【導讀】衿羇肀芄螅羆膂葿蟻肅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀肀膃莇衿聿芅薂螅膈莇蒞蟻膈肇薀薇螄腿莃薃螃莂蠆袁螂肁蒂螇螁膄蚇蚃螁芆蒀蕿螀莈芃袈衿肈蒈螄袈膀芁蝕袇莂蒆蚆袆肂荿薂裊膄薅袀裊芇莈螆襖荿薃螞袃聿莆薈膁薁蒄羈芃莄螃羀羃薀蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁羈莀蒁衿羇肀芄螅羆膂葿蟻肅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀肀膃莇衿聿芅薂螅膈莇蒞蟻膈肇薀薇螄腿莃薃螃莂蠆袁螂肁蒂螇螁膄蚇蚃螁芆蒀蕿螀莈芃袈衿肈蒈螄袈膀芁蝕袇莂蒆蚆袆肂荿薂裊膄薅袀裊芇莈螆襖荿薃螞袃聿莆薈膁薁蒄羈芃莄螃羀羃薀蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁羈莀蒁衿羇肀芄螅羆膂葿蟻肅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀肀膃莇衿聿芅薂螅膈莇蒞蟻膈肇薀薇螄腿莃薃螃莂蠆袁螂肁蒂螇螁膄蚇蚃螁芆蒀蕿螀莈芃袈衿肈蒈螄袈膀芁蝕袇莂蒆蚆袆肂荿薂裊膄薅袀裊芇莈螆襖荿薃螞袃聿莆薈膁薁蒄羈芃莄螃羀羃薀蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁羈莀蒁衿羇肀芄螅羆膂葿蟻肅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆

　　

【正文】 斬波電路，把直流電動機的動能轉變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機作再生制動運行，工作于第 2象限。 圖 37b 中，各階段器件導 通情況及電流路徑等如下： V1導通，電源向負載供電： E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR V1關斷， VD1續(xù)流： E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR V2導通， L上蓄能： 45 E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR V2關斷， VD2導通，向電源回饋能量 E LV 1VD 1 u oi oV 2VD 2E MMR 9．對于圖 38 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(tài)，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(tài)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，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： E L R+ V 1VD 1u o V 3E MV 2VD 2 ioV 4 VD 3VD 4M 當 V3關斷時，負載通過 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 46 10．多相多重斬波電路有何優(yōu)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(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。 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，總體可靠性提高。 47 第 6 章 交流 交流變流 電路 1. 一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α =0 時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%， 50%時的開通角α。 解：α =0 時的輸出電壓最大，為 10 21o m a x )s in2(1 UtdtUU ?? ?? ??? 此時負載電流最大，為 RURUI 1o maxo max ?? 因此最大輸出功率為 RUIUP 21m a xom a xom a x ?? 輸出功率為最大輸出功率的 80%時，有： RUPP 21m a xo )( ?? 此時， 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU 48 解得 α =176。 同理，輸出功率為最大輸出功率的 50%時，有： 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU α =90176。 2．一單相交 流調壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯(lián)作為負載，其中 R=， L=2mH。試求：①開通角α的變化范圍；②負載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時電源側的功率因數(shù)；④當α= 2? 時，晶閘管電流有效值，晶閘管導通角和電源側功率因數(shù)。 解：①負載阻抗角為： φ =arctan（ RL? ） =arctan（ 102502 3????? ） ==176。 開通角α的變化范圍為： φ ? α π 即 ? α π ③當α =φ時，輸出電壓最大，負載電流也為最大，此時輸出功率最大，為 49 Pomax= RLRRI2222 m a xo)(220 ?????????? ?=(KW) 功率因數(shù)為 37532o1m a xo ???? IUP? 實際上，此時的功率因數(shù)也就是負載阻抗角的余弦，即 cos ④α =2?時，先計算晶閘管的導通角，由式（ 47）得 sin(2? +θ )=sin(2? ??tane 解上式可得晶閘管導通角為： θ ==176。 也可由圖 43估計出 的值。 此時，晶閘管電流有效值為 ? ?????? c os )2c os (s in2 1VT ???? ZUI = 220??179。 8 9 8 6 o s ) 9 8 6 o s ( ???? ?=(A) 電源側功率因數(shù)為 o12oIURI?? 其中： VTo 2II ? =(A) 于是可得出 50 2o12o ?? ??? IU RI? 3．交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)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(qū)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周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)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(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)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(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。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(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。 51 4．什么是 TCR，什么是 TSC？它們的基本原理是什么？各有何特點？ 答： TCR是晶閘管控制電抗器。 TSC是晶閘管投切電容器。 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(xù)調節(jié)流過電抗器的電流，從而調節(jié) 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(xù)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(xù)調節(jié)無功功率。 TSC提供容性的無功功率，符合大多數(shù)無功功率補償?shù)男枰Ｆ涮峁┑臒o功功率不能連續(xù)調節(jié)，但在實用中只要分組合理，就可以達到比較理想的動態(tài)補償效果。 5．單相交交變頻電路和直流電動機傳動用的反并聯(lián)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(lián)可控整流電 路的電路組成是相同的，均由兩組反并聯(lián)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 52 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(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系，而是由電動機工作狀態(tài)的需要決定。 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，構成交交變頻電路的兩組變流 電路的脈波數(shù)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 1/3~1/2。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(shù)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。 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(xiàn)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(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，頻譜復雜。 主要用途： 500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、低轉速的交流 53 調速電路，如軋機主傳動裝置、鼓風機、球磨機等場合。 8 三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)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(lián)結方式兩種接線方式。 兩種方式的主要區(qū)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(lián)結方式中，因為電動機中性點不和變頻器中性點接在一起，電動機只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)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。 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(shù)。 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(qū)域（對應梯形波的平頂區(qū)）， 角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高 15%左右。 10．試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景？ 答：矩陣式變頻電路的基本原理是： 54 對輸入的單相或三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(yōu)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(shù)為 1，也可控制為需要的功率因數(shù)；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(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)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 ，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(shù)為 1，且能量雙向流動，可實現(xiàn)四象限運行；其次，和目前廣泛應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(xiàn)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(fā)展前景。 55 第 7 章 PWM 控制技術 1．試說明 PWM控制的基本原理。 答： PWM 控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的環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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。把正弦半波分成 N 等份，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π /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(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的