2014年9月份考试电力电子技术第三次作业
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2. 三相半波共阴极可控整流电路，大电感性负载，控制角α=60°。
（1）试画出主电路图；（2）在图6上画出输出电压波形ud和晶闸管VT1 的两端电压波形uT1。
六、综合题（本大题共20分，共 2 小题，每小题 10 分） 1. 晶闸管单相桥式全控整流电路带大电感负载，整流变压器次级电压 有效值为U2=100V，控制角为300，输出电流连续，R=2Ω，求整流器输 出电压平均值、输出电流平均值。如接续流二极管，求整流器输出电压 平均值、变压器次级电流有效值。 2. 三相半波可控变流器，带反电动势阻感负载，L=∞，输出电流连 续，U2=110V，R＝2Ω，LB＝1mH，当EM＝－100V。①问β＝30°时，电 路能否发生逆变？说明原因。②β＝60°时求输出电压平均值、输出电 流平均值和换相重叠角以及变流器的功率因数。
评分标准：
5. 参考答案：
解题方案：
评分标准：
四、分析题（10分，共 1 题，每小题 10 分）
0. 参考答案： （1）电路中R1、L为负载电阻和电感，C为换向电容，由于R通过输出变 压器与换向电容相并联，因而称为并联逆变器。输出变压器的原边绕组 的O点为中心抽头。 （2）先触发VT1导通，电源电压E加在变压器原边绕组OA两端，因而在 副边绕组产生感应输出电压u0，同时在OB端也产生感应电压，使换向电 容C两端的电压uc=2E，极性为左负右正。 （3）经半个周期后，触发VT2导通，电容C上的电荷经VT2，VT1放电，并 使VT1管承受反压而关断。 （4）VT1关断后，电源电压E经导通的VT2管加在变压器原边绕组OB两 端，在负载上感应出与VT1导通时相反的输出电压u0。且使换向电容C上 充电至uc=2E，但极性变为左正右负，为在导通VT1时关断VT2作好准备。 （5）由以上分析，此逆变器中晶闸管的关断为强迫关断。 解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： 电力二极管的主要类型有：普通二极管、快速恢复二极管和肖特基势垒 二极管。 解题方案：
评分标准：
3. 参考答案：
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。
评分标准：
五、综合分析题（20分，共 2 题，每小题 10 分）
1. 参考答案：
解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： （1）主电路图；（2）输出电压波形ud和晶闸管VT1的两端电压波形uT1 如下（如图10所示）：
解题方案：
评分标准：
六、综合题（20分，共 2 题，每小题 10 分）
1. 参考答案： ① Ud＝77.94V, Id=39A ② Ud＝83.97V Id= 42A I2=38.34A 解题方案：
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。 解题方案：
评分标准：
4. 参考答案： 维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小 电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外 电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到 维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 解题方案：
2014年9月份考试电力电子技术第三次作业 一、计算题（本大题共10分，共 1 小题，每小题 10 分） 三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=100V。试求输出相电压 的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值 UUV1、输出线电压中5次谐波的有效值UUV5。
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。在供用电系统 中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压 大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采 用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管 串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分 不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不 太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电 路体积小、成本低、易于设计制造。
答案：
一、计算题（10分，共 1 题，每小题 10 分） 0. 参考答案：
解题方案： 评分标准：
二、简答题（20分，共 4 题，每小题 5 分）
1. 参考答案： 电力电子变流装置的主要技术功能指标包括：效率、电压调整率、功率 因数等。 解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： 由于存在换相电抗XB，相当于增加电源内阻抗，所以使换相期间的输出 电压降低，输出电压波形出现缺口，造成波形畸变，形成干扰源。但它 有一个好处，它使晶闸管的di／dt减小，有利于晶闸管的安全开通。 解题方案：
评分标准：
3. 参考答案： :晶闸管继续导通，门极反向电压不起作用。 解题方案：
评分标准：
4. 参考答案： GTR对驱动电路的基本要求是： （1）GTR开通时，驱动电路提供的基极电流应具有足够的基极驱动和快 速的上升沿，并一开始有一定的过冲，以加速开通的过程，减小开通损 耗。 （2）GTR导通期间，驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保 证GTR处于饱和导通状态，使GTR的饱和压降较低，以保证低的导通损 耗。为了减小存储时间，能控制GTR在关断前处于临界饱和状态，即准 饱和状态。
评分标准：
2. 参考答案： ① 不能， 因Ud＝－111.5V，数值上比E大。 ② Id＝16.58A Ud＝－66.84V γ＝2.6° 功率因数＝－0.35 解题方案：
评分标准：
5. 电动机电动势EM的极性满足逆变条件， 时，可实现有源逆变，这时Ud为多少？
，且β＜90°
四、分析题（本大题共10分，共 1 小题，每小题 10 分） 试分析如图2所示单相并联逆变电路的共 2 小题，每小题 10 分） 1. 题目：如图3所示电路中，U2＝200V，电路总电阻R＝2Ω，大电感负 载，电流连续。在直流输出端测出Ud=90V。试计算：（1）控制角 ＝？；（2）流过晶闸管的电流平均值Idvt和有效值Ivt；（3）电路的功 率因数。
评分标准：
三、问答题（20分，共 5 题，每小题 4 分）
1. 参考答案： 12 脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次 等即12k±1、（k=1，2，3…谐波，整流输出电压中含有12、24 等即 12k（k=1，2，3…）次谐波。 24 脉波整流电路的交流输入电流中含有23 次、25 次、47 次、49次 等，即24k1（k=1，2，3…）次谐波，整流输出电压中含有24、48等即 24k（k=1，2，3…）次谐波。 解题方案：
（3）关断瞬时，驱动电路应提供足够的反向基极驱动，以迅速抽出基 区的剩余载流子，减小存储时间ts；并加反偏截止电压，使集电极电流 迅速下降以减小下降时间tf 。而在功率管开通前功率管基射极间的反 偏电压应为零或很小。 （4）驱动电路损耗要小，电路尽可能简单可靠，便于集成。（5）驱动 电路中常要解决控制电路与主电路之间的电气隔离。一般采用前面所述 的光电耦合器或隔离变压器实现隔离。 解题方案：
二、简答题（本大题共20分，共 4 小题，每小题 5 分） 1. 电力电子变流装置的主要技术功能指标有哪些？ 2. 换相电抗的作用是什么？ 3. 晶闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压会发生什么情况？ 4. GTR对驱动电路的基本要求是什么？
三、问答题（本大题共20分，共 5 小题，每小题 4 分） 1. 12 脉波、24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含 哪些次数的谐波？ 2. 电力二极管的主要类型有哪些。 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？ 4. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关 断？
（1）试画出主电路图；（2）在图6上画出输出电压波形ud和晶闸管VT1 的两端电压波形uT1。
六、综合题（本大题共20分，共 2 小题，每小题 10 分） 1. 晶闸管单相桥式全控整流电路带大电感负载，整流变压器次级电压 有效值为U2=100V，控制角为300，输出电流连续，R=2Ω，求整流器输 出电压平均值、输出电流平均值。如接续流二极管，求整流器输出电压 平均值、变压器次级电流有效值。 2. 三相半波可控变流器，带反电动势阻感负载，L=∞，输出电流连 续，U2=110V，R＝2Ω，LB＝1mH，当EM＝－100V。①问β＝30°时，电 路能否发生逆变？说明原因。②β＝60°时求输出电压平均值、输出电 流平均值和换相重叠角以及变流器的功率因数。
评分标准：
5. 参考答案：
解题方案：
评分标准：
四、分析题（10分，共 1 题，每小题 10 分）
0. 参考答案： （1）电路中R1、L为负载电阻和电感，C为换向电容，由于R通过输出变 压器与换向电容相并联，因而称为并联逆变器。输出变压器的原边绕组 的O点为中心抽头。 （2）先触发VT1导通，电源电压E加在变压器原边绕组OA两端，因而在 副边绕组产生感应输出电压u0，同时在OB端也产生感应电压，使换向电 容C两端的电压uc=2E，极性为左负右正。 （3）经半个周期后，触发VT2导通，电容C上的电荷经VT2，VT1放电，并 使VT1管承受反压而关断。 （4）VT1关断后，电源电压E经导通的VT2管加在变压器原边绕组OB两 端，在负载上感应出与VT1导通时相反的输出电压u0。且使换向电容C上 充电至uc=2E，但极性变为左正右负，为在导通VT1时关断VT2作好准备。 （5）由以上分析，此逆变器中晶闸管的关断为强迫关断。 解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： 电力二极管的主要类型有：普通二极管、快速恢复二极管和肖特基势垒 二极管。 解题方案：
评分标准：
3. 参考答案：
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。
评分标准：
五、综合分析题（20分，共 2 题，每小题 10 分）
1. 参考答案：
解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： （1）主电路图；（2）输出电压波形ud和晶闸管VT1的两端电压波形uT1 如下（如图10所示）：
解题方案：
评分标准：
六、综合题（20分，共 2 题，每小题 10 分）
1. 参考答案： ① Ud＝77.94V, Id=39A ② Ud＝83.97V Id= 42A I2=38.34A 解题方案：
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。 解题方案：
评分标准：
4. 参考答案： 维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小 电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外 电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到 维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 解题方案：
2014年9月份考试电力电子技术第三次作业 一、计算题（本大题共10分，共 1 小题，每小题 10 分） 三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=100V。试求输出相电压 的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值 UUV1、输出线电压中5次谐波的有效值UUV5。
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。在供用电系统 中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压 大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采 用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管 串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分 不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不 太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电 路体积小、成本低、易于设计制造。
答案：
一、计算题（10分，共 1 题，每小题 10 分） 0. 参考答案：
解题方案： 评分标准：
二、简答题（20分，共 4 题，每小题 5 分）
1. 参考答案： 电力电子变流装置的主要技术功能指标包括：效率、电压调整率、功率 因数等。 解题方案：
评分标准：
2. 参考答案： 由于存在换相电抗XB，相当于增加电源内阻抗，所以使换相期间的输出 电压降低，输出电压波形出现缺口，造成波形畸变，形成干扰源。但它 有一个好处，它使晶闸管的di／dt减小，有利于晶闸管的安全开通。 解题方案：
评分标准：
3. 参考答案： :晶闸管继续导通，门极反向电压不起作用。 解题方案：
评分标准：
4. 参考答案： GTR对驱动电路的基本要求是： （1）GTR开通时，驱动电路提供的基极电流应具有足够的基极驱动和快 速的上升沿，并一开始有一定的过冲，以加速开通的过程，减小开通损 耗。 （2）GTR导通期间，驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保 证GTR处于饱和导通状态，使GTR的饱和压降较低，以保证低的导通损 耗。为了减小存储时间，能控制GTR在关断前处于临界饱和状态，即准 饱和状态。
评分标准：
2. 参考答案： ① 不能， 因Ud＝－111.5V，数值上比E大。 ② Id＝16.58A Ud＝－66.84V γ＝2.6° 功率因数＝－0.35 解题方案：
评分标准：
5. 电动机电动势EM的极性满足逆变条件， 时，可实现有源逆变，这时Ud为多少？
，且β＜90°
四、分析题（本大题共10分，共 1 小题，每小题 10 分） 试分析如图2所示单相并联逆变电路的共 2 小题，每小题 10 分） 1. 题目：如图3所示电路中，U2＝200V，电路总电阻R＝2Ω，大电感负 载，电流连续。在直流输出端测出Ud=90V。试计算：（1）控制角 ＝？；（2）流过晶闸管的电流平均值Idvt和有效值Ivt；（3）电路的功 率因数。
评分标准：
三、问答题（20分，共 5 题，每小题 4 分）
1. 参考答案： 12 脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次 等即12k±1、（k=1，2，3…谐波，整流输出电压中含有12、24 等即 12k（k=1，2，3…）次谐波。 24 脉波整流电路的交流输入电流中含有23 次、25 次、47 次、49次 等，即24k1（k=1，2，3…）次谐波，整流输出电压中含有24、48等即 24k（k=1，2，3…）次谐波。 解题方案：
（3）关断瞬时，驱动电路应提供足够的反向基极驱动，以迅速抽出基 区的剩余载流子，减小存储时间ts；并加反偏截止电压，使集电极电流 迅速下降以减小下降时间tf 。而在功率管开通前功率管基射极间的反 偏电压应为零或很小。 （4）驱动电路损耗要小，电路尽可能简单可靠，便于集成。（5）驱动 电路中常要解决控制电路与主电路之间的电气隔离。一般采用前面所述 的光电耦合器或隔离变压器实现隔离。 解题方案：
二、简答题（本大题共20分，共 4 小题，每小题 5 分） 1. 电力电子变流装置的主要技术功能指标有哪些？ 2. 换相电抗的作用是什么？ 3. 晶闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压会发生什么情况？ 4. GTR对驱动电路的基本要求是什么？
三、问答题（本大题共20分，共 5 小题，每小题 4 分） 1. 12 脉波、24 脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含 哪些次数的谐波？ 2. 电力二极管的主要类型有哪些。 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？ 4. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关 断？
