逆变电路第四章复习题
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1. 什么是逆变电路?
2. 逆变电路和整流电路有什么不同?
3. 请解释单相桥式逆变电路的工作原理。
4. 请解释三相桥式逆变电路的工作原理。
5. 什么是SPWM控制技术?它在逆变电路中的应用是什么?
6. 请解释逆变电路中的负载匹配问题。
7. 请解释逆变电路中的电压源换向问题。
8. 请解释逆变电路中的电流源换向问题。
9. 请解释逆变电路中的谐波问题。
10. 请解释逆变电路中的电磁兼容性问题。
11. 请解释逆变电路中的开关损耗问题。
12. 请解释逆变电路中的二极管损耗问题。
13. 请解释逆变电路中的电容损耗问题。
14. 请解释逆变电路中的电感损耗问题。
15. 请解释逆变电路中的效率问题。
16. 请解释逆变电路中的可靠性问题。
17. 请解释逆变电路中的故障诊断问题。
18. 请解释逆变电路中的保护问题。
19. 请解释逆变电路中的控制策略问题。
20. 请解释逆变电路中的设计和优化问题。
《电路基础》第四章部分习题解答4.2解题思路:先设电压零参考相量,可设线电压U AB ,也可设相电压U A 。
然后根据所确定的零参考相量可求出A 相电流,B 相和C 相电流可根据电流的对称性和正序相序对应写出。
解:设线电压,则相电压V U AB °∠=•30380V U A °∠=•0220 Ω°∠=+=6.207338j Z 相电流A Z U I A A °−∠=°∠°∠==••6.2076.256.20730220I B −∠=°−°−∠=•76.251206.2076.25I C ∠=°+°−∠=•4.9976.251206.2076.25U AB I 由Y 形连接特点线电流 A I I A LA °−∠==••6.2076.25A I I B LB °−∠==••6.14076.25A I I C LC °∠==••4.9976.25 kW I U P L L 87.156.20cos 76.253803cos 3=°×××==ϕ4.3解题思路:先解题过程与上题同。
设电压零参考相量,可设线电压U AB ,也可设相电压U A 。
然后根据所确定的零参考相量可求出A 相电流,B 相和C 相电流可根据电流的对称性和正序相序对应写出。
再由∆形连接特点求出线电流。
解:设线电压,则相电压V U AB °∠=•0220V U U AB A °∠==••0220 Ω°∠=+=6.207338j Z相电流A Z U I A AB °−∠=°∠°∠==••6.2076.256.20730220 A I BC °−∠=°−°−∠=•6.14076.251206.2076.25A I CA °∠=°+°−∠=•4.9976.251206.2076.25由∆形连接特点线电流A I I A A °−∠=°−∠=••6.506.44303A IB °−∠=°−°−∠=•6.1706.441206.506.44A I C °∠=°+°−∠=•4.6976.251206.506.44 44.6∠69.4°AkW I U P L L 87.156.20cos 6.442203cos 3=°×××==ϕ4.4解题思路:需记住有功功率的计算公式。
第四章电路定理习题一、选择题1.如图1所示电路端口a-b的电压U ab等于( B )。
A. 5VB. -16VC. 16VD. -5V8+3V-图12.如图2所示电路端口a-b的开路电压U OC等于( C )。
A.10VB. -5VC.5VD. 0V图23.图3所示,端口a-b的开路电压U ab为( A )。
A. -17VB. 10VC. -13VD. -10V图34.图4所示,开路端口1-1’的戴维宁等效电路为( A )A. 2V,7ΩB. 2V,3ΩC. 4V,3ΩD. 7V,7Ω+2V1Ω2Ω4i 1i 111'图45.图5所示电路中端口a-b 的戴维宁等效电路为( A )。
A. 6V , 1Ω B. 12V ,3Ω C. 4V ,1.2Ω D. 12V ,2Ω3AI 13Ω2Ω2I 1ab图56.电路如图6所示,S 断开时电压表读数○V =18V ;S 闭合时电流表读数○A =1.8A ,则有源线性二端网络的戴维宁等效电路U OC 和R O 分别为( B )。
A. 20V, 1Ω B. 18V, 1Ω C. 18V, 2Ω D. 20V, 2Ω有源线性二端网络VA9ΩS图67.图7所示电路,网络N 仅由电阻构成,则图(b )中U 为( D )。
A. 6V B. -6V C. -12V D. 12V图78.图8所示电路,网络N 仅由电阻构成,图(a )中I 2 = 0.5V ,则图(b )中U 为( D )。
A. 3V B. 6V C. 0.6V D. 7.2V图89.如图9所示N 为无源线性电阻网络,由图(a)求图(b)中电流I ( D )。
A. 3A B. 4A C. 1AD. 2A图910.图10所示,ab 端口的伏安关系表达式为( A )A. U 1 = 6 + 4I 1B. U 1 = 15 + 3I 1C. U 1 = 12 + 8I 1D. U 1 = 17 + 3I 1+_+_3Ω3Ω5IIab +_U 1图10二、计算题。
第四章有源逆变电路习题与思考题解4-1.逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作?解:逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变:1 变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势E d,其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。
2. 变流电路输出的直流平均电压U d的极性必须为负(相对于整流时定义的极性),以保证与直流电源电势E d构成同极性相连,且满足U d<E d。
4-2单相全控桥式逆变电路与单相桥式(二极管)整流电路有何差别?是否所有的整流电路都可以用来作为逆变电路?解:单相全控桥式逆变电路是DC/AC变换电路,是单相全控桥式变流电路工作于逆变状态,其负载为反电动势负载,控制角为α>90°的情况。
单相桥式(二极管)整流电路是AC/DC 变换电路,是单纯的整流电路,相当于单相全控桥式变流电路工作于整流状态,控制角α=0°时的情况。
不是所有的整流电路都可以用来作为逆变电路。
例如,单相、三相半控桥式变流电路,带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态,不能用来作为逆变电路。
4-3.逆变电路工作时为什么会产生短路事故?解:变流器工作在逆变状态时,如果因丢失脉冲、移相角超出范围、甚至突发电源缺相或断相等情况时,都有可能发生换相失败,将使变流器输出的直流电压U d进入正半周范围,U d的极性由负变正,与直流侧直流电源电势E d形成顺向串联,造成短路事故(因逆变电路的内阻R很小)。
这种情况称为逆变失败。
或称为逆变颠覆。
4-4.为什么要限制逆变角的最小值βmin?选择βmin值时应考虑哪些因素?解:为了避免逆变电路发生逆变失败,所以,必须限制逆变角的最小值βmin。
最小逆变角βmin的选取要考虑三个因素,即换相重叠角γ;晶闸管关断时间t off对应的电角度δ;安全裕量角θ0。
故有βmin≥γ+δ+θ04-5.在图4-2(c )中,当α>90°时,为什么必须E d >U d 才能正常逆变工作,E d 与U d 间的差值由何因素决定。
答案4.1 逆变器输出波形的谐波系数HF与畸变系数DF有何区别,为什么仅从谐波系数HF还不足以说明逆变器输出波形的本质?答:第n次谐波系数HFn为第n次谐波分量有效值同基波分量有效值之比,即HFn=Vn/V1,总谐波系数THD 定义为:,畸变系数DF 定义为:,对于第n次谐波的畸变系数DFn 有:谐波系数HF显示了谐波含量,但它并不能反映谐波分量对负载的影响程度。
很显然,逆变电路输出端的谐波通过滤波器时,高次谐波将衰减得更厉害,畸变系数DF可以表征经LC滤波后负载电压波形还存在畸变的程度。
答案4.2 为什么逆变电路中晶闸管SCR不适于作开关器件?答:(1)逆变电路中一般采用SPWM控制方法以减小输出电压波形中的谐波含量,需要开关器件工作在高频状态,SCR是一种低频器件,因此不适合这种工作方式。
(2)SCR不能自关断。
而逆变器的负载一般是电感、电容、电阻等无源元件,除了特殊场合例如利用负载谐振进行换流,一般在电路中需要另加强迫关断回路才能关断SCR,电路较复杂。
因此SCR一般不适合用于逆变器中。
答案4.3 图4.2(a)和4.3(a)中的二极管起什么作用,在一个周期中二极管和晶体管导电时间由什么因素决定,在什么情况下可以不用二极管D,纯感性负载时,负载电流为什么是三角形。
答:图中二极管起续流和箝位作用,在一个周期中二极管和晶体管导电时间由三极管驱动信号和负载电流的方向共同决定,在纯阻性负载时可以不用二极管D。
纯电感负载时,,在期间,对于全桥逆变电路有,对半桥电路,线性上升;在期间,全桥电路,半桥有,线性下降;故电流是三角波。
如果都是300V,半桥和全桥电路断态时开关器件两端最高电压都是,即300V。
答4.4 有哪些方法可以调控逆变器的输出电压。
案答:有单脉波脉宽调制法、正弦脉宽调制法(SPWM)、基波移相控制法等。
单脉波脉宽调制法缺点是谐波含量不能有效控制;SPWM法既可控制输出电压的大小,又可消除低次谐波;移相控制一般用于大功率逆变器。
第四章有源逆变电路习题与思考题解4-1.逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作?解:逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变:1 变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势E d,其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。
2. 变流电路输出的直流平均电压U d的极性必须为负(相对于整流时定义的极性),以保证与直流电源电势E d构成同极性相连,且满足U d<E d。
4-2单相全控桥式逆变电路与单相桥式(二极管)整流电路有何差别?是否所有的整流电路都可以用来作为逆变电路?解:单相全控桥式逆变电路是DC/AC变换电路,是单相全控桥式变流电路工作于逆变状态,其负载为反电动势负载,控制角为α>90°的情况。
单相桥式(二极管)整流电路是AC/DC 变换电路,是单纯的整流电路,相当于单相全控桥式变流电路工作于整流状态,控制角α=0°时的情况。
不是所有的整流电路都可以用来作为逆变电路。
例如,单相、三相半控桥式变流电路,带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态,不能用来作为逆变电路。
4-3.逆变电路工作时为什么会产生短路事故?解:变流器工作在逆变状态时,如果因丢失脉冲、移相角超出范围、甚至突发电源缺相或断相等情况时,都有可能发生换相失败,将使变流器输出的直流电压U d进入正半周范围,U d的极性由负变正,与直流侧直流电源电势E d形成顺向串联,造成短路事故(因逆变电路的内阻R很小)。
这种情况称为逆变失败。
或称为逆变颠覆。
4-4.为什么要限制逆变角的最小值βmin ?选择βmin 值时应考虑哪些因素?解:为了避免逆变电路发生逆变失败,所以,必须限制逆变角的最小值βmin 。
最小逆变角βmin 的选取要考虑三个因素,即换相重叠角γ;晶闸管关断时间t off 对应的电角度δ;安全裕量角θ0。
故有βmin ≥γ+δ+θ04-5.在图4-2(c )中,当α>90°时,为什么必须E d >U d 才能正常逆变工作,E d 与U d 间的差值由何因素决定。
复习题一、填空题:1.三相半控桥式整流电路的移相范围为180°。
当控制角超过 时,电压波形将由连续变为断续。
2.带平衡电抗器三相双反星形可控整流电路一般应用在需要直流电压较低、电流 的电工设备中。
3.将直流电源的稳定电压变换为 电压的装置称为直流斩波器。
4.常用的逆变器根据换流方式不同,分为 换流式逆变器和脉冲换流式逆变器两类。
5.由金属- -半导体场效应管构成的集成电路称为MOS 电路。
6.兼有 和P 沟道两种增强型MOS 电路称为CMOS 电路。
7.基尔霍夫第一定律表明,流过任一节点的电流代数和为零;基尔霍夫第二定律表明,在任一回路中电动势的代数和恒等于各电阻上 的代数和。
8.由一恒定电流If 与内电导Gi 并联组合而成的电源,称为 。
9.已知一个电压源的电动势为E ,内阻为Ri ,若用等效的电流源表示,则电流源的电流I S = ,并联电导=Ri1。
10.涡流在铁心内将引起较大的功率消耗,使铁心 ,缩短了设备的使用寿命。
11.互感线圈串联时,若 端相接,称这种串接方式为反接。
12.互感线圈串联时,若异名端相接,称这种串接方式为 。
13. LC 并联谐振回路在谐振时,其阻抗达到最大且呈纯电阻性,此时Z =Zmax =RCL ,它的谐振频率fo = 。
14.场效应管是利用改变半导体中的 来实现对其导电能力控制的器件。
15.场效应管按其结构的不同,可分为结型和 型两大类。
16.在结型场效应管中,按其导电沟道的不同,可分为N 沟道和 沟道两种。
17.由于结型场效应管中的PN 结始终工作在 ,其栅极电流几乎等于0,所以输入电阻高。
18.由于结型场效应管的 电流几乎为零,讨论它的输入特性没有任何意义,所以只讨论它的转移特性和输出特性。
19.场效应管的转移特性反映了栅源电压对 电流的控制作用。
20.场效应管的输出特性反映了 电压对漏极电流的影响。
21.单结晶体管的伏安特性曲线分三个区,即截止区、 区和饱和区。
第二章电力电子器件1. 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)。
或:u AK>0且u GK>0。
2. 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?答: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。
3. 图1-43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I m,试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。
图1-43 晶闸管导电波形解:a)b)c)第三章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,L=20mH,U2=100V,求当α=0°和60°时的负载电流I d,并画出u d与i d波形。
解:α=0°时,在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。
在电源电压u2的负半周期,负载电感L释放能量,晶闸管继续导通。
因此,在电源电压u2的一个周期里,以下方程均成立:考虑到初始条件:当w t=0时i d=0可解方程得:u d与i d的波形如下图:当α=60°时,在u2正半周期60°~180°期间晶闸管导通使电感L储能,电感L储藏的能量在u2负半周期180°~300°期间释放,因此在u2一个周期中60°~300°期间以下微分方程成立:考虑初始条件:当wt=60°时id=0可解方程得:其平均值为此时u d与i d的波形如下图:3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,当α=30°时,要求:①作出u d、i d、和i2的波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
第4章 开关型直交逆变器复习题一、填空题1. 逆变电路完成得是直流到_交流_的变换,一般要求输出电压的基波 频率 和 幅值 均能调节控制。
2. 逆变电路依据输入侧直流电源的类型可分为 电压型 和 电流型 ;依据输出交流电压性质可分为 恒频恒压正弦逆变、 方波逆变 、变频变压逆变 和 高频脉冲逆变 电路。
3. 方波控制方式的单相和三相逆变器最大直流输入电压利用率分别为 0.9 和0.78 ;SPWM 控制方式的单相和三相逆变器的最大直流输入电压利用率分别为 0.707 和 0.612 。
4. 单极性倍频切换SPWM 控制逆变器的输出电压最低谐波阶次为 2m f -1 ,双极性切换SPWM 控制逆变器的输出电压最低谐波阶次为 m f -2 。
二、简答题1.逆变器输出波形性能指标有哪些?其定义如何?答:(1)谐波系数HFn :第n 次谐波系数HFn 定义为第n 次谐波分量有效值Vn 同基波分量有效值V1之比:1/n n HF V V =(2)总谐波系数THD :表征实际波形同基波分量差异的程度。
1222,3,411n n THD V V ∞=⎛⎞=⎜⎟⎝⎠∑""(3)畸变系数DF :表征逆变电路输出经二阶LC 滤波后在负载上的电压还存在畸变的程度。
12222,3,411()n n V DF V n ∞=⎛⎞=⎜⎟⎝⎠∑"" (4)最低次谐波LOH :定义为与基波频率最接近的谐波。
2.画出电压型单相全桥方波逆变电路原理图,简述其工作原理,分析其工作性能优缺点。
3.画出电压型单相全桥单脉冲PWM 控制逆变电路原理图,简述其工作原理。
4.解释SPWM 调制的几个术语:开关频率、基频、幅值调制率、频率调制率。
5.下图所示为单相全桥逆变器拓扑及其元器件标号,请依图说明单相全桥逆变器在采用双极性切换SPWM 控制方式和单极性倍频切换SPWM 控制方式时,4个开关元件的动作逻辑。
1. 确定最小逆变角βmin要考虑的三个因素是晶闸管关断时间t af所对应的电角度δ,安全裕量角Ø0和换相重叠角。
2.电压型逆变器中间直流环节以电容贮能。
3.适用于全控型器件的换流方式是器件换流。
4.什么是电压型逆变电路?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。
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。
5.画出负载换流电路的输出电压电流波形图,并分析其工作原理。
电阻电感串联后再和电容并联,工作在接近并联谐振状态而略呈容性,电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感L d , i d 基本没有脉动。
t 1前:VT1、VT4通,VT2、VT3断,u o 、i o 均为正,VT2、VT3电压即为u o 。
t 1时:触发VT2、VT3使其开通,u o 加到VT4、VT1上使其承受反压而关断,电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。
t 1必须在u o 过零前并留有足够裕量,才能使换流顺利完成。
6.电流型逆变器中间直流环节以 电感 贮能。
7 画出三相桥式逆变电路图。
8.画出单相半桥电压型逆变电路原理图,并简述其工作原理。
V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏,两者互补,输出电压u o 为矩形波,幅值为U m=U d/2。
V1或V2通时,i o 和u o 同方向,直流侧向负载提供能量;VD1或VD2通时,i o 和u ou i u V反向,电感中贮能向直流侧反馈。
VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用。