电力电子技术作业含答案文档格式.docx

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。

涸。

期间以下微分方程成立：

L沽矶论

考虑初始条件：

当

方=60°

时厶=0可解方程得:

•a（1八

5=—（--cosiyr）

coL2

其平均值为

"

20警—cwg）二餐W25⑷

此时&

与几的波形如下图：

2.单相桥式全控整流电路，丛=100V,负载中7?

=20,厶值极大，当a=30°

时，要求：

①作出4、id、和2；

的波形；

2求整流输出平均电压仏、电流厶，变压器二次电流有效值△；

3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

①仏、厶、和丄；

的波形如下图：

忆

/

A

Pv

cot

O

、丿

Al

1/N

计

h

c5t

a

_cot

2输出平均电压仏、电流厶，变压器二次电流有效值厶分别为

仏=0.9Ikcosa=0.9X100Xcos30°

=77.97（V）

厶=仏/*=77.97/2=38.99（A）

I2=I,=38.99（A）

3晶闸管承受的最大反向电压为：

d他=10071=141.4（V）

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

弘=（2~3）X141.4=283〜424（V）

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

流过晶闸管的电流有效值为：

几=厶/71=27.57（A）

晶闸管的额定电流为：

厶=（1.5'

2）X27.57/1.57=26^35（A）

3.单相桥式全控整流电路，圧二100V,负载中斥2Q,£

值极大，反电势庄60V,当二30。

时，要求：

1作岀4、几和2；

2求整流输出平均电压厶:

、电流厶变压器二次侧电流有效值

①4、必和Z的波形如下图：

2整流输出平均电压区、电流变压器二次侧电流有效值厶分别为

=77.97（A）

Ta=（仏一£

）//?

=（77.97—60）/2=9（A）

Iz=Id=9（A）

V2£

4=10072=141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：

=/近=6.36（A）

故晶闸管的额定电压为：

弘=（2〜3）X141.4=283~424（V）

1^=（1.5"

2）X6.36/1.57=6^8（A）

晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。

注意到二极管的特点：

承受电压为正即导通。

因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。

在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压III晶闸管平衡。

整流二极管在一周内承受的电压波形如下:

5.单相全控桥，反电动势阻感负载，住1Q,匸,庄40V,Q二100Y,厶二0.5mH,当二60。

时求弘、▲与的数值，并画出整流电压4的波形。

考虑厶时，有：

厶：

=0.9£

cosa_\

A仏=2%厶/n

h=（U-E}/R

解方程组得：

&

=（h斤0.9Ecosa+2宓）/（兀片+2広）=44.55（V）

△仏=0.455（V）

▲=4.55（A）

又•・•

cosa—cos（a+/）=41/dXB/U

即得出

cos（60°

+/）=0.4798

换流重叠角

=61.33°

60°

=1.33°

6・单相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是

0、180°

当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0~90%

7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压4的波形。

假设«

=当负载为电阻时，4的波形如下：

当负载为电感时，a的波形如下:

8.三相半波可控整流电路，仏二100V,带电阻电感负载，住5Q,厶值极大，当二60。

1画出4、几和（VT1的波形；

2计算弘、厶、厶和心。

①4、2；

和的波形如下图：

②弘、厶、厶和心分别如下

仏=1.17仏cos=1.17X100Xcos60°

=58.5（V）

7d=^/R=58.5/5=11.7（A）

7avT=7d/3=11.7/3=3.9（A）

I^=IJ巧=6.755（A）

9.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压4波形如何？

如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？

假设VT’不能导通，整流电压4波形如下：

假设VT’被击穿而短路，则当晶闸管或\工导通时，将发生电源相间短路，使得\%、VT5也可能分别被击穿。

10.三相桥式全控整流电路，E二100V,带电阻电感负载，住5Q,Z值极大，当

IIIIIIIIIIViVIVII

•」i忧快團丿-、八

\\

I/\1/X兴

Ij八、

11.三相全控桥，反电动势阻感负载，启200V,住1Q,匸f$二220V,二60。

，当①厶二0和②厶二ImH情况下分别求仏、厶的值，后者还应求并分别

作出4与人的波形。

①当厶=0时：

^=2.34/cosa=2.34X220Xcos60°

=257.4（V）

h=（仏一g）/R=（257.4-200）/1=57.4（A）

②当厶=lmH时

仏=2.34/cosa—△仏

△仏=3広厶/n

厶=（仏一£

）/R

U&

=（2.34兀型？

cosa+3兀£

）/（口斤+3兀）=244.15（V）

▲=44.15（A）

△仏=13.25（V）

又TCOSQ—cos（a+/）—2XsId/V6Uz

+/）=0.4485

/=63.35°

-60°

=3.35°

4、Trn和厶匸的波形如下：

12.三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？

三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范用是

0、120°

13.三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？

其中幅值最大的是哪一次？

变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？

其中主要的是哪儿次？

三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6&

（&

=1、2、3……）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。

变压器二次侧电流中含有6启=1（^1、2、3……）次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。

14.三相桥式全控整流电路，炉100V,带电阻电感负载，住5Q,Z值极大，当二60。

（1）计算仏、▲、厶和屁

（2）Z的5、7次谐波分量的有

效值厶、心；

（3）输入功率因数。

（1）£

4、1&

、込t和Zt分别如F

仏=2.34仏cos=2.34X100Xcos60°

=117（V）

厶=仏/7?

=117/5=23.4（A）

厶叭=厶/3=23.4/3=7.8（A）

厶丁=厶/、你=23.4/、你=13.51（A）

（2）由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为：

厶5=石厶/5H=〃X23.4/5n=3.65（A）

7=7=76Ta/7n=V6X23.4/7n=2.61（A）

（3）基波电流的有效值：

厶=亦厶/Ji=V6X23.39/n=18.243（A）

基波因数为

=IJId=0.955

电路的输入功率因数为：

—cosd=0.955cos60°

=0.48

15.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

条件有二：

1直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；

3要求晶闸管的控制角a>

ji/2,使広为负值。

16.什么是逆变失败？

如何防止逆变失败？

逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向审联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。

防止逆变失败的方法有：

采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸

管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角0等。

第4章逆变电路

1.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？

答：

两种电路的不同主要是：

有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。

而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。

2.换流方式各有那儿种？

各有什么特点？

换流方式有4种：

器件换流：

利用全控器件的自关断能力进行换流。

全控型器件采用此换流方式。

电网换流：

山电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。

负载换流：

由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。

强迫换流：

设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。

通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。

晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同釆用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。

3.什么是电压型逆变电路？

什么是电流型逆变电路？

二者各有什么特点。

按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路

称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路

电压型逆变电路的主要特点是：

1直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

2由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

电流型逆变电路的主要特点是：

1直流侧串联有大电感，相当于电流源。

直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。

2电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。

3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。

因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。

4.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？

在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。

5.为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。

第5章直流-直流变流电路

1.介绍降压斩波电路工作原理

降压斩波器的原理是：

在一个控制周期中，让V导通一段时间九，由电源E向L、R、M供电，在此期间，U=E.然后使V关断一段时间如，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，么=0。

一个周期内的平均电压U°

=—^x£

o输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

『。

n+匕

2.介绍升压斩波电路工作原理

假设电路中电感丄值很大，电容C值也很大。

当V处于通态时，电源卍向电感厶充电，充电电流基本恒定为£

同时电容6•上的电压向负载斤供电，因。

值很大，基本保持输出电压为恒值広。

设V处于通态的时间为U,此阶段电感Z上积蓄的能量为E/,rono当V处于断态时厅和£

共同向电容C充电并向负载斤提供能量。

设V处于断态的时间为则在此期间电感L释放的能量为仏如。

当电路工作于稳态时，一个周期T中电感£

积蓄的能量与释放的能量相等，即：

化简得：

Uo=^^-E=—E

*offG

式中的T//orr>

l,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

3.在降压斩波电路中，已知启200V,斥10Q,L值极大，5F30V,户50us,tor=20uS,计算输出电压平均值儿输出电流平均值厶。

山于Z值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

炉仏E二2（）x2（）（）二80（V）

T50

输出电流平均值为

I。

二^L二g二5⑷

R10

在图3-la所示的降压斩波电路中，启100V,Z=lmH,住0.5Q,5F10V,采用脉宽调制控制方式，U20US,当佔5us时，计算输出电压平均值岛输出电流平均值厶，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。

当时，重新进行上述计算。

10c.

二——二0.1

100

t二£

二（）卩）1二°

002

R0.5

当九二5Us时，有

二¥

二0.0025

由于

ap1丿.00251

二刍二二0.249加

e—1e—I

所以输出电流连续。

此时输出平均电压为

Uo二區E•二IB兰二25（V）

T20

输岀平均电流为

10二匕出L二兰二12二30⑷

输出电流的最大和最小值瞬时值分别为

一川

•1-厂丿

当：

二3us时，釆用同样的方法可以得出：

ap二0.0015

ap1^0.0151

二刍亠0.149＞刃疋-1严-1

所以输出电流仍然连续。

此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:

a=^£

=122^2=15（V）

R

1£

0015

厂顾T_°

・l

1-£

（0.0015

〒T—°

・1e-1

—乞込二土仝10⑷

0.5

—=10.13（A）

0.5—=9.873（A）丿0.5

5.

在升压斩波电路中，已知方50V,厶值和。

值极大，住10Q,采用脉宽调制控制方式，当7M0us,肪20us时，计算输出电压平均值岛输出电流平均值厶。

壬尸磊如100（V）

输出电流平均值为:

第6章交流-交流变流电路

1.一单相交流调压器，电源为工频220V,阻感串联作为负载，其中住0.5Q,

22mH。

试求：

①开通角a的变化范围；

②负载电流的最大有效值；

③最大输出

功率及此时电源侧的功率因数：

④当a=-时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通

2

角和电源侧功率因数。

①负载阻抗角为：

4>

=arctan（—）=arctan（"

八（）x2xi（）_）_q89864二51.49°

R0.5

开通角0的变化范围为：

4）<

a<

31

即

0.89864<

a〈n

③当a=4）时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为\2凡』/爲R=J?

、r二37.532（KW）

lJ/+（皿）2丿

功率因数为

2-Pomax-37532-0.6227

S人220x273.98

实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即

cosO.6227

4a=-W，先计算晶闸管的导通角，由式（4-7）得

sin（-+0-0.89864）二sin（冬0.89864）e丽

22

解上式可得晶闸管导通角为：

0=2.375=136.1°

也可由图4-3估计出的值。

此时，晶闸管电流有效值为

U{E~sin&

cos（2a+0+&

）

cos（p

M=：

_220%b375―.375xcos（^+0.89864+2.375）-^232（A）

cos0.89864

_72^x0.803\■_-

电源侧功率因数为

其中:

/o=血/yr二174.2⑷

于是可得出

八空」74f3959

S人220x174.2

2.一调光台灯山单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在。

二0时输岀功率为最大值，试求功率为最大输岀功率的80%50%时的开通角Q。

a二0时的输出电压最大，为

=［丄j（JI"

sin期）2〃期=4

此时负载电流最大，^/omax=-^1=—

RR

因此最大输出功率为Pmax=/maJz=字

K

输出功率为最大输出功率的80%时，有:

此时，

uo=、砲|

乂由

解得

r7rr/sin2a兀_a

a=60.54°

同理，输出功率为最大输出功率的30%时，有:

U。

=屈3

a二90°

第7章PWM控制技术

1.介绍PWM控制的基本原理。

PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。

效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

上述原理称为面积等效原理

2.单极性和双极性PWM调制有什么区别？

三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有儿种电平？

三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。

三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性PWM控制方式。

三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：

0.5E和-0.5廐。

输出线电压有三种电平廐、0、-弘。

3.什么是异步调制？

什么是同步调制？

两者各有何特点？

分段同步调制有什么优点？

载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。

在异步调制方式中，通常保持载波频率£

固定不变，因而当信号波频率忑变化时，载波比N是变化的。

载波比沖等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。

分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。

其优点主要是，在高频段釆用较低的载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范圉内。

而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。

4.根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路可有哪三种控制方式？

并简述其控制原理。

笫一种调制方式为：

保持开关周期不变，改变开关导通时间怙称为脉宽调

制。

简称“PWM”调制。

第二种调制方式为：

保持开关导通时间J不变，改变

开关周期，称为频率调制。

简称为“PFM”调制。

第三种调制方式为：

同时改变

周期T与导通时间3。

使占空比改变，称为混合调制。

5.PWM逆变电路的控制方法主要有哪儿种？

PWM逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法；

二是调制法。

其中调

制法乂可分为两种，一是异步调制法；

二是同步调制法。

第8章软开关技术

1.软开关电路可以分为哪儿类？

根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；

根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。

2.在移相全桥零电压开关PWM电路中，如果没有谐振电感厶，电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？

如果没有谐振电感厶，电路中的电容G，与电感L仍可构成谐振电路，而电容Gs,将无法与厶构成谐振回路，这样，S3、S。

将变为硬开关，

S|、S2仍为软开关。

3.在零电压转换PWM电路中，辅助开关$和二极管VD’是软开关还是硬开关，为什么？

在S’开通时，堀不等于零；

在S’关断时，其上电流也不为零，因此S’为硬开关。

由于电感厶的存在，S’开通时的电流上升率受到限制，降低了S’的开通损耗。

由于电感厶的存在，使的电流逐步下降到零，自然关断，因此VD：

为软开关。

1-1

1.晶闸管内部有（）PN结

A.—个

B.二个

C.三个

D.四个

参考答案：

C

2.晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（）

A.分流

B.降压

C.过电压保护

D.过电流保护

3.普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（）来表