電力電子技術習題解答

1么，如何實現(xiàn)？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓（UAK>0）2答：這是由于晶閘管的陽極電流IA沒有達到晶閘管的擎住電流（IL）就去掉了觸發(fā)脈沖，需要一定的時間（主要由外電路結構決定），所以門極觸發(fā)信號需要保證一定的寬度。3、圖1-32中的陰影部分表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值、有效值。如不考慮安全裕量，額定電流100A，允許流過的電流平均值Id圖1-32習題3解100A157A，則；100A157AIm

2157222(A)Idb0.6366Im141.33A

1πIsin(ωt)d(ωt)3

dcπ11 π (

πI π3

100A157A

247.56(A)Idc0.4775Im118.21A

1πIsin(ωt)d(ωt)13

3Im1 (1 (

2π2 I 2π3

100A157A

350.06(A)Idd0.2387Im83.56(A)Ide

1Im0.125Im I2dI2d100A157A

444.00(A)Ide0.125Im55.5A)1 1

ImIdId100A157A

157314(A)

Idf0.2531478.5(4、為什么晶閘管不能用門極負脈沖信號關斷陽極電流，而GTO答：GTOPNPNP1N1P2N1P2N2V1、V2分別1＋α2>1兩個晶體管飽和導通；α1＋α2<1不能維持飽和導通而關斷。GTOGTOGTO元的陰極面積很小，門極和陰極的距離縮短，從而使從門極GTO導通時α1＋α21，晶閘管α1＋α2>1.15GTO則為α1＋α2≈1.05，飽和程度GTO在設計時，α2V2控制靈敏，而α1V1的集電極電GTO關斷。5、GTO與GTR答：二者都是電流型驅(qū)動型器件，其開通和關斷都要求有相應的觸發(fā)脈沖，要求其觸發(fā)電流脈沖的上升沿陡且實行強觸發(fā)。GTR要求在導通期間一直提供門極觸發(fā)電流信號，而OGO的電流增益（小）小于GTR，無論是開通還是關斷都要求觸發(fā)電流有足夠的幅值和陡度，其對觸發(fā)電流信號（尤其是關斷門極負脈沖電流信號）的要求比GTR高。6、試比較GTR、GTO、MOSFET、IGBT器件 22GTO。1、單相橋式全控整流電路接電阻性負載，要求輸出電壓在0～100V連續(xù)可調(diào)，輸出電壓平均值為30V時，負載電流平均值達到20A。系統(tǒng)采用220V的交流電壓通過降壓變壓器供αmin＝30°，（設降壓變壓器為理想變壓器）。試求：變壓器二次側電流有效值作出α＝60°時，ud、id和變壓器二次側i2RUd301.5 單相全控整流的直流輸出電壓為

2U2(1100Vαmin＝30°2U22

119(V

U

παsin2α79.33παsinπ1π1π(2U2sinωt)2

ππsin ππsin 6

78.18(

I2max78.1855.28(UVT2U2168.29(V3168×3＝500V；額定電流為0Π/Π/iiu22-7（44頁）α＝30°u、id、iVT1、iVD4udiVi U0.9U1cosα IUd0.9U21cosα0.84 3、單相橋式全控整流電路，U2＝100VR＝2，LE＝60Vα＝30°作出ud、id和i2求整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及變壓器二次側電流有效值I2UdIdI2Ud0.9U2cosα0.9100

377.94(VIUdE77.94608.97( I2Id8.97( 4R=4Ω流過晶閘管（整流二極管）解：（1）2U0.9U1cosα0.92200.75148.5(V IUd148.537.125( πId

37.12521.43(IdId

21.43(5、三相半波可控整流電路的共陰極接法和共陽極接法，a、bα＝30°時的ud、iVT1、uVT1解：a、b180TTc TTcα＝30°ud、iVT1、uVT1 uba6、三相半波可控整流電路帶大電感性負載，α＝π/3，R=2Ω，U2=220V，試計算負載電流，并按裕量系數(shù)2Ud1.17U2cosα1.172200.5128.7(VIUd128.764.35( I2dI2d2IVT247.3050(A)6U2210771200(V7、三相橋式全控整流電路，U2＝100V，帶阻感性負載，R＝5，Lα＝60°，試作出ud、id和iVT1計算整流輸出電壓平均值Ud、電流Id，以及流過晶閘管電流的平均值IdVT和有效IVT；解 uuducbuabuacubcubaucaucbuab（2）Ud2.34U2cosα2.341000.5117(VIUd11723.4(

Id7.8(A)

13.51(λI1cosφ0.955cosα0.955*0.5 2

6U22

61002489.90500(V)IVT213.51217.2120( 8、三相橋式不控整流電路帶阻感性負載，R＝5?，L＝∞，U2＝220V，XB=0.3?，求Ud、Id、IVD、I2和γ的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。0U2.34UcosαmXbI2.34Ucosα60.3 IUd

2π

2π 2Ud486.90(V 97.38(

Id97.3832.46(

23

79.51( 61cosγ2XBId20.397.380.1084；cosγ0.89166ud、iVD1i2uuα=uuuωuuuuuuuuuωiωiω9答：(1)外部條件——直流側應有能提供逆變能量的直流電動勢，其極性與晶閘管導通方向一致，其值大于變流器直流側的平均電壓。(2)內(nèi)部條件——變流器直流側輸出直流平α>π/2，Ud<0。以上兩條件必須同時滿足，才能實現(xiàn)有源逆變。10UdEM順向連接，由于回路電阻很小，造成1）選用可靠的觸發(fā)器，2）正確選擇晶閘管的參數(shù)，3）du/dtdi/dt的影響，以免發(fā)生誤導通，4）保證交流電源的質(zhì)量，5）β的角度有一最小限制，留出充足的換向余量角。11、三相全控橋式變流器，已知L足夠大、R=1.2Ω、U2=200V、EM=―300V，電動機運行66A，問此時變流器能否實現(xiàn)有源逆變？若β。Ud2.34U2cosα2.34U2cos(π

而

UdEM

66Ud300，

220.8(V將Ud220.8(V)帶入（1）220.82.34200cos(πββ61.85或α118.1590，當EM＝－400V，β＝60°時求Ud、Id和γ

2.34UcosαmXbI2.34Ucosα6ωLB 2π

IUdEM 2Ud290.31(V 109.69(220cosαcos(αγ2XBId20.3142220cos(1200γ0.1279cos1200.6279；即γM PEII2R400109.69109.692131.84(kWM ？變壓器二次電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？對于m相全控整流6k（k=1、2、3…）次的諧波，其中最6次諧波。6k±1（k=1、2、3…）5、7m2mk（k=1、2、3…）次的諧波，其中2m次諧波。2mk±1（k=1、2、3…）2mk±1次諧Commented1]:14、試計算第3題（單相橋式全控整流電路）中i2的3、5、7次諧波分量的有效值I23、I25、Commented1]:3I2Id8.97A22222I22Id 2.69(A22222 22I22Id 22

22Id 8.08(2222

λI1cosφ8.08cosα0.90cos300.7794 115、試計算第7題（三相橋式全控整流電路）中的i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I277

Ud11723.4(A 66I6Id 3.65AI 66 16、三相晶閘管橋式全控整流器接至10.5kV交流系統(tǒng)。已知10kV150MVA，整流器直流側電流Id＝400A，觸發(fā)延遲角α＝15°，不計重疊角γ基波功率因數(shù)cosφ1、整流器的功率因數(shù)整流側直流電壓截止到23

2.34Ucosα2.3410.5cos1513.70(kV

I21

πId

I23P

2400326.60(310.5326.600.92245478.80(kW

Q

S2(3S2(310.5326.60)2I25

6

640062.38(A)；

6

640044.55(

6

640028.35(A)；

6

640023.99(

6

640018.35(A)；

6

640016.41(

6

640013.56(A62.3862.3844.5528.3523.9918.3516.4113.56

17答：晶閘管整流電路的功率因數(shù)由畸變因子v和位移因子cosφ1λvcosφI1 具體而言：由移相觸發(fā)角α1.（*）一升壓換流器由理想元件構成，輸入Ud在8~16V之間變化，通過調(diào)整占空比使輸出U0=24V固定不變，最大輸出功率為5W，開關頻率20kHz，輸出端電容足夠大，求使換U0=24V5WU R0 Ud8VU1UD181 24Ud16VU0

11

11624D1~3LD(1D)2 L

D(1D)2D(1D)2D1~21/33 1(11)2*115.2*LD(1D)RT 20000 一臺運行在20kHz（圖3-7）Ui=15VU0=10V10W的輸出功率，并且輸出端電容足夠大，D。

1

UiD

U0

10

在圖3-1所示的降壓斬波電路中，已知Ui=100V，R=0.5Ω，L=1mH，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20μs，當ton＝5μs時，試求：輸出電壓平均值UO、輸出電流的平均值（3）（*）當ton＝3μs解：（1）

DU5100 IU02550 mEM

0τL0.001 ρT20*106

eαρ1e0.00251 eρ

e0.01

m01

1

Imax(1eρm)R(1e0.010)0.550.2 Imin(eρ1m)R(e0.0110)0.5同UDE3100 IU01530 eαρ1e0.00151 eρ

e0.01

m01

1

Imax(1eρm)R(1e0.010)0.5 e0.0015 Imin(eρ1m)R(e0.0110)0.529.9在圖3-35所示降壓斬波電路中，已知E=600V，R=0.1Ω，L=∞，EM=350V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=1800μs，若輸出電流IO=100A，試求：輸出電壓平均值UO和所需的ton作出u0、i0以及iG、iD iVD3-35解：（1）

U0EMU

0I0R

1000.1350UtonEtU0T3601800

（2）tototofUIID

1

Ui在圖3-4所示的升壓斬波電路中，已知Ui=50V，L值和C值極大，R=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當T=40μs，ton＝25μs時，計算輸出電壓平均值UO和輸出電流的平均值IO

1

Ui

1

Ui

1

50IU0133.336.67 U00~UiU0Ui~D升降壓斬波電路的輸出電壓范圍（僅大?。篣00~D1在圖3-7所示升降壓斬波電路中，已知Ui=100V，R=0.5Ω，L和C當占空比D＝0.2當占空比D＝0.6解：（1）UDU

10025V；

U02550 1D

1

（2）UDU

100150V；

U0150300 1D

1

PU0I0(150)(300)試說明升降壓斬波電路（Buck-Boost）與Cuk答：兩個電路實現(xiàn)的功能是一致的，均可方便地實現(xiàn)升降壓斬波，CukCuk斬波電路的突出優(yōu)點是：其輸入電流和輸出電流都是連續(xù)的，在單相交流調(diào)壓器中，電源電壓U1=120V，電阻負載R=10Ω，觸發(fā)角α=900，試計算：負載電壓有效值UO、負載電流有效值IO、負載功率PO和輸入功率因數(shù)λ。

1sin2απα120

1(2Usinω1(2Usinωt)1sin2900πIU084.858.49 PU0I084.858.49λP

120

一電阻性負載加熱爐有單相交流調(diào)壓電路供電，在α＝00時位輸出功率最大值，試求輸出功率分別為80％及50％最大功率時的觸發(fā)角α。U2U

π解：輸出功率：P01(sin R P

U0.81sin2απα0.8sin(2α2α0.4π1.2566，得：α P0.5Pmax1sin2απα0.5sin(2α2απ，得：α 一晶閘管單相交流調(diào)壓器帶阻感性負載，電源電壓為220V的交流電源，負載R=10Ω，觸發(fā)角α當α＝900解：（1）

ωL)arctan(3140.0011.8為：α1.8~

（2）當觸發(fā)角為αφ1.8(314(3140.001)2

21.99（3）PI2R21.992104835.60W；λcosφcos1.8 α＝900由式（3－36）sin(90θ1.8)sin(901.8)etan1.8π3πU0

U1155.56V

(3140.001)2(3140.001)2λU0

某單相反并聯(lián)調(diào)功電路，采用過零觸發(fā)。電源電壓U1=220V，電阻負載R=1Ω，控制的設定周期TC內(nèi)，使晶閘管導通0.3s，斷開0.2s，使計算送到電阻負載上的功率與假定晶閘U P1 0.3s0.2sPNP

48.4M

0.2交流調(diào)壓是在交流電源的每個周期都對輸出電壓進行控制；而交流調(diào)功電路是在一定電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制以及異步電機的軟啟動，也可用于異步電機的小范圍電源的每個周期都進行控制，這樣可以簡化控制。2個晶閘管采用分別觸發(fā)控制，2180180度。另外對于大功率場合由于答：1）負載接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路，每一相都可以當作獨立的單相交流調(diào)壓電法那樣互相影響，每相控制具有相對獨立性。2）各相負載電流中的3及3的倍數(shù)次諧波具33什么是TCR？什么是TSC答：TCR（ThyristorControlledReactor）是晶閘管控制電抗器的簡稱；TSC（ThyristorSwitchedCapacitor）是晶閘管投切電容器的簡稱。TCR是利用電抗器來向電網(wǎng)中提供感性無功的裝置。通過對晶閘管的觸發(fā)控制角的控節(jié)電抗器向電網(wǎng)吸收的感性無功功率的大小。由于TCR只能從電網(wǎng)吸收感性無功，所以在實際使用中往往需要配以固定電容器（FC），這樣就可以在容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)裝置向系統(tǒng)提供的無功了。TSC則是利用晶閘管來投入或切除連接到電網(wǎng)的電容器，這樣可以控制電容器從電網(wǎng)吸收容性無功的大小，減小投切電容器時的沖擊電流，使電容器可以迅速頻繁投切。TSC符合是可以達到較理想的動態(tài)補償效果的。4晶閘管半控器件不能采用器件換流，根據(jù)電路的不同可以采用下述3種換流方式。壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓使之換流，稱施加關斷所需的反壓。而交流側電流的相位和波形隨負載性質(zhì)的不同而變化。3當交流側為阻感負載時需提供無功功率，直流電感起緩沖無功能量的作用，因為反饋電路中沒有這樣的二極管？和有效值UAN1，輸出線電壓的基波幅值UAB1m和有效值UAB1、輸出5次諧波的有效值解：輸出相電壓的基波幅值為：UAN1mUd0.637100輸出相電壓的基波有效值

UAN1m

0.451002輸出線電壓的基波幅值：UAB1m2

πUd1.1Ud1.1110輸出線電壓的基波有效值：UAB1πUd0.78Ud0.781005

UAB178 試說明PWM答：PWM（Pulse-WidthModulation）控制就是對觸發(fā)脈沖的寬度進行調(diào)制的技術。即對一在采