电力电子技术王兆安第五版课后答案

电力电子技术王兆安第五版课后答案内容摘要：

178。 178。 ）次谐波。 326．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么。 答：条件有二： ①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； ② 要求晶闸管的控制角 α π /2，使 Ud 为负值。 327．三相全控桥变流器，反电动势阻感负载， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， LB=1mH，当 EM=400V， =60时求 Ud、 Id 与 的值，此时送回电网的有功功率是多少。 解：由题意可列出如下 3 个等式： Ud＝ (π β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式联立求解，得 Ud＝ [ U2R cos(π β )＋ 3XBEM]∕ (π R＋ 3XB)＝ － （ V） Id＝ （ A） 由下式可计算换流重叠角： cos － )cos(  ＝ 2XBId∕ 6 U2＝ )120cos(  ＝  γ ＝ － 120＝  送回电网的有功功率为 P= RIIE ddM 2||  =400179。 179。 179。 1=(W) 328． 单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1Ω， L=∞ ， U2=100V， L=，当 EM=99V，=60时 求 Ud、 Id 和 的值。 解： 由题意可列出如下 3 个等式： Ud＝ (π β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕ π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式联立求解，得 Ud＝ [π R (π β )＋ 2XBEM]∕（ π R＋ 2XB）＝ － （ V） Id＝ （ A） 又∵ cos － )cos(  ＝ 2 BdXI ∕ U2= 即 得出 )120cos(  = 换流重叠角  ＝ 176。  120176。 =176。 329．什么是逆变失败。 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，或者使变流器的输出平均电压和直流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：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 β 等。 330． 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，要求的晶闸管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，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 180， 当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 90。 三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 120， 当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 90。 4l 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。 42 换流方式各有那儿种。 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。 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追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。 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。 43 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，直流侧是电压源的称为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持点是： ①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。 ②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。 ③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：①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。 ②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。 ③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流 测电惑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。 44 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。 在电压型逆变电路中 ,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。 当输出交流电压和电流的极性相同时 ,电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时 ,由反馈二极管提供电流通道。 45 三相桥式电压 型逆变电路， 180186。 导电方式， Ud=100V。 试求输出相电压的基波幅值 UUN1m 和有效值 UUN1﹑输出线电压的基波幅值 UUV1m和有效值 UUV1﹑输出线电压中 5 次谐波的有效值UUV5。 解： )( VUUU ddmUN   )( VUUU dmUNUN  )(1 VUUU ddmUV   )(62 11 VUUUU ddmUVUV   )( 15 VUU UVUV  并联谐振式逆变电路利用负载电源进行变换 ,为保证换相应满足什么条件 ? 答。 假设在 t 时刻触发 VT VT3使其导通 ,负载电压 u。 就通过 VT VT3施加在 VTl、 VT4上 ,使其承受反向电压关断 ,电流从 VTl、 VT4向 VT VT3转移触发 VT VT3时刻 /必须在 u。 过零前并留有足够的裕量 ,才能使换流顺利完成。 47串联二极管式电流型逆变电路中 ,二极管的作用是什么 ?试分析换流过程。 答 :二极管的主要作用 ,一是为换流电容器充电提供通道 ,并使换流电容的电压能够得以保持 ,为晶闸管换流做好准备。 二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上 ,使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压 ,确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。 以 VTl 和 VT3之间的换流为例 ,串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下 : 给 VT3施加触发脉冲 ,由于换流电容 C13电压的作用 ,使 VT3导通 而 VTl 被施以反向电压而关断。 直流电流 Id 从 VTl 换到 VT3上 ,C13通过 VDl、 U 相负载、 W 相负载、 VD VT直流电源和 VT3放电 ,如图 516b 所示。 因放电电流恒为 /d,故称恒流放电阶段。 在 C13电压 Uc13下降到零之前 ,VTl 一直承受反压 ,只要反压时间大于晶闸管关断时间 rq，就能保证可靠关断。 Uc13降到零之后在 U 相负载电感的作用下 ,开始对 C13反向充电。 如忽略负载冲电阻的压降 ,则在 Uc13=0时刻后 ,二极管 VD3受到正向偏置 而导通 ,开始流过电流 ,两个二极管同时导通 ,进入二极管换流阶段 ,如图 516c 所示。 随着 C13充电电压不断增高 ,充电电流逐渐减小 ,到某一时刻充电电流减到零 ,VDl 承受反压而关断 ,二极管换流阶段结束。 之后 ,进入 VT VT3稳定导逗阶段 ,电流路径如图 5Ⅰ 6d 所示。 ?如何实现 ?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合 ? 答 :逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高 ,二是可以改善输出电压的波形。 因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波 ,还是电流型逆变电路输出 的矩形电流波 ,都含有较多谐波 ,对负载有不利影响 ,采用多重逆变电路 ,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。 逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来 ,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消 ,就可以得到较为接近正弦波的波形。 组合方式有串联多重和并联多重两种方式。 串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来 ,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。 串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。 并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。 在电流型逆变电路中 ,直流电流极性是一定 的 ,无功能量由直流侧电感来缓冲。 当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时 ,电流并不反向 ,依然经电路中的可控开关器件流通 ,因此不需要并联反馈二极管。 51 简述图 5la 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 ont。 ，由电源 E 向 L、 R、 M 供电，在此期间， Uo=E。 然后使 V 关断一段时间 oft ，此时电感 L 通过二极管 VD 向 R 和 M 供电， Uo=0。 一个周期内的平均电压0on offE t U t   输出电压小于电源电压 ,起到降压的作用。 52．在图 51a 所示的降压斩波电路中，已知 E=200V， R=10Ω ， L 值 微大，E=30V， T=50μ s， ton=20μ s，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 解：由于 L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 0 2 0 2 0 0 8 0 ( )50ontU E VT    输出电流平均值为 00 8 0 3 0 5 ( )10MUEIAR    53． 在图 5la 所示的降压斩波电路中， E=100V， L=lmH， R=0． 5Ω， ME =10V，采用脉宽调制控制方式， T=20μ s，当 ont =5μ s 时，计算输出电压平均值 0U ，输出电流平均值 0I ，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 当 ont =3μ s 时，重新进行上述计算。 解：由题目已知条件可得： 1 0 1()on offEI t U E I t     当 ston 5 时，有   025ont  由于 0 .0 0 2 50 .0 111 0 . 2 4 9ee m    所以输出电流连续。 54． 简述图 52a 所示升压斩波电路的基本工作原理。 答：假设电路中电感 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 1I ,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 0U。 设 V处于通态的时间为 ont ，此阶段电感 L上积蓄的能量为 E1I ont。 当 V 处于断态时 E和己共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量。 设 V 处于断态的时间为 oft ，则在此期间电感 L 释放的能量为0()UE 1I oft ；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： 1 0 1()on offEI t U E I t 化简得： 0 on offoff offtt TU E E   式中的 T／ oft  1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 55． 在图 32a 所示的升压斩波电路中，已知 E=50V， L 值和 C 值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当 T=40μ s， ont =25μ s时，计算输出电压平均值 0U ，输出电流平均值 0I。 解：输出电压平均值为： 0 40 5 0 1 3 3 . 3 ( )4 0 2 5o f fTU E Vt    输出电流平均值为： 00 13 67 ( )20UIAR   56． 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。 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 1i ，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 i2，方向如图 34 所示。 可见，负载电压极性为上负下正，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 Lu 对时间的积分为零，即 0 0T Lu dt 当 V 处于通态期间， Lu =E：而当 V处于断态期间 0Luu。 于是： 0on offE t U t   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0 l／ 2 时为降压，当 l／ 2 l 时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。 Cuk 斩波电路的基本原理：当。