电力电子技术第二版徐立娟习题答案.docx

1、电力电子技术第二版习题答案项目一习题答案任务一习题答案1. 晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由什么决定？晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管导通与阻断时其两端电压各为多少？答：晶闸管导通的条件是：晶闸管阳极和阴极之间加正向阳极电压。门极和阴极之间加适当的正向阳极电压。导通后流过晶闸管的电流由主电路电源电压和负载大小决定。晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流。关断晶闸管可以通过降低晶闸管阳极一阴极间电压或增大主电路中的电阻。晶闸管导通时两端电压为通态平均电压(管压降)，阻断时两端电压由主电路电源电压决定。2. 调试图1-12所示晶闸管电路，在断开负载R测量输出电压Ud是否可

2、调时，发现电压表读数不正常，接上R后一切正常，请分析为什么？答：当S断开时，由于电压表内阻很大，即使晶闸管门极加触发信号，此时流过晶闸管阳极电流仍小于擎住电流，晶闸管无法导通，电流表上显示的读数只是管子漏电流形成的电阻与电压表内阻的分压值，所以此读数不准。在S合上以后，Rd介入电路，晶闸管能正常导通，电压表的读数才能正确显示。3. 说明晶闸管型号KP100-8E代表的意义。答：KPI00-8E表示额定电流100A、额定电压8级(XOOV、通态平均电压组别E(0.7<(/i<0.8)普通晶闸管。4. 晶闸管的额定电流和其他电气设备的额定电流有什么不同？答：由于整流设备的输出端所接负载

3、常用平均电流来衡量其性能，所以晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。所谓通态平均电流是指在环境温度为40C和规定的冷却条件下，品闸管在导通角不小于170。电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。5. 画出图1-13所示电路电阻Rd上的电压波形。项目二习题答案任务一习题答案1. 简述据齿波同步触发电路的基本组成。答：锯齿波同步移相触发电路由同步环节、锯齿波形成环节、移相控制环节、脉冲形成放大与输出环节组成。2. 锯齿波同步触发电路中如何实现触发脉冲与主回路电源的同步？答：在该电路中将同步变压器和整流变

4、压器接在同一电源上，用同步变压器二次电压来控制VT3的通断，这就保证了触发脉冲与主回路电源的同步。3. 锯齿波触发电路中如何改变触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的？答：锯齿波触发电路工作时，一般将负偏移电压Ub调整到某值固定，改变控制电压口就可以改变如的波形与横坐标（时间）的交点，也就改变了巧转为导通的时刻，即改变了触发脉冲产生的时刻，达到移相的目的。4. 锯齿波触发电路中输出脉冲的宽度由什么来决定？答：V6截止的持续时间就是输出脉冲的宽度，脉冲宽度由C3反向充电的时间常数（r3=C3RIO）来决定。5. 项目实施电路中，如果要求在的条件下，使a=90。，如何调整？答：（1）将U”调为0：（2

5、）调节，示波器观察同步电压与脉冲之间的相位为90。6. 试述锯齿波触发电路中强触发环节的工作原理。答：变压器二次侧30V电压经桥式整流，电容和电阻兀形滤波，得到近似50V的直流电压，当VTx导通时，C6经过脉冲变压器、R17（C5）VTs迅速放电，由于放电问路电阻较小，电容C6两端电压衰减很快，N点电位迅速下降。当N点电位稍低于I5V时，二极管VD10由截止变为导通，这时虽然50V电源电压较高，但它向VT8提供较大电流时，在Ri9±的压降较大，使化9的左端不可能超过15V,因此N点电位被钳制在15V。当VT8由导通变为截止时，50V电源又通过R19向C6充电，使N点电位再次升到50V

6、,为下一次强触发做准备。任务二习题答案1. TCA785触发电路有哪些特点？答：TCA785具有温度适用范围宽，对过零点时识别更加可靠，输出脉冲的整齐度更好，移向范围更宽，输出的脉冲的宽度可手动自由调节等特点。2. TCA785触发电路的移相范围和脉冲宽度与哪些参数有关？解：输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定。3. 简述TCA785触发电路工作原理。解：见教材任务三习题答案1. 计算项目实施中单相桥式全控整流电路电阻性负载，相应控制角或最小值、30。、60。、90。、120。时，输出电压S值，填写在单相桥式全控整流电路电阻性负载调试任务单中，并与测量值比较,分析产生误差的原因。答：略2.

7、计算项目实施中单相桥式全控整流电路电阻电感性负载，相应控制角a=0。或最小值、30。、60。、90。、12()。时，输出电压彷值，填写在单相桥式全控整流电路电阻电感性负载调试任务单中，并与测量值比较，分析产生误差的原因。答：略3. 单相桥式全控整流电路中，若有一只晶闸管因过电流而烧成短路，结果会怎样？若这只晶闸管烧成断路，结果又会怎样？答：若有一晶闸管因为过流而烧成断路，则单相桥式全控整流电路变成单相半波可控整流电路。如果这只晶闸管被烧成短路，会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重时使输入变压器因过流而损坏。4. 图2-30所示电路，己知电源电压220V,电阻电感性负歙负载电阻Rd=5Q,晶

8、闸管的控制角为60。（1）试画出晶闸管两端承受的电压波形。（2）晶闸管和续流二极管每周期导通多少度？（3）选择晶闸管型号。解：（1）晶闸管两端承受的电压波形如图。（2）晶闸管导通角整流二极管的导通角续流二极管的导通角（2）晶闸管导通角整流二极管的导通角续流二极管的导通角T=2(7ta)=KPvdi。叫=2。=号爪(3)(3)It=24.3A一、jiTZd=17.1AS=0.9Skly=148.5VId=*=）籍.§A=29.7A=15.5AIvdi（av）2'；=10.9A7vD=J/d=17.1AZw）（av）=10.9A5. 若要求充电机输出电流平均值为15A,主电路采用

9、单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路时，分别应该选多大的熔断器?答：主电路采用单相半波时，输出电流平均值为15A的情况下，电流峰值大，有效值也大，要选用50A的埒断丝；主电路采用单相全波时，每周导电两次，电流峰值与有效值小，可选用40A的熔断丝。项目三习题答案任务一习题答案1. 双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有何不同？额定电流为100A的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代替？答：双向晶闸管的额定电流用有效值表示，而普通晶闸管的额定电流是用平均值表示的。额定电流100A的普通晶闸管，其通过电流的峰值为100Ax7c=314A,则双向晶闸管的额定电流为

10、314/V2=222Ao2. 型号为KSI()O-1()-5I,请解释每个部分所代表的含义。答：型号KS50-10-51表示额定电流50A,额定电压10级，断态电压临界上升率如/由为5级，换向电流临界下降率di/山为I级的双向晶闸管。3. 双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用哪几种？答：双向晶闸管有4种触发方式：1+触发方式。主极为T2正，为负：门极电压G为正，为负。特性曲线在第I象限。I一触发方式。主极T2为正，为负；门极电压G为负，为正。特性曲线在第I象限。III+触发方式。主极T?为负，Ti为正；门极电压G为正，为负。特性曲线在第III象限。IIL触发方式。主极T2为负，为正；门极电压G

11、为负，为正。特性曲线在第III象限。常采用的触发方式为I.和III*4. 说明图3-8所示的电路，指出双向晶闸管的触发方式。图3-8习题4图答：Q置于位置1：双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上无电压Q置于位置2：正半周，双向晶闸管I+触发方式导通。负半周，由于二极管VD反偏，双向晶闸管得不到触发信号，不能导通，负载上得到半波整流电压。Q置于位置3：正半周，双向晶闸管【+触发方式导通。负半周，双向晶闸管III-触发方式导通，负载上得到近似单相交流电压。任务二习题答案1. 一台220V/10kW的电炉，采用单相交流调压电路，现使其工作在功率为5kW的电路中，试求电路的控制角"、工

12、作电流以及电源侧功率因数。解：电炉是电阻性负载COV、mw的电炉其电流有效值应为/=努=45.54455要求输出功率减半，即/2值减小1/2,故工作电流应为I=w=32.1A输出功率减半，即"2值减小1/2,则a=90。功率因数cosq>=00.7072. 一调光台灯由单相交流调压电路供电，假设该台灯可看成电阻性负载，在控制角。=0。时输出功率为最大值，试求功率为最大功率的80%、50%时的控制角a。n2tj2解：当a=()。时，Uo=U”最大输出功率nax=-=Rn2(1) 当输出最大功率的80%时：0.84安=-R根据公式JJ(V2i/2sincot)1d(cot)=U2_

13、Lsin2o+H2717t则：0.8四=夷=四(一!-，仍2。+),得一!-sin2a+=0.8RRR17T712/r71解得，a=60°(2)当输出最大功率的50%时，sin2a+=0.52勿7T解得，a=90°3. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30。，问控制角】的有效移相范围有多大？答：30。180。4. 单相交流调压主电路中，对于电阻-电感负载，为什么晶闸管的触发脉冲要用宽脉冲或脉冲列？答：当a<(p时，若开始给VSi管以触发脉冲，VSi管导通。如果触发脉冲为窄脉冲，当“G2出现时,VSi管的电流还未到零，VSi管关不断，VS2管不能导通。当VSi管电流到零关

14、断时，&脉冲已消失，此时VS2管虽己受正压，但也无法导通。到第三个半波时，如I又触发VSi导通。这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。5. 图3-21单相交流调压电路，”=220V,L=5.516mH,R=1Q,试求:(1)控制角a的移相范围;负载电流最大有效值;负载电流最大有效值;(3)(3)最大输出功率和功率因数。解:（I）单相交流调压电感性负载时，控制角a的移相范围是。汗coL2x50x5.516.(p=arctan=arctan=60°R所以控制角a的移相范围是60。（2）因

15、a=。时，电流为连续状态，此时负载电流最大。2?0V、=110AZJ1+(1.732)2（3）最大功率P=UJcoscp=UJcosa=(220x110xcos60°)lV=12.1kWcos伊=cos。=cos60°=0.56. 试用双向晶闸管设计一个家用电风扇调压调速电路，并说明调速原理。解：略项目四习题答案任务一习题答案1. 试说明集成触发电路的优点。答：集成触发电路具有体积小、温漂小、功耗低、性能稳定、工作可靠等多种优点2. KC04移相触发器包括哪些基本环节？答：KC04移相触发器与分立元件组成的锯齿波触发电路相似，由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出

16、等环节组成。3. 试说明KC41C的工作原理。答：KC41C是六路双脉冲形成器，它不仅具有双脉冲形成功能，还具有脉冲封锁控制的功能。16脚是六路脉冲输入端，每路脉冲由输入二极管送给木相和前相，由具有的“或''功能形成双窄脉冲，再由VT1VT6组成的六路放大器分六路输出。VT7管为电子开关，当7脚接地时，VT7管截止，1015脚又脉冲输出，反之，7脚置高电位，VT7管导通，各路脉冲被封锁任务二习题答案I. 带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15。处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10。和20。时负载两端的电压知波形。答：当触发脉冲宽度分别为

17、10。，如图所示，当触发脉冲ugl触发U相晶闸管，则U相晶闸管导通。当ug2触发V相晶闸管时，这时U相电压高于V相电压，所以V相晶闸管不导通，U相晶闸管继续导通。过了自然换相点后，尽管V相电压高于U相电压，但V相晶闸管的触发脉冲己消失，所以V相晶闸管仍不导通。U相晶闸管导通到过零点关断。这样下去，接着导通的是W相晶闸管。由此可以看出，由于晶闸管间隔导通而出现了输出波形相序混乱现象，这是不允许的。习题1波形当触发脉冲宽度分别为10°时，输出波形和a=0。时波形一样。2. 三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10Q，相电压有效值t/2=220Vo求«=45°时负载

18、直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流/dT和有效电流人，画出如、而、S3的波形。5斤|6Ud=I*扼（Asin仞d（仞）=1.17",cos。解：2勿/+。6=1.17x220xcos45°=182V=也=竺E8.2A“Rti10Q十3. 现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流人都是40A,问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大？解：以a=0。计算单相半波:L“=Lj=40A&=1.57x/打=62.8A单相桥式：/打=L/.=20A2RdV4S，n2a+2n=3AA三相半波：/打=：/d=133A+cos2«&#

19、171;23.5A凡V3物4. 三相半波可控整流电路，如果3只晶闸管共用一套触发电路，如图4-19所示，每隔120。同时给3只晶闸管送出脉冲，电路能否正常工作？此时电路带电阻性负载时的移相范围是多少？答：能工作。因为虽然三个晶闸管同时加触发脉冲，只有阳极电压最高相所接的晶闸管导通，其余两个晶闸管受反压阻断。但是，移相范围只有120。，达不到150。移相范围要求。味触发电路图4-19习题4图图4-19习题4图任务三习题答案1. 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻&=4C,要求Ud从0220V之间变化。试求：（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。（2）计算晶闸管电压、电流

20、值，如电压、电流取2倍裕量,选择晶闸管型号。解：（1）394V；(2)KP5052. 在图4-35所示电路中，当。二60。时，画出下列故障情况下的如波形。（1）熔断器1FU熔断。（2）熔断器2FU熔断。（3）熔断器2FU、3FU同时熔断。解：（1）熔断器1FU熔断时输出电压波形如图（1）所示，凡与U相有关的线电压均不导通。（2）熔断器2FU熔断时输出电压波形如图（2）所示，V字头线电压不导通。（3）熔断器2FU、3FU熔断时输出电压波形如图（3）所示，凡VW字头线电压均不导通。图1-13习题5图6. 型号为KP100-3、维持电流/H=3mA的晶闸管，使用在图1-14所示的3个电路中是否合理？

21、为什么(不考虑电压、电流裕量)？图1-14习题6图答：(a)图的目的是巩固维持电流和擎住电流概念，擎住电流一般为维持电流的数倍。本题给定晶闸管的维持电流IH=3mA,那么擎住电流必然是十儿亳安，而图中数据表明，晶闸管即使被触发导通，阳极电流为100V/50KQ=3mA,远小于擎住电流，晶闸管不可能导通，故不合理。(b) 图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。本图所给的晶闸管额定电压为300A、额定电流100Ao图中数据表明，晶闸管可能承受的最大电压为311V,大于管子的额定电压，故不合理。(c) 图主要是加强对晶闸管型号的含义及额定电压、额定电流的理解。晶闸管可能通过的最大

22、电流有效值为150A,小晶闸管的额定电流有效值1.57x100=157A,晶闸管可能承受的最大电压150V,小于晶闸管的额定电压300V,在不考虑电压、电流裕量的前提下，可以正常工作，故合理。习题2图3. 若用示波器观察三相桥式全控整流电路，电感性负载，控制角a=60。时波形分别如图4-36(a)、(b)所示，试判断电路的故障。图4-36习题3图解：(a)图：每个周期少了四个波头，但不是连续的四个波头，而是每半个周期有一个，再连续少两个。不难分析出是两相导电。故障为交流侧某相失电或某相两个桥臂断路。(b)图：每个周期少了三个波头，可以看出是两个不相同的桥肾断路，一个属于共阴极组，一个属于共阳极

23、组。4. 三相半波可控整流电路，整流变压器的联接组别是D/Y-5,锯齿波同步触发电路中的信号综合管是NPN型三极管。试确定同步变压器TS的接法钟点数为几点钟时，触发同步定相才是正确的，并画出矢量图。解：由于采用锯齿波同步触发电路，用NPN三极管做综合管，故同步电压应滞后于晶闸管阳极电压180。相位角。并画出矢量图如下：同步变压器的联接组别应选择D/Y=1U5.在晶闸管两5.在晶闸管两并联R、C吸收回路的主要作用有哪些？其中电阻R的作用是什么？答：R、C回路的作用是：吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，动态均压作用。R的作用为：使L、C形成阻尼振荡，不会产生振荡过电压，减小晶闸管的开通电流上升

24、率，降低开通损耗。任务四习题答案1. 有源逆变的工作原理是什么？实现有源逆变的条件是什么？变流装置有源逆变工作时，其直流侧为什么能出现负的直流电压？答：有源逆变的工作原理：见教材实现有源逆变的条件是：直流侧必需外接与直流电流Id同方向的直流电源E,其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud,才能提供逆变能量；逆变器必需工作在P<90°(a>90°)区域，使Udv0,才能把直流功率逆变为交流功率返送电网。有源逆变工作时，：直流侧有一与直流电流Id同方向的直流电源E,其数值要稍大于逆变器输出平均电压Ud。2. 单相半控桥能否实现有源逆变？答：不能。3. 设单相桥式整流电路

25、有源逆变电路的逆变角为月二60。，试画出输出电压的的波形图。解：输出电压血的波形图如图。歹=60°4. 导致逆变失败的原因是什么？有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？最小逆变角一般取为多少？答：产生逆变失败的原因：一是逆变角太小；二是出现触发脉冲丢失；三是主电路器件损坏；四是电源缺相等。逆变时允许的最小逆变角用讪应考虑几个因素：不得小于换向重叠角y,考虑晶闸管本身关断时所对应的电角度，考虑一个安全裕量等，这样最小逆变角岛的取值般为用档3()。35°5. 试举例说明有源逆变有哪些应用？答：高压直流输电、太阳能发电、直流电机可逆调速等。项目五习题答案任务一习题答案1. 简述大功率

26、晶体管GTR的结构及工作原理。答：大功率晶体管（GianlTransistor）简称GTR,其结构和小功率晶体管非常相似。由3层半导体、2个PN结组成。大多数是用三重扩散法制成的，或者是在集电极高掺杂的N+硅衬底上用外延生长法生长一层N漂移层，然后在上面扩散P基区，接着扩散掺杂的N+发射区。有PNP和NPN两种结构。工作原理：其工作原理和小功率晶体管是一样的，在电力电子电路中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接成共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（ZB>0）时大电流导通；反偏（血<0）时处于截止高电压状态。2. 大功率晶体管GTR的基本特性是什么？答：大功率晶体管GT

27、R的基本特性静态特性和动态特性。见教材。3. 大功率晶体管GTR有哪些主要参数？答：见教材4. 说明功率场效应晶体管（功率MOSFET）的开通和关断原理及其优缺点。答：见教材5. 功率MOSFET有哪些主要参数？答：见教材6. 使用功率MOSFET时要注意哪些保护措施？答：使用功率MOSFET时要注意以下保护措施：（1）防止静电击穿。功率MOSFET的最大优点是具有极高的输入阻抗，因此在静电较强的场合难于泄放电荷，容易引起静电击穿。（2）防止偶然性振荡损坏器件。功率MOSFET与测试仪器、接插盒等的输入电容、输入电阻匹配不当时可能出现偶然性振荡，造成器件损坏。因此在用图示仪等仪器测试时，在器件

28、的栅极端子处外接10kQ串联电阻，也可在栅极源极之间外接大约0.5|1F的电容器。（3）防止过电压。首先是栅源间的过电压保护，要适当降低栅极驱动电压的阻抗，在栅源之间并接阻尼电阻或并接约20V的稳压管。特别要防止栅极开路工作。其次是漏源间的过电压保护。应采取稳压管箝位、二极管-RC钳位或RC抑制电路等保护措施。（4）防止过电流。若干负载的接入或切除都可能产生很高的冲击电流，以致超过电流极限值，此时必须用控制电路使器件回路迅速断开。(5) 消除寄生晶体管和二极管的影响。由于功率MOSFET内部构成寄生晶体管和二极管，通常若短接该寄生晶体管的基极和发射极就会造成二次击穿。另外寄生二极管的恢复时间为

29、150ns,而当耐压为450V时恢复时间为500ns-1OOOnso因此，在桥式开关电路中功率MOSFET应外接快速恢复的并联二极管，以免发生桥臂直通短路故障。7. 简述绝缘门极晶体管IGBT结构及工作原理。答：见教材8. IGBT与GTR相比，主要有哪些优缺点？答：IGBT是由GTR和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点°GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。9. IGBT主要

30、参数有哪些？答：见教材10. 简述可关断晶闸管GTO的结构及工作原理。答：见教材11. 可关断晶闸管GTO主要参数有哪些？答：见教材12. 哪些因素影响口J关断晶闸管GTO的导通和关断？答：影响GTO导通的主要因素有：阳极电压、阳极电流、温度和开通控制信号波形。影响GTO关断的主要因素有：被关断的阳极电流、负载性质、缓冲电路和关断信号波形。任务二习题答案1. 试述直流斩波电路的主要应用领域。答：直流传动、开关电源。2. 简述图5-36(a)所示的降压斩波电路的工作原理。答：见教材。3. 图5-37(a)所示的升压斩波电路中，U=220V,R=10Q,L、C足够大，当要求U()=400V时，占空

31、比上?解：升压斩波电路，%=""=二.=-。OFFOFF1一*则:则:U-U(>400-220U°400=0.454. 简述图5-37(a)所示升压斩波电路的基本工作原理。答：见教材。5. 在图5-37(a)所示升压斩波电路中，己知U=50V,R=20Q,L、C足够大，采用脉宽控制方式,当T=40ps,/o=20ps时，计算输出电压平均值和输出电流平均值解：°=、*板x=四x50=100V板2°由于L、C足够大，所以：/“a也=竺=5人°R206. 什么是硬开关？什么是软开关？二者的主要差别是什么？答：硬开关在开关转换过程中，由

32、于电压、电流均不为零，出现了电压、电流的重叠，导致开关转换损耗的产生；同时由电压和电流的变化过快，也会使波形出现明显的过冲产生开关噪声。具有这样的开关过程的开关被称为硬开关；开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开通过程中电压、电流重叠的现象，降低甚至消除开、关损耗和开关噪声，这种电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称为软开关。主要差别：硬开关的开关转换损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，最终阻碍开关频率的进一步提高。软开关可以消除开关过程中电压、电流重叠的现象，降低甚至消除开关损耗可开关噪声。项目六习题答案任务一习题答案1. 感应加热的基本原理是什

33、么？加热效果与电源频率大小有什么关系？答：感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。感应器的热效率与感应器中选用隔热层时所决定的热损有关。又因频率越高，直接加热层就越浅，要使工件表面和芯部获得接近的温度只能靠长时间的传导，但传热时间过长，热量在周围介质中损失就过多，以致热效率降低，而且达不到快速透热的效果。频率太高会使工件加热不均匀。这时直接加热层太浅，工件外表面温度很高，甚至己开始垮化，而内部尚未达到所需温度。减少每个工件的加热功率，并延长每个工件的加热时间可以解决这个问题，即可以加长感应器的线圈，让感应器中的工件多一点，若总功率及送料速度不变

34、，则每个工件所获得的功率将减小，而加热时间加长，这样，直接加热层的热量来得及传到工件内部去，工件的温度就可均匀，而总效率仍不变。2. 中频感应加热炉的直流电源的获得为什么要用可控整流电路？答：可以通过可控整流电路的移相调压来实现功率调节。3. 试简述平波电抗器的作用。答：平波电抗器在电路中起的作用有：（1）续流：保证逆变器可靠工作。（2）平波：使整流电路得到的直流电流比较平滑。（3）电气隔离：它连接在整流和逆变电路之间起到隔离作用。（4）限制电路电流的上升率d由值：逆变失败时，保护晶闸管。4. 中频感应加热与普通的加热装置比较有哪些优点？中频感应加热能否用来加热绝缘材料构成的工件？答：中频感应

35、加热的优点：（I）非接触式加热，热源和受热物件可以不直接接触。（2）加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。（3）容易控制温度，提高加工精度。（4）可实现局部加热。（5）可实现自动化控制。（6）可减小占地，热辐射，噪声和灰尘。感应加热时利用涡流在金属中造成很强的热效应，使金属材料发热。所以中频感应加热不能用来加热绝缘材料构成的工件。5. 中频感应加热电源主要应用在哪些场合？答：感应加热的最大特点是将工件直接加热，工人劳动条件好、工件加热速度快、温度容易控制等，因此应用非常广泛。主要用于淬火、透热、熔炼、各种热处理等方面。任务二习题答案1. 试说明图6-11所示数字移相触发电路是如何实现移相的

36、？答：数字移相触发电路是用计数（时钟脉冲）的办法来实现移相，它的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器，其输出脉冲频率受。移相控制电压上的控制，Uc升高，则振荡频率升高，而计数器的计数量是固定的，计数器脉冲频率高意味着计算一定脉冲数所需时间短，也即延时时间短、。角小，反之a角大。2. 在调试图6-11所示移相触发电路时，为什么要使方波信号“5、"8、的过零点分别滞后于同步电压信号"a、«b、的过零点30。?答：三相桥式主电路，晶闸管控制角"的起点，即1=0。的点，距相电压原点为3（）。，所以，在调试图6-11所示移相触发电路时，要使方波信号心、心、"

37、;的过零点分别滞后于同步电压信号风、岫化的过零点30%3. 根据基于单片机的晶闸管触发电路中触发脉冲的控制原理，说明是如何实现触发脉冲移相的。答：见教材4. 查阅资料，谈谈你对可编程数字触发电路的理解。答：略任务三习题答案1. 在感应加热装置中，整流电路和逆变电路对触发电路的要求有何不同？答：逆变触发电路必须满足：输出电压过零之前发出触发脉冲，超前时间r6=（p/（oo在感应炉中，感应线圈的等效电感匕和电阻R随加热时间而变化，震荡回路的谐振频率/）也是变化的，为了保证工作过程中，/>/）旦/项。要求触发脉冲的频率随之自动改变。要求频率自动跟踪。为了触发可靠，输出的脉冲前沿要陡，有一定的幅

38、值和宽度。必须有较强的抗干扰能力。2. 逆变电路常用的换流方式有哪几种？答：常用的电力变流器的换流方式有以下几种：（1）负载谐振换流由负载谐振电路产生个电压，在换流时关断己经导通的晶闸管，般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串并联谐振逆变电路。（2）强迫换流附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。（3）器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流。3. 单相并联谐振逆变电路的并联电容有什么作用？电容补偿为什么要过补偿一点？答：单相并联谐振逆变电路的并联电容的作用：与感性负载构成并联谐振，为负载提供无功功率，提高装置的功率因数：自然换流及可靠关断晶闸管。C值要过补偿一些，这样才能

39、使等效负载呈容性，电流就会超前电压一定角度，达到自然换流及可靠关断晶闸管的目的。4. 单相并联谐振逆变电路中，为什么必须有足够长的引前触发时间爪答：为了可靠关断品闸管，不导致逆变失败，晶闸管需要-段时间才能恢复阻断能力，换流结束以后，还要让VS1、VS4承受一段时间的反向电压。这个时间应该大于晶闸管的关断时间，为了保证可靠换流。应该在电压“。过零前触发VS2、VS3。这个时间称为触发引前时间。5. 试分析并联谐振式逆变电路的工作原理，并画出其工作波形。答：见教材。6. 简述并联逆变式中频电源原理及调试步骤。答：见教材。7. 单相串联谐振逆变电路利用负载进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：为

40、保证换相，应满足：晶闸管反压时间大于晶闸管关断时间力。项目七习题答案任务一习题答案1. 请查资料，列举5种不同厂家的变频器。答：西门子、三菱、森兰、惠丰、富士、台达等。2. 观察日常生活中使用变频器的场合，列举一个例了，简述其原理。答：变频调速恒压供水系统。工作原理：设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泉加速运行,如果实际压力比设定压力高，则控制水泉减速运行，当达到设定压力时，水泉

41、就维持在该运行频率上。如果变频水泵达到了额定转速（频率），经过一定时间的判断后，如果管网压力仍低于设定压力，则控制系统会将该水泵切换至工频运行，并变频启动下-台水泵，直至管网压力达到设定压力；反之，如果系统用水量减少，则系统指令水泵减速运行，当降低到水泵的有效转速后，则正在运行的水泵中最先启动的水泵停止运行，即减少水泵的运行台数，直至管网压力恒定在设定压力范围内。主泵停止工作，副泵进行供水也为变频恒压供水方式，进一步提高了工作效率，节约了能源。3. 变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在哪些方面？答：变频调速在电动机运行方面的优势主要体现在：变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频

42、器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低，力叭减速时间可以任意设定，故加、减速间时比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可【可馈给供电电网，但馈给电网需增加专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路。4. 变频器有哪些种类？其中电压型变频器和电流型变频器的主要区别在哪里？答：按能量变换情况，可将变频器分成两大类：交-交变频器和交-

43、直-交变频器。交-直-交变频器又有电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器和电流型变频器的主要区别特点名称电压型变频器电流型变频器7. 某晶闸管元件测得Udrm=840V,Urrm=980V,试确定此晶闸管的额定电压是多少？答：根据将Udrm和Urrm中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，将两者较小的840V按教材表1一2取整得800V,该晶闸管的额定电压为8级（800V）。8. 有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？答：晶闸管的阳极加正向电压，门极加正向触发脉冲时，晶闸管被触发导通。此后阳极电流逐渐上升到擎住电流后，去掉触发脉冲，则管子继续导通，知道电流升到负载电流后

44、，进入正常工作状态。如果阳极电流还没有升到擎住电流值就去掉门极脉冲，则晶闸管就不能继续导通而关断。任务二习题答案1. 简述单结晶体管的测试方法。答：将万用表置于RxlOO挡或Rxlk挡，黑表笔接e,红表笔分别接也或b2时，测得管子PN结的正向电阻一般应为儿千欧至儿十千欧，要比普通二极管的正向电阻稍大一些。再将红表笔接e,黑表笔分别接也或0,测得PN结的反向电阻，正常时指针偏向无穷大（8）。一般讲，反向电阻与正向电阻的比值应大于100为好。2. 单结品体管触发电路中，削波崔压管两端并接一只大电容，可控整流电路能工作吗？为什么？答：不能工作。因为单结晶体管触发电路得同步使常稳压管两端得梯形波电压过

45、零实现得，使电容充电得开始时刻与主电路一一对应。如果接上滤波电容，电路就没有过零点，因此电路不能正常工作。3. 单结晶体管自激振荡电路是根据单结晶体管的什么特性组成工作的？振荡频率的高低与什么因素有关？答：单结晶体管自激振荡电路是根据单结晶体管的负阻特性组成工作的。根据振荡电路的频率/=-可以看出，频率与充电电阻&和电容容量C有关。14. 用分压比为0.6的单结晶体管组成振荡电路，若Ubb=20V,则峰点电压Up为多少？如果管子的也脚虚焊，电容两端的电压为多少？如果是b2脚虚焊（S脚正常），电容两端电压又为多少？答：峰点电压尸=iUbb+0.7=12.7V如果管子的bl脚虚焊，电容两端

46、的电压为20V如果是b2脚虚焊（bl脚正常），电容两端电压0.7V5. 单结晶体管触发电路中，触发脉冲移相范困是多少？请说明原因。答：单结晶体管触发电路中，触发脉冲移相范围小于170。，因为单结晶体管触发电路的同步电压，是与主电路同频率的电压整流、削波后的梯形波，在梯形波斜边上升和下降段产生的脉冲，幅度和功率都不储能元件电容器电抗器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短

47、路时产生过电流开环电动机也可能科定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制适用范围适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减的场合适用于一台变频器给一台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求5. 交-直-交变频器主要由哪几部分组成，试简述各部分的作用。答：交-直-交变频器主要由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路包括整流电路、逆变电路和中间环节。其中：整流电路的作用是将外部的工频交流电源转换为直流电，给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。中间环节的作用是对整流电路的输出进行平滑滤波,以保证逆变电路和控制电路能够获得质量较高的直流电源。逆变电路的

48、作用是将中间环节输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。控制电路包括主控制电路、信号检测电路、驱动电路、外部接口电路以及保护电路。控制电路的主要功能是将接受的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据驱动要求为变频器主电路提供必要的驱动信号，并对变频器以及异步电动机提供必要的保护、输出计算结果。保护电路作用是：接受从电压、电流采样电路以及其他传感器输入的信号，结合功能中预置的限值，进行比较和判断，若出现故障，停止发出SPWM信号，使变频器中止输出；输出报警信号；向显示器输出故障信号。任务二习题答案1. 试说明PWM控制的基本原理。答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对

49、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. PWM逆变电路有何优点？答：用不控整流，输入功率因数高；用（PWM）逆变，输出谐波可以减小。3. 单极性和双极性PWM有什么区别？答：单极性PWM逆变器是指逆变器输出的半个周期中，被调制成的脉冲输出电压只有一种极性，正半周为+Ud和零，负半周为-Ud和零。双极性PWM逆变器是指逆变器输出的每半个周期都被调制成在土Ud之间变化的等幅不等宽

50、脉冲列。4. 什么叫异步调制？什么叫同步调制？两者各有什么特点？答：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fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的。异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比N较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。而当信号波频率增高时，载波比N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响

51、就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。载波比N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。同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比N不变，信号波-个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率fc也很低。fc过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率fc会过高，使开关器件难以承受。此外，同步调制方式比异步调制方式复杂

52、一些。5. 试说明SPWM的基本原理。答：SPWM就是以PWM控制的基本原理为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。项目八习题答案任务一习题答案1. 简述IGCT的基本原理。答：IGCT导通与普通GTO一样，由于两晶体管中每一管集电极电流同时就是另一管基极电流，形成强烈正反馈而使两者饱和导通，因而具有携带电流能力强和通态压降低的特点；关断状态下，GCT门极-阴极PN结提前进入反向偏置，并有效地退出工

53、作，整个器件呈晶体管方式工作，因此，在IGCT关断以前，己从晶闸管结构转换为晶体管结构。即关断时需在P基N发射结外施很高的负电压，使阳极电流很快由阴极转移（或换向）至门极（门极换向晶闸管即由此得名），也就是在阳极PNP晶体管实现前，阴极的NPN晶体管巳停止发射。综上所述，GCT开通瞬时处于NPN体管状态;导通时为晶闸管状态;关断瞬间处于PNP晶体管状态;截止时也为PNP晶体管状态。2. 简述IGCT与MCT、ETO的区别与联系。答：IGCT是以GTO为基础，将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在起。实际上是把MOSFET从器件内部拿到外部的MCToMCT是MOSFET与晶闸管符合而成的

54、器件。ETO是容量最大的MOS控制型电力电子器件，它可看成是GTO的改良版，由GTO和MOSFET混合而成。3. 说出IGCT、MCT、ETO的中英文全称。答：IGCTIntegratedGateCommutatedThyristor；MCTMOSControlledThyristorETOEmitterTurn-offThyristor4. 通过查阅资料，你了解了其他哪些新型电力电子器件，请简要介绍。答：略任务二习题答案1. 简述光伏发电的基本原理。答：光伏发电，其基本原理就是“光伏效应光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离

55、开金属表面逃逸出来，成为光电子。2. 请简要说出单相电压源型逆变器与三相电压源逆变器的联系与差别。答：联系：单相电压源型逆变器与三相电压源型逆变器均属于将直流电转换为交流电的电路。区别：单相电压源型逆变器转换后得到的是220V的电压，而三相电压源逆变器转换后得到的是380V的电压。3. 离网与并网的概念。答：离网：独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独V.光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。并网：并网光伏发电就是太阳能

56、组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。4. 请简要说出单相直接逆变系统的工作原理。答：单相直接逆变系统逆变器的定义就是将直流电能转换为交流电能的转换器，其基本原理就是SPWMo单相直接逆变系统就是利用DC/DC电路将光伏器件产生的电源经升降压直流操作得到符合电网要求的直流电，然后在采用DC/AC工频逆变，逆变输出至交流电网间串接低通滤波元件，控制回路具有两个信号产生源，一个是固定幅值的三角波（调制波）发生器，一个为正弦波发生器，利用三角波对正弦波进行调制，就会得到占空比按照正弦规律变化的方波脉冲列，调制比

57、不同，一个正弦周期脉冲列数等于调制波频率除以基博频率）。再用方波脉冲列去控制上述桥式电路，在输出上就得到了符合工频电源要求的正弦电压电流了。5. 光伏发电中哪些环节涉及电力电了技术？答：光伏发电中的光伏直流变换电路、光伏逆变电路中均涉及电力电子技术。6. 试说说你所了解的光伏发电的应用。答：略。足以触发晶闸管，电路在选择参数时会避免第一个脉冲在梯形波斜边产生。任务三习题答案1. 单相半波可控整流电路，如门极不加触发脉冲，晶闸管内部短路，晶闸管内部断开，试分析上述3种情况下晶闸管两端电压和负载两端电压波形。答：(1)晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以输出电压和晶闸管两端电压波形如图(a)所示。(2)晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时输出电压和晶闸管两端电压波形如图(b)所示。(3)晶闸管内部开路，输出电压和晶闸管两端电压波形如图(c)所示。习题1波形图2. 计算项目实施中单相半波可控整流电路电阻性负载，相应控制角。=0。或最小值、3()。、60。、