電力電子學(xué)-陳堅(jiān)課后習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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(kāi)關(guān)器件均為可控器件。 半控整流：指整流主電路中開(kāi)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(kāi)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?。瑥亩刂曝?fù)載的整流電壓。高頻PWM整流：整流主電

2、路中開(kāi)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(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通狀況。 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(chēng)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

3、入功率因數(shù)PF：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(yáng)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。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

4、置較簡(jiǎn)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(méi)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。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（

5、，稱(chēng)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。 5.6 交流電路電感不為零時(shí)引起的換相重疊過(guò)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，

6、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(guò)程瞬時(shí)完成。如果，由于電感的儲(chǔ)能不能突變?yōu)榱?，原?lái)導(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(chēng)為換相重疊角）過(guò)渡過(guò)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(shuō)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(shuō)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。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

7、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(wú)限項(xiàng)正弦量來(lái)等價(jià)，從等價(jià)的效果來(lái)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。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

8、1/T(周期為T(mén))的交流電源變換而來(lái)的周期性函數(shù)。而任何周期性函數(shù)都能寫(xiě)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(chēng)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(mén)/m)的周期性函數(shù)。若將這個(gè)函數(shù)在周期為T(mén)/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。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

9、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(chēng)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(guò)程瞬間完成，則要求max，若超過(guò)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(guò)程。換相過(guò)程在觸發(fā)脈沖到來(lái)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)

10、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max05.10 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(kāi)始工作時(shí)共陰極組和共陽(yáng)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80°100°）；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

11、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。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

12、。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(guò)很小的LC濾波后即可得到較光滑的正弦波電流。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(wú)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。