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電力電子技術(shù)習(xí)題答案第四版王兆安主編(參考版)

2024-11-21 10:06本頁面
  

【正文】 9.什么是電流跟蹤型 PWM 變流電路?采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點(diǎn)? 答:電流跟蹤型 PWM 變流電路就是對變。 8.如何提高 PWM逆變電路的直流電壓利用率? 答:采用梯形波控制方式,即用梯形波作為調(diào)制信號,可以有效地提高直流電壓的利用率。 2 r和 2 c177。 三相 SPWM波形中所含的諧波頻率為: rc ?? kn ? 式中, n=1,3,5,…時(shí), k=3(2m1)177。 比起自然采樣法,規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡單,計(jì)算量大大減少,而效果接近自然采樣法,得到的 SPWM波形仍然很接近正弦波,克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算,在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。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。 6.什么是 SPWM 波形的規(guī)則化采樣法?和自然采樣法比規(guī)則采樣法有什么優(yōu)點(diǎn)? 答: 規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的 PWM波形生成方法。其優(yōu)點(diǎn)主要是,在高頻段采用較低的載波比,使載波頻率不致過高,可限制在功率器件允許的范圍內(nèi)。 此外,同步調(diào)制方式比異步 調(diào)制方式復(fù)雜一些。當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時(shí)也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 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。 載波比 N等于常數(shù),并在變頻時(shí)使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。這就使得輸出 PWM波和正弦波的差異 變大。 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。在異步調(diào)制方式中,通常保持載波頻率 fc 固定不變,因而當(dāng)信號波頻率 fr變化時(shí),載波比 N是變化的。利用其中的 1 個(gè)自由度控制基波的大小,剩余的 4 個(gè)自由度可用于消除 4種頻率的諧波。 4.特定諧波消去法的基本原理是什么?設(shè)半個(gè)信號波周期內(nèi)有 10個(gè)開關(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稱性,為消去偶次諧波,應(yīng)使波形正負(fù)兩個(gè)半周期對稱,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 為軸線對稱。 三相橋式 PWM型逆變電路中,輸出相電壓有兩種電平: Ud。 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) 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。可見,所得到的 PWM波形和期望得到的正弦波等效。根據(jù)面積等效原理, PWM 波形和正弦半波是等效的。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。把正弦半波分成 N等份,就可把其看成是 N 個(gè)彼此相連的脈沖列所組成的波形。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。 第 6 章 PWM控制技術(shù) 1.試說明 PWM控制的基本原理。 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。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。 之后,進(jìn)入 VT VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段,電流路徑如圖516d所示。如忽略負(fù)載中電阻的壓降,則在 uC13=0 時(shí)刻后,二極管 VD3 受到正向偏置而導(dǎo)通,開始流過電流,兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通,進(jìn)入二極管換流階段,如圖 516c所示。在 C13電壓 uC13下降到零之前, VT1一直承受反壓,只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間 tq,就能保證可靠關(guān)斷。直流電流Id從 VT1換到 VT3上, C13通過 VD U相負(fù)載、 W相負(fù)載、VD VT直流電源和 VT3放電,如圖 516b所示。 答:二極管的主要作用,一是為換流電容器充電提供通道,并使換流電容的電壓能夠得以保持,為晶閘管換流做好準(zhǔn)備;二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管 上,使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓,確保晶閘管可靠關(guān)斷,從而確保晶閘管換流成功。 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) 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 VT3使其導(dǎo)通,負(fù)載電壓uo就通過 VT VT3施加在 VT VT4上,使其承受反向電壓關(guān)斷,電流從 VT VT4向 VT VT3轉(zhuǎn)移,觸發(fā) VTVT3時(shí)刻 t必須在 uo過零前并留有足夠的裕量,才能使換流順利完成。導(dǎo)電方式,Ud=100V。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。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。 4.電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么?為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管? 答:在電壓型逆變電路中, 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率,直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。 ③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率,直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。 ②電路中開關(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)載阻抗角無關(guān)。 電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是: ①直流側(cè)串聯(lián)有大電感,相當(dāng)于電流源。 ③ 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率,直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。 ② 由于直流電壓源的鉗位 作用,交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波,并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。 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。 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。 強(qiáng)迫換流:設(shè)置附加換流電路,給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。 電網(wǎng)換流:由電網(wǎng)提供換流電壓,只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。 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。 第 5 章 逆變電路 1.無源逆變電路 和有源逆變電路有何不同? 答:兩種電路的不同主要是: 有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng),即交流側(cè)接有電源。 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,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。 矩陣式變頻電路的主要優(yōu)點(diǎn)是:輸出電壓為正弦波;輸出頻率不受電網(wǎng)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(jī)的四象限運(yùn)行;不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻,效率較高。 10.試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 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。 而在輸出星形 聯(lián)結(jié)方式中,因?yàn)殡妱訖C(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起,電動機(jī)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(jìn)線必須隔離,因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。 兩種方式的主要區(qū)別在于: 公共交流母線進(jìn)線方式中,因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用,所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。 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)主傳動裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場合。 7.交交變頻電路的主要特點(diǎn)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(diǎn)是: 只用一次變流,效率較高;可方便實(shí)現(xiàn)四象限工 作;低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。 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。 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(gòu)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。 單相交交變頻電路是將交流電變成不同頻率的交流電,通常用于交流電動機(jī)傳動,兩組可控整流電路在輸出交流電壓一個(gè)周期里,交替工作各半個(gè)周 期,從而輸出交流電。 5.單相交交變頻電路和直流電動機(jī)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(jī)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。 TSC 提供容性的無功功率,符合大多數(shù)無功功率補(bǔ)償?shù)男枰? 二者的特點(diǎn)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。 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。 4.什么是 TCR,什么是 TSC?它們的基本原理是什么?各有何特點(diǎn)? 答: TCR是晶閘管控制電抗器。 交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對象。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓,其電壓電流值都不太大也不太小,在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。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)。在供用電系統(tǒng)中,還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波,再斷開幾個(gè)周波,通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。 os ) os ( i ???? ?=(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。 也可由圖 43估計(jì)出 的值。 解:①負(fù)載阻抗角為: φ =arctan(RL?) =arctan( 102502 3????? )==176。 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。 解:α =0時(shí)的輸出電壓最大,為 10 21o m a x )s i n2(1 UtdtUU ?? ?? ??? 此時(shí)負(fù)載電流最大,為 RURUI 1om axom ax ?? 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(shí),有: RUPP 21m a xo )( ?? 此時(shí), 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU 解得 α =176。 此外,多相多重?cái)夭娐愤€
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