电力电子变流技术课后答案第4章-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII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E d，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U d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E d构成同极性相连，且满足U d<E d。

4-2单相全控桥式逆变电路与单相桥式（二极管）整流电路有何差别是否所有的整流电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U d进入正半周范围，U d的极性由负变正，与直流侧直流电源电势E d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；晶闸管关断时间t off对应的电角度δ；安全裕量角θ0。

故有βmin ≥γ+δ+θ04-5．在图4-2（c ）中，当α>90°时,为什么必须E d >U d 才能正常逆变工作，E d 与U d 间的差值由何因素决定。

如果E d =U d 和E d <U d 则有何结果？解：因为当α>90°,必须E d >U d 时，才能满足逆变工作条件。

只有当E d >U d 时，变流电路直流侧的电源电势E d 才能提供逆变能量，进而实现有源逆变。

E d 与U d 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)的大小来确定。

E d =U d 时，变流电路将处于等待状态，E d <U d 时，处于待逆变工作状态。

4-6．在图4-2中，设交流电源变压器二次电压U 2=280V ，变流电路为单相全控桥式电路，R =0.2Ω,L =∞。

试求当电动机起重重物时，负载电流I d =200A 且反电势E d =180V 时，变流电路的控制角α应为何值变流电路处于什么工作状态解： RE U I d d d -= 则 U d =I d R +E d =200×0.2+180=220（V ）29873.02809.02209.0cos cos 9.022≈≈⨯===αααU U U U d d 由于α< 90°，U d >E d ，所以，变流电路处于整流工作状态。

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I d =200A ，与电动机转速对应的反电势E d 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： RE U I d d d -=则 U d =I d R +E d =200×0.2－180=－140V1245556.02809.01409.0cos cos 9.022≈-≈⨯-===αααU U U U d d 由于2πα〉，d d E U 〈，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u AB 120°,转而承受线电压u AC 120°。

其中关断后的β角对应期间承受线电压u AB 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的三相桥式电路中，设交流电源线电压有效值U 2l =200V,L=∞，R =1.5Ω。

如要求电动机在制动过程中保持制动电流I d =10A 恒定不变，试问：当电动机反电势E d =－200V 时，逆变角β应为何值？当E d 降至于－100V 、－50V 、0V 时逆变角分别应为何值？ 解： RE U I d d d -=当E d ＝－200V 时，则 U d =I d R +E d =10×1.5－200=－185V476852.020035.118535.1coscos35.1cos34.2cos34.22222≈≈⨯=-=-=-=≈ββββαLdLdUUUUUU当E d＝－100V时，则U d=I d R+E d=10×1.5－100=－85V723148.020035.18535.1coscos35.1cos34.2cos34.22222≈≈⨯=-=-=-=≈ββββαLdLdUUUUUU当E d＝－50V时，则U d=I d R+E d=10×1.5－50=－35V831296.020035.13535.1coscos35.1cos34.2cos34.22222≈≈⨯=-=-=-=≈ββββαLdLdUUUUUU当E d逐渐下降至0V时，电路电流I d亦将下降为0A，因而U d＝0V，则β=90°，此时电流电路输出电压的正负面积相等。

4-10．试列举三种产生逆变失败的情况，并说出应注意哪些安全保护措施。

解：1.产生逆变失败的情况主要有以下几个方面：(1)触发电路工作不可靠触发电路不能及时、准确地为各晶闸管提供脉冲，如丢失脉冲或脉冲延迟等，均能导致换相失常或换相失败，参阅教材P72中的图4-4(b)和(c)。

脉冲延迟即使不出现图4-4 (c)的严重情况，也将使逆变角β过小，导致换相时间不足，产生逆变失败。

所谓换相时间，即是需被关断的晶闸管承受反压的时间，即逆变角β区间所对应的时间，如果这个时间短了，晶闸管承受的反压时间不够，不能恢复正向阻断能力而造成逆变失败。

(2)晶闸管出现故障晶闸管性能不合格，或设计电路时参数选择不当，以致出现晶闸管该阻断时不能阻断，该导通不能导通，均将导致逆变失败。

(3)交流电源失常在有源逆变工作状态下，交流电源的突然停电或缺相，由于直流电势E d 的存在，原来导通的晶闸管仍会导通，但此时变流电路交流侧已失去了同直流电势极性相反的交流电压，直流电势将通过晶闸管短路，或原来导通的晶闸管使u d 进入导通相的正半周（缺相时）极性变正，造成逆变失败。

2.逆变失败将造成严重的后果，应采取的安全保护措施如下：(1)正确选择晶闸管参数和缓冲保护电路(2)正确设计稳定可靠的触发电路例如具有不丢脉冲，最小逆变角βmin 限制、抗干扰能力强等性能。

(3)设置完善的系统保护装置例如能对系统过流、过压、交流电源缺相、欠压、断电等故障及时检测，并采取相应的保护操作。

4-11．换流重叠角的产生给逆变电路带来哪些不利影响？解：由于变压器漏感和线路电感等因素的影响，晶闸管的换流（换相）不能瞬时完成，均需一定的时间即换相重叠角γ所对应的时间。

如果逆变角β<γ，将使换相不能完成，造成逆变失败。

4-12．单相全控桥反电动势阻感负载，R =1Ω，L=∞，U 2=100V ，当E d =－99V ，β=60°时，求U d 、I d 的数值。

解： 4560cos 1009.0cos 9.0cos 9.022-=⨯⨯-=-=≈ βαU U U d (V)5419945=+-=-=R E U I d d d (A) 4-13．三相半波变流电路，反电动势阻感负载，R =1Ω，L=∞，U 2=100V ，当E d =－150V ，β=30°时，求U d 、I d 的数值。

解：10130cos 10017.1cos 17.1cos 17.122-≈⨯⨯-=-=≈ βαU U U d (V)491150101=+-=-=R E U I d d d (A)4-14．三相全控桥式变流电路，反电动势阻感负载，R =1Ω，L=∞，U 2=220V ，当E d =－400V ，β=60°时，求U d 、I d 的数值。

此时送回电网的平均功率为多少？解：4.25760cos 22034.2cos 347.2cos 34.222-=⨯⨯-=-=≈ βαU U U d (V) 6.14214004.257=+-=-=R E U I d d d (A) 由于L=∞，输出电流有效值（忽略谐波）I =I d网恻有功功率为d d d d E I R I P +=2=()24.367054006.14216.1422-=-⨯+⨯(W)≈-36.7(KW)送回电网的平均功率为36.7(KW)4-15．三相桥式变流电路，已知U 2L =230V ，反电势阻感负载，主回路R =0.8Ω，L =∞，假定电流连续且平滑，当E d =-290V ，β=30°时，计算输出电流平均值、输出电流有效值（忽略谐波）、晶闸管的电流平均值和有效值。