電力電子學陳堅答案

1、電力電子學陳堅答案【篇一：電力電子技術課后答案與復習資料】1.1電力技術、電子技術和電力電子技術三者所涉及的技術內容和 研究對象是什么？三者的技術開展和應用主要依賴什么電氣設備和 器件？答：電力技術涉及的技術內容：發(fā)電、輸電、配電及電力應用。其 研究對象是：發(fā)電機、變壓器、電動機、輸配電線路等電力設備， 以及利用電力設備來處理電力電路中電能的產生、傳輸、分配和應 用問題。其開展依賴于發(fā)電機、變壓器、電動機、輸配電系統。其 理論基礎是電磁學（電路、磁路、電場、磁場的基本原理），利用電磁 學基本原理處理發(fā)電、輸配電及電力應用的技術統稱電力技術。電子技術，又稱為信息電子技術或信息電子學，研究內容是電

2、子器 件以及利用電子器件來處理電子電路中電信號的產生、變換、處理、 存儲、發(fā)送和接收問題。其研究對象:載有信息的弱電信號的變換和 處理。其開展依賴于各種電子器件（二極管、三極管、mos管、集 成電路、微處理器電感、電容等）。電力電子技術是一門綜合了電子技術、控制技術和電力技術的新興 交叉學科。它涉及電力電子變換和控制技術技術，包括電壓（電流） 的大小、頻率、相位和波形的變換和控制。研究對象：半導體電力 開關器件及其組成的電力開關電路，包括利用半導體集成電路和微 處理器芯片構成信號處理和控制系統。電力電子技術的開展和應用 主要依賴于半導體電力開關器件。1.2為什么三相交流發(fā)電機或公用電網產生的恒

3、頻、恒壓交流電，經III答：用電設備的類型、功能千差萬別，對電能的電壓、頻率、波形 要求各不相同。為了滿足一定的生產工藝和流程的要求，確保產品 質量、提高勞動生產率、降低能源消耗、提高經濟效益，假設能將電 網產生的恒頻、恒壓交流電變換成為用電負載的最正確工況所需要的 電壓、頻率或波形，有可能獲得更大的技術經濟效益。例如：假設風機、水泵全部采用變頻調速技術，每年全國可以節(jié)省幾 千萬噸以上的煤，或者可以少興建上千萬千瓦的發(fā)電站。假設采用高 頻電力變換器對熒光燈供電，不僅電-光轉換效率進一步提高、光質 顯著改善、燈管壽命延長35倍、可節(jié)電50%,而且其重量僅為工 頻電感式鎮(zhèn)流器的10%。高頻變壓器重

4、量、體積比工頻變壓器小得2-1.說明技術指標電壓波形系數、電壓紋波系數、脈動系數、電 流畸變因數、電流諧波因數、位移因數和整流輸入功率因數的具體 含義。2-2.在哪些大功率整流電路中，整流變壓器會出現“直流磁勢不平 衡”的情況？哪些整流電路的變壓器又會出現“交流磁勢不平衡”呢？ 磁勢不平衡的特點和危害是什么？為了防止和削弱其危害性，在大 功率整流裝置中，在整流變壓器的接線形式上采取了哪些措施？ 2- 3.帶平衡電抗器的雙反星形整流電路比六相半波整流電路有什么優(yōu) 越性?雙反星整流電路主電路的電量應如何計算？外特性曲線如何解2-4.如圖27所示的三相半波整流電路，簡要說明變壓器采取此種 聯結方式的

5、優(yōu)點和缺點。如何計算整流電壓的平均值？2-5.三相橋式整流電路與d, y連結的變壓器相接，由415V三相交 流電源供電，并向直流負載輸出300v,60a的電能，求變壓器一次繞組、 二次繞組中的電流有效值，變壓器容量，二極管峰值電壓和有效值電流。 負載電流波形平直。2-6.具有平衡電抗器的雙反星形可控整流電路，阻感負載ld?,r?2?, 當？0時，ud?300v,借改變控制角？使id?120a,求？的大小和此時的重疊角？。 ？9 xb?0.209?,忽略變壓器繞組電阻及晶閘管壓降。2-7.電鍍用整流裝置，要求直流電壓為18伏，電流為3000安,用帶平衡電抗器的雙反星形線路，整流變壓器一次側線電壓

6、為380 伏,考慮？min?30?,求變壓器二次側相電壓，并估 算變壓器的容量。如果要求當負載電流降至300安時仍保證電路正 常運行，估算平衡電抗器的最小電感量。如要求降至60安仍正常工 作，電感量又為多大?2-8.在大功率整流電路中，為什么常常采用多種化的結構型式？在實現多機組串聯或并聯的多重化結構中應注意哪些問題？多機組串、 并聯比單一機組采用元件串、并聯有什么優(yōu)越性?2-9.當電源電壓相同時，如何從三相半波整流電路整流電壓平均值 直接求出三相橋式6脈波整流電壓平均值？又如何得到兩個互差30? 的三相橋組成的12脈波相控整流電壓平均值？怎么獲得24脈波的 整流電壓？2-11.同一個整流電壓

7、波形，當取不同的時間坐標，用傅立葉級數 分析得到的諧波特性是否相同？為什么？2-12.整流裝置的諧波對電網產生了哪些不利影響？為了抑制“電力 公害”和提高整流裝置的功率因數,可以采取哪些措施？2-13.試繪出圖2-25的十二相整流裝置的i1,i4,iab,ibc,ica,ia1 ,ia2,ia 的波形，電網電壓為恒頻恒壓的對稱三相交流電源，平波電感Id充分大，負載電流 連續(xù)而平直。1:1 c 2-14.試繪出圖258所示的由三相全控橋和不控橋串聯組成的多 相半控整流器的電流ia,i,iab,ica,ia用圖示a1:的方法說明交流輸入 端電流的位移因數cos?,并求輸出電壓平均值udo設變壓器匝

8、比1： 1,二次相電壓為U2,可控橋控制角為？，負載電流連續(xù)而平圖2-58習題2-14附圖直,幅值為ido215在圖259的電路中，并聯的兩個橋式整流電路通過多級電抗器與負載相連，其中電抗器由四個對稱設置的晶閘管控制分接頭，通過適當 地控制電抗器晶閘管可以獲得48脈波的整流 輸出電壓，試分析電路的工作原理。2-16晶閘管相控電抗器的基本原理是什么？當觸發(fā)角？90?和？90?abc兩種情況下等效電抗是否相等？要實現電抗可調，觸發(fā)角？的調節(jié)范圍如 何？圖259習題2/5附圖2-17.由圖2-42的boost型功率因數校正器的工作原理說明，為什么能實現輸入交流電流基本正弦，并與交流電源電壓同相?2-

9、18試分析pwm整流電路和相控整流電路工作原理的根本區(qū)別。pwm整流電路具有哪些優(yōu)良性能？ pwm整流電路有哪些控制方式? 為什么說，apt和asvg是pwm整流器的具體應用？它們之間在控 制目標、控制方式上有何異同？參考文獻. b.m.bird,k.g.king, an introduction to power electronics,new york51983.林謂勛，電力電子技術基礎，北京：機械工業(yè)出版社，1990. gopal k.dubey5power semiconductor controlled drivers/989. cyril wdander,溫紹森等譯,power e

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15、效率、噪音、 控制精度和響應速度等方面優(yōu)勢明顯開關型電力電子變換有哪四種基本類型?交流（a.c） 一直流（d.c）整流電路或整流器;直流（d.c）交流直流（d.c）交流（a.c）逆變電路或逆變器;直流（d.c）一直流（d.c）電壓變換電路，又叫直流斬波電路、直流斬波器;交流（a.c）交流（a.c）交流（a.c）交流（a.c）電壓和/或頻率變換電路：僅改變電壓的稱為交流電壓變換器或交流斬波器，頻率、電壓均改變的稱為直接 變頻器。開關型電力電子變換器有那些基本特性?答：（1）變換器的核心是一組開關電路，開關電路輸出端電壓和開 關電路輸入端電流都不可能是理想的直流或無畸變的正弦基波交流, 含*有高j

16、皆（2）要改善變換電路的輸出電壓和輸入電流的波形，可以在其輸出、 輸入端附加lc濾波電路；但是最有效方法是采用高頻pwm控制技 術。（3）電力電子變換器工作時，開關器件不斷進行周期性通、斷狀態(tài)的依序轉換，為使輸出電壓接近理想的直流或正弦交流，一般應對 稱地安排一個周期中不同的開關狀態(tài)及持續(xù)時間。因此對其工作特 性的常用分析方法或工具是：開關周期平均值（狀態(tài)空間平均法） 和傅立葉級數。開關型電力電子變換器有哪兩類應用領域？答：按功能可分為兩大應用領域：（1）開關型電力電子變換電源或簡稱開關電源。由半導體開關電路 將輸入電源變換為另一種電源給負載供電。這一類應用現在已經十 分廣泛。（2）開關型電力

17、電子補償控制器。它又分為兩種類型：電壓、電流 （有功功率、無功功率）補償控制器和阻抗補償控制器。它們或向 電網輸出所要求的補償電壓或電流，或改變并聯接入、串聯接入交 流電網的等效阻抗，從而改善電力系統的運行特性和運行經濟性。 這類應用將導致電力系統的革命并推動電力電子技術的繼續(xù)開展。說明二極管的反向恢復特性答：由于pn結間存在結電容c,二極管從導通狀態(tài)（c很大存儲電 荷多）轉到截止阻斷狀態(tài)時，pn結電容存儲的電荷并不能立即消失, 二極管電壓仍為M2v,二極管仍然具有導電性，在反向電壓作用 下，反向電流從零增加到最大值，反向電流使存儲電荷逐漸消失, 二極管兩端電壓降為零。這時二極管才恢復反向阻斷

18、電壓的能力而 處于截止狀態(tài)，然后。因此，二極管正向導電電流為零后它后才能 恢復其阻斷在反向電壓作用下，僅流過很小的反向飽和電流并不能 立即具有阻斷反向電壓的能力，必須再經歷一段反向恢復時間 反向電壓的能力。說明半導體電力三極管bjt處于通態(tài)、斷態(tài)的條件。答：電力三極管bjt處于通態(tài)的條件是：注入三極管基極的電流知 三極管的電流放大系數，有）。這時三極管大于基極飽和電流（已、 導電性很強而處于最小等效電阻、飽和導電狀態(tài)，可以看作是一個 閉合的開關。bjt處于斷態(tài)的條件是：基極電流電力三極管bjt的四個電壓值、和的定義是什么？其大為零或 是施加負基極電流，即。這時bjt的等效電阻近似為無限大而處于

19、斷 小關系如何？答：、和分別為不同基極狀態(tài)下的三極管集射極擊穿電壓值：定義為基極反偏時，三極管集射極電壓擊穿值；為基極短接、基極電壓為。時，三極管集射極電壓擊穿值；為基極接有電阻短路時的集射極擊穿電壓值要；為基極開路時集射極擊穿電壓值。其大小關系為：。說明晶閘管的基本工作原理。在哪些情況下，晶閘管可以從斷態(tài) 轉變?yōu)橥☉B(tài)？已處于通態(tài)的晶閘管，撤除其驅動電流為什么不能關 斷，怎樣才能關斷晶閘管?答：基本工作原理：見課本p3637；應回答出承受正向壓、門極加 驅動電流時的管子內部的正反應過程，使不斷增大，最后使，很大, 晶閘管變成通態(tài)；撤去門極電流后由于，仍可使很大，保持通態(tài)。有多種方法可以使晶閘管

20、從斷態(tài)轉變成通態(tài)。常用的方法是門極觸發(fā)導通和光注入導通。另外正向過電壓、高溫、 高的 晶閘管導通，但這是非正常導通情況。要使晶閘管轉入斷態(tài)，應設 法使其陽極電流減小到小于維持電流 與陰極k之間的電壓為零或反向。，通常采用使其陽極a都可能使2.7額定電流為10a的晶閘管能否承受長期通過15a的直流負載電 流而不過熱？ 答：額定電流為10a的晶閘管能夠承受長期通過15a的直流負載電 流而不過熱。因為晶閘管的額定電流是定義的：在環(huán)境溫度為4CTC 和規(guī)定的散熱冷卻條件下，晶閘管在電阻性負載的單相、工頻正弦 半波導電、結溫穩(wěn)定在額定值1250c時，所對應的通態(tài)平均電流值。這就意味著晶閘管可以通過任意波

21、形、有效值為1.57的電流，其發(fā) 熱溫升正好是允許值，而恒定直流電的平均值與有效值相等，故額 定電流為10a的晶閘管通過15.7a的直流負載電流，其發(fā)熱溫升正 好是允許值。2.10作為開關使用時p-mosfet器件主要的優(yōu)缺點是什么？答:作為開關使用時，p-mosfet器件的優(yōu)點是：輸入阻抗高，驅 動功率小，驅動電路簡單，工作頻率高；其缺點是：通態(tài)壓降大（通態(tài)損耗大），電壓、電流定額低。3.2脈沖寬度調制pwm和脈沖頻率調制pfm的優(yōu)缺點是什么？答：脈沖寬度調制方式pwm,保持不變（開關頻率不變），改變調 控輸出電壓。脈沖頻率調制方式pfm。保持不變，改變開關頻率或周期調控輸出 電壓。實際應用

22、中廣泛采用pwm方式。因為采用定頻pwm開關時，輸出 電壓中諧波的頻率固定，濾波器設計容易，開關過程所產生電磁干 擾容易控制。此外由控制系統獲得可變脈寬信號比獲得可變頻率信 號容易實現。但是在諧振軟開關變換器中為了保證諧振過程的完成, 采用pfm控制較容易實現。3.7開關電路實現直流升壓變換的基本原理是什么？答：為了獲得高于電源電壓的直流輸出電壓，一個簡單 而有效的方法是在變換器開關管前端插入一個電感I,如右圖 所示。在開關管t關斷時，利用圖中電感線圈在其電流減小時所產生的反電反電勢與電源電壓 在電感電流減小時，為正值），將此電感的直流電壓串聯相加送至負載，那么負載就可獲得高于電源電壓,從而實

23、現直流升壓變換3.8 boost變換器為什么不宜在占空比接近1的情況下工作?答：因為在boost變換器中，開關管導通時，電源與負載脫離，其 能量全部儲存在電感中，當開關管關斷時，能量才從電感中釋放到負載。如果占空比接近于1,那么開關接近于全導通狀態(tài)，幾乎沒有 關斷時間，那么電感在開關管導通期間儲存的能量沒有時間釋放，將造成電感飽和，直至燒致。因此boost變換器不宜在占空比接近1的情況下工作。同時，從boost變換器在電感電流連續(xù)工況時的 變壓比表達式也可以看出，當占空比接近1時，變壓比接近于無窮 大，這顯然與實際不符，將造成電路無法正常工作。3.13說明單端正激、單端反激dc/dc變換器工作

24、原理。答：單端正激dc/dc變換器從電路結構、工作原理上可以看出它是 帶隔離變壓器的buck電路如圖3.11(b)所示，開關管t導通時經變 壓器將電源能量直送負載被稱為正激。但是匝比n2/n1不同時，輸 出電壓平均值vo可以低于也可高于電源電壓vd。變壓器磁通只在 單方向變化被稱為單端。圖3.12(b)所示為單端反激dc/dc變換器，t導通的期間，電源電壓vd加至n1繞組，電流直線上升、電感11儲能增加，副方繞組n2的感應電勢，二極管d1截止，負載電流(反由電容c提供，c放電；在t阻斷的期間，n1繞組的電流轉移到n2,感應電勢向為正)，使d1導電，將磁能變?yōu)殡娔芟蜇撦d供電并使電容c充 電。該變

25、換器在開關管t導通時并未將電源能量直送負載，僅在t阻 斷的期間才將變壓器電感磁能變?yōu)殡娔芩椭霖撦d故稱之為反激，此 外變壓器磁通也只在單方向變化，故該電路被稱為單端反激dc/dc 變換器逆變器輸出波形的諧波系數hf與畸變系數df有何區(qū)別，為什么 僅從諧波系數hf還缺乏以說明逆變器輸出波形的本質？ 答：第n次諧波系數hfn為第n次諧波分量有效值同基波分量有效 值之比，即hfn=vn/v1,總諧波系數thd定義為 :,畸變系數df定義為 ，對于第n次諧波的畸變系數dfn有：諧波系數hf顯示了諧波含量，但它并不能反映諧波分量對負載的影響程 度。很顯然，逆變電路輸出端的諧波通過濾波器時，高次諧波將衰 減

26、得更厲害，畸變系數df可以表征經1c濾波后負載電壓波形還存在 畸變的程度。為什么逆變電路中晶閘管scr不適于作開關器件？ 答：(1)逆變電路中一般采用叩wm控制方法以減小輸出電壓波 形中的諧波含量，需要開關器件工作在高頻狀態(tài)，scr是一種低頻器 件，因此不適合這種工作方式。scr不能自關斷。而逆變器的負載一般是電感、電容、電阻等 無源元件，除了特殊場合例如利用負載諧振進行換流，一般在電路 中需要另加強迫關斷回路才能關斷scr,電路較復雜。因此scr一般 不適合用于逆變器中。.4有哪些方法可以調控逆變器的輸出電壓。答：有單脈波脈寬調制法、正弦脈寬調制法(spwm) 基波移相 控制法等。單脈波脈寬

27、調制法缺點是諧波含量不能有效控制；spwm 法既可控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波；移相控制一般用 于大功率逆變器。.6正弦脈寬調制spwm的基本原理是什么？載波比n、電壓調制 系數m的定義是什么？改 變高頻載波電壓幅值 頻率？和頻率為什么能改變逆變器交流輸出基波電壓的大小和基波答：正弦脈寬 調制spwm的基本原理是沖量等效原理：大小、波形不相同的窄變 量作用于慣性系統時，只要其沖量即變量對時間的積分相等，其作 用效果基本相同。如果將正弦波周期分成多個較小的時間段，使pwm電壓波在每一時間段都與該段的正弦電壓沖量相等，那么不連續(xù) 的按正弦規(guī)律改變寬度的多段波電壓就等效于正弦電壓。載波比n定

28、義為三角載波頻率正弦調制波幅值和正弦調制波頻率之 比m=/ 之比：n=./；電壓調制系數m是和三角波幅值,，改變調制比m,即可成比例的調控輸出電壓的基波大小。，即可調 控輸出電壓的基波頻率。又因為，所以改變調制波頻率【篇二：課后習題電力電子(大三上)】空題：5,從輸入輸出上看，單相橋式全控整流電路的波形與 的波形基本相同，只是后者適用于 輸出電壓的場合。.三相半波可控整流電路中的三個晶閘管的觸發(fā)脈沖相位按相序依次互差次互差,當它帶阻感負載時，？的移相范圍為.三相橋式全控整流電路帶電阻負載工作中，共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的是 的相電壓，而共陽極組中處于導通的晶閘管對應的是的相電壓；這種電路

29、？角的移相范是， ud波形連續(xù)得條件是 o9對于三相半波可控整流電路，換相重迭角的影響，將使用輸出電壓平均值 O.電容濾波單相不可控整流帶電阻負載電路中，空載時，輸出電壓 為，隨負載加重ud逐漸趨近于,通常設計時， 應取rct,此時輸出電壓為udu2（u2為相電壓有效 值）。.電容濾波三相不可控整流帶電阻負載電路中，電流id斷續(xù)和連 續(xù)的臨界條件是，電路中的二極管承受的最大反向電壓為u2oid ,交流側電流中所含次諧波次數為，其整流 輸出電壓中所含的諧波次數為 o.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路適用于 的場合， 圍是；如果 不接平 衡電抗 器，那么每 管最大 的導通當它帶電感負載時，移相范

30、圍是當它帶電感負載時，移相范圍是,帶電阻負載時，移相范角為 ，每管的平均電流為 id o.多重化整流電路可以提高,其中移相多重聯結有 和 兩大類。.逆變電路中，當交流側和電網連結時，這種電路 稱為，欲實現有源逆變，只能采用 電路，當控制角0?時，電路工作在 狀態(tài);?時，電路工作在 狀態(tài)。.在整流電路中，能夠實現有源逆變的有、等（可控整流電路均可），其工作在有源逆變狀態(tài)的條件是 和 O.晶閘管直流電動機系統工作于整流狀態(tài)，當電流連續(xù)時，電動機 的機械特性為一組,當電流斷續(xù)時，電動機的理想空載轉速將，隨？的增加，進入斷續(xù)區(qū)的電流 O19,直流可逆電力拖動系統中電動機可以實現四象限運行，當其處于第一

31、象限時，電動機作 運行，電動機 轉，正組橋工作在 狀態(tài)；當其處于第四象限時，電動機做 運行，電動機 轉,組橋工作在逆變狀態(tài)。20.大、中功率的變流器廣泛應用的是 觸發(fā)電路，同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，可分為三個基本環(huán)節(jié)，即、和 o簡答題：21 .如題圖2-21所示的單相橋式半控整流電路中可能發(fā)生失控現象, 何為失控，怎樣抑制失控?22 .單相全波可控整流電路與單相橋式全控整流電路從直流輸出端或 從交流輸入端看均是基本一致的，那么二者是否有區(qū)別呢？.三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為 曲折接法，每段的電動勢相同，其分段布置及其向量如題圖223所 示，此時線圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%,問變壓器 鐵心是否被直流磁化，為什么？.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相的自然換相點總同一2嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？25,有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，【篇三：電力電子應用技術書小結習題參考】用最為廣泛的電能變換技術。晶閘管相控整流電路依靠改變晶閘管 的控制角調控直流輸出電壓，因其功率大、損耗小、壽命長至今仍 是大功率整流電路的主導形式。三相半波整流由于整流變壓器存在直流磁勢不平衡、變壓器利用率 低、整流電壓脈動系數大等缺點而使應用范圍受到限制，但它是