電力電子技術(shù)答案.pdf

目目 錄錄 第 1 章 電力電子器件 1 第 2 章 整流電路4 第 3 章 直流斬波電路 20 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路26 第 5 章 逆變電路31 第 6 章 PWM 控制技術(shù)35 第 7 章 軟開關(guān)技術(shù)40 第 8 章 組合變流電路 42 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 1 第第 1 章章 電力電子器件電力電子器件 1. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？ 答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。 或：uAK0 且 uGK0。 2. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持 電流。 要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷， 可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降 到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。 3. 圖 1- 43 中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為 Im，試計(jì)算各波形的電流平均值 Id1、Id2、Id3與電流有效值 I1、I2、I3。 00222 4 4 2 5 4 a) b)c) 0 圖 1- 43 晶閘管導(dǎo)電波形 解：a) Id1= 2 1 4 )(sinttdIm= 2 m I (1 2 2 +)0.2717 Im I1= 4 2 )()sin( 2 1 tdtIm= 2 m I 2 1 4 3 +0.4767 Im b) Id2 = 1 4 )(sinttdIm= m I (1 2 2 +)0.5434 Im I2 = 4 2 )()sin( 1 tdtIm= 2 2 m I 2 1 4 3 +0.6741I c) Id3= 2 1 2 0 )( tdIm= 4 1 Im I3 = 2 0 2 )( 2 1 tdIm= 2 1 Im 4. 上題中如果不考慮安全裕量,問 100A 的晶閘管能送出的平均電流 Id1、Id2、Id3各為 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 2 多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值 Im1、Im2、Im3各為多少? 解：額定電流 I T(AV) =100A 的晶閘管，允許的電流有效值 I =157A，由上題計(jì)算結(jié)果知 a) Im1 4767. 0 I 329.35， Id10.2717 Im189.48 b) Im2 6741. 0 I 232.90, Id20.5434 Im2126.56 c) Im3=2 I = 314, Id3= 4 1 Im3=78.5 5. GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結(jié)構(gòu)， 為什么GTO 能夠自關(guān)斷， 而普通晶閘管不能？ 答：GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結(jié)構(gòu)，由 P1N1P2和 N1P2N2構(gòu)成兩個(gè)晶體管 V1、V2,分 別具有共基極電流增益 1 和 2 ，由普通晶閘管的分析可得， 1 + 2 =1 是器件臨界導(dǎo)通 的條件。 1 + 2 1，兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通； 1 + 2 1，不能維持飽和導(dǎo)通而 關(guān)斷。 GTO 之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)?GTO 與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和 工藝方面有以下幾點(diǎn)不同： 1) GTO 在設(shè)計(jì)時(shí) 2 較大，這樣晶體管 V2控制靈敏，易于 GTO 關(guān)斷； 2) GTO 導(dǎo)通時(shí)的 1 + 2 更接近于 1，普通晶閘管 1 + 2 1.15，而 GTO 則為 1 + 2 1.05，GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷提供了有利 條件； 3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) GTO 元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得 P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。 6. 如何防止電力 MOSFET 因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞？ 答：電力 MOSFET 的柵極絕緣層很薄弱，容易被擊穿而損壞。MOSFET 的輸入電容是低 泄漏電容，當(dāng)柵極開路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過20 的擊穿電壓，所以為防止 MOSFET 因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接； 裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測試時(shí)所有儀器外殼必須接地； 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。 7. IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？ 答：IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件， IGBT 的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 3 GTR 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過 沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基 極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 GTO 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是： GTO 要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅 值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅值和 陡度要求更高， 其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路， 關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。 電力 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且 電路簡單。 8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析 RCD 緩沖電路中各元件的作 用。 答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過電壓，du/dt 或過電流和 di/dt， 減小器件的開關(guān)損耗。 RCD 緩沖電路中，各元件的作用是：開通時(shí)，Cs經(jīng) Rs放電，Rs起到限制放電電流的 作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng) VDs從 Cs分流，使 du/dt 減小，抑制過電壓。 9. 試說明 IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 解：對 IGBT、GTR、GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) IGBT 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈 沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低， 輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率 小 開關(guān)速度低于電力 MOSFET,電 壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流 能力強(qiáng)，飽和壓降低 開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需 驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存 在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場 合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力 很強(qiáng) 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極 負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū) 動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān) 頻率低 電 力 MOSFET 開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性 好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡 單，工作頻率高，不存在二次擊穿問 題 電流容量小，耐壓低，一般只適 用于功率不超過 10kW 的電力電 子裝置 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 4 第第 2 章章 整流電路整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0和 60 時(shí)的負(fù)載電流 Id，并畫出 ud與 id波形。 解：0時(shí)，在電源電壓 u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感 L 儲(chǔ)能，在晶閘管開始 導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓 u2的負(fù)半周期，負(fù)載電感 L 釋放能量，晶閘管繼續(xù) 導(dǎo)通。因此，在電源電壓 u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立： tU t i Lsin2 d d 2 d = 考慮到初始條件：當(dāng)t0 時(shí) id0 可解方程得： )cos1 ( 2 2 d t L U i = = 2 0 2 d )(d)cos1 ( 2 2 1 tt L U I = L U 2 2 =22.51(A) ud與 id的波形如下圖： 0 2 t u2 0 2 t0 2 t ud 0 2 t id 當(dāng)60時(shí)，在 u2正半周期 60180期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L 儲(chǔ)能，電感 L 儲(chǔ)藏的 能量在 u2負(fù)半周期 180300期間釋放， 因此在 u2一個(gè)周期中 60300期間以下微分方程 成立： tU t i Lsin2 d d 2 d = 考慮初始條件：當(dāng)t60時(shí) id0 可解方程得： )cos 2 1 ( 2 2 d t L U i = PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 5 其平均值為 )(d)cos 2 1 ( 2 2 1 3 5 3 2 d tt L U I = = L U 2 2 2 =11.25(A) 此時(shí) ud與 id的波形如下圖： t ud id + t t u2 0 + 2 圖 2- 9 為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路， 問該變壓器還有直流磁化 問題嗎？試說明：晶閘管承受的最大反向電壓為 2 2 2U；當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)， 其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。 答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒有直流磁化的問題。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向 相反，波形對稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問題。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 以晶閘管 VT2為例。當(dāng) VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT2通過 VT1與 2 個(gè)變壓器二次繞組 并聯(lián)，所以 VT2承受的最大電壓為 2 2 2U。 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角 相同時(shí)， 對于電阻負(fù)載： （0）期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0； （）期間，單相全波電路中 VT1導(dǎo)通， 單相全控橋電路中 VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；()期間，均 無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0；( 2)期間，單相全波電路中 VT2導(dǎo)通，單相全控 橋電路中 VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于 u2。 對于電感負(fù)載： （ ）期間，單相全波電路中 VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等； （ 2）期間，單相全波電 路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于 u2。 可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 6 3單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中 R2，L 值極大，當(dāng)30時(shí)， 要求：作出 ud、id、和 i2的波形； 求整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次電流有效值 I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解：ud、id、和 i2的波形如下圖： u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id 輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次電流有效值 I2分別為 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97（V） IdUd /R77.97/238.99（A） I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為： 2U21002141.4（V） 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： UN（23）141.4283424（V） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 流過晶閘管的電流有效值為： IVTId227.57（A） 晶閘管的額定電流為： IN（1.52）27.571.572635（A） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 4單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。 解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的 部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下： PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 7 0 2 t t t u2 uVD2 uVD4 0 0 5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中 R=2，L 值極大，反電勢 E=60V，當(dāng) =30時(shí)，要求： 作出 ud、id和 i2的波形； 求整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次側(cè)電流有效值 I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 解：ud、id和 i2的波形如下圖： u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id Id 整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次側(cè)電流有效值 I2分別為 Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為： 2U21002141.4（V） 流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVTId 26.36（A） 故晶閘管的額定電壓為： UN(23)141.4283424（V） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 8 晶閘管的額定電流為： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋 （橋中VT1、 VT2為晶閘管） ， 電路如圖2- 11所示， U2=100V， 電阻電感負(fù)載，R=2，L 值很大，當(dāng)=60時(shí)求流過器件電流的有效值，并作出 ud、id、 iVT、iD的波形。 解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖： u2 O t O t O t ud id Ot Ot Id Id Id iVT1 iVD2 2 + 負(fù)載電壓的平均值為： 2 ) 3/cos(1 9 . 0)(dsin2 1 2 3 2d + = UttUU67.5（V） 負(fù)載電流的平均值為： IdUdR67.52233.75（A） 流過晶閘管 VT1、VT2的電流有效值為： IVT 3 1 Id19.49（A） 流過二極管 VD3、VD4的電流有效值為： IVD 3 2 Id27.56（A） 7. 在三相半波整流電路中， 如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性 負(fù)載下整流電壓 ud的波形。 解：假設(shè)= 0，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下： PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 9 ud uaubuc Ot ud uaubuc Ot 當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形如下： ud uaubuc Ot ud uaubuc Ot 8三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段 的電動(dòng)勢相同，其分段布置及其矢量如圖 2- 60 所示，此時(shí)線圈的繞組增加了一些，銅的用 料約增加 10%，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？ a1 ABC N n N AB C n b1c1 a2b2c2 a1 b1 c1 a2 b2 c2 圖 2- 60 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。原因如下： 變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng) a1c2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，a1的電流向下流，c2的 電流向上流；當(dāng) c1b2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，c1的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng) b1a2對 應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b1的電流向下流，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一 周期中有兩段時(shí)間（各為 120）由電流流過，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 10 內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。 9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b 兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn) 嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？ 答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b 兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不 是同一點(diǎn)。它們在相位上相差 180。 10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，如果它 們的觸發(fā)角都是，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，例如 都是 a 相，在相位上差多少度？ 答：相差 180。 11三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L 值極大，當(dāng)=60 時(shí)，要求： 畫出 ud、id和 iVT1的波形； 計(jì)算 Ud、Id、IdT和 IVT。 解：ud、id和 iVT1的波形如下圖： ud uaubuc id O t Ot Ot iVT 1 =30 u2 uaubuc Ot Ud、Id、IdT和 IVT分別如下 Ud1.17U2cos1.17100cos6058.5（V） IdUdR58.5511.7（A） IdVTId311.733.9（A） IVTId36.755（A） 12在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 11 流電壓 ud波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？ 答：假設(shè) VT1不能導(dǎo)通，整流電壓 ud波形如下： ud O t 假設(shè) VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管 VT3或 VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得 VT3、VT5也可能分別被擊穿。 13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L 值極大，當(dāng)=60 時(shí)，要求： 畫出 ud、id和 iVT1的波形； 計(jì)算 Ud、Id、IdT和 IVT。 解：ud、id和 iVT1的波形如下： = 60 u2 ud uabuacubcubaucaucbuabuac ua ubuc O t t1 Ot id tO tO iVT 1 Ud、Id、IdT和 IVT分別如下 Ud2.34U2cos2.34100cos60117（V） IdUdR117523.4（A） IDVTId323.437.8（A） IVTId323.4313.51（A） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 12 14單相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH， 當(dāng)=60時(shí)求 Ud、Id與 的數(shù)值，并畫出整流電壓 ud的波形。 解：考慮 LB時(shí)，有： Ud0.9U2cosUd Ud2XBId Id（UdE）R 解方程組得： Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V） Ud0.455（V） Id4.55（A） 又 cos)cos( +2 BdX IU2 即得出 )60cos(+=0.4798 換流重疊角 61.33 60=1.33 最后，作出整流電壓 Ud的波形如下： O t Ot ud u2 15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH， 求當(dāng)=30時(shí)、E=50V 時(shí) Ud、Id、 的值并作出 ud與 iVT1和 iVT2的波形。 解：考慮 LB時(shí)，有： Ud1.17U2cosUd Ud3XBId2 Id（UdE）R 解方程組得： Ud（R 1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V） Ud6.7（V） Id44.63（A） 又 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 13 cos)cos( +2 BdX I6U2 即得出 )30cos(+=0.752 換流重疊角 41.28 30=11.28 ud、iVT1和 iVT2的波形如下： ud iVT1 tO tO Id uaubuc iVT2 tO Id O uaubucu2 16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求 Ud、Id、IVD、I2和 的值并作出 ud、iVD和 i2的波形。 解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路0時(shí)的情況。 Ud2.34U2cosUd Ud3XBId IdUdR 解方程組得： Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V） Id97.38（A） 又 cos)cos( +2 BdX I6U2 即得出 cos=0.892 換流重疊角 26.93 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 14 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38332.46（A） I2a 3 2 Id79.51（A） ud、iVD1和 i2a的波形如下： u2 ud iVD1 tO tO tO tO uaubuc t1 uabuacubcubaucaucbuabuac i2a Id Id 17三相全控橋，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60， 當(dāng)LB=0 和LB=1mH 情況下分別求 Ud、 Id的值， 后者還應(yīng)求 并分別作出 ud與 iT的波形。 解：當(dāng) LB0 時(shí)： Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4（V） Id（UdE）R（257.4200）157.4（A） 當(dāng) LB1mH 時(shí) Ud2.34U2cosUd Ud3XBId Id（UdE）R 解方程組得： Ud（2.34U2R cos3XBE）（R3XB）244.15（V） Id44.15（A） Ud13.25（V） 又cos)cos( +2XBId6U2 )60cos(+0.4485 63.35603.35 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 15 ud、IVT1和 IVT2的波形如下： u2 ud iVT1 tO tO tO uaubuc uabuacubcubaucaucbuabuac Id iVT2 tO Id 18單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大 的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有 2k（k=1、2、3）次諧波，其中幅 值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 2k1（k1、2、3）次即奇次諧波， 其中主要的有 3 次、5 次諧波。 19三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大 的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6k（k1、2、3）次的諧波，其中 幅值最大的是 6 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 6k1(k=1、2、3)次的諧波，其中 主要的是 5、7 次諧波。 20試計(jì)算第 3 題中 i2的 3、5、7 次諧波分量的有效值 I23、I25、I27。 解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為 Id38.99（A） 于是可得： I2322Id32238.99311.7（A） I2522Id52238.9957.02（A） I2722Id72238.9975.01（A） PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 16 21試計(jì)算第 13 題中 i2的 5、7 次諧波分量的有效值 I25、I27。 解：第 13 題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知 Id23.4（A） 由此可計(jì)算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為： I256Id5623.453.65（A） I276Id7623.472.61（A） 22試分別計(jì)算第 3 題和第 13 題電路的輸入功率因數(shù)。 解：第 3 題中基波電流的有效值為： I122Id2238.9935.1（A） 基波因數(shù)為 I1II1Id35.138.990.9 電路的輸入功率因數(shù)為： cos0.9 cos300.78 第 13 題中基波電流的有效值： I16Id623.3918.243（A） 基波因數(shù)為 I1II1Id0.955 電路的輸入功率因數(shù)為： cos0.955 cos600.48 23帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異 同？ 答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)： 三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并 聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器； 當(dāng)變壓器二次電壓有效值 U2相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值 Ud是三相橋 式電路的 1/2，而整流電流平均值 Id是三相橋式電路的 2 倍。 在兩種電路中， 晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓 ud和整流 電流 id的波形形狀一樣。 24整流電路多重化的主要目的是什么？ 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是 能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 17 2512 脈波、24 脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數(shù)的諧 波？ 答：12 脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有 11 次、13 次、23 次、25 次等即 12k1、 （k=1，2，3 ）次諧波，整流輸出電壓中含有 12、24 等即 12k（k=1，2，3 ）次諧波。 24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有 23 次、 25 次、 47 次、 49 次等， 即 24k1 （k=1， 2，3 ）次諧波，整流輸出電壓中含有 24、48 等即 24k（k=1，2，3 ）次諧波。 26使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？ 答：條件有二： 直流側(cè)要有電動(dòng)勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流 側(cè)的平均電壓； 要求晶閘管的控制角/2，使 Ud為負(fù)值。 27三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng) EM=-400V，=60時(shí)求 Ud、Id與 的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud2.34U2cos()Ud Ud3XBId Id（UdEM）R 三式聯(lián)立求解，得 Ud2.34U2R cos()3XBEM(R3XB)290.3（V） Id109.7（A） 由下式可計(jì)算換流重疊角： cos)cos( +2XBId6U20.1279 )120cos(+0.6279 128.901208.90 送回電網(wǎng)的有功功率為 P=RIIE ddM 2 |=400109.7- 109.72109.71=31.85(W) 28 單相全控橋， 反電動(dòng)勢阻感負(fù)載， R=1， L=， U2=100V， L=0.5mH， 當(dāng) EM=-99V， =60時(shí)求 Ud、Id和 的值。 解：由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud0.9U2cos(-)Ud PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 18 Ud2XBId Id（UdEM）R 三式聯(lián)立求解，得 UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V） Id49.09（A） 又 cos)cos( +2 BdX IU2=0.2181 即得出 )120cos(+=-0.7181 換流重疊角 135.9 120=15.9 29什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪?？ 答：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，或 者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很 大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。 防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交 流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角等。 30單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電 感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？ 答：單相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 180， 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 120， 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是 0 90。 31三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器的接法是 D，y- 5，采用 NPN 鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30的 R- C 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián) 結(jié)形式。 解：整流變壓器接法如下圖所示 a b c A B C 以 a 相為例，ua的 120對應(yīng)于=90，此時(shí) Ud=0，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該點(diǎn) PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 19 與鋸齒波的中點(diǎn)重合， 即對應(yīng)于同步信號(hào)的 300， 所以同步信號(hào)滯后 ua 180， 又因?yàn)?R- C 濾波已使同步信號(hào)滯后 30，所以同步信號(hào)只要再滯后 150就可以了。 滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如下兩幅圖所示。 BC A a b c sa sbsc - sa - sb- sc A B C - sa - sb - sc sa sb sc 各晶閘管的同步電壓選取如下表： 晶閘管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 同步電壓 -usb usa -usc usb -usa usc PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 20 第第 3 章章 直流斬波電路直流斬波電路 1簡述圖 3- 1a 所示的降壓斬波電路工作原理。 答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓 V 導(dǎo)通一段時(shí)間 ton，由電源 E 向 L、R、 M 供電，在此期間，uoE。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 toff，此時(shí)電感 L 通過二極管 VD 向 R 和 M 供電，uo0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 UoE tt t + offon on 。輸出電壓小于電源電壓， 起到降壓的作用。 2在圖 3- 1a 所示的降壓斬波電路中，已知 E=200V，R=10，L 值極大，EM=30V， T=50s,ton=20s,計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 Uo=E T ton = 50 20020 =80(V) 輸出電流平均值為 Io = R EU Mo - = 10 3080 =5(A) 3在圖 3- 1a 所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=10V，采用 脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當(dāng) ton=5s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io，計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng) ton=3s 時(shí)，重新 進(jìn)行上述計(jì)算。 解：由題目已知條件可得： m= E EM = 100 10 =0.1 = R L = 5 . 0 001 . 0 =0.002 當(dāng) ton=5s 時(shí)，有 = T =0.01 = on t =0.0025 由于 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 21 1 1 e e = 1 1 01. 0 0025. 0 e e =0.249m 所以輸出電流連續(xù)。 此時(shí)輸出平均電壓為 Uo =E T ton = 20 5100 =25(V) 輸出平均電流為 Io = R EU Mo - = 5 . 0 1025 =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值分別為 Imax= R E m e e 1 1 = 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0025. 0 e e =30.19(A) Imin= R E m e e 1 1 = 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0025. 0 e e =29.81(A) 當(dāng) ton=3s 時(shí)，采用同樣的方法可以得出： =0.0015 由于 1 1 e e = 1 1 01. 0 015. 0 e e =0.149m 所以輸出電流仍然連續(xù)。 此時(shí)輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時(shí)值分別為： Uo =E T ton = 20 3100 =15(V) Io = R EU Mo - = 5 . 0 1015 =10(A) Imax= 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0015. 0 e e =10.13(A) Imin= 5 . 0 100 1 . 0 1 1 01. 0 0015. 0 e e =9.873(A) 4簡述圖 3-2a 所示升壓斬波電路的基本工作原理。 答：假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 E 向電感 L 充 電，充電電流基本恒定為 I1，同時(shí)電容 C 上的電壓向負(fù)載 R 供電，因 C 值很大，基本保持 輸出電壓為恒值 Uo。設(shè) V 處于通態(tài)的時(shí)間為 ton，此階段電感 L 上積蓄的能量為 on1t EI。 當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí) E 和 L 共同向電容 C 充電并向負(fù)載 R 提供能量。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 22 toff，則在此期間電感 L 釋放的能量為() off1o tIEU 。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： () off1oon1 tIEUtEI= 化簡得： E t T E t tt U offoff offon o = + = 式中的1/ off tT，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 5在圖 3-2a 所示的升壓斬波電路中，已知 E=50V，L 值和 C 值極大，R=20，采用 脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) T=40s，ton=25s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：輸出電壓平均值為： Uo =E t T off =50 2540 40 =133.3(V) 輸出電流平均值為： Io = R Uo = 20 3 .133 =6.667(A) 6試分別簡述升降壓斬波電路和 Cuk 斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。 答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)，電源 E 經(jīng) V 向電感 L 供電 使其貯存能量，此時(shí)電流為 i1，方向如圖 3- 4 中所示。同時(shí)，電容 C 維持輸出電壓基本恒 定并向負(fù)載 R 供電。此后，使 V 關(guān)斷，電感 L 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為 i2，方向 如圖 3- 4 所示。可見，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 uL對時(shí)間的積分為零，即 = T tu 0 L 0d 當(dāng) V 處于通態(tài)期間，uL = E；而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間，uL = - uo。于是： offoon tUtE= 所以輸出電壓為： EE tT t E t t U = = 1 on on off on o 改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng) 0 1/2 時(shí)為降 壓，當(dāng) 1/2 1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 Cuk 斬波電路的基本原理：當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)，EL1V 回路和 RL2CV 回路分 別流過電流。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)，EL1CVD 回路和 RL2VD 回路分別流過電流。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 更多資料 歡迎訪問 課后答案網(wǎng) w w w .k h d a w .c o m 23 輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖 3- 5b 所示，相當(dāng)于開關(guān) S 在 A、B 兩點(diǎn)之間交替切換。 假設(shè)電容 C 很大使電容電壓 uC的脈動(dòng)足夠小時(shí)。 當(dāng)開關(guān) S 合到 B 點(diǎn)時(shí)， B點(diǎn)電壓 uB=0， A 點(diǎn)電壓 uA= - uC；相反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時(shí)，uB= uC，uA=0。因此，B 點(diǎn)電壓 uB的平均值 為 C off B U T t U=（UC為電容電壓 uC的平均值） ，又因電感 L1的電壓平均值為零，所以 C off B U T t UE=。另一方面，A 點(diǎn)的電壓平均值為 C on A U T t U=，且 L2的電壓平均值 為零，按圖 3- 5b 中輸出電壓 Uo的極性，有 C on o U T t U =。于是可得出輸出電壓 Uo與電源 電壓 E 的關(guān)系： EE tT t E t t U = = 1 on on off on o 兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的， 均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， Cuk 斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很 小，有利于對輸入、輸出進(jìn)行濾波。