2026西安石油大学函授《电力电子技术》作业2

2026西安石油大学函授《电力电子技术》作业2简答题请说明相位控制方式的定义，分析相控整流电路换相重叠角的产生机理及对电路性能的实际影响相位控制是晶闸管类相控电力电子电路的核心调节方式，指在晶闸管承受正向阳极电压的周期内，通过改变触发脉冲的送出时刻对应的电角度（即触发延迟角α），改变晶闸管的有效导通时长，最终实现变流器直流侧输出电压平均值的连续调节。相控整流电路换相重叠角γ的产生根源是交流侧供电电源的等效漏抗（包括整流变压器漏抗、线路分布电感等）无法忽略：晶闸管换相过程中，即将退出导通的器件和即将进入导通的器件无法实现电流的瞬时切换，漏抗会阻碍两相电流的突变，导致两支路的晶闸管出现同时导通的状态，该换相过程持续的时间对应的电角度即为换相重叠角，其定量计算通用公式为：cos(α+γ)=cosα−2XBId逆变技术是将直流电能转换为交流电能的电力电子变换技术，按照能量回馈的去向可分为有源逆变和无源逆变两大类别：有源逆变指变换生成的交流电接入公共交流电网侧，输出交流电的频率、相位、幅值都必须与电网侧严格同步，能量从直流侧单向回馈至交流电网；无源逆变指变换生成的交流电直接供给独立用电负载，输出交流电的频率、幅值可根据负载需求任意调节，无需与外部电网同步。二者的核心差异体现在三个层面：一是交流侧连接对象不同，有源逆变的交流侧接有源电网，无源逆变的交流侧接无源负载；二是运行工况约束不同，有源逆变禁止控制角α小于90°的整流工况直接跳转至逆变工况，无源逆变可实现四象限运行；三是保护逻辑不同，有源逆变必须设置防电网孤岛、防换相失败保护，无源逆变重点设置过流、过压保护。有源逆变正常运行必须满足两个充要条件：第一，直流侧必须存在极性与晶闸管导通方向完全一致的直流电动势源，且该电动势源的电压幅值必须大于变流器在逆变工况下的直流侧平均输出电压，保证能量从直流侧向交流侧流动，若直流侧电动势极性反向或者幅值不足，逆变电路将直接进入整流工况；第二，相控变流器的触发延迟角α必须大于90°，此时变流器直流侧输出的平均电压极性与整流工况完全相反，该电压极性可阻碍能量从电网向直流侧传输，为直流侧能量回馈电网提供通路。在石油工程场景中，游梁式抽油机下行回馈、直流提升绞车下放、潜油电泵制动的能量回收工况，都属于有源逆变的典型应用场景。说明直流斩波电路的三类基本控制方式，分别阐述其工作原理与适用场景直流斩波电路是直接将恒定直流电压变换为可调直流电压的电力电子变换电路，其核心控制目标是通过调节全控型开关器件的导通与关断时长占比改变输出电压，三类基本控制方式分别为脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、混合型调制：第一类脉冲宽度调制，即开关动作周期T保持恒定，仅改变开关器件的导通时长ton，通过占空比D=ton/T交流调压电路是直接将工频固定幅值的交流电压变换为幅值可调的交流电压的变换电路，相控控制指在工频交流电压的每个周期内，在交流电压过零后的指定相位角送出晶闸管触发脉冲，通过改变触发延迟角α调节晶闸管在单个交流周期内的有效导通时长，最终实现输出交流电压有效值的连续调节，该控制方式下晶闸管在每个工频周期都完成一次完整的通断动作。通断控制指将晶闸管作为无触点电子开关，控制负载与交流电网接通N个完整工频周期后再断开M个完整工频周期，通过调节通断周期的占空比D=N/分析计算题我校石油工程现场试验基地某游梁式抽油机配套三相全控桥有源逆变回馈电路，已知三相工频交流电源线电压有效值为380V，整流变压器每相等效漏抗XB=0.3Ω，直流侧平波电抗器电感量满足电流连续条件，抽油机下行工况下直流侧负载平均电流Id=50A，逆变运行时逆变角β=30°，请完成以下计算：

（1）忽略漏抗影响时的逆变侧直流平均电压：三相全控桥变流器输出直流平均电压公式为Ud=2.34U2cosα，其中交流侧相电压U2=380/3≈220V，逆变工况下触发延迟角α=180°−β=某井下随钻测井仪供电模块采用Buck降压型直流斩波电路，输入直流电压为井下锂电池组输出的120V，要求输出直流电压24V给测井传感器供电，平波电抗器电感量，负载电阻，开关动作频率，完成以下计算：

（1）稳态占空比：Buck电路电流连续时输出电压平均值，因此占空比。

（2）输出负载平均电流：。

（3）电感电流连续性判断：Buck电路电感电流临界连续的最小负载电流公式为，代入参数得，实际负载电流12A远大于临界连续电流，因此电感电流处于连续状态。

（4）输出电压纹波峰峰值：取输出滤波电容为1000μF时，输出电压纹波峰峰值，其中电感电流纹波峰峰值，代入得，远低于测井传感器的供电纹波限值100mV，完全满足使用要求。

工程综合应用题

针对长庆油田某采油厂12台传统相控整流驱动的游梁式抽油机电网超标问题，可采用PWM整流+有源回馈的电力电子改造方案，替换原有老旧三相半控桥相控整流调速装置。改造前实测抽油机低冲程工况下控制角α大于120°，电网侧功率因数不足0.3，5次谐波电流含量超出GB/T14549《公用电网谐波》限值2.7倍，采油厂每月因谐波超标、功率因数不达标产生的电网侧罚款超过2万元。采用全控型IGBT组成的三相电压型PWM整流装置后，网侧输入电流正弦度大幅提升，总谐波畸变率控制在5%以内，全负载范围内功率因数可达0.99以上，完全满足电网接入要求。同时利用抽油机下行时电机处于发电状态的工况，将负载的势能转化为电能直接回馈到电网，经现场实测单台抽油机的年节电率达到22%，单台设备年节电约1.2万度，12台抽油机投资回收期仅为18个月。在油田特殊防爆场景下，改造过程需满足三个特殊设计要求：一是电力电子设备所有功率器件、电容的防爆等级达到ExdIIBT4级，完全符合井场一级防爆区域的使用规范；二是装置的载波频率选定为20kHz，避开现