第4章交流-交流变换电路
电工技术第四章正弦交流电路习题解答
tωAi /A222032πtAi /A 2032π6πA102i 1i 第四章 正弦交流电路［练习与思考]4—1-1 在某电路中,()A t i 60 314sin 2220-=⑴指出它的幅值、有效值、周期、频率、角频率及初相位，并画出波形图。
⑵如果i 的参考方向选的相反,写出它的三角函数式，画出波形图，并问⑴中各项有无改变？ 解：⑴ 幅值 A I m 2220有效值 A I 220=频率 3145022f Hz ωππ===周期 10.02T s f==角频率 314/rad s ω=题解图4。
01初相位 s rad /3πψ-=波形图如题解图4.01所示 (2） 如果i 的参考方向选的相反, 则At i ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=32 314sin 2220π，初相位改变了，s rad /32πψ=其他项不变。
波形图如题解图 4.02所示。
题解图4。
024—1-2已知A)120314sin(101 -=t i ，A )30314sin(202+=t i⑴它们的相位差等于多少？⑵画出1i 和2i 的波形。
并在相位上比较1i 和2i 谁超前，谁滞后。
解：⑴ 二者频率相同，它们的相位差︒-=︒-︒-=-=1503012021i i ψψϕ+1+1（2）在相位上2i 超前,1i 滞后。
波形图如题解图4.03所示。
题解图4。
03 4—2—1 写出下列正弦电压的相量V )45(sin 2201 -=t u ω，)V 45314(sin 1002 +=t u 解：V U ︒-∠=•4521101 V U ︒∠=•4525024-2-2 已知正弦电流)A60(sin 81 +=t i ω和)A 30(sin 62 -=t i ω，试用复数计算电流21i i i +=,并画出相量图.解：由题目得到A j j j j I I I m m m ︒∠=+=-++=︒-︒+︒+︒=︒-∠+︒∠=+=•••1.231093.32.9)32.5()93.64()30sin 630cos 6()60sin 860cos 8(30660821 所以正弦电流为)A 1.23(sin 101 +=t i ω题解图4.04 相量图如题解图4.04所示。
交流-交流变换电路
• 过载能力强 • 效率高输出波形好 • 但输出频率低 • 使用功率器件多 • 输入无功功率大
• 高次谐波对电网影响 大
• 结构简单 • 输出频率变化范围大 • 功率因数高 • 谐波易于消除
• 可使用各种新型大功 率器件
变频器
卢先胜 2009.1.1
变频器是： • 将商用交流电源通过整流回路变换成直流， • 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， • 利用交流三相异步电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达到改变
图7-4 过零触发调节周波电压的波形
调功器的输出功率
P
nT TC
Pn
调功器输出电压有效值 U
nT TC U n
设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周
波的周期为T
22
2、交流电力电子开关
把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关 ，起接通和断开电路的作用。
■优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通 断。
三相交流调压电路与三相负载之间有多种联 接方式，其中以三相Y接调压方式最为普遍。
Y0型
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
VT5 W
N
RU
VT4 iU RV
VT6 iV RW
VT2 iW iN
VT1
4
RU
U
1
VT26
RV
V
3
W
VT3
2
RW
5
N
图54-1-47
它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公 共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单 相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交 流调压相同。
电力电子技术(6)
电力电子技术（3）第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_通态损耗_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件、双极型器件、复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。
10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电压驱动型、电流驱动型两类。
17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有负温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有正温度系数。
交流电压变换电路
用VT2进行斩波控制 用VT1n给负载电 图4.6 交流斩波调压电路 流提供续流通道
图4.7 交流斩波时的输出电压、电流波形
4
图4.1 单相交流调压器电阻性负载时的主电路和输出波形
负载上交流电压有效值U与控制角α的关系为
U
2U 2 sin t d (t ) U 2 a
1
2
1 sin 2 2
电流有效值 电路功率因数
U I RL
1 π α sin 2α 2π π
图4.3 导通角θ、控制角α及 7 阻抗角φ的关系
（1）当 α＞φ时 θ＜180°，正负半波电流断续，α愈大，θ愈小，波形断续愈严重。 （2）当α=φ 时 θ=180°，正负半周电流处于临界连续状态，相当于晶闸管失去控制，负载 上获得最大功率，此时电流波形滞后电压φ（=α）角。
（
（3）当α＜φ时 θ＞180°，如果触发脉冲为如图 4.4所示的窄脉冲，则当Ug2出现 时，VT1的电流还未到零，VT2 管受反压不能触发导通；待VT1 中电流变到零关断，VT2开始承 受正压时，Ug2脉冲已消失，所 以VT2无法导通。第三个半周 Ug1又触发VT1管，这样使负载 只有正半波，电流出现很大的直 流分量，电路不能正常工作。
11
在正半周期间，晶体管VT1按斩波方式工作，VT1n关断，VT2和VT2n给予 导通信号。在负半周期间，VT2进行斩波工作，VT2n关断，VT1和VT1n给 予信号。在0～ωt1期间，负载电流i＜0，通过 VT2将负载功率送回电源侧， 这时 VT1并不需要再按斩波方式工作。在ωt1～ωt2期间，负载电流i＞0， 像直流斩波一样，VT1斩波，VT1n起续流作用。电压下半周的动作过程参 见表4-1。
电力电子技术第4章 交流-交流变换电路习题和答案K
一、选择题4-1、（ C ）变流电路是把一种形式的交流变换成另一种形式交流电的电路。
A、交流-直流B、直流-交流C、交流-交流D、直流-直流4-2、只改变电压、电流大小或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为( A)电路。
A、交流电力控制B、变频C、交流调压电路D、交流调功电路4-3、在单相交-交变频电路中，要改变输出频率，必须改变两组变流器的( A)；要改变输出电压的幅值，就要改变变流电路工作时的( D )。
A、切换频率B、幅值C、电压D、控制角4-4、交-交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成(C)频率的交流电的变流电路。
属于(A)变频电路。
A、直接B、间接C、可调D、不可调4-5、电网频率为50Hz时，对6脉波三相桥式电路而言，交-交变频电路的输出上限频率约为( B )。
A、10HzB、20HzC、50HzD、100Hz二、填空题4-1、变频电路有（）变频电路和（）变频电路等形式。
交-交；交-直-交4-2、单相交流调压电路中，由于波形正负半波（），所以不含直流分量和（）谐波。
对称；偶次4-3、交流调功电路和交流调压电路的电路形式( )，控制方式( )。
相同；不同4-4、两组变流电路在工作时采取直流可逆调速系统中的（）工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。
无环流4-5、三相交-交变频电路的接线方式有公共交流母线进线方式和（）联结方式。
输出星形三、问答题4-1、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
电力电子技术期末测验试题及答案
电力电子技术期末测验试题及答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电力电子技术试题第1章 电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
18.在如下器件：电力二极管（Power Diode ）、晶闸管（SCR ）、门极可关断晶闸管（GTO ）、电力晶体管（GTR ）、电力场效应管（电力MOSFET ）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）中，属于不可控器件的是_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，属于全控型器件的是_ GTO 、GTR 、电力MOSFET 、IGBT _；属于单极型电力电子器件的有_电力MOSFET _，属于双极型器件的有_电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR _，属于复合型电力电子器件得有 __ IGBT _；在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，工作频率最高的是_电力MOSFET ，属于电压驱动的是电力MOSFET 、IGBT _，属于电流驱动的是_晶闸管、GTO 、GTR _。
2、可关断晶闸管的图形符号是 ；电力场效应晶体管的图形符号是 绝缘栅双极晶体管的图形符号是 ；电力晶体管的图形符号是 ；第2章 整流电路1.电阻负载的特点是_电压和电流成正比且波形相同_，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是_0-180O_。
2.阻感负载的特点是_流过电感的电流不能突变，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是__0-180O_ ，其承受的最大正反向电压均为_22U __，续流二极管承受的最大反向电压为__22U _（设U 2为相电压有效值）。
电力电子应用技术最新版精品课件-第四章交流-交流变换电路
t
不通io过零后， VT2开通， VT2导通角小于π； iG1
➢ 原有的io表达式仍适用，只是α ≤ωt <∞；
O iG2
➢
过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在ωt = α (α
O io
iT1
t t
< φ)时合闸的过渡过程相同；
O iT2
t
➢ io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量； <时阻感负载图交4-流5 调压电路工作波形
交流调功电路：以交流电周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态 周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
交流斩波调压电路：改变占空比，调节输出电压有效值。 交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
■ 应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）
异步电动机软起动
异步电动机调速
VD1 V1
i1
斩波控制
u1
V2 VD2
斩波控制
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
续流通道 续流通道
图4-9 交图流4斩-波7 调压电路图
■ 特性
4.3 交流斩波电压电路
➢ 电源电流的基波分量和电源电压同相位， 即位移因数为1；
➢ 电源电流不含低次谐波，只含和开关周期 T有关的高次谐波；
➢ 功率因数接近1。
图4-7 三相交流调压电路基本形式及输出波形
4.2 交流调功电路
■ 交流调功电路——以交流电源周波数为控制单位 ■ 交流调功电路 VS 交流调压电路
➢ 相同点：电路形式完全相同
➢ 不同点：控制方式不同——将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波， 改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均
电力电子技术第4章-习题答案
第4章直流-交流变换器习题及答案第1部分:填空题1.把直流电变成交流电的电路称为_逆变电路_,当交流侧有电源时称为_有源逆变__,当交流侧无电源时称为_无源逆变__。
2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流,从大的方面,换流可以分为两类,即外部换流和_内部换流__,进一步划分,前者又包括_电网换流__和_负载换流___两种换流方式,后者包括_器件换流_和_强迫换流_两种换流方式。
适用于全控型器件的换流方式是_器件换流_。
3.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类,当直流侧是电压源时,称此电路为_电压型逆变电路_,当直流侧为电流源时,称此电路为_电流型逆变电路_。
4.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为__1/2___Ud ,全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为___1.0___Ud 。
5.单相全桥方波型逆变电路,180度导电角的控制方式下,改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d来实现,改变开关切换频率可改变输出交流电频率。
为防止同一桥臂的上下两个开关器件同时导通而引起直流侧电源短路,在开关控制上应采取先断后通的措施。
6.三相电压型逆变电路中,180度导电角的控制方式下,每个桥臂的导电角度为__180O______,各相开始导电的角度依次相差_120O__,在任一时刻,有___3___个桥臂导通。
7.电压型逆变电路一般采用_全控型_器件,换流方式为_器件换流____;电流型逆变电路中,较多采用__半控型__器件,换流方式有的采用 _强迫换流_,有的采用_负载换流__。
8.三相电流型逆变电路的基本工作方式是120度导电方式,按VT1到VT6的顺序每隔__60O_______依次导通,各桥臂之间换流采用 __横向_____换流方式,在任一时刻,有___3_____个桥臂导通。
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u
uu
uv
uw
(a) 0
π/3
π
2π
t
图4-10
ug 6 1 2 3 4 5 6 (b)
0
VT1
t
时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，
而且与负载阻抗角φ有关。两只晶闸管门极的起
始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，
α的最大范围是
。
单相交流调压可归纳以下三点：
① 带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式 可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角α可 以改变负载电压有效值。
② 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则 当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象， 电流出现很大的直流分量。
第4章 交流-交流变换电路
本章要点
交流开关、交流调功和交流电压调节的基本工作原 理和应用电路分析；
相位控制和通断控制的概念； 不同负载时，单相和三相交流调压电路的结构、工
作原理、
4.2、晶闸管交流调压器
交流调压电路常由晶闸管组成，用于调节输出电 压的有效值。晶闸管交流调压器具有体积小、重量 轻的特点。输出是交流电压，但不是正弦波形，谐 波分量大，功率因数也较低。
归纳α=0º时的导通特点如下：每管持续导通180º； 每60º区间有三个晶闸管同时导通。
u
uu
uv
uw
(a) 0
ug 1 2 3 4 5 6 (b)
0 VT1 VT2 (c) VT3 VT4 VT5 VT6
uRU
(d) 0
t
t 图4-8
t
三相全波星形无中线调压电路α=0º时的波形
② 控制角α=30º
R
U g1
U g2
0
1 2
u
U g1 t
0
u2
uR
图4-2
(a)
（2）仿真与实验波形
t (b)
(a) α=30˚ (b) α=60˚
(c)α=90˚
(d) α=120˚ 单相交流调压器带电阻性负载不同控制角时的仿真和实验波形
2、单相调压电路 (阻-感负载)
（1）电路结构和工作原理波形
i2 VT1
U g1
u2
Ug2 VT2 u
L
R
(a)
图4-3 阻-感图性4负-3载时
单相交流调压电路的主电路
u2 (ug )
U g1
U g2
0
i
iB i2
0 is
i2
u
0
(b)
U g1 t
i2 t
t
（2）电感性负载的工作情况
当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应
电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此
各相电压过零30º后触发相应晶闸管。以U相为例， uU过零变正30º后发出VT1的触发脉冲ug1，uU过零 变负30º后发出VT4的触发脉冲ug2 。
归纳α=30º时的导通特点如下：每管持续导通150º； 有的区间由两个晶闸管同时导通构成两相流通回 路，也有的区间三个晶闸管同时导通构成三相流 通回路。
交流调压控制常用相位控制。它是使晶闸管在电 源电压每一周期中、在选定的时刻将负载与电源接 通，改变选定的时刻可达到调压的目的。
图4-1 交流调压的几种方案比较
4.2.1、单相交流调压电路
1、单相调压电路 (电阻性负载)
（1）电路结构和工作原理波形
VT1
U g1
u2 (ug )
u2
Ug2 VT2 u
③为了保证输出电压对称可调，应保持触发脉 冲与电源电压同步。
（1）三相调压电路在纯电阻性负载时的工作情况 ① 控制角α=0º
在各相的正半周正向晶闸管导通，而负半周反向 晶闸管导通，所以负载上获得的调压电压仍为完 整的正弦波。 α=0º时如果忽略晶闸管的管降压， 此时调压电路相当于一般的三相交流电路，加到 其负载上的电压是额定电源电压。下图为U相负 载电压波形。
5
N
图4-45-14
它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公 共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单 相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交 流调压相同。
在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正 负对称的缺角正弦波，它包含有较大的奇次谐波 电流，3次谐波电流的相位是相同的，中性线的电 流为一相3次谐波电流的三倍，且数值较大，这种 电路的应用有一定的局限性。
4、三对反并联晶闸管连成三相三线交流调压电路
VT1 U
VT3 VT4 V
VT5 VT6 W
VT2
RU RV
RW
图4-7
RUV RWU
RVW
对触发脉冲电路的要求是： ① 三相正(或负)触发脉冲依次间隔120度，而
每一相正、负触发脉冲间隔180度。 ② 为了保证电路起始工作时能两相同时导通，
以及在感性负载和控制角较大时，仍能保持两相 同时导通，与三相全控整流桥一样，要求采用双 脉冲或宽脉冲触发。
u
uu
uv
uw
(a) 0 π/3 π
2π
t
图4-9
ug (b)
12
34 5 61
0
VT1
t
VT2
(c)
VT3 VT4
VT5
VT6
uRU
uu
(d) 0
uRU
t
三相全波星形无中线调压电路α=30º时的波形
③ 控制角α=60º α=60º情况下的具体分析与α=30º相似。下图
是α=60º时的脉冲分配图、导通区间和U相负载 电压波形。 归纳α=60º时的导通特点如下：每个晶闸管导 通120º ；每个区间由两个晶闸管构成回路。
3、晶闸管接于Y形负载中性点的三相交流调压电路
U
R
iU
R V
VT1 VT3
R
VT2
W
u(i)
uU iU
图4-6
0
t
5-16
要求负载是三个分得开的单元，从图中电流波形可见，输出 电流出现正负半周波形不对称，但其面积是相等的，所以没 有直流分量。此电路使用元件少，触发线路简单，但由于电 流波形正负半周不对称，存在偶次谐波，对电源干扰较大。
2、晶闸管与负载连成内三角形的三相交流调压电路
U
R
VT2
VT4
VT5 R
VT1 VT3
图4-5
V
R
W
VT6
电路优点：因晶闸管串接在三5角-1形5 内部，流过的是相电流，在 同样线电流情况下，管子的容量可降低，另外线电流中无3的 倍数次谐波分量。缺点是：只适用于负载是三个分得开的单元 的情况，其应用范围有一定的局限性。
③ 带电感性负载时，α的移相范围为φ ~180度 ， 带电阻性负载时移相范围为0 ~180度。
4.2.2、三相交流调压电路
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
VT5 W
N
RU
VT4 iU RV
VT6 iV RW
VT2 iW iN
VT1
4
RU
U
1
VT26
RV
V
3
W
VT3
2
RW