《电力电子技术》-王兆安-第四版习题解答.doc

第一章 电力电子器件使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。即：UAK 0且UGK 0。维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的阳极电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即：维持电流。使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的阳极电流降到接近于零的某一数值以下，即：降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管头断。图143中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3 。0002/4225/2/2/4图143 晶闸管导电波形a）b）c）解：a） b） c） 上题中如果不考虑安全裕量，问100A晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1，Im2，Im3 各为多少？解：额定电流IT（AV）100A的晶闸管，允许的电流有效值I157A，由上题结果，根据电流有效值相等的原则可得：a） I1157A0.4767Im Im1157/ 0.4767329.35（A）Id1 0.2712 Im189.48（A）b） I2157A0.6742Im Im2157/ 0.6742232.88（A）Id2 0.5434 Im1126.56（A）c） I3157A0.5Im Im3157/ 0.5 314（A）Id3 0.25 Im178.5（A）GTO和普通晶闸管同为PNP结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？解：1）GTO器件2较大，模型中的V2控制灵敏。2）使导通时的12更接近于1，而SCR设计的12 1.5，导通时，GTO饱和程度不深，更接近临界饱和，为门极控制关断提供了有利的条件。3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，P2基区的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。如何防止电力MOSFET因静电感应引起的损坏？解：1）栅极加过压保护。栅源电压不要超过20V。 2）运输焊接时防止静电（栅源短接）。IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点？解：IGBT 和MOSFET均为电压驱动器件，栅源极之间有间电容，故要求驱动电路具有较小的输出电阻，以使快速建立驱动电压。IGBT驱动电路栅射电压为1520V，而MDSFET栅源电压为1015V。驱动电路还能提供反压以减小关断时间和关断损耗，同时IGBT驱动电路具有退饱和检测和保护环节。GTR和GTO均为电流驱动器件，故要求触发电路能提供前沿陡度高的正向和负向强触发电流。强脉冲应具有一定的宽度。GTR触发电路还应该具有抗饱和功能，以保证GTR导通时处于临界饱和状态。全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RCD缓冲电路中各元件的作用？解：（1）关断缓冲电路（du/dt抑制电路）：吸收关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗；（2）开通缓冲电路（di/dt抑制电路）：抑制器件开通时的电流过冲和di/dt及开通损耗。（3）在RCD抑制电路中，C吸收过电压过电流的能量，R消耗C中吸收的能量，D提供R耗能和C吸收能量的通路。试说明IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET各自的优缺点。解：对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的优缺点比较如下表：器 件优 点缺 点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力 MOSFET，电压、电流容量不及GTOGTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题 GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强 电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kw的电力电子装置 第二章 整流电路单相半波可控整流电路对电阻负载供电，R20，U100V，求当0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。解：当0时： 当60时： ud与id的波形见：教材43页图21。 图29为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路。问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明： 晶闸管承受的最大正反向电压为； 当负载为电阻或电感时其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。解：由图29图可以看出，在正半周导通，负载电流由变压器次级上端流出，由中心抽头流入，当负半周时导通，负载电流由B次级下端流出由中心抽头流入，正负半周电流相等，但在铁芯中产生的磁势方向大小相等且方向相反，故变压器无直流磁化问题。 当导通时，在时，的阴极为，而其阳极为，所以VT承受的最大反压为。如果是阻感负载且电感是足够大时，当，导通，的阴极电压为而其阳极电压为，故其承受的最大正向电压为。 正半周导通，负半周导通 。所以输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。单相桥式全控整流电路，负载中，值极大，当时，要求： 作出，和的波形； 求整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解： ，和的波形见右图： 晶闸管承受的最大反向电压为：考虑安全裕量为，晶闸管的额定电压为：按照晶闸管产品系列参数选取额定电压为300V的晶闸管。流过晶闸管的电流有效值为： 考虑安全裕量为，晶闸管的额定电流为：30时，和的波形按照晶闸管产品系列参数选取额定电流为30A的晶闸管单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一个周期内承受的电压波形。VD2VT3VD4udVT1uVD4u2udOwtudOwtuVD4解：整流二极管VD4两端承受的电压波形如下图所示单相桥式全控整流电路，负载中 ，值极大，反电动势E60V，当时，要求： 作 出,和的波形； 求整流输出平均电压、电流，变压器二次侧电流有效值； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解： ,和的波形如下图所示： 整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值分别为0.90.978V =9A 考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：按照产品系列参数选取300V的晶闸管。流过晶闸管的电流有效值为： 考虑安全裕量为，晶闸管的额定电流为：30时，和的波形按照晶闸管产品系列参数选取额定电流为10A的晶闸管 晶闸管串连的单相半控桥（桥中，为晶闸管），电路如图211所示，100V，电阻电感负载，R=2，L值很大，当时，求流过器件电流的有效值，并作出，,的波形。解： 0.967.5（V）33.75(A)=0.57733.7519.49（A）u dOw tOOOOw tw tw tw tiVTu di diVD4iVD30.81633.7527.56（A），,波形如右图所示：VD3VT2VD4udVT1uVD4u2三相半波整流电路，如果a相的触发脉冲消失，试绘制在电阻负载和阻感负载下整流电压的波形。解：设30，电压波形如下图所示：uduaOw tubuc电阻负载ud波形uduaOw tubuc阻感负载ud波形三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段称成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量图如图260所示。此时线圈的绕组增加了一些，铜的用数约增加10。问变压器铁芯是否被直流磁化，理由？答：由接线图和矢量图可以看出，每相晶闸管导通时，同时有两个绕组工作。这两个绕组分属两相，每个电周期内，每个绕组都工作一次，但同相上的两个绕组因其极性接法不同，故流过的电流极性相反，但大小相等，故无直流磁化问题。三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，他们在相位上相差多少度？ 答：不是同一点，在相位上相差10有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，他们的控制角都是，对同一相，如a相来说，这两组的触发脉冲在相位上相差多少度？ 答：相差。11三相半波可控电路，=100V，带阻感负载，R5，L值极大，当时，要求： 画出，的波形； 计算，和。解： 波形如下图： 输出平均电压：1.1758.5（V） 输出平均电流：=11.7（A） 流过晶闸管的平均电流： 3.9（A） 流过晶闸管的电流有效值：6.76（A）iVT1w tidOOw tuduaOaubucw t12全控桥电路，R负载，如果一个VT不导通，此时波形如何？如一个VT被击穿而短路，其它晶闸管受何影响？解：设，当一个晶闸管如不导通，其输出电压波形如下图所示。如果有一个VT被击穿而短路。假如没有很好的过流保护，将造成同组（共阴极或共阳极组）的晶闸管因相间短路过流而烧毁。uduabOw tuacubcucaucbuabuacuba13三相全控桥电路，=100V，带阻感负载，R=5，L值极大，当时，要求： 画出，的波形。 计算，和。解： 波形如下图： 输出电压平均值： 2.34117（V） 输出电流平均值： 23.4（A） 流过晶闸管的平均电流： 7.8（A） 流过晶闸管的电流有效值： 13.5（A) 14单相全控桥电路，已知=100V，R1，L，E40V，0.5mH。当时，求,与的数值，并画出整流电压的波形。解：0.90.945V因： ；相应的换相内阻 R所以：R0.1 ，得： 4.55（A）45R450.14.5544.55（V）因为：所以： 0.50.49得： 最后，作出整流电压的波形如下：15三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，100V，R1，L，1mH，求：当时，E50V时，的值并作出与和的波形。解：1.17=1.17=101.33（V）0.314（）， =，所以： R0.1544.63（A） =1.170.1594.64（V）因： 故： 0.7516所以： ， 得： 与和的波形如下：16三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R5，L，220V，0.3，求： 、和的值，并作出与和的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路时得情况。 2.34=514.8（V）R=0.287（） 故 97.37（A） 486.85（V） 56（A） 80（A） 因： 当： 时， 所以： 波形图如右 ： 17三相全控桥，反电动势阻感负载，200，R1，L，U2220V，60， 当 LB0 和 LB1mH情况下分别求、的值，后者还应求并分别作出与的波形。解： 当LB0时： 2.34=257.4（V）57.4（A） 当 LB1mH： 2.34257.4（V） 44.15 (A) 上式中：R=0.3 () 0.314（） =244.15（V） 0.4486 ， 得： 波形图右： 18单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？其中主要的是哪几次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（kl、2、3 ）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。变压器二次侧电流中含有2kl（kl、2、3 ）次谐波即奇次谐波，其中主要的有 3次、5次谐波（n1时为基波）。19三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？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（kl、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 k1（ kl、2、3 ）次的谐波，其中主要的是5、7、11、13次谐波。 20试计算第3题中的3、5、7次谐波分量的有效值、。解：第3题中已知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为：Id39A根据： （n3、5、7 ）可得：11.7A； 7A； 5A 21试计算第13题中的5、7次谐波分量的有效值、。解：在第13题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已知：Id23.4A根据： （n6 k1，kl、2、3 ）可得： 3.65A； 2.61A 22试分别计算第3题和第13题电路的输入功率因数。解： 根据： （公式 277）第3题电路中的输入功率因数为： 根据： （公式 283）第3题电路中的输入功率因数为： 23带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同？答：见教材76页下部 1） 2） 3） 部分。24整流电路多重化的主要目的是什么？答：整流电路多重化的主要目的是：减少交流侧输入电路中的谐波，提高功率因素。在增大整流装置功率的同时，减少对电网的干扰。2512脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？答：12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11、13、23、25、35次等即12 k1（kl、2、3 ）次谐波；整流输出电压中含有12、24次等即12k（kl、2、3 ）次谐波。24脉波整流电路的交流输入电流中含有23次、25次、47次、49次等，即24 k1（kl、2、3 ）次谐波；整流输出电压中含有24、48次等，即24k（kl、2、3 ）次谐波。26使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件一：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（外部条件）； 条件二：要求晶闸管的控制角，使Ud为负值（内部条件）。27三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L，U2220V， LB1mH，当400V，时求、与的值，此时送回电网的有功功率是多少？ 解：当时， 2.342.34257.4（V）因为： R 所以： 0.314（） R0.3 （） 110（A） =R257.40.3110290.4（V）因： 故： 0.6282所以： ， 得： 因：31.9（kw）故得：回送到电网的有功功率为31.9kw。 28单相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L，U2100V， LB0.5mH，当99V，时求、与的值。 解： 0.90.945（V）0.157（）因： 故： R=0.1故：49.1（A） 4.91V所以得： =454.9149.9（V）因： 0.6108 故： ， 得： 29什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：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，或者使交流器的输出平均电压和直流侧的电动势变为顺向串联，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：（1）采用精确可靠的触发电路，确保能适时、准确地给相应的晶闸管施加触发脉冲；（2）使用性能良好的晶闸管；（3）保证交流电源的质量；（4）留出充足的换向裕量角，对最小逆变角要有限制，逆变角。在3090之间；（5）变流器应采取相应的过流保护措施，防止逆变失败损坏变流器。30在单相桥式全控整流电路、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，晶闸管的角移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，角移相范围为：0180； 单相桥式全控整流电路，当负载为阻感负载时，角移相范围为：090； 三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，角移相范围为：0120； 三相桥式全控整流电路，当负载为阻感负载时，角移相范围为：090。 31三相全控桥，电动机负载，要求可逆运行，整流变压器的接法是D，y-5，采用NPN锯齿波触发电路，并附有滞后30的RC滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。答：三相全控桥带反电势电机负载，要求可逆运行时，采用NPN锯齿波触发电路。其同步信号应滞后主电路电压，现由于触发电路前附有滞后的R-C滤波器，故同步信号应滞后主电路电压即可。所以同步变压器接法应为：y，y-10和y，y-4。ubuauCuBuAucusa-usc-usauscusb-usb*y，y-10y，y- 4D，y-5其同步变压器、整流变压器的接法及矢量图如下：uABuabuausausab150150 三相全控桥主变压器（整流变压器）接法为D，y5时，各晶闸管的同步电压如下：晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6晶闸管阳极电压ua- ucub- uauc- ub同步电压usa- uscusb- usausc- usb第三章 直流斩波电路 图31aEMLRVVDEM+u0i0简述图31a所示的降压斩波电路工作原理。答：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ton ，由电源E向L、R、M供电，在此期间，。然后使V关断一段时间，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，。一个周期内的平均电压。输出电压低于电源电压，起到降压的作用。在图31 a（见上图）所示的降压斩波电路中，已知 E200V，R10，L值极大，EM30V。采用脉冲调制控制方式，T50s，ton20s时，计算输出电压平均值 U0 、输出电流平均值I0 。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为： 输出电流平均值为： 在图31 a（见上图）所示的降压斩波电路中，已知 E100V，R0.5，L1mH，EM10V。采用脉冲调制控制方式，T20s，当ton5s时，计算输出电压平均值 U0 、输出电流平均值I0 ，并计算输出电流的最大和最小瞬时并判断负载电流是否连续。当ton3s时，重新进行上述计算。解：25（V） （A） 当ton5s时，求负载电路最小值，根据式（39） =0.25 m0.1 将，m和E，R值代入式（39）可得：29.8（A）求负载电流最大值则根据式（310）则得：30.19（A）由上述计算可以看出，负载电流是连续的。 当ton3s时：，0.15（发生变化） m0.1将，m和E，R值代入式（39）和式（310）可得出： 9.87（A） =10.13 (A)由上述计算可以看出，负载电流是连续的。图32aECLRVVDu0i0i1简述图32a所示升压斩波电路的基本工作原理。解：设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值U0。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为E I1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff ，则在此期间电感L释放的能量为（U0E）I1toff 。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即： E I1ton（U0E）I1 toff化简得： 式中的 T / toff 1 ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。在图32a（见上图）所示升压斩波电路中，已知E50V，L和C值极大，R20，采用脉宽调制控制方式，当T40s，ton25s时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0 。解：输出电压平均值为：输出电流平均值为： 图34试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。ECLRVVDu0i2ILuLi1答： 升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为IL，方向如图34中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为IL，方向如图34所示。可见，负载电压极性为下正上负，与电源电压极性相反。 稳态时，一个周期T内电感L两端电压对时间的积分为零，即： 当V处于通态期间，E；而当V处于断态期间，。于是得： Etontoff （IL ）所以输出电压为： 图35a 改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。ECL1RVVDu0i1L2i2uC Cuk斩波电路的基本原理：图35bECL1Ru0i1L2i2uCBASuBuA当V处于通态时，EV回路和RCV回路分别流过电流。当V处于断态时，EL1CVD回路和RL2VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路如图35b所示，相当于开关S在A、B两点之间交替切换。假设电容C很大使电容电压的脉动足够小时。当开关S合到B点时，B点电压=0 ，A点电压；相反，当S合到A点时，, 0。因此，B点电压的平均值为（为电容电压的平均值），又因电感L1的电压平均值为零，所以。另一方面，A点的平均电压为：，且L2的电压平均值为零，按图35b中输出电压U0的极性，有。于是可得出输出电压U0与电源电压E的关系为： 两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。与升降压斩波电路相比，Cuk斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。试绘制Sepic斩波电路和Zeta斩波电路得原理图，并推导其输入输出关系。答：见教材107 108页上部。VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M图37c分析图37a所示的电流可逆斩波电路，并结合图37b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。解：在图37a所示的电流可逆斩波电路，降压斩波器（由V1和VD1构成）和升压斩波器（由V2和VD2构成）交替工作，每个周期内分四个阶段：第一阶段：VD2导通，L中存储的能量和电枢电势能量经VD2回馈到电源，电机发生制动运行。电流回路为：RLVD2EMR；方向如有图37c所示，按指数上升。VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M图37d第二阶段：当0时，V1开通，电源E向电机提供能量，电机电动运行，；电流回路为：RMEV1LR，电流方向如右图37d所示，按指数曲线上升。第三阶段：V1截止，VD1给L提供续流通路，电流按指数曲线下降，电流回路为：RM VD1LR，如图37e中虚线所示，电机电动运行。第四阶段：当下降至零，V2开通，在作用下，反向，其回路为RLV2MR，电机短接制动运行，L中积蓄能量，VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M图37e，按指数曲线下降，如图37f所示：VD2E LRV1 EM + u0i0V2VD1M图37f当V2截止，开始新一个周期的第一阶段，过程如前所述。对于图38所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作状况，并绘出相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。解：当图38所示的桥式可逆斩波电路使电机工作于反转状态时，V2始终保持通态，由V3和VD3构成的降压斩波电路使电机工作于反转电动状态。当V3开通时，电源E通过V3MRLV2E 回路向电机提供能量，同时L中积蓄能量。电流方向如图中虚线 所示；E + LRV1VD2 EM u0i0V2VD1M V3VD4 V4VD3图38当V3截止时，L释放积蓄的能量，经VD3构成续流回路，LV2VD3MR，方向如图中虚线 所示。10多相多重斩波电路有何优点？解：优点： 总输出电流最大脉动功率与重数的平方成反比，且输出电流脉动频率提高，与单相斩波电路相比，在输出电路最大脉动率一定时，所需的平波电抗器L的电感量减小，且重量大为减轻。 电源电流的最大脉动率与相数的平方成反比。使由电源引起的感应干扰大大减小。 具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用，按其中某一单元发生故障，其余各单元可以继续运行，使系统总体的可靠性得以提高。第四章 交流电力控制电路和交交变频电路一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看成电阻负载，在0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80、50时的开通角。解：当=0时，；最大输出功率 （1）当输出最大功率的80%时：0.8=根据公式： （41）则有： 0.8所以：0.8 ； 令： ；带入上式得：yOy0.4110.40.42用图解法解，建立联解方程如下： y y 两条线交点对应的值是该题的解： 经校验后： 所以：（2）输出最大功率的50时，则有0.5令： 当时，得上述方程得解为：一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R0.5，L2mH。试求： 开通角的变化范围； 负载电流的最大有效值； 最大输出功率及此时电源侧的功率因素； 当/2时，晶闸管电流有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。解： 阻抗角 开通角得变化范围：；的变化范围为： 当时，负载电流最大。（A） 37.555（kw） 0.623 当时，查图43曲线，当时，代入式（49） 得： 136（A） （A） 0.436交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。 交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。 交流调功电路常用于像电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。什么是TCR？什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？答：TCR是晶闸管控制电抗器，TSC是晶闸管投切电容器。TRC的原理是利用电抗器的纯电感负载的特点从电网中吸引无功功率，通过相位控制进行动态无功功率的补偿，可以连续调节。TSC的原理是通过投切并入电网中的电容器的多少进行无功功率的补偿，以提高功率因数。其特点：TCR是按相位进行控制，可以连续调节。TSC则是将电力电子器件作为开关，采用通断控制，不能连续调节。单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？答：直流电动机传动用的反并联可控整流电路是通过对正负组的的控制，在输出端得到一个可变的直流电压或，使直流电机得到正向或反向电压进行四象限运行。 而单向交变频电路则是通过对正组或负组的角按正弦规律的变化进行调制，使得正组或负组变流器输出电压在每个控制器间隔内的平均电压按正弦规律从零逐渐增至最高（正半周），负半周从零增至负的最高（由负组输出），然后逐渐减到零，使得电机负载上得到一个接近正弦波的交流电压。交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组交流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路中采用常用6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的13 l2。当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。当输出频率增高时，输出电压一周期内所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。交交变频电路的主要特点和不足之处是什么？其主要用途是什么？答：交交变频电路的主要特点是：只有一次变流，效率较高，可以方便地实现四象限工作，低频输出波形接近正弦波。不足之处是：接线复杂，受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低，输入功率因数较低，输入电流谐波含量大，频谱复杂。其主要用在5001000kW大功率、低速的交流调速电路中。三相交交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？答：三相交交变频电路有两种接线方式，即：公共交流母线进线方式和输出星形联结方式。主要区别是：公共交流母线进线方式时，由于电源进线端公用，所以三组单相交交变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电机的三个绕组必须分开，引出六个接线端。而输出星形联接方式中，交流进线经过三个变压器隔离，所以三组单相交交变频电路的输出是星形联接，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机的中性点和变频器中性点不接在一起。 在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？答：在三相交交变频电路中采用梯形波控制的好处是可以改善输入功率因数。同时，可使变频器的输出电压提高。因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式中，因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域（对应梯形波的平顶区），角较小，因而在整个控制区域中平均也较小，故输入功率因数可提高15左右（，位移因素）。在输出的梯形波中，其基波幅值比梯形波高15左右，所以和输出正弦波相比，变频电路的输出电压也可以提高15左右。10试述矩阵式变频电路的基本原理和优缺点。为什么说这种电路有较好的发展前景？答：见教材128页 131页。第五章 逆变电路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。换流方式各有那几种？各有什么特点？答：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。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。 电网换流：由电网提供换流电压，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。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。答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的逆变电路称为：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： 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。 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。 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： 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。 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。 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。电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，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，同时反馈二极管也起着使负载电流连续的作用。在电流型逆变电路中，虽交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，但直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，并且直流电流并不反向，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。三相桥式电压型逆变电路，180导电方式，Ud100V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基本幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中5次谐波的有效值UUV5。答：根据公式（512），可得相电压的基波幅值为：UUN1m （514） 相电压基本有效值为：UUN1 （515）根据公式（58），可得线电压的基本幅值为：UUV1m （510）线电压基本有效值为：UUV1 （511）线电压中5次谐波的有效值为：UUV5并联谐振逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：在并联谐振逆变电路中是利用负载电压进行换相的，因此要求负载电流应略超前负载电压，即负载电路总体上工作在容性小失谐的情况下。串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试分析换相过程。答：在串联二极管式电流型逆变电路中，各桥臂之间换流采用强迫换流方式。换流过程可分为恒流放电和二极管换流两个阶段，在恒流放电结束后，二极管为换流电容反向充电提供通道。析换相过程的原理见教材144页 145页。逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？答：在逆变电路中，电压型电路输出的电压是矩形波；对电流型电路来说输出的电流也是矩形波。因矩形波中含有较多的谐波，会对负载产生不利的影响。为此，可采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使输出电压更接近正弦波形。实现方法和应用场合见教材146页 148页。第六章 PWM控制技术试说明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，冲量及窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出相应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理以正弦PWM控制为例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/N,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM波形。各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。可见，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。设图63中半周期的脉冲数为5，脉冲幅值为相应正弦波幅值的2倍，试按面积等效原理来计算各脉冲的宽度。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波形各有几种电平？答：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：0.5Ud和0.5Ud。输出线电压有三种电平Ud、0、Ud。特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有10个开关时刻（不含0和时刻）可以控制，可以消去的谐波有几种？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？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l4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l4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