电机拖动基础第五版考试必备

填空

1.在信息电子技术中半导体器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态，而在电力电子技术中，为避免功率损耗过大电力电子器件总是工作在开关状态，这是它们的一个重要特征。 2.电力电子器件分为以下三类：半控型，全控型，不可控型。

3.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型。

4.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形，可将电力电子器件分为脉冲触发型和电平控制型。

5.缓冲电路又称为吸收电路。其作用是抑制电路的器件的内因过电压，du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。

6.电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类，其中内因过电压包括：换相过电压，关断过电压。

7.软件开关电路分成准谐振电路,零开关PWM电路和零转换PWM电路，其中准谐振电路可以分为零电压开关准谐振电路，零电流开关准谐振电路，零电压开关多谐振电路和用于逆变器的谐振直流环。

8.常用的多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路，飞跨电容型逆变电路，以及单元串联多电平逆变电路。

9.电力变换通常分为四大类;交流变直流，直流变交流，直流变直流，交流变交流。 10.电力MOSFET在导通时中有一种极性载流子（多子）参与导电，是单极性晶体管。 11.晶闸管的驱动电路常称为触发电路。

12.GTO一般用于大容量电路场合，齐驱动电路通常包括开通驱动，关断驱动和门极反偏电路三部分。

13.需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并得方法连接。

14.单相桥式全控整流电路，电阻性负载时，晶闸管承受的最大正，反向电压分别为

2U22，

2U2,a角移向范围为1800，阻感负载时，a角的移向范围为900，晶闸管承受的最大正

0反向分别为2U2，2U2。逆变时允许采用的最小逆变角影等于30?450。

2U2.

15.电流断续情况下， 只要??600，电动机的理想空载反电动势都是

16.同步信号为锯齿波触发电路，脉冲宽度与

R11C3有关，1C1决定的。锯齿波宽度是由R

17.斩波电路有三种控制方式:脉冲宽度调制，频率调制或调频型,混合型。 18.单相调压电路阻感负载时α角的移向范围为ψ≤α≤π. 19.换流方式分为器件换流，电网换流，负载换流，强迫式换流。 20.PWM波形分为等幅PWM波和不等幅PWM波。

21.零转换PWM电路分为：零电压转换PWM电路和零电流转换PWM电路。

22.单相半波可控整流电路和单相桥式全控整流电路电路带阻感负载的移向范围分别为0 - ππ和0 -

2.正，反向电压分别是

2U22,,

2U2，整流输出电压为0.9U2(1?cos?)/2,脉波

0?π2。

数m= 2,α的移向范围为0 -π,阻感负载时，α的移向范围

23.单相调试电路阻感负载时α角移向范围为ψ≤α＜π。

简答题：

1. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2．什么是逆变失败？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。

3．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？

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。

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。

4.什么是异步调制？什么是同步调制？

答：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等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。

5．高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高关频率可以减小变压器的体积和重量？

答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化，轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，U=4.44.f.N.B.S，当频率f提高时，可减小N、S参数值，从而减小了变压器的体积和重量。 6.何为UPS?

答：不间断电源（UPS)是当交流输入电源发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置. 7.何为双PWM电路？其优点是什么？

答：整流电路和逆变电路均采用PWM控制的间接交流变流电路，可简称为双PWM电路。优点：1，可以使输入电流为正玄波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调节。2，负载为电动及时，电动机可以工作在电动运动状态，也可

以工作在再生制动状态，此外，改变输出交流电压相序即可使电动机正传或反转，因此，电动机可以实现四象限运行！

8．什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。

9.电压驱动型器件的共同特点和电流驱动型器件的共同特点分别是什么？答：电压型：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流型：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路比较复杂。 分析题：

1.升压斩波电路，分析其工作原理，推导U0和E的关系。假定电感值L和电容C值足够大，并设T为开关周期，ton为通态时间。

答：当可控开关V处于通态是，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的点啊向负载R供电。因C值很大，基本保证输出电压u0为恒值，记为U0。在V处于通态的时间ton阶段，电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L同时向电容C充电冰并向负载R提供能量。设V处于断态时间为toff，则在此时间电感L释放的能量为

(U0?E)I1toff。当电路工作于稳态是，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，

即：EI1ton=(U0?E)I1toff，化简得U0?ton?tofftoffE?TE。 toff2.三相全控式整流电路，整流变压器TR为△/Y-5接法，采用同步信号为锯齿波触发电路，电路要求工作在整流与逆变状态。同步变压器TS二次电压UTS送至触发电路，UTS滞后

UTS300电角度。试确定同步变压器TS的接线。

解：①根据题意知：要求同步电压-Usa比对应的晶闸管阳极电压波环节有30的相位滞后，所以同步信号电压-

Ua滞后180，由于存在滤

Usa比Ua滞后150.②：

根据整流变压器△/Y-5

Ua与-U电压相位相差150度，所以

bUa，-U同相。+Usa在4点

c的接法，画出初级电压矢量图，晶闸管VT1阳极电压

-Usa与-Ub同相位在10点钟位置，同理-Usb，-Usc分别与-

钟位置，所以同步变压器两组次级一组为Y/Y-10，另一组Y/Y-4.同步变压器连接如图所示：10点钟一组为-一株为+

Usa，-U，-U，接VT1，VT3，VT5。触发电路的同步输入端，4点钟

sbscUsa，+U，+U。接VT4，VT6，VT2.触发电路的同步信号输入端，晶闸管装置sbsc即能正常工作。

计算题：1．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。

解：将各脉冲的宽度用?Si（i=1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得

?

?S1=

50Umsin?td?t2Umcos?t5=? =0.09549(rad)=0.3040(ms)

20?S2 =

??2?5Umsin?td?t2Um=?5cos?t22?5?5 =0.2500(rad)=0.7958(ms)

?S3=

3?52?5Umsin?td?t2Um=?cos?t23?52?5 =0.3090(rad)=0.9836(ms)

S4 =

?4?53?5Umsin?td?t2Um=?2 =0.2500(rad)=0.7958(ms)

S5 =

??U45?msin?td?t=?1 =0.0955(rad)=0.3040(ms)

2Um2. 三相桥式电压型逆变电路，180°导电方式，Ud=100V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中5次谐波的有效值

UUV5。

解：输出相电压的基波幅值为 UUN1m?2Ud??0.637Ud=63.7(V)

?0.45Ud=45(V)

输出相电压基波有效值为： UUN1?UUN1m2输出线电压的基波幅值为 UUV1m?输出线电压基波的有效值为 UUV1?23Ud?2??1.1Ud=110(V)

UUV1m6?Ud?0.78Ud=78(V)

输出线电压中五次谐波uUV5的表达式为：uUV5? 其有效值为：UUV5?23Udsin5?t 5?23Ud=15.59(V)

52?3.单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=30?时，要求：

① 作出ud、id和i2的波形；

② 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：①ud、id和i2的波形如下图：

u2Oud??t?OidOi2IdId?Id?t?t??t O

②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id ＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id ＝9(A)

③晶闸管承受的最大反向电压为：2U2＝1002＝141.4（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id ∕2＝6.36（A） 故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V） 晶闸管的额定电流为：IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）

4．在图5-1a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：m=

EM10L0.001==0.1 τ===0.002 E100R0.5T 当ton=5μs时，有 ρ=

?=0.01??aρ=

ton=0.0025 ?e???1e0.0025?1 由于 ?==0.249>m 所以输出电流连续。

e?1e0.01?1 此时输出平均电压为 Uo =

ton100?5E==25(V) T20 输出平均电流为 Io =

Uo-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?100Imax=?=????m?0.1?1?e???R?1?e?0.01?0.5=30.19(A)

?????e???1?E?e0.0025?1?100Imin=?=????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

e???1e0.015?1 由于 ?=0.01=0.149>m所以输出电流仍然连续。

e?1e?1 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：

Uo =

tonU-EM15?10100?3E==15(V) Io =o==10(A) T200.5R?e0.0015?1?100?1?e?0.0015?100Imax=?=10.13(A) I???0.1?0.1min=??1?e?0.01?0.5?e0.01?1?0.5=9.873(A)

????5．在图5-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调

制控制方式，当T=40μs，ton=25μs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 =

40T?50=133.3(V) E=

40?25toffUo133.3==6.667(A) R20

输出电流平均值为： Io =

6．三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、

I2和r?的值并作出ud、iVD和i2的波形。

解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路α＝0°时的情况。

Ud＝2.34U2cosα－ΔUd

ΔUd＝3XBId∕π Id＝Ud∕R

解方程组得： Ud＝2.34U2cosα∕（1＋3XB/πR）＝486.9（V）

Id＝97.38（A）

又∵ cos?－cos(???)＝2IdXB∕6U2 即得出 cos?=0.89 换流重叠角?r ＝26.93°

二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为

IVD＝Id∕3＝97.38∕3＝32.46（A） I2a＝

2 Id＝79.51（A） 31. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0?和60?时的负载电流Id，并画出ud与id波形。

解：α＝0?时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：考虑到初始条件：当?t＝0时id＝0可解方程得：

Ldid?2U2sin?t dt2U21id?(1?cos?t)Id??L2?

?2?02U2(1?cos?t)d(?t)=?L2U2?L=2

当α＝60°时，在u2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180?~300?期间释放，因此在u2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立：Ldid?2U2sin?t dt考虑初始条件：当?t＝60?时id＝0可解方程得：id?2U21(?cos?t) ?L21其平均值为Id?2???5?332U22U21=11.25(A) (?cos?t)d(?t)=

2?L?L2u2++u20ud0id?2??2?0??t++?tud?t?tid?t0?2? ①

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