1、电力电子技术第五版 机械工业出版社课后习题答案第二章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：u AK0 且 uGK0。2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 Im，试计算
2、各波形的电流平均值Id1、 Id2、I d3 与电流有效值 I1、I 2、I 3。0 02 22 44 254a) b) c)图 1-430图 1-43 晶闸管导电波形解：a) Id1= = ( ) 0.2717 Im24)(sintdIm2mI1I1= = 0.4767 Im4)si(t4b) Id2 = = ( ) 0.5434 Im 14)(intdIm mI12I2 = = 0.6741I42)(si(tm43c) Id3= = Im120)(tdIm12I3 = = Im20)(1tdIm214. 上题中如果不考虑安全裕量,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流 Id1、I d2、I
3、 d3 各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、I m2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A，由上题计算结果知a) Im1 329.35， Id1 0.2717 Im1 89.48476.0I b) Im2 232.90, Id2 0.5434 Im2 126.561c) Im3=2 I = 314, Id3= Im3=78.5415. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1
4、、V 2,分别具有共基极电流增益 和 ，由普通晶闸管的分析可得， + =1 是器件临界导通的条件。 + 1，两个等效晶体管过饱和而导通； + 1，不能维持饱和导通而关断。2GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为 GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1) GTO 在设计时 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，易于2GTO 关断；2) GTO 导通时的 + 更接近于 1，普通晶闸管 + 1.15，112而 GTO 则为 + 1.05，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱12和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3) 多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间
5、的距离大为缩短，使得 P2 极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。6. 如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏？答：电力 MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。3MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过 20 的击穿电压，所以为防止 MOSFET 因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点： 一般在不用时将其三个电极短接； 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地； 电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7. IGBT、GTR 、GTO 和电
6、力 MOSFET 的驱动电路各有什么特点？答：IGBT 驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT 是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR 驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。GTO 驱动电路的特点是：GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏
7、电路三部分。电力 MOSFET 驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。8. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt 或过电流和 di/dt，减小器件的开关损耗。RCD 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，C s 经 Rs 放电，Rs 起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经 VDs 从 Cs 分流，使 du/dt 减小，抑制过电压。9. 试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 各自的优缺点。解：对 IGBT、GTR、 GTO 和电力 MOS
8、FET 的优缺点的比较如下4表：器 件 优 点 缺 点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力MOSFET,电压，电流容量不及 GTOGTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电 力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高
9、，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW的电力电子装置5第 3 章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH ， U2100V，求当 0和 60时的负载电流 Id，并画出 ud 与 id 波形。解：0时，在电源电压 u2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2 的负半周期，负载电感 L 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压 u2 的一个周期里，以下方程均成立： tUtisin2d考虑到初始条件：当 t0 时 id0 可解方程得： )cos1(2dtLi0(I= =22.51(A)U
10、2ud 与 id 的波形如下图：0 2 tu20 2 tud0 2 tid当 60时，在 u2 正半周期 60180期间晶闸管导通使电感 L 储能，电感 L 储藏的能量在 u2 负半周期 180300期间释放，因此在 u2 一个周期中 60300期间以下微分方程成立：6tUtiLsin2d考虑初始条件：当 t60时 id0 可解方程得： )cos1(2dti其平均值为= =11.25(A)(s2(2135d tLUILU2此时 ud 与 id 的波形如下图：tudid + + ttu20+ +2图 2-9 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：晶闸管
11、承受的最大反向电压为 2 ；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的U波形与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。 以晶闸管 VT2 为例。当 VT1 导通时，晶闸管 VT2 通过 VT1与 2 个变压器二次绕组并联，所以 VT2 承受的最大电压为 2 。U 当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角 相7同时，对于电阻负载：（0）期间无
12、晶闸管导通，输出电压为0；（）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、 VT4 导通，输出电压均与电源电压 u2 相等；() 期间，均无晶闸管导通，输出电压为 0；( 2)期间，单相全波电路中 VT2 导通，单相全控桥电路中 VT2、VT 3 导通，输出电压等于 u2。对于电感负载：（ ）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中 VT1、VT 4 导通，输出电压均与电源电压 u2相等；（ 2）期间，单相全波电路中 VT2 导通，单相全控桥电路中 VT2、VT 3 导通，输出波形等于 u2。可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。3单相桥式
13、全控整流电路，U 2100V，负载中 R2，L 值极大，当 30时，要求：作出 ud、 id、和 i2 的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：u d、i d、和 i2 的波形如下图： u2O tO tO tudidi2O tIdId输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U 2 cos0.9100cos3077.97（V ）IdU d /R77.97/238.99（A）I2I d 38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）8考虑安全裕量，晶闸
14、管的额定电压为：UN（23）141.4283424（V ）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：IVTI d 27.57（A ）2晶闸管的额定电流为：IN（1.52）27.571.572635（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下： 0 2 tttu2uVD2uVD4005单相桥式全控整流电路，U 2=100V，负载中 R
15、=2，L 值极大，反电势 E=60V，当 =30时，要求： 作出 ud、i d 和 i2 的波形； 求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：u d、i d 和 i2 的波形如下图：9u2O tO tO tudidi2O tIdIdId 整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值I2 分别为Ud0.9 U 2 cos0.9100cos30 77.97(A)Id ( UdE )/R(77.97 60)/2 9(A)I2I d 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）流过每个晶闸管的
16、电流的有效值为：IVTI d 6.36（A ）故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.4283424 （V ）晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（A ）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。6. 晶闸管串联的单相半控桥（桥中 VT1、VT 2 为晶闸管） ，电路如图 2-11 所示，U 2=100V，电阻电感负载，R=2，L 值很大，当 =60时求流过器件电流的有效值，并作出 ud、i d、i VT、i D 的波形。解：u d、i d、 iVT、i D 的波形如下图：10u2O tO tO tudidO tO tIdIdIdiVT1iVD2负载电压的
17、平均值为：67.5（V）2)3/cos(19.0)(sin132dUtU负载电流的平均值为：IdU dR67.52233.75（A）流过晶闸管 VT1、VT 2 的电流有效值为：IVT Id19.49（A ）3流过二极管 VD3、 VD4 的电流有效值为：IVD Id27.56（A）27. 在三相半波整流电路中，如果 a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压 ud 的波形。解：假设 ，当负载为电阻时，u d 的波形如下：0ud ua ub ucO tud ua ub ucO t当负载为电感时，u d 的波形如下：11ud ua ub ucO tud ua ub ucO t
18、8三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图 2-60 所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加 10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？a1ABCNn N AB Cn2-60b1 c1a2 b2 c2 a1b1c1a2b2c2图 2-60 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内：当 a1c2 对应的晶闸管导通时，a1 的电流向下流，c 2 的电流向上流；当 c1b2 对应的晶闸管导通时，c1 的电流向下流，b 2 的电流向上流；当 b1a2 对应的晶闸管导通
19、时，b1 的电流向下流，a 2 的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各为 120）由电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。9三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？12答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差 180。10有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是 ，那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是
20、 a 相，在相位上差多少度？答：相差 180。11三相半波可控整流电路，U 2=100V，带电阻电感负载，R=5，L 值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、i d 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、I d、I dT 和 IVT。解：u d、i d 和 iVT1 的波形如下图：udua ubucidO tO tO tiVT1=30u2 uaubucO tU d、 Id、I dT 和 IVT 分别如下Ud1.17U 2cos1.17100cos6058.5（V）Id UdR58.5511.7（A ）IdVTI d311.733.9（A ）IVTI d 6.755（ A）12在三相桥式全控整流
21、电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压 ud 波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答：假设 VT1 不能导通，整流电压 ud 波形如下：13udO t假设 VT1 被击穿而短路，则当晶闸管 VT3 或 VT5 导通时，将发生电源相间短路，使得 VT3、VT 5 也可能分别被击穿。13三相桥式全控整流电路，U 2=100V，带电阻电感负载，R=5，L 值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、i d 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、I d、I dT 和 IVT。解：u d、i d 和 iVT1 的波形如下：= 60u2uduabuacubcuba
22、ucaucbuabuacua ub ucO tt1O tid tO tOiVT1U d、 Id、I dT 和 IVT 分别如下Ud2.34U 2cos2.34100cos60117（V）IdU dR117523.4（A）IDVTI d323.437.8（A ）IVTI d 23.4 13.51（A ）14单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L =，E =40V，U 2=100V，L B=0.5mH，当 =60时求14Ud、I d 与 的数值，并画出整流电压 ud 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud0.9U 2cosU dU d2X BIdId（U dE）R解方程组得：Ud（ R 0.9U2
23、cos 2X BE）（R 2X B）44.55（V ）U d0.455（V）Id4.55（A）又 U 2cos)(BdI即得出=0.479860换流重叠角 61.33 60=1.33最后，作出整流电压 Ud 的波形如下：O tO tudu215三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R =1，L=，L B=1mH，求当 =30时、E=50V 时Ud、I d、 的值并作出 ud 与 iVT1 和 iVT2 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud1.17U 2cosU dU d3X BId2Id（U dE）R解方程组得：Ud（ R 1.17U2cos 3X BE）（2R 3X B）9
24、4.63（V ）U d6.7（V）Id44.63（A）15又 2 U2cos)(BdXI6即得出=0.75230换流重叠角 41.28 30=11.28ud、i VT1 和 iVT2 的波形如下：udiVT1 tO tO IduaubuciVT2 tO IdOuaubucu216三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L =，U 2=220V，X B=0.3，求 Ud、I d、I VD、I 2 和 的值并作出 ud、i VD 和 i2 的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路0时的情况。Ud2.34U 2cosU dU d3X BIdIdU dR解方程组得：Ud2.34U
25、 2cos （13X B/R）486.9（V）Id97.38（A）又16 2 U2cos)(BdXI6即得出=0.892cs换流重叠角 26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为IVDI d397.38332.46 （A ）I2a Id79.51（A）2ud、i VD1 和 i2a 的波形如下： u2udiVD1 tO tO tOtOua ub uct1uabuacubcubaucaucbuabuac i2a IdId17三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L= ，U 2=220V， =60，当L B=0 和L B=1mH 情况下分别求 Ud、I d 的值，后者还应求
26、 并分别作出ud 与 iT 的波形。解：当 LB0 时：Ud2.34U 2cos2.34220cos60257.4（V ）Id（U dE）R（257.4200） 157.4（A ）当 LB1mH 时Ud2.34U 2cosU dU d3X BIdId（U dE）R17解方程组得：Ud（ 2.34U 2R cos3X BE）（R 3X B）244.15（V ）Id44.15（A）U d13.25（V）又 2X BId U2cos)(60.4485)0cos( 63.35603.35ud、I VT1 和 IVT2 的波形如下：u2udiVT1 tO tOtO ua ub ucuabuacubcub
27、aucaucbuabuac IdiVT2 tO Id18单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3）次谐波，其中幅值最大的是 2 次谐波。变压器二次侧电流中含有 2k1（k1、2、3）次即奇次谐波，其中主要的有 3 次、5 次谐波。19三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些18次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k1、
28、2、3）次的谐波，其中幅值最大的是 6 次谐波。变压器二次侧电流中含有 6k1(k=1、2、3)次的谐波，其中主要的是 5、7 次谐波。20试计算第 3 题中 i2 的 3、5、7 次谐波分量的有效值I23、I 25、I 27。解：在第 3 题中已知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为Id38.99（A）于是可得：I232 Id 32 38.993 11.7（A ）I252 Id 52 38.995 7.02（A ）I272 Id 72 38.997 5.01（A ）21试计算第 13 题中 i2 的 5、7 次谐波分量的有效值 I25、I 27。解：第 13 题中，电路为三相桥式全控整流电路
29、，且已知Id23.4（A）由此可计算出 5 次和 7 次谐波分量的有效值为：I25 Id 5 23.45 3.65（A ）66I27 Id 7 23.47 2.61（A ）22 试分别计算第 3 题和第 13 题电路的输入功率因数。解：第 3 题中基波电流的有效值为：I12 Id 2 38.99 35.1（A ）基波因数为I 1II 1I d35.138.99 0.9电路的输入功率因数为： 0.9 cos30 0.78cos第 13 题中基波电流的有效值：I1 Id 23.39 18.243（A ）66基波因数为I 1II 1I d0.955电路的输入功率因数为：19 0.955 cos60
30、0.48cos23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点：三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器；当变压器二次电压有效值 U2 相等时，双反星形电路的整流电压平均值 Ud 是三相桥式电路的 1/2，而整流电流平均值 Id 是三相桥式电路的 2 倍。在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 ud 和整流电流 id 的波形形状一样。24整流电路多重化的主要目的是什么？答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面
31、，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。2512 脉波、24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？答：12 脉波电路整流电路的交流输入电流中含有 11 次、13 次、23次、25 次等即 12k1、 （k=1，2，3）次谐波，整流输出电压中含有 12、24 等即 12k（k=1，2，3）次谐波。24 脉波整流电路的交流输入电流中含有 23 次、25 次、47 次、49 次等，即 24k1（k =1，2，3）次谐波，整流输出电压中含有 24、48 等即 24k（k=1，2，3）次谐波。26使变流器工作于有源逆变状态的条件
32、是什么？答：条件有二：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角 /2，使 Ud 为负值。2027三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1 ，L =，U 2=220V，L B=1mH，当 EM=-400V， =60时求Ud、I d 与 的值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下 3 个等式：Ud2.34U 2cos( )U dU d3X BIdId（U dE M）R三式联立求解，得Ud2.34 U2R cos( )3X BEM( R 3X B)290.3（V）Id109.7（A）由下式可计算换流重叠角： 2X BId
33、 U20.1279cos)(60.627910cos 128.901208.90送回电网的有功功率为P= =400109.7-109.72109.71=31.85(W)RIEdM2|28单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1 ，L =，U 2=100V，L=0.5mH，当 EM=-99V， =60时求Ud、I d 和 的值。解：由题意可列出如下 3 个等式：Ud0.9U 2cos(-)U dU d2X BIdId（U dE M）R三式联立求解，得UdR 0.9U 2cos(-)2X BEM（R2X B）49.91（V ）Id49.09（A）又 U 2=0.2181cos)(BdI即得出=-0.7
34、181120cs换流重叠角21 135.9 120=15.929什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等。30单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 18
35、0，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。31三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是 D，y-5 ，采用 NPN 锯齿波触发器，并附有滞后 30的 R-C 滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。解：整流变压器接法如下图所示 abcABC以 a 相为例，u a 的 120对应于 =90 ，此时 Ud=0，处于整流和逆变的临界点。该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的300，所以同步信号滞后 ua 180，又因为 R-C
36、 滤波已使同步信号滞后 30，所以同步信号只要再滞后 150就可以了。满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。22BCAab csasbsc-sa-sb-scABC-sa-sb-scsasbsc各晶闸管的同步电压选取如下表：晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6同步电压-usb usa -usc usb -usa usc23第 4 章 逆变电路1无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。2换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有 4 种：器件换
37、流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流 3 种方式。3什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流
38、源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通24道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。电流型逆变电路的主要特点是：直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形
39、波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供
40、电流通道。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。5. 三相桥式电压型逆变电路，180导电方式，U d=100V。试求输出相电压的基波幅值 UUN1m 和有效值 UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m 和有效值 UUV1、输出线电压中 5 次谐波的有效值 UUV5。 解：输出相电压的基波幅值为=63.7(V)ddN1m637.02输出相电压基波有效值为：=45(V)dU145.2输出线电压的基波幅值为=110(V)ddUV1m.3输出线电压基波的有效值为
41、25=78(V)ddUV1m78.062U输出线电压中五次谐波 的表达式为：5utsin3dUV其有效值为：=15.59(V)25d6并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：假设在 t 时刻触发 VT2、VT 3 使其导通，负载电压 uo 就通过VT2、 VT3 施加在 VT1、VT 4 上，使其承受反向电压关断，电流从VT1、 VT4 向 VT2、VT 3 转移，触发 VT2、VT 3 时刻 t 必须在 uo 过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。7串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试分析换流过程。答：二极管的主要作用，一是为换流电容器充电
42、提供通道，并使换流电容的电压能够得以保持，为晶闸管换流做好准备；二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上，使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。以 VT1 和 VT3 之间的换流为例，串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下：给 VT3 施加触发脉冲，由于换流电容 C13 电压的作用，使 VT3导通，而 VT1 被施以反向电压而关断。直流电流 Id 从 VT1 换到VT3 上， C13 通过 VD1、U 相负载、W 相负载、VD 2、VT 2、直流电源和 VT3 放电，如图 5-16b 所示。因放电电流恒为 Id，故称
43、恒流放电阶段。在 C13 电压 uC13 下降到零之前，VT 1 一直承受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间 tq，就能保证可靠关断。uC13 降到零之后在 U 相负载电感的作用下，开始对 C13 反向充电。如忽略负载中电阻的压降，则在 uC13=0 时刻后，二极管 VD3 受到正向偏置而导通，开始流过电流，两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段，如图 5-16c 所示。随着 C13 充电电压不断增高，充电电流逐渐减小，到某一时刻充电电流减到零，VD 1 承受反压而关断，26二极管换流阶段结束。之后，进入 VT2、VT 3 稳定导通阶段，电流路径如图 5-16d 所示。8逆变电路多重化的目的
44、是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？答：逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高，二是可以改善输出电压的波形。因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响，采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。组合方式有串联多重和并联多重两种方式。串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来，并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。串联多重逆变电路多用于电压
45、型逆变电路的多重化。并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路得多重化。27第 5 章 直流- 直流变流电路1简述图 5-1a 所示的降压斩波电路工作原理。答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V 导通一段时间 ton，由电源 E 向 L、R、M 供电，在此期间， uoE。然后使 V关断一段时间 toff，此时电感 L 通过二极管 VD 向 R 和 M 供电，uo0。一个周期内的平均电压 Uo 。输出电压小于电tofn源电压，起到降压的作用。2在图 5-1a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10 ，L 值极大，E M=30V，T=50s,t on=20s,计算输出电压平均值 Uo
46、，输出电流平均值 Io。解：由于 L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为Uo= = =80(V)Ttn502输出电流平均值为Io = = =5(A)REM-1383在图 5-1a 所示的降压斩波电路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，E M=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20s，当 ton=5s 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当ton=3s 时，重新进行上述计算。解：由题目已知条件可得：m= = =0.1EM10= = =0.002RL5.28当 ton=5s 时，有= =0.01T= =0.0025ont由于= =0.249m1e01.25所以输出电流连续。此时输出平均电压为Uo = = =25(V)ETtn205输出平均电流为Io = = =30(A)RM-5.1输出电流的最大和最小值瞬时值分别为Imax= = =30.19(A)Eme1.010.2eImin= = =29.81(A)R5.10.25当 ton=3s 时，采用同样的方法可以得出：=0.0015
