電力電子技術課后習題答案(王兆安)-資料下載頁

【導讀】使晶閘管導通的條件是什么？Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關斷；，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利條件；MOSFET的輸入電容是低泄漏。①一般在不用時將其三個電極短接；②裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時所有儀器外殼必須接地；流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。求更高，其驅動電路通常包括開通驅動電路，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。和規定的冷卻狀態下，穩定結溫不超過額定結溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。導通時刻，負載電流為零。在電源電壓U2的負半周期，負載電感L釋放能量，晶閘管繼續

　　

【正文】 調制是把逆變電路的輸出頻率劃分為若干段，每個頻段的載波比一定，不同 頻段采用不同的載波比。其優點主要是，在高頻段采用較低的載波比，使載波頻率不致過 高，可限制在功率器件允許的范圍內。而在低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致 過低而對負載產生不利影響。 什么是 SPWM 波形的規則化采樣法？和自然采樣法比規則采樣法有什么優點？ 答：規則采樣法是一種在采用微機實現時實用的 PWM 波形生成方法。規則采樣法是在自然采樣法的基礎上得出的。規 則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個正峰值之間為一個采樣周期。使每個 PWM 脈沖的中點和三角波一周期的中點 (即負峰點 )重合，在三角波的負峰時刻對正弦信號波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點代替正弦波與載波的交點，即可得出控制功率開關器件通斷的時刻。 比起自然采樣法，規則采樣法的計算非常簡單，計算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的 SPWM 波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實時控制中在線計算，在工程中實際應用不多的缺點。 如何提高 PWM 逆變電路的直流電壓利用率 ? 答：采用梯形波控制方式即用梯形波作為調制信號，可以有效地提高直流電壓的利用率。 對于三相 PWM 逆變電路，還可以采用線電壓控制方式即在相電壓調制信號中疊加 3的倍數次諧波及直流分量等，同樣可以有效地提高直流電壓利用率。 PWM 變流電路？采用滯環比較方式的電流跟蹤型變流器有何特點？ 答：電流跟蹤型 PWM 變流電路就是對變流電路采用電流跟蹤控制。也就是不用信號波對載波進行調制，而是把希望輸出的電流作為指令信號，把實際 電流作為反饋信號，通過二者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率器件的通斷，使實際的輸出跟蹤電流的變化。 采用滯環比較方式的電流跟蹤型變流器的特點： ①硬件電路簡單； ②屬于實時控制方式，電流響應快； ③不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量； ④與計算法和調制法相比，相同開關頻率時輸出電流中高次諧波含量較多； ⑤采用閉環控制。 PWM 整流電路？它和相控整流電路的工作原理和性能有何不同？ 答： PWM 整流電路就是采用 PWM 控制的整流電路，通過對 PWM 整流電路的適當控制，可以使其輸入電流十分接 近正弦波且和輸入電壓同相位，功率因數接近 l。 相控整流電路是對晶閘管的開通起始角進行控制，屬于相控方式。其交流輸入電流中含有較大的諧波分量，且交流輸入電流相位滯后于電壓，總的功率因數低。 PWM 整流電路采用 SPWM 控制技術為斬控方式。其基本工作方式為整流，此時輸 入電流可以和電壓同相位，功率因數近似為 l。 PWM 整流電路可以實現能量正反兩個方向的流動，既可以運行在整流狀態，從交流側向直流側輸送能量；也可以運行在逆變狀態，從直流側向交流側輸送能量。而且這兩種方式都可以在單位功率因數下運行。 此外，還 可以使交流電流超前電壓 ?90 ，交流電源送出無功功率，成為靜止無功功率發生器。或使電流比電壓超前或滯后任一角度 ? 。 PWM 整流電路中，什么是間接電流控制？什么是直接電流控制？ 答：在 PWM 整流電路中，間接電流控制是按照電源電壓、電源阻抗電壓及 PWM 整流器輸入端電壓的相量關系來進行控制，使輸入電流獲得預期的幅值和相位，由于不需要引入交流電流反饋，因此稱為間接電流控制。 直接電流控制中，首先求得交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，經過比較進行跟蹤控制，使輸入電流跟蹤指令值變化。因為引入了交流電流反饋而 稱為直接電流控制。 第 7 章 軟開關技術 1．高頻化的意義是什么 ?為什么提高開關頻率可以減小濾波器的體積和重量 ?為什么提高關頻率可以減小變壓器的體積和重量 ? 答：高頻化可以減小濾波器的參數，并使變壓器小型化，從而有效的降低裝置的體積和重量。使裝置小型化，輕量化是高頻化的意義所在。提高開關頻率，周期變短，可使濾除開關頻率中諧波的電感和電容的參數變小，從而減輕了濾波器的體積和重量；對于變壓器來說，當輸入電壓為正弦波時， fNBSU ? ，當頻率 f 提高時，可減小 N、 S參數值，從而減小了變壓器的體積和重量。 2．軟開關 電路可以分為哪幾類 ?其典型拓撲分別是什么樣子的 ?各有什么特點 ? 答：根據電路中主要的開關元件開通及關斷時的電壓電流狀態．可將軟開關電路分為零電壓電路和零電流電路兩大類：根據軟開關技術發展的歷程可將軟開關電路分為準諧振電路，零開關 PWM 電路和零轉換 PWM 電路。 準諧振電路：準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦波，電路結構比較簡單，但諧振電壓或諧振電流很大，對器件要求高，只能采用脈沖頻率調制控制方式。 零電壓開關準諧振電路的基本開關單元 零電流開關準諧振 電路的基本開關單元 零開關 PWM 電路：這類電路中引入輔助開關來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發生于開關過程前后，此電路的電壓和電流基本上是方波，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關頻率固定的 PWM 控制方式。 零電壓開關 PWM 電路的基本開關單元 零電流開關 PWM 電路的基本開關單元 零轉換 PWM 電路：這類軟開關電路還是采用輔助開關控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關并聯的，輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內并從零負載到滿負載都能工作在軟開關狀態，無功率的交換玻消減到最小。 零電壓轉換 PWM 電路的基本開關單元 零電流轉換 PWM 電路的基本開關單元 3．在移相全橋零電壓開關 PWM 電路中，如果沒有諧振電感 L，電路的工作狀態將發生哪些變化，哪些開關仍是軟開關，哪些開關將成為硬開關 ? 答：如果沒有諧振電感 Lr，電路中的電容 1SC ， 2SC 與電感 L 仍可構成諧振電路，而電容Cs3， Cs4 將無法與 Lr構成諧振回路，這樣， S S4將變為硬開關， 1S 、 2S 仍為軟開關。 4．在零電壓轉換 PWM 電路中，輔助開關 Sl 和二極管 VDI 是軟開關還是硬開關，為什么 ? 答：在 1S 開通時， 1Su 不等于零；在 1S 關斷時，其上電流也不為零，因此 1S 為硬開關。由于電感 L的存在， 1S 開通時的電流上升率受到限制，降低了 1S 的開通損耗。由于電感 L 的存在，使 1VD 的電流逐步下降到零，自然關斷，因此 1VD 為軟開關。 第 8 章 組合變流電路 1．什么是組合變流電路 ? 答：組合變流電路是將某幾種基本的變流電路 (AC／ DC、 DC／ DC、 AC／ AC、 DC／ DC)組合起來，以實現一定新功能的變流電路。 2．試闡明圖 8— 1間接交流變流電 路的工作原理，并說明該電路有何局限性。 答：間接交流變流電路是先將交流電整流為直流電，在將直流電逆變為交流電，圖 所示的是不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路。該電路中整流部分采用的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電力，這是它的一個局限。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負載能量反饋到中間直流電路，導致電容電壓升高。由于該能量無法反饋回交流電源。故電容只能承擔少量的反饋能量，這是它的另一個局限。 3．試分 析圖 間接交流變流電路的工作原理，并說明其局限性。 答：圖 8— 2是帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路，它是在圖 8一 l 的基礎上，在中間直流電容兩端并聯一個由電力晶體管 Vo 和能耗電阻 ‰ 組成的泵升電壓限制電路。當泵升電壓超過一定數值時，使 Vo 導通，把從負載反饋的能量消耗在 Ro上。其局限性是當負載為交流電動機，并且要求電動機頻繁快速加減速時，電路中消耗的能量較多，能耗電阻 R0也需要較大功率，反饋的能量都消耗在電阻上，不能得到利用。 4．試說明圖 間接交流變流電路是如何實現負載能量回饋的。 答：圖 8— 3 為利用可控變流器實現再生反饋的電壓型間接交流變流電路，它增加了一套變流電路，使其工作于有源逆變狀態。當負載回饋能量時，中間直流電壓上升，使不可控整流電路停止工作，可控變流器工作于有源逆變狀態，中間直流電壓極性不變，而電流反向，通過可控變流器將電能反饋回電網。 5．何為雙 PWM 電路 ?其優點是什么 ? 答：雙 PWM 電路中，整流電路和逆變電路都采用 PWM 控制，可以使電路的輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數高，中間直流電路的電壓可調。當負載為電動機時，可工作在電動運行狀態，也可工作在再生制動狀態；通過改變輸 出交流電壓的相序可使電動機正轉或反轉，因此，可實現電動機四象限運行。 6．什么是變頻調速系統的恒壓頻比控制 ? 答：即對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定。這樣可維持電動機氣隙磁通為額定值，使電動機不會因為頻率變化而導致磁飽和和造成勵磁電流增大，引起功率因數和效率的降低。 7．何為 UPS ? 試說明圖 所示 UPS 系統的工作原理。 答： UPS 是指當交流輸入電源發生異常或斷電時，還能繼續向負載供電，并能保證供電質量，使負載供電不受影響的裝置，即不間斷電源。圖 8— 11 為用柴油發電機作為后 備電源的 UPS，其工作原理為：一旦市電停電，則蓄電池投入工作，同時起動油機，由油機代替市電向整流器供電，整流后再通過逆變器逆變為 50Hz 恒頻恒壓的交流電向負載供電，市電恢復正常后，再重新由市電供電。因為蓄電池只作為市電與油機之間的過渡，柴油發電機作為后備電源，所以此系統可保證長時間不問斷供電。 8．試分析正激電路和反激電路中的開關和整流二極管在工作時承受的最大電壓。 解：正激電路和反激電路中的開關和整流二極管在工作時承受最大電壓的情況如下表所示： 開關 S 整流二極管 VD 正激電路 1 13(1 )N UN? 2 13NUN 反激電路 1 03i NUUN? 2 01 iN UUN ? 9．試分析全橋、半橋和推挽電路中的開關和整流二極管在工作中承受的最大電壓，最大電流和平均電流。 答：以下分析均以采用橋式整流電路為例。 ①全橋電路 最大電壓 最大電流 平均電流 開關 S iU 21 dNIN 212 dN IN 整流二極管 21 iNUN dI 12dI ②半橋電路 最大電壓 最大電流 平均電流 開關 S iU 21 dNIN 212 dN IN 整流二極管 212 iNUN dI 12dI ③推挽電路 (變壓器原邊總匝數為 2N1) 最大電壓 最大電流 平均電流 開關 S 2iU 21 dNIN 212 dN IN 整流二極管 21 iNUN dI 12dI 10．全橋和半橋電路對驅動電路有什么要求 ? 答：全 橋電路需要四組驅動電路，由于有兩個管子的發射極連在一起，可共用一個電源所以只需要三組電源；半橋電路需要兩組驅動電路，兩組電源。 11．試分析全橋整流電路和全波整流電路中二極管承受的最大電壓，最大電流和平均電流。 解：兩種電路中二極管承受最大電壓：電流及平均電流的情況如下表所示： 最大電壓 最大電流 平均電流 全橋整流 mU dI 12dI 全波整流 2mU dI 12dI 12．一臺輸出電壓為 5V、輸出電流為 20A 的開關電源： ①如果用全橋整流電路，并采用快恢復二極管，其整流電路中二極管的總損耗是多少 ? ②如果采用 全波整流電路，采用快恢復二極管、肖特基二極管整流電路中二極管的總損耗是多少？如果采用同步整流電路，整流元件的總損耗是多少 ? 注：在計算中忽略開關損耗，典型元件參數見下表。 元件類型 型號 電壓(V) 電流(A) 通態壓降 (通態電阻 ) 快恢復二極管 25CPFl0 100 25 肖特基二極管 3530CPQ035 30 30 MOSFET IRFP048 60 70 解：①、總損耗為： 114 4 20 ( )22ddU I W? ? ? ? ? ? ②采用全波整流電路時： 采用快恢復二極管時總損耗為： 1 8 20 19 .6( )2 ddU I W? ? ? ? 采用肖特基二極管時 總損耗為： 1 4 20 12 .8 ( )2 ddU I W? ? ? ? 采用同步整流電路時，總損耗為： 2222 2 ( 20 ) 0. 01 8 7. 2( )2I R W? ? ? ? ? ?