电力电子技术-模拟试题3-答案剖析

哈尔滨工业大学远程教育学院 2007年秋季学期
电力电子技术模拟试题3（开卷，时间：120分钟）
（所有答案必须写在答题纸上）
一、填空题（20分，每题1分）
1.直流斩波电路完成的是直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换。

2.直流斩波电路中最基本的两种电路是降压斩波电路和升压斩波电路。

3.斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合型。

其中最常用的控制方式是：脉冲宽度调制。

4.脉冲宽度调制的方法是：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压。

56.脉冲频率调制的方法是:导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的。

该方法的缺点是：导通占空比的变化范围有限。

输出电压、输出电流中的谐波频率不固定，不利于滤波器的设计。

6.降压斩波电路中通常串接较大电感，其目的是使负载电流连续。

7.升压斩波电路使电压升高的原因：电感L储能使电压泵升，电容C可将输出电压保持住。

8.升压斩波电路的典型应用有直流电动机传动和单相功率因数校正等。

9.升降压斩波电路和Cuk斩波电路呈现升压状态的条件是开关器件的导通占空比为1/2<α<1；呈现降压状态的条件是开关器件的导通占空比为0<α<1/2。

二、简答题（20分，每题2分）
1. 复合斩波电路中的电流可逆斩波电路和桥式斩波电路在拖动直流电动机时，均能实现负载电流可逆的要求，那么二者有什么区别？答：电流可逆斩波电路的输出电压只能是一种极性，而桥式可逆斩波电路将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。

2. 多相多重斩波电路有何优点？
答：总的输出电流脉动幅值变得很小，还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。

3. T型可逆斩波电路与H型可逆斩波电路相比各有何优缺点？
答：T型需要双电源，只用2个功率器件，但对器件耐压值要求较高；适用于小功率直流传动系统。

H型只需要单电源，要用4个功率器件，单对器件耐压值要求较低；适用于较大功率直流传动系统。

4.桥式可逆斩波电路的两种控制方式，即双极式和单极式，各有何优缺点？答：双极式控制的电流脉动大；在大功率系统对电机发热和换向不利；
零位颤动有利于克服电机静摩擦，改善系统低速平稳性；适用于小功率高精度快速性要求高的系统。

单极式控制的电流脉动减小；有利于电机发热和换向；系统过零时，可能出现死区；适用于大功率传动系统。

5.什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：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

电压型逆变电路特点：
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。

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。

电流型逆变电路特点：
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。

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。

6.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？
答：如果有一个晶闸管不能导通，则输出电压缺2个波头。

以晶闸管VT1不能导通为例。

如果有一个晶闸管被击穿而短路，同组其它晶闸管会依次因相间短路而击穿。

7.整流电路多重化的主要目的是什么？
答：将整流电路多重化可以减少交流侧输入电流谐波，提高功率因数。

8.变压器漏感对整流电路有何影响？
答：1)出现换相重叠角γ，整流输出电压平均值Ud降低。

2)整流电路的工作状态增多。

3)晶闸管的di/dt减小．有利于晶闸管的安全开通。

4)换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。

5)换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

9.交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？
答: 交交变频电路的优点是：只用一次变流，效率较高；可方便地实观四象限工作：低频输出波形接近正弦波。

缺点是：接线复杂，受电网频率和变流电路脉波数的限制输出频率较低；输入功率因数较低；输入电流谐彼含量大，频谱复杂。

交交变频电路主要用于500kw或1000kw以上的大功率、低转速的交流调速电路中。

10.单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？
答：电路结构相同，但工作方式不同：
单相交交变频电路是交流输出，为此两组桥在交流输出的每个周期内都要切
换，且控制角要不断变化，使输出电压按照正弦规律变化。

反并联可控整流电路是直流输出，稳态时控制角不变，只有在电机运行状态变化时，两组桥才进行切换。

三、画图题（10分）
11.画出RCD 型缓冲电路的结构，并说明有、无缓冲电路时，器件关断时各应按照那条负载线转移，标出转移的方向，并说明理由。

CE
i 题图7-2 关断时的电压电流轨线
答：无缓冲电路时，器件关断时应按照如下电压电流线转移：A →B →C
有缓冲电路时，器件关断时应按照如下电压电流线转移：A →D →C 有缓冲电路时，关断时电压上升率受到了限制，所以转移线向原点靠近。

四、计算题（50分）
3.题图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均为Im ，试计算各c)图波形的电流平均值I d3与电流有效值I 3。

如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的最大平均电流I d3为多少？这时，相应的电流最大值I m3为多少 ? （10分）
2
3
00
111()0.25222
T d m m m
I I t dt I d I I T π
π
θπ
π===⨯=⎰
⎰
30.5m I I I ===3.解：
30.5 1.57*100157m
I I A
===3314m I A
=30.2578.5d m I I A
==最大平均电流
电流最大值100A 的晶闸管对应的有效值
4.在题图3-3所示的升压斩波电路中，已知E=50V ，L 值和C 值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs ，ton=30μs 时。

（20分） 1）画出输出电压uo,输出电流io,流过器件V 的电流i V 以及流过二极管VD 的电流i VD 。

2）计算输出电压平均值Uo ，输出电流平均值Io ，器件V 上的平均电流I V ，及二极管VD 上的平均电流I VD 。

题图3-3
u GE
s)
O u o
s)
s)
i o
i V
s)
1
i VD
s)
1
O
解：2）01
4502001U E V V α
=
=⨯=-002001020
U I A
R ===1200*104050U I I A E =
==o o 130
*403040
on V T I I A A T =
==110*401040off
VD
T I I A A T ===
5. 桥式可逆斩波电路如题图3－4所示，电机为正向电动状态。

当电机处于低速轻载运行状态（即负载电流较小且正负交变），完成下题： 单极同频控制方式时，画出V1～V4驱动信号的波形，负载上电压和电流的波形；并在此基础上结合电流波形说明在一个周期内的不同区段上负载电流的路径以及在该区段内电机的工作状态。

（20分）
u
GE1
u
GE2
u O
E
-E E M
i o
u GE3
u GE4
阶段1：电动，V1，V4 导通 阶段2：L 放电，VD1，V4 导通 阶段3：能耗制动，V2，VD3 导通 阶段4：回馈制动，VD2，VD3 导通。