57
第一章 答案 1.1 电力技术、电子技术和电力电子技术三者所涉及的技术内容和研究对象是什么?三者的技术发 展和应用主要依赖什么电气设备和器件? 答:电力技术涉及的技术内容:发电、输电、配电及电力应用。其研究对象是:发电机、变压器、 电动机、输配电线路等电力设备,以及利用电力设备来处理电力电路中电能的产生、传输、分配和 应用问题。其发展依赖于发电机、变压器、电动机、输配电系统。其理论基础是电磁学(电路、磁路、 电场、磁场的基本原理),利用电磁学基本原理处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术。 电子技术,又称为信息电子技术或信息电子学,研究内容是电子器件以及利用电子器件来处理电子 电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题。其研究对象:载有信息的弱电信号的变 换和处理。其发展依赖于各种电子器件(二极管、三极管、MOS 管、集成电路、微处理器电感、电 容等)。 电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。它涉及电力电子变换 和控制技术技术,包括电压(电流)的大小、频率、相位和波形的变换和控制。研究对象:半导体 电力开关器件及其组成的电力开关电路,包括利用半导体集成电路和微处理器芯片构成信号处理和 控制系统。电力电子技术的发展和应用主要依赖于半导体电力开关器件。 答案 1.2 为什么三相交流发电机或公用电网产生的恒频、恒压交流电,经电压、频率变换后再供负载使 用,有可能获得更大的技术经济效益? 答:用电设备的类型、功能千差万别,对电能的电压、频率、波形要求各不相同。为了满足一定的 生产工艺和流程的要求,确保产品质量、提高劳动生产率、降低能源消耗、提高经济效益,若能将 电网产生的恒频、恒压交流电变换成为用电负载的最佳工况所需要的电压、频率或波形,有可能获 得更大的技术经济效益。 例如:若风机、水泵全部采用变频调速技术,每年全国可以节省几千万吨以上的煤,或者可以少兴 建上千万千瓦的发电站。若采用高频电力变换器对荧光灯供电,不仅电-光转换效率进一步提高、光 质显著改善、灯管寿命延长 3~5 倍、可节电 50%,而且其重量仅为工频电感式镇流器的 10%。高频 变压器重量、体积比工频变压器小得多,可以大大减小钢、铜的消耗量。特别在调速领域,与古老 的变流机组相比,在钢铜材消耗量、重量、体积、维护、效率、噪音、控制精度和响应速度等方面 优势明显。 1.3 开关型电力电子变换有哪四种基本类型? 答:有如下四种电力变换电路或电力变换器,如图所示: 课后答案网 www.khdaw.com

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  • 1.1

    ():MOS

    1.2

    - 35 50% 10%

    1.3

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  • A.CD.C D.CA.C D.CD.C A.CA.C/

    1.4 1.6(a) DC-AC CD AB

    1 DC/AC A180B 180CPWM

    A 180 S1S4 S2S3

    S2S3 S1S4

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  • 1.6(b)

    B 180 180

    T/2 1.6(c)

    f

    C PWM 1.6(d)PWM

    2 3

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  • 1.5

    1

    2 LC PWM

    3

    1.6

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  • 1

    2

    www.khdaw.com

  • 2.1 PN -

    PN

    PN P NN P PN 1V 1V 0.7V 0.3VPN

    P NP N

    PN

    PN 0.5V

    0.2V

    2.2

    PN CCPN

    12V

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  • 2.3 BJT

    BJT

    BJT

    BJT

    2.4 BJT

    -

    -

    0 -

    -

    -

    2.5

    p36-37

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  • A

    K

    2.6 220V T R20 =1H

    =55mA =22mA

    R20 300s

    1K

    (1)

    (2) 1K (3)

    PN Io PN Io

    2.7 10A 15A

    10A 15A

    40 125

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  • 1.57 10A 15.7A

    2.8 GTO

    GTO T2 a2 GTO

    -Ig a2 1-a2

    a2 a1 GTO GTO

    2.9 PMOSFET

    P-MOSFET NP PN G-S D-S

    D S =0 D(N1)

    S(N2) PN (PN1PN2) PN

    0 G-P

    P G G P

    N1 N2 G G

    P N N N N1 N2 N N1P PN J1

    D S

    =0 =0 = G-P

    G S

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  • 2.10 PMOSFET

    PMOSFET

    2.11 BJTSCRGTOPMOSFETIGBTMCT SIT

    BJT SCR GTO P MOSFET IGBT MCT SIT

    BJT

    0

    SCR

    GTO

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  • 3.1 3.1(c)

    3.1(c)

    3.1 Buck

    3.2 PWM PFM

    PWM

    PFM

    PWM PWM PFM

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  • 3.3 Buck

    0

    3.4 Buck

    Buck

    3.5 3.2(a)3.5(a) L

    0 0

    0

    3.6 Buck ?

    Buck

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  • 3.7

    L T

    (

    )

    3.8 Boost 1

    Boost 1 Boost 1 Boost

    1

    3.9 Cuk

    Cuk T L1 T L1

    L1 C1 T C2

    L2 T L1 C1 D L2 DL2 Cuk

    3.10 Cuk

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  • Cuk

    3.11

    Te

    VABIAB

    VAB IAB Te 3.9(d)

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  • 3.12

    3.13 DC/DC

    DC/DC Buck

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  • 3.11(b) T N2/N1 Vo Vd

    3.12(b) DC/DC T Vd N1

    L1 N2 D1 CC

    TN1 N2 D1

    C T T DC/DC

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  • 4.1 HF DF HF

    n HFn n HFnVn/V1,

    THD DF

    n DFn HF DF LC

    4.2 SCR

    1 SPWM SCR 2SCR SCRSCR

    4.3 4.2(a) 4.3(a) D

    D

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  • 300V

    300V

    4.4

    SPWMSPWM

    4.5 4.6(d) (4-16)

    (4-16)

    416

    www.khdaw.com

  • 4.6 SPWM N M

    SPWM PWM

    N N / M

    M / .

    , , M

    4.7 SPWM 4.11 437 3

    SPWM

    0.9

    www.khdaw.com

  • SPWM 4.11

    3

    4.8 4.17

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  • 417 PWM

    AB T4T6 C T5

    , 0

    417

    5

    4.9 SPWM

    4.15(b)

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  • VR

    < VR M

    > M

    VR PI

    4.10 8 6 6

    6 6

    4.11 12 4.20

    www.khdaw.com

  • D5D6

    6

    PWM

    4-16(d) 6

    3

    xy0

    www.khdaw.com

  • 4.12 4.22(d)126

    4.6

    12 476

    (4-76)

    www.khdaw.com

  • A

    3571113

    4.22 12

    12 476

    4.13

    1. 2.

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  • 3. 4.

    UPS

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  • 5.1 PWM ?

    PWM PWM

    5.2

    RFVHVd

    SnVnmVdSn=Vnm/Vd

    DPF

    PF

    5.3

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  • 5.4

    1

    2

    3

    5.5

    L0 E

    E

    E

    wtk wtk E

    5.6

    a Ta Tb b

    www.khdaw.com

  • Tb Tb Ta

    a Ta b Tb

    A

    TaTb ab 2LC

    Id ) 2

    5.7

    5.8 m Km K = 123

    udc 1/T(T)udcT

    mTmmm 1/mT(T/m)T/m

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  • udc mkk = 123

    5.9 ?

    1

    Lc max

    2

    max0

    5.10

    T1T3T5 T4T6T2

    80100

    60 60

    5.11 5.36 Boost

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  • 5.36 Boost VAR

    CAR C

    PI VAR K (

    )K

    PI CAR

    1

    PWM LC

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  • 5.12 PWM PWM

    01 PWM PWM 02

    PWM

    03

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  • 6.1

    6.2c T1T4 ig1ig4

    T1 T4

    T4 ig1 T1 ig1 T1

    iT4=is=io=0 ig1ig1 T1

    RL ig

    6.2 6.2e

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  • 6.2

    6.2

    c

    0

    6.3 6.2e6.2f

    www.khdaw.com

  • ? 6.2(g)f

    IT

    IT

    6.2(g)f6-236-24

    6.2(e)

    6.4 6.5a

    6.5a

    T1 T6 UAN=UBN UAN

  • 6.5 6.6

    3 3

    3 3

    6.6 6.7a T1T2T3T4

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  • T3 T4 vS T1 T2 vS

    6.7

    6.9a

    6-266-28

    P N

    6-26-6-28 K

    6.8

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  • ~

    ~

    6.9 6.9a- 5 5.31(a)

    5.31 VD

    6.9

    6.10 -

    6.11a 9 A

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  • a B a

    a

    ABC

    b ABCc ABC 9 abc 9 SPWM

    ?? 120

    - SPWM LC

    6.11a 18 IGBT

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  • 7.1 7.1 7.3 SCR GTO

    SCR

    GTO GTO SCR SCR GTO

    7.2 7.4(a) BJT

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  • BJT BJT BJT C C BJT

    7.3 7.6 7.7 P-MOSFET

    7.6

    /

    www.khdaw.com

  • 7.7 A

    A

    G-S

    7.4

    7.5

    7.10 7.11

    7.6

    dv/dt

    ??

    7.7 7.14(a)

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  • 7.8

    7.9

    7.21

    PN -

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  • -

    PN > > >

    7.10

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  • 8.1

    LC vT iT vT=0 iT=0

    8.2

    vT vT=0

    T iT pT=vTiT0 iT iT=0

    pT=vTiT0

    8.3 LC

    L,C

    LC LC 8.1b

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  • 8.4 ZCS PWM ZCS PFM ( ZCS QRCs)

    ZCS PWM ZCS PFM T2 D2 ZCS PWM PWM LC T2 ZCS PFM PFM LC

    8.5 ZVS PWM PFM ( ZVS QRCs)

    ZVS PWM ZVS PFM T2 D2 ZVS PWM PWM LC T2 ZVS PFM PFM LC

    8.6

    8.8(a) T1T6 PN C

    VD

    L C T1T6 PWM PWM

    T1T6 LC C

    6

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  • www.khdaw.com

  • 9.1 AC/AC ACDCAC

    50Hz ACDCAC SPWM

    9.2 VVVF

    VVVF V1 f1

    9.3 UPS

    9.3 UPS S1 S2 9.3 SUPS S1

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  • 9.4 UPS

    9.4 UPS AC DC SPWM L1 T ?( IS)

    vL

    vsh vs1 vL vs1 vR L2C2

    vR

    vR UPS vL vR

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  • 9.5

    ? 911

    VD1VD2 ID

    9.6

    B

    9.7

    T1T4 T2T3 N1

    N1

    N1 0 CO

    CO N1

    9.8 DC/ACAC/DC

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  • T1T2 919 t01

    td T2 D2 T2 T3T4 924 t34 td T3 D3 T3

    9.9 9.9

    9.9(1) LC 9.9(2) 9.9(3)LC DC/DC 9.9(4) DC/DC PWM LC AC/DC DC/AC AC/DC 9.9(5) LC AC/DC PWM DC/AC AC/DC 9.9(6) PWM PWM

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  • PWM

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  • 10.1

    T1T2 L TCR T1T2 90 10.2(c) 10.2(c)

    n I1In

    90I1 I1

    10.2 10.5 PWM 5 PWM

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  • PWM

    Vi L

    10.5(a)

    90

    SPWM

    SPWM LC

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  • 10.3 HCC HVC

    HCC HVC HCC

    G TP

    HVC AR

    10.7

    ABC RST

    10.4 PWM

    (1) 10.8 90

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  • AB

    C 10.8

    90

    k Q k L

    (2)

    (3)

    (4)

    10.5 UPFC

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  • PQ PWM STATCOM

    IC I

    A I

    10.6 DC/DC DC/DC / DC/DC

    DC/DC

    DC/DC

    DC/DC / DC/DC

    DC/DC SMES

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    .doc.doc.doc.doc.doc.doc.doc.doc.doc.doc