電力電子課后部分答案文檔

1、一、2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）?；颍簎ak0且ugk0。9. 試列舉典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料.基于這些寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件在哪些方面性能優(yōu)于硅器件？答：典型的是碳化硅、氮化鎵、金剛石等材料。具有比硅寬得多的禁帶寬度，寬禁帶半導(dǎo)體材料一般都具有比硅高的多的臨界雪崩擊穿電場強(qiáng)度和載流子飽和飄逸速度的，較高的熱導(dǎo)率和相差不大的載流子遷移率，且具有比硅器件高的多的耐受高溫電壓的能力，低得多的通感電阻，更好的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性以及更淺的耐受高溫的和射線輻射的能力，許多方面的性能都是成數(shù)量級(jí)的提高。三、2. 單相半波可

2、控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，l20mh，u2100v，求當(dāng)0和60時(shí)的負(fù)載電流id，并畫出ud與id波形。解：0時(shí)，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感l(wèi)儲(chǔ)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u2的負(fù)半周期，負(fù)載電感l(wèi)釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立： 考慮到初始條件：當(dāng)wt0時(shí)id0可解方程得：=22.51(a) ud與id的波形如下圖： 當(dāng)60時(shí)，在u2正半周期60180期間晶閘管導(dǎo)通使電感l(wèi)儲(chǔ)能，電感l(wèi)儲(chǔ)藏的能量在u2負(fù)半周期180300期間釋放，因此在u2一個(gè)周期中60300期間以下微分方程成立： 考慮初始條件：當(dāng)wt60

3、時(shí)id0可解方程得：其平均值為=11.25(a) 此時(shí)ud與id的波形如下圖： 3單相橋式全控整流電路，u2100v，負(fù)載中r2，l值極大，當(dāng)30時(shí)，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：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：u2100141.4（v）考慮安全裕量，晶閘管的額

4、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：ivtid27.57（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。5單相橋式全控整流電路，u2=100v，負(fù)載中r=2，l值極大，反電勢(shì)e=60v，當(dāng)a=30時(shí)，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(cè)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： 整流輸出平均電壓ud、電流id，變壓器二次側(cè)電流有效值i2分別為ud0.9 u

5、2 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：u2100141.4（v）流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：ivtid 6.36（a）故晶閘管的額定電壓為：un(23)141.4283424（v） 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11三相半波可控整流電路，u2=100v，帶電阻電感負(fù)載，r=5，l值極大，當(dāng)a=60時(shí)，要求：（1）畫出ud、id和ivt1的波形；（2）計(jì)算ud、id、idt和ivt。解：ud、id和i

6、vt1的波形如下圖： ud、id、idt和ivt分別如下ud1.17u2cosa1.17100cos6058.5（v）idudr58.5511.7（a）idvtid311.733.9（a）ivtid6.755（a）13三相橋式全控整流電路，u2=100v，帶電阻電感負(fù)載，r=5，l值極大，當(dāng)a=60時(shí)，要求： 畫出ud、id和ivt1的波形； 計(jì)算ud、id、idt和ivt。解：ud、id和ivt1的波形如下： ud、id、idt和ivt分別如下ud2.34u2cosa2.34100cos60117（v）idudr117523.4（a）idvtid323.437.8（a）ivtid23.413

7、.51（a）四、2換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？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。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？二者各有什么特點(diǎn)。答：按照逆變電

8、路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的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)是：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，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)輸出電壓波形為矩形波，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。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。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗

9、。電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。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)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(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？答：在電壓型逆變電路中，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)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí)，電

10、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。五、1簡述圖5-1a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(gè)控制周期中，讓v導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源e向l、r、m供電，在此期間，uoe。然后使v關(guān)斷一段時(shí)間toff，此時(shí)電感l(wèi)通過二極管vd向r和m供電，uo0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，

11、已知e=200v，r=10，l值極大，em=30v，t=50s,ton=20s,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為uo=80(v)輸出電流平均值為io =5(a)4簡述圖5-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感l(wèi)值很大，電容c值也很大。當(dāng)v處于通態(tài)時(shí)，電源e向電感l(wèi)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，因c值很大，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(wèi)上積蓄的能量為。當(dāng)v處于斷態(tài)時(shí)e和l共同向電容c充電并向負(fù)載r提供能量。設(shè)v處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，則在此期

12、間電感l(wèi)釋放的能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t中電感l(wèi)積蓄的能量與釋放的能量相等，即：化簡得：式中的，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5-2a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(diào)制控制方式，當(dāng)t=40s，ton=25s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 =133.3(v)輸出電流平均值為：io =6.667(a)第六章 交流交流變流電路 1. 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在=0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。解：=0時(shí)的

13、輸出電壓最大，為此時(shí)負(fù)載電流最大，為因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：此時(shí)，又由解得=60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有：又由=90 2一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220v，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中r=0.5，l=2mh。試求：開通角的變化范圍；負(fù)載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；解：負(fù)載阻抗角為：=arctan（）=arctan（）=0.89864=51.49 開通角的變化范圍為：即0.89864當(dāng)=時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為pomax=37.532(kw)功率因數(shù)為實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗

14、角的余弦，即cosj=0.62274交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？答：一般來講，構(gòu)成交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6脈波三相橋式整流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2error! no bookmark name given.。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50hz時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為20hz左右。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。3. 單極性和雙極性 pwm 調(diào)制有什么區(qū)

15、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)波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的 pwm波形在半個(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。三角波載波始終是有正有負(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：0.5ud和-0.5ud。輸出線電壓有三種電平ud、0、- ud。5什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？答：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式

16、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(hào)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(hào)波的半個(gè)周期內(nèi)，pwm波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后 1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。這樣，當(dāng)信號(hào)波頻率較低時(shí)，載波比n 較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后 1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，pwm波形接近正弦波。而當(dāng)信號(hào)波頻率增高時(shí)，載波比n 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，pwm脈沖不對(duì)稱的影響就變大，有時(shí)信號(hào)波的微小變化還會(huì)產(chǎn)生 pwm脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出 pwm波和正弦波的差異變大。對(duì)于三相 pwm型逆變電路來說，三相輸出的對(duì)稱性也變差。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)制的主要特點(diǎn)是：在同步調(diào)制方式中，信號(hào)波頻率變化時(shí)載波比n 不變，信號(hào)波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。當(dāng)逆