【正文】 當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 fc 會過高，使開關(guān)器件難以承受。輸出線電壓有三種電平 Ud、 0、 Ud。 答： PWM 控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。 以 VT1 和 VT3 之間的換流為例，串聯(lián)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(fā)脈沖，由于換流電容 C13 電壓的作用，使 VT3 導(dǎo)通，而 VT1 被施以反向電壓而關(guān)斷。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。 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。 二者的基本原理如下： TCR 是利用電抗器來吸收電網(wǎng)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(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) TCR 從電網(wǎng)中吸收的無功功率的大小。 也可由圖 43 估計(jì)出 ? 的值。于是可得出輸出電壓 Uo 與電源電壓 E 的關(guān)系： EEtT tEttU ??????? 1onono ffono 兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的，均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 解：輸出電壓平均值為： Uo = EtTof= 50254040 ?? =(V) 輸出電流平均值為： Io =RUo = =(A) 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(diǎn)。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 toff，此時(shí)電感 L 通過二 極管VD 向 R 和 M 供電， uo＝ 0。 解： 由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud＝ (π β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕ π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯(lián)立求解，得 Ud＝ [π R (π β )＋ 2XBEM]∕（ π R＋ 2XB）＝ － （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ U2= 即得出 )120cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。）次諧波，整流輸出電壓中含有 1 24 等即 12k（ k=1， 2， 3178。 ∕ 3π＝ （ A） I25＝ 2 2 Id∕ 5π ＝ 2 2 179。 解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路 α ＝ 0176。 cos60176。 cos30176。 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) α ＝ 30176。 答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過電壓， du/dt 或過電流和 di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。 6. 如何防止電力 MOSFET 因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？ 答：電力 MOSFET 的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會有直流磁化的問題。 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。它們在相位上相差 180176。 ? 60176。＝ 176。 ∕π＝ （ A） 基波因數(shù)為 ?＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ 電路的輸入功率因數(shù)為： ?＝ ? ?cos ＝ cos60176。178。該點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對應(yīng)于同步信號的 300?，所以同步信號滯后 ua 180176。 答： 假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， E— L1— C— VD 回路和 R— L2— VD 回路分別流過電流。 第 6 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 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 α =0 時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的 80%， 50%時(shí)的開通角 α 。這都是十分不合理的。 而直流電動機(jī)傳動用的反并聯(lián)可控整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑑山M可控整流電路中哪一組工作并沒有像交交變頻電路那樣的固定交替關(guān)系，而是由 電動機(jī)工作狀態(tài)的需要決定。 10．試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 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(diǎn)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。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，電流并不反向，依然經(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。因?yàn)闊o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(gè)矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。根據(jù)面積等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。這就使得輸出PWM 波和正弦波的差異變大。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。 這樣，當(dāng)信號波頻率較低時(shí)，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。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到 PWM 波形。 之后，進(jìn)入 VT VT3 穩(wěn)定導(dǎo)通階段，電流路徑如圖 516d 所示。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí)，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(shí)，由反饋二極管提供電流通道。 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(qiáng)迫換流 3 種方式。 因?yàn)樘菪尾ǖ闹饕C波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓仍為正弦波。但兩者的功能和工作方式不同。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。 當(dāng) V3 導(dǎo)通時(shí)，電源向 M 供電，使其反轉(zhuǎn)電動，電流路徑如下圖： E L R+ V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4 VD 3VD 4M 當(dāng) V3 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過 VD3 續(xù)流，電流路徑如下圖 ： E L R+ V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4VD 3VD 4M 10．多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)？ 答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路，使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動次數(shù)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。當(dāng) 0??1/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/2??1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 此時(shí)輸出平均電壓為 Uo = ETton = 205100? =25(V) 輸出平均電流為 Io = REU Mo = ? =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為 Imax=REmee ???????? ??? ?????11= 0 0 2 ???????? ??? ??ee=(A) Imin=REmee ???????? ???11??? = ???????? ???ee=(A) 當(dāng) ton=3μ s 時(shí)， 采用同樣的方法可以得出： αρ = 由于 11?????ee = 11 ??ee =m 所以輸出電流仍然連續(xù)。 31．三相全控橋，電動機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變 壓器的接法是 D， y5，采用 NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30?的 RC 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。）次諧波，整流輸出電壓中含有 2 48 等即 24k（ k=1， 2， 3178。 ∕π＝ （ A） 基波因數(shù)為 ?＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ ∕ ＝ 電路的輸入功率因數(shù)為： ?＝ ? ?cos ＝ cos30176。＝ （ V） Id＝（ Ud－ E）∕ R＝（ － 200）∕ 1＝ （ A） ②當(dāng) LB＝ 1mH 時(shí) Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程組得： Ud＝（ U2R cosα ＋ 3XBE）∕（ π R＋ 3XB）＝ （ V） Id＝ （ A） Δ Ud＝ （ V） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2 )60cos( ??? ＝ γ ＝ 176。 ?? = 6 0 176。原因如下： 變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng) a1c2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， a1 的電流向下流， c2的電流向上流；當(dāng) c1b2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， c1 的電流向下流， b2 的電流向上流；當(dāng)b1a2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， b1 的電流向下流， a2 的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(shí)間（各為 120?）由電流流過 ，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。 流過晶閘管的電流有效值為： IVT＝ Id∕ 2 ＝ （ A） 晶閘管的額定電流為： IN＝（ ~2）179。時(shí)，在 u2 正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L 儲能，電感 L 儲藏的能量在 u2 負(fù)半周期 180?~300?期間釋放，因此在 u2 一個(gè)周期中 60?~300?期間以下 微分方程成立： tUtiL ?sin2dd2d ? 考慮初始條件： 當(dāng) ?t＝ 60?時(shí) id＝ 0 可解方程得： )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c o s21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時(shí) ud與 id的波形如下圖： ? tudid+ +? t? tu20?+ + 5 2．圖 29 為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問該變壓器還有直流磁化問題嗎？試說明： ① 晶 閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ； ② 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。 1? + 2? ＞ 1，兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通； 1? + 2? ＜ 1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 4 第 3 章 直流斬波電路 35 第 7 章 軟開關(guān)技術(shù) 或： uAK0 且 uGK0。 9. 試說明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 解： ① ud、 id、和 i2 的波形如下圖： u2O ? tO ? tO ? tudidi2O ? tIdId???? ②輸出平均電壓 Ud、 電流 Id，變壓器二次電流有效值 I2 分別為 Ud＝ U2 cosα ＝ 179。 ＝ 283~424（ V） 晶閘管的額定電流為： IN＝ (~2)179。 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)?=60?時(shí)，要求： ① 畫出 ud、 id和 iVT1 的波形； ② 計(jì)算 Ud、 Id、 IdT 和 IVT。 Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕ π Id＝ Ud∕ R 解方程組得： Ud＝ ∕（ 1＋ 3XB/π R）＝ （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ 6 U2 即得出 ?cos = 換流重疊角 ? ＝ 176。 ∕ 7π＝ （ A） 21．試計(jì)算第 13 題中 i2 的 7 次諧波分量的有效值 I2 I27。178。 =176。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。同時(shí)，電容 C 維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載 R 供電。 7．試?yán)L制 Speic 斬波電路和 Zeta 斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。 8 9 8 6 o s ) 9 8 6 o s ( ???? ?=(A) 電源側(cè)功率因數(shù)為o12oIURI?? 其中： VTo 2II ? =(A) 于是可得出 2o12o ?? ??? IU RI? 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(yùn)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。 二者的特點(diǎn)是： TC