05级电力电子复习Word格式.docx

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1）晶闸管的导通何触发脉冲的分配关系相同，2）整流电压和整流电流的波形相同；

两者的不同之处：

1）三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要平衡电抗器；

2）当变压器二次电压有效值相等时，双反星形电路的整流电压平均值是三相桥式电路的一半，而整流电流式三相桥式电流的2倍。

5、12脉波、24脉波整流电路的变压器各需要几个副边绕组，它们彼此之间应相差多少电角度？

整流输出电压和交流输入电流各含哪些次数的谐波？

12脉波整流电路的变压器需要2个副边绕组，此2个绕组彼此之间相差30度电角度；

其整流输出电压含有12k（k=1,2,3⋯）次谐波；

而交流输入电流中含有12k±

1（k=1,2,3⋯）次谐波。

24脉波整流电路的变压器需要4个副边绕组，此4个绕组彼此之间相差15度电角度；

其整流输出电压含有24k（k=1,2,3⋯）次谐波；

而交流输入电流中含有24k±

6、Boost变换器为什么不宜在占空比接近1的情况下工作？

如果占空比接近1，那么Boost变换器的开关接近于全导通状态，几乎没有关断时间，那么电感在开关导通期间存储的能量没有时间释放，将造成电感饱和，直至烧毁。

7、当电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率是多少？

输出频率过高有什么影响？

一般认为，输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2。

当电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。

当输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压的段数就减少，波形畸变严重。

8、电压型逆变电路中，电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响？

电路结构有哪些变化？

电阻性负载时，输出电压和电流同相位，波形相似，均为正负矩形波。

电感性负载时，输出电压为正负矩形波，输出电流近似为正弦波，相位滞后于输出电压，滞后的角度取决于负载中电感的大小。

在电路结构上，电感性负载电路，每个开关管必须反并联续流二极管，以实现能量的回馈。

9、什么是电压源逆变器，什么是电流型逆变器？

若要将电压源逆变器变为电流源逆变器，在不改变电路结构情况下，可以用什么方法？

逆变器输入直流端电压为恒定的逆变器，一般情况只要输入端整流滤波电容足够大就可视为电压源逆变器。

逆变器输入直流端电流为恒定的逆变器，一般情况只要输入端整流滤波电感足够大就可视为电流源逆变器。

在不改变电路结构情况下，在电压源逆变器上构成电流负反馈，即可构成电流源逆变器。

10、为什么电流型逆变电路中没有反并联反馈续流二极管？

在电流型逆变电流中，直流侧电流无法反向。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，无功能量由直流侧电感来缓冲，因此不需要并联反馈二极管。

10、脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么？

11、

PWM方式中，保持开关频率（周期）不变，改变Ton调节输出电压；

PFM方式中，保持Ton不变，改变开关频率（周期）调节输出电压。

采用PWM控制时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易。

此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易，故PWM的应用比较广泛。

但是在谐振软开关变换器中，为了保证谐振过程的完成，采用PFM控制比较容易实现。

12、为了实现PWM控制，可以采用计算法（如特定谐波消去法）、调制法（如单极性SPWM调制法）和跟踪法（如滞环比较法）产生PWM控制信号。

请比较上述三种方法的优缺点。

计算法：

能够消除指定频率的谐波，但需要消除的谐波越多，开关时刻的运算越复杂，不适用于实时控制。

调制法：

输出PWM波形含有与载波相关的谐波分量。

载波频率越高，输出波形中的谐波越容易滤除，但开关器件的开关损耗越大。

跟踪法：

硬件电路简单；

属于实时控制；

不用载波，输出波形不含有特定频率的谐波分量，但高次谐波的含量较多，闭环控制。

13、同步PWM调制与异步PWM调制有何不同？

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，载波比N为变化量；

载波信号和调制信号保持同步的方式称为同步调制，载波比N等于常数。

14、为什么在采用SPWM控制的逆变电路中晶闸管不适于作开关器件？

采用SPWM控制的逆变电路为了减少输出电压的谐波，需要工作在高频状态，晶闸管属于低频器件，不适合这种工作方式。

另外，晶闸管不能自关断，需要另外增加强迫关断电路才能关断，电路较复杂，因此晶闸管不适用于逆变器中。

15、什么是软开关技术？

它的作用是什么？

软开关电路是通过在电路中增加了电感、电容谐振元件或由电感、电容、开关组成的附加电路，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降为零；

或关断前电流先降为零，或使开关关断电压从零上升；

或使开关导通前电流从零上升。

从而大大减少甚至消除损耗和开关噪声。

采用软开关技术可以提高开关频率，实现电路的小型化、轻量化。

16、试画出一种软开关电路，并分析。

各种软开关电路即可。

二、叙述原理及画波形图

1、如下图所示的单相桥式电压型逆变电路中，

（1）说明采用单极性PWM控制方式的正弦波调制原理。

（2）请画图如何采用自然采样法产生双极性SPWM控制波形信号；

（3）SPWM调制方式是怎样实现变压功能的？

又是怎样实现变频功能的？

（1）单极性PWM控制方式的正弦波调制原理：

调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当ur>

uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud;

当ur<

uc时使V4关断，V3导通，uo=0。

在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态，当ur<

uc时使V3导通，V4关断，uo=-Ud;

当ur>

uc时使V3关断，V4导通，uo=0。

这样，就得到了SPWM波形。

（2）把希望输出的正弦波作为调制信号ur与载波信号uc（一般选用三角波）进行比较，获得所需要的SPWM波uo。

（3）改变调制信号ur的幅值就可调节逆变器输出电压的有效值；

改变调制信号ur的频率就可改变逆变器的输出频率

2、下图是一个单相全桥逆变器串联电路，假设每个逆变器的输入直流电压相等，即vdc1=vdc2=…=vdcN＝E，分别以下列两种情况：

一是每个逆变器输出电压相位相同；

二是每个逆变器输出电压相位相差3600/N，设N=6。

求：

（1）画出串联电路的输出电压vo的波形；

（2）计算输出电压有效值，并简要说明串联电路的目的。

（3）要得到近似正弦波的输出电压vo，试结合每个模块单元的输出电压及变换器的输出电压波形进行说明。

（a）单相全桥逆变器串联电路（b）全桥逆变器

解：

（1）两种情况的输出电压的示意图为

（a）输出电压相位相同（b）输出电压相位相差600

（2）每个逆变器输出电压相位相同时，输出电压的有效值为

每个逆变器输出电压相位相差600时，输出电压的有效值为Uo=0V。

若干个模块单元串联而成，不仅能够实现大功率的输出，而且通过一定的控制策略使输出波形接近正弦波，可以降低谐波。

（3）据阶梯波调制法的思路，控制每个模块的相位，将各个模块单元的输出电压进行叠加，便可得到近似正弦波的输出波形。

三、计算题

1、对于半波整流电路，试分别

（1）一般有功无功定义计算交流电源的有功功率和功率因数；

（2）波形畸变因数方法计算交流电源的有功功率和功率因数；

（1）有功功率：

功率因数：

此方法适用任何类型的电路，如非正弦电路。

（2）

有功功率：

，其中：

此方法适用于电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况。

2、单相全桥整流电路带电阻负载，所用晶闸管的额定电流为100A，若考虑2倍电流安全裕量，试计算在α＝45º

时，整流电路能输出的负载平均电流是多少？

根据题意，单相全控桥带电阻负载时，若假定电源电压为U，负载电阻为R，则整流电路输出的负载平均电流为：

（1）流过晶闸管的电流有效值为：

（2）

则电流有效值与平均值的比值为：

（3）

当晶闸管额定电流为100A，并考虑2倍电流安全裕量时，晶闸管可以承受的电流有效值为：

1.57*100/2=78.5A

根据晶闸管电流等效原则，将整流电路晶闸管的电流有效值为IVT＝78.5A，α＝π/4代入式（3）可得整流电路输出的负载平均电流为：

Id=89.4A

3、续流二极管单相全波可控整流电路，大电感负载，ωL>

>

R，U2=220V，R=20Ω。

a）画出α＝60o时输出电压ud及续流二极管iD的波形；

b）晶闸管的电压、电流定额。

（1）

（2）

晶闸管电流的有效值：

所以，晶闸管电压、电流定额分别为622V和2.7A。

4、三相全控桥整流电路，带阻感负载，U2＝100V，R＝10Ω，ωL>

R。

（1）α＝45ο时，输出电压平均值Ud，输出电流平均值Id，变压器二次侧电流有效值I2，晶闸管电流有效值IVT的大小；

（2）画出输出电压ud和输出电流id的波形。

（1）

5、三相全控桥带反电势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，α＝60º

时，求:

（1）当LB＝0时的负载平均直流电压Ud、负载平均电流Id；

（2）当LB＝1mH时的负载平均直流电压Ud、负载平均电流Id、换流重迭角γ。

根据题意，三相全控桥在α＝60º

时的线电压瞬时值为1.732*U2*sinα＝330>

E，因此在α＝60º

瞬时晶闸管即可被触发导通。

由于负载为反电势阻感负载，且电感无穷大，则电流平直连续。

（1）当时有：

（2）当mH时有：

将=220、α＝60º

、=314*0.001=0.314、E=200、R=1Ω代入上两式联立求解，

得：

Ud=244.2V=44.2A

又由：

将α＝60º

、=314*0.001=0.314、=220、=44.2A代入上式求得γ

6、在下图所示的降压斩波电路中，Vi=48V，L=250uH，RL=10，fs=100kHz，α=0.25

（1）计算输出电压平均值Vo和输入电流平均值Iin；

（6分）

（2）计算电感电流iL的平均值、最大值和最小值；

（3）画出电感电流iL的波形。

（3分）

（1）Vo=DVin=48*0.25=12V

Iin=Vo*Io/Vin=D*（Vo/RL）=0.25*1.2=0.3A

（2）IL=Io=1.2A

当SW导通，

LdiL/dt=Vin-Vo,diL=（Vin-Vo）*D/fs/L=0.36A

ILmax=IL+diL/2=1.38A,ILmin=IL-diL/2=1.02A

（3）

7、下图所示的降压斩波电路中，E＝100V，L＝100mH，R＝0.5Ω，EM＝10V，采用脉宽调制控制方式，T＝20μs，当Ton＝4μs时。