.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Ud90的情况。单相桥式（二极管）整流电路是ACDC 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=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min？选择min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min。最小逆变角min的选取要考虑三个因素，即换相重叠角；晶闸管关断时间toff对应的电角度；安全裕量角0。故有 min+0 4-5在图4-2（c）中，当90时,为什么必须EdUd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EdUd时，才能满足逆变工作条件。只有当EdUd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(逆变控制角)的大小来确定。Ed=Ud时，变流电路将处于等待状态，EdUd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U2=280V，变流电路为单相全控桥式电路，R=0.2,L=。试求当电动机起重重物时，负载电流Id=200A且反电势Ed=180V时，变流电路的控制角应为何值？变流电路处于什么工作状态？ 解：则 Ud=IdR+Ed=2000.2+180=220（V） 由于Ed，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=2000.2180=140V 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=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=180，此期间两端电压近似为零，关断后的角对应期间承受反向电压，之后的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=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=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U2l=200V,L=，R=1.5。如要求电动机在制动过程中保持制动电流Id=10A恒定不变，试问：当电动机反电势Ed=200V时，逆变角应为何值？当Ed降至于100V、50V、0V时逆变角分别应为何值？ 解： 当Ed200V时，则 Ud=IdR+Ed=101.5200=185V 当Ed100V时，则 Ud=IdR+Ed=101.5100=85V 当Ed50V时， 则 Ud=IdR+Ed=101.550=35V 当Ed逐渐下降至0V时，电路电流Id亦将下降为0A，因而Ud0V，则=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Ed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ud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min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所对应的时间。如果逆变角，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=1，L=，U2=100V，当Ed=99V，=60时，求Ud、Id的数值。 解： (V) (A)4-13三相半波变流电路，反电动势阻感负载，R=1，L=，U2=100V，当Ed=150V，=30时，求Ud、Id的数值。 解： (V) (A) 4-14三相全控桥式变流电路，反电动势阻感负载，R=1，L=，U2=220V，当Ed=400V，=60时，求Ud、Id的数值。此时送回电网的平均功率为多少？ 解： (V) (A)由于L=，输出电流有效值（忽略谐波）I =Id网恻有功功率为 =(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U2L=230V，反电势阻感负载，主回路R =0.8，L=，假定电流连续且平滑，当Ed=-290V，=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。 解： 输出电流平均值 (A)输出电流有效值 （）晶闸管的电流平均值为 （）晶闸管电流有效值为 (A)4-16试叙述反并联（双重）变流电路的四象限运行条件。 解：反并联（双重）变流电路参阅教材P69中的图4-3（a）。其四象限运行条件如下：第一象限，电动机正转作电动运行，变流器1工作在整流状态，1/2，Ed/2，EdUd2。此时Ud2、Ed的极性均为上正下负，电动机供出电能，经变流器2回馈给电网。第三象限，电动机反转作电动运行，变流器2工作在整流状态，2/2，Ed/2，EdUd1，此时，Ud1、Ed的极性均为上负下正，电动机供出电能，经变流器1回馈给电网。流过电动机的电流与第二象限工作时相反。可见，由反并联（双重）变流电路控制的可逆系统中，电动机从电动运行转变为发电制动运行，由于电动机的旋转方向不变，故电动机电势Ed的