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时间:2020-09-14
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1、. 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? 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Ed,其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。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Ud2、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α>90°的情况。 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α=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。例如,单相、三相半控桥式变流电路,带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态,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3、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βmin?选择βmin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βmin。 最小逆变角βmin的选取要考虑三个因素,即 换相重叠角γ; 晶4、闸管关断时间toff对应的电角度δ; 安全裕量角θ0。故有 βmin≥γ+δ+θ0精选范本. 4-5.在图4-2(c)中,当α>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Ed90°,必须Ed>Ud时,才能满足逆变工作条件。只有当Ed>Ud时,变流电路直流侧的电源电势Ed才能提供逆变能量,进而实现有源逆变。 Ed与Ud间的差值由主电路所限制的电流的大小决定,即通过控制角α(逆变控制角β)的5、大小来确定。 Ed=Ud时,变流电路将处于等待状态,EdEd,所以,变流电路处于整流工作状态6、。 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Id=200A,与电动机转速对应的反电势Ed为-180V,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: 则 Ud=IdR+Ed=200×0.2-180=-140V 精选范本.由于,,则变流电路处于有源逆变工作状态,电动机处于发电运行,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β=45°时的输出电压波形、晶闸管的7、电流波形、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(设L=∞)。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的端电压波形参阅教材P66中的图4-2(c)。由于L=∞,晶闸管的电流波形可画成180°的矩形波。 晶闸管的导通角为θ=180°,此期间两端电压近似为零,关断后的β角对应期间承受反向电压,之后的α角对应期间承受正向电压。 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的端电压波形参阅教材P74中的图4-5的中间β=45°的一8、段。由于L=∞,晶闸管的电流波形可在该导通期间画成120°的矩形波。 晶闸管的导通角为θ=120°,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β角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β角对应期间承受的是反向电压,其余绝大部分时间均承受正向电压。 4-9.在图4-5的三相桥
2、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α>90°的情况。 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α=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。例如,单相、三相半控桥式变流电路,带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态,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
3、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βmin?选择βmin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βmin。 最小逆变角βmin的选取要考虑三个因素,即 换相重叠角γ; 晶
4、闸管关断时间toff对应的电角度δ; 安全裕量角θ0。故有 βmin≥γ+δ+θ0精选范本. 4-5.在图4-2(c)中,当α>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Ed90°,必须Ed>Ud时,才能满足逆变工作条件。只有当Ed>Ud时,变流电路直流侧的电源电势Ed才能提供逆变能量,进而实现有源逆变。 Ed与Ud间的差值由主电路所限制的电流的大小决定,即通过控制角α(逆变控制角β)的
5、大小来确定。 Ed=Ud时,变流电路将处于等待状态,EdEd,所以,变流电路处于整流工作状态
6、。 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Id=200A,与电动机转速对应的反电势Ed为-180V,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: 则 Ud=IdR+Ed=200×0.2-180=-140V 精选范本.由于,,则变流电路处于有源逆变工作状态,电动机处于发电运行,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β=45°时的输出电压波形、晶闸管的
7、电流波形、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(设L=∞)。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的端电压波形参阅教材P66中的图4-2(c)。由于L=∞,晶闸管的电流波形可画成180°的矩形波。 晶闸管的导通角为θ=180°,此期间两端电压近似为零,关断后的β角对应期间承受反向电压,之后的α角对应期间承受正向电压。 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的端电压波形参阅教材P74中的图4-5的中间β=45°的一
8、段。由于L=∞,晶闸管的电流波形可在该导通期间画成120°的矩形波。 晶闸管的导通角为θ=120°,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β角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β角对应期间承受的是反向电压,其余绝大部分时间均承受正向电压。 4-9.在图4-5的三相桥
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