电力电子应用技术书小结习题参考

小结
1．整流是应用最为广泛的电能变换技术。

晶闸管相控整流电路依靠改变晶闸管的控制角调控直流输出电压，因其功率大、损耗小、寿命长至今仍是大功率整流电路的主导形式。

三相半波整流由于整流变压器存在直流磁势不平衡、变压器利用率低、整流电压脉动系数大等缺点而使应用范围受到限制，但它是构成各类三相多脉波整流电路的基本单元。

由
两个三相半波整流电路并联构成的带平衡电抗器的双反星形整流电路，和由两个三相半波整流电路串联构成的三相桥式整流电路，因其消除了变压器的直流磁化、提高了整流装置的输出电流或电压，成为整流装置的典型电路而获得广泛应用。

整流装置的多重化技术解决了多机组串、并联的特殊问题，围绕着提高能量变换的质量和能量变换的效率发展和优化了相控技术，使整流装置的功率成倍提高、交直流两侧的波形得到改善。

2．电力电子装置作为供电电源和负载之间的非线性接口，在实现功率控制的同时，不可避免地向电网注入谐波电流，对电气环境形成一大公害。

整流装置作为诸多电力电子装置的输入级，研究其谐波特点和抑制方法成为电力电子技术的重要内容。

整流电路将交流电压变换为脉动的直流电压，其中除了平均电压外，还含有无限的但收敛的电压谐波序列。

对于理想的p脉波整流器，谐波级次n pm
=（m=1,2,3,…），谐波幅值与触发角α和谐波级次n有关，触发角α越大，谐波幅值越大，即相控电路深控时功率
因数低；谐波级次越低，谐波幅值也越大。

在整流器的交流侧只有pm
λ±1次的谐波电流，
=
各谐波电流分量的幅值为基波电流幅值的1/γ。

增加整流器输出电压的脉波数p，构成脉波数尽可能多的系统，是一项减少整流装置交、直流两侧电流和谐波电压的基本措施。

3．抑制谐波、提高整流装置交流侧的功率因数一直是整流电路着力研究和解决的主要问题。

解决的措施大体可分为改造谐波源和补偿两大类，从电源的角度也可分为无源技术和有源技术两种对策。

针对相控电路深控时功率因数低、交直流两侧谐波含量高及动态响应速度慢等缺点，改造相控电路的种种方法应运而生。

如多个机组的移相多重连接、串联机组的顺序控制多重连接不但提高了装置的容量，而且改善了输出波形质量；变换相控电路的触发模式，如高频调制整流、全控变流器的可控续流、强迫换相等都是提高交流电源侧功率因数、改善输出波形的传统而有效的措施。

补偿法采取滤除或对谐波进行补偿的方法，通常采用无源滤波、静止无功补偿、电力有
源滤波等技术。

LC 滤波器，同步调相机、可控并联电容和并联电感等是传统的补偿形式。

PWM 控制技术为有源功率因数校正APFC （Active Power Factor Correction ）提供了技术支持，它将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除了谐波和无功电流，因而将电网功率因数提高到近似为1。

4．PWM 控制技术的应用与发展为整流器性能的改进提供了变革性的思路和手段，将PWM 高频整流和PWM 高频逆变融为一体，为PWM AC/DC/AC 系统的研究提供了新的途径。

PWM 整流器获得了网侧电流正弦、电能双向传输、功率因数为1、较快的动态控制响应等最主要的优良性能。

PWM 整流器已日趋成熟，拓扑结构已从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路，PWM 开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制，功率等级从千瓦级发展到兆瓦级。

有源电力滤波器APF 和新型静止无功发生器ASVG 可以说是PWM 整流器的典型应用，具有广泛的应用前景
思 考 题 及 习 题
2-1．说明技术指标电压波形系数、电压纹波系数、脉动系数、电流畸变因数、电流谐波因数、位移因数和整流输入功率因数的具体含义。

2-2．在哪些大功率整流电路中，整流变压器会出现“直流磁势不平衡”的情况？哪些整流电路的变压器又会出现“交流磁势不平衡”呢？磁势不平衡的特点和危害是什么？为了避免和削弱其危害性，在大功率整流装置中，在整流变压器的接线形式上采取了哪些措施？ 2-3． 带平衡电抗器的双反星形整流电路比六相半波整流电路有什么优越性?双反星整流电路主电路的电量应如何计算?外特性曲线如何解释?
2-4．如图2-7所示的三相半波整流电路，简要说明变压器采取此种联结方式的优点和缺点。

如何计算整流电压的平均值?
2-5．三相桥式整流电路与D ，y 连结的变压器相接,由415V 三相交流电源供电,并向直流负载输出300V,60A 的电能,求变压器一次绕组、二次绕组中的电流有效值,变压器容量,二极管峰值电压和有效值电流。

负载电流波形平直。

2-6．具有平衡电抗器的双反星形可控整流电路,阻感负载L R d =∞=,2Ω,当α=0
时,
U V d =300,借改变控制角α使I A d =120,求α的大小和此时的重叠角γ。

已知
x B =0209.Ω,忽略变压器绕组电阻及晶闸管压降。

2-7．电镀用整流装置，要求直流电压为18伏，电流为3000安，用带平衡电抗器的双反星形线路，整流变压器一次侧线电压为380伏，考虑 30min =α，求变压器二次侧相电压，并估
算变压器的容量。

如果要求当负载 电流降至300安时仍保证电路正常运行，估算平衡电抗器的最小电感量。

如要求降至60安仍正常工作，电感量又为多大？
2-8．在大功率整流电路中，为什么常常采用多种化的结构型式？在实现多机组串联或并联的多重化结构中应注意哪些问题？多机组串、并联比单一机组采用元件串、并联有什么优越性？
2-9．当电源电压相同时，如何从三相半波整流电路整流电压平均值直接求出三相桥式6脉波整流电压平均值？又如何得到两个互差30︒的三相桥组成的12脉波相控整流电压平均值？怎么获得24脉波的整流电压？
2-10．由三脉波变流器组成的多脉波变流器,其直流输出端的电压谐波成分具有什么特点?交流输入端的电流谐波成分又具有什么特点?输出电压的谐波成分随控制角α的变化规律如何?
2-11．同一个整流电压波形，当取不同的时间坐标，用傅立叶级数分析得到的谐波特性是否相同？为什么？
2-12．整流装置的谐波对电网产生了哪些不利影响?为了抑制“电力公害”和提高整流装置的功率因数,可以采取哪些措施?
2-13．试绘出图2-25的十二相整流装置的A A A CA BC AB i i i i i i i i i i ,,,,,,,,,21'4'141的波形,已知电网
电压为恒频恒压的对称三相交流电源,平波电感L d 充分大,负载电流连续而平直。

2-14．试绘出图2-58所示的由三相全控桥和不控桥串联组成的多相半控整流器的电流A CA AB a a i i i i i ,,,,' ,用图示的方法表明交流输入端电流的位移因数cos ϕ,并求输出电压平均值U d 。

设变压器匝比1：1，二次相电压为2U ，
可控桥控制角为α，负载电流连续而平∙
A
B
C 图2-58 习题2-14附图
1
:1:1
直,幅值为I d 。

2-15 在图2-59的电路中，并联的两个
桥式整流电路通过多级电抗器与负载
相连，其中电抗器由四个对称设置的晶闸管控制分接头，通过适当地控制
电抗器晶闸管可以获得48脉波的整流
输出电压，试分析电路的工作原理。

2-16晶闸管相控电抗器的基本原理是
什么？当触发角 90<α 和
90=α两种情况下等效电抗是否相等？要实
现电抗可调，触发角α的调节范围如
何？ 2-17. 由图2-42的Boost 型功率因数校正器的工作原理说明，为什么能实现输入交流电流基本正弦，并与交流电源电压同相？
2-18 试分析PWM 整流电路和相控整流电路工作原理的根本区别。

PWM 整流电路具有哪些优良性能？PWM 整流电路有哪些控制方式？ 为什么说，APF 和ASVG 是PWM 整流器的具体应用？它们之间在控制目标、控制方式上有何异同？
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图2-59 习题2-15附图
A B C
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