電力電子技術(shù)第至作業(yè)答案

第2至第8章作業(yè)第2章

電力電子器件1.

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）?；颍篣AK>0且UGK>0。2.

維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。3.

如何才干使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可運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(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。4.

圖1中陰影部分為晶閘管處在通態(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。圖1晶閘管導(dǎo)電波形7.

晶閘管的觸發(fā)脈沖需要滿足哪些條件？答：（1）觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡也許陡，使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。

第3章

整流電路

1.

單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L＝20mH，U2＝100V，求當(dāng)α＝0°和60°時的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。2．單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負(fù)載中R＝2Ω，L值極大，當(dāng)α＝30°時，規(guī)定：①作出ud、id、和i2的波形；②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；③考慮安全裕量，擬定晶閘管的額定電壓和額定電流。

3．單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)a=30°時，規(guī)定：①

作出ud、id和i2的波形；②

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；③

考慮安全裕量，擬定晶閘管的額定電壓和額定電流。4．單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。5．單相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當(dāng)a=60°時求Ud、Id與g的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。6．單相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時，規(guī)定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(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，規(guī)定的晶閘管移相范圍是0~180

°，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時，規(guī)定的晶閘管移相范圍是0~90°。7.

在三相半波整流電路中，假如a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。

8．三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)a=60°時，規(guī)定：①

畫出ud、id和iVT1的波形；②

計算Ud、Id、IdT和IVT。9．在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，假如有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整流電壓ud波形如何？假如有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？10．三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)a=60°時，規(guī)定：①

畫出ud、id和iVT1的波形；②

計算Ud、Id、IdT和IVT。11．三相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，a=60°，當(dāng)①LB=0和②LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求g并分別作出ud與iT的波形。12．三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時，規(guī)定的晶閘管移相范圍分別是多少？答：三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，規(guī)定的晶閘管移相范圍是0~120°，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時，規(guī)定的晶閘管移相范圍是0~90°。13．三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中具有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中具有哪些次數(shù)的諧波？其中重要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中具有6k（k＝1、2、3……）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中具有6k1(k=1、2、3……)次的諧波，其中重要的是5、7次諧波。14．三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)a=60°時，規(guī)定：（1）計算Ud、Id、IdT和IVT；（2）i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27；（3）輸入功率因數(shù)。15．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：（1）直流側(cè)要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；（2）規(guī)定晶閘管的控制角α>π/2，使Ud為負(fù)值。16．什么是逆變失??？如何防止逆變失??？答：逆變運營時，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(nèi)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(zhì)量，留出充足的換向裕量角β等。

第4章

逆變電路

1．無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？答：兩種電路的不同重要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。2．換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4種：器件換流：運用全控器件的自關(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，可實現(xiàn)負(fù)載換流。逼迫換流：設(shè)立附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管逼迫施加反向電壓換流稱為逼迫換流。通常是運用附加電容上的能量實現(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)載換流和逼迫換流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？兩者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為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重要特點是：①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相稱于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。②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。③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。電流型逆變電路的重要特點是：①直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相稱于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通途徑，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。③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)電感起緩沖無功能量的作用。由于反饋無功能量時直流電流并不反向，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？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)輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。

5．為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？

答：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，電流并不反向，仍然經(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。第5章

直流-直流變流電路1.

介紹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(dǎo)通一段時間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uo＝E。然后使V關(guān)斷一段時間toff，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，uo＝0。一個周期內(nèi)的平均電壓。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。2.

介紹升壓斬波電路工作原理3．在降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10Ω，L值極大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。4．在下圖所示的降壓斬波電路中，E=100V，

L=1mH，R=0.5Ω，EM=10V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20μs，當(dāng)ton=5μs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(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng)ton=3μs時，重新進(jìn)行上述計算。5．在升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=10Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40μs，ton=20μs時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。

第6章

交流-交流變流電路

1．一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中R=0.5Ω，L=2mH。試求：①開通角α的變化范圍；②負(fù)載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時電源側(cè)的功率因數(shù)；④當(dāng)α=時，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。2.

一調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺燈可看作電阻負(fù)載，在α=0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%，50%時的開通角α。

第7章

PWM控制技術(shù)1．介紹PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理2.

單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？3．什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點？答：載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(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)信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。分段同步調(diào)制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個頻段的載波比一定，不同頻段采用不同的載波比。其優(yōu)點重要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過高，可限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對負(fù)載產(chǎn)生不利影響。4.

根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行控制的方法不同，直流斬波電路可有哪三種控制方式？并簡述其控制原理。答：第一種調(diào)制方式為：保持開關(guān)周期不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時間ton稱為脈寬調(diào)制。簡稱“PWM”調(diào)制。第二種調(diào)制方式為：保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制。簡稱為“PFM”調(diào)制。第三種調(diào)制方式為：同時改變周期T與導(dǎo)通時間ton。使占空比改變，稱為混合調(diào)制。5.

PWM逆變電路的控制方法重要有哪幾種？

解：PWM逆變電路的常用控制方法有兩種，一是計算法；二是調(diào)制法。其中調(diào)制法又可分為兩種，一是異步調(diào)制法；二是同步調(diào)制法。

第8章

軟開關(guān)技術(shù)1．軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？

答：根據(jù)電路中重要的開關(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。2．在移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路中，假如沒有諧振電感Lr，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生哪些變化，哪些開關(guān)仍是軟開關(guān)，哪些開關(guān)將成為硬