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电力电子技术习题解答电力电子技术习题解答习题一习题一1 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、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？什么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK0），并在门极施加触发电流（UGK0）。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关断。2 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？、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：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶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电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。3 3、图、图 1-321-32 中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为 I Imm，试计算各波形的，试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流 100A100A 的晶闸管，流过上述电流波形的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值时，允许流过的电流平均值 I Id d各为多少？各为多少？i0i0i0/4(e)/34/3(c)2 7/3(a)i2t0i(b)2tt0i/3(d)2 7/3t2 9/4t0/45/4(f)2 9/4t图图 1-321-32 习题习题 3 3 附图附图解：（a）Ida1Ia2120Imsin(t)d(t)Im22I12Imm 0.3183Im2I1(1cos2t)d(t)m220(Imsint)d(t)201/29额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im 2157 314(A)；平均值为：Ida1Im100A。2（b）Idb10Imsin(t)d(t)Im 0.6366ImIb0(Imsint)d(t)2Im20I1(1cos2t)d(t)m22额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im2157 222(A)；平均值为：Idb 0.6366Im141.33(A)。（c）Idc113Imsin(t)d(t)3Im 0.4775Im2Im2Ic3(Imsint)d(t)23113(1cos2t)d(t)Im()0.6342Im238额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im平均值为：Idc 0.4775Im118.21(A)。（d）Idd12157 247.56(A)；0.63423Imsin(t)d(t)3I1 3Imm 0.2387Im224Im22Id123(Imsint)d(t)231(1cos2t)d(t)213()0.4485Im238额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im平均值为：Idd 0.2387Im83.56(A)。1（e）Ide2157 350.06(A)；0.448540Imd(t)1Im 0.125Im241Ie240Im2d(t)0.3536Im额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则Im157 444.00(A)；0.35362/29平均值为：Ide 0.125Im 55.5(A)。（f）Idf140Imd(t)401Im 0.25Im4If1Im2d(t)0.5Im额定电流 100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A，则：Im157 314(A)；0.5平均值为：Idf 0.25314 78.5(A)4 4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而 GTOGTO 却可以？却可以？答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由 P1N1P2和 N1P2N2构成两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益1和2，由普通晶闸管得分析可得，121 是器件临界导通的条件。121 两个晶体管饱和导通；121.15，而GTO则为121.05，饱和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。CGTO在设计时，2较大，晶体管V2控制灵敏，而1很小，这样晶体管V1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 5、GTOGTO 与与 GTRGTR 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？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，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR 要求在导通期间一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，无论是开通还是关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）的要求比GTR 高。6 6、试比较、试比较 GTRGTR、GTOGTO、MOSFETMOSFET、IGBTIGBT 之间的差异和各自的优缺点。之间的差异和各自的优缺点。3/29答：见下表器器件件优优点点耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低电压、电流容量很大，适用于大GTO功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强开关速度快，开关损耗小，工作MOSFET频率高，门极输入阻抗高，热稳定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有 2 次击穿问题开关速度高，开关损耗小，通态IGBT压降低，电压、电流容量较高。门极输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单习题二习题二1 1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0 0100V100V连续可调，输出电压平连续可调，输出电压平均值为均值为 30 V30 V 时，负载电流平均值达到时，负载电流平均值达到 20A20A。系统采用。系统采用 220V220V 的交流电压通过降压变压器供的交流电压通过降压变压器供电，且晶闸管的最小控制角电，且晶闸管的最小控制角 minmin3030，（设降压变压器为理想变压器）。试求：，（设降压变压器为理想变压器）。试求：（1 1）变压器二次侧电流有效值）变压器二次侧电流有效值 I I2 2；（2 2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；（3 3）作出）作出 6060时，时，u ud d、i id d和变压器二次侧和变压器二次侧 i i2 2的波形。的波形。解：由题意可知负载电阻R Ud301.5欧，Id202U2(1cos)缺缺点点开关速度低，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在2 次击穿问题电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动电路复杂，开关频率低电流容量小，耐压低，通态损耗较大，一般适合于高频小功率场合GTR开关速度不及电力 MOSFET，电压、电流容量不及 GTO。单相全控整流的直流输出电压为Ud直流输出电压最大平均值为100V，且此时的最小控制角为min30，带入上式可求得4/29U210021.866119(V)（1）I2U2U12U2sint2()dt RRRsin2sin2 79.33226sin3 78.18(A)min30时，I2max 79.332（2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为I2max278.182IVT 55.28(A)UVT2U2168.29(V)考虑 3 倍余量，选器件耐压为1683500V；额定电流为(55.28/1.57)3100A（3）ud0/3id0i20/3ttt2 2、试作出图、试作出图 2-72-7（第（第 4444 页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在页）所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载，在 3030时的时的u ud d、i id d、i iVT1VT1、i iVD4VD4的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。的波形。并计算此时输出电压和电流的平均值。解：5/29VT1VT2Ta)i2u2idVDaLRVD4udbVD3u2b)0udtttIdIdc)0id0iVT1iVD40iVT2iVD3IdIdd)e)f)g)ttId0iVD0i20ttId输出电压和电流的平均值分别为：Ud 0.9U21cos 0.84U22IdUdU1cosU 0.92 0.842RR2R3 3、单相桥式全控整流电路，、单相桥式全控整流电路，U U2 2100V100V，负载中，负载中R R2 2，L L值极大，反电动势值极大，反电动势E E60V60V，当，当 3030时，试求：时，试求：（1 1）作出）作出 u ud d、i id d和和 i i2 2的波形；的波形；（2 2）求整流输出电压平均值）求整流输出电压平均值 U Ud d、电流、电流 I Id d，以及变压器二次侧电流有效值，以及变压器二次侧电流有效值 I I2 2。解：整流输出电压平均值Ud、电流 Id，以及变压器二次侧电流有效值I2分别为：6/29Ud 0.9U2cos 0.9100Id3 77.94(V)2Ud E77.9460 8.97(A)R2I2 Id 8.97(A)idVT1VT3Tu1i2u2ELaudbVT2VT4Ru20ud0id00i20Ida)ttIdtIdt4 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、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 R R=4=4，电源，电源电压电压 U U2 2=220V=220V，=/3=/3，求：，求：(1)(1)输出直流平均电压和输出直流平均电流；输出直流平均电压和输出直流平均电流；(2)(2)流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值；流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值；(3)(3)流过续流二极管的电流有效值。流过续流二极管的电流有效值。解：（1）电路波形图见第 2 题7/29Ud 0.9U21cos 0.92200.75 148.5(V)2Ud148.5Id 37.125(A)R4（2）IVT123Id2d(t)Id337.1253 21.43(A)（3）ID130Id2d(t)Id3 21.43(A)5 5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a a、b b 两相的自然换相点是同一点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流电吗？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流电路在路在 3030时的时的 u ud d、i iVT1VT1、u uVT1VT1的波形。的波形。解：a、b 两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差多少180 度，见下图。Tu2abVT2cVT1LidudVT3Rudua共阴极换相点共阴极三相半波ubuc0ia共阳极换相点tTu2abVT2cVT1LidudRVT3共阳极三相半波共阳极接法的三相半波可控的整流电路在30时的 ud、iVT1、uVT1的波形如下图8/29uduaubuc0iVT10id0uVT1300ubucuattt0ubaucat6 6、三相半波可控整流电路带大电感性负载，、三相半波可控整流电路带大电感性负载，/3/3，R R=2=2，U U2 2=220V=220V，试计算负载电流，试计算负载电流I Id d，并按裕量系数，并按裕量系数 2 2 确定晶闸管的额定电流和电压。确定晶闸管的额定电流和电压。解：Ud1.17U2cos1.172200.5 128.7(V)IdUd128.7 64.35(A)R2230IVT12Id2d(t)Id3 0.577Id 37.13(A)按裕量系数 2 确定晶闸管的电流定额为：6U22 1077 1200(V)IVT2 47.30 50(A)；电压定额为：1.577 7、三相桥式全控整流电路，、三相桥式全控整流电路，U U2 2100V100V，带阻感性负载，带阻感性负载，R R5 5，L L 值极大，当值极大，当 6060，试，试求：求：（1 1）作出）作出 u ud d、i id d和和 i iVT1VT1的波形；的波形；（2 2）计算整流输出电压平均值计算整流输出电压平均值 U Ud d、电流、电流 I Id d，以及流过晶闸管电流的平均值，以及流过晶闸管电流的平均值 I IdVTdVT和有效值和有效值I IVTVT；（3 3）求电源侧的功率因数；）求电源侧的功率因数；9/29（4 4）估算晶闸管的电压、电流定额。）估算晶闸管的电压、电流定额。解：（1）u2=p/3uaubuc0tuducbuabuacubcubaucaucbuabuac0tid0iVT10tt（2）Ud 2.34U2cos 2.341000.5 117(V)IdUd117 23.4(A)R5Id 7.8(A)3Id313.51(A)I1cos1 0.955cos 0.955*0.5 0.4775IIdVTIVT（3）由功率因数的定义知：（4）按2 倍余量估算，晶闸管的电压定额为：6U22 61002 489.90 500(V)；IVT13.512 2 17.21 20(A)1.571.57晶闸管的电流定额为：8 8、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R R5 5，L L，U U2 2220V220V，X XB B=0.3=0.3，求，求 U Ud d、I Id d、I IVDVD、I I2 2和和 的值，并作出的值，并作出 u ud d、i iVD1VD1和和 i i2 2的波形。的波形。10/29解：三相桥式不控整流电路相当于三相桥式全控整流电路在触发角为0 度时的情况，则Ud 2.34U2cosUUIdddR5mXb60.3Id 2.34U2cosId22代入已知量联立求解上述2 个方程可得：Ud 486.90(V)I 97.38(A)d二极管的电流平均值为：IVDId97.38 32.46(A)332Id 79.51(A)3变压器二次侧电流有效值为：I2由coscos()2XBId6U22XBId6U2可得1cos20.397.386220 0.1084；cos 0.8916；26.93ud、iVD1和 i2的波形的波形如下：u2=0uaubuc0uabuacubcubaucaucbtuabuacud0tiVD10i20tt9 9、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。答：(1)外部条件直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势，其极性与晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压。(2)内部条件变流器直流侧输出直流平均电压必须为负值，即/2，Ud0。以上两条件必须同时满足，才能实现有源逆变。11/291010、什么是逆变失败？如何防止逆变失败？、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，一旦由于触发脉冲丢失、突发电源缺相或断相等原因造成换流失败，将使输出电压Ud进入正半周，与EM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颠覆。为了保证逆变电路的正常工作，必须1）选用可靠的触发器，2）正确选择晶闸管的参数，3）采取必要的措施，减小电路中du/dt 和 di/dt 的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）逆变角 的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。1111、三相全控桥式变流器，已知、三相全控桥式变流器，已知 L L 足够大、足够大、R R=1.2=1.2、U U2 2=200V=200V、E EMM=300V300V，电动机运行，电动机运行于发电制动状态，制动过程中的负载电流为于发电制动状态，制动过程中的负载电流为 66A66A，问此时变流器能否实现有源逆变？，问此时变流器能否实现有源逆变？若能求此时的逆变角若能求此时的逆变角 。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。三相全控桥式变流器处于有源逆变时有：Ud 2.34U2cos 2.34U2cos()（1）而IdUd EMU 300，即66 d，Ud 220.8(V)R1.2将Ud 220.8(V)带入（1）式可得：220.8 2.34200cos()；61.85或118.15 90。1212、三相全控桥式变流器，带反电动势阻感负载，已知、三相全控桥式变流器，带反电动势阻感负载，已知 R R1 1，L L，U U2 2220V220V，L LB B=1mH=1mH，当，当 E EMM400V400V，6060时求时求 U Ud d、I Id d和和 的值，及此时送回电网的有功功率是的值，及此时送回电网的有功功率是多少？多少？解：Ud 2.34U2cosUd EMRmXb6LBId 2.34U2cosId22Id代入已知量联立求解上述2 个方程可得：Ud 290.31(V)I 109.69(A)d2XBId6U220.3142109.69220 6 0.1279由换流重叠角公式可得：coscos()12/29cos(1200)0.1279cos120 0.6279；即8.90送回电网的有功功率为：P EMId Id2R 400109.69109.6921 31.84(kW)。1313、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、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 mm 相全控整相全控整流电路呢？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=1、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6k1（k=1、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=1、2、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2mk1（k=1、2、3）次的谐波，其中主要的是哪2mk1 次谐波。1414、试计算第、试计算第 3 3 题题（单相桥式全控整流电路）（单相桥式全控整流电路）中中 i i2 2的的 3 3、5 5、7 7 次谐波分量的有效值次谐波分量的有效值 I I2323、I I2525、I I2727，并计算此时该电路的输入功率因数。，并计算此时该电路的输入功率因数。解：由第 3 题的解答可知：I2 Id8.97(A)，则I232 2Id2 28.972 2Id2 28.97 2.69(A)；I251.62A33552 2Id2 28.971.15(A)772 2Id2 28.97 8.08(A)I27基波有效值I21输入功率因数I18.08cos1cos 0.90cos30 0.7794。I8.971515、试计算第、试计算第 7 7 题题（三相桥式全控整流电路）（三相桥式全控整流电路）中的中的 i i2 2的的 5 5、7 7 次谐波分量的有效值次谐波分量的有效值 I I2525、I I2727。解：由第 7 题的解答可知：IdUd117 23.4(A)，则R513/29I256Id6Id623.4623.4 3.65(A)；I27 2.61(A)。55771616、三相晶闸管桥式全控整流器接至、三相晶闸管桥式全控整流器接至 10.5kV10.5kV 交流系统。已知交流系统。已知 10kV10kV 母线的短路容量为母线的短路容量为150MVA150MVA，整流器直流侧电流，整流器直流侧电流 I Id d400A400A，触发延迟角，触发延迟角 1515，不计重叠角，不计重叠角，试求：，试求：(1)(1)基波功率因数基波功率因数 coscos 1 1、整流器的功率因数、整流器的功率因数 ；(2)(2)整流侧直流电压整流侧直流电压 U Ud d；(3)(3)有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值；有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值；(4)(4)截止到截止到 2323 次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率。次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率。解：（1）cos1 cos cos15 0.9659 0.955cos1 0.9550.9659 0.9224（2）Ud 2.34U2cos 2.3410.53cos15 13.70(kV)（3）基波电流有效值I216Id6400 311.88(A)总电流有效值I222Id400 326.60(A)33有功功率P S310.5326.600.9224 5478.80(kW)无功功率Q S2P2(310.5326.60)25478.802 2294.13(kVAR)（4）仅含有 6k1（k=1、2、3）次的谐波，I2565Id65400 62.38(A)；I2767Id67400 44.55(A)I2116666Id400 28.35(A)；I213Id400 23.99(A)111113136666Id400 18.35(A)；I219Id400 16.41(A)1717191966Id400 13.56(A)；总谐波畸变率为：2323I217I22314/29ITHDin22322nI21100%62.38244.55228.35223.99218.35216.41213.562100%311.88 28.76%1717、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？、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：晶闸管整流电路的功率因数由畸变因子v和位移因子cos1构成，表达式为：vcos1I1cosI具体而言：由移相触发角和整流电路的结构决定。习题三1.1.（*）一升压换流器由理想元件构成，输入一升压换流器由理想元件构成，输入 U Ud d在在 816V816V 之间变化，通过调整占空比使输出之间变化，通过调整占空比使输出U U0 0=24V=24V固定不变，最大输出功率为固定不变，最大输出功率为5W5W，开关频率，开关频率20kHz20kHz，输出端电容足够大，求使换流器，输出端电容足够大，求使换流器工作在连续电流方式的最小电感。工作在连续电流方式的最小电感。解：由 U0=24V 固定不变，最大输出功率为5W 可知U02242R 115.2P5当输入 Ud为 8V 时U0182Ud D811 D8243输入 Ud为 16V 时U01161Ud D1611 D16243则实际工作时的占空比X 围为：D 由电流断续条件公式可得LD(1 D)2RT2123315/29D(1D)2RT即L 2D(1 D)2在D 12X 围内是单调下降的，在1/3 处有最大值，所以33111(1)2*115.2*D(1 D)RT3320000 0.43mHL 2222 2一台运行在一台运行在 20kHz20kHz 开关频率下的升降压换流器（图开关频率下的升降压换流器（图 3-73-7）由理想元件构成，其中）由理想元件构成，其中L=0.05mHL=0.05mH，输入电压，输入电压 U Ui i=15V=15V，输出电压，输出电压 U U0 0=10V=10V，可提供，可提供 10W10W 的输出功率，并且输出端电的输出功率，并且输出端电容足够大，试求其占空比容足够大，试求其占空比 D D。解：U0 3 3在图在图 3-13-1 所示的降压斩波电路中，已知所示的降压斩波电路中，已知 U Ui i=100V=100V，R R=0.5=0.5，L L=1mH=1mH，采用脉宽调制控制，采用脉宽调制控制方式，方式，T T=20s=20s，当，当 t tonon5s5s 时，试求：时，试求：（1 1）输出电压平均值）输出电压平均值 U UO O、输出电流的平均值、输出电流的平均值 I IO O；（2 2）（*）输出电流的最大和最小瞬时值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？）（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；判断负载电流是否断续；（3 3）（）（*）当）当 t tonon3s3s 时，重新进行上述计算。时，重新进行上述计算。解：（1）U0 DUi5100 25V20U0D10Ui D 0.4V1 DU0Ui1015I0U025 50AR0.5EM0 0E100L0.001 0.002R0.5T（2）m 20*106 0.010.002ton 0.002516/29e1e0.002510.01 0.249 m 0，所以电流连续。e1e1Imax1eE1e0.0025100(m)(0)50.2A0.01R0.51e1ee1Ee0.00251100(m)(0.010)49.8AR0.5e 1e1Imin（3）同（2）U0 DE 3100 15V20U015I0 30AR0.5ton 0.0015e1e0.001510.01 0.149 m 0，所以电流也是连续的。e1e11eE1e0.0015100Imax(m)(0)30.13A0.01R0.51e1ee1Ee0.00151100Imin(m)(0.010)29.9AR0.5e 1e14 4在图在图3-353-35所示降压斩波电路中，已知所示降压斩波电路中，已知E E=600V=600V，R R=0.1=0.1，L L=，E EMM=350V=350V，采用脉宽调制，采用脉宽调制控制方式，控制方式，T T=1800s=1800s，若输出电流，若输出电流 I IO O=100A=100A，试求：试求：（1 1）输出电压平均值）输出电压平均值 U UO O和所需的和所需的 t tonon值；值；（2 2）作出）作出u0、i0以及以及 i iG G、i iD D的波形。的波形。VEiGiDLioR+VD uoMEM-图 3-35 电流型降压斩波电路解：（1）I0U0 EMU0 I0R EM1000.1350 360VR17/29U0tonU360E ton0T 1800 1080sTE600（2）各点波形见下图：IGtonU0tofftEI0tIDtt5 5升压斩波电路为什么能使输出电压高于电源电压？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器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：U06 6在图在图 3-43-4 所示的升压斩波电路中，已知所示的升压斩波电路中，已知 U Ui i=50V=50V，L L 值和值和 C C 值极大，值极大，R R=20=20，采用脉宽调，采用脉宽调制控制方式，当制控制方式，当 T T=40s=40s，t tonon25s25s 时，计算输出电压平均值时，计算输出电压平均值 U UO O和输出电流的平均值和输出电流的平均值 I IO O。解：U01Ui1 D11Ui50 133.33Vton10.6251T1Ui。1 DI0U0133.33 6.67AR207 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 X X 围。围。答：降压斩波电路的输出电压X 围：U0 0 Ui；升压斩波电路的输出电压X 围：U0Ui，应避免 D 接近于 1；18/29升降压斩波电路的输出电压X 围（仅大小）：U0 0 ，应避免 D 接近于 1。8 8在图在图 3-73-7 所示升降压斩波电路中，已知所示升降压斩波电路中，已知 U Ui i=100V=100V，R R=0.5=0.5，L L 和和 C C 极大，试求：极大，试求：（1 1）当占空比）当占空比 D D0.20.2 时的输出电压和输出电流的平均值；时的输出电压和输出电流的平均值；（2 2）当占空比）当占空比 D D0.60.6 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。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。解：（1）U0 UD0.225Ui 100 25V；I00 50A1D10.2R0.5（2）U0 UD0.6150Ui 100 150V；I00 300A1 D10.6R0.5P U0I0(150)(300)45kW9 9试说明升降压斩波电路（试说明升降压斩波电路（Buck-BoostBuck-Boost）与）与 CukCuk 斩波电路的异同点。斩波电路的异同点。答：两个电路实现的功能是一致的，均可方便地实现升降压斩波，Cuk 斩波电路较为复杂，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连续的，输出电压纹波较小，便于滤波，在特定应用场合有应用。1010在单相交流调压器中，电源电压在单相交流调压器中，电源电压 U U1 1=120V=120V，电阻负载，电阻负载 R R=10=10，触发角，触发角 =90900 0，试计，试计算：负载电压有效值算：负载电压有效值 U UO O、负载电流有效值、负载电流有效值 I IO O、负载功率、负载功率 P PO O和输入功率因数和输入功率因数 。解：Uo1112(2U sint)d(t)Usin2120sin290011222 84.85VI0U084.858.49AR10P U0I0 84.858.49 720.38WP720.38 0.707S1208.491111一电阻性负载加热炉有单相交流调压电路供电，在一电阻性负载加热炉有单相交流调压电路供电，在 0 00 0时位输出功率最大值，试求时位输出功率最大值，试求输出功率分别为输出功率分别为 8080及及 5050最大功率时的触发角最大功率时的触发角 。19/29U02U121解：输出功率：P(sin2)RR2当：P 0.8PmaxU12 0.8R即：1sin2 0.8 sin(2)2 0.4 1.2566，得：60.542（注意上式中应用弧度计算）又当：P 0.5Pmax即：1212一晶闸管单相交流调压器带阻感性负载，电源电压为一晶闸管单相交流调压器带阻感性负载，电源电压为 220V220V 的交流电源，负载的交流电源，负载 R R=10=10，L L=1 1mHmH，试求：，试求：（1 1）触发角）触发角 的移相的移相 X X 围；围；（2 2）最大负载电流的有效值；）最大负载电流的有效值；（3 3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数；）最大输出功率及此时电源侧的功率因数；（4 4）当）当 90900 0时，晶闸管电流的有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。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：（1）负载阻抗角为：arctan(为：1.8 180（2）当触发角为1.8时，输出电压最大，负载电流也达到最大，即U1(L)R221sin2 0.5 sin(2)2，得：902LR)arctan(3140.001)1.8，所以触发角的移相 X 围10Imax220(3140.001)1022 21.99A（3）Pmax Imax2R 21.99210 4835.60W；cos cos1.8 0.9995（4）当触发角 900时，先计算晶闸管的导通角tan1.8由式（336）得：sin(901.8)sin(901.8)e，解上式可得导通角。20/29也可查图 330 得出估计值，方法是：因1.8，所以负载可认为是纯电阻负载，当 900时，导通角为 900，使计算简化U0U1U1sin(2)sin(22)1155.56V，2U0(L)R22I0155.56(3140.001)102215.55AU01 0.707U121313某单相反并联调功电路，采用过零触发。电源电压某单相反并联调功电路，采用过零触发。电源电压 U U1 1=220V=220V，电阻负载，电阻负载 R R=1=1，控制，控制的设定周期的设定周期 T TC C内，使晶闸管导通内，使晶闸管导通 0.3s0.3s，断开，断开 0.2s0.2s，使计算送到电阻负载上的功率与假定晶，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。闸管一直导通时所送出的功率。解：假定晶闸管一直导通时，所送出的功率为：PmaxU122202 48.4kWR1晶闸管导通 0.3s，断开 0.2s，送到电阻负载上的功率为：P N0.3Pmax48.4 29.04kWM0.20.31414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？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。交流调压电路广泛用于灯光控制以及异步电机的软启动，也可用于异步电机的小X 围调速，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本低；交流调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。21/291515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？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。用一对反并联的晶闸管时，必须对 2 个晶闸管采用分别触发控制，2 个晶闸管的触发脉冲波形对称、互差180度；而采用双向晶闸管，控制脉冲只需一路，脉冲间隔也是180 度。另外对于大功率场合由于双向晶闸管的容量限制，普遍采用一对晶闸管反并联结构。1616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？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：1）负载接成内三角形的三相交流调压电路，每一相都可以当作独立的单相交流调压电路进行控制，只是这时的每相负载的电压为交流输入的线电压。三相负载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3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。1717什么是什么是 TCRTCR？什么是？什么是 TSCTSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？它们的基本原理是什么？各有何特点？答：TCR（Thyristor Controlled Reactor）是晶闸管控制电抗器的简称；TSC（Thyristor SwitchedCapacitor）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。通过对晶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，从而能够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器（FC），这样就可以在容性到感性的X 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，但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。习题四习题四1 1无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？无源逆变电路和有源逆变电路有什么区别？22