電力電子技術第五版答案

1、電力電子技術第五版課后習題答案第二章 電力電子器件2. 使晶閘管導通的條件是什么？ 答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電 流(脈沖)?；颍?uAK>0 且 uGK>0。3. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？ 答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電 流，即維持電流。要使晶閘管由導通變?yōu)殛P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，便可使導通的晶 閘管關斷。4. 圖 2-27 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

2、 Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。解： a)b)Id2 =1 1104a)I1=Id1=21I msin td ( t) =45 2 042b) c)圖 2-27 晶圖 1閘-43管導電波形I msin td ( t)= m ( 2 1) 0.2717 Im4 m2 2201 (Imsin t)2d( t) =Im 3 1 0.4767 Im 2 4 2 4 2I m2Im ( 2 1) 0.5434 Im 2I2 =c)I3 = 21 02Im2d( t) =1 Im25. 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

3、Id1、Id2、 Id3各為多少？這時，相應的電流最大值 (Imsin t)2d( t) = 22Im 43 21 0.6741I mm1、 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，由上題計算結 果知a)b)Im1 0.4767 329.35，Id1 0.2717 Im1 89.48Im20.6741232.90,Id2 0.5434 Im2 126.561c)Im3=2 I = 314,Id3=1 Im3=78.54 第三章 整流電路1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電， L 20mH， U2100V，求當 0

4、和 60 時的負載電流 Id，并畫出 ud 與 id波形。解：0 時，在電源電壓 u2的正半周期晶閘管導通時，負載電感 L 儲能，在 晶閘管開始導通時刻，負載電流為零。在電源電壓u2 的負半周期，負載電感 L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導通。因此，在電源電壓u2 的一個周期里，以下方程均成立：L d i d2U 2 sin td t 2考慮到初始條件：當 t 0 時 id 0 可解方程得： 2U2id(1 cos t )L212 2U 2Id2 (1 cos t )d( t )0L2U22 =22.51(A)Lud與 id的波形如下圖：當60°時，在 u2 正半周期 60 180 期間晶閘管

5、導通使電感 L 儲能，電感 L儲藏的能量在 u2負半周期 180 300期間釋放，因此在 u2一個周期中 60 300 期間以下微分方程成立：L d i d2U 2 sin t考慮初始條件：當d t 2t 60 時 id 0 可解方程得：2U 2 1id( cos t )L2其平均值為5 2U 1 2UId3 2U 2 ( 1 cos t)d( t)= 2U 2 =11.25(A)2 3 L 2 2 L 此時 ud與 id 的波形如下圖：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 2U 2；當負 載是電阻或電

6、感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。 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。因為單相全波可控整流電路變壓器二次測繞組中， 正負半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電 流的方向相反，波形對稱，其一個周期內(nèi)的平均電流為零，故不會有直流磁化 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 VT1導通時，晶閘管 VT2通過 VT1與 2 個變壓器二 次繞組并聯(lián)，所以 VT2承受的最大電壓為 2 2U 2。 當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，對于 電阻負載：（ 0）期間無晶閘管導通，輸出電壓為 0；（）期

7、間，單相全 波電路中 VT1導通，單相全控橋電路中 VT1、VT4 導通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；（）期間，均無晶閘管導通， 輸出電壓為 0；（ 2）期間， 單相全波電路中 VT2 導通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導通，輸出電壓等于 u2。對于電感負載：（ ）期間，單相全波電路中 VT1 導通，單相全控 橋電路中 VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；（ 2 ） 期間，單相全波電路中 VT2 導通，單相全控橋電路中 VT2、VT3導通，輸出波形 等于 u2。可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負載上時，則輸出電流也相同。3單相橋式全控整流電路， U2100V，負載中

8、 R2，L值極大，當 30°時，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：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 cos0.9×100×cos30°77.97（V） IdUd/ R77.97/ 2 38.99（A）I2Id 38.99（ A） 晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2100 2 141.4（V） 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： UN（23）

9、×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：IVT Id 2 27.57（ 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：承受電壓為正即導通。因此，二極管承受的電壓不 會出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導通的階段，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：2tuVD25單相橋式全控整流電路， U2=100V，負載中 R=2，L 值極大，反電

10、勢 E=60V， 當 =30 時，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：整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次側電流有效值 I2 分別為 Ud0.9 U2cos0.9×100×cos30°77.97（A） Id （UdE）/R（77.9760）/29（A）I2 Id 9（A）晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2100 2 141.4（V） 流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVT Id 2 6.36（

11、A） 故晶閘管的額定電壓為：UN（23）×141.4283424（V） 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，電阻電感負載， R=2， L值很大，當 =60 時求流過器件電流的 有效值，并作出 ud、 id、 iVT、iD 的波形。解： ud、 id、 iVT、iD 的波形如下圖：O7. 在三相半波整流電路中，如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失 載和電感性負載下整流電壓 ud 的波形。 解

12、：假設 0 ，當負載為電阻時， ud 的波形如下： uuua b c67.5（V）試繪出在電阻性負OtOudtOu2udUdudiVD2OO ida b ciVT1 OIdId tIVT 3 Id19.49(A) 流過二極管 VD3、VD4 的電流有效值為：tIdtud負載電壓的平均值為：1 1 cos( / 3) 2U2 sin td( t) 0.9U2 32負載電流的平均值為：IdUdR67.52233.75(A) 流過晶閘管 VT1、VT2 的電流有效值為：IVD 2 Id27.56（ A）當負載為電感時， ud 的波形如下：ua ub ucudbcOt8三相半波整流電路，可以將整流變壓

13、器的二次繞組分為兩段成為曲折接 法，每段的電動勢相同，其分段布置及其矢量如圖2-60 所示，此時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？ABC圖 2-60 變壓器二次繞組的圖曲2-60折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)： 當 a1c2對應的晶閘管導通時， a1的電流向下 流，c2的電流向上流；當 c1b2對應的晶閘管導通時， c1的電流向下流， b2 的電流 向上流；當 b1a2對應的晶閘管導通時， 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間（各為 120 ）

14、由電流流過，流 過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓 器鐵心不會被直流磁化。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 是同一點嗎？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 然換相點不是同一點。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

15、流電路， U2=100V，帶電阻電感負載， R=5，L值極大， 當 =60 時，要求：畫出 ud、 id 和 iVT1 的波形；計算 Ud、 Id、 IdT 和 IVT。解： ud、id和 iVT1的波形如下圖：u2=30u°aubuabO Ud、Id、IdT和 IVT分別如下Ud1.17U2cos 1.17× 100×cos60° 58.5（V）IdUd R58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId 3 6.755（A）12在三相橋式全控整流電路中，電阻負載，如果有一個晶閘管不能導通， 此時的整流電壓 ud 波形如何？如果有

16、一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受 什么影響？答：假設 VT1 不能導通，整流電壓 ud波形如下：假設 VT1 被擊穿而短路，則當晶閘管 VT3 或 VT5 導通時，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，帶電阻電感負載， R=5，L值極大， 當 =60 時，要求： 畫出 ud、id 和 iVT1 的波形； 計算 Ud、Id、IdT 和 IVT。 解： ud、id和 iVT1的波形如下： Ud、Id、IdT和 IUd2.34U2cos 2.34×100×cos60°117（ V）IdUdR1175

17、23.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId 3 23.4 3 13.51（ A）14單相全控橋，反電動勢阻感負載， R=1， L=， E=40V，U2=100V， LB=0.5mH，當 =60 時求 Ud、Id與 的數(shù)值，并畫出整流電壓 ud 的波形。 解：考慮 LB 時，有：Ud 0.9U2cos Ud Ud 2XBId 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 I dXB U2即得出cos（60 ） =0.4798換流重疊角 61.33° 6

18、0° =1.33° 最后，作出整流電壓 Ud 的波形如下：15三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載， U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當 =30 時、E=50V時 Ud、Id、 的值并作出 ud 與 iVT1和 iVT2的波形。 解：考慮 LB 時，有：Ud1.17U2cosUdUd3XBId2Id（UdE）R解方程組得：Ud（ R 1.17U2cos3XBE）（ 2R3XB）94.63（V）Ud6.7（V）Id44.63（A） 又cos cos（） 2IdXB 6 U2即得出cos（30 ） =0.752 換流重疊角 41.28° 30°

19、; =11.28° ud、 iVT1 和 iVT2的波形如下：O16三相橋式不可控整流電路，阻感負載， 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于三相橋式可控整流電路 0°時的情況。Ud2.34U2cosUd Ud 3XBId IdUdR 解方程組得：Ud2.34U2cos（13XB/ R）486.9（V）Id97.38（A）又cos cos（） 2 Id X B 6 U2即得出cos =0.892換流重疊角26.93°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）I2a32 Id79.51（A）ud、iVD1 和 i2a 的波形如下：u2Otuduabuacubcubaucaucbuabuacud ab ac bc bacacb ab acu u u a b cuuuuuIOIdOi VD1i2aId17三相全控橋，反電動勢阻感負載， E=200V， R=1， L=， U2=220V， =60 ，當LB=0 和 LB=1mH情況下分別求 Ud、Id的值，后者還應求 并分別作 出 ud與 iT 的波形。解：當