電力電子技術(shù)第五版課后答案.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考電力電子技術(shù)第五版課后習(xí)題答案第二章 電力電子器件2-1 與信息電子電路中的二極管相比，電力二極管具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才使得其具有耐受高壓和大電流的能力？答：1.電力二極管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使得硅片中通過電流的有效面積增大，顯著提高了二極管的通流能力。 2.電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)，也稱漂移區(qū)。低摻雜N區(qū)由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導(dǎo)體材料即本征半導(dǎo)體，由于摻雜濃度低，低摻雜N區(qū)就可以承受很高的電壓而不被擊穿。 2-2. 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）?；颍簎AK0且uGK0。 2-3. 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。 2-4 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圖2-27 晶閘管導(dǎo)電波形解：a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.6741Ic) Id3= ImI3 = Im2-5 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) Im1329.35，Id10.2717 Im189.48b) Im2232.90,Id20.5434 Im2126.56c) Im3=2 I = 314,Id3= Im3=78.52-6 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和普通晶闡管同為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a1和a2，由普通晶闡管的分析可得,a1+a2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。a1+a21兩個(gè)等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；a1+a2/2，使Ud為負(fù)值。27三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)EM=-400V，b=60時(shí)求Ud、Id與g 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(-)UdUd3XBIdId（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：2XBIdU20.1279-0.6279128.901208.90送回電網(wǎng)的有功功率為P=400109.7-109.721=31.85(W)28單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，b=60時(shí)求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud0.9U2cos(-)UdUd2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又 U2=0.2181 即得出 =-0.7181 換流重疊角 g 135.9- 120=15.9 29什么是逆變失??？如何防止逆變失?。看穑耗孀冞\(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(shì)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：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，?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。第四章 逆變電路1無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。 2換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？答：換流方式有4種： 器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。全控型器件采用此換流方式。 電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù)載電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。強(qiáng)迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓換流稱為強(qiáng)迫換流。通常是利用附加電容上的能量實(shí)現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強(qiáng)迫換流3種方式。3什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點(diǎn)。答：按照逆變電路直流測(cè)電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)是：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。 4電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時(shí)，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時(shí)，由反饋二極管提供電流通道。 在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時(shí)，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。5. 三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。 解：輸出相電壓的基波幅值為=63.7(V)輸出相電壓基波有效值為：=45(V)輸出線電壓的基波幅值為=110(V)輸出線電壓基波的有效值為=78(V)輸出線電壓中五次諧波的表達(dá)式為：其有效值為：=15.59(V) 6并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？答：假設(shè)在t時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3使其導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo就通過VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向電壓關(guān)斷，電流從VT1、VT4向VT2、VT3轉(zhuǎn)移，觸發(fā)VT2、VT3時(shí)刻t必須在uo過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。7串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中，二極管的作用是什么？試分析換流過程。答：二極管的主要作用，一是為換流電容器充電提供通道，并使換流電容的電壓能夠得以保持，為晶閘管換流做好準(zhǔn)備；二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的晶閘管上，使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時(shí)間的反向電壓，確保晶閘管可靠關(guān)斷，從而確保晶閘管換流成功。以VT1和VT3之間的換流為例，串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡(jiǎn)述如下：給VT3施加觸發(fā)脈沖，由于換流電容C13電壓的作用，使VT3導(dǎo)通，而VT1被施以反向電壓而關(guān)斷。直流電流Id從VT1換到VT3上，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，如圖5-16b所示。因放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。在C13電壓uC13下降到零之前，VT1一直承受反壓，只要反壓時(shí)間大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間tq，就能保證可靠關(guān)斷。uC13降到零之后在U相負(fù)載電感的作用下，開始對(duì)C13反向充電。如忽略負(fù)載中電阻的壓降，則在uC13=0時(shí)刻后，二極管VD3受到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流，兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換流階段，如圖5-16c所示。隨著C13充電電壓不斷增高，充電電流逐漸減小，到某一時(shí)刻充電電流減到零，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。之后，進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段，電流路徑如圖5-16d所示。8.逆變電路多重化的目的是什么?如何實(shí)現(xiàn)?串聯(lián)多重和并聯(lián)多重逆變電路各用于什么場(chǎng)合?答：逆變電路多重化的目的之一是使總體上裝置的功率等級(jí)提高，二是可以改善輸出電壓的波形。因?yàn)闊o論是電壓型逆變電路輸出的矩形電壓波，還是電流型逆變電路輸出的矩形電流波，都含有較多諧波，對(duì)負(fù)載有不利影響，采用多重逆變電路，可以把幾個(gè)矩形波組合起來獲得接近正弦波的波形。 逆變電路多重化就是把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形。組合方式有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式。串聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出串聯(lián)起來，并聯(lián)多重是把幾個(gè)逆變電路的輸出并聯(lián)起來。 串聯(lián)多重逆變電路多用于電壓型逆變電路的多重化。 并聯(lián)多重逆變電路多用于電流型逆變電路得多重化。第五章 直流-直流交流電路1簡(jiǎn)述圖5-1a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Uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。第六章 交流交流變流電路 1. 一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在=0時(shí)輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的80%，50%時(shí)的開通角。解：=0時(shí)的輸出電壓最大，為此時(shí)負(fù)載電流最大，為因此最大輸出功率為輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：此時(shí)， 又由 解得 =60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有：又由 =90 2一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V，阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中R=0.5，L=2mH。試求：開通角的變化范圍；負(fù)載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)；當(dāng)=時(shí)，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。解：負(fù)載阻抗角為：=arctan（）=arctan（）=0.89864=51.49 開通角的變化范圍為：即 0.89864當(dāng)=時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為Pomax=37.532(KW)功率因數(shù)為 實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即cosj=0.6227 =時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（4-7）得sin(+-0.89864)=sin(-0.89864)解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為：=2.375=136.1也可由圖4-3估計(jì)出q 的值。此時(shí)，晶閘管電流有效值為=123.2(A)電源側(cè)功率因數(shù)為其中：=174.2(A)于是可得出 3交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？答：交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。 交流調(diào)壓電路是在交流電源的每個(gè)周期對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。而交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。交流調(diào)功電路常用于電爐溫度這樣時(shí)間常數(shù)很大的控制對(duì)象。由于控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大，沒有必要對(duì)交流電源的每個(gè)周期進(jìn)行頻繁控制。4交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？答：一般來講，構(gòu)成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當(dāng)交交變頻電路中采用常用的6脈波三相橋式整流電路時(shí)，最高輸出頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路輸出的上限頻率為20Hz左右。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。 5交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點(diǎn)是： 只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時(shí)的特性接近正弦波。交交變頻電路的主要不足是：接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。 主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路，如軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等場(chǎng)合。（1）字的結(jié)構(gòu)：上下結(jié)構(gòu)、左右結(jié)構(gòu)、半包圍結(jié)構(gòu)、全包圍結(jié)構(gòu)、獨(dú)體字。 6 .三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：三相交交變頻電路有公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式兩種接線方式。（5）、“把”字句與“被”字句互改。兩種方式的主要區(qū)別在于：媽媽一邊洗手，一邊說話。公共交流母線進(jìn)線方式中，因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)三個(gè)繞組必須拆開，共引出六根線。a b c d e f g h i j k l m n o p q而在輸出星形聯(lián)結(jié)方式中，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中性點(diǎn)不和變頻器中性點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個(gè)變壓器供電。（男）（女） 濕（干） 紅（綠） 7. 在三相交交變頻電路中，采用梯形波輸出控制的好處是