电力电子技术综合分析题

1、 电力电子技术讨论课电力电子技术讨论课斩波、逆变及交交变换部分斩波、逆变及交交变换部分2013.12要要 求求u每组每组2323题（基础分：题（基础分：7575分）分） 评分内容：讨论分析过程、答案正确性； 讨论激烈组额外加5分,讨论时间30分钟。u每组选三个代表分别上台发言，时间控制在每组选三个代表分别上台发言，时间控制在3 3分钟内。分钟内。 其他同学可对代表的发言进行纠正或补充，上述个人额外加5分u讨论过程中请不要保持安静，积极分享自己的观点！讨论过程中请不要保持安静，积极分享自己的观点！主要内容主要内容u第一小组u第二小组u第三小组u第四小组u第五小组第一小组n如图所示的斩波电路，设负

2、载电流保持一定，试说明换流如图所示的斩波电路，设负载电流保持一定，试说明换流工作原理。工作原理。 答案图图1的换流方式称为电压换流。首先使的换流方式称为电压换流。首先使VTs导通给电容导通给电容C充电，充电，VTs自自然关断后，使然关断后，使VTm导通便开始给负载供电。导通便开始给负载供电。与此同时，与此同时，C的电荷通过的电荷通过VTmLVD1谐振回路放电并反充电。要谐振回路放电并反充电。要停止给负载供电时，使停止给负载供电时，使VTs导通即可。此时电容电压作为反压加在导通即可。此时电容电压作为反压加在VTm上，使上，使VTm关断，此后电容电压通过负载放电，并反向充电至关断，此后电容电压通过

3、负载放电，并反向充电至电源电压。而电源电压。而b点电位下降为零，因而点电位下降为零，因而VD2导通流过负载电流。导通流过负载电流。 n如图所示的斩波电路，设负载电流保持一定，试说明换如图所示的斩波电路，设负载电流保持一定，试说明换流工作原理。流工作原理。 7答案。图图2的换流方式称为电流换流。的换流方式称为电流换流。电流接通时，先经过电流接通时，先经过VD1CL负载给负载给C充电。充电。VTm导通，开始给导通，开始给负载供电；要关断负载供电；要关断VTm，可以使，可以使VTs导通。此时，导通。此时，C的电荷经的电荷经CVTsL回路振荡翻转，然后回路振荡翻转，然后VTs关断、振荡电流首先通过关断

4、、振荡电流首先通过VTm反向流反向流通，直到抵消负载电流为止。超过的电流通过通，直到抵消负载电流为止。超过的电流通过VD2流通。这期间，流通。这期间， VTm被加了反偏压被加了反偏压(VD2正向压降正向压降)而关断。而关断。 第二小组第二小组n图为目前作为车辆用斩波器的电路，它采用逆导晶闸图为目前作为车辆用斩波器的电路，它采用逆导晶闸管，设负载电流管，设负载电流Id为一定值。为一定值。 （1）说明回路工作原理，并画出）说明回路工作原理，并画出eTM、eTS、iTM、iTS 的的波形。波形。 （2）说明该电路的特点。）说明该电路的特点。 答案 （1）逆导晶闸管）逆导晶闸管VTM、VTS未加门极信

5、号未加门极信号时，电容时，电容C通过通过VTS被充电，极性如图被充电，极性如图(a)所示左正右负。所示左正右负。VTM导通后再使导通后再使VTS导通，则导通，则VTM中流过中流过负载与电容放电的叠加电流。由于负载与电容放电的叠加电流。由于LC谐振谐振回路使回路使iTM减小，再次变为零时，减小，再次变为零时，ELC负载回路电容被充电，供下述换流使用，负载回路电容被充电，供下述换流使用，波形如图波形如图(b)所示。所示。 （2）器件的耐压高、大容量容易实现，换流回路简单，可实现开）器件的耐压高、大容量容易实现，换流回路简单，可实现开关的高速化，可抑制换流电流关的高速化，可抑制换流电流di/dt，换

6、流电抗及换流电容可以小，换流电抗及换流电容可以小型化。型化。 n图（图（a）为抽头切换式交流调压线路。当延迟角）为抽头切换式交流调压线路。当延迟角 时将变压时将变压器二次侧抽头由器二次侧抽头由2切换到切换到1，试说明电路工作原理和输出波，试说明电路工作原理和输出波形。形。答答 案案变压器二次电压变压器二次电压u1u20，在在u2过零时：使过零时：使VT3导通，然后以延迟角导通，然后以延迟角=30触发触发VT1，则，则VT3被加上反电压，被加上反电压，因而关断。这样，因而关断。这样，VT1触发后触发后uL=u1，电，电阻负载阻负载t= 时，则时，则iL=0，VT1关断。此时关断。此时触发触发VT

7、4，负半周也作相同的变化。，负半周也作相同的变化。波形如波形如 (b)所示。电压控制范围为所示。电压控制范围为U2-U1。这种电路如果增多抽头进行电压的精密调这种电路如果增多抽头进行电压的精密调节，在改善电源功率和降低高次谐波方面节，在改善电源功率和降低高次谐波方面都是有用的。都是有用的。 第三小组n如图所示，如图所示，1 1个晶闸管和个晶闸管和4 4个二极管组成单相交流调压电路个二极管组成单相交流调压电路，试分析其工作原理。试绘出，试分析其工作原理。试绘出VTVT的触发角为的触发角为6060时，时，R R两端两端的电压波形。的电压波形。 答案图中，设电源图中，设电源u上正下负，经上正下负，经

8、VD1、VT（某时刻触发）、（某时刻触发）、VD2，负，负载得到截去一部分的正半波电压；载得到截去一部分的正半波电压；设电源设电源u上负下正，则经上负下正，则经VD3、VT（某时刻触发）、（某时刻触发）、VD4，负载得，负载得到截去一部分的负半波电压，实现了交流调压。到截去一部分的负半波电压，实现了交流调压。所以晶闸管每个周期工作两次，并且不承受反压。当负载是电感时所以晶闸管每个周期工作两次，并且不承受反压。当负载是电感时，因电流波形滞后于电压，晶闸管每半周导电结束立刻加上一正电，因电流波形滞后于电压，晶闸管每半周导电结束立刻加上一正电压，电压上升率较大，容易造成误导通，使电路失去控制，使用时

9、压，电压上升率较大，容易造成误导通，使电路失去控制，使用时应特别注意。应特别注意。 n右图所示的回路称为辅助脉冲换流回路在电压型逆变器右图所示的回路称为辅助脉冲换流回路在电压型逆变器中被广泛采用，试叙述其换流动作的工作原理。中被广泛采用，试叙述其换流动作的工作原理。n解：解：VT1VT1流过负载电流流过负载电流i1i1时，换流电容时，换流电容C C已被充为左正右负的电已被充为左正右负的电压。当辅助晶闸管压。当辅助晶闸管VT1aVT1a被触发，换流电容器被触发，换流电容器C C的电荷沿的电荷沿CLCLVT1VT1和和VD1VT1aVD1VT1a回路放电，产生谐振电流回路放电，产生谐振电流icic

10、，此谐振电流为宽，此谐振电流为宽度度 的正弦半波电流的正弦半波电流。icici1i1，反并联二极管中流过电反并联二极管中流过电流为流为ic-i1ic-i1，与，与VD1VD1正向压降相等的电压反向加在晶闸管正向压降相等的电压反向加在晶闸管VT1VT1上上，使，使VT1VT1关断。由于谐振电流及关断。由于谐振电流及E-VT1a-CE-VT1a-C、LL负载的回路，负载的回路，C C被再次充电，极性为左负右正。当被再次充电，极性为左负右正。当icici1i1时，时，VD2VD2导通，负载的导通，负载的滞后电流沿滞后电流沿VD2-VD2-负载负载-E-E的回路返回电源。在的回路返回电源。在L L的能

11、量释放完之的能量释放完之前，有前，有C C的充电电流，电容的充电电流，电容C C的充电电压可达的充电电压可达2E2E以上。以上。TLCn若电路及其输出波形如图若电路及其输出波形如图1 1所示，请画出开关管上的触所示，请画出开关管上的触发脉冲波形。发脉冲波形。第四小组答案这种控制方式叫移相控制，这种控制方式叫移相控制，通过控制通过控制1、2和和2、3管触发管触发脉冲的相位可以控制逆变输脉冲的相位可以控制逆变输出的有效值。出的有效值。14号触发脉冲波形见下图号触发脉冲波形见下图：n分析图分析图2 2两种电路能否正常工作？为什么？两种电路能否正常工作？为什么？ 答案 /di dtdiLdt答：（答：

12、（a）不能，在）不能，在IGBT关断的瞬间，高的电流变化率关断的瞬间，高的电流变化率 在线路的在线路的杂散电感上会产生较高的感应电压杂散电感上会产生较高的感应电压 ，这种电压尖峰会威胁管子的工，这种电压尖峰会威胁管子的工作安全，同时也会造成较大的关断损耗。作安全，同时也会造成较大的关断损耗。 （b）可以，通过二极管形成续流回路。）可以，通过二极管形成续流回路。 图图3 3示为串联式逆变电路，试叙述其工作原理，并画出输出示为串联式逆变电路，试叙述其工作原理，并画出输出频率不同时输出电流波形怎样变化？频率不同时输出电流波形怎样变化？ （即分析触发频率为（即分析触发频率为f fo o，触发频率大于，

13、触发频率大于f fo o，触发频率小于，触发频率小于f fo o时时三种情况下输出电流波形的变化）三种情况下输出电流波形的变化）第五小组 答案 触发晶闸管触发晶闸管VT1VT1，在，在EVT1L1CREVT1L1CR回路便流过谐振电流回路便流过谐振电流i1i1，给电容，给电容C C充电充电，上端为正，下端为负。接着触发晶闸，上端为正，下端为负。接着触发晶闸管管VT2VT2，在，在RCL2VT2RCL2VT2回路流过放电回路流过放电电流。此时，电流。此时，C C的电压虽加在的电压虽加在L2L2和和R R上，上，但在但在L1L1也感应出也感应出L2L2的电压，因而的电压，因而VT1VT1被被反偏而

14、关断。这样，周而复始地工作下反偏而关断。这样，周而复始地工作下去。去。 如果负载为电阻性负载，两种回路状态方程为：如果负载为电阻性负载，两种回路状态方程为：VT1VT1导通时：导通时： VT2VT2导通时：导通时： 1111+=diLRiidt EdtC2221+=0diLRii dtdtC所以，回路的谐振频率为：所以，回路的谐振频率为：201122RfLCL 当当VT1VT1、VT2VT2的触发频率小于的触发频率小于f0f0时，输出的电流波形如图时，输出的电流波形如图b b所示。所示。当当VT1、VT2的触发频率等于的触发频率等于f0时，输出的电流波形大体上时，输出的电流波形大体上是一个正弦

15、波，如图是一个正弦波，如图c所示。所示。当当VT1、VT2的触发频率的触发频率大于大于f0时，输出的电流波时，输出的电流波形如图形如图d所示。所示。n 图示为并联改进逆变器（方形波逆变器），试分析图示为并联改进逆变器（方形波逆变器），试分析电路工作原理，并说明反馈二极管电路工作原理，并说明反馈二极管VD1VD1和和VD2VD2在此回路中在此回路中的作用。的作用。 设晶闸管设晶闸管VT1导通时，直流电压导通时，直流电压E加在变压器加在变压器Oa上，在二次绕组内流上，在二次绕组内流过负载电流。与此同时，由于自耦变压器作用，过负载电流。与此同时，由于自耦变压器作用，Ob也产生电压也产生电压E，电容，

16、电容C被充电到被充电到2E，右正左负。，右正左负。当晶闸管当晶闸管VT2导通时，导通时，VT 1由于由于C的反压而关断。的反压而关断。C的电荷经的电荷经EOaCVT2L回路放电。回路放电。L上的电压，当电流增大时上端为正，减少时变为上的电压，当电流增大时上端为正，减少时变为下端为正。下端为正时，由于下端为正。下端为正时，由于VD2导通，因而导通，因而LVD2VT2回路产生环回路产生环流，把流，把L的能量消耗掉。如果负载的能虽没有释放完，在负载回路滞后的的能量消耗掉。如果负载的能虽没有释放完，在负载回路滞后的电流继续流过，在一次绕组将感生出电流继续流过，在一次绕组将感生出b端为负的电压，因而端为负的电压，因而VD2导通，导通，在在VD2一一b一一O一一E回路产生反馈电流。回路产生反馈电流。答案反馈的二极管在此电路中的作用：反馈的二极管在此电路中的作用：（1）无功功率的处理由反馈二极管进行，所以）无功功率的处理由反馈二极管进行，所以C的容量可以减小。的容量可以减小。（2）如果）如果a或或b的电位降到零以下，则的电位降到零以下，则VD1和和VD2导通，所以导通，所以Oa或或Ob的电的电压保持为压保持为E，即使负载变动电压也