1、電子電力課后習題答案第一章電力電子器件1.1使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正相陽極電壓，并在門極施加觸發電流（脈沖）或者UAk0且UG01.2維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變為關斷？答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。1.3圖143中陰影部分為晶閘管處于通態區間的電流波形，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與電流有效值丨1、丨2、丨3Im,試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值丨1、丨2、丨31解：a)IId1=2二兀Imv24Imsi

2、n(t)(1)-0.2717Im2二2fJ補(Imsinwt)2d(wt)1=：20.4767Imb)Ib)I丄-Imsintd(wt)二四(一21)=0.54341md2=二t22I,I,-(Imsint)2d(wt)=4.2Im31ITi42:0.6741Imc)II1d3=2二112Imdft)Im0/4上題中如果不考慮安全裕量，問100A的晶闡管能送出的平均電流5、Id2、Id3各為多少？這時，相應的電流最大值Im、Im2、Im3各為多少？解：額定電流It（av）=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A,由上題計算結果知a)Ia)I329.35m10.4767A,Id10.27

3、171m189.48Ab)I232.90代m20.6741d2：0.5434仁T26.56Ac)Im=2l=314Id3=4GT0和普通晶閘管同為PNPN吉構，為什么GTC能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：GTO和普通晶闡管同為PNPN吉構，由P1N1P2和N1P2N2勾成兩個晶體管VI、V2,分別具有共基極電流增益：1和2，由普通晶闡管的分析可得，1*2=1是器件臨界導通的條件。/叱21|嗎個等殺詁體管過飽別j導逍；：1乜2Id、IdT和IVTo解：Ud、Id和IVT1的波形如下圖:axUdId、IdT和IVT分別如下Ud=1.17U2COS：=1.17X100XCOS60=58.5(V)I

4、d=Ud/R=58.5/5=11.7(A)IdVT=Id/3=11.7/3=3.9(A)IVT=Id/3=6.755(A)12.在三相橋式全控整流電路中，電阻負載，如果有一個晶閘管不能導通，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VTI不能導通，整流電壓波形如下：d1EHYvx/v07/vV嚴v；/卜A/k/mswx假設VT1被擊穿而短路，則當晶閘管VT3或VT5導通時，將發生電源相間短路，使得VT3VT5也可能分別被擊穿。三相橋式全控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負載R=50，L值極大，當=60時，要求：畫出Ud、Id和Ivti的波形計算

5、UdId、IdT和IVT解：Ud、Id和Ivti的波形如下：Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud=2.34U2COS：=2.34X100Xcos60=117(V)Id=ll/R=117/5=23.4(A)Idvt=Id/3=23.4/3=7.8(A)IvT=Id/3=23.4/3=13.51(A)單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=t1,L=：,E=40VU2=100V,LB=0.5Mh,當=60時，求U、Id與的數值，并畫出整流電壓Ud的波形。解：考慮Lb時，有Ud=0.9U2COS：-UdUd=2XId/二Id=(Ud-E)/R由方程組得Ud=(二R0.9U2cos:2XbE)/(二R2X

6、b)=44.55(V)：Ud=0.455(V)Id=4.55(A)又cos：-cos(;：；*)二2IdXB/U2cos(60)=0.4798換相重疊角=61.33-60=1.33整流電壓U的波形o叫:rvJ入/ax、/三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V,R=T，LB=lmH求當=30時、E=50V時Ud、Id、的值并作出Ud與IVT1和IVT2的波形。解：考慮LB時，有：Ud=1.17U2COS：-UdAUd=3Xdd/2二Id=(Ud-E)/R解方程組得：Ud=(二R1.17U2cos：3XbE)/(2二R3Xb)=94.63(V)ld=6.7(V)Id=44.63(A

7、)又因為：COS：-COS(：)=2ldXB/、6U2即得出cos(30+)=o.752換相重疊角=41.28-30=11.28Ud與|VTl和IVT2的波形如下：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數的諧波？其中主要的是哪兒次？答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2K(K=l、2、3)次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側電流中含有2K+I(K=I、2,3)次即奇次諧波，其中主要的有3次、5次諧波。三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有

8、哪些次數的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6K(K=l、2、3)次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側電流中含有6K+l(K=l、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。試計算第2.3題中丨2的3、5、7次諧波分量的有效值I23,125,127解：在第3題中己知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id=38.99(A)于是可得：I23=22Id/3：=22x38.99/3二=11.7(A)I25=22Id/5：=22x38.99/5二=7.02(A)I37=22Id/7二=22x38.99/7二=5.01(A)帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電

9、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：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯，且后者需要用平衡電抗器；當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。在兩種電路中，晶閘營的導通及觸發脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓Ud和整流電流Id的波形形狀一樣。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生的諧波和無功功率對電

10、網的干擾。十二脈波、二十四脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數的諧波？答：12脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有II次、13次、23次、25次等即12K_I(K=1,2,3.J次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12K(K=1,2,3.J次諧波。24脈波整流電路的交流輸入電流中含有23次、25次、47次、49次等即24K-1(K=I,2,3.)次諧波，整流輸出電壓中含有24、48等即24K(K=1,2,3.)次諧波。使變流器工作于有源逆變狀態的條件是什么？答：條件有二：直流側要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均電壓；aA要求晶閘管的

11、控制角2使Ud為負值。什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？答：逆變運行時，一旦發生換流失敗，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為順向串聯，由于逆變電路內阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變夫敗的方法有：采用精確可靠的觸發電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角：等。單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，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，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0180，0180，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相

12、范圍是090。三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是0120，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是090。三相全控橋，電動機負載，要求可逆運行，整流變壓器的接法是D/Y-5，采用NPN鋸齒波觸發器，并附有滯后30。的R-C濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯結形式。答：(1)考慮踞齒波底寬240;信號送a與對應晶閘管陽極電壓U同相，同步信號USa超前對應晶閘管陽極電壓U30共陰極組：Y/Y-4、共陽極組：Y/Y-10第3章直流斬波電路1簡述圖3-la所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導通一段時間如。，由電源E向L、

13、R、M供電，在此期間，Uo=E然后使V關斷一段時間切，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，Uo=0個周期內的平均電壓EG二叫切輸出電壓小于電源電壓,起到降壓的作用。2.在圖3-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200VR=10Q，L值微大，E=30VT=50卩s,ton=20卩s,計算輸出電壓平均值U，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負載電流連續，于是輸出電壓平均值為U。U。如E二淪0T50=80(V)輸出電流平均值為Uo-Em80-3010=5(A)3.在圖3-la所示的降壓斬波電路中，E=100VL=lmH,R=0.5Q,Em=10V,采用脈寬調制控制方式，T=20卩s，當ton

14、=5卩s時，計算輸出電壓平均值U。，輸出電流平均值10，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續。當ton=3ys時，重新進行上述計算。解：由題目已知條件可得：Eliton-(U0-E)I1toffL0.001當ton=5-S時，有=0.01T二址=0.0025T由于=0.249m=0.249m所以輸出電流連續4.簡述圖3-2a所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當V處于通態時，電源E向電感L充電,充電電流基本恒定為h,同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值U。設V處于通態的時間為切，此階段電感L上積蓄的能量為切

15、。當V處于斷態時E和己共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為(U0E)I1G；當電路工作于穩態時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI1ton=(U0-E)htoff化簡得：U。二色SE二丄Etofftoff式中的T/toff-1,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3-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V,L值和C值極大，R=20Q，采用脈寬調制控制方式，當T=40卩s,ton=25卩s時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io解：輸出電壓平均值為：UoTtoffE4050=133.3V)40

16、-25輸出電流平均值為：U0133.3I006.667(A)R206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：當可控開關V處于通態時，電源E經V向電感L供電使其貯存能量，此時電流為i1，方向如圖。3-4中所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關斷，電感L中貯存的能量向負載釋放，電流為i2,方向如圖3-4所示。可見，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。穩態時，一個周期T內電感L兩端電壓UL對時間的積分為零，即T0uLdt=0當V處于通態期間，UL=E:而當V處于斷態期間UL=7。于是：Eton二U0toff

17、改變導通比:，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當OVVI/2時為降壓，當I/21時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當V處于通態時，E-LlV回路和R-L2-CV回路分別流過電流。當V處于斷態時，E-Li-C-VD回路和R-L2-VD回路分別流過電流。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3-5b所示，相當于開關S在A、B兩點之間交替切換。假設電容C很大使電容電壓Uc的脈動足夠小時。當開關S合到B點時，B點電壓Ub=0,A_Ui+-N1U0點電壓UA=-Uc；相反，當S合到A點時，Ub=Uc，Ua=N3。因此，B點電壓UB的平ub

18、=出均值為T（Uc為電容電壓“c的平均值），又因電感LI的電壓平均值為零，所以E-UB-Uc。另一方面，a點的電壓平均值為UA-一5，且I?的電壓平均值為零，按圖35b中輸出電壓Uo的極性，有UTUc。于是可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關系:UotontoffT-tn兩個電路實現的功能是一致的，均可方便的實現升降壓斬波。與升降壓斬波電路相比，Cuk斬波電路有一個明顯的優點，其輸入電源電流和輸出負載電流都是連續的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。7試繪制Speic斬波電路和Zeta斬波電路的原理圖，并推導其輸入輸出關系解：Sepic電路的原理圖如下：在V導通如期間，UlEUL2UC1左

19、V關斷切期間Ul1-E-U0-UdUl2二-Uo當電路工作于穩態時，電感L、L的電壓平均值均為零，則下面的式子成立Eton(E-U-Uc1)tff-0UC1ton_U0toff-0由以上兩式即可得出U。4etoffU。4etoffZeta電路的原理圖如下：在V導通站期間UL1二EUl2=E-UC1-u0在V關斷toff期間UL1二UC1Ul2-Uo當電路工作穩定時，電感Ll、L2的電壓平均值為零，則下面的式子成立EtonUC1toff=0(E-Uo-Uci)ton-Uotoff=0由以上兩式即可得出Uo二Etoff8分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結合圖3-7b的波形，繪制出各個階段電

20、流流通的路徑并標明電流方向。解：電流可逆斬波電路中，VI和VDI構成降壓斬波電路，由電源向直流電動機供電，電動機為電動運行，工作于第I象限：V2和Vd2構成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉變為電能反饋到電源，使電動機作再生制動運行，工作于第2象限。圖3-7b中，各階段器件導通情況及電流路徑等如下：Vl導通，電源向負載供電:V2關斷，VD2導通，向電源回饋能量9.對于圖3-8所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動機工作于反轉電動狀態，試分析此時電路的工作情況，并繪制相應的電流流通路徑圖，同時標明電流流向。解：需使電動機工作于反轉電動狀態時，由V3和VD3構成的降壓斬波電路工作，此時需要V2保持導通

21、，與V3和VD3構成的降壓斬波電路相配合。當V3導通時，電源向M供電，使其反轉電動，電流路徑如下圖：當V3關斷時，負載通過VD3續流，電流路徑如下圖:10.多相多重斬波電路有何優點？答:多相多重斬波電路因在電源與負載間接入了多個結構相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負載電流的脈動次數增加、脈動幅度減小，對輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。此外，多相多重斬波電路還具有備用功能，各斬波單元之間互為備用，總體可靠性提第4章交流電力控制電路和交交變頻電路4.1一臺調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在-=0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%50%寸的開

22、通角。解：=0時的輸出電壓最大，為1_、；一（塔2U1sint）=UomaL.二0此時負載電流最大，為因此最大輸出功率為UomaxDomaXUiRma=UomaxIomax輸出功率為最大輸出功率的80%寸，有:Ui2ma=U)maxIomax=R此時Uo=.0.8Ui又由Uo=Usin2：二-71解得解得同理,:=60.54輸出功率為最大輸出功率的50%寸，有:Uo=.0.5U1又由Uo=UUo=Usin2：二-1：2二:=904.2單相交流調壓器,4.2單相交流調壓器,電源為工頻220V,阻感串聯作為負載，其中R=0.5Q,L=2mH試求：開通角：的變化范圍；負載電流的最大有效值；最大輸出功

23、率及此時電源側的功率因數；當：=：/2時，晶閘管電流有效值、晶閘管導通角和電源側功率因數。解:(1)怕丄國L丄2兀漢50漢2匯10一二arctanarctan51.5R0.5所以所以51.5-：-180(2)(2)電流連續，電流最大且導通角二=二Uo2=274A_Z(0.52+(2兀漢50漢2漢10foPUoIo=U1IO=220274=60.3KW51。.Pul。dcos1S_e(4)由公式sin(：丁-J=sin(：_)etan：當-_ecos()=etanCOS:對上式二求導1_2_sin(腫“22則由sin(r-:)-cos-)=1得_2彳efs2,1v-tanIntan二1366=U

24、1._sicos(2Q).123(A)Z、UlUocosU1I0U1Jsin2-：sin(2j，2旳小“0.664.3交流調壓電路和交流調功電路有什么區別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區別在于控制方式不同。交流調壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統中，還常用于對無功功率的連續調節。此外

25、，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節變壓器一次電壓。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；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數很大的控制對象。由于控制對象的時間常數大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。什么是TCR什么是TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點？答：TCF是晶閘管控制電抗器。TSC是晶閘管投切電容

26、器。二者的基本原理如下：TCR是利用電抗器來吸收電網中的無功功率（或提供感性的無功功率），通過對晶閘管開通角角:的控制，可以連續調節流過電抗器的電流，從而調節TCR從電網中吸收的無功功率的大小。TSC則是利用晶閘管來控制用于補償無功功率的電容器的投入和切除來向電網提供無功功率（提供容性的無功功率）。二者的特點是：TCR只能提供感性的無功功率，但無功功率的大小是連續的。實際應用中往往配以固定電容器（FC，就可以在從容性到感性的范圍內連續調節無功功率。TSC提供容性的無功功率，符合大多數無功功率補償的需要。其提供的無功功率不能連續調節但在實用中只要分組合理，就可以達到比較理想的動態補償效果。4.5

27、單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯可控整流電路有什么不同？答：單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯可控整流電路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯的可控整流電路組成。但兩者的功能和工作方式不同。單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電，通常用于交流電動機傳動，兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個周期里，交替工作各半個周期，從而輸出交流電。而直流電動機傳動用的反并聯可控整流電路是將交流電變為直流電，兩組可控整流路中哪丁組工作并沒有像交交變頻電路那樣的固定交替關系，而是由電動機工作狀態的需要決定。4.6.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，

28、構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數越多，最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中采用常用的6脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應高于電網頻率的1/31/2。當電網頻率為50Hz時，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網電壓段數減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。4.7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：接線復雜，如采用三相橋式電路

29、的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管；受電網頻率和變流電路脈波數的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復雜。主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉速的交流調速電路，如軋機主傳動裝置、鼓風機、球磨機等場合。4.8.三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區別？答：三相交交變頻電路有公共交流母線進線方式和輸出星形聯結方式兩種接線方式。兩種方式的主要區別在于：公共交流母線進線方式中，因為電源進線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動機三個繞組必須拆開，共引出六根線而在輸出星形聯結方式中，因為電動機中性點和變頻器中中性點在一起；電動機

30、只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯在一起，其電源進線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個變壓器供電。4.9.在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是什么？為什么？答：在三相交交變頻電路中采用梯形波控制的好處是可以改善輸入功率因數。因為梯形波的主要諧波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結果線電壓仍為正弦波。在這種控制方式中，因為橋式電路能夠較長時間工作在高輸出電壓區域（對應梯形波的平頂區），:角較小，因此輸入功率因數可提高15%左右。試述矩陣式變頻電路的基本原理和優缺點。為什么說這種電路有較好的發展前景？答：矩陣式變頻電路的基本原理是：對輸入的單相或三

31、相交流電壓進行斬波控制，使輸出成為正弦交流輸出。矩陣式變頻電路的主要優點是：輸出電壓為正弦波；輸出頻率不受電網頻率的限制；輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相；功率因數為I，也可控制為需要的功率因數；能量可雙向流動，適用于交流電動機的四象限運行；不通過中間直流環節而直接實現變頻，效率較高。矩陣式交交變頻電路的主要缺點是：所用的開關器件為18個，電路結構較復雜，成本較高，控制方法還不算成熟；輸出輸入最大電壓比只有0.866，用于交流電機調速時輸出電壓偏低。因為矩陣式變頻電路有十分良好的電氣性能，使輸出電壓和輸入電流均為正弦波，輸入功率因數為I，且能量雙向流動，可實現四象限運行；其次，和目前廣泛應

32、用的交直交變頻電路相比，雖然多用了6個開關器件，卻省去直流側大電容，使體積減少，且容易實現集成化和功率模塊化。隨著當前器件制造技術的飛速進步和計算機技術的日新月異，矩陣式變頻電路將有很好的發展前景。第5章逆變電路5.I.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接電網即交流側接有電源。而無源逆變電路的交流側直接和負載聯接。5.2.換流方式各有那兒種？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斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當

33、負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時,可實現負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強追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，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據電路形式的不同采用電網換流、負載換流和強迫換流3種方式。5.3什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分類，直流側是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側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持點是：直流側為電壓源或并聯有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗。由于直流電壓源的鉗位

34、作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點是：直流側串聯有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗。電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流測電惑起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時

35、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器件反并聯二極管。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，當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯了反饋二極管。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經電路中的可控開關器件流通，而當輸出電壓電流極性相反時，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，無功能量由直流側電感來緩沖。當需要從交流側向直流側反饋無功能量時，電流并不反向，依然經電路中的可控開關器件流通，因此不需

36、要并聯反饋二極管。三相橋式電壓型逆變電路，180o導電方式，U=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值UN1、輸出線電壓的基波幅值Ubvin和有效值UuV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UjV5o2Ud解:UuNimd-0.637Ud-63.7(V)TlUuniUUN1m=0.45Ud=45(V)2J3UdUuvim-=1.1Ud=110(V)UUV1mV6Uuv1Ud=0.78Ud=78(V)TOCo1-5hzV2兀Uuv178Uuv515.6(V)55并聯諧振式逆變電路利用負載電壓進行換相，為保證換相應滿足什么條件？答：假設在t時刻觸發VT2VT3使其導通，負載電壓u。就通過

37、VT2VT3施加在VTl、VT4上，使其承受反向電壓關斷，電流從VTl、VT4向VT2VT3轉移，觸發VT2VT3時刻必須在u。過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。串聯二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。答：二極管的主要作用，一是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以保持，為晶閘管換流做好準備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關斷的晶閘管上，使晶閘管在關斷之后能夠承受一定時間的反向電壓，確保晶閘管可靠關斷，從而確保晶閘管換流成功。以VTl和VT3之間的換流為例，串聯二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡述如下：給VT3施加觸發脈沖，由于

38、換流電容C13電壓的作用，使VT3導通而VTl被施以反向電壓而關斷。直流電流Id從VTl換到VT3上,C13通過VDI、U相負載、W相負載、VD2VT2直流電源和VT3放電，如圖5-16b所示。因放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。在C13電壓UC13下降到零之前，VTl一直承受反壓，只要反壓時間大于晶閘管關斷時間tq，就能保證可靠關斷。UC13降到零之后在U相負載電感的作用下，開始對C13反向充電。如忽略負載沖電阻的壓降，則在Uc13=0時刻后，二極管VD3受到正向偏置而導通，開始流過電流，兩個二極管同時導通，進入二極管換流階段，如圖5-16C所示。隨著C13充電電壓不斷增高，充電電流逐漸減

39、小，到某一時刻充電電流減到零，VDI承受反壓而關斷，二極管換流階段結束。之后，進入VT2VT3穩定導通階段，電流路徑如圖5-16d所示。逆變電路多重化的目的是什么？如何實現？串聯多重和并聯多重逆變電路備用于什么場合？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

40、弦波的波形。組合方式有串聯多重和并聯多重兩種方式。串聯多重是把幾個逆變電路的輸出串聯起來，并聯多重是把幾個逆變電路的輸出并聯起來。串聯多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化并聯多重逆變電路多用于電流型逆變電路的多重化第6章PWM空制技術6.1.試說明PWM控制的基本原理。答：PWMI制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調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論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環節上時，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節的輸出響應波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。以正弦PWM控制為例

41、。把正弦半波分成N等分，就可把其看成是N個彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于:/N，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規律變化。如果把上述脈沖列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規律變化的。根據面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWI波形。可見，所得到的PWI波形和期望得到的正弦波等效。6.4特定諧波消去法的基本原理是什么？設半個信號波周期內有10

42、個開關時刻（不含0和二時刻）可以控制，可以消去的諧波有幾種？答：首先盡量使波形具有對稱性，為消去偶次諧波，應使波形正負兩個半周期對稱，為消去諧波中的余弦項，使波形在正半周期前后1/4周期以二/2為軸線對稱。考慮到上述對稱性，半周期內有5個開關時刻可以控制。利用其中的I個自由度控制基波的大小，剩余的4個自由度可用于消除4種頻率的諧波。6.5.什么是異步調制？什么是同步調制？兩者各有何特點？分段同步調制有什么優點？答：載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。在異步調制方式中，通常保持載波頻率fc固定不變，因而當信號波頻率fr變化時，載波比N是變化的。異步調制的主要特點是：在信號波的半個

43、周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周期的脈沖也不對稱。這樣，當信號波頻率較低時，載波比較大，一周期內的脈沖數較多，正負半周期脈沖不對稱和半周期內前后1/4周期脈沖不對稱產生的不利影響都較小，pwr波形接近正弦波。而當信號波頻率增高時，載波比N減小，一周期內的脈沖數減少，PWI脈沖不對稱的影響就變大，有時信號波的微小變化還會產生PWI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PWI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，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調制。同步調制的主要特點是：在同步調制方

44、式中，信號波頻率變化時載波比N不變，信號波一個周期內輸出的脈沖數是固定的，脈沖相位也是固定的。當逆變電路輸出頻率很低時，同步調制時的載波頻率fc也很低。fc過低時由調制帶來的諧波不易濾除。當負載為電動機時也會帶來較大的轉矩脈動和噪聲。當逆變電路輸出頻率很高時，同步調制時的載波頻率fc會過高，使開關器件難以承受。此外，同步調制方式比異步調制方式復雜一些。分段同步調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。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載產生

45、不利影響。6.6什么是SPW波形的規則化采樣法？和自然采樣法比規則采樣法有什么優點？答：規則采樣法是一種在采用微機實現時實用的PWM波形生成方法。規則采樣法是在自然采樣法的基礎上得出的。規則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個正峰值之間為一個采樣周期。使每個PWM脈沖的中點和三角波一周期的中點（即負峰點）重合，在三角波的負峰時刻對正弦信號波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出控制功率開關器件通斷的時刻。比起自然采樣法，規則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的SPWM

46、波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算，在工程中實際應用不多的缺點。6.7如何提高PWM逆變電路的直流電壓利用率？答：采用梯形波控制方式即用梯形波作為調制信號，可以有效地提高直流電壓的利用率。對于三相PWME變電路，還可以采用線電壓控制方式即在相電壓調制信號中疊加3的倍數次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。6.8.什么是電流跟蹤型PWM變流電路？采用滯環比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點？答：電流跟蹤型PWMS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行調制，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

47、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。采用滯環比較方式的電流跟蹤型變流器的特點：硬件電路簡單；屬于實時控制方式，電流響應快；不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；與計算法和調制法相比，相同開關頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；采用閉環控制。6.9.什么是PWM8流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？答：PW整流電路就是采用PW控制的整流電路，通過對PW整流電路的適當控制，可以使其輸入電流十分接近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數接近I。相控整流電路是對晶閘管的開通起始角進行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位

48、滯后于電壓，總的功率因數低。PW整流電路采用SPW控制技術為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時輸入電流可以和電壓同相位，功率因數近似為I。PW整流電路可以實現能量正反兩個方向的流動，既可以運行在整流狀態，從交流側向直流側輸送能量；也可以運行在逆變狀態，從直流側向交流側輸送能量。而且這兩種方式都可以在單位功率因數下運行。此外，還可以使交流電流超前電壓90，交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發生器。或使電流比電壓超前或滯后任一角度：o6.10在PWM8流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？答：在PW整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及PW整流器輸入端電壓的相量關

49、系來進行控制，使輸入電流獲得預期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經過比較進行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因為引入了交流電流反饋而稱為直接電流控制。第7章軟開關技術1高頻化的意義是什么？為什么提高開關頻率可以減小濾波器的體積和重量？為什么提高關頻率可以減小變壓器的體積和重量？答：高頻化可以減小濾波器的參數，并使變壓器小型化，從而有效的降低裝置的體積和重量。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。提高開關頻率，周期變短，可使濾除開關頻率中諧波的電感和電容的參數變小，從而減輕了濾波器的體積和重量；

50、對于變壓器來說，當輸入電壓為正弦波時，U=4.44fNBS，當頻率f提高時，可減小N、S參數值，從而減小了變壓器的體積和重量。2軟開關電路可以分為哪幾類？其典型拓撲分別是什么樣子的？各有什么特點？答：根據電路中主要的開關元件開通及關斷時的電壓電流狀態.可將軟開關電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類：根據軟開關技術發展的歷程可將軟開關電路分為準諧振電路，零開關PWMfe路和零轉換PWMfe路。電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調制控制方式。零電壓開關準諧振電路的基本開關單元零電流開關準諧振電路的基本開關單元零開關PWNfe路：這類電路中引入輔助開關來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發

51、生于開關過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關頻率固定的PWM控制方式。并VD零電壓開關PWNfe路的基本開關單元零電流開關PWNfe路的基本開關單元零轉換PWhfe路：這類軟開關電路還是采用輔助開關控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關并聯的，輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內并從零負載到滿負載都能工作在軟開關狀態，無功率的交換玻消減到最小VD不25：VI?零電壓轉換PWNfe路的基本開關單元零電流轉換PWNfe路的基本開關單元在移相全橋零電壓開關PWNfe路中，如果沒有諧振電感L,電路的工作狀態將

52、發生哪些變化，哪些開關仍是軟開關，哪些開關將成為硬開關？答：如果沒有諧振電感Lr，電路中的電容CS1，CS2與電感L仍可構成諧振電路，而電容Cs3,Cs4將無法與Lr構成諧振回路，這樣，S、S將變為硬開關，Sl、S2仍為軟開關。在零電壓轉換PWNfe路中，輔助開關Sl和二極管VDI是軟開關還是硬開關，為什么？答：在$開通時，US1不等于零；在$關斷時，其上電流也不為零，因此$為硬開關。由于電感L的存在，$開通時的電流上升率受到限制，降低了Sl的開通損耗。由于電感L的存在，使VDl的電流逐步下降到零，自然關斷，因此VDi為軟開關。第8章組合變流電路1什么是組合變流電路？答：組合變流電路是將某幾種

53、基本的變流電路(AC/DCDC/DCAC/ACD(ZDC組合起來，以實現一定新功能的變流電路2試闡明圖81間接交流變流電路的工作原理，并說明該電路有何局限性。答：間接交流變流電路是先將交流電整流為直流電，在將直流電逆變為交流電，圖8.1所示的是不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路。該電路中整流部分采用的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電力，這是它的一個局限。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負載能量反饋到中間直流電路，導致電容電壓升高。由于該能量無法反饋回交流電源。故電容只能承擔少量的反饋能量，這是它的另一個局限。3試分析圖8.2間接交流變流電路的工作原理，并說明其局限性。答：圖82是帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路，它是在圖8一I的基