1、1现代电力电子技术课程习题1、简答题1）单相半波可控整流电路的负载为感性负载：L=20mH，R=10，电源电压为 100V，频率为50Hz，求负载电流平均值，并画出输出电压和电流的波形。2）请说明单相半波可控整流电路（负载为感性负载）时，触发角同阻抗角的关系。3)说明单相全桥整流电路和带中心抽头的双半波（全波）整流电路的差异及适用条件。4）为什么相控整流电路的输入电流的基波分量滞后与输入电压？5）以三相半波全控整流电路（阻性负载）为例，画出考虑变压器漏感时整流电路输出电压，并分析原因。2、计算如图所示波形的三次、五次、七次谐波的有效值。 A-A6203、填空1）选用晶闸管的额定电压值应比实际工
2、作时的最大电压大倍，使其有一定的电压裕量。2）选用晶闸管的额定电流时，根据实际最大电流计算后至少还要乘以。3）单相半波可控整流电路，当电感性负载接续流二极管时，控制角的移相范围为。4）在反电动势负载时，只有的瞬时值大于负载的反电动势，整流桥路中的晶闸管才能随受正压而触发导通。5）把晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度称为。6）触发脉冲可采取宽脉冲触发与双窄脉冲冲触发两种方法，目前较多是触发方法。7）由于电路中共阴极与共阳极组换流点相隔 60o，所以每隔 60o 有一次。8）在三相半波可控整流电路中，电阻性负载，当控制角时，电流连续。9）三相桥式全控整流电路，电阻性负载，当控制角时，电流连续。
3、210）三相桥式可控整流电路适宜在电压而电流不太大的场合使用。4、为什么可控整流电路的输出端不能直接并接滤波电容？那么合理的滤波形式应该是什么样子？答：整流电路直接并接电容经滤波后再输出，晶闸管刚一触发导通就有很大的电容充电电流流过晶闸管，电流的大小由电源电压与电容电压之差及电源回路的阻抗大小决定。当电源阻抗较小时，冲击电流很大，可能超过晶闸管开通时允许的电流上升率，所以可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波。合理的形式：在输出端并接滤波电容并同时必须并接负载。5、为什么相控整流电路中（0） ，网侧电流的基波分量是滞后于网侧电压的？答：一般电路负载均呈感性。在相控整流电路中，当开关在某一时刻
4、（0）导通时，电源电压（此时 u0）立刻被加到感性负载上，由于电感的存在，负载电流不能突然上升，而是从零开始上升。因此电流相位滞后电压相位。6、如图题 3 所示，当晶闸管未导通时，两只晶闸管按什么原则分配电压？在开通过程又是按什么原则分配电压？答：未导通时，电路流过的电流几乎为零，与 T1、T2 的断态阻值相比，R 的阻值忽略，T1、T2 上的管压降均为 E/2。导通时，T1、T2 上的管压降为其本身的通态压降。7、在高频低压大电流整流电路（图题 2.11）中，选择下面哪一种电路好？为什么？R（a） （b）T2T1E+- R图 题 3 R图 题 43答：图（b）好。原因：（1）所用的开关器件少
5、，总的开关损耗小。8、我们所谈论的“电力公害”是指什么?并简述改善的措施。答：电力公害：指基于传统相控整流技术的电力电子装置存在网侧功率因数低以及投网运行时向电网注入谐波电流两大问题。其中，网侧功率因数低将给电网带来如下坏处：（1）增加了电网的无功损耗与线路压降，严重时将造成局部网络电压波动；（2）引起电网的谐波损耗；（3）谐波电流在传输线上流动将引起传导和射频干扰，造成对他敏感的电子仪器和设备、继电器以及通信线路等的谐波干扰危害。改善措施：传统的抑制网侧谐波电流的办法如下：（1）在整流装置的输入侧附设有针对性的滤波器；（2）在网侧投入无功补偿装置；（3）增加整流相数；（4）尽量设法让整流装置
6、工作在 比较小的状况下；（5）利用多重化技术进行波形叠加，以消除某些低次谐波；（6）利用有源滤波技术。新一代整流电路采用场控高频自关断器件，放弃传统的相控整流方案，代之以高频调制原理，通过适当的控制策略，使网侧电流遵循正弦波变化规律，具体如下：（1）对于不可控整流电路，可在它的输出端加上一个升压斩波电路同时配以适当的控制；（2）对于三相可控整流电路，可采用自关断器件，如 IGBT 作为开关，并使调制频率提高到 1020KHz,并配以适当控制；改善相控整流电路网侧功率因数的措施：（1）控制熄灭角（2）控制对称角（3）采用脉宽调制技术9、综述抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。答：传统的抑制网侧谐
7、波电流的办法如下：（1）在整流装置的输入侧附设有针对性的滤波器；（2）在网侧投入无功补偿装置；（3）增加整流相数；（4）尽量设法让整流装置工作在 比较小的状况下；4（5）利用多重化技术进行波形叠加，以消除某些低次谐波；（6）利用有源滤波技术。新一代整流电路采用场控高频自关断器件，放弃传统的相控整流方案，代之以高频调制原理，通过适当的控制策略，使网侧电流遵循正弦波变化规律，具体如下：（1）对于不可控整流电路，可在它的输出端加上一个升压斩波电路同时配以适当的控制；（2）对于三相可控整流电路，可采用自关断器件，如 IGBT 作为开关，并使调制频率提高到 1020KHz,并配以适当控制。10、综述改善
8、相控整流电路网侧功率因数的措施。答：（1）控制熄灭角。方法：保证开关器件在电源电压过零时被激励，通过控制熄灭角 改变整流输出电压，原理：补偿电网中的滞后无功。（2）控制对称角。使网侧电流的基波分量总是与电源电压同相。（3）采用脉宽调制技术：既可以提高网侧功率因数，又可以降低或者消除网侧电流中的低次谐波。11、AC/AC 变换器中的晶闸管的关断条件同整流电路的一样吗？答：相控整流电路（强迫环流方式的除外）属自然关断方式，采用电网换流方式。采用逆阻型晶闸管作为电路的开关元件时，大多数的AC/AC变换均采用电网换流方式。自然关断方式，即：电路在工作过程中，晶闸管中的电流总会出现自然过零，尔后，器件又
9、自动加上反向电压而关断。晶闸管关断条件：通过晶闸管的电流下降到维持电流以下，在管子的两端加以反压并保持所需的关断时间。12、为什么AC/AC变换器主要应用于低于同步转速1/3以下的变频调速系统？答：电网换流的AC/AC变换器的输出上限频率不高于电源频率的1/3-1/2，因为过高的输出频率将带来谐波增加的坏处。而转速 n=60f/p,正比于输出频率，由于频率的限制而使AC/AC变换器主要应用于低于同步转速1/3以下的变频调速系统。13、简述如何减小AC/AC变换器输出侧的谐波。答：AC-AC变换器电路输出电压的谐波频谱是非常复杂的，它既和电网频率f i以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率f 0
10、有关；另外，采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将使输出电压中增加五次、七次谐波。针对上述几个影响因素，制定减小AC-AC变换器输出侧谐波的方案，提高电网频率f i、变流电路脉波数，以及降低输出频率f 0均可减小AC-AC变换器输出电压的谐波。514、AC/AC 变换器中，能否使用自关断器件？并请举例说明。答：可以。AC/AC 变换器实际上是由正组（P）双半波变流器和负组（N）双半波变流器反并联组成的。高频工作方式：在一个电源电压半周内，两组变压器要轮流工作多次，此时可用自关断器件代替晶闸管，可实现高频工作方式，而且要求先封锁已导通的变流器，然后才能使另一组变流器投入工作。15
11、、请说明电路中晶闸管的关断过程。图 12-1换流过程分析：电容器所充电压的规律：对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。等效换流电容概念：分析从 VT1 向 VT3 换流时，图 12-2 中的 C13 就是图 12-1 中的 C3 与 C5 串联后再与 C1并联的等效电容。- +U VW+-U VWa)+-U VWb)- +U VWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C1313IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU
12、=Id-iV6图 12-2uC13 下降到零之前，VT 1 承受反压，反压时间大于 tq 就能保证关断。分析从 VT1 向 VT3 换流的过程:假设换流前 VT1 和 VT2 通，C13 电压 UC0 左正右负。如图 12-2a。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。t1 时刻触发 VT3 导通，VT1 被施以反压而关断Id 从 VT1 换到 VT3，C13 通过 VD1、U 相负载、W 相负载、VD2、VT2、直流电源和 VT3 放电，放电电流恒为 Id，故称恒流放电阶段。如图 12-2b。图 12-3t2 时刻 uC13 降到零，之后 C13 反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管 VD
13、3 导通，电流为 iV，VD1 电流为 iU=Id-iV，VD1 和 VD3 同时通，进入二极管换流阶段。随着 C13 电压增高，充电电流渐小，iV 渐大，t3 时刻 iU 减到零，iV=Id，VD1 承受反压而关断，二极管换流阶段结束。t3 以后，VT2、VT3 稳定导通阶段。16、在图题 13 所示电路情况下，若 T 管过零后，D 管中流过理想的正弦半波电流（ ） ，Di试问在 D 管支路中存在 L 和不存在 L 时，给予 T 管的反压 各为多少？qtT DidDLid1 0 s+ -U VW+ -U VWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C
14、13Id7图题 13答：当 D 管支路中不存在 L 时， 10 ；当 D 管支路中存在 L 时，L 的存在缓解了电流qts的变化率，使得给予 T 管的反压时间变长，即 T 管的反压时间 10 。qts17、试分析所示电路的工作原理（电路的谐振频率高于逆变频率） ，并画出和 的波形。Tu答：由图题 14 可知，当开关管 T 导通时，电流流经开关管，此时 =0， =TiLCL 1TDR+-iut图 题 1418、若电路及其输出波形如题图 4.11 所示，请画出开关管上的电压波形。答：经过分析可知当为零时， T4 管上的电压均为 ，当 R 上的电压为时， =0， E；1T2当 R 上的电压为- 时，
15、 = =E， = =0，具体的波形图如下图所示。au42Tu319、试问由自关断器件组成的电压型三相桥式逆变器能否改成 导电类型？为什么？O10RE+-uaua0图 题 16答：可以。因为只要合理的控制逆变器的触发时序，使得所得的输出相电压满足三相电即可，当为 导电类型时，因开关器件的导通顺序是：1，2，32，3，43，4，5O04，5，66，1，2，且每个开关器件的激励信号彼此相差 ，故由电路图 a 可知，在每O60个 内，都有 2 个开关管导通，分别为 6，11，22，33，44，55，6，此时O具体的波形图如下图 b 所示：由图可知当电压型三相桥式逆变器为 导电类型时，也可O128以得到
16、基拨分量相差 的三相交流电。O120图 a 电压型三相桥式逆变器电路图图 b 三相桥式逆变器控制图及电压波形图20、如下图所示，当电感 L 中的电流为 iL时，接通开关管 Q，那么 Q 管在开通瞬间流过的电流是否就是 iL？为什么？ E+- DL CRQLi9答：Q 管在开通瞬间流过的电流不等于 iL。根据 KCL 定律， iL=iD+iQ(iD为二极管 D 上流过电流， iQ为 Q 管上流过电流)。开通瞬间，考虑到 L、C 均足够大，就是在 Q 管开通瞬间 iL可以认为保持不变 ， 二极管由于承受电容 C 上电压到达关断还有个过程，就是说二极管中还有电流流过,此电流逐渐减小，从而 iQ逐渐增
17、大。所以 Q 管在开通瞬间流过的电流不等于 iL。21、试以 Buck 电路为例，推导电容器 C 上的脉动电压 uC公式（写出推导过程） 。答：Buck 电路图如下： DCZ控 制 器 LdUDu,LiI ,cCiI0,iI0,uUCuZLCiidU DZCLi00iILi模式 1 模式 2工作模式 1：（0tt 1=kT）t=0 时刻，Q 管被激励导通，D 管中电流迅速地转换到 Q 管。这时，电感上的电压为： ，.(1)lLdiut假定这期间 U0不变，电感电流按直线规律从 I1上升到 I2，有： 或 21.(2)dIItt10.(3)dLtU工作模式 2：（t 1tT）在 t=t1时刻，Q
18、 管关断，Q 管中电流 I 迅速地转换到 D 中。这时，假定在这期间的电感中电流 iL按直线规律从 I2下降到 I1，有：， 或 ，02.4IUt20.5ILtU10其中 为电感的峰-峰脉动电流。考虑到式（2）和式（4） ，有： I0102dUtIL将 ， 代入上式得： ，1tkT21tkT0.6dk假定 Buck 电路为无损的，则有： 即 ，0dII0.7Ik又开关周期 T 可表示为： ，1200.8dLUtf由式（8）可得 的表达式为： 或I0.9dUIf1.dUkIfL又因 ，假定负载电流 i0的脉动很小而可忽略，则 。因为电容电流0LCii LCi一周期的平均值为零，那么在 时间内，电容充电或放电的电荷量为： 12tT.42ITQ因此，电容上电压峰-峰脉动值为： .128CQIUf将式（9）或（10）代入式（12）得电容器 C 上的脉动电压 ：cu或 0028dCULf218dkLf22、试以 Boost 电路为例推导电容器 C 上的脉动电压 uC公式（写出推导过程） 。答: Boost 电路如下： E+- DL CRQLi工作模式 1：
