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第2章,2.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）。,第2章,4.图2-27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Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。,第2章,对于正弦半波引出晶闸管的额定电流的定义 通态平均电流 IT(AV）国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。一般取其通态平均电流为按发热效应相等（即有效值相等）的原则所得计算结果的1.52倍。,第2章,5.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?,第3章,3单相桥式全控整流电路，U2100V，负载中R2，L值极大，当30时，要求：作出ud、id、和i2的波形；求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,第3章,ud、id、和i2的波形如下图,第3章,输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97（V）IdUd/R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A）,第3章,晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（23）141.4283424（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：IVTId 27.57（A）晶闸管的额定电流为：IN（1.52）27.571.572635（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。,第3章,12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ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？,第3章,假设VT1不能导通，整流电压ud波形如下：,第3章,假设VT1被击穿而短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。,第3章,13三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5，L值极大，当a=60时，要求：画出ud、id和iVT1的波形；计算Ud、Id、IdT和IVT。,三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,w,w,w,w,u,2,u,d1,u,d2,u,2L,u,d,u,ab,u,ac,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,a,u,c,u,b,w,t,1,O,t,O,t,O,t,O,t,a,=0,i,VT,1,u,VT,1,u,I,决定导通规律！,三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60 时的波形,w,w,w,a,=60,u,d1,u,d2,u,d,u,ac,u,ac,u,ab,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,u,a,u,b,u,c,O,t,w,t,1,O,t,O,t,u,VT,1,第3章,ud、id和iVT1的波形如下：,第3章,Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud2.34U2cosa2.34100cos60117（V）IdUdR117523.4（A）IdVTId323.437.8（A）IVTId 23.4 13.51（A）,第3章,26使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。,第3章,29什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角等。,第3章,30单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 90。三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是0 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 90。,第4章,1无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。,第4章,2换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。更为重要的是其相关电路的判断。,第4章,3什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。,第4章,3什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。电压型逆变电路的主要特点是：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。,第4章,3什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。电流型逆变电路的主要特点是：直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。,第4章,4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。,第4章,6并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？答：假设在t时刻触发VT2、VT3使其导通，负载电压uo就通过VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向电压关断，电流从VT1、VT4向VT2、VT3转移，触发VT2、VT3时刻t必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。,第5章 直流-直流变流电路,1简述图5-1a所示的降压斩波电路工作原理。答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uoE。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo0。一个周期内的平均电压Uo。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。,第5章 直流-直流变流电路,2在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10，L值极大，EM=30V，T=50s,ton=20s,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 Uo=80(V)输出电流平均值为 Io=5(A),第5章 直流-直流变流电路,同样的对于升压斩波电路，涉及到工作原理和相关计算。特别的升压斩波电路能够升压的本质原因,第5章 直流-直流变流电路,对于判断是否连续？不容易计算所以。,第6章 交流-交流变流电路,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=0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角。,第6章 交流-交流变流电路,2一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5，L=2mH。试求：开通角的变化范围；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=时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。,第6章 交流-交流变流电路,3交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。这些负载要求响应快，需要在每个周期进行调节。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。,6.3单相交交变频电路,图6-13 单相交交变频电路原理图和输出电压波形,电路构成和基本工作原理 由P组和N组反并联的晶闸管相控整流电路构成。工作原理 P组工作时，负载电流io为正，N组工作时，io为负。改变两组变流器的切换频率，就可以改变输出频率0 改变变流电路的控制角，就可以改变交流输出电压的幅值。,6.3 单相交交变频电路,图6-13 单相交交变频电路原理图和输出电压波形,为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制。在半个周期内让P组角按正弦规律从90减到0或某个值，再增加到90，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零；另外半个周期可对N组进行同样的控制。uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。,6.3 单相交交变频电路,图6-14 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,整流与逆变工作状态 以阻感负载为例，把电路等效成图6-14a，二极管体现了交流电流的单方向性。设负载阻抗角为，则输出电流滞后输出电压角。,6.3 单相交交变频电路,图6-14 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,整流与逆变工作状态工作状态 t1t3期间：io处于正半周，正组工作，反组被封锁。t1t2阶段：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正。t2t3阶段：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负。,6.3 单相交交变频电路,图6-14 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,t3t5期间：io处于负半周，反组工作，正组被封锁。t3t4阶段：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。t4t5阶段：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负。,6.3 单相交交变频电路,图6-14 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,结论 哪组变流电路工作由io方向决定，与uo极性无关。变流电路工作在整流还是逆变状态，根据uo方向与io方向是否相同来确定。,第6章 交流-交流变流电路,3交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。这些负载要求响应快，需要在每个周期进行调节。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。,7.2.2 异步调制和同步调制,载波频率fc与调制信号频率fr之比N=fc/fr称为载波比，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为异步调制和同步调制两种。,第7章 PWM控制技术,第7章 PWM控制技术,异步调制 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。通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的。在信号波的半个周期内，PWM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1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大，输出PWM波和正弦波的差异变大，对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。,第7章 PWM控制技术,同步调制 载波比N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。fr变化时载波比N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。在三相PWM逆变电路中，通常公用一个三角波载波，为了使三相输出波形严格对称和一相的PWM波正负半周镜对称，取N为3的整数倍且为奇数。当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的fc也很低，fc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fc会过高，使开关器件难以承受。,第7章 PWM控制技术,图7-11 分段同步调制方式举例,分段同步调制 把fr范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比N为恒定，不同频段的载波比不同。在fr高的频段采用较低的载波比，以使fc不致过高，限制在功率开关器件允许的范围内。在fr低的频段采用较高的载波比，以使fc不致过低而对负载产生不利影响。为了防止fc在切换点附近的来回跳动，在各频率切换点采用了滞后切换的方法。,实线表示输出频率增高时的切换频率,虚线表示输出频率降低时的切换频率,第7章 PWM控制技术,图7-4 单相桥式PWM逆变电路,图7-5 单极性PWM控制方式波形,单极性PWM控制方式 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的正半周，V1保持通态，V2保持断态。当uruc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。当uruc时使V3关断，V4导通，uo=0。,图7-4 单相桥式PWM逆变电路,图7-6 双极性PWM控制方式波形,双极性PWM控制方式 在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的PWM波也是有正有负，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有Ud两种电平。在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。当uruc时，V1和V4导通，V2和V3关断，这时如io0，则V1和V4通，如io0，则VD2和VD3通，不管哪种情况都是uo=-Ud。,第7章 PWM控制技术,7.4.1 PWM整流电路的工作原理,图7-30 b)单相全桥电路,整流运行状态 当us0时，由V2、VD4、VD1、Ls和V3、VD1、VD4、Ls分别组成了两个升压斩波电路。以包含V2的升压斩波电路为例，当V2导通时，us通过V2、VD4向Ls储能，当V2关断时，Ls中储存的能量通过VD1、VD4向直流侧电容C充电。当us0时类似。电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压可以从交流电源电压峰值附近向高调节，使用时要注意电力半导体器件的保护；同时也要注意，向低调节就会使电路性能恶化，以至不能工作。,同样的对于升压斩波电路，涉及到工作原理和相关计算。,