電力電子技術(王云亮第二版)第2章規(guī)范標準答案

1、.第2章 可控整流器與有源逆變器習題解答2-1具有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路，電感性負載,電阻為5Q，電感為0.2H，電源電壓U2為220V，直流平均電流為10A，試計算晶閘管和續(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的關系式:Ud 0.a垮已知直流平均電流Id為10A ,Ud IdR可以求得控制角a為：故得:10 5 50A則a =90°。2Udcos 0.45U21 1 0 0.45 220所以，晶閘管的電流有效值求得,Ivt Id d t彳hId產(chǎn)1d iId5A續(xù)流二極管的電流有效值為：VDRJ Id 8.66A晶閘管承受的最大正、反向電壓

2、均為電源電壓的峰值Um 72U2 ,考慮23倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為Utn 23Um 23311622 - 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 J2u 2 , 考慮23倍安全裕量，續(xù)流二極管的額定電壓為UTN 23UM 23311622 - 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, 問該變壓器是否存在直流磁化問題。試說明晶閘管承受的最大反向電 壓是多少？當負載是電阻或者電感時，其輸出電壓和電流的波形與單 相全控橋時是否相同。解：因為單相雙半波可控整流電路變壓器二次測繞組中，正負半周內 上下繞組內電流的方向相反，波形對稱，其一個周期內

3、的平均電流為 零，故不會有直流磁化的問題。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VTi導通時，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 W2U 2。相同(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 時, 對于電阻負載:(0 )期間無晶閘管導通，輸出電壓為 0;()期間，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VTi、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

4、載:)期間，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VTi、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?？梢?，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。2-3單相橋式全控整流電路，電阻性負載，U2 220V > Rl 2 ，30，試計算(1) 輸出電壓Ud和輸出電流Id ；(2) 晶閘管額定電壓和額定電流。解：(1 )輸出電壓平均值為:Ud 0.9U2420.9220 上3184.7V2輸出電流為:IdUdRl184Z 92.35A2(2)晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓的

5、峰值J2u2，考慮23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為UTN 23Um 622 - 933V晶閘管流過的電流為負載電流的一半,It 叫76AR V 42考慮1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為:It(av) (1.52)£7396A1.572-4單相橋式全控整流電路，U2 IOOV，負載中Rl 2 ，L值極大, 反電勢E=60V，當a =30°時，求:(1)畫出Ud,id和i2的波形;(2)整流輸出平均電壓Ud、電流Id及變壓器二次側電流有效值|2 ；(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i2的波形如下圖:紂a11o11(2)輸出

6、平均電壓Ud，電流Id，變壓器二次電流有效值|2分別為Ud 0.9U2COS 0.9 1OO cos30 77.97 VId 7 TH08.99AR2|2|d 8.99 A(3) 晶閘管承受的最大反向電壓為:72u2 ioo72 141.4(A)考慮23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為:UTN (2 3) 141.4283 424(V)流過晶閘管的電流有效值為:|dIt6.34(A)V2考慮1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為:It AT (1.5 2) 6.34/1.576.06 8.08(A)2-5單相橋式全控整流電路接電阻性負載，要求輸出電壓0T00V連 續(xù)可調，30V以上要求負載電

7、流達到20A。采用由220V變壓器降壓供電，最小控制角min 30 .試求:(1)交流側電流有效值;選擇晶閘管電壓、電流定額。解：(1)min =30Ud 0.9U2交流側輸出電壓有效值為：1 L1 cosUd V2U2Sin td t =0.962 ，此時輸出電壓最大，代入上式得到：1 cos C 1 cos30 0.9U22 22 100得，U2=119VUd=30100V 變化時，Id20A，由于在30V時，導通角小，因此此時的電流有效值最大，此時1 cosUd0.9U2 0.9 1192R=1.5 ，觸發(fā)角為302116交流側電流有效值為:38A(2)晶閘管承受的最大正反向電壓的最大值

8、為 2U2，考慮23倍的 安全裕量，晶閘管電壓定額為:Utn (2 - 3) J2U 2 (2828 - 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:ItG)(心2扁(1-52)懸26 - 34A2-6在單相橋式全控整流電路中，若有一晶閘管因為過流燒毀斷路, 畫出此時輸出電壓波形。如果有一晶閘管因為過流燒成短路， 結果又 會怎樣?解：假設VTi因為過流燒毀斷路，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VTi因過流而短路，則當晶閘管VT2導通時，將發(fā)生電源相間 短路，使得VT2也可能因為過流而燒毀。如果VT2因為過流燒

9、毀斷路, 則整流電壓Ud波形如上圖所示，相位差180度；如果VT2因為過流燒 毀而短路，則會引起變壓器和電源過流。2-7單相橋式全控整流電路中給電阻性負載供電和給反電勢負載蓄 電池供電，在流過負載電流平均值相同的情況下， 哪一種負載的晶閘 管額定電流應選得大一些？為什么?答：反電勢負載蓄電池時晶閘管額定電流應該大一些。 因為在反 電動勢負載時，晶閘管導通角變小，波形系數(shù)變大，負載電流平均值 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，試畫出在電阻性負載 與電感性負載下的整流電壓波形解 假設a=0，當負載為電阻時，Ud的波形如下:2-

10、9三相半波可控整流電路，電阻性負載。已知U 2 220V , Rl 20當a =90°時，試計算Ud,|d并畫出UThid'Ud波形。解：由輸出電壓平均值的關系式可求得:Ud 0.675U2 1 cos%0.675 220 1 cos 仏 /274.25V輸出電流平均值為:Id2-10三相半波整流電路，已知U 2 110V,Rl 0.5 ，大電感負載,3.7125A當a =45°時，試計算Ud,|d并畫出UTi,id,ud波形。如果在負載端并接續(xù)流二極管，試計算流過晶閘管的電流平均值dT、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

11、均值的關系式可求得:Ud 1.17U 2cos1.17 110 COS45 91V輸出電流平均值為:Id出里182ARl 0.5并接續(xù)流二極管時，輸出電壓平均值為：Ud 0.675U 21cos(/6) 93.47V輸出電流平均值為:Id 土Rl9347 186.94A0.5晶閘管的電流平均值為:IdT有效值為:2IT & 力2I 2Id54.5 AId100.96A續(xù)流二極管的電流平均值為:IdDR 22 Id 23.37A續(xù)流二極管電流有效值為:IdRId 66.1A2.11三相半波整流電路，電感性負載，R 2,調節(jié)達到維持Id為恒值250A,已知Xb 0.08，供電電壓經(jīng)常在11

12、.15U2范圍內變化，求：U2和的變化范圍；解：由題可知：三相半波整流電路,U d 1.17U 2cos3r|d |d R 2250U2COSa=435.5 為定值，COSa(0,1)所以a =0°時，U2值為435.5,取 U2 為 440V,則U2的變化范圍為440506V,U2=440V時，得到a =8.2°當電壓波動到1.15U2=506V時，得到a=30.6°2.12三相半波整流電路，反電勢電感性負載， U2100V , R 130 , 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,并畫出Ud, UT1和 iT1的波形

13、;(2)當Lb 1mH時，輸出電壓和輸出電流，并畫出Ud,iT1和iu的波形。解:(1) Ud 1.17U2 cos 1.17U2cos30 101.34 VId晶閘管的額定電壓：51.32AUn(2 3)J6U2(490 735)V晶閘管的電流有效值:It429.63A73晶閘管的額定電流:I T(AV)It1.57 (1.52)28.39 37.75A(2)考慮Lb時，有:Ud1.17U2 cos3XBldUdIdUd 2Ud EmR三式聯(lián)立求解得到:UdId94.63V44.63Acoscos(2XBld76u2即得出:cos 300.752換流重疊角11.28%O02.13三相半波共陰

14、極接法與共陽極接法，u, v兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，他們在相位上相差多少度?答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法,兩相之間換相的自然換相點不在同一點上。相位相差1802.14三相全控橋整流電路，當一只晶閘管短路時,電路會發(fā)生什么情況?答：假設VTi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也可能過流燒毀。2.15 三相全控橋，反電勢電感性負載，200V，U2220V，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,并畫出Ud,UT1和iTI的波形;當Lb 1mH時，輸出電壓和輸出電流，并畫出Ud,iT1和iu的波形。

15、解: (1)Ud 2.34U2cos 2.34 220 cos600257.4(V)Id57.4(A)可得:當Lb imH時,U d 2.34U 2 COSUd3XBId/UdI UdI d解方程組可得Ud 244.15(V)Id 44.15(A)又因為:COS COS( )COS 602XBld頂20.44853.351oGorj.知Id1 dT%1% 嚴10 Aid3晉 303.3 AItId73527.1A2.16 在三相橋式全控整流電路中，已知 U2110V , Rl 0.2 ，電感 足夠大，當 45。時，試計算Ud，Id及流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值It，并畫出UT1, id

16、, Ud, iT1的波形。解：Ud2.34U2cos 2.34 110 cos450 182 V2.17試畫出三相橋式逆變電路中當P= n/ 4時晶閘管VT4兩端電壓波 形。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)負載有直流電動勢，其極性必須 和晶閘管導通方向一致，其值應該大于變流器直流側的平均電壓,晶閘管的控制角2，即Ud為負。2.19三相全控橋逆變電路，反電動勢電感性負載，U2=22OV，R=1Q,L= 乂，Em 二-400V,p =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，并畫出Ud、Ut1和iT1的波形;(2)當LB=1mH時輸出電壓和輸出電流，并畫出Ud、iT1和iu的波形解：由于此三相全控橋電路中，L=所以 Ud 2.34U2cos 2.34 220 cos6O0257.4(V)Id 甘142.6(A)所以，晶閘管的額定電流為：IT(AV) (1.5 2)78.66- 105(A)1.57 J3額定電壓為(23)/6U21078 - 1617V(2)由題意可列出如下三個等式:UdUd 2.34U2 cosU 3XBIdU dI UdEmId w三式聯(lián)立求解得到:Ud 290.3V Id 109.7 A.由下列公式計算換流重疊角:2X