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其整流输出电压含有12k(k=1,2,3)次谐波;
而交流输入电流中含有12k1(k=1,2,3)次谐波。
24脉波整流电路的变压器需要4个副边绕组,此4个绕组彼此之间相差15度电角度;
其整流输出电压含有24k(k=1,2,3)次谐波;
而交流输入电流中含有24k1(k=1,2,3)次谐波。
6、Boost变换器为什么不宜在占空比接近1的情况下工作?
如果占空比接近1,那么Boost变换器的开关接近于全导通状态,几乎没有关断时间,那么电感在开关导通期间存储的能量没有时间释放,将造成电感饱和,直至烧毁。
7、当电网频率为50Hz时,交交变频电路的输出上限频率是多少?
输出频率过高有什么影响?
一般认为,输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2。
当电网频率为50Hz时,交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。
当输出频率增高时,输出电压一周期所含电网电压的段数就减少,波形畸变严重。
8、电压型逆变电路中,电阻性负载和电感性负载对输出电压、电流有何影响?
电路结构有哪些变化?
电阻性负载时,输出电压和电流同相位,波形相似,均为正负矩形波。
电感性负载时,输出电压为正负矩形波,输出电流近似为正弦波,相位滞后于输出电压,滞后的角度取决于负载中电感的大小。
在电路结构上,电感性负载电路,每个开关管必须反并联续流二极管,以实现能量的回馈。
9、什么是电压源逆变器,什么是电流型逆变器?
若要将电压源逆变器变为电流源逆变器,在不改变电路结构情况下,可以用什么方法?
逆变器输入直流端电压为恒定的逆变器,一般情况只要输入端整流滤波电容足够大就可视为电压源逆变器。
逆变器输入直流端电流为恒定的逆变器,一般情况只要输入端整流滤波电感足够大就可视为电流源逆变器。
在不改变电路结构情况下,在电压源逆变器上构成电流负反馈,即可构成电流源逆变器。
10、为什么电流型逆变电路中没有反并联反馈续流二极管?
在电流型逆变电流中,直流侧电流无法反向。
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,无功能量由直流侧电感来缓冲,因此不需要并联反馈二极管。
10、脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM的优缺点是什么?
PWM方式中,保持开关频率(周期)不变,改变Ton调节输出电压;
PFM方式中,保持Ton不变,改变开关频率(周期)调节输出电压。
采用PWM控制时,输出电压中谐波的频率固定,滤波器设计容易。
此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易,故PWM的应用比较广泛。
但是在谐振软开关变换器中,为了保证谐振过程的完成,采用PFM控制比较容易实现。
12、为了实现PWM控制,可以采用计算法(如特定谐波消去法)、调制法(如单极性SPWM调制法)和跟踪法(如滞环比较法)产生PWM控制信号。
请比较上述三种方法的优缺点。
计算法:
能够消除指定频率的谐波,但需要消除的谐波越多,开关时刻的运算越复杂,不适用于实时控制。
调制法:
输出PWM波形含有与载波相关的谐波分量。
载波频率越高,输出波形中的谐波越容易滤除,但开关器件的开关损耗越大。
跟踪法:
硬件电路简单;
属于实时控制;
不用载波,输出波形不含有特定频率的谐波分量,但高次谐波的含量较多,闭环控制。
13、同步PWM调制与异步PWM调制有何不同?
载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制,载波比N为变化量;
载波信号和调制信号保持同步的方式称为同步调制,载波比N等于常数。
14、为什么在采用SPWM控制的逆变电路中晶闸管不适于作开关器件?
采用SPWM控制的逆变电路为了减少输出电压的谐波,需要工作在高频状态,晶闸管属于低频器件,不适合这种工作方式。
另外,晶闸管不能自关断,需要另外增加强迫关断电路才能关断,电路较复杂,因此晶闸管不适用于逆变器中。
15、什么是软开关技术?
它的作用是什么?
软开关电路是通过在电路中增加了电感、电容谐振元件或由电感、电容、开关组成的附加电路,在开关过程前后引入谐振,使开关开通前电压先降为零;
或关断前电流先降为零,或使开关关断电压从零上升;
或使开关导通前电流从零上升。
从而大大减少甚至消除损耗和开关噪声。
采用软开关技术可以提高开关频率,实现电路的小型化、轻量化。
16、试画出一种软开关电路,并分析。
各种软开关电路即可。
二、叙述原理及画波形图
1、如下图所示的单相桥式电压型逆变电路中,
(1)说明采用单极性PWM控制方式的正弦波调制原理。
(2)请画图如何采用自然采样法产生双极性SPWM控制波形信号;
(3)SPWM调制方式是怎样实现变压功能的?
又是怎样实现变频功能的?
(1)单极性PWM控制方式的正弦波调制原理:
调制信号ur为正弦波,载波uc在ur的正半周为正极性的三角波,在ur的负半周为负极性的三角波。
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的正半周,V1保持通态,V2保持断态,当ur>
uc时使V4导通,V3关断,uo=Ud;
当ur<
uc时使V4关断,V3导通,uo=0。
在ur的负半周,V1保持断态,V2保持通态,当ur<
uc时使V3导通,V4关断,uo=-Ud;
当ur>
uc时使V3关断,V4导通,uo=0。
这样,就得到了SPWM波形。
(2)把希望输出的正弦波作为调制信号ur与载波信号uc(一般选用三角波)进行比较,获得所需要的SPWM波uo。
(3)改变调制信号ur的幅值就可调节逆变器输出电压的有效值;
改变调制信号ur的频率就可改变逆变器的输出频率
2、下图是一个单相全桥逆变器串联电路,假设每个逆变器的输入直流电压相等,即vdc1=vdc2=…=vdcN=E,分别以下列两种情况:
一是每个逆变器输出电压相位相同;
二是每个逆变器输出电压相位相差3600/N,设N=6。
求:
(1)画出串联电路的输出电压vo的波形;
(2)计算输出电压有效值,并简要说明串联电路的目的。
(3)要得到近似正弦波的输出电压vo,试结合每个模块单元的输出电压及变换器的输出电压波形进行说明。
(a)单相全桥逆变器串联电路(b)全桥逆变器
解:
(1)两种情况的输出电压的示意图为
(a)输出电压相位相同(b)输出电压相位相差600
(2)每个逆变器输出电压相位相同时,输出电压的有效值为
每个逆变器输出电压相位相差600时,输出电压的有效值为Uo=0V。
若干个模块单元串联而成,不仅能够实现大功率的输出,而且通过一定的控制策略使输出波形接近正弦波,可以降低谐波。
(3)据阶梯波调制法的思路,控制每个模块的相位,将各个模块单元的输出电压进行叠加,便可得到近似正弦波的输出波形。
三、计算题
1、对于半波整流电路,试分别
(1)一般有功无功定义计算交流电源的有功功率和功率因数;
(2)波形畸变因数方法计算交流电源的有功功率和功率因数;
(1)有功功率:
功率因数:
此方法适用任何类型的电路,如非正弦电路。
(2)
有功功率:
,其中:
此方法适用于电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况。
2、单相全桥整流电路带电阻负载,所用晶闸管的额定电流为100A,若考虑2倍电流安全裕量,试计算在α=45º
时,整流电路能输出的负载平均电流是多少?
根据题意,单相全控桥带电阻负载时,若假定电源电压为U,负载电阻为R,则整流电路输出的负载平均电流为:
(1)流过晶闸管的电流有效值为:
(2)
则电流有效值与平均值的比值为:
(3)
当晶闸管额定电流为100A,并考虑2倍电流安全裕量时,晶闸管可以承受的电流有效值为:
1.57*100/2=78.5A
根据晶闸管电流等效原则,将整流电路晶闸管的电流有效值为IVT=78.5A,=/4代入式(3)可得整流电路输出的负载平均电流为:
Id=89.4A
3、续流二极管单相全波可控整流电路,大电感负载,L>
>
R,U2=220V,R=20。
a)画出=60o时输出电压ud及续流二极管iD的波形;
b)晶闸管的电压、电流定额。
(1)
(2)
晶闸管电流的有效值:
所以,晶闸管电压、电流定额分别为622V和2.7A。
4、三相全控桥整流电路,带阻感负载,U2=100V,R=10,L>
R。
()=时,输出电压平均值Ud,输出电流平均值Id,变压器二次侧电流有效值I2,晶闸管电流有效值IVT的大小;
(2)画出输出电压ud和输出电流id的波形。
(1)
5、三相全控桥带反电势阻感负载,E=200V,R=1Ω,L=∞,U2=220V,α=60º
时,求:
(1)当LB=0时的负载平均直流电压Ud、负载平均电流Id;
(2)当LB=1mH时的负载平均直流电压Ud、负载平均电流Id、换流重迭角。
根据题意,三相全控桥在α=60º
时的线电压瞬时值为1.732*U2*sinα=330>
E,因此在α=60º
瞬时晶闸管即可被触发导通。
由于负载为反电势阻感负载,且电感无穷大,则电流平直连续。
(1)当
时有:
(2)当
mH时有:
将
=220、α=60º
、
=314*0.001=0.314、E=200、R=1Ω代入上两式联立求解,
得:
Ud=244.2V
=44.2A
又由:
将α=60º
=314*0.001=0.314、
=220、
=44.2A代入上式求得
6、在下图所示的降压斩波电路中,Vi=48V,L=250uH,RL=10,fs=100kHz,=0.25
(1)计算输出电压平均值Vo和输入电流平均值Iin;
(6分)
(2)计算电感电流iL的平均值、最大值和最小值;
(3)画出电感电流iL的波形。
(3分)
(1)Vo=DVin=48*0.25=12V
Iin=Vo*Io/Vin=D*(Vo/RL)=0.25*1.2=0.3A
(2)IL=Io=1.2A
当SW导通,
LdiL/dt=Vin-Vo,diL=(Vin-Vo)*D/fs/L=0.36A
ILmax=IL+diL/2=1.38A,ILmin=IL-diL/2=1.02A
(3)
7、下图所示的降压斩波电路中,E=100V,L=100mH,R=0.5Ω,EM=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20μs,当Ton=4μs时。
(1)输出电压平均值Uo;
(2)输出电流平均值Io;
(3)计算输出电流的最大和最小瞬时值,并判断负载电流是否连续。
(1)
占空比
,
故电流连续。
电流的最小瞬时值:
A
电流的最大瞬时值:
(2)输出电压平均值:
;
(3)输出电流平均值:
8、升压斩波电路(BoostConverter)的原理图,求输入电压为27V±
10%,输出电压为45V时该电路开关管的最大占空比。
(设电路中L和C值足够大且忽略电路中的损耗)。
9、下图中已知工频交流电源
,U=220V,R=0~2.2Ω,ωL=2.2Ω;
在工频电源的正、负半周,晶闸管Th1和Th2分别对称触发。
负载最大电流有效值、最大输出功率、功率因数输出最大;
,则导通角α最小值为
。
最大线电流发生在
,此时负载电流是正弦波,则
最大输出功率
功率因数
10、全桥有源逆变电路,反电势阻感负载,反电势电压为400V,R=1Ω,L=∞,U2=220V,LB=1mH,=60º
,求:
(1)负载平均直流电压Ud、负载平均电流Id、换流重迭角;
(2)送回电网的有功功率。
根据题意,可以令α=180º
-=120º
,由于阻感负载且电感无穷大,则电流平直连续。
(1)列出方程如下:
=220、α=120º
=314*0.001=0.314、E=-400、R=1Ω代入上两式联立求解,得:
Ud=-290.3V
=109.7A
将α=120º
=44.2A代入上式求得:
=8.9º
(2)送回电网的有功功率为:
(KW)
11、如图,其中L=48mH,R=4Ω,Uc=80V,为使负载电流连续,令
,计算:
(1)负载电流平均值;
(2)只分析2次及一下谐波时,负载电流有效值;
(3)晶闸管电流平均值和有效值;
(4)交流电源的功率因数。
由于电流连续,此时
由于此时无奇次谐波,则
则负载电流的二次谐波电流有效值为:
总的负载电流有效值:
(4)交流电源输出的有功功率:
视在功率:
则:
12、画出单端正激和单端反激组合变流电路,并指出其开关管电压定额与什么参数有关。
(1)单端正激电路如图所示,开关管的电压定额与输入电压Ui,匝比N1/N3以及漏感相关。
(2)单端反激电路如图所示,开关管的电压定额与输入电压Ui、输出电压UO、匝比N1/N2以及漏感相关。
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