电力电子变流技术课后第4章

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

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+θ0

4-5．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。如果E d =U d 和E d

解：因为当α>90°,必须E d >U d 时，才能满足逆变工作条件。只有当E d >U d 时，变流电路直流侧的电源电势E d 才能提供逆变能量，进而实现有源逆变。

E d 与U d 间的差值由主电路所限制的电流的大小决定，即通过控制角α(逆变控制角β)的大小来确定。

E d =U d 时，变流电路将处于等待状态，E d

4-6．在图4-2中，设交流电源变压器二次电压U 2=280V ，变流电路为单相全控桥式电路，R =0.2Ω,L =∞。试求当电动机起重重物时，负载电流I d =200A 且反电势E d =180V 时，变流电路的控制角α应为何值？变流电路处于什么工作状态？

解： R

E U I d d d -= 则 U d =I d R +E d =200×0.2+180=220（V ）

ο

29873.0280

9.02209.0cos cos 9.022≈≈⨯===ααα

U U U U d d 由于α< 90°，U d >E d ，所以，变流电路处于整流工作状态。

4-7．在题4-6所给电路条件下，设电动机降落重物时起制动作用的负载电流I d =200A ，与电动机转速对应的反电势E d 为－180V ，试求此时的变流器控制角应为何值？并分析其能量传输关系。

解： R

E U I d d d -= 则 U d =I d R +E d =200×0.2－180=－140V

ο

1245556.0280

9.01409.0cos cos 9.022≈-≈⨯-===ααα

U U U U d d

由于2π

α〉，d d E U 〈，则变流电路处于有源逆变工作状态，电动机处于发电运行，

输出的直流电能通过变流器转变为交流电能反送给电网。

4-8．试绘出单相和三相全控桥式逆变电路当β=45°时的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形，并分析晶闸管承受电压的情况（设L =∞）。

解：单相全控桥式的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形参阅教材P66中的图4-2(c)。由于L =∞，晶闸管的电流波形可画成180°的矩形波。

晶闸管的导通角为θ=180°，此期间两端电压近似为零，关断后的β角对应期间承受反向电压，之后的α角对应期间承受正向电压。

三相全控桥式逆变电路的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形参阅教材P74中的图4-5的中间β=45°的一段。由于L =∞，晶闸管的电流波形可在该导通期间画成120°的矩形波。

晶闸管的导通角为θ=120°，此期间两端电压近似为零，关断后本相晶闸管按相序分别承受与相邻二相的线电压各120°。例如，A 相共阴极组晶闸管V11，导通的120°期间，两端电压近似为零，关断后首先承受线电压u AB 120°,转而承受线电压u AC 120°。其中关断后的β角对应期间承受线电压u AB 首先是反向电压。

逆变电路中，晶闸管在关断后的β角对应期间承受的是反向电压，其余绝大部分时间均承受正向电压。

4-9．在图4-5的三相桥式电路中，设交流电源线电压有效值U 2l =200V,L=∞，R =1.5Ω。如要求电动机在制动过程中保持制动电流I d =10A 恒定不变，试问：当电动机反电势E d =－200V 时，逆变角β应为何值？当E d 降至于－100V 、－50V 、0V 时逆变角分别应为何值？ 解： R

E U I d d d -=

当E d ＝－200V 时，

则 U d =I d R +E d =10×1.5－200=－185V ο

476852.020035.118535.1cos cos 35.1cos 34.2cos 34.22222≈≈⨯=-=-=-=≈βββ

βαL d L d U U U U U U

当E d ＝－100V 时，