电力电子技术作业(含答案)

电力电子技术作业(含答案)内容摘要：

电容换流。 晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流 3 种方式。 11 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 电压型逆变电路的主要特点是： ①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。 ②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。 ③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。 电流型逆变电路的主要特点是： ①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。 ②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。 ③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。 4．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么。 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。 5．为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管。 答：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 5 章 直流 直流变流电路 1. 介绍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， uo＝ E。 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， uo＝ 0。 一个周期内的平均电压 Uo＝ Ett t  offon on。 输出电压小于电源电压，起到降压的作用。 12 2. 介绍升压斩波电路工作原理 答：假设电路中电感 L 值很大，电容 C 值也很大。 当 V处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，充电电流基本恒定为 I1，同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C值很大，基本保持输出电压为恒值 Uo。 设 V处于通态的时间为 ton，此阶段电感 L上积蓄的能量为 on1tEI。 当 V处于断态时 E和 L共同向电容 C充电并向负载 R提供能量。 设 V 处于断态的时间为 toff，则在此期间电感 L 释放的能量为  off1o tIEU 。 当电路工作于稳态时，一个周期 T 中电感 L积蓄的能量与释放的能量相等，即：   o ff1oon1 tIEUtEI  化简得： EtTEt ttU o ffo ff o ffono  式中的 1/ off tT ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 3．在降压斩波电路中，已知 E=200V， R=10Ω， L值极大， EM=30V， T=50μ s,ton=20μ s,计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 EMLREMuOiO+ 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= ETton = 5020200 =80(V) 输出电流平均值为 Io = REU Mo = 103080 =5(A) 4．在图 31a 所示的降压斩波电路中， E=100V， L=1mH， R=， EM=10V，采用脉宽调制控制方式， T=20μ s，当 ton=5μ s 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 当 ton=3μ s 时，重新进行上述计算。 EMLREMuOiO+ 解：由题目已知条件可得： m= EEM =10010 = τ =RL = = 当 ton=5μ s 时，有 13 ρ =T= =ont= 由于 11ee= 11 ee =m 所以输出电流连续。 此时输出平均电压为 Uo = ETton=205100=25(V) 输出平均电流为 Io = REU Mo ==30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 Imax=REmee   11= 0 0 0 2   ee=(A) Imin=REmee  11 =  ee=(A) 当 ton=3μ s 时，采用同样的方法可以得出： αρ = 由于 11ee = ee =m 所以输出电流仍然连续。 此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为： Uo = ETton = 203100 =15(V) Io = REU Mo =  =10(A) Imax= 0 0 0 1   ee=(A) Imin=  ee=(A) 5．在升压斩波电路中，已知 E=50V， L值和 C 值极大， R=10Ω，采用脉宽调制控制方式，当 T=40μ s， ton=20μ s 时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值Io。 14 解：输出电压平均值为： Uo = EtTof= 40 5040 20=100(V) 输出电流平均值为： Io =RUo =10010=10(A) 第 6 章 交流 交流变流电路 1．一单相交流调压器，电源为工频 220V，阻感串联作为负载，其中 R=，L=2mH。 试求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当α =2 时，晶闸管电流有效值，晶闸管 导通角和电源侧功率因数。 解：①负载阻抗角为： φ =arctan（ RL ） =arctan（ 102502 3 ） ==176。 开通角α的变化范围为： φ  α π 即  α π ③当α =φ时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 Pomax= RLRRI2222 m a xo)(220  =(KW) 功率因数为 37532o1m a xo  IUP 实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即 cos ④α =2 时，先计算晶闸管的导通角，由式（ 47）得 sin(2 +θ )=sin(2 ) tane 15 解上式可得晶闸管导通角为： θ ==176。 也可由图 43估计出 的值。 此时，晶闸管电流有效值为   c os )2c os (s in2 1VT  ZUI = 2208 9 8 6 o s ) 9 8 6 o s (  =(A) 电源侧功率因数为 o12oIURI。