王兆安四版电力电子技术课后习题答案.pdf

目 录第 1章电力电子器件.1第 2章整流电路.4第 3章直流斩波电路.20第 4章 交流电力控制电路和交交变频电路.26第 5章逆变电路.31第 6章 制技术.35第 7章软开关技术.40第 8章组合变流电路.42第 1 章电力电子器件L 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：冰X）且 K f t2 .维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。3 .图 1-4 3 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为A 试计算各2n解：a）5c)得 4L4 .上题中如果不考虑安全裕品，问 1 0 0 保勺晶闸管能送出的平均电流入 小 瓜各为多少？这时,相应的电流最大值焉、几得各为多少?解：额定电流/T（W=100A的晶闸管，允许的电流有效值Z=157A由上题计算结果知4a)1=329.35,Z产 0.2717 工 产 89.480.4767坊儿 232 90,S 0.5434&=126 560.6741c)Za=2 I =3141加=-4=78.55.GI。和 普 通 晶 闸 管 同 为 构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO和普通晶闸管同为R 8结构，由RNB和NRN构成两个晶体管Y、Y,分别具有共基极电流增益必 和，由普通晶闸管的分析可得，药M J T是器件临界导通的条件。名 讨2 L两个等效晶体管过饱和而导通；药 位2 1，不能维持饱和导通而关断。GIO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1）GTO在设计时a 2较大，这样晶体管Y控制灵敏，易于GK）关断；3 GK）导通时的因R M更接近于L普通晶闸管四 讨2 21 1 5,而GK）则为 虫与=1 05）GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3）多元集成结构使每个GK）元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使 得R极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。6.如何防止电力MSFET因静电感应应起的损坏？答：电力M8FEI的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。NCSFEItl勺输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过 20的击穿电压，所以为防止NCSFET因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点：一般在不用时将其三个电极短接；装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必须接地；电路中，栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。7.KBE GIR GK）和电力IXCSFEItl勺驱动电路各有什么特点？答：IGKR区动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，ICBT是电压驱动型器件，1的|勺驱动多采用专用的混合集成驱动器。GIR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。由区动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力NC6FET驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。&全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？试分析RB缓冲电路中各元件的作用。答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，d/l减过电流和d/a。减小器件的开关损耗。ROD缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，C经我放电，R起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经V2从C分流，使出“a t减小，抑制过电压。9.试 说 明KBI：GIR GIO和电力NOSFET各自的优缺点。解：对IGBI GIR GK而 电 力ND8FEI的优缺点的比较如下表:器 件优 点缺 点ICBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小开关速度低于电力NC6EEI；电压，电流容量不及GTOGIR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题GIO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低电 力NCSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10RV的电力电子装置第 2 章 整 流 电 路1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，&2 0 祖 岳=1 0 0 Y 求当a=。和 6 6 时的负载电流L,并 画 出 3与。波形。解：a=C时，在电源电压，的正半周期晶闸管导通时，负 载 电 感 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压a的负半周期，负载电感Z 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u的一个周期里，以下方程均成立:L-42U2sin(a考虑到初始条件：当-0时 4 0 可解方程得：i.=-(1 一 cos cot)coL警(j s d 3)庖2a)L=2 2.5 1 9u 与匕的波形如下图:当a=6。时，在 u 正半周期8 6 期间晶闸管导通使电感 储能，电 感 Z 储藏的能量在“负半周 期 1 8 C T3()G 期间释放，因 此 在“一个周期中6 0 1不 0(?期间以下微分方程成立：Lsin cotdt 2考虑初始条件：当U6 6 时 z,=0 可解方程得：.亚/,J 、J =产(丁 cos at)a)L 2其平均值为，巫(L c s a)d(汨 9旬.25竹2万号 coL 2 2coL此 时 M与。的波形如下图:2 图 2 V 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：晶闸管承受的最大反向电压为2 同2；当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。以晶闸管VE为例。当 VG 导通时，晶闸管VG 通 过 VI；与 2 个变压器二次绕组并联，所 以 VI 承受的最大电压为2 同2。当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角 相同时，对于电阻负载：（赤）期间无晶闸管导通，输出电压为G （a 不）期间，单相全波电路中VE导通，单相全控桥电路中VK、VE导通，输出电压均与电源电压U相等；i G+a）期间，均无晶闸管导通，输出电压为 +a-2”）期间，单相全波电路中VE导通，单相全控桥电路中V R VE导通，输出电压等于&对于电感负载：（a-n +a）期间，单相全波电路中VI；导通，单相全控桥电路中V K VG 导通，输出电压均与电源电压“相等；G+a-2 t +a）期间，单相全波电路中VC 导通，单相全控桥电路中 V R VE导通，输出波形等于 必可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。3.单相桥式全控整流电路，U=1 0 0 V负载中4 观,上 值 极大，当a=3 0时，要求：作出外氏 和 区 的 波形;求整流输出平均电压u电 流 L,变压器二次电流有效值Z;考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：公 八 和 的波形如下图：输出平均电压 电 流 4变压器二次电流有效值上分别为3 0.9 cost=ft 9X 100 x cos3(J=77.97(VZ=77.97/2=38 99(AZ=Z=38 99(为晶闸管承受的最大反向电压为：V 2 1 IOOA/2 =141.4(V考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：&=(/)x 141.4=283-424(V具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：1 1=%/&=27.57(今晶闸管的额定电流为：g(1.门 X 27.57/1.51=2635(4具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下：5.单相桥式全控整流电路，i l O O Y负载中诙,砥 极 大，反 电 势 登0Y当 TG时，要求:作 出 外 讲U郝)波形；求整流输出平均电压 电 流L,变压器二次侧电流有效值L-,考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：出 和的波形如下图：整流输出平均电压U电 流L,变压器二次侧电流有效值上分别为U=0.9U cost=0.9 X 1 0 0 X cos3 0 =77.9 7 3L=(U-(77.9 7-60/2=9%i=久=9料晶闸管承受的最大反向电压为：41 U=1 0(h/2 =1 41.4(V流过每个晶闸管的电流的有效值为：-4/亚=6 3 6(冷故晶闸管的额定电压为：&=(T 1)X 1 4L 2 8 r l2 4(V晶闸管的额定电流为:(1.51 X 6.36/1.57=6-8晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。6 晶闸管串联的单相半控桥（桥 中 VI?、WG为晶闸管），电路如图2 11所示，出 100Y 电阻电感负载，曲,直很大，当WG时求流过器件电流的有效值，并 作 出 出 人 加 金 的 波 形。解：好认加 珀 J波形如下图：负载电压的平均值为：Ud=-同2 sin a d（力）=0.9（/2。醯（=67 5 （7T 32负载电流的平均值为:If=U/忌 67.52/2=33.75(月流过晶闸管VR VE的电流有效值为：流过二极管VX VD的电流有效值为：7.在三相半波整流电路中，如 果 a 相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电 压”的波形。解：假设a =o ,当负载为电阻时，4的波形如下：当负载为电感时，出的波形如下:&三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图2yo所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加1密问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？图2T5 0变压器二次绕组的曲折接法及其矢用:图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内：当ac对应的晶闸管导通时，a的电流向下流，Q的电流向上流；当c位对应的晶闸管导通时，c,的电流向下流，b的电流向上流；当 对 应 的 晶 闸 管 导 通 时，b,的电流向下流，及的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各 为12G）由电流流过,流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。9 .三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，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？答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a,b两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差1 8 0。1 0 .有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是，那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同相来说，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相 差1 8 0。1 1 .三相半波可控整流电路，殳1 0 0 Y带电阻电感负载，2，Z值极大，当 iG时，要求：画 出 张 和面的波形；计 算a4而和品。解：公 讲口面的波形如下图：人心和即分别如下U=1.1 7 6 f c os=1.1 7 X 1 0 0 X C O S 6 0 =5&5 (VZ=U/4 5&5/5=1 1.7(A L/3=1 1.7/A 3.9(AZT=Z/V 3 =6 7 5 5 (A12在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压四波形如何？如果有个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响?答：假 设V T不能导通，整流电压。波形如下:假 设V T被击穿而短路，则当晶闸管V G或V G导通时，将发生电源相间短路，使得V E也可能分别被击穿。1 3 .三相桥式全控整流电路，00Y带电阻电感负载，居G,Z值极大，当 WG时，要求:画 出瓜力和面的波形；计 算q 4而和h解：益力和面的波形如下：4而和而分别如下U=1 3 4 f/c os=2 3 4 X 1 0 0 x c os6 0 =1 1 7 (VZ=U!R=1 1 7/S=2 3.4 (AM=A 2 3.4/3=7.8 (冷ZT=l/V 3 =2 3.4/V 3 =1 3.5 1 (A1 4 .单相全控桥，反电动势阻感负载，代。，后 8,后=W Y 6 =1 0 0 V XL 5nH当=6 G时 求U./与 的数值，并画出整流电压u的波形。解：考虑却寸，有：U=0.9 Z 7 c osx-A UA U=2 XL/nh=(U-5 /R解方程组得：U=5 RQ 9 f Z c osr+2 X8 /(兀舟 4 =4 4 5 5 (2A f t 4 5 5 (VZ=4 5 5 (目又；c osa-c os(a+y)=V 2 7dXB/u即得出C O S(6 0 +/)=0.4 7 9 8换流重叠角=6 1.3 5 60=1.33最后，作出整流电压防勺波形如下：1 5.三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，3 1 0 0 Y 代 n,上 8,blnH求当年5 0 V H 寸 以人 的值并 作 出 u与 说 和 由的波形。解：考 虑 闻寸，有：U=1.1 7 t/c os-=1 0 料0.5-S i 哟 二Wj0.5八 0.0015 1_211-0 1e0 0,-!100=9.8 7 3 80.54.简 述 图 3-2 a 所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假设电路中电感Z 值很大，电容口直也很大。当 V 处于通态时，电 源 晌 电 感 Z 充电，充电电流基本 恒 定 为 A 同时电容C Jt 的 电 压 向 负 载 碘 电，因 砥 很 大，基本保持输出电压为恒值以设V 处于通态的时间为.此阶段电感Z 上积蓄的能量为口/所。当 V 处于断态时所口旗同向电容0E电并向负载田是供能枇。设 V 处于断态的时间为&“，则在此期间电感Z 释放的能量为(U。当电路工作于稳态时，一个周期冲电感硼蓄的能量与释放的能量相等，即：&=仇一硕心化简得:U on+offoffTE=Eoff式中的T/o f f 1 ,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压新波电路。5.在 图3-2a所示的升压斩波电路中，已知层=50；Z值 和 庵 极 大，庐2（R,采用脉宽调制控制方式，当 奏4。$%=2袅s时，计算输出电压平均值U,输出电流平均值L解:输出电压平均值为:T 40U =E=-X 50=133.3 W 40-25输出电流平均值为:U。133.3=-=6.667 0R 206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X,方向如图 I中所示。同时，电容0隹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k,方向如图 M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 晒 电 感L两端电压谢时间的积分为零，即=0当V处于通态期间，a=耳 而 当V处于断态期间，u=一%于 是：E ,，on=Z o ff所以输出电压为：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（X 1 2时为降压，当1/ud ”=0U u 力 ”=0由以上两式即可得出L E，o f fZ e t a电路的原理图如下：在V导通以期间,出=E112=E&1 在V关断或期间3=如心=IL当电路工作于稳态时，电感4 A的电压平均值均为零，则下面的式子成立E tff=0（F u u：）*u ttf=0由以上两式即可得出LEoff&分析图3-7a所示的电流可逆斩波电路，并结合图-7 b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向。解：电流可逆斩波电路中，V和VD构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限；Y和VD构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限。图3-7b中，各阶段器件导通情况及电流路径等如下：V关断，导通，向电源回馈能量V导通，电源向负载供电：EY关断，AD续流：E_M导通，A上蓄能：E _V,1v，J=上*干1VD4卜 申，v2 J 2 2 2 =3*4半邛 J审后从之 国;L R,；v J器斗。僧EM9.对 于 图 3-8所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，并绘制相应的电流流通路径图，同时标明电流流向。解：需使电动机工作于反转电动状态时，由 Y和 D 构成的降压斩波电路工作，此 时 需 要 Y保持导通,与 Y和 D 构成的降压斩波电路相配合。当 Y导通时，电源向M共电，使其反转电动，电流路径如下图:当 Y关断时，负载通过D续流，电流路径如下图:10.多相多重斩波电路有何优点？答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高。第4章交流电力控制电路和交交变频电路1.一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在a=0时输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的8%50时的开通角a。解：a=0时的输出电压最大，为此时负载电流最大，为“omax因此最大输出功率为4 a x=Z m/ma x=曳R输出功率为最大输出功率的8州寸，有:P=0.8P。omIlluaXx=此时,又由U0=U-si-n-2-a+-兀-a2兀兀解得a=60.54同理，输出功率为最大输出功率的5仍时，有：u0=际U 又由U0=U-si-n-2-a+-n-a2万兀a=902 单相交流调压器，电源为工频220Y阻感串联作为负载，其 中 代0.G,b 2 n H试求：开71通角a的变化范围；负载电流的最大有效值;最大输出功率及此时电源侧的功率因数;当a ）时,2晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。解：负载阻抗角为:coLi f=a r c t a n(-)=a r c t a nR24x50 x2x10-30.5)=0.8 9 8 6 g 5 1.4 9开通角a的变化范围为:即0.8 9 8 6 4 ,故称恒流放电阶段。在G,电 压3下降到零之前，V I；一直承受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间G,就能保证可靠关断。“”降到零之后在U相负载电感的作用下，开始对G,反向充电。如忽略负载中电阻的压降，则在小7时刻后，二极管也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A l6 c所示。随着G,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，承受反压而关断，二极管换流阶段结束。之后，进 入V K V E稳定导通阶段，电流路径如图5-1 6 d所示。&逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合？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，并联多重是把儿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得多重化。第6章P W腔制技术1 .试说明I W腔制的基本原理。答：R啊控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。在采样控制理论中有一条重要的结论：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，冲量即窄脉冲的面积。效果基本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加腔制为例。把正弦半波分成储份，就可把其看成是彼此相连的脉冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于#/Y但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数用的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就 得 到WM波形。各R W脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，R麟皮形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到WM波形。可见，所得到的波形和期望得到的正弦波等效。2 .设图 I 中半周期的脉冲数是5,脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。解：将各脉冲的宽度用，（4L 2,3,4,5）表示，根据面积等效原理可得3.单极性和双极性周制有什么区别？三相桥式R取理逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直T Cf 4 sin a d cosdyri:1y-=-=0.0 9 5 4 9 (r a(J =0.3 0 4 0 (n s)2Um 2。F Um sin 勿d 空5 COS 0t 52 -=-=0.2 5 0 0 (r a d)=Q 7 9 5 8 (n s)2 4 2三53 乃UmSin 仍d a 迈5 COS COt 53 =-=-=0.3 0 9 0 (r a c j=0.9 8 3 6 f n s)2 U m 2 现54 万4=-=2 =0.2 5 0 0 (r a =0.7 9 5 8 (n s)2m汇 *sin GJ td MS -=!=0.0 9 5 5 (r a =0.3 0 4 0 (n s)2%流电源中点的电压）和线电压SIW被形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性RW控制方式。三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的RW1波形在半个周期中有正、有负，则称之为双极性NW腔制方式。三相桥式IW理逆变电路中，输出相电压有两种电平：Q 5阴口 5以输出线电压有三种电平Uo.-a4.特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有10个开关时刻（不 含0和 时刻）可以控制，可以消去的谐波有几种？答：首先尽量使波形具有对称性，为消去偶次谐波，应使波形正负两个半周期对称，为消去谐波中的余弦项，使波形在正半周期前后 3周期以/2为轴线对称。考虑到上述对称性，半周期内有5个开关时刻可以控制。利用其中的1个自由度控制基波的大小，剩余的4个自由度可用于消除4种频率的谐波。5.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中，通常保持载波频率 固定不变，因而当信号波频率侬化时，载波比人是变化的。异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，WM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后小周期的脉冲也不对称。这样，当信号波频率较低时，载波比A较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后3 周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，破形接近正弦波。而当信号波频率增高时，载波比A减小，一周期内的脉冲数减少，WM脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生RWI脉冲的跳动。这就使得输出RBM波和正弦波的差异变大。对于三相PW逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。载波比人等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。同步调制的主要特点是：在同步调制方式中，信号波频率变化时载波比人不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率/也很低。/过低时由调制带来的谐波不易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的载波频率/会过高，使开关器件难以承受。此外，同步调制方式比异步调制方式复杂一些。分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。其优点主要是，在高频段采用较低的载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范围内。而在低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。6什么是S R W I波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？答：规则采样法是一种在采用微机实现时实用的F W M波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是：取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使 每 个WM脉冲的中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的S W M波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。7.单相和三相SRW形中，所含主要谐波频率为多少？答：单 相SRW形中所含的谐波频率为：:七ko）、式中，片1,3,5,时，2,4；启4,6,时，g 3,5,在上述谐波中，幅值最高影响最大的是角频率为，的谐波分员。三 相S W W跛形中所含的谐波频率为：1 4 ka）r式中，上4,3,5,时，k=6(2 m-l)1,淅1,2，；7 7=2,4 6 时，k=6 m+16 m -1m=0,1,-m 1,2,在上述谐波中，幅 值 较 高 的 是e 2，和 2 c&如何提高变电路的直流电压利用率?答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率。对于三相R WI逆变电路，还可以采用线电压控制方式，即在相电压调制信号中叠加3的倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效地提高直流电压利用率。9.什么是电流跟踪型R W流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？答：电流跟踪型R飒变流电路就是对变流电路采用电流跟踪控制。也就是，不用信号波对载波进行调制，而是把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过二者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输由跟踪电流的变化。采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点：硬件电路简单；属于实时控制方式，电流响应快；不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；与计算法和调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多；采用闭环控制。1 0.什么是IVJ灌流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？答：R科整流电路就是采用RAM控制的整流电路，通过对网 整流电路的适当控制，可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位，功率因数接近L相控整流电路是对晶闸管的开通起始角进行控制，属于相控方式。其交流输入电流中含有较大的谐波分量，且交流输入电流相位滞后于电压，总的功率因数低。1W罐流电路采用SNM控制技术，为斩控方式。其基本工作方式为整流，此时输入电流可以和电压同相位，功率因数近似为LRWI整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，即既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能吊:；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。而且，这两种方式都可以在单位功率因数下运行。此外，还可以使交流电流超前电压90,交流电源送出无功功率，成为静止无功功率发生器。或使电流比电压超前或滞后任一角度。1 1.在WM整流电路中，什么是间接电流控制？什么是直接电流控制？答：在RW整流电路中，间接电流控制是按照电源电压、电源阻抗电压及RWI整流器输入端电压的相量关系来进行控制，使输入电流获得预期的幅值和相位，由于不需要引入交流电流反馈，因此称为间接电流控制。直接电流控制中，首先求得交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，经过比较进行跟踪控制，使输入电流跟踪指令值变化。因为引入了交流电流反馈而称为直接电流控制第7章软开关技术1.高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高关频率可以减小变压器的体积和重量？答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化，轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使流除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，44-f-N B S,当频率偎高时，可减小N 醪数值，从而减小了变压器的体积和重量。2软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样子的？各有什么特点？答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零 开 关RW1电路和零转换WM电路。准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。零电压开关准谐振电路的基本开关单元 零电流开关准谐振电路的基本开关单元零开关FVM电路：这类电路中引入辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过程前后,此电路的电压和电流基本上是方波，开关承受的电压明显降低，电路可以采用开关频率固定的控制方式。零电压开关RW1电路的基本开关单元 零电流开关WM电路的基本开关单元零 转 换FVM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小。零电压转换电路的基本开关单元 零电流转换WM电路的基本开关单元3.在移相全桥零电压开关WM电路中，如果没有谐振电感L,电路的工作状态将发生哪些变化，哪些开关仍是软开关，哪些开关将成为硬开关？答：如果没有谐振电感L,电路中的电容G,仁与电感Z仍可构成谐振电路，而电容Cs,将无法与心构成谐振回路，这样，鼻、S4将变为硬开关，、3仍为软开关。4.在零电压转换RM电路中，辅助开关S和二极管也是软开关还是硬开关，为什么？答：在S开通时，不等于零；在S关断时，其上电流也不为零，因 此S为硬开关。由于电感人的存在，s开通时的电流上升率受到限制，降低r s的开通损耗。由于电感上的存在，使的电流逐步下降到零，自然关断，因此D为软开关。第8章组合变流电路1.什么是组合变流电路？答：组合变流电路是将某几种基本的变流电路（皎00 Q D Q PC/PC.Q D Q组合起来，以实现一定新功能的变流电路。2试阐明图8-1间接交流变流电路的工作原理，并说明该电路有何局限性。答：间接交流变流电路是先将交流电整流为直流电，在将直流电逆变为交流电，图8-1所示的是不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路。该电路中整流部分采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力，这是它的一个局限。图中逆变电路的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，导致电容电压升高。由于该能量无法反馈回交流电源，故电容只能承担少量的反馈能量，这是它的另个局限。3.试分析图8-2间接交流变流电路的工作原理，并说明其局限性。答：图8-2是带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路，它是在图8-1的基础上，在中间直流电容两端并联一个由电力晶体管Y和能耗电阻R组成的泵升电压限制电路。当泵升电压超过一定数值时,使Y导通，把从负载反馈的能量消耗在R上。其局限性是当负载为交流电动机，并且要求电动机频繁快速加减速时，电路中消耗的能见较多，能耗电阻R也需要较大功率，反馈的能量都消耗在电阻上，不能得到利用。4.试说明图I 间接交流变流电路是如何实现负载能量回馈的。答：图8-3为利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路，它增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态。当负载回馈能量时，中间直流电压上升，使不可控整流电路停止工作，可控变流器工作于有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过可控变流器将电能反馈回电网。5.何 为 双R W路？其优点是什么？答：双RM电路中，整流电路和逆变电路都采用FVM控制，可以使电路的输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，中间直流电路的电压可调。当负载为电动机时，可工作在电动运行状态，也可工作在再生制动状态；通过改变输出交流电压的相序可使电动机正转或反转，因此，可实现电动机四象限运行6什么是变频调速系统的恒压频比控制？答：即对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定。这样可维持电动机气隙磁通为额定值，使电动机不会因为频率变化而导致磁饱和和造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低。7.何 为LPS试说明图8-11所 示UPS系统的工作原理。答：LPS是指当交流输入电源发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置，即不间断电源。图8-11为用柴油发电机作为后备电源的哨其工作原理为：一旦市电停电，则蓄电池投入工作，同时起动油机，由油机代替市电向整流器供电，整流后再通过逆变器逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电，市电恢复正常后，再重新由市电供电。因为蓄电池只作为市电与油机之间的过渡，柴油发电机作为后备电源，所以此系统可保证长时间不间断供电。&试分析正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受的最大电压。解：正激电路和反激电路中的开关和整流二极管在工作时承受最大电压的情况如卜表所示:开 关S整流二极管XD正激电路N(UN2U反激电路*thL 4N?N2-w N19.试分析全桥、半桥和推挽电路中的开关和整流二极管在工作中承受的最大电压，最大电流和平均电流。答：以下分析均以采用桥式整流电路为例。全桥电路:最大电压最大电流平均电流开 关su-liNN,L2M整流二极管以u&z.12半桥电路:最大电压最大电流平均电流开 关SU-1ArN、N?r2M整流二极管N2U2M1一I l2推挽电路：（变压器原边总匝数为2A5最大电压最大电流平均电流开 关S2 aM-hI Nz Z,j2N1整流二极管N2u1一 J d210.全桥和半桥电路对驱动电路有什么要求？答：全桥电路需要四组驱动电路，由于有两个管子的发射极连在一起，可共用一个电源，所以只需要三组电源；半桥电路需要两组驱动电路，两组电源。11.试分析全桥整流电路和全波整流电路中二极管承受的最大电压，最大电流和平均电