【正文】 不同可以采用下述3種換流方式。直流側(cè)電壓基本保持恒定，直流側(cè)相對(duì)于負(fù)載來說呈現(xiàn)低阻抗。3 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流電感起緩沖無功能量的作用，因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)電流并不反向，因此不必象電壓型逆變器那樣在器件兩端反并聯(lián)二極管。逆變電路（有源和無源）都是將直流能量變換為交流能量，AC—AC。解決的方法是在開關(guān)管的兩端接阻容吸收電路，對(duì)于大功率的建議接RCD吸收電路，電路見下圖。即對(duì)一系列脈沖的脈沖寬度進(jìn)行控制來獲得所需要的輸出波形（包括形狀和幅值）。各個(gè)脈沖的幅值相等而寬度按照正弦規(guī)律變化，根據(jù)面積等效原理，這種PWM波形和原正弦波形是等效的。一般對(duì)于中小容量的逆變器開關(guān)頻率可適當(dāng)取高些，大功率逆變器由于高壓大功率開關(guān)器件的限制，開關(guān)頻率則相對(duì)較低。3 最小脈沖寬度的限制（死區(qū)）4高開關(guān)頻率的PWM控制會(huì)給器件帶來高的電壓、電流應(yīng)力。為此可以采用分段同步調(diào)制的方法來協(xié)調(diào)上述2種調(diào)制方式，達(dá)到取長補(bǔ)短的功效。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算比較簡單，使微處理器的計(jì)算量大大減少，而其生成波形的效果接近自然采樣法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波。電角度的定子相電壓UAO、UBO、UCO分別加在三相繞組上將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)合成空間矢量uS，該空間矢量是一個(gè)幅值不變的、以角頻率ω1旋轉(zhuǎn)的空間矢量?？偨Y(jié)起來，電壓空間矢量控制的PWM模式有以下特點(diǎn)：（1）每個(gè)小區(qū)間均以零電壓矢量開始和結(jié)束；（2）在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)雖然有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換都只牽涉到一個(gè)功率開關(guān)器件，因而開關(guān)損耗??；（3）利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算方便；（4）電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形的程度決定于小區(qū)間TZ時(shí)間的長短，TZ越小，越逼近圓形，但TZ的減小受到所有功率器件允許開關(guān)頻率的制約；在相同開關(guān)頻率的條件下，空間矢量PWM要比SPWM的輸出諧波小。電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需用大量嵌位二極管，控制復(fù)雜，電路安全可靠性低；2 ）飛跨電容式。（5）高壓直流輸電容易進(jìn)行潮流控制，并且響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精確、操作方便。在單級(jí)系統(tǒng)中一般采用負(fù)級(jí)運(yùn)行方式，這樣的優(yōu)點(diǎn)是：直流架空線路受累計(jì)的概率以及電暈引起的無線電干擾都比正級(jí)運(yùn)行時(shí)少。折線導(dǎo)線有一定的過載能力，能承受比正產(chǎn)情況更大的功率。3. 簡單介紹一下直流輸電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，各個(gè)元件都有什么功能。（3）平波電抗器。（5）直流輸電線。直流側(cè)母線主要有12k次諧波（k為自然數(shù)），如1236。7. 在高壓直流輸電系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)輸送的直流電流和直流功率的主要手段是什么？答：調(diào)節(jié)整流器的觸發(fā)角或逆變角，即調(diào)節(jié)加到換流閥控制級(jí)或柵級(jí)的觸發(fā)脈沖的相位，簡稱控制級(jí)調(diào)節(jié)。（3）在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。因此將并聯(lián)電容器的部分或全部改為可以分組投切的電容器，這樣電壓電流特性中電容器造成的偏置度就可以分級(jí)調(diào)節(jié)，就可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況而改變TCR的容量。 6. 什么叫靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）？和傳統(tǒng)的SVC相比有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：所謂靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），一般專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置，其工作建立在一個(gè)靜止的同步電壓源的基礎(chǔ)上。習(xí)題八1. 對(duì)電網(wǎng)的諧波補(bǔ)償有何重要意義？答：電力電子技術(shù)發(fā)展帶來了許多的經(jīng)濟(jì)效益和用電便利，但同時(shí)也帶來了一系列的問題，最主要的是對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。3. 試分析圖827所示的APF的電路結(jié)構(gòu)和工作原理。優(yōu)點(diǎn)是：通過不同的控制作用，可以對(duì)諧波、無功、不對(duì)稱分量進(jìn)行補(bǔ)償，因此補(bǔ)償功能較多，且連接方便；對(duì)于電流源性質(zhì)的諧波源，補(bǔ)償特性不受電源阻抗的影響。3．與LC濾波器串聯(lián)的混合有源電力濾波器。（3） 串—并聯(lián)型有源電力濾波器。3。圖827 習(xí)題28. 試分析圖828所示諧波檢測電路的工作原理。其中在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)還需要提供強(qiáng)行勵(lì)磁，強(qiáng)行勵(lì)磁比正常勵(lì)磁電流大，電壓高，以使繼電保護(hù)裝置快速動(dòng)作切除故障，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。4. 什么是自控式無換向器電動(dòng)機(jī)？有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：無換向器電動(dòng)機(jī)是近年發(fā)展起來的一種新型調(diào)速電機(jī)。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速改變，那么位置檢測器的輸出信號(hào)頻率也改變，變頻器的輸出頻率即電樞的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化，使之保持與勵(lì)磁磁場的相對(duì)位置不變，基于這種電動(dòng)機(jī)變頻器的輸入頻率是由電動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)子位置檢測器給定的，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整是通過調(diào)整直流電壓的高低來實(shí)現(xiàn)的，這和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速是相同的。為了采用反電勢換流，一般γ0要超前一個(gè)角度在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是很大的。轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)情況與開始通電時(shí)繞組與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置有關(guān)。兩個(gè)磁場相互作用的結(jié)果產(chǎn)生電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并在很大程度上決定了該電機(jī)運(yùn)行性能。3)恒無功功率調(diào)節(jié)的勵(lì)磁系統(tǒng)，要求在同步電動(dòng)機(jī)負(fù)載從空載至2倍額定負(fù)載范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)無功功率變動(dòng)不大于10％。而如果只需檢測無功電流，則只要對(duì)iq進(jìn)行反變換即可。而瞬時(shí)無功功率理論中的概念，都是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何過渡過程的情況。2。優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行效率高，有源濾波器的容量很小，投資少。而且LC濾波器的成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可降低整個(gè)裝置的造價(jià)。與有源電力濾波器并聯(lián)的小容量—階高通濾波器(或采用二階高通濾波器)，用于濾除有源電力濾波器所產(chǎn)生的補(bǔ)償電流中與變流器開關(guān)頻率有關(guān)的諧波。（4） 裝置所占的空間小，初期投資較大，電磁干擾較大。這個(gè)電流就是STATCOM從電網(wǎng)吸收的電流I。這樣，整個(gè)投入過程不但不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，而且電流也沒有階躍變化。另外，并聯(lián)電容器串聯(lián)上小的調(diào)諧電抗器還可兼作濾波器，以吸收TCR產(chǎn)生的諧波電流。2. 為什么要對(duì)交流電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償？答：進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)淖饔糜幸韵聨c(diǎn)：（1）提高供電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)、降低設(shè)備容量，減少功耗損耗。但它對(duì)失諧較為敏感，由于諧振的作用，低壓元件的暫態(tài)額定值可能較高，元件數(shù)較多，且常常需要兩組避雷器。4. 為什么目前在絕大多數(shù)直流輸電工程普遍采用晶閘管閥？答：由于汞弧閥的逆弧、復(fù)雜的溫度控制、啟動(dòng)需時(shí)長等缺點(diǎn)和晶閘管電流額定值已能滿足工程要求的原因，所以現(xiàn)代高壓直流輸電換流閥主要由晶閘管元件串聯(lián)組成即晶閘管閥。穩(wěn)態(tài)條件下，換流器所消耗的無功功率是傳輸功率的50%左右，在在臺(tái)情況下，無功功率的消耗更大。換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波，會(huì)導(dǎo)致電容器和附近的電機(jī)過熱，并且會(huì)干擾通信系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是因其無直流輸電線路，直流損耗較小，所以直流側(cè)電壓等級(jí)不必很高。優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)線通常為負(fù)極性，因此由電暈引起的無線電干擾較小。直流輸電利用大地或海水為回路會(huì)產(chǎn)生一系列技術(shù)性問題。（3）高壓直流輸電可以實(shí)現(xiàn)額定頻率不同的電網(wǎng)互聯(lián)，用直流輸電聯(lián)網(wǎng)，便于分區(qū)調(diào)度管理，有利于故障時(shí)交流系統(tǒng)間的快速緊急支援和限制事故擴(kuò)大，系統(tǒng)地短路電流水平也不會(huì)由于系統(tǒng)互聯(lián)而明顯升高。2 控制電路復(fù)雜。在六拍逆變器中，一個(gè)扇區(qū)內(nèi)僅由一個(gè)開關(guān)工作狀態(tài)構(gòu)成，逆變器輸出的空間矢量為6脈動(dòng)。靜止不動(dòng)的電機(jī)定子三相繞組的軸線在空間互差120186。其基本思想是：取三角載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。同步調(diào)制當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，一周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)現(xiàn)對(duì)較少，輸出的低次諧波分量較多。4. 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的制約條件主要表現(xiàn)在哪些方面？答：對(duì)于PWM控制來說，高的開關(guān)頻率可以使性能更好，但是，1 高開關(guān)頻率的PWM控制要求電力電子器件有高的開關(guān)能力，目前大功率器件的容許開關(guān)頻率普遍偏低。5 只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)較簡單。這些脈沖寬度相同（都是π/N）但幅值不同且頂部是曲線。1～4號(hào)管壓降波形見下圖：習(xí)題五1. 試說明PWM控制的基本原理。 * 對(duì)于圖416所示電路，測得uDS波形如圖右邊，請(qǐng)分析波形出現(xiàn)電壓尖峰的原因，并說明消弱電壓尖峰的辦法。5. 請(qǐng)說明整流電路、逆變電路、變流（變頻）電路三個(gè)概念的區(qū)別。2 電路中開關(guān)器件的作用僅僅是改變直流電流的流經(jīng)途徑，并不能改變電流的大小，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，和負(fù)載阻抗無關(guān)。3. 什么是電壓型逆變電路和電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)？答：按照直流側(cè)電源的性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變器，直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。答：換流方式有4種：1 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。主要用途：大功率低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、磨球機(jī)等。17．什么是TCR？什么是TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點(diǎn)？答：TCR（Thyristor Controlled Reactor）是晶閘管控制電抗器的簡稱；TSC（Thyristor Switched Capacitor）是晶閘管投切電容器的簡稱。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制以及異步電機(jī)的軟啟動(dòng)，也可用于異步電機(jī)的小范圍調(diào)速，在一些簡單的場合可以取代變壓器來完成交流電壓的降壓變換。10．在單相交流調(diào)壓器中，電源電壓U1=120V，電阻負(fù)載R=10Ω，觸發(fā)角α=900，試計(jì)算：負(fù)載電壓有效值UO、負(fù)載電流有效值IO、負(fù)載功率PO和輸入功率因數(shù)λ 。開關(guān)的導(dǎo)通比D越大則電感儲(chǔ)能越多，輸出電壓越高，輸出電壓有如下關(guān)系：。習(xí)題三1. 一升壓換流器由理想元件構(gòu)成，輸入U(xiǎn)d在8~16V之間變化，通過調(diào)整占空比使輸出U0=24V固定不變，最大輸出功率為5W，開關(guān)頻率20kHz，輸出端電容足夠大，求使換流器工作在連續(xù)電流方式的最小電感。4利用多重化技術(shù)進(jìn)行波形疊加，以消除某些低次諧波。解：由第8題的解答可知：Id＝，則17. 。變壓器二次電流中含有6k177。(2) 內(nèi)部條件——變流器直流側(cè)輸出直流平均電壓必須為負(fù)值，即απ/2，Ud0。這時(shí)實(shí)際導(dǎo)通的管子還是4兩個(gè)晶閘管，即整流輸出仍為Uba。共陽極接法的三相半波可控的整流電路在α＝30176。時(shí)的ud、id、iVTiVD4的波形。2．單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出電壓在0～100V連續(xù)可調(diào)，輸出電壓平均值為30 V時(shí)，負(fù)載電流平均值達(dá)到20A。高壓大電流時(shí)，其通態(tài)電阻（對(duì)應(yīng)損耗）達(dá)到令人難以接受的程度（目前的市場水平最大為1200V/36A）。柵極電阻的大小對(duì)器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)開關(guān)特性有很大的影響：RG增加，則開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間、開通損耗關(guān)斷損耗增加；和位移電流減??；觸發(fā)電路振蕩抑止能力強(qiáng)，反之則作用相反。5. 試比較GTR、GTO、MOSFET、IGBT之間的差異和各自的優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用領(lǐng)域。 圖131習(xí)題15附圖 圖132習(xí)題19附圖解：晶閘管可靠導(dǎo)通的條件是：必須保證當(dāng)陽極電流上升到大于擎住電流之后才能撤掉觸發(fā)脈沖。1. 晶閘管正常導(dǎo)通的條件是什么，導(dǎo)通后流過的電流由什么決定？晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷的條件是什么，如何實(shí)現(xiàn)？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓（UAK0），并在門極施加觸發(fā)電流（UGK0）。答：當(dāng)PN結(jié)通過正向大電流時(shí)，大量空穴被注入基區(qū)（通常是N型材料），基區(qū)的空穴濃度（少子）大幅度增加，這些載流子來不及和基區(qū)的電子中和就到達(dá)負(fù)極。* 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使其陽極電流IA大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流IH。GTO能關(guān)斷，而普通晶閘管不能是因?yàn)镚TO在結(jié)構(gòu)和工藝上有以下幾點(diǎn)不同：A 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元的陰極面積很小，門極和陰極的距離縮短，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。門極輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單開關(guān)速度不及電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。答：緩沖電路的主要作用是抑止器件在開關(guān)過程中出現(xiàn)的過高的、和過電壓，減小器件的開關(guān)損耗保證器件工作在安全范圍之內(nèi)。解：本題困難，可不作為習(xí)題要求。試求： （1）變壓器二次側(cè)電流有效值I2； （2）考慮安全裕量，選擇晶閘管電壓、電流定額； （3）作出α＝60176。時(shí)，試求： （1）作出ud、id和i2的波形； （2）求整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及變壓器二次側(cè)電流有效值I2。解：電阻負(fù)載時(shí)波形如下圖：大電感負(fù)載時(shí)的波形為： *** 三相橋式全控整流電路中，如果c相上橋臂晶閘管（第5號(hào)管）的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和大電感性負(fù)載下整流的輸出電壓Ud（α＝600）。8．三相橋式全控整流電路，U2＝100V，帶阻感性負(fù)載，R＝5 ?，L值極大，當(dāng)α＝60176。為了保證逆變電路的正