【正文】 解： 　 (V) 　　　　　　　　　　 (A)　　 414．三相全控橋式變流電路，反電動勢阻感負(fù)載，R=1Ω，L=∞，U2=220V，當(dāng)Ed=－400V，β=60176。時，求Ud、Id的數(shù)值。此時送回電網(wǎng)的平均功率為多少？ 解： (V) 　　　　　　　　 (A)　　由于L=∞，輸出電流有效值（忽略諧波）　　　　　　　　　　　　　　　　　　I =Id　　網(wǎng)惻有功功率為 　　　　 =(W)≈(KW)　　(KW)　　415．三相橋式變流電路，已知U2L=230V，反電勢阻感負(fù)載，主回路R =，L=∞，假定電流連續(xù)且平滑，當(dāng)Ed=290V，β=30176。時，計算輸出電流平均值、輸出電流有效值（忽略諧波）、晶閘管的電流平均值和有效值。 解： 　　 　　輸出電流平均值 　　 (A)　　輸出電流有效值 　　 （Ａ）　　晶閘管的電流平均值為 　　 （Ａ）　　晶閘管電流有效值為 　　 (A)　　416．試敘述反并聯(lián)（雙重）變流電路的四象限運行條件。 解：反并聯(lián)（雙重）變流電路參閱教材P69中的圖43（a）。其四象限運行條件如下：　　第一象限，電動機正轉(zhuǎn)作電動運行，變流器1工作在整流狀態(tài)，α1π/2，EdUd1。此時UdEd的極性均為上正下負(fù)，電網(wǎng)經(jīng)變流器1供出電能，電動機吸收電能?！　〉诙笙?，電動機正轉(zhuǎn)作發(fā)電運行，變流器2工作在逆變狀態(tài)，α2π/2，EdUd2。此時UdEd的極性均為上正下負(fù)，電動機供出電能，經(jīng)變流器2回饋給電網(wǎng)?！　〉谌笙?，電動機反轉(zhuǎn)作電動運行，變流器2工作在整流狀態(tài)，α2π/2，EdUd2。此時，UdEd的極性均為上負(fù)下正，電網(wǎng)經(jīng)變流器2供出電能，電動機吸收電能，電動機兩端電壓和電流方向均與第一象限運行時相反?！　〉谒南笙蓿妱訖C反轉(zhuǎn)作發(fā)電運行，變流器1工作在逆變狀態(tài)α1π/2，EdUd1，此時，UdEd的極性均為上負(fù)下正，電動機供出電能，經(jīng)變流器1回饋給電網(wǎng)。流過電動機的電流與第二象限工作時相反。　　可見，由反并聯(lián)（雙重）變流電路控制的可逆系統(tǒng)中，電動機從電動運行轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電制動運行，由于電動機的旋轉(zhuǎn)方向不變，故電動機電勢Ed的方向不變，相應(yīng)工作于整流和逆變狀態(tài)的變流器不能在同一組全控橋內(nèi)實現(xiàn)。具體地說，由一組橋整流，電網(wǎng)供出能量使電動機作電動運轉(zhuǎn)，逆變必須通過反并聯(lián)的另一組橋來實現(xiàn)，將電動機作發(fā)電制動運行產(chǎn)生的直流電能回饋給電網(wǎng)?！　?17．試指出晶閘管相控變流器的主要特征。 解：幾種典型晶閘管相控變流器的主要特征如下： 接續(xù)流二極管的單相半波可控變流電路——脈動頻率為fS；可工作于第一象限 接續(xù)流二極管的單相半控橋式變流電路——脈動頻率為2fS；可工作于第一象限 單相全控橋式變流電路——脈動頻率為2fS；可工作于第一象限和第四象限 單相反并聯(lián)（雙重）全控橋式變流電路——脈動頻率為2fS；可工作于第一、二、三、四象限 三相半波可控變流電路脈動頻率為3fS；可和第四象限 接續(xù)流二極管的三相半控橋式變流電路——脈動頻率為3fS；可工作于第一象限 三相全控橋式變流電路脈動頻率為6fS；可工作于第一象限和第四象限 三相反并聯(lián)（雙重）全控橋式變流電路——脈動頻率為6fS；可工作于第一、二、三、四象限其中，fS為交流電源頻率。可見，接續(xù)流二極管的變流電路只能工作于第一象限?！　?18．試根據(jù)高壓直流輸電的功率流向，指出中間直流環(huán)節(jié)兩側(cè)變流器的工作狀態(tài)?！　〗猓焊邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)原理結(jié)構(gòu)參閱教材P79中的圖46（a）。變流器Ⅰ和變流器Ⅱ均可根據(jù)功率的流向工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)。若使功率從左向右傳輸，則調(diào)整控制角α，使變流器Ⅰ工作于整流狀態(tài)，變流器Ⅱ工作于有源逆變狀態(tài)，Ud1和Ud2的極性均為上正下負(fù)，且滿足Ud1Ud2。若使功率從右向左傳輸，則變流器Ⅱ整流，變流器Ⅰ逆變，Ud1和Ud2的極性均為上負(fù)下正，且滿足Ud1Ud2?！　?19．試說明大型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在“勵磁”和“滅磁”兩種工況下，變流器的工作狀態(tài)和能量流向。　　解：大型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖參閱教材P79中的圖47?！　?1）勵磁運行時，勵磁變壓器TF接于母線，變流器工作于整流狀態(tài)，系統(tǒng)母線提供的交流電能，通過變流器U整流，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，供給發(fā)電機勵磁繞組進(jìn)行勵磁。　　(2）滅磁運行時，增大控制角α90176。將變流器U拉入有逆變工作狀態(tài)，勵磁繞組內(nèi)儲存的磁場能通過工作于有源逆變狀態(tài)的變流器，經(jīng)TF以電能形式反饋回電網(wǎng)。　　420．試述過電壓保護的兩種基本方法?！　〗猓撼Ｓ玫囊种七^電壓的基本方法有二種，即用非線性元件限制過電壓的幅值；用儲能元件吸收可能產(chǎn)生過電壓的能量，并用電阻將其消耗。實際應(yīng)用時，要視電路的不同部位的需要采用不同的方法，同一部位也可同時采用二種方法?！　?21．試說明交流側(cè)阻容過電壓保護和非線性元件過電壓保護電路的幾種接線形式?！　〗猓航涣鱾?cè)阻容保護電路連接方式參閱教材P81中的圖48。圖48(a)為單相接法，圖48(b)和圖48(c)分別為三相U形和D形連接方法，圖48(d)為整流式接法。　　交流側(cè)非線性元件過電壓保護電路，如壓敏電阻保護電路參閱教材 P82中的圖410，接線方式與圖48(a)、(b)、(c)相同。其他非線性元件保護的連接方法也都與此類同?！　?22．試述直流側(cè)過電壓保護電路的連接方法?！　〗猓褐绷鱾?cè)的過電壓保護，同樣可采用阻容保護和非線性元件保護方法，其連接位置為變流裝置的直流側(cè)的快速開關(guān)或熔斷器FU 之前，參閱教材P82中的圖411。圖411中的P和M之間即為阻容或非線性保護元件所連接的位置，圖中所連接的保護元件是壓敏電阻?！　?23．試說明晶閘管關(guān)斷過電壓RC保護電路的原理?！　〗猓壕чl管在關(guān)斷過程中，電流從最大值很快下降為0，作用在晶閘管上。并聯(lián)在每只晶閘管上的RC回路可抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓。當(dāng)晶閘管關(guān)斷過程中，變壓器電流可以通過RC續(xù)流，減小了div/dt，從而抑制了過電壓。電阻可以限制晶閘管再導(dǎo)通時，電容C向晶閘管放電的電流上升率，并阻尼可能產(chǎn)生的LC振蕩?！　?24．用作過電流保護的三種常用電器是什么？其速度的快慢有何差別?！　〗猓嚎捎米鬟^電流保護的三種常用電器有快速熔斷器、快速開關(guān)和過流繼電器?！　】焖偃蹟嗥髁鬟^的電流越大，其熔斷時間越短，當(dāng)流過短路電流時，其熔斷時間可達(dá)5ms(目前最快的可達(dá)1ms量級)。在額定電流下，工作時不熔斷，可長期工作?！　】焖匍_關(guān)的全分?jǐn)鄷r間為10ms，只用于直流電路?！　∵^流繼電器的動作時間一般為幾百毫秒(ms)，分為直流和交流兩種?！　?25．試述反饋控制過電流保護電路的原理及特點？解：反饋控制過流保護原理框參閱教材P83中的圖412?！　≌９ぷ鲿r，電壓比較器整定為輸出高電平，控制變流裝置工作于a90176。的整流工作狀態(tài)。當(dāng)變流器發(fā)生短路時，來自電流互感器的過流信號，經(jīng)整流后，與過流整定值比較，使比較器輸出低電平，控制變流器裝置立即轉(zhuǎn)入a90176。的逆變工作狀態(tài)。由于a突然增大，使變流器輸出電壓迅速降低，不僅控制了短路電流，還可將儲存在電感中的能量以電能的形式反饋給電網(wǎng)。當(dāng)能量釋放完畢，晶閘管的電流下降到維持電流以下自行關(guān)斷，且無觸點。所以，不存在快速熔斷器、快速開關(guān)和過流繼電器等保護電器那種分?jǐn)啻箅娏鲃幼鬟^程產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象。動作速度比上述任何一種過流保護電器都快?！　?26．為什么說快速熔斷器用作晶閘管的最終過流保護手?jǐn)啾容^合適？　　解：因為晶閘管的過載能力受結(jié)溫限制，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定風(fēng)冷器件的額定結(jié)溫為115176。C，水冷器件為100176。C。在規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管通過2倍額定通態(tài)平均電流時，；通過3倍時，可耐受時間為60ms；通過6倍時，可耐受時間為20ms。所以可根據(jù)不同過載程度晶閘管的耐受能力，采取分級過電流保護措施?！　】焖偃蹟嗥髦杂米髯罱K保護手段比較合適，是因為三種保護電器的動作時間各不相同，快速熔斷器的動作時間最短，速度最快。為了避免快熔的頻繁熔斷和更換，使快熔只在發(fā)生可能危及晶閘管的更大過流時才熔斷，起到最后的保護作用。　　因此，在留有適當(dāng)?shù)脑Ａ窟x定了晶閘管及與其配合的快熔之后，將同時裝設(shè)的快速開關(guān)或過流繼電器的動作值整定得稍低一些（過流繼電器最低）。這樣，當(dāng)發(fā)生過流時，過流繼電器或快速開關(guān)會首先動作，雖然動作速度不如快熔，但只要整定電流不超過晶閘管過載耐受時間區(qū)段，就不會危害晶閘管，同樣也不會使快熔熔斷。　　　　　　第五章　　晶閘管變流器的觸發(fā)電路　　　　　　　　 習(xí)題與思考題解51．晶體管主電路對觸發(fā)電路的要求是什么？　　解：?！　【чl管的觸發(fā)是用一個小功率輸入去控制一個大功率輸出。由于一般采用脈沖信號的形式作為觸發(fā)信號，所以其觸發(fā)電壓、電流均可超過額定觸發(fā)電壓、額定觸發(fā)電流，只要觸發(fā)功率不超過門極峰值功率和平均功率即可。，且前沿盡可能陡。晶閘管的導(dǎo)通需要時間，因而，要求觸發(fā)脈沖的寬度必須大于導(dǎo)通時間。以保證晶閘管的導(dǎo)通電流上升到擎住電流以上，為了快速而可靠的觸發(fā)大功率晶閘管，通常觸發(fā)脈沖的前沿盡可能陡，并疊加一個強觸發(fā)脈沖。對于工頻電路而言，一般脈沖寬度大于18O，即1ms。由于晶閘管只有承受正向電壓時才能觸發(fā)導(dǎo)通，所以要求其觸發(fā)脈沖的輸出及時準(zhǔn)確，且能夠保證不同周期，相同a角時的觸發(fā)時刻相同。觸發(fā)脈沖相位在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行移動的過程，就是改變控制角a的過程，從而實現(xiàn)變流電路主電路輸出電壓在一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。52．什么是垂直控制原理？什么是橫向控制原理？解：垂直控制原理的觸發(fā)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖參閱教材P87中的圖5—1。每個晶閘管都各自擁有一套獨立的同步信號產(chǎn)生電路（1B——6B）、移相控制電路（1C——6C）、脈沖整形和功放電路（1D——6D）。垂直控制原理可分為單脈沖觸發(fā)方式和雙脈沖觸發(fā)方式兩種基本組成結(jié)構(gòu)。橫向控制原理的組成結(jié)構(gòu)框圖參閱教材P87中的圖5—2。1A為同步變壓器，1B為同步信號發(fā)生器，1C為移相控制電路，F(xiàn)為6倍頻脈沖信號發(fā)生器，E為環(huán)行分配器和譯碼器，1D—6D為脈沖整形與功率放大電路，1A、1B、1C是共用的。 橫向控制的工作原理是將主電路選定的滿足相位要求的電網(wǎng)電壓信號，經(jīng)同步變壓器送到同步信號發(fā)生器1B中，1B產(chǎn)生的同步信號經(jīng)1C轉(zhuǎn)換，變成一個與主電路同步的移相控制脈沖。該脈沖經(jīng)6倍頻脈沖信號發(fā)生器F產(chǎn)生一個6倍于同步移相控制信號頻率的控制脈沖，即在每個同步移相控制脈沖信號周期，產(chǎn)生6個互相依次間隔為60 O 的脈沖，這組連續(xù)脈沖通過環(huán)形分配器和譯碼器產(chǎn)生脈沖寬度大于60 O，且組間依次間隔為60 O的6組脈沖，分別送到6個脈沖整形與放大電路，經(jīng)整形放大后送到相對應(yīng)的晶閘管的門極一陰極間。53．移相控制有那兩種實現(xiàn)方式？解：移相控制電路的原理是通過輸入控制信號與同步信號的比較來產(chǎn)生可移相的觸發(fā)脈沖，其實現(xiàn)的方式可通過調(diào)節(jié)輸入控制信號電壓的幅度，或改變同步信號（例如鋸齒波）的斜率兩種方法來實現(xiàn)。54．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理是什么？實現(xiàn)同步的方法如何？解：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的工作原理是利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻效應(yīng)構(gòu)成單結(jié)晶體管振蕩電路。該電路的的供電電源采用通過同步變壓器構(gòu)成的全波整流電路，并將整流輸出直流脈動電壓通過穩(wěn)壓管限幅削波，形成對應(yīng)主電路交流電壓過零點的梯形波同步信號電壓。這樣，在單結(jié)晶體管的第一基極b1就可獲得對應(yīng)控制角a的觸發(fā)脈沖 （尖脈沖），通過調(diào)節(jié)發(fā)射極電路中的電阻Re（或電容C）實現(xiàn)改變控制角a的目的。詳細(xì)情況可參閱教材P91中的圖55。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路實現(xiàn)同步的方法是通過采用對應(yīng)主電路交流電壓過零點的梯形波直流電源，作為單結(jié)晶體管振蕩電路的電源，從而，使單結(jié)晶體管的基極回路的ReC充電電路，每半個周期對應(yīng)主電路交流電壓的過零點（自然換流點），每次都從0V開始充電。這樣，b1基極輸出的第一個尖脈沖即是對應(yīng)控制角a的位置。55．觸發(fā)電路怎樣實現(xiàn)對初始相位的控制？解：為了控制觸發(fā)電路的初始相位，可在輸入控制信號（移相電壓）端再疊加一個初始相位調(diào)整電壓（或稱偏移電壓）輸入，以達(dá)到限制最小控制角amin及移相范圍的目的。56．防止晶體管誤觸發(fā)有那些措施？解：防止晶體管誤觸發(fā)可采取如下措施：　　(1)觸發(fā)電路電源變壓器、同步變壓器應(yīng)具有靜電隔離，脈沖變壓器必要時亦可加靜電隔離屏蔽層?！　?2)盡量避免控制極電路靠近大的電感性元件，也不要與大電流的母線靠得太近。脈沖電路的輸入線及輸出到晶閘管門極的控制線采用屏蔽線。　　(3)選用有較大觸發(fā)電流的晶閘管，使得較小的干擾脈沖不能使晶閘管被觸發(fā)?！　?4)—，也可減小干擾，但由于電容會使正常觸發(fā)脈沖的前沿變緩，所以要注意電容的選擇不要過大?！　?5)在晶閘管的控制極和陰極間加反向偏置電壓，可用固定負(fù)壓或二極管、穩(wěn)壓管等實現(xiàn)。(6)脈沖電路的電源應(yīng)加濾波器，為了消除電解電容器電感的影響，應(yīng)并聯(lián)一只小容量的金屬紙介或陶瓷、獨石電容，以吸收高頻干擾。57．試說明KC04芯片引腳1和15的輸出脈沖在相位上的特點和控制方法。解：引腳1和15的輸出脈沖為互差180176。的兩個觸發(fā)脈沖，為正脈沖。經(jīng)放大后再經(jīng)過隔離措施即可驅(qū)動觸發(fā)相位相差180176。的兩只晶閘管，如單相、三相全控橋同一橋臂上的上下兩只晶閘管。 每一片的引腳1輸出用于觸發(fā)共陰組晶閘管，引腳15輸出用于觸發(fā)同一橋臂上的共陽組晶閘管。再經(jīng)一級驅(qū)動、脈沖變壓器隔離送到每只晶閘管的門極g—陰極k之間。用KC04組成的三相全控橋式變流器觸發(fā)系統(tǒng)實際應(yīng)用電路參