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
？
：
Ed，其极性应与晶闸管的导电
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
电流方向一致。
2.变流电路输出的直流平均电压
Ud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 Ed构成同极性相连，且满足Ud 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a>90 °勺情况。 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a=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 带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态 。例如，单相、三相半控桥式变流电路， ，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 Ud进入正半周范 围，Ud的极性由负变正，与直流侧直流电源电势 Ed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 亦n ?选择餉n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亦n。 最小逆变角pmin的选取要考虑三个因素，即 换相重叠角Y； 晶闸管关断时间toff对应的电角度 讥 安全裕量角％。 故有 面in >7+ $+ 伍 4-5 ?在图4-2 (c)中，当a>90。时，为什么必须Ed>Ud才能正常逆变工作，Ed与Ud间 的差值由何因素决定。如果Ed=Ud和Ed 解：因为当a>90 °，必须Ed>Ud时，才能满足逆变工作条件。只有当曰〉Ud时，变流电路 直流侧的电源电势 曰才能提供逆变能量，进而实现有源逆变。 吕与Ud间的差值由主电路所限制的电流的大小决定 小来确定。 Ed = Ud时，变流电路将处于等待状态 ，Ed ,即通过控制角a逆变控制角B)的大 4-6 ?在图4-2中，设交流电源变压器二次电压 U2=280V ,变流电路为单相全控桥式电 路，R=0.2 Q,L= a 试求当电动机起重重物时，负载电流ld=200A且反电势Ed=180V时，变 流电路的控制角a应为何值？变流电路处于什么工作状态 ？ 解： Ud -Ed Ud= IdR+Ed=200 X0.2+180=220 (V) U d 二 0.9U 2 cos： Ud cos 0.9U2 0.9x 280 。 220 c。\0.873 由于a< 90 ° ,Ud >Ed,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 ld=200A , 与电动机转速对应的反电势 Ed为-180 V,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： .Ud—Ed I ^ R 则 Ud= IdR+Ed=200 X0.2 — 180= — 140V U d = 0.9U2 cos? U d -140 cosa = = 吒-0.5556 0.9U2 0.9 汉 280 a ^124' 由于? /- , Ud^Ed ,则变流电路处于有源逆变工作状态 ，电动机处于发电运 2 。 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 p=45。时的输出电压波形、晶闸管的电流波 (设L= ^)。 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 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 180。的矩形波。 形参阅教材P66中的图4-2(c)。由于L= s,晶闸管的电流波形可画成 晶闸管的导通角为 0180。，此期间两端电压近似为零 电压，之后的a角对应期间承受正向电压 。 ，关断后的 涌对应期间承受反向 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 晶闸管的电流波形可在该导 波形参阅教材P74中的图4-5的中间3=45。的一段。由于L= 通期间画成120。的矩形波。 晶闸管的导通角为 0120。，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 UAB120。，转而承受线电压 UAC120。。其中关断后的 涌对 应期间承受线电压 UAB首先是反向电压。 逆变电路中，晶闸管在关断后的 涌对应期间承受的是反向电压 承受正向电压。 ，其余绝大部分时间均 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 Qo如要求电动机在制动过程中保持制动电流 U2i=200V, L= ^, R=1.5 ld=10A恒定不变，试问：当电动机反电势 Ed = —200V时，逆变角3应为何值？当Ed降至于一100V、一 50V、0V时逆变角分别应为何值 ？ 解： 当 Ed=— 200V 时, Ud= IdR+Ei=10 X1.5 — 200= — 185V 185 Ud 2.34U2COS： = -2.34U2COS： =T.35U2LCOS： cos 生 1.35U 2L 1.35 汇 200 :47 0.6852 当 Ed=— 100V 时, Ud= IdR+ Ed=10 X1.5— 100= — 85V U d 2.34U 2 cos： = -2.34U 2 cos ： =-1.35U 2L cos ： c —Ud 85 cos - 1.35U2L 1.35 汇 200 :72 当 E-=— 50V 时， 则 U-=l-R+曰=10 X1.5 — 50= — 35V 0.3148 U d 2.34U 2 cos： = -2.34U 2 cos ： = - 1.35U 2L cos ： 負 —Ud 35 cos 0.1296 1.35U2L 1.35^200 - -83 当Ed逐渐下降至0V时，电路电流Id亦将下降为0A,因而Ud= 0V,贝9萨90 °，此时 电流电路输 出电压的正负面积相等 。 4-10 ?试列举三种产生逆变失败的情况，并说出应注意哪些安全保护措施 。 解：1.产生逆变失败的情况主要有以下几个方面 ： (1) 触发电路工作不可靠 触发电路不能及时、准确地为各晶闸管提供脉冲，如丢失脉冲或脉冲延迟等，均能导致 换相失常或换相失败，参阅教材P72中的图4-4(b)和(c)。 脉冲延迟即使不出现图 4-4 (c)的严重情况，也将使逆变角3过小，导致换相时间不足， 产生逆变失败。 所谓换相时间，即是需被关断的晶闸管承受反压的时间 ，即逆变角3区间所对应的时 间，如果这个时间短了 ，晶闸管承受的反压时间不够，不能恢复正向阻断能力而造成逆变失 败。 (2) 晶闸管出现故障 晶闸管性能不合格，或设计电路时参数选择不当 该导通不能导通，均将导致逆变失败。 ，以致出现晶闸管该阻断时不能阻断 ，
电力电子变流技术课后答案第4章
