電力電子技術(shù)習(xí)題解答

1、電力電子技術(shù)習(xí)題解答第1章 思考題與習(xí)題2.14單相正弦交流電源，晶閘管和負(fù)載電阻串聯(lián)如圖題2.14所示，交流電源電壓有效值為220V。第5章 斬波電路 思考題與習(xí)題3.4 試說明降壓斬波電路（uck），升壓斬波電路（oost）各有什么特點？第10章 PWM型無源逆變電路 思考題與習(xí)題4.7 試說明PWM控制的工作原理。4.8單極性和雙極性 PWM調(diào)制有什么區(qū)別？4.9 試說明PWM控制的逆變電路有何優(yōu)點？ 第2章 單相半波可控整流電路 思考題與習(xí)題5.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？5.2 單相半波可控整流電路中，如果：(1) 晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖；(2) 晶閘管內(nèi)部短路；(3) 晶閘管

2、內(nèi)部斷開；試分析上述三種情況負(fù)載兩端電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的波形。5.3某單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過負(fù)載電流平均值相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇大一些?5.6某電阻性負(fù)載要求024V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A，如采用由220V交流直接供電和由變壓器降壓到60V供電的單相半波相控整流電路，是否兩種方案都能滿足要求?試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、電路的功率因數(shù)及對電源容量的要求。5.7某電阻性負(fù)載，Rd=50,要求Ud在0600V可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種整流電路來供給，分別計算：(1) 晶閘管額定電壓、

3、電流值；(2) 連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6Amm2)；(3) 負(fù)載電阻上消耗的最大功率。5.8 整流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題5.8所示。(1) 說明整流變壓器有無直流磁化問題?(2) 分別畫出電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載在=60°時的輸出電壓Ud、電流id的波形，比較與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知U2=220V，分別計算其輸出直流電壓值Ud。（3）畫出電阻性負(fù)載=60°時晶閘管兩端的電壓uT波形，說明該電路晶閘管承受的最大反向電壓為多少? 圖題5.85.9帶電阻性負(fù)載三相半波相控整流電路，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前15°

4、;處，分析電路工作情況，畫出觸發(fā)脈沖寬度分別為10°和20°時負(fù)載兩端的電壓 ud波形。5.10 三相半波相控整流電路帶大電感負(fù)載，Rd=10，相電壓有效值U2=220V。求=45°時負(fù)載直流電壓Ud、流過晶閘管的平均電流IdT和有效電流IT，畫出ud、iT2、uT3的波形。5.11 在圖題5.11所示電路中，當(dāng)=60°時，畫出下列故障情況下的ud波形。(1) 熔斷器1FU熔斷。 (2) 熔斷器2FU熔斷。(3) 熔斷器2FU、3FU同時熔斷。圖題5.115.12現(xiàn)有單相半波、單相橋式、三相半波三種整流電路帶電阻性負(fù)載，負(fù)載電流Id都是40A，問流過與晶

5、閘管串聯(lián)的熔斷器的平均電流、有效電流各為多大?5.13三相全控橋式整流電路帶大電感負(fù)載，負(fù)載電阻Rd=4，要求Ud從0220V之間變化。試求： (1)不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次線電壓。(2)計算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取2倍裕量，選擇晶閘管型號。 5.14單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中，作為Ubb的削波穩(wěn)壓管兩端如并接濾波電容，電路能否正常工作?如穩(wěn)壓管損壞斷開，電路又會出現(xiàn)什么情況? 5.15 三相半波相控整流電路帶電動機負(fù)載并串入足夠大的電抗器，相電壓有效值U2=220V，電動機負(fù)載電流為40A，負(fù)載回路總電阻為0.2，求當(dāng)=60°時流過晶閘管的電流平均值與有效值、電動機的

6、反電勢。5.16三相全控橋電路帶串聯(lián)Ld的電動機負(fù)載，已知變壓器二次電壓為100V，變壓器每相繞組折合到二次側(cè)的漏感L1為100H，負(fù)載電流為150A，求： (1)由于漏抗引起的換相壓降； (2)該壓降所對應(yīng)整流裝置的等效內(nèi)阻及=0°時的換相重疊角。5.17 晶閘管裝置中不采用過電壓、過電流保護，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不行?5.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？5.19 有源逆變最小逆變角受哪些因素限制？為什么？5.20 無源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別？5.21 三相PWM整流與三相PWM逆變有何區(qū)別？第6章 思考題與習(xí)題6.1在單相交流調(diào)壓

7、電路中，當(dāng)控制角小于負(fù)載功率因數(shù)角時為什么輸出電壓不可控？6.2晶閘管相控直接變頻的基本原理是什么？為什么只能降頻、降壓，而不能升頻、升壓？6.3晶閘管相控整流電路和晶閘管交流調(diào)壓電路在控制上有何區(qū)別？6.4交流調(diào)壓和交流調(diào)功電路有何區(qū)別？6.5一電阻爐由單相交流調(diào)壓電路供電，如=0°時為輸出功率最大值，試求功率為80%，50%時的控制角。6.6一交流單相晶閘管調(diào)壓器，用作控制從220V交流電源送至電阻為0.5，感抗為0.5的串聯(lián)負(fù)載電路的功率。試求：（1） 控制角范圍；（2） 負(fù)載電流的最大有效值。6.7試述單相交-交變頻電路的工作原理。6.8交-交變頻電路的輸出頻率有何限制？6.

8、9三相交-交變頻電路有哪兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？第7章 思考題與習(xí)題7.1高頻化的意義是什么？為什么提高開關(guān)頻率可以減小濾波器和變壓器的體積和重量？7.2何謂軟開關(guān)和硬開關(guān)？怎樣才能實現(xiàn)完全無損耗的軟件關(guān)過程？7.3零開關(guān)，即零電壓開通和零電流關(guān)斷的含義是什么？7.4試分析圖題7.4兩個電路在工作原理上的差別，并指出它們的異同點。圖題7.47.5軟開關(guān)電路可以分為哪幾類？其典型拓?fù)浞謩e是什么樣的？各有什么特點？7.6準(zhǔn)諧振變換器與多諧振變換器的區(qū)別是什么？7.7以Buck DC/DC變換器為例，說明零電流關(guān)斷準(zhǔn)諧振變換器ZCS QRC的工作原理。答：見教材“7.2.1 準(zhǔn)諧振變換電路”7

9、.8以Buck DC/DC變換器為例，說明零電壓開通準(zhǔn)諧振變換器ZVS QRC的工作原理。答：見教材“7.2.1 準(zhǔn)諧振變換電路”7.9準(zhǔn)諧振型變換器為什么只適宜于變頻方式下工作而不宜在恒頻PWM方式下工作？與恒頻PWM變換器相比較，在變頻下工作的變換器有哪些缺點？7.10試說明在零電壓多諧振開關(guān)電路中，為什么二極管為零時刻比電容上電壓為零時刻提前？答：見教材“7.2.1 準(zhǔn)諧振變換電路”7.11軟開關(guān) PWM的含義是什么？7.12試比較ZCS PWM與 ZCT PWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點。答：ZCT PWM電路主開關(guān)管在零電流下關(guān)斷，降低了類似IGBT這種具有很大電流拖尾的大功率電力電子器

10、件的關(guān)斷損耗，并且沒有明顯增加主功率開關(guān)管及二極管的電壓、電流應(yīng)力。同時，諧振網(wǎng)絡(luò)可以自適應(yīng)地根據(jù)輸入電壓與負(fù)載的變化調(diào)整自己的環(huán)流能力。更重要的是它的軟開關(guān)條件與輸入、輸出無關(guān)，這就意味著它可在很寬的輸入電壓和輸出負(fù)載變化范圍內(nèi)有效地實現(xiàn)軟開關(guān)操作過程，并且用于保證ZVS條件所需的環(huán)流能量也不大。ZCT PWM電路變換器的開通是典型的硬開關(guān)方式，可以像QRC電路一樣通過諧振為主功率開關(guān)管創(chuàng)造零電壓或零電流開關(guān)條件，又可以使電路像常規(guī)PWM電路一樣，通過恒頻占空比調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。7.13試比較ZVS PWM與ZVT PWM這兩種變換方式的優(yōu)缺點。ZVT PWM電路主功率管在零電壓下完成導(dǎo)通

11、和關(guān)斷，有效地消除了主功率二極管的反向恢復(fù)特性的影響，同時又不過多的增加主功率開關(guān)管與主功率二極管的電壓和電流應(yīng)力ZVT PWM變換器中的輔助開關(guān)是在高電壓、大電流下關(guān)斷，這就使輔助開關(guān)的開關(guān)損耗增加，從而影響整個電路的效率。然而，無論是ZCT PWM還是ZVT PWM的缺點都可以通過電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進來加以克服。7.14零電流關(guān)斷PWM變換器與零電流關(guān)斷準(zhǔn)諧振變換器ZCS QRC在電路結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？特性上有哪些改進？7.15零電壓開通PWM變換器與零電壓開通準(zhǔn)諧振變換器ZVS QRC在電路結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？特性上有哪些改進？答：第8章 思考題與習(xí)題8.1 開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比有何優(yōu)

12、缺點？（1）功耗小、效率高。開關(guān)管中的開關(guān)器件交替地工作在導(dǎo)通截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開關(guān)管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達90%95%。 （2）體積小、重量輕。 開關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器； 隔離變壓用的高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量； 因為開關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積可大為減小。 （3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由占空比來調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過調(diào)節(jié)占空比的大小來補償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。 （4）電路形式靈活多樣，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿

13、足不同應(yīng)用場合的開關(guān)電源。缺點為：存在開關(guān)噪聲干擾。8.2 功率因數(shù)校正電路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什么？功率因數(shù)校正電路的作用是抑制由交流輸入電流嚴(yán)重畸變而產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)。校正方法有：無源校正和有源校正。無源校正的基本原理是：在主電路中串入無源LC濾波器。有源校正的基本原理是：在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關(guān)，通過控制有源開關(guān)的通斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。8.3 UPS有何作用？它由幾部分組成，各部分的功能是什么？UPS電源裝置在保證不間斷供電的同時，還能提供穩(wěn)壓，穩(wěn)頻和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。后備式UP

14、S由充電器蓄電池、逆變器、交流穩(wěn)壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成。各部分的功能：當(dāng)市電存在時，逆變器不工作，市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)向負(fù)載供電，同時充電器工作，對蓄電池組浮充電。市電掉電時，逆變器工作，將蓄電池供給的直流電壓變換成穩(wěn)壓，穩(wěn)頻的交流電壓。轉(zhuǎn)換開關(guān)同時斷開市電通路，持通逆變器，繼續(xù)向負(fù)載供電。在線式UPS由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成。各部分功能：正常工作時，市電經(jīng)整流器變換成直流，在經(jīng)逆變器變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負(fù)載。當(dāng)市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負(fù)載不間斷供電，如果逆變器發(fā)生故障，則UPS通過靜態(tài)開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電

15、。8.4 什么是TCR？什么是TSC？什么是SVG？它們各有何區(qū)別？TCR為晶閘管控制電抗器；TSC為晶閘管投切電容器；SVG為靜止無功發(fā)生器。其中TCR和TSC是采用晶閘管開關(guān)的靜止無功補償裝置；而SVG是采用自換相變流器的靜止無功補償裝置。8.5 試說明可靠性的概念。答：元件或系統(tǒng)的可靠性定義為元件或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。8.6 試說明常用的可靠性指標(biāo)有哪幾個？各代表什么含義？答：1、可靠度：可靠度定義為元件或系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)和規(guī)定的使用條件下，正常工作的概率。2、失效率：元件或系統(tǒng)的失效率定義為在t時刻以前一直正常工作的條件下，在t時刻以后單位時間內(nèi)失效的

16、概率，記作。3、平均無故障時間（MTBF）：作為可修復(fù)的電力電子裝置或系統(tǒng)的壽命T不是一個確定值，而是一個連續(xù)型隨機變量。隨機變量T的數(shù)學(xué)期望就是電力電子裝置或系統(tǒng)的平均無故障時間8.7 試說明電磁兼容的含義。答：電磁兼容性（EMC）包括兩方面的含義： 電氣、電子設(shè)備能夠在它自己所產(chǎn)生的電磁環(huán)境以及它所處的復(fù)雜的外界電磁環(huán)境中按照原設(shè)計要求正常地工作，即它具有一定的電磁敏感度，以保證它對電磁干擾具有一定的抗擾度； 該設(shè)備或系統(tǒng)自己產(chǎn)生的電磁干擾必須限制在一定的水平，從而不致對它周圍的電磁環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和影響周圍其它設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作8.8 試說明在電力電子系統(tǒng)中的電磁兼容具有什么特點？答：電力電子系統(tǒng)中的電磁兼容問題具有其固有的特點：（1）在EMI方面，電力電子系統(tǒng)中的電磁噪聲對周圍電磁環(huán)境所造成的電磁污染和電磁干擾要比通信系統(tǒng)嚴(yán)重得多。 與通信系統(tǒng)相比，雖然電力電子系統(tǒng)的工作頻率不高，但是其工作電壓高、電流和功率都較大，因此系統(tǒng)在開關(guān)器件的開關(guān)過程中會產(chǎn)生強大的瞬態(tài)噪聲電壓或瞬態(tài)噪聲電流，成為強的電磁噪聲源，它造成的干擾主要表現(xiàn)為近場輻射和傳導(dǎo)性EMI； 電力電子系統(tǒng)中的非線性功率變換