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15．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？
答：条件有二：
①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；
①要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。
16．什么是逆变失败？如何防止逆变失败？
答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等。 第4章 逆变电路
1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？
答：两种电路的不同主要是：
有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2．换流方式各有那几种？各有什么特点？
答：换流方式有4种： 器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。
电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。
强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3．什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：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路
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电压型逆变电路的主要特点是：
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，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
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。
电流型逆变电路的主要特点是：
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。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
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。
4．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？
答：在电压型逆变电路中，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。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
5．为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？
答：在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。 第5章 直流-直流变流电路
1. 介绍降压斩波电路工作原理
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。然后使V关断一段时间toff，此时电感L通
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ton?E。输
ton?toff过二极管VD向R和M供电，uo＝0。一个周期内的平均电压Uo＝出电压小于电源电压，起到降压的作用。
2. 介绍升压斩波电路工作原理
答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为
?Uo?E?I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即： 化简得：
式中的T/toff?1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
3．在降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=30V，T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。
解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为
t20?200Uo=onE==80(V)
T50输出电流平均值为
U-E80?30Io =oM==5(A)
R104．在下图所示的降压斩波电路中，E=100V， L=1mH，R=0.5Ω，EM=10V，采用脉宽调制控
制方式，T=20μs，当ton=5μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当ton=3μs时，重新进行上述计算。
解：由题目已知条件可得：
EM10==0.1 E100L0.001τ===0.002
0.5Rm=
当ton=5μs时，有
ρ=
T=0.01 ?=0.0025
??=
由于
ton?页眉内容
e???1e0.0025?1=0.01=0.249>m ?e?1e?1所以输出电流连续。 此时输出平均电压为
Uo =
输出平均电流为
ton100?5=25(V) E=
T20Uo-EM25?10==30(A) R0.5 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
?1?e????E?1?e?0.0025?100???Imax=?=?m?0.1?1?e???R?1?e?0.01?0.5=30.19(A)
????Io =
?e???1?E?e0.0025?1?100???Imin=?=?m?0.1?0.5=29.81(A) ?e??1?R?e0.01?1????当ton=3μs时，采用同样的方法可以得出：
αρ=0.0015 由于
e???1e0.015?1==0.149>m e??1e0.01?1所以输出电流仍然连续。
此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为：
t100?3Uo =onE==15(V)
T20U-E15?10Io =oM==10(A)
R0.5?1?e?0.0015?100??0.1Imax=??1?e?0.01?0.5=10.13(A)
???e0.0015?1?100??0.1Imin=??e0.01?1?0.5=9.873(A)
??5．在升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=10Ω，采用脉宽调制控制方式，
当T=40μs，ton=20μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。
解：输出电压平均值为：
Uo =
输出电流平均值为：
T40E=?50=100(V)
40?20toffIo =
第6章 交流-交流变流电路
Uo100==10(A) 10R页眉内容
1．一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试
求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当α=
?时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2解：①负载阻抗角为：
2??50?2?10?3?Lφ=arctan（）=arctan（）=0.89864=51.49°
0.5R 开通角α的变化范围为：
φ?α<π 即
0.89864?α<π
③当α=φ时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为
?2202Pomax=IomaxR???R2?(?L)2???R=37.532(KW) ??2功率因数为
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即
cos??0.6227
? ④α=时，先计算晶闸管的导通角，由式（4-7）得
2??sin(+θ-0.89864)=sin(?0.89864)etan?
22解上式可得晶闸管导通角为：
θ=2.375=136.1°
也可由图4-3估计出? 的值。
此时，晶闸管电流有效值为
sin2.375?cos(??0.89864?2.375)220=×2.375?=123.2(A)
cos0.898642??0.803电源侧功率因数为 其中：
Io?2IVT=174.2(A) 于是可得出
2. 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角α。
-?解：α=0时的输出电压最大，为
UU此时负载电流最大，为Iomax?omax?1
RR
2017年华南理工大学《电力电子技术》作业随堂联系模拟试题
