電力電子技術(shù)王云亮第二版答案

1、第 2 章 可控整流器與有源逆變器習(xí)題解答2-1 具有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路，電感性負(fù)載，電阻為 5,電感為 0.2H，電源電壓 U2為 220V，直流平均電流為 10A，試計(jì) 算晶閘管和續(xù)流二極管的電流有效值，并指出其電壓定額。 解：由直流輸出電壓平均值 Ud 的關(guān)系式：Ud 0.45U 21 cos2已知直流平均電流 Id 為 10A，故得：Ud IdR 10 5 50A可以求得控制角 為：2Ud2 50cos 1 1 00.45U 2 0.45 220則=90。所以，晶閘管的電流有效值求得，1 2 2 1IVTId 2d tId2Id Id 5A2 2 2 2續(xù)流二極管的電流有

2、效值為： IVDRId 8.66A2 晶閘管承受的最大正、反向電壓均為電源電壓的峰值 UM 2U 2， 考慮 23 倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為UTN 23UM 2 3 311 622 933V續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值UM 2U2 ， 考慮 23 倍安全裕量，續(xù)流二極管的額定電壓為UTN 23UM 2 3 311 622 933V2-2 具有變壓器中心抽頭的單相雙半波可控整流電路如圖 2-44 所示， 問(wèn)該變壓器是否存在直流磁化問(wèn)題。 試說(shuō)明晶閘管承受的最大反向電 壓是多少？當(dāng)負(fù)載是電阻或者電感時(shí)， 其輸出電壓和電流的波形與單 相全控橋時(shí)是否相同。解：因?yàn)閱蜗嚯p半波可控整

3、流電路變壓器二次測(cè)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(duì)稱(chēng)， 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(wèn)題。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：（1）以晶閘管 VT2 為例。當(dāng) VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT2通過(guò)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 2U 2 。（ 2）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(duì)于電阻負(fù)載：（0 ）期間無(wú)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(wú)晶閘管導(dǎo)

4、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(duì)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(jiàn)，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。2-3 單相橋式全控整流電路， 電阻性負(fù)載，U 2 220V ，RL 2 ， 30 ， 試計(jì)算（1） 輸出電壓 Ud和輸出電流 Id ；（2）晶閘管額定電壓和額定電

5、流。 解：（1）輸出電壓平均值為：1 cos 1 cos30Ud 0.9U 2 0.9 220 184.7V22輸出電流為：Ud184.7Id92.35ARL22）晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值2U2 ，考慮23 倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為UTN 23UM 622 933V晶閘管流過(guò)的電流為負(fù)載電流的一半，ITU2 sin2R476A考慮 1.52 倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為：IT(AV) (1.5 2)1I.5T7 73 96A2-4 單相橋式全控整流電路， U 2 100V ，負(fù)載中 RL 2 ， L 值極大， 反電勢(shì) E=60V，當(dāng) =30時(shí)，求：（1）畫(huà)出 ud,

6、id 和i 2的波形；（2）整流輸出平均電壓 Ud 、電流 Id 及變壓器二次側(cè)電流有效值 I2；（3）考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：（1） ud,id,和 i 2的波形如下圖：2）輸出平均電壓 Ud ，電流 Id ，變壓器二次電流有效值 I 2 分別為Ud 0.9U 2 cos0.9 100 cos30 77.97 VId77.97 6028.99A3）晶閘管承受的最大反向電壓為：2U 2 100 2 141.4( A)考慮 23 倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UTN (2 3) 141.4 283 424(V )流過(guò)晶閘管的電流有效值為：ITId6.34(A)考慮

7、1.52 倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為：IT AT (1.52) 6.34 /1.57 6.068.08(A)2-5 單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出電壓 0100V 連 續(xù)可調(diào)， 30V以上要求負(fù)載電流達(dá)到 20A。采用由 220V 變壓器降壓 供電，最小控制角 min 30 .試求：1）交流側(cè)電流有效值；2）選擇晶閘管電壓、電流定額。解：（1）交流側(cè)輸出電壓有效值為：Udmin =30U d 0.9U 21 cos0.9U 2 1 cos30 1002 2 2得， U 2 =119VUd =30100V 變化時(shí)， Id 20A，由于在 30V 時(shí)，導(dǎo)通角小，因 此此時(shí)的電流有

8、效值最大，此時(shí) R=1.5 ，觸發(fā)角為Ud0.9U21 cos21 cos0.9 119 302116交流側(cè)電流有效值為：U2 1I2sin2 38A2 R 2(2)晶閘管承受的最大正反向電壓的最大值為2U 2 ，考慮 23 倍的安全裕量，晶閘管電壓定額為：UTN (23) 2U2 (282.8 424)V晶閘管電流是輸出電流的二分之一，考慮 1.52 倍的安全裕量，則晶閘管的額定電流為：IT ( AV )(1.52)1I.5T7(1.5 2)I21.57 226 34A2-6 在單相橋式全控整流電路中，若有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路， 畫(huà)出此時(shí)輸出電壓波形。 如果有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流燒成短路，

9、結(jié)果又 會(huì)怎樣？解：假設(shè) VT 1因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路，則整流電壓 ud波形與單相半波 整流電路的波形一樣，相位差 180 度。假設(shè)VT1因過(guò)流而短路，則當(dāng)晶閘管 VT 2導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間 短路，使得 VT 2也可能因?yàn)檫^(guò)流而燒毀。如果 VT2 因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路， 則整流電壓 ud波形如上圖所示，相位差 180度；如果 VT2因?yàn)檫^(guò)流燒 毀而短路，則會(huì)引起變壓器和電源過(guò)流。2-7 單相橋式全控整流電路中給電阻性負(fù)載供電和給反電勢(shì)負(fù)載蓄 電池供電， 在流過(guò)負(fù)載電流平均值相同的情況下， 哪一種負(fù)載的晶閘 管額定電流應(yīng)選得大一些？為什么？答：反電勢(shì)負(fù)載蓄電池時(shí)晶閘管額定電流應(yīng)該大一些。 因?yàn)樵诜?

10、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角變小，波形系數(shù)變大，負(fù)載電流平均值 相同的情況下，有效值電流變大，故要求晶閘管的額定電流比較大。2-8 三相半波整流電路中，如果 U 相電壓消失，試畫(huà)出在電阻性負(fù)載 與電感性負(fù)載下的整流電壓波形解 假設(shè)=0，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)， Ud 的波形如下：當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)， Ud 的波形如下：2-9 三相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。已知 U 2 220V , RL 20 ， 當(dāng)=90時(shí)，試計(jì)算 Ud,Id并畫(huà)出 uT1,id,ud 波形。解：由輸出電壓平均值的關(guān)系式可求得：cos 6 2 74.25VUd 0.675U 21 cos 6 0.675 220輸出電流平均值為：Id

11、URdL 742.025 3.7125A2-10 三相半波整流電路，已知 U 2 110V , RL 0.5 ，大電感負(fù)載， 當(dāng)=45時(shí)，試計(jì)算 Ud,Id并畫(huà)出 uT1, id ,ud波形。如果在負(fù)載端并接續(xù) 流二極管，試計(jì)算流過(guò)晶閘管的電流平均值 IdT 、有效值 IT 和續(xù)流二 極管的電流平均值 IdDR 、有效值 IDR 。 解：由輸出電壓平均值的關(guān)系式可求得：Ud 1.17U 2cos 1.17 110 cos45 91V輸出電流平均值為：Id Ud91182ARL 0.5并接續(xù)流二極管時(shí)，輸出電壓平均值為 :Ud 0.675U 21 cos(6) 93.47V輸出電流平均值為：Id

12、 UdRL93.47 186.94A0.5晶閘管的電流平均值為：有效值為：續(xù)流二極管的電流平均值為：23.37A續(xù)流二極管電流有效值為：2.11 三相半波整流電路，電感性負(fù)載， R 2 ,L , 調(diào)節(jié) 達(dá)到維持 Id 為恒值 250A，已知 XB 0.08 ,供電電壓經(jīng)常在 11.15U 2范圍內(nèi)變 化，求： U 2和 的變化范圍 ;解：由題可知：三相半波整流電路，103XU d 1.17U 2cosB I d I d R 2 2502U2cos=435.5為定值， cos ( 0，1)所以 =0時(shí)， U2值為 435.5，取U 2為 440V，則 U 2的變化范圍為440506V,U 2 =

13、440V 時(shí)，得到 =8.2當(dāng)電壓波動(dòng)到 1.15U 2 =506V 時(shí)，得到 =30.62.12 三相半波整流電路，反電勢(shì)電感性負(fù)載， U2 100V ， R 1 ，L ， 30 ，E 50V ,求：（ 1）輸出電壓 Ud 和輸出電流 Id ，晶閘管的額定電壓和額定電流，并畫(huà)出 ud ,uT1和iT1的波形；2）當(dāng)LB 1mH 時(shí)，輸出電壓和輸出電流， 并畫(huà)出 ud,iT1和iu 的波形解：(1)Ud 1.17U2 cos 1.17U2 cos30 101.34VId UdR E 51.32A晶閘管的額定電壓： UN (2 3) 6U2 (490 735)V晶閘管的電流有效值：I T d 2

14、9.63A晶閘管的額定電流：IT(AV) IT (1.5 2) 28.39 37.75A1.572）考慮 LB 時(shí)，有：11Ud 1.17U 2 cosUdUd3XBId2UdEM三式聯(lián)立求解得到：Ud 94.63V Id 44.63A2XBId cos cos( )6U2即得出：cos 30 0.752換流重疊角11.282.13 三相半波共陰極接法與共陽(yáng)極接法， u, v 兩相的自然換相點(diǎn)是 同一點(diǎn)嗎？如果不是，他們?cè)谙辔簧舷嗖疃嗌俣龋?2答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法， 兩相之間換相的 自然換相點(diǎn)不在同一點(diǎn)上。相位相差 180 。2.14 三相全控橋整流電路，當(dāng)一只晶閘管短

15、路時(shí)，電路會(huì)發(fā)生什么 情況？答：假設(shè) VT 1短路，則當(dāng)晶閘管 VT 3或VT 5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短 路，使得 VT 3、VT 5也可能過(guò)流燒毀。2.15 三相全控橋，反電勢(shì)電感性負(fù)載，E 200V ， U 2 220V ，R 1 L , 60 求：（ 1）輸出電壓 Ud 和輸出電流 Id ，晶閘管的額定電壓和額定電流， 并畫(huà)出 ud ,uT1和iT1的波形；d T1解：（1）2）當(dāng) LB 1mH 時(shí)，輸出電壓和輸出電流，并畫(huà)出 ud,iT1和iu 的波形。U d 2.34U 2 cos 2.34 220 cos600 257.4(V )2）Id U d E 257.4 20057.4(

16、 A)當(dāng) LB 1mH 時(shí)，可得：U d 2.34U 2 cos U dUd 3XBI dI U dId解方程組可得U d 244.15(V )13I d 44.15( A)又因?yàn)椋篶os cos( ) B d6U2cos 60 0.44853.352.16 在三相橋式全控整流電路中，已知 U2 110V ， RL 0.2 ，電感 足夠大，當(dāng)45 o時(shí)，試計(jì)算 Ud,Id 及流過(guò)晶閘管的電流平均值 IdT 和有效值 IT ，并畫(huà)出 uT1, id, ud, iT1的波形。解： Ud 2.34U 2 cos 2.34 110 cos450 182 VId Ud R =182 0.2 =910 A

17、I dT Id 910 303.3 AdT 3 314IT I d 527.1AT32.17試畫(huà)出三相橋式逆變電路中當(dāng) =4時(shí)晶閘管 VT4兩端電壓波2.18 變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答： 變流器有源逆變的條件是： （1）負(fù)載有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)該大于變流器直流側(cè)的平均電壓，（2） 晶閘管的控制角，即Ud 為負(fù)。2.19 三相全控橋逆變電路， 反電動(dòng)勢(shì)電感性負(fù)載， U 2=220V，R=1，L=， EM = 400V，=60。求：（1） 輸出電壓 Ud 和輸出電流 Id ，晶閘管的額定電壓和額定電 流，并畫(huà)出 ud、 uT1和iT1的波形；（2）當(dāng) LB =1mH 時(shí)輸出電壓和輸出電流，并畫(huà)出 ud 、iT1和 iu的波形解:由于此三相全控橋電路中， L= ，所以 Ud 2.34U2 cos2.34 220 cos600 2 5.74(V)Id U d E 257.4 ( 400) 142.6(A)R1所以，晶閘管的額定電流為：IT(AV) (1.5 2) Id78.66 105( A)1.57 3額定電壓為（2 3） 6U 21078 1617V15(2) 由題意可列出如下三個(gè)等式：Ud 2.34U 2 cos UdUd3XBIdEM三式聯(lián)立求解得到：Ud290.3V I