电力电子技术答案

电力电子技术习题解答

习题一

1、晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是

什么，如何实现？

答：使品闭管导通的条件是：品闰管承受正向阳极电压（UAKX）），并在门极施加触发电流

[UGK>0）。要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸

管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管美断。

2、有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？

答：这是由于品闸管的阳极电流"没有达到吊闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲,

这种情况下,品闸管将自动返回阻断状态。在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住也流

语要定的时间（主要由外电路结构决定）.所以门极触发信号需要保证•定的宽度，

3、图1-32中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为4,试计算各波形的

电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形

时，允许流过的电流平均值4,各为多少？

图L32习题3附图

解：（a）〃lsin(ft*)</(ox)=—2/„=—*0.3183/„,

m2*n

A.=旧]：（小小.3"初）=旧舄（I-cos2dM（碗）=±

额定电流IOOA的晶闸管允许流过的电源有软值为157A,则人=2x157=3145)：

平均值为：/血=-i=]00人，

(b)=-flMsin(r/jfk/(/wf)■—/w*0.5366/m

尸,07T

4=J“(/“sin"(<yr)=］匕一］-cos2a»)d(er)=今

颔定电流IOOA的晶闻管允许流过的电流有效值为157A,则/“=&xl57w222(4)：

平均值为：/,*=0.6366〃*141.33(4)e

(c)lA.=­［；sin(ftXk/(ft*)=—*C.4775/1,

产’32”

/<=J：J；(I",sin⑹)、，(◎)=栏-J；|(l-cos2<yOL)==0.63i2/w

额定电流l(X)A的品闸管允许流过的电流仃效值为157A,则/“=3_=247.56(4)；

"0.6342

平均值为：/#=0.4775/„«118.21(A)・

(d)/出=—f./1K=——A=—%0.2387/

2424汽

L=J；亿,sin明『4(江)==(《<+?)=0.4435/.,

额定电流I00A的晶间管允许流过的电流彳j效值为I57A,则人=一旦W35O.O6M)：

0.4485

平均值为：〃=0.2387/”=83.56(A)。

<c)0.125〃

*2八。2"4""41

/”也记屋)x0.3536/.,

额定电流IOOA的品闸管允许流过的电流有效值为157A,则I=_g=444.00(4):

"0.3536

平均值为：/*=O.125/M=55.5(A)。

⑺〃=：夕/(&)=}〃=0.25//

‘尸也

额定电流100A的晶间管允许流过的电源有效值为I57A,则：—=314(4);

平均值为：=0.25x314=78.5(A)

4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关斯阳极电流，而GTO却可以？

答：GTQ和普通品闸管同为PNPN结构,由PINIP?和NF2N2构成两个晶体管Vi、V：分别

具有共基极电流增益。।和a2,由普通品闸管得分析可得,ai+u2=1是器件临界导通的

条件,j十u2>1两个晶体管电和导通；u।十a2Vl不能维持他和导通而美断。

GTO能关断，而普通晶闸管不能是因为GTO在结构和工艺上有以下几点不同：

A多元集成结构使每个GTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极

抽出较大的电流成为可能。

BGTO导通时aj+u?更接近】•品闸管u1+。2>1.15,而GTO则为a[+[2^1.05,饱

和程度不深，在门极控制下易于退出饱和.

CGTO在设计时，a2较大.晶体管V2控制灵敏，而。।很小，这样晶体管VI的集电极

电流不大,易于从门极将电流抽出,从而使GTO关断。

5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？

答：二者都是电流型驱动型器件,其开通和关断都要求有相应的触发脉冲,要求其触发电

沆脉冲的上升沿法」1实行强触发。GTR要求在导通期间•直提供门极触发电流信号，而

GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号；GTO的电流增益(尤其是关断电流增益很

小)小于GTR.无论是开通还是美断都要求触发电流有足够的幅值和陡度,其对触发电流

信号(尤其是关断门极负脉冲电流信号)能要求比GTR高.

6、试比较GTR、GTO.MOSFET.IGBT之间的差异和各自的优缺点。

答：见下表

器件优点缺点

耐压高，电流大，开关特性好，开关速度低，电流骚动型需要驱动功率

GTR

通流能力强，饱和压降低大,第动电路复杂，存在2次击穿问题

电压、电流容员很大，适用于大电流关断增益很小，关断时门极负脉冲

GTO功率场合,具有电导调制效应，电流大，开关速度低，驱动功率很大.

其通流能力很强驱动电路发杂，开关频率低

开关速度快，开关损耗小，工;乍电流容址小，耐压低，通态损耗较大，

频率高.门极输入阻抗高，热铠一般适合于高频小功率场合

MOSFET

定性好,霜婴的驱动功率小，驱

动电路简单，没有2次击穿问题

开关速度高，开关损耗小，通心开关速度不及电力MOSFET,电压、电

压降低，电压、电流容量较高.流容量不及GTO。

IGBT

口极输入阳抗高，驱动功率小•

驱动电路荷单

习题二

I、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0〜100V连续可谓，输出电压

平均值为30V时，负载电流平均值达到203系统采用220V的交流电压通过降压变压器

供电，且晶闸管的最小控制角%血=30,，(设降压变压器为理想变压器)・试求：

(1)变压器二次侧电流有效值人

(2)考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；

(3)作出。=60，时，卬、id和变压器二次侧〃的波形.

解：由题法可知负载电阻R=5=竺=1.5欧，

Ij20

单和全控整流的直流输出电压为=回■(1…a)

直流输出电压最大平均值为100V,且此时的最小控制角为“^=30。，带入上式可求得

u=1(X1?gH9(v)

'&xl.866

(1).全曲:座铲与痴吟宁+等-79.33斤+警

“一Nsin—

Omin=30。时，4g=79.334—------i=78.18(4)

乐2网

(2)晶闸管的电流有效色和承受电压峰值分别为

“赞,簧F皿)

%=V2£/,=168.29(F)

考虑3倍余量.选器件耐收为168X3=500V：额定电流为(55.28/1.57)X3=100A

(3)

2、试作出图2-7（第44页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在”=30时的

“八id、AIKivz的波形.并计算此时输出电压和电流的平均值。

解:

输出电压和电流的平均值分别为:

Ud=0.91/,7=0.84C\

g%=0.9生上*=。.8必

aRR2R

3、单相桥式全控整流电路，S=100V,负我中R=2Q,/.值极大，反电动势尼=60V,当

a=30。时，试求：

(1)作出刈、电和iz的波形；

(2)求整流输出电压平均值Ud、电流兄以及变压器二次侧电流有效值A。

解：整流输出电压平均值3、电流出以及变压器二次侧电流有效值分别为：

Uj=0.9(7,cosa=0.9xl00x-yS77.94(V)

人"£=7弋-60=8.975)

IJ=/,=8.97⑷

»d

4、某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路，负载电阻R7C,电源

电压小=220V,a=n/3,求：

(1)输出直流平均电压和输出直流平均电潦；

(2)流过晶闸管(整流二极管)的电流有效值：

(3)流过续流二极管的电流有效值.

解：(1)电路波形图见第2题

火=0.9U,!।；'呵=0.9X220x0.75=148.5(V)

.5148.5__...

=-^-=—^—=37.125(4)

(2)*21.43(4)

⑶w21.43(A)

lD卷

5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、b两相的自然换相点是同一点

吗？如果不是，它们在相位上差多少度？试作出共阳极接法的三相半波可控的整渔电

路在a=30°时的“d、i\Ti-“vn的波形.

解：a、b两相的自然换相点不是问一点，它们在相位_L差多少180度，见下图。

共阳掇换相戌

共阳极接法的三相半波可控的整流电坤在(1=30。时的，3i、，Tl、“VH的波形如下图

6、二相半波可控整流电路带大电感性角截.〃="ER=2(l./7I=22(>V.试计域负载电流

并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。

解：Uj=1.17£/;cost/=1.17X220X0.5=128.7(V)

/,号=号2=64.35⑷

/V7=居广=%=0.577〃X37.13(A)

按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为:4_x2=47.30=50（A）：电压定触为:

1.57

版/：x2=1077=120010

7、三相桥式全控整流电路，5=100V,带阻感性负载，K=5Q,/.值极大，当a=60。，

试求t

（1）作出“d、id和ivTi的波形；

（2）计算整流输出电压平均值Ud、电流人”以及渡过晶闸管电流的平均值/dvr和有效

值/VT；

（3）求电源例的功率因数；

（4）估算晶幅管的电压、电流定额。

解：⑴

(2)2.34：/,cosa=2.34x100x0.5=117(V)

〃4=¥=23.4(川

IX)

/m=g=7.8(A)

J

J=知13.51(A)

(3)由功率因数的定义知：Z=-^-cos^=0.955cosa=0.955*0.5=0.4775

(4)按2倍余址估算，晶闸管的电压定额为：76T7,X2=76X100X2«489.90500V)；

晶闸管的电流定额为：幺x2=上史x2»17.21»20(4)

8、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R=5Q,L=oo,3=220V,XH=0.3Q,求心、

/d、/vi)、L和7的值，并作出“d、ivDl和，2的波形。

解：三相桥式不控整流电路相当于三相桥式金控整流电路在触发角为。度时的情况，则

6

Uj==2.34(7,cosg-^0lif

亿=486.90(V)

代入已知量联立求解上述2个方程可得:

11t=97.38(4)

二极管的电流平均值为：/,”=勺=等=32.46(4)

变压器二次侧电流有效值为：/,==79.51(4)

9¥/

由cosa-cos(a+/)=.斐.可得

"哭=交宵空小」。84：

cosy=0.S9i6；y*26.93°

痢,76x220

的、ivDi和h的波形的波形如F：

9、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件.

存：（I）外部条H——直流侧应有能提头逆女能星的直流电动势，共极性与晶间管导

通方向一致，其值大于变流/直流侧的平均电压。（2）内部条件——变流器直流侧输;，直

沅平均电质必须为负值，即成2,心＜0。以上两条件必须同时满足，才能实现有源通

变。

II）、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？

答：当变流器工作于逆变工况时，•日由于触发脉冲丢失、突发电源缺相或断相等原

因造成换流失败,将使输出电压5进入正半周，与£M顺向连接,由于回路电阻很小,造

成很大的短路电流,这种情况叫逆变失败或逆变颂海。

为了保证逆变电路的正常工作，必须I）选用可作的触发涔，2）正确选择品闸管的参

数，3）采取必要的措施，减小电路中和d汝k的影响，以免发生误导通,4）保记交流

电源的质量，5）逆变角夕的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。

11、三相全控桥式变流器，已知/.足够大、R-l.lii.t'2=2OOV\EM=-300V,电动机运

行于发电制动状态，制动过程中的负载电流为66A,问此时变流器能否实现有源逆变？

若能求此时的逆变角作

解：电动机处于发电制动状态可以提供逆变能量，满足有源逆变的外部条件，可以实现有

源逆变。三相全控桥式变流沿处于有源逆变时有：

Ud=2.34U,cosa=2.34U,cos(^-ft)<1)

而/-一%,即66=y£+300j6„=-220.8（V）

R1.2

将力=-22O.&V）带入（1）式可得：

-220.8=2.34x200xcost"-⑶：尸=61.85°或a=118.15。＞第'。

12、三相全控桥式变流器，带反电动势阻愿负载，已知R=1Q,L=s,S=220V,

Ln=lmH,当心|=-400V,〃=60。时求入、/d和y的值，及此时送回电网的有功功率

是多少？

5

解：U.=2.34U,cosa-巴"〃=2.34U,cosa-处处■/v

2/r-2片

代人已知最联立求解上述2个方程可得：

Ij=109.69(A)

2x0.3142x109.69

由换流武登用公式可得：cosa-cos（a+,）=竺△=0.1279

瓯2206

cos(120*'+y)=-0.1279-cos1200=-0.6279；即7=8.90°

2

送【叫电网的有功功率为：P^\EMIJ\-I/R»400^109.69-109.69x1-31.84(*W),

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？其中最大的是哪一

次？变压器二次电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？对于m相全控整

流电路呢？

答：三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有6k（k=l、2、3…）次的谐波，其中最

大的是6次谐波。

变压器二次电流中含有6k±l（k=l、2、3…）次的谐波，其中主要的是哪5、7次谐波。

对于m相全控整流电路，其整流输出电压中含有2mk（k=K2、3…）次的谐波,其中

最大的是2m次谐波。

变压器二次电流中含有2mk±l(k=l、2、3…)次的谐波.其中主要的是哪2mk±l次

谐波.

14、试计算第3题(单相桥式全控整流电路)中打的3、5、7次谐波分量的有效值小、&、批注(雨林木风1]:康超不符

〃?，并计算此时该电路的输入功率囚数。

鼾：由第3题的解答可知：(=乙=8.97(4),则

1411,_272x8.97

*2.69(4)：/=区也一L62A

3不3网2s

,2包2&x8.97f、

4T二一二——-----乏1.15(A)

7k7“

基波有效值/21=迎\2-x897M&OWA)

汽/T

/808

输入功率因数/?=—COS4P,=——XCOS=0.90XCOS300=0.7794.

/8.9/

15、试计算第7题(三相桥式全控整流电路)中的的5、7次谐波分量的有效值小、小。

解：由第7题的解答可知：/,=5="=23.4(八)，则

K5

.瓜L#x23.4，向《卡x"4一一，…

/„=------=------------=3.65(A):=------=-------------=2.61(A).

5"5”'In1ft

16、三相品闸管桥式全控整流器接至10.5kV交流系统。已知10kV母线的短路容量为

150MVA,整流器直流侧电流/d=40OA,触发延迟角a=15:不计重叠角y,试求：

(1)基波功率因数c。印卜整流器的功率因数々

(2)整流侧直流电压心;

(3)有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值；

(4)藏止到23次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率.

解：(1)cos<^=cosa=cos15°«0.9659

A=0.955cosw=0.955x0.9659=0.9224

10.5

(2)2.34U,cosa=2.34xxcosl50«13.70(iV)

（3）基波电流有效值%=当。=当x400=311.88M）

总电流有效值4>：400-326.60(4)

有功功率P=SA=105x326.60x0.9224=s5478.80(itlV)

无功功率Q=正-尸=>/(75x10.5x326.60)2-5478.802=2294.13(kVAfi)

（4）仅含有6k±1（k=k2,3…）次的谐波,

X400=62.38(/1)/„=—/,=—x400«44.55(4)

7不,7不

-巫K400~28.35(A)；710----X400~23.99(X)

11开13开13万

/孕=理4=¥乂400。13.56（八）：总谐波畸变率为:

23冗23^

际

THD,=-1^——x]00%

>/62.38:+44.551+28.35:+23.99:+18.352+16.412+13.56-

xIUUm

311.88

-28.76%

17、晶闸管整流电路的功率因数是怎么定义的？它与那些因素有关？

答：品闸管性流电路的功率因数由畸变因子v和位移因子cose构成，表达式为:

A=vxcosg=—cosa

具体而言：由移相触发向a和整流电算的结构决定。

习题三

1.（»）一升压换流器由理想元件构成，输入Ud在876V之间变化，通过调整占空比使输

出Uo=24V固定不变，最大输出功率为5W,开关频率20kHz,输出端电容足够大，求使换

沆器工作在连续电流方式的最小电感。

解：由Uo=24V冏定不变，最大输出功率为5W可知

/?=至=也=115.20

P5

当输入Uj为8V时

4=&=1一/=：

I-R

输入5为16V时

则实际工作时的占空比范围为：。=1~2

33

由电流断续条件公式可得

L、#一。）2

方2-2-

即C里等更

）1-功2在力=；~：范围内是单调下降的,在U3处有最大所以

)

L>D('-DRT=―----------200W=0

22

2.一台运行在20kHz开关频率下的升降压换流器（图3.7）由理想元件构成，其中

I.=0.05mH,输入电压Ui=15V,输出电压l“=10V,可提供10W的输出功率，并且输出端

电容足够大，试求其占空比D。

解：4=---u.=>D==0.4V

°1-0'q+u,io+i5

3.在图3-1所示的降压斩波电路中，已知Ui=100V,3-0.5C,/.=ln】H,采用脉宽调制控

制方式.7^20|is.当，时.试求：

（1）输出电压平均值Uo、输出电流的平均值/o;

（2）L）输出电流的最大和最小瞬时值（由于课本上没讲,这一问是否可以取消？），

判断负载电流是否断续；

（3）（"）当小=3睦时，重新进行上述计算。

解：（1）Ul）=DU,=^\00=25V

/后=50A

'R0.5

（2）nr=—=0

E100

，心=0.002

R0.5

T20*106

=0.01

~7-0.002

砂=9=0.0025

<1<11X5

—=0.249>»i=0,所以电流连续.

一吒=（/二。塔=叱八

⑶同(2)

L/„=DE=—1O()=I5V

"20

L=—==30A

°R0.5

£=0.0015

(IP

jtp।(UOIS।

^r=W=°-,49>-=0-所以电流也是连续的。

|_-vFl-e's"100

：—(---e-----MI)——(---右高—0)-------30.13A

Ml-e"R”产0.5

eai，-\E产**”-1100

1(R-叫=(西工一°)布=29.9'

4.在图3-35所示降压斩波电路中，己知£=600V,R=0.M2,L-x,«M=3S0V,采用版宽调

制控制方式，P-18(H)ns,若输出电流/<>=100A,试求：

(1)输出电压平均值Uo和所需的b,值;

(2)作出与、曲以及无、加的波形.

图3-35电流型降压斩波电路

解：(1)/。小冬=U°=/"/?+E”=100x0.1+350=3601，

R

360

5=节Enq魄T=—x1800=1080//.V

600

(2)各点波形见下图:

5.升压斩波电路为什么能使输出电压高于电源电压？

答：其一是由于升压斩波瑞的电路结构使电路中的电感具有电压泵升作用，其二是电容的

电压维持能力。当高频开关闭合时，输入电源向电感储存能量，当开关断开时，电感的储

存能量向负载放电。开关的导通比D越大则电感储能越多，输出电压越高并由电容保持，

输出电压与输入电压有如下关系：0

1-D

6.在图33所示的升压斩波电路中，已知U,=50V,/,值和C值极大，R=20U,采用肽宽调

制控制方式，当7=40a，垢=25.时，计算输出电压平均值和输出电流的平均值/°。

解：（/0=—!—{/.=—!—（/=―!—X5O=I33.33V

1-。[_G1-0.625

-T

4=里电—、

°R20

7.说明降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的输出电压范围。

答：降压斩波电路的输出电压范围：u0=o~u,；

升乐斩波电路的输出电压范围：q=u,~8，应避免D接近于1：

升降压斩波电路的输出电压范围（仅大小）：U°=O~8,应避免D接近于I。

8.在图57所示升降压斩波电路中，已知Ui=IOOV,R=0.5C,L和C极大，试求:

（1）当占空比D=0.2时的输出电压和输出电流的平均值；

（2）当占空比D=0.6时的输出电压和输出电流的平均值，并计算此时的输入功率。

鼾：（1）U„=一一—t/f=—^-xlOO=-25V；/0=^!.=—=-504

0\-D'1-0.2°R0.5

（2）Uo=--—Ui=---xl00=-150V:/0=^=--=-300X

°1-D'1-0.6°R0.5

P==(-l50)x(-300)=45kW

9.试说明升降压斩波电路（Buck-Beosl）与Cuk斩波电路的异同点.

答：两个电路实现的功能是•致的，均可方便地实现升降压斩波，Cuk折波电路较为电

余,应用不是很广泛。但Cuk斩波电路的突出优点是：其输入电流和输出电流都是迄续的.

输出电压纹波较小，便于漉波,在特定应用场合有应用。

10.在单相交流调压器中，电源电压5=120V,电阻负载R=l（»a,触发角a=90%试计算:

负教电压有效值U。、负教电流有效值/。、负教功率P。和输入功率因数2・

120xj；sin2.9(y'+4=84.85V

鼾：U„=Jj(sin(tnyd(u)=MJ：sir2a.

，。赍督,

P=UJ«=84.85x8.49=720.381V

P=720.38

=0.707

5-120x8.49

11.一电阻性负载加热炉有单相交流调压电路供电，在（1=0。时位输出功率最大值，试求

输出功率分别为8。%及50%最大功率时的触发角a.

解：输出功率:

RR2JTT.

当：〃=0.8k=0.；

即：—sin2«+―—―=0.8=>sin(2«)-2<z=-O.4zr=-1.2566.得：a-60.54°

2尸R

(注意上式中a应用弧度计算)

又当：P=0.5P„M

即：-^-sin%"0=O.5nsin(2a)-2tf=一万，得：a=90°

2nn

12.一晶闸管单相交流调压器带阻感性负软，电源电压为220V的交流电源，负威R=10Q,

L=lmH>试求：

（1）触发角a的移相范围；

（2）最大负载电流的有效值；

（3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数；

（4）当a=90"时，晶闸管电流的有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。

解：（I）负载阻抗角为：8=gtan（也）=amn（314x0.001）=]8。,所以触发角的移棚范围

R10

为：。=1.8。~1盼

（2）当触发角为a=e=1.8。时，输出电压最大,负载电流也达到最大，即

220

4=21.994

7((vt)J+R2J(314XO.OOI)2+0

2

(3)-lnjR=21.99x10=4835.60IV；4=COSQ=cos1.80=0.9995

（4）当触发角a=90"时，先计兑晶同诊的导通角

由式（3-36）得：sin（900+6-l.8o）=sin（9（r-l.8。）/中，解上式可得导通角.

也可查图3—30得出估计值，方法是：因w=L8。,所以负载可认为是纯电阻质裁,

当a=90°时,导通角为90°,使计算简化

U„=U栏+/[sin<2a)_sin("+26)|=*=I55.56V,

155.56

-15.55/1

+R：J(3l4x0.001)?+I0：

2=%=-5==0707

542

13.某单相反并联调功电路，采用过零触发。电源电压5=220V,电阻负载R=ia,控制

的设定周期Tc内，使晶闻管导通0.3s,断开0.2s,使计算送到电阻负载上的功率与假定晶

闸管一直导通时所送出的功率。

加：假定品闸管一直导通时，所送出的功率为:

生=22^.=48.4AW

R1

品闸管导通0.3s,断开0.2s.送到电阻负载上的功率为:

P=—P,=O3x48.4=29.O4IIV

M**'0.2+0.3

14.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,

交流调压是在交流电源的每个周期都对输出电压进行控制：而交流调功电路是在一定

的周期内接通几个电源周期，再断开几个周期.通过改变接通和断开的比来宏观上调节输

出电压的有效值。

交流嗣压电路广泛用丁灯九拽制以及异步电机的软启动，也可用「异步电机的小葩困

调速，在一些简单的场合可以取代变压器实现降压，这样的电路体积小成木低：交流渭功

电路常用于电炉等大时间常数的负载，由于负载的时间常数远大于工频周期，没有必要对

交流电源的每个周期都进行控制.这样可以简化控制。

15.用一对反并联的晶闸管和使用一只双向晶闸管进行交流调压时，他们的主要差别是什

么？

答：二者主电路结构形式和控制效果相同，差别主要是触发脉冲不同。用•对反并联为晶

南管时•必须对2个品闸管采用分别触发拴制，2个晶闸管的触发脉冲波形对称、互差180

度:而采用双向司闸管，控制脉冲只需一路，脉冲间隔也是180度.另外对于大功率场含

由丁•双向品闸管的容量限制，普遍采用一对晶闸管反并联结构.

16.反并联的晶闸管和负载接成内三角形的三相交流调压电路，问该电路有何优点？

答：I)负我接成内三角形的一：相交流调压电路.每一相都可以当作独立的单相交流调压电

为进行控制,只是这时的每相负数的电压为交流输入的线电压。二.相负我的控制不像星型

接法那样互相影响,每相控制具有相对独立性.2)各相负载电流中的3及3的倍数次谐波

具有相同的相位，在负载三角形内形成环流,所以输入的线电流中不含有13及3的倍数次谐

波•电源侧输入电流的谐波比星形接法的电路要小.

17.什么是TCR?什么是TSC?它们的基本原理是什么？各有何特点？

答：TCR(ThyristorControlledReactor)是晶闸管控制电抗器的简称：TSC<Thyrisior

SwitcheciCapacitor)是晶闸管投切电容器的简称，

二者的基本原理如下：

TCR是利用电抗器来向电网中提供感性无功的装置。通过对品闸管的触发控制角的控

制，可以调节加到电抗器上的交流电压，也即可以连续调节流过电抗器的电流，从而能的

调节电抗器向电网吸收的感性无功功率的大小。由于TCR只能从电网吸收感性无功，所以

在实际使用中往往需要配以固定电容落<FC),这样就可以在容性到感性的范围内连续调

节装置向系统提供的无功了。

TSC则是利用晶闸管来投入或切除连接到电网的电容器，这样可以控制电容器从电网吸收

容性无功的大小，减小投切电容器时的冲击电流，使电容器可以迅速频繁投切。TSC符合

大多数无功补偿的要求，似是其补偿是有级调节的，不能连续调节无功，但只要设计合理

还是可以达到较理想的动态补偿效果的。

习题四

1.无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？

答：有源逆变电路的交流恻接电网,即交流恻接有电源。而无源逆变电路的交流侧直搂和

负教相联接，有源逆变不可变频.无源逆变可以变频.有源逆变采用品闸管可以实现电网

换流,无源逆变使用晶闸管必须采用负数换潦或强迫换流。

2.在逆变电路中器件的换流方式有哪些？各有什么特点？试举例说明。

答：换流方式有4种：

1）器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件都采用此种换流方式,

品闸管半控器件不能采用器件换流，根据电路的不同可以采用下述3种换流方式。

2）电网换流：由电网提供换向电压，只要将电网的负压加在欲换流的器件两端即可。

3）负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容型负载，即负载电流出前于负载电

E时，可实现负栽换流。

4）强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的品闸管强迫施加反向电压使之换流,称

为强迫换流，通常是利用附加换流晶闸管、换向电容、电感产生谐振来给欲关断的主品闸

管施加关断所需的反压。

3.什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路？二者各有什么特点？

答：按照百流侧电源的件质分类，百流侧推曲味源的称为电压型逆疗器,百流他星战饰激

的称为电流型逆变电路.

电压哒逆变电路的主要特点是：

1）直流侧接有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本保持恒定，直流侧相对于负载来

设呈现低阻抗。

2）由于直流电压源的嵌位作用，交潦他输出电压波形为矩形波，并且与负载性质无关，

币交流侧电潦的相位和波形随负载性质的不同而变化。

3）当交流恻为阻感负载时，逆变器需要提供无功功率，直流（W电容可起到无功能量缓冲

的作用。为了给交流侧无功能量返回直流货.提供通路,逆变罂桥带的开关器件需反并我续

近二极管。

电流型逆变电路的主要特点是:

I）直流便串联有大电感，相当于电潦源,克流侧电流基本无脓动，直流回路对于负我来

说呈现高阻抗。

2）电路中开关器件的作用仅仅是改变电流的流通途径，并不能改变电流的大小，因此交

沉侧输出电流为矩形波，和负战阻抗兀关,而交流恻输出电压波形和相位则囚负载阻抗情

况的不同而不同。

3当交流恻为阻感负战时需提供无功功率，直流电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈

无功能身时电流并不反向，因此不必象电压型逆变器那样在器件两端反并联二极管.咀是

由F反馈无功能量时涔件公承受反向电压，对于由全控器件构成的电流型逆变器,开关器

件需要串联二极管（全控器件承受反压的能力很低）。时于•晶闸管逆变器则不必申二极管。

4.电压型逆变电路中二极管的作用是什么？如果没有将出现什么现象？为什么电流型逆

交电路中没有这样的二极管？

答：在电压型逆变电路中，当交流他为根性或容性负载时，电源需要为负载提供无功功率,

直流电容起缓冲无功的作用,为了给交流电潦提供流公直流电容的通路，逆变器各桥西都

要反并联反馈二极管.也即，当输出交流电压和电流同极性时，电流流经逆变器的可控开

关器件：而当输出电压和电路极性相反时，电流通路由反馈二极管提供。

5.请说明整流电路、逆变电路、变频电路三个概念的区别。

答：整流电路是将交流变换为直流.即将交流能戕变换为直流能依，逆变电路（包括有源逆

变和无源逆变）都是将直流能量变换为交流能量。变频（包括交-交变频与交-宜-交变频）是

将一种电压和频率的交流能量变换为另一种电压和频率的交流能盘，

6.并联谐振式逆变器利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？

答：并联谐振逆变器的输出电流为方波，负载上的电压为接近正弦。只有当负载呈现容性

时（即变频器工作频率需大于负载谐振频率）才会在欲关断的晶闸管上施加反压将之夫断。

提供反压的时间必须大于晶闻管的关断时间.

7.三相桥式电压型逆变电路，180"导电方式，“=100V・试求输出相电压的基波幅值

Lkum和有效值UANI，输出线电压的基波幅值UzHm和有效值UAHI、输出5次谐波的有效

值CABS。

2

斛：输出相电压的基波幅他为：=-Ud^0.637x100=63.7V

墉出相电压的基波有效值：UM.t=^=-»0.45t/<,=0.45X100=45V

输出线电压的基波幅值：UA„lm«1.It/,,=1.1x110=110V

输出线电压的基波有效值：UABI=-y-0.7^=0.78X100=78V

输出线电压的5次谐波有效值：力8s="黄=£=,5.6V

习题五

1.试说明PWM控制的基本原理。

答：PWM（Pulse-WidthModulation）控制就是对触发脉冲的宽度进行调制的技术.即对一

系列脉冲的脉冲宽度进行控制来获得所需要的输出波形（包括形状和幅值）.

在采样控制理论种有一条重要的结论：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，冲员即窄脉冲的面积。效果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。

以正弦PWM（SPWM）为例。把正弦半波平分为N等份，就可以把它看成N个彼此

独立的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相同（都是n/N）但幅值不同且顶部是曲feL如

果将上述脉冲用数量相同、幅值相等的不等宽的矩形脉冲代价，使每个小矩形的面枳和对

应的正弦波面枳相等（即冲量相等），就得到了PWM波形。各个脉冲的幅值相等而宽度按

展正弦规律变化，根据面积等效原理，这科PWM波形和原正弦波形是等效的。

2.PWM逆变器有哪些优点？其开关频率的高低有什么利弊？

答：优点：

i）PWM调制可以极大地消弱逆变器的输出谐波，使逆变器输出用户需要的波形（形

状和幅值），而消弱用户不需要的谐波。

2）PWM逆变器具有非常好的动态响应速度。普通逆变器的控制速度是周波控制级.

用PWM是载波控制级,所以日前几平所有的逆变器都是采用PWM控制策略。

3）PWM控制便逆变器的控制策略更加灵活多样，使逆变㈱的性能得到很大的提升。

4）PWM逆变器的整流电路可以采用二极管，使电网停的功率因数得到提高。

5）只用一级可控的功率环节，电路结构较简单.

开关频率高则输出谐波更小、响应速度更快,但是电力电子器件的开关损耗增加、整机

效率下降,带来较强的高频电磁干扰：开美频率低则正好相反。一般对于中小容室的逆变

器开关频率可适当取鬲些,大功率逆变器由于高压大功率开关器件的限制,开关频率则相

对较低。

3.单极性和双极性PWM控制有什么区别？在三相桥式PWM逆变电路中，输出相旦压

（输出端相对于中性点N，的电压）和线电ESPWM波形各有几种电平？

答：三角魏波在调制信号的正半波或负半波周期里只有单一的极性,所得的PWM波形在

半个周期内也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式.

三角载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半