電力電子課后習(xí)題解答重慶理工大學(xué).doc

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第1章 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AK>0且uGK>0。 4. 圖 2-27 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。 第2章 3．單相橋式全控整流電路，U2＝100V，負(fù)載中 R＝2Ω，L值極大，當(dāng)a＝30時， 要求：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，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 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3-12所示，U2=100V， 電阻電感負(fù)載，R=2Ω，L 值很大，當(dāng)a=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： 7. 在三相半波整流電路中，如果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。 解：假設(shè)a= 0，當(dāng)負(fù)載為電阻時，ud的波形如下： 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。 11. 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，要求： ① 畫出ud、id和iVT1的波形； ② 計算Ud、Id、IdT和IVT。 12、在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整流電壓 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(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下： 假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)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(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)a=60時，要求： ① 畫出ud、id和iVT1的波形； ② 計算Ud、Id、IdT和IVT。 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： ①三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； ②當(dāng)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。 ③在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)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。 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： 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要求晶閘管的控制角α>π/2，使Ud為負(fù)值。 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(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。 30．單相橋式全控整流電路、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，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(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，要求的晶閘管移相范圍是0 ~ 180， 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)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(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，要求的晶閘管移相范圍是0 ~ 120， 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時，要求的晶閘管移相范圍是0 ~ 90。 第5章 1. 無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 答：兩種電路的不同主要是： 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：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，可實現(xiàn)負(fù)載換流。 強迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利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)載換流和強迫換流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。 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 電壓型逆變電路的主要特點是： ①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，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。 電流型逆變電路的主要特點是： ①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，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。 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。因為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。 5.三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅 值UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。 解：輸出相電壓的基波幅值為 8．逆變電路多重化的目的是什么？如何實現(xiàn)？串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場合？ 答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級提高，二是可以改善輸出電壓的波形。因為無論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多諧波，對負(fù)載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。 逆變電路多重化就是把若干個逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個逆變電路的輸出并聯(lián)起來。 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。 并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。 第3章 2. 在圖5-1a 所示的降壓斬波電路中，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。 3.在圖5-1a 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)。 解：由題目已知條件可得： 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=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40μs，ton=25μs時，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值Io。 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(dāng)可控開關(guān) 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5-4 中所示。同時，電容 C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感 L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 i2，方向如圖5-4所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。 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 5-5b 所示，相當(dāng)于開關(guān) S在A、B兩點之間交替切換。 第4章 1. 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a=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a。 3．交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負(fù)載？為什么？ 答：交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。 交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機(jī)的軟起動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計制造。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常 數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進(jìn)行頻繁控制。 4. 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，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/3~1/2。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時，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，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機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。 5.交交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：交交變頻電路的主要特點是： 只用一次變流，效率較高；可方便實現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。 交交變頻電路的主要不足是： 接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用 36 只晶閘管；受電網(wǎng)頻 率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大， 頻譜復(fù)雜。 主要用途：500 千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳 動裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場合。 第6章 3. 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？ 答：三角波載波在信號波正半周期或負(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-0.5 Ud。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？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。 異步調(diào)制的主要特點是： 在信號波的半個周期內(nèi)，PWM 波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的 脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。 這樣，當(dāng)信號波頻率較低時，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 沖不對稱和半周期內(nèi)前后1/4 周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM 波形接近正 弦波。 而當(dāng)信號波頻率增高時，載波比N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對稱 的影響就變大，有時信號波的微小變化還會產(chǎn)生PWM 脈沖的跳動。這就使得輸出PWM 波和正弦波的差異變大。對于三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。 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。 同步調(diào)制的主要特點是： 在同步調(diào)制方式中，信號波頻率變化時載波比N不變，信號波一個周期內(nèi)輸出的脈沖 數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時，同步調(diào)制時的載波頻率fc也很低。fc過低時由調(diào)制帶來 的諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時，同步調(diào)制時的載波頻率fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。 此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。 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)點主要是，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。 9．什么是電流跟蹤型PWM 變流電路？采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何 特點？ 答：電流跟蹤型PWM變流電路就是對變流電路采用電流跟蹤控制。也就是，不用信號 波對載波進(jìn)行調(diào)制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際電流作為反饋信號，通 過二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實際的輸出跟蹤電流的變化。 采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器的特點： ①硬件電路簡單； ②屬于實時控制方式，電流響應(yīng)快； ③不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量； ④與計算法和調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量較多； ⑤采用閉環(huán)控制。 12