(完整word版)電力電子技術(shù)答案第五版(全)

1、電子電力課后習(xí)題答案第一章電力電子器件1.1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： 晶閘管承受正相陽(yáng)極電壓， 并在門(mén)極施加觸發(fā)電流 （脈沖）?；蛘?UAK >0 且 UGK>01.2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。1.3 圖 1 43 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 I m ，試計(jì)算各波形的電流平均值 I d1、 I d2、I d3 與電流有效值 I 1、I 2、 I 3。1解： a)Id12=1I1=21b)Id2=4

2、Im sin( t )Im (21) 0.2717 Im22(Im sint) 2d ( wt)Im310.4767Im4242Im sintd( wt )Im21)0.5434 Im(2421(Im sin t) 2d ( wt)2 Im310.6741ImI 2=424212 Im d (t)1 Imc)Id3= 20412 Im 2 d (t )1 ImI3=2021.4. 上題中如果不考慮安全裕量, 問(wèn) 100A 的晶闡管能送出的平均電流I d1、 I d2、I d3 各為多少 ?這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值I m1、 I m2、I m3各為多少 ?解：額定電流 I T(AV) =100A的

3、晶閘管，允許的電流有效值I=157A, 由上題計(jì)算結(jié)果知a) Ib) Im1m2I329.350.4767IA,I232.90 A,0.6741Id1d20.2717I0.5434 Im1m 289.48A126.56 A1I m378.5c)m3Id3=4I =2I=314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1 和2 ，由普通晶闡管的分析可得，121 是器件臨界導(dǎo)通的條件。1 211 21不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO

4、之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)镚TO與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同：l)GTO在設(shè)計(jì)時(shí)2 較大，這樣晶體管 V2 控制靈敏，易于 GTO關(guān)斷；2)GTO導(dǎo)通時(shí) 12 的更接近于 l ，普通晶閘管1 2 1.5 ，而 GTO 則為1 2 1.05 ，GTO的飽和程度不深， 接近于臨界飽和， 這樣為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利條件；3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) GTO元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得 P2 極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。1.6. 如何防止電力 MOSFET因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞?答：電力 MOSFET的柵極絕緣層很薄弱，容

5、易被擊穿而損壞。 MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開(kāi)路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過(guò)± 20 的擊穿電壓，所以為防止 MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接；裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測(cè)試時(shí)所有儀器外殼必須接地；電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過(guò)高；漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。、 GTR、GTO和電力 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)?答： IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是 : 驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，GBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT 的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電

6、路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗；關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是： GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分。電力 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。1.8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么?試分析 RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電

7、路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓， du/dt 或過(guò)電流和 di/dt, ，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。RCD 緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)， Cs 經(jīng) Rs 放電， Rs 起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng) VDs從 Cs 分流，使 du/dt 減小，抑制過(guò)電壓。1.9. 試說(shuō)明 IGBT、GTR、GTO和電力 MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn) 。解: 對(duì) GBT、GTR、GTO和電力 MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表：器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)IGBT開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損開(kāi)關(guān)速度低于電力耗小，具有耐脈沖電流沖MOSFET，電壓 , 電流容量擊的能力，通態(tài)壓降較不及 GTO。低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)

8、功率小。GTR耐壓高，電流大，開(kāi)開(kāi)關(guān)速度低，為電流關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，飽和壓降低。驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題。GTO電壓、電流容量大，電流關(guān)斷增益很小，適用于大功率場(chǎng)合，具有關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功力很強(qiáng)。率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低。電力 MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻電流容量小，耐壓抗高，熱穩(wěn)定性好，所需低，一般只適用于功率不驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路超過(guò) 10kW的電力電子裝簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存置。在二次擊穿問(wèn)題。1.10 什么是晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電流就是它的通態(tài)平均電流，國(guó)標(biāo)規(guī)定：是晶閘管在環(huán)境溫度為40

9、和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。1.11 為什么要限制晶閘管斷電電壓上升律du/dt?答：正向電壓在阻斷狀態(tài)下，反向結(jié) J2 相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電容加在晶閘管兩端電壓上升率過(guò)大，就會(huì)有過(guò)大的充電電流，此電流流過(guò) J3，起到觸發(fā)電流的作用，易使晶閘管誤觸發(fā)，所以要限制 du/dt 。1.12 為什么要限制晶閘管導(dǎo)通電流上升率di/dt?答：在晶閘管導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)刻， 若電流上升過(guò)快， 會(huì)有較大的電流集中在門(mén)集附近的小區(qū)域內(nèi)，雖然平均電流沒(méi)有超過(guò)額定值，但在小的區(qū)域內(nèi)局部過(guò)熱而損壞了晶閘管，所以要限制通態(tài) di/dt 。1.13 電力電子器件工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓的原

10、因及防止措施有哪些？答：產(chǎn)生原因：1、由分閘、合閘產(chǎn)生的操作過(guò)電壓；2、雷擊引起的雷擊過(guò)電壓；3、晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管換相過(guò)程中產(chǎn)生的換相電壓。措施：壓敏電阻，交流側(cè) RC抑制電路，直流側(cè) RC控制電路，直流側(cè) RC抑制電路，變壓器屏蔽層，避雷器，器件關(guān)斷過(guò)電壓 RC抑制電路。第2章整流電路2.1.單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L=20Mh， U2 =100V，求當(dāng)0 時(shí)和60 時(shí)的負(fù)載電流 I d，并畫(huà)出 Ud 與 I d 波形。解：02時(shí)，在電源電壓 U 的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感 L 儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓 U2 的負(fù)半周期，負(fù)

11、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(gè)周期中下列方程成立：L di d2U 2 sin tdt考慮到初始條件：當(dāng) t0 時(shí) i d=0 可解方程：2U2t）I d（1 cosL1I d2202U（1 cost） d( t)L2U 222.51( A)LUd 與 I d 的波形如下圖：當(dāng) a=60 時(shí)，在 U2 的正半周期 60180 期間，晶閘管導(dǎo)通使電感L 儲(chǔ)能，電感 L 儲(chǔ)藏的能量在2負(fù)半周期180300期間釋放，因此在 U2 的一個(gè)周期中60300期間，下列微分U方程成立：di d2U 2 sintLdt考慮到初始條件：當(dāng)t60 時(shí) i d=0 可解方程得：2

12、U21 cos t)dt（2di =其平均值為152U212U2 3cos t )d ( t )I d= 2(11.25(A)3L22L此時(shí) Ud 與 i d 的波形如下圖：2. 2 圖 1 為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路 , 問(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎 ?試說(shuō)明 :晶閘管承受的最大反向電壓為22U2;當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)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(méi)有直流磁化問(wèn)題。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫蝹?cè)繞組中， 在正負(fù)半周上下繞組中的電流方向相反， 波形對(duì)稱(chēng)，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不存在直流磁化的問(wèn)

13、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) 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222U。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：(O ) 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 VTl 、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U相等；() 期間均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，2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

14、全波電路中 VTl 導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VTl 、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?？梢?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，L值極大，當(dāng) =30時(shí)，要求：2.3. 單相橋式全控整流電路， U=100V，負(fù)載中 R=20作出 Ud、 I d 、和 I 2 的波形；求整流輸出平均電壓 Ud 、電流 I d，變壓器二次電流有效值I 2 ；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解： U、I、和 I的波形如下圖：dd2輸出平均電壓 Ud 、電流 I d

15、、變壓器二次電流有效值I 2 分別為：Ud×100× cos3077.97 （V）=0.9U2cos =0.9Id Ud/R=77.97/2=38.99(A)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) ×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(guò)晶閘管的電流有效值為：IVT2=27.57(A)=Id/晶閘管的額定電流為：IN=(1.52)×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。2.4. 單相

16、橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫(huà)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(diǎn) : 承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(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：2.5. 單相橋式全控整流電路，2，L 值極大，反電勢(shì) E=60V，當(dāng)30U =100V，負(fù)載 R=20時(shí)，要求：作出 Ud、 I d 和 I 2 的波形；求整流輸出平均電壓 U 、電流 I，變壓器二次側(cè)電流有效值I ；dd2考慮安全裕量 , 確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解： Ud、I d 和 I 2 的波形如下圖：整流輸出平均電壓Ud、電流 I

17、 d 、變壓器二次測(cè)電流有效值I 分別為：Ud=0.9U2cos=O.9×100× cos 30 =77.97(V)Id=(U 一 E)/R=(77.97一 60)/2=9(A)dI2=I d=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U2=1002 =141.4(V)流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流有效值為：IVT=I d/2 =6.36(A)故晶閘管的額定電壓為：UN=(23) ×141.4=283424(V)晶閘管的額定電流為：IN=(1.52)× 6.36/1.57=68(A)晶閘管額定電壓和電流的具體敢值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。2.6. 晶閘管串聯(lián)的單相

18、半控橋 ( 橋中 VT1、VT2 為晶閘管 ) ，電路如圖 2 所示， U =100V電2阻電感負(fù)載 , ，R=20， L 值很大，當(dāng) =60時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出dd、IVTU、 I、I D的波形。解： Ud、I d、I VT、I D的波形如下圖：負(fù)載電壓的平均值為1cos( )1367.59(V )2U 2 sin td ( t ) 0.9U 22U d= 3負(fù)載電流的平均值為Id=Ud /R=67.52/2=33.75(A)流過(guò)晶閘管 VTl 、 VT2的電流有效值為1I dIVT=319.49(A)流過(guò)二極管 VD3、 VD4的電流有效值為2I dIVD= 3=27.56(A

19、)2.7. 在三相半波整流電路中，如果 a 相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓 Ud的波形。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：2.8. 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(dòng)勢(shì)相同，其分段布置及其矢量如圖所示，此時(shí)線(xiàn)圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%，問(wèn)變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么 ?圖 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖答：變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng) a1c2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， al 的電流向下流， c3 的電流向上流；當(dāng) c

20、l b2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， cl 的電流向下流， b2 的電流向上流；當(dāng) bl a2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， bl 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(shí)間 ( 各為 120 ) 有電流流過(guò)， 流過(guò)的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。2.9. 三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，a、b 兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣?？答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，a、b 兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們?cè)谙辔簧舷嗖?80 。2.10. 有兩組三相半波可控整流

21、電路，一組是共陰極接法，一組是共陽(yáng)極接法，如果它們的觸發(fā)角都是，那么共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差 180 。2.ll.三相半波可控整流電路， U2 =100V，帶電阻電感負(fù)載， R=50，L 值極大，當(dāng) 60時(shí)，要求：畫(huà)出 Ud、 I d 和 I VT1的波形；計(jì)算 Ud、 I d 、I dT 和 I VT。解： Ud、I d 和 I VT1的波形如下圖：Ud、 I d 、I dT 和 I VT分別如下Ud=1.17U2 cos=1.17 ×100× cos 60 =58.5(V)IdUd/R=58.5/5=1

22、1.7(A)IdVT=I d/3=11.7/3=3.9(A)IVT=I d/3 =6.755(A)12. 在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓 Ud 波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè) VTl 不能導(dǎo)通，整流電壓波形如下：假設(shè) VT1被擊穿而短路， 則當(dāng)晶閘管 VT3或 VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路， 使得 VT3、 VT5 也可能分別被擊穿。2.13. 三相橋式全控整流電路，U2 =100V，帶電阻電感負(fù)載R=50，L 值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求：畫(huà)出 Ud、 I d 和 I VT1的波形計(jì)算 Ud、 I d 、I

23、 dT 和 I VT解： Ud、I d 和 I VT1的波形如下：Ud、 I d 、I dT 和 I VT分別如下Ud260=117(V)=2.34U cos =2.34 ×100× cosId=Ud/R=117/5=23.4(A)IDVT =I d/3=23.4/3=7.8(A)IVT=I d/3 =23.4/ 3 =13.51(A)2.14. 單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5Mh，當(dāng)=60時(shí)，求 Ud、 I d 與的數(shù)值，并畫(huà)出整流電壓Ud 的波形。解： 考慮 LB 時(shí)，有U=0.9U cos -uu =2XId/I

24、 (U-E)/Rd2ddBdd由方程組得U d( R 0.9U 2 cos2X BE) /( R2XB)44.55(V )U d0.455(V )I d=4.55 （ A）又coscos()2I d X B /U 2cos(60)0.479861.33601.33換相重疊角整流電壓 Ud 的波形2.15. 三相半波可控整流電路， 反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， U2=100V，R=1，LB=lmH，求當(dāng)=30時(shí)、 E=50V時(shí) Ud、I d、的值并作出 Ud 與 I VT1和 I VT2的波形。解：考慮 LB 時(shí)，有：Ud=1.17U2 cos-udud=3XBI d/2Id(Ud -E)/R解方程組得：

25、U ( R1.17U 2 cos3XB E) /(2 R3XB)94.63(V )d Ud=6.7(V)Id=44.63(A)又因?yàn)椋篶oscos()2I d XB /6U 2即得出cos(30 )=0.752換相重疊角=41.283011.28U d 與 I VTl 和 I VT2 的波形如下 :2.16. 單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪兒次？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含?2K (K=l 、 2、3) 次諧波，其中幅值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 2K+l

26、(K= 、 2,3 ) 次即奇次諧波，其中主要的有 3 次、 5 次諧波。2.17. 三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6K(K=l 、2、3 ) 次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有是 5、7 次諧波。6K+l(K=l、 2、 3 ) 次的諧波，其中主要的2.18. 試計(jì)算第 2.3 題中 I 2 的 3、5、7 次諧波分量的有效值I 23,I 25,I 27解：在第 3 題中己知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為I

27、 d=38.99 (A)于是可得：I=22I d/ 322× 38.99/3=11.7(A)23I25=22I d/ 522 × 38.99/5=7.02(A)I37=22I d/ 722 × 38.99/7=5.01(A)2.19. 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同 ?答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器；當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2 相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud 是三相橋式電

28、路的 1/2 ，而整流電流平均值I d 是三相橋式電路的2 倍。在兩種電路中，晶閘營(yíng)的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓 Ud 和整流電流 I d 的波形形狀一樣。2.20. 整流電路多重化的主要目的是什么?答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面： 一是可以使裝置總體的功率容量大， 二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。2.21. 十二脈波、二十四脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數(shù)的諧波？答： 12 脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有l(wèi)l次、 13 次、 23 次、 25 次等即12Kl(K=1,2,3.)次諧波，整流輸出電壓中含有12、 24

29、 等即 12K(K=1,2,3.)次諧波。24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有23 次、25 次、47次、49 次等即 24K1(K=l,2,3.)次諧波，整流輸出電壓中含有24、48 等即 24K(K=1,2,3.)次諧波。2.22. 使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么?答：條件有二：直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)， 其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致， 其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；要求晶閘管的控制角2d為負(fù)值。使 U2.23. 什么是逆變失?。咳绾畏乐鼓孀兪?？答：逆變運(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(guò)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

30、變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱(chēng)為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變夫敗的方法有： 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。2.24. 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麟娐罚?dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是0180 ，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是090 。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0120 ，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時(shí)，要求的晶閘管移相范圍是090 。2.25. 三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求

31、可逆運(yùn)行，整流變壓器的接法是D/Y-5 ，采用 NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30°的 R-C 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。答：（ 1）考慮踞齒波底寬240°；（2）信號(hào) USA 與對(duì)應(yīng)晶閘管陽(yáng)極電壓UA 同相，同步信號(hào)USA 超前對(duì)應(yīng)晶閘管陽(yáng)極電壓UA30°（3）共陰極組： Y/Y-4 、共陽(yáng)極組： Y/Y-10UA1B1-U SABUSABUSAUSAU AUAB第 3 章直流斬波電路1簡(jiǎn)述圖 3-la 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

32、，在此期間， Uo=E。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 toff ，此時(shí)電感 L 通過(guò)二極管 VD向 R 和 M 供電， Uo=0。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓 E ton U0 toff 輸出電壓小于電源電壓 , 起到降壓的作用。2在圖 3-1a 所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10 ，L 值微大， E=30V， T=50s，ton=20 s，計(jì)算輸出電壓平均值Uo ，輸出電流平均值 I o 。解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為U 0 ton E20 20080(V )T50輸出電流平均值為U0 EM80 30I 05(A)R103在圖 3-la所示的降壓斬波電路中，E

33、=100V，L=lmH，R=05， EM =10V，采用脈寬調(diào)制控制方式， T=20s ，當(dāng) ton =5s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U 0 ，輸出電流平均值 I 0 ，計(jì)算輸出電流的最大和最小值瞬時(shí)值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng) ton =3s 時(shí)，重新進(jìn)行上述計(jì)算。解：由題目已知條件可得：EI 1ton(U 0E) I1toffL0.0010.002R0.5當(dāng) ton5 s 時(shí)，有t0.01ton0.0025由于e1e0.00251e1e0.010.249 m1所以輸出電流連續(xù)。4簡(jiǎn)述圖 3-2a 所示升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設(shè)電路中電感L 值很大，電容 C值也很大。當(dāng) V 處于通態(tài)

34、時(shí)，電源 E 向電感 L 充電，充電電流基本恒定為I 1 , 同時(shí)電容 C 上的電壓向負(fù)載 R 供電，因 C 值很大，基本保持輸出電壓為恒值 U 0 。設(shè) V 處于通態(tài)的時(shí)間為 ton ，此階段電感L 上積蓄的能量為EI1 ton 。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí) E 和己共同向電容C 充電并向負(fù)載R 提供能量。設(shè) V 處于斷態(tài)的時(shí)間為 toff ，則在此期間電感 L 釋放的能量為(U 0E) I1toff；當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即：EI 1ton(U 0E) I1toff化簡(jiǎn)得：U 0tontofftoffETtE式中的T toff1，輸出電壓高于電源電

35、壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路。5在圖 3-2a 所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L 值和 C值極大， R=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40s ， ton =25s 時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U 0 ，輸出電流平均值 I 0 。解：輸出電壓平均值為：T40U 0E50 133.3(V )toff4025輸出電流平均值為：U 0133.36.667( A)I 020R6試分別簡(jiǎn)述升降壓斬波電路和Cuk 斬波電路的基本原理，并比較其異同點(diǎn)。答：升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開(kāi)關(guān) V 處于通態(tài)時(shí)， 電源 E 經(jīng) V 向電感 L 供電使其貯存能量，此時(shí)電流為i1 ，方向如圖。 3-4 中所示。

36、同時(shí)，電容 C 維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載 R供電。此后，使V 關(guān)斷，電感 L 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為所示?？梢?jiàn)，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。i 2，方向如圖3-4穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 uL 對(duì)時(shí)間的積分為零，即TuL dt00當(dāng) V 處于通態(tài)期間， uL =E：而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間 uLu0 。于是：E tonU 0toff改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高， 也可以比電源電壓低。 當(dāng) 0< <l 2 時(shí)為降壓，當(dāng) l 2<<l 時(shí)為升壓，因此將該電路稱(chēng)作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理：當(dāng)V 處于通態(tài)時(shí)，

37、E L1 V 回路和 R L2 -CV 回路分別流過(guò)電流。當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， E L1C VD 回路和 R- L2 -VD 回路分別流過(guò)電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖3-5b 所示，相當(dāng)于開(kāi)關(guān) S 在 A、B 兩點(diǎn)之間交替切換。假設(shè)電容 C 很大使電容電壓 uc 的脈動(dòng)足夠小時(shí)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S 合到 B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓 uB =0，A點(diǎn)電壓 uAuC ；相反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時(shí)， uBuC ， uAU iN1 U00N3。因此， B 點(diǎn)電壓 uB 的平uBtoff U cLl的電壓平均值為零，所以均值為T(mén)(Uc 為電容電壓“ c 的平均值 ) ，又因電感tof

38、fU cU AtonU cE U BTT。另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為，且 L2 的電壓平均值為零，按圖35b 中輸出電壓 Uo的極性，有U 0ton U c。于是可得出輸出電壓 Uo 與電源電壓 E 的關(guān)系：TU 0tonEtonEEtof fT ton1兩個(gè)電路實(shí)現(xiàn)的功能是一致的， 均可方便的實(shí)現(xiàn)升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， Cuk 斬波電路有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，其輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。7試?yán)L制 Speic 斬波電路和 Zeta 斬波電路的原理圖，并推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。解： Sepic 電路的原理圖如下：在 V 導(dǎo)通 ton

39、期間， U L 1EUL2UC1左 V 關(guān)斷 toff 期間uL1Eu0 uC 1uL 2u0當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感L、L 的電壓平均值均為零，則下面的式子成立Et on(E u0uC 1)tof f 0uC1tonu0t of f0由以上兩式即可得出U 0ton EtoffZeta 電路的原理圖如下：在 V 導(dǎo)通 ton 期間uL1EuL 2EuC1 u0在 V 關(guān)斷 toff 期間uL1uC1uL 2u0當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，電感L1 、 L2 的電壓平均值為零，則下面的式子成立Et onuC 1tof f0( Eu0uC1 )t onu0 toff0由以上兩式即可得出U 0ton Etof

40、f8分析圖 3-7a 所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖3-7b 的波形，繪制出各個(gè)階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。解：電流可逆斬波電路中，Vl 和 VDl 構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第l 象限： V2 和 VD 2 構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2 象限。圖 3-7b 中，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下：V1 導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：V1 關(guān)斷， VD，續(xù)流：V2 也導(dǎo)通， L 上蓄能 :V2 關(guān)斷， VD 2 導(dǎo)通，向電源回饋能量9. 對(duì)于圖 3-8 所示的橋式可逆斬波電路，若需使電動(dòng)機(jī)工

41、作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，試分析此時(shí)電路的工作情況，并繪制相應(yīng)的電流流通路徑圖，同時(shí)標(biāo)明電流流向。解：需使電動(dòng)機(jī)工作于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由 V3 和 VD3構(gòu)成的降壓斬波電路工作，此時(shí)需要 V2 保持導(dǎo)通，與 V3和 VD3構(gòu)成的降壓斬波電路相配合。當(dāng) V3 導(dǎo)通時(shí)，電源向M供電，使其反轉(zhuǎn)電動(dòng)，電流路徑如下圖：當(dāng) V3 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載通過(guò)VD3續(xù)流，電流路徑如下圖：10多相多重?cái)夭娐酚泻蝺?yōu)點(diǎn)?答：多相多重?cái)夭娐芬蛟陔娫磁c負(fù)載間接入了多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路， 使得輸入電源電流和輸出負(fù)載電流的脈動(dòng)次數(shù)增加、脈動(dòng)幅度減小，對(duì)輸入和輸出電流濾波更容易，濾波電感減小。此外，多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，各

42、斬波單元之間互為備用， 總體可靠性提高。第 4 章交流電力控制電路和交交變頻電路4.1一臺(tái)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(kāi)通角 。解：=0 時(shí)的輸出電壓最大，為1t ) U 1Uomax=( 2U 1 sin0此時(shí)負(fù)載電流最大，為uo maxU 1RIomaxR=因此最大輸出功率為Pmax=Uomax Iomax輸出功率為最大輸出功率的80%時(shí)，有：2U 1P=U I=Rmaxomaxomax此時(shí)Uo=0.8U 1又由sin 2Uo=U12解得60.54同理，輸出功率為最大輸出功率的50%時(shí)，有：Uo=0.5U 1又由sin 2Uo=U12904.2 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(kāi)通角 的變化