【正文】 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(kāi)通角 α 。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(guò)電流。 答： 假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。該點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對(duì)應(yīng)于同步信號(hào)的 300?，所以同步信號(hào)滯后 ua 180176。178。 ∕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。＝ 176。 ? 60176。它們?cè)谙辔簧舷嗖?180176。 4．單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫(huà)出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)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(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。 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。 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(guò)電壓， du/dt或過(guò)電流和 di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 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。 cos30176。 cos60176。 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。 ∕ 3π＝ （ A） 16 I25＝ 2 2 Id∕ 5π ＝ 2 2 179。）次諧波，整流輸出電壓中含有 1 24 等即 12k（ k=1， 2， 3178。 18 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。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 toff，此時(shí)電感 L 通過(guò)二極管 VD 向 R 和 M 供電， uo＝ 0。 解：輸出電壓平均值為： Uo = EtToff= 50254040 ?? =(V) 輸出電流平均值為： Io = RUo = =(A) 6．試分別簡(jiǎn)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)。于是可得出輸出電壓 Uo 與電源電壓 E 的關(guān)系： EEtT tEttU ??????? 1ononof fono 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。 也可由圖 43 估計(jì)出 ? 的值。 二者的基本原理如下： TCR 是利用電抗器來(lái)吸收電網(wǎng)中的無(wú)功功率（或提供感性的無(wú)功功率），通過(guò)對(duì)晶閘管開(kāi)通角 ?角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié) TCR從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率的大小。 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(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。 2．換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？ 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。 ② 電路中開(kāi)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(wú)關(guān)。直流電流 Id 從 VT 1 換到 VT 3上， C13通過(guò) VD U相負(fù)載、 W 相負(fù)載、 VD VT 直流電源和 VT 3放電，如圖 516b 所示。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 4．特定諧波消去法的基本原理是什么？設(shè)半個(gè)信號(hào)波周期內(nèi)有 10 個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)刻（不含 0 和 ??時(shí)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(duì)稱性，為消去偶次諧波，應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對(duì)稱，為消去諧波中的余弦項(xiàng)，使波形在正半周期前后 1/4 周期以 ??/2 為軸線對(duì)稱。 此外，同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些。 2? r 和 2??c177。 當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率 fc也很低。 解：將各脈沖的寬度用 ?i（ i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根 據(jù)面積等效原理可得 ?1=m50 m2 dsinU ttU?? ??= 502cos ??t? =(rad)=(ms) ?2 =m525m2dsinUttU ?????= 5252cos ???t? =(rad)=(ms) ?3 =m5352 m2dsinUttU ?????= 53522cos ???t? =(rad)=(ms) 35 ?4 =m5453 m2dsinUttU ????? =?2 =(rad)=(ms) ?5 =m54 m2dsinUttU ????? =?1 =(rad)=(ms) 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(duì)于直流電源中點(diǎn)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(hào)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(gè)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。 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。 解：輸出相電壓的基波幅值為 ddUN 1 m 6 3 UUU ?? ?=(V) 輸出相電壓基波有效值為： dUN 1 mUN1 UUU ??=45(V) 輸出線電壓的基波幅值為 ddUV 1 m UUU ?? ?=110(V) 輸出線電壓基波的有效值為 ddU V 1 mU V 1 UUUU ??? ?=78(V) 輸出線電壓中五次諧波 UV5u 的表達(dá)式為： tUu ?? 5sin532 dUV5 ? 其有效值為： ?25 32 dUV5 UU ?=(V) 33 6．并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？ 答：假設(shè)在 t 時(shí)刻觸發(fā) VT VT 3 使其導(dǎo)通，負(fù)載電壓 uo 就通過(guò) VT VT 3施加在 VT VT 4 上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從 VT VT 4向 VT VT 3轉(zhuǎn)移，觸發(fā) VTVT 3 時(shí)刻 t 必須在 uo過(guò)零前并留有足夠的裕 量，才能使換流順利完成。 ③ 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。 因?yàn)榫仃囀阶冾l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(shù)為 1，且能量雙向流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；其次，和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖然多用了 6 個(gè) 開(kāi)關(guān)器件，卻省去直流側(cè)大電容，使體積減少，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化。當(dāng)電網(wǎng)頻率為 50Hz 時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz左右。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。 27 2．一單相交流調(diào)壓 器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R= ，L=2mH。 假設(shè)電容 C 很大使電容電壓 uC的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng) V處于斷態(tài)時(shí) E 和 L 共同向電容 C 充電并向負(fù)載 R 提供能量。就可以了。 27．三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， LB=1mH，當(dāng) EM=400V， ?=60?時(shí)求 Ud、 Id與 ??的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功 功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud＝ (π ?β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯(lián)立求解，得 Ud＝ [ U2R cos(π ?β )＋ 3XBEM]∕ (π R＋ 3XB)＝ － （ V） Id＝ （ A） 由下式可計(jì)算換流重疊角： ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2＝ )120cos( ??? ＝ ? γ ＝ ?－ 120?＝ ? 送回電網(wǎng)的有功功率為 P= RIIE ddM 2|| ? =400179。 24．整流電路多重化的主要目的是什么？ 17 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)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(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。 19．三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)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＝ 3…… ）次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。 解：考慮 LB 時(shí)，有： Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕ 2π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程 組得： Ud＝（ π R ＋ 3XBE）∕（ 2π R＋ 3XB）＝ （ V） Δ Ud＝ （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ 6 U2 13 即得出 )30cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。 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) ?=60?時(shí)，要求： ① 畫(huà)出 ud、 id和 iVT1的波形； ② 計(jì)算 Ud、 Id、 IdT和 IVT。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。當(dāng) VT 1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT2通過(guò) VT 1與 2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 VT2承受的最大電壓為 2 22U 。 GTR 驅(qū)動(dòng)電路 的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定 3 的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 20 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 目 錄 第 1 章 電力電子器件 GTO 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是： GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。 ② 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角 ? 相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（ 0~α ）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0；（ α ~π ）期間，單相全波 電路中VT 1 導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT4 導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等； (π ~π＋α )期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0； (π＋α ~ 2π )期間，單相全波電路中 VT 2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT 3導(dǎo)通，輸出電壓等于 ??u2。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下： 0 ? 2 ? ? t? t? tu2uV D 2uV D 400 5．單相橋式全控整流電路， U2=100V，負(fù)載中 R=2Ω， L 值極大，反 電勢(shì) E=60V，當(dāng) ?=30?時(shí)，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，變壓器二次側(cè)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。 解： ① ud、 id 和 iVT1 的波形如下圖 ： uduaubucidO? tO ? tO ? t?iVT1?? = 3 0 176。 ? 30176。變壓器二次側(cè)電流中含有 6k?1(k= 3…… )次的諧波，其中主要的是 7 次諧波。 25． 12 脈波、 24 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(shù)的諧波？ 答： 12 脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有 11 次、 13 次、 23次、 25次等即 12k?（ k=1， 2， 3178。 179。 滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如下兩幅圖所示。設(shè) V處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff，則在此期間電感 L 釋放的能量為 ? ? off1o tIEU ? 。當(dāng)開(kāi)關(guān) S 合到 B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓 uB=0， A點(diǎn)電壓 uA= uC；相反，當(dāng) S合到 A點(diǎn)時(shí)， uB= uC， uA=0。試求： ① 開(kāi)通角 α 的變化范圍；②負(fù)載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；④當(dāng) α =2?時(shí)，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒(méi)有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。 當(dāng)輸出