電力電子學 陳堅課后習題答案

答答案 5.1什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高頻PWM整流?全控整流：指整流主電路中開關器件均為可控器件。半控整流：指整流主電路中開關器件不全是可控器件，而有不控器件二極管。（閘管的移相控制角的大小），從而控制負載的整流電壓。PWMPWM內高頻改變開關管的導通狀況。答什么是電壓紋波系數、脈動系數、基波電流數值因數、基波電流位移因數（基波功率因數案 和整流輸入功率因數？答答：電壓紋波系數RF：輸出電壓中全部交流諧波分量有效值VH。

與輸出電壓直流平均值Vd

之比值，SVn

與直流平均值Vd

之比Sn=Vnm/Vd基波電流數值因數：電流畸變因數也稱基波電流數值因數，是基波電流有效值 與總電流有效值 之比，即基波電流位移因數DPF（基波功率因數）：輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角（位移角）的余弦，即整流輸入功率因數PF：三相橋式不控整流任何瞬間均有兩個二極管導電，整流電壓的瞬時值與三相交流相電壓、答案 電壓瞬時值有什么關系？答：共陰連接的三個二極管中，三相交流相電壓瞬時值最正的那一相自然導通，把最正的相電壓接到負載的一端；共陽連接的三個二極管中，三相交流相電壓瞬時值最負的那一相自然導通，把最負的相電壓接到負載的另一端。因此，任何時刻負載得到的整流電壓瞬時值是線電壓的最大瞬時值。答答案 5.4單相橋全控整流和單相橋半控整流特性有哪些區別？答：與單相全控橋相比，在主電路上，半控整流少了兩個晶閘管。因而，觸發裝置較簡單，較經濟。為防止失控而增加了一個續流二極管，使得輸出整流電壓π

的波形中沒有為負的電壓波。輸出電壓平均值：內移相控制時， 只能為正值，而全控整流電路 在答5.5單相橋全控整流有反電勢負載時輸出電壓波形如何確定？案

當 范圍時可為負值。答：若整流電路中電感E時，晶閘管才會承受正向電壓，才可能觸發導通。在晶閘管導通期間，輸出整流電壓為相應的電源電壓瞬時值。 時，晶閘管承受反壓阻斷。在晶閘管阻斷期間，負載端電壓保持為反電勢E。故整流電流斷流。若控制角α小于（ ，稱為停止導電角），則負載端電壓一直保持為若α大于，在wt＝kπ－δ至wt＝kπ＋α期間載端電壓保持為。若在負載回路中串聯足夠大的平波電抗器，使電流連續、晶閘管的導電角 ，則電流脈動減小。這時，整流電路輸出電壓波形是由控制角α唯一對應的、依次為電源電壓的包絡線，其直流電壓平均值 。若在負載回路中串聯的平波電抗器不足以使電流連續，情況介于上述兩種情況之間。答 5.6交流電路電感不為零時引起的換相重疊過程中整流器輸出電壓的瞬時值如何確定在換相期間案 什么因素促使負載電流從一個晶閘管向另一個晶閘管轉移？答：設換相前a相的Ta導電，Tb截止，這時 （負載電流），整流電壓 ，換相后b相的Tb導電，換相結束后 。如果 ，一旦Tb導通， ，Ta立即受反壓截止負載電流 立即從a相的Ta轉到b相的Tb換（或換流過程瞬時完成如果 ，由于電感的儲能不能突變為零原來導電的A相電應的相位角 稱為換相重疊角）過渡過程。

不能從 突降為零而必須經歷一個歷時（對在此期間Tb同時導通b兩相電源經電感2LC短接狀態， ，若假定 恒定，則。又 ，所以 ，即。上式說明，是作用在兩個換流電感上得電源電壓之差使得負載電流從一個晶閘管向另一個晶閘管（從Id降為零、從零上升到)；還可推得 。這說整流電壓的瞬時值是參與換流的2相電源電壓的平均值。5.7同一個整流電壓波形，時間坐標原點取在不同位置時用傅立葉級數分析得到的諧波特性是否相答案同，為什么？答：同一個整流電壓波形，時間坐標原點取在不同位置時用傅立葉級數分析得到的諧波特性相同。因為，整流電壓是以交流電源的周期為周期的周期性函數。而任何周期性函數在進行傅立葉級數分解的物理意義是用無限項正弦量來等價，從等價的效果來看，自變量（這里指時間）的坐標原點的選定在什么位置，是不影響各正弦（余弦）分量的頻率和幅值的大小。時間坐標原點取在不同位置時僅對各分量的相位產生一定的影響。答5.8為什么m脈波的整流電壓中只含有Km次諧波，K=1，2，3，…？案答：整流電壓udc

是從頻率為1/T(周期為T)的交流電源變換而來的周期性函數。而任何周期性函數都能寫出其傅立葉級數表達式。則整流電壓udc

在周期T內的傅立葉級數表達式為：mTmmm1/mTT/m)的周期性函數。若將這個函數在周期T/mudc，相當于得到的諧波分量得頻率為電源電壓頻率的mk，這里k=1，2，3，…等。答案5.9為什么要限制有源逆變時的觸發控制角？根據什么原則確定有源逆變時的最大控制角 ?答：為了防止逆變器換相失敗，有必要限制有源逆變時的觸發控制角α，也就是不能讓α達到其理論最大值π。逆變器換相失敗的可能原因有：被關斷的晶閘管承受反壓的時間不足，小于其安全關斷時間 （這段時間對應的角度稱為關斷角，記為

）。若不計交流電源電路中電感Lc的影響，認為換相過程瞬間完成，則要求αmax＝π－ ，若α超過此值，則被關斷的晶閘管承受反壓的時間小于其安全關斷時間 ，之后因承受正向而可能再次誤導通。實際交流電源電路中電感 存在換相重疊過程換相過程在觸發脈沖到來后經歷ν對應的換相重疊時間才結束。之后，依然要求被關斷的晶閘管承受足夠的反壓時間才不致于再次誤導α考慮留一個安全角

，則有源逆變的最大控制角max＝π－θ0－ν－三相橋式相控整流電路觸發脈沖的最小寬度應是多少？答案正組T1T3T5T4T6應導通的那兩個晶閘管同時有觸發脈沖。有兩種辦法：一種是采用寬脈沖觸發，使每個觸發脈沖的寬度大于（80°～100°）；另一種是采用雙脈沖觸發，在觸發某一晶閘管的同時給前一號晶閘管補發一個觸發脈沖，相當于用兩個窄脈沖替代一個寬度大于60°的寬脈沖。所以，三相橋式相控整流電路觸發脈沖的最小寬度應是60°＋元件能夠被可靠觸發導通所需要施加的脈沖寬度。圖5.36Boost型功率因數校正器為什么能實現輸入交流電流基本正弦，并與交流電源電壓答 相？案答：圖5.36Boost型功率因數校正器中，虛線框內的控制電路：電壓誤差放大器VAR、電流誤差放大器CAR、乘法器、比較器C和驅動器等。采用了雙閉環控制，電壓外環為負載提供恒定的電壓 ；電流內環使交流電源電流 波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形使 接近正弦并與 同相外環的PI型電壓誤差放大器VAR的輸出是個直流量K，當

時保持不變。將整流電壓

檢測值(交流電源電壓瞬時值的絕對值)與K的乘積作為電感電流

的指令值

，保證了指令電流與交流電源 同相位。將與電感電流

的檢測值（

）一起送入PI型電流誤差比較器CAR。結果，使電感電流因數接近于1。

跟蹤指令值

，也就是輸入電流

與交流電源電壓 同相，輸入端功率輸入電流（ ）的波形被高頻PWM調制成接近正弦，但含有很小的高頻紋波，經過很小的LC濾后即可得到較光滑的正弦波電流。三相PWMPWM答案答：01PWM小、頻率和相位都可以根據需要進行控制。PWM側電源的頻率、相位的實際情況和控制目的進行控制，否則就達不到相應得目