí)值。時(shí)，晶閘管承受反壓阻斷。在晶閘管阻斷期間，負(fù)載端電壓保持為反電勢(shì)E。故整流電流斷流。若控制角小于（，稱為停止導(dǎo)電角），則負(fù)載端電壓一直保持為E；若大于，則在wtk至wtk期間載端電壓保持為E。若在負(fù)載回路中串聯(lián)足夠大的平波電抗器，使電流連續(xù)、晶閘管的導(dǎo)電角，則電流脈動(dòng)減小。這時(shí)，整流電路輸出電壓波形是由控制角唯一對(duì)應(yīng)的、依次為電源電壓的包絡(luò)線，其直流電壓平均值。若在負(fù)載回路中串聯(lián)的平波電抗器不足以使電流連續(xù)，情況介于上述兩種情況之間。 答案5.6 交流電路電感不為零時(shí)引起的換相重疊過程中整流器輸出電壓的瞬時(shí)值如何確定，在換相期間是什么因素促使負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管轉(zhuǎn)移？答：設(shè)換相前a相的Ta導(dǎo)電，Tb截止，這時(shí)（負(fù)載電流），整流電壓，換相后b相的Tb導(dǎo)電，換相結(jié)束后。如果，一旦Tb導(dǎo)通，Ta立即受反壓截止，負(fù)載電流立即從a相的Ta轉(zhuǎn)到b相的Tb，換相（或換流）過程瞬時(shí)完成。如果，由于電感的儲(chǔ)能不能突變?yōu)榱?，原來?dǎo)電的A相電流不能從突降為零而必須經(jīng)歷一個(gè)歷時(shí)（對(duì)應(yīng)的相位角稱為換相重疊角）過渡過程。在此期間，Ta、Tb同時(shí)導(dǎo)通，a、b兩相電源經(jīng)電感2LC短接狀態(tài)，若假定恒定，則。又 ，所以，即。上式說明，是作用在兩個(gè)換流電感上得電源電壓之差使得負(fù)載電流從一個(gè)晶閘管向另一個(gè)晶閘管（從Id降為零、從零上升到)； 還可推得 。這說明整流電壓的瞬時(shí)值是參與換流的2相電源電壓的平均值。答案5.7 同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性是否相同，為什么？答：同一個(gè)整流電壓波形，時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)用傅立葉級(jí)數(shù)分析得到的諧波特性相同。因?yàn)?，整流電壓是以交流電源的周期為周期的周期性函?shù)。而任何周期性函數(shù)在進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解的物理意義是用無限項(xiàng)正弦量來等價(jià)，從等價(jià)的效果來看，自變量（這里指時(shí)間）的坐標(biāo)原點(diǎn)的選定在什么位置，是不影響各正弦（余弦）分量的頻率和幅值的大小。時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)取在不同位置時(shí)僅對(duì)各分量的相位產(chǎn)生一定的影響。答案5.8 為什么m脈波的整流電壓中只含有Km次諧波，K = 1，2，3，？答：整流電壓udc是從頻率為1/T(周期為T)的交流電源變換而來的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)都能寫出其傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式。則整流電壓udc在周期T內(nèi)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為：m脈波的整流電壓是指在周期T中出現(xiàn)了m個(gè)脈波，由于控制的對(duì)稱性，使得這m個(gè)脈波在理論上是相同的，也就意味著m脈波的整流電壓是頻率為1/mT(周期為T/m)的周期性函數(shù)。若將這個(gè)函數(shù)在周期為T/m的區(qū)間進(jìn)行傅立葉分解，則整流電壓udc可以表示為，相當(dāng)于得到的諧波分量得頻率為電源電壓頻率的mk，這里k = 1，2，3，等。答案5.9 為什么要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角？根據(jù)什么原則確定有源逆變時(shí)的最大控制角? 答：為了防止逆變器換相失敗，有必要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角，也就是不能讓達(dá)到其理論最大值。 逆變器換相失敗的可能原因有： （1）被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間不足，小于其安全關(guān)斷時(shí)間（這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的角度稱為關(guān)斷角，記為）。若不計(jì)交流電源電路中電感Lc的影響，認(rèn)為換相過程瞬間完成，則要求max，若超過此值，則被關(guān)斷的晶閘管承受反壓的時(shí)間小于其安全關(guān)斷時(shí)間，之后會(huì)因承受正向而可能再次誤導(dǎo)通。（2）實(shí)際交流電源電路中電感，存在換相重疊過程。換相過程在觸發(fā)脈沖到來后經(jīng)歷對(duì)應(yīng)的換相重疊時(shí)間才結(jié)束。之后，依然要求被關(guān)斷的晶閘管承受足夠的反壓時(shí)間才不致于再次誤導(dǎo)通。為了確保相控有源逆變的安全可靠運(yùn)行，要限制有源逆變時(shí)的觸發(fā)控制角不能太大。如果再考慮留一個(gè)安全角，則有源逆變的最大控制角max0答案5.10 三相橋式相控整流電路觸發(fā)脈沖的最小寬度應(yīng)是多少？答：為了保證三相橋式相控整流橋開始工作時(shí)共陰極組和共陽極組各有一晶閘管導(dǎo)電形成電流回路，或者在電流斷流后能再次形成電流通道回路，必須使兩組中（正組T1、T3、T5和反組T4、T6、T2）應(yīng)導(dǎo)通的那兩個(gè)晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖。有兩種辦法：一種是采用寬脈沖觸發(fā)，使每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度大于（一般取80100）；另一種是采用雙脈沖觸發(fā)，在觸發(fā)某一晶閘管的同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖替代一個(gè)寬度大于60的寬脈沖。所以，三相橋式相控整流電路觸發(fā)脈沖的最小寬度應(yīng)是60元件能夠被可靠觸發(fā)導(dǎo)通所需要施加的脈沖寬度。答案5.11 圖5.36 Boost型功率因數(shù)校正器為什么能實(shí)現(xiàn)輸入交流電流基本正弦，并與交流電源電壓同相？答：圖5.36 Boost型功率因數(shù)校正器中，虛線框內(nèi)的控制電路：電壓誤差放大器VAR、電流誤差放大器CAR、乘法器、比較器C和驅(qū)動(dòng)器等。采用了雙閉環(huán)控制，電壓外環(huán)為負(fù)載提供恒定的電壓；電流內(nèi)環(huán)，使交流電源電流波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，使接近正弦并與同相。外環(huán)的PI型電壓誤差放大器VAR的輸出是個(gè)直流量K，當(dāng)時(shí)保持不變。將整流電壓檢測(cè)值 (交流電源電壓瞬時(shí)值的絕對(duì)值)與K的乘積作為電感電流的指令值，保證了指令電流與交流電源同相位。將與電感電流的檢測(cè)值（）一起送入PI型電流誤差比較器CAR。結(jié)果，使電感電流跟蹤指令值，也就是輸入電流與交流電源電壓同相，輸入端功率因數(shù)接近于1。 輸入電流（）的波形被高頻PWM調(diào)制成接近正弦，但含有很小的高頻紋波，經(jīng)過很小的LC濾波后即可得到較光滑的正弦波電流。答案5.12 三相PWM整流與三相PWM逆變有什么異、同之處？答：01 PWM逆變器實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換，是無源逆變，控制方式為他控式，也就是逆變電壓的大小、頻率和相位都可以根據(jù)需要進(jìn)行控制。PWM整流器能實(shí)現(xiàn)交流到直流的變換，也可以實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換。但這時(shí)得逆變是有源逆變，即對(duì)逆變電壓的大小、頻率和相位的控制，要根據(jù)交流側(cè)電源的頻率、相位的實(shí)際情況和控制目的進(jìn)行控制，否則就達(dá)不到相應(yīng)得目的。02 在主電路結(jié)構(gòu)上基本相同，兩者均采用全控型半導(dǎo)體開關(guān)器件，開關(guān)管按正弦規(guī)律作脈寬調(diào)制。但PWM整流器的主電路結(jié)構(gòu)必須要有輸入電感，整流器交流側(cè)的電壓和交流電源電壓之差加到了輸入電感上。03 能量可以雙向流動(dòng)：可以通過適當(dāng)控制整流器交流端的電壓的幅值和相位，就可以獲得所需大小和相位的輸入電流。從而可以把交流輸入電流的功率因數(shù)控制為任意值，實(shí)現(xiàn)交、直流側(cè)的雙向能量流動(dòng)。 5、13對(duì)整流電路的輸出電壓進(jìn)行諧波分析后，能得出什么結(jié)論?答：對(duì)整流電路的輸出電壓進(jìn)行諧波分析后，能得出如下結(jié)論： (1)各種整流電路所輸出的整流電壓都包含直流平均電壓和交流電壓兩部分，其中，直流平均電壓是負(fù)載所需要的，而交流電壓是應(yīng)該加以抑制的。 (2)對(duì)于m相整流電路，整流輸出電壓中的最低次的諧波頻率是m，且其它的高次諧波頻率是m的整數(shù)倍。 (3)各諧波電壓的幅度隨諧波頻率的增高而迅速下降。 因此，整流相數(shù)m越大，整流輸出電壓中的諧波分量振幅越小，諧波頻率也越高，整流輸出電壓的脈動(dòng)就越小。第六章6.1 單相交流電壓控制器當(dāng)控制角小于負(fù)載功率因數(shù)角時(shí)為什么輸出電壓不可控？ 答：圖6.2（c）中，如果把T1、T4的觸發(fā)信號(hào)ig1、ig4的起點(diǎn)從提前，即在時(shí)開始觸發(fā)T1，在時(shí)開始觸發(fā)T4。在時(shí)，由于仍是負(fù)電流，即T4仍在導(dǎo)通，故這時(shí)的觸發(fā)電流ig1并不能使T1立即導(dǎo)電，ig1對(duì)T1不起作用，直到時(shí)iT4=is=io=0，如果這時(shí)還有ig1，ig1才可能開通T1。 因此RL負(fù)載、時(shí)，如果要是電壓控制