電力電子技術(shù)第五版第二章答案

1、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. 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。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。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,試計算各波形的電流平均值I

2、d1、Id2、Id3與電流有效值h、12、I3a）b）c）圖2-27晶閘3管導(dǎo)電波形解：a)Idi=丄 jmsin，td(，t)=5 (2 1) 0.27仃 Im2冗 42冗 2b)c)=J舟 /(涇：nt)2d(ot)=導(dǎo)I2 =3 10.4767 Im4 2 二1 下I ： 2Id2 = - -Imsin tdC t)=( 1 ) 0.5434 Im n 4n 2 Im2 Im3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(jié) 果知a)Im10.4767329.35,Id1 0.27 仃 Im1 89.48b）Im2-232.90,0.6741Id

3、2 ：O5434 Im2 26.56c）Im3=2 I = 314,1Id3=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， 和60時的負載電流Id，并畫出Ud與id波形 解：a = 0時，在電源電壓U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負載電感 L儲能，在 晶閘管開始導(dǎo)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(dǎo)通。因此，在電源電壓U2的一個周期里，以下方程均成立：L= 20mH, U2 = 100V，求當(dāng) a= 0L 3d 二.2U 2sin t dt考慮到初始條件：當(dāng) t= 0時id= 0可解方程得：id = 2U2（i _cos t

4、）coL2 二 2U 22（1 -cos，t）d（，t）0 L.2U22=22.51（A）Ud與id的波形如下圖：L當(dāng)口= 60時，在U2正半周期60 180期間晶閘管導(dǎo)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：考慮初始條件：當(dāng)L% 二 2U 2sin tdtt = 60時id= 0可解方程得:v；2U 2 z 1-id2（cos t）L 2其平均值為Id5 2 行進eCH）=證=25（A）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：

5、晶閘管承受的最大反向電壓為2 . 2U2;當(dāng)負載是電阻或電感時，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(dāng)VTi導(dǎo)通時，晶閘管VT2通過VTi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.、2U2。 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，對于電阻負載：(0a)期間無晶閘

6、管導(dǎo)通，輸出電壓為 0; (a n)期間，單相全 波電路中VTi導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 U2相等；(n n + a )期間，均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0; (n + a 2 n )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。對于電感負載：(a n + a )期間，單相全波電路中VTi導(dǎo)通，單相全控 橋電路中VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 U2相等；(n + a 2n + a ) 期間，單相全波電路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT2、VTs導(dǎo)通，輸出波形 等于- U2?？梢?，兩者的輸

7、出電壓相同，加到同樣的負載上時，貝U輸出電流也相同。3單相橋式全控整流電路，U2= 100V，負載中R= 2Q，L值極大，當(dāng)a = 30寸，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12； 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:U2OUdjOid(匚Ali-, *_ -IdOi2JId0!O 輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值12分別為Ud= 0.9 U2 cosx = 0.9 X 100 X cos30 = 77.97 (V)Id= Ud/ R= 77.97/ 2= 38.99 (A)

8、I2= Id = 38.99 (A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2= 100 2 = 141.4 (V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：Un=(23)X 141.4= 283424 (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)X 27.57/ 1.57 = 2635 (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(dǎo)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

9、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：5.單相橋式全控整流電路，U2=100V,負載中R=2Q,L值極大，反電勢E=60V, 當(dāng)：=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(cè)電流有效值12； 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(cè)電流有效值I2分別為Ud= 0.9 U2 cosa = 0.9X 100X cos30= 77.97(A)Id = (Ud- E)/R= (77.97- 60)/2 = 9(A)Id =

10、9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：、2 U2= 100 2 = 141.4 (V)流過每個晶閘管的電流的有效值為：Ivt= Id / - 2 = 6.36 (A)故晶閘管的額定電壓為：Un = (23)X 141.4= 283424 (V)晶閘管的額定電流為：In = (1.52)X 6.36 / 1.57= 68 (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=2Q，L值很大，當(dāng)=60時求流過器件電流的 有效值，并作出Ud、id、ivT、iD的波形。解：

11、Ud、id、ivT、iD的波形如下圖：O67.5 (V)試?yán)L出在電阻性負OOud-1Ou2udidivTi。iVD2OabcIdt以口3Id=19.49（A）流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：.1 cos(二 /3)2： . 2U 2 sin ，td( ，t) =0.9U2-32負載電流的平均值為：ld= Ud/ R= 67.52/ 2 = 33.75 (A)流過晶閘管VTi、VT2的電流有效值為：Ivd= 彳 ld= 27.56 (A)負載電壓的平均值為Ud =丄7.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。當(dāng)負載為電感時，Ud的波形如下：U

12、aUbUc71rvh*4一X曷IIdud解：假設(shè):=0，當(dāng)負載為電阻時，Ud的波形如下：u u ua bcUdlk a心bcOlx屮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?ABCb2圖2-60變壓器二次繞組白圖曲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(dāng)aic2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，ai的電流向下 流，c的電流向上流；當(dāng)Cib2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，ci的電流向下流，b2的電流 向上流；

13、當(dāng)bia2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，bi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i20 ）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 i8010. 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

14、對同一相來說，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差i80o11. 三相半波可控整流電路，U2=i00V,帶電阻電感負載，R=5Q，L值極大, 當(dāng)=60時，要求： 畫出Ud、id和ivTi的波形； 計算 Ud、Id、IdT和 IvT。 解：Ud、id和ivTi的波形如下圖：u2 *0(=3% u uabOid*1 ! 曲1!1OUd、Id、IdT和IvT分別如下Ud= 1仃U2COS = 1.17X 100X COS60 = 58.5 (V)Id= Ud/ R= 58.5/ 5= 11.7 (A)IdVT= Id / 3= 11.7 / 3 = 3.9 (A)Ivt= Id/3 = 6.75

15、5 (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(dǎo)通， 此時的整流電壓Ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受 什么影響？答：假設(shè)Vh不能導(dǎo)通，整流電壓Ud波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管 VT3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短 路，使得VTj、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=5Q，L值極大, 當(dāng)=60時，要求： 畫出Ud、id和ivT1的波形； 計算 Ud、Id、IdT和 IVTo 解：Ud、id 和 ivT1的波形如下： Ud、Id、IUd = 2.34U2CO3 = 2.34 X

16、100 X cos60 -117 (V)Id - Ud / R= 117 /5 - 23.4 (A)Idvt-Id/3-23.4/ 3-7.8 (A)Ivt-Id/3 -23.4/3 -13.51 (A)14.單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1Q ,匸, E=40V, U2=100V,LB=0.5mH，當(dāng)=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- 0.9U2COSa A Ud Ud 2XBId / nId-( Ud E) / R解方程組得：Ud-( n R 0.9U2COSa + 2XbE)/( n R+ 2Xb)- 44.55 (V)A Ud-

17、 0.455 (V)Id-4.55 (A)又cos： cos(靂 C) 2 I dXB / U2即得出cos(60) =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：15.三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V, R=1Q, L=x,LB=1mH，求當(dāng)=30時、E=50V時Ud、Id、的值并作出Ud與ivTi和ivT2的波形。解：考慮Lb時，有：Ud 1.17U2COSU A Ud Ud 3XBld / 2 nId( Ud E) / R解方程組得：Ud( n R 1.17U2COSa+ 3XbE)/( 2n R+ 3Xb) 94.63

18、 (V)A Ud 6.7 (V)Id 44.63 (A)又cos COS(G：； F) 2 IdXB / 6 U2即得出cos(30 ) =0.752換流重疊角41.28 - 30 =11.28Ud、ivT1和ivT2的波形如下：16.三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5Q, L=x, U2=220V, Xb=0.3Q，求Ud、Id、IvD、12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a =0時的情況。Ud = 2.34U2COSa A Ud Ud = 3XBld / nld= Ud / R解方程組得：Ud= 2.34U2COSa /(1

19、 + 3Xb/ n R)= 486.9 (V)ld = 97.38 (A)又cos、：- cos(、) = 2 IdXb / . 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Ivd= Id / 3 = 97.38 / 3 = 32.46 (A)Ud、I2a=3 Id= 7951 (A)ivD1和i2a的波形如下：Otu uuabc也也b；擁 Uac； I ： 1 L 屮/； 層；k :!.:?:八I人/I niVD1 Oi2a17.三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V, R=1Q , 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)Lb= 0時：Ud = 2.34U2COSa = 2.34X