(完整word版)電力電子技術(shù)課后答案精簡(jiǎn)版

1、電力電子技術(shù)第五版機(jī)械工業(yè)出版社課后習(xí)題答案第二章電力電子器件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：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。或：uAK 0 且 uGK 0。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。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。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

2、各波形的電流平均值I d1、I d2、I d3與電流有效值 I 1、I2、I 3。02052024442a)b)c)解： a)I 1=b)I 2 =c)圖 1-43晶閘管導(dǎo)電波形圖1-43I d1 = 1I m sintd (t) = I m (21 ) 0.2717 I m2 4221( I m sin t )2 d(t ) = Im310.4767 I m24242I d2 = 1I m sintd ( t) = Im (21) 0.5434 I m 421( I m sin t )2 d (t) =2I m310.6741I m4242I d3 = 12 I m d( t) = 1 I

3、m2 04I 3 =12 I m 2d ( t ) = 1I m2024. 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 I d1、 d2、 d3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、 m2、 m3IIII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)I m1I329.35，I d1 0.2717 I m189.480.4767b)I m2I232.90,I d2 0.5434 I m2126.560.6741I d3= 1c)I m3 =2 I = 314,I m3=78.54第3章整流電路3單相橋

4、式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中 R2，L 值極大，當(dāng) 30時(shí)，要求：作出ud、id、和 i2 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： ud、i d、和 i2 的波形如下圖：2u2OtudOti dI dOti 2IdOt輸出平均電壓Ud、電流 I d，變壓器二次電流有效值I 2 分別為Ud0.9 U2 cos 0.9 100cos30 77.97（V）I d Ud / R77.97/ 238.99（A ）I 2I d 38.99（A）晶閘管承受的最大反向電壓為：2 U21002 141.4（V）

5、考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（ 23） 141.4283424（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：I VT I d2 27.57（A）晶閘管的額定電流為：I N （ 1.52） 27.571.57 2635（A）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。5單相橋式全控整流電路， U2=100V，負(fù)載中 R=2， L 值極大，反電勢(shì) E=60V，當(dāng) =30 時(shí)，要求： 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 ，變壓器二次側(cè)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： ud、i d 和 i 2 的

6、波形如下圖：3u2OtudOti dIdOI dti 2IdOt整流輸出平均電壓 Ud 、電流 I d，變壓器二次側(cè)電流有效值 I 2 分別為Ud 0.9 U2 cos 0.9100cos30 77.97(A)I d (Ud E)/R(77.9760)/29(A)I 2I d 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(gè)晶閘管的電流的有效值為：I VT I d 2 6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN (23) 141.4283424（ V）晶閘管的額定電流為：I N (1.52)6.361.5768（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

7、列參數(shù)選取。6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋 （橋中 VT 1、VT 2 為晶閘管），電路如圖 2-11 所示， U2=100V，電阻電感負(fù)載， R=2， L 值很大，當(dāng)=60 時(shí)求流過器件電流的有效值，并作出ud、i d、iVT 、i D 的波形。解： ud、id、i VT 、i D 的波形如下圖：4u2Otu dOtidIdi VT1 OtIdOti VD2IdOt負(fù)載電壓的平均值為：U d12U 2 sin td( t ) 0.9U 21 cos( / 3) 67.5（V）32負(fù)載電流的平均值為：I d UdR67.52233.75（ A）流過晶閘管 VT 1、VT 2 的電流有效值為：I

8、VT 1 I d 19.49（A）3流過二極管 VD 3、VD 4 的電流有效值為：I VD 2 I d 27.56（A）311三相半波可控整流電路， U2=100V，帶電阻電感負(fù)載， R=5 ， L 值極大，當(dāng) =60 時(shí)，要求：畫出 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：5u2=30ubucuaOtuduaubucOtiVT 1Oti dOtUd、I d、I dT 和 I VT 分別如下Ud1.17U2cos 1.17100cos60 58.5（ V）I dUdR58.5511.7（A）I dV

9、T I d311.733.9（A）I VT I d 3 6.755（A）13三相橋式全控整流電路， U2=100V，帶電阻電感負(fù)載， R=5，L 值極大，當(dāng) =60 時(shí)，要求： 畫出 ud、i d 和 iVT1 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：= 60ubucu2u at1tOuab uac ubcubaucau cbuab uacudOti dOtiVT 1OtUd、I d、I dT 和 I VT 分別如下6Ud 2.34U2cos 2.34100cos60 117（V）I dUdR117523.4（A）I DVT I

10、 d323.43 7.8（A）I VT I d3 23.43 13.51（A）14單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1， L=，E=40V，U2=100V ，L B =0.5mH ，當(dāng)=60 時(shí)求 Ud、I d 與的數(shù)值，并畫出整流電壓 ud 的波形。解：考慮 L B 時(shí)，有：Ud 0.9U2cosUdUd 2XBI d I d（ UdE） R解方程組得：Ud（ R 0.9U2cos2XB E）（ R 2XB ） 44.55（ V）Ud 0.455（V ）I d4.55（A）又cos cos() 2 I d X B U2即得出cos(60) =0.4798換流重疊角 61.33 60=1.33

11、最后，作出整流電壓 Ud 的波形如下：u2OtudOt15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， U2=100V ，R=1， L=， LB =1mH ，求當(dāng) =30 時(shí)、 E=50V 時(shí) Ud、I d、 的值并作出 ud 與 i VT1 和 iVT2 的波形。解：考慮 LB 時(shí)，有：7Ud1.17U2cosUdUd3XB I d2I d（ UdE） R解方程組得：Ud（ R 1.17U2cos3XB E）（ 2R3XB） 94.63（V）Ud6.7（ V）I d 44.63（A ）又cos cos() 2 I d X B 6 U2即得出cos(30) =0.752換流重疊角 41.28 30

12、=11.28ud、 iVT1 和 iVT2 的波形如下：2uaubucuOuduaubucOtiVT1IdOtiVT2I dOt16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載， R=5， L=， U2=220V ，XB =0.3，求 U d、I d、I VD 、I 2 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 0 時(shí)的情況。8Ud2.34U2cosUdUd 3XBI d I dUdR解方程組得：Ud2.34U2cos（ 13XB /R） 486.9（ V）I d 97.38（A ）又cos cos() 2 I d X B 6 U2即得出cos=

13、0.892換流重疊角 26.93二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為I VD I d 397.38 332.46（A）I 2a2I d79.51（ A）3ud、 iVD1 和 i2a 的波形如下：u2uaubucOt1t uab uacuuabuacubcubaucaucbdOtiVD1IdOti 2aIdOt17三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， E=200V，R=1，L=， U2=220V ， =60 ，當(dāng) L B=0 和 L B =1mH 情況下分別求 Ud、I d 的值，后者還應(yīng)求 并分別作出 ud 與 iT 的波形。解：當(dāng) LB0 時(shí)：9Ud2.34U2cos 2.34220cos

14、60 257.4（V）I d （ Ud E） R（ 257.4200） 157.4（A）當(dāng) LB 1mH 時(shí)Ud2.34U2cosUdUd 3XBI d I d（ UdE） R解方程組得：Ud（ 2.34U2R cos 3XB E）（ R 3XB ） 244.15（V）I d 44.15（A ）Ud 13.25（V ）又 cos cos() 2XBI d6 U2cos(60) 0.448563.35 60 3.35 ud、I VT1 和 I VT2 的波形如下：u 2u au bu cOtu du abu acu bcu bau cau cbu ab u acOtiVT1I diOtVT2I

15、dOt23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)，而雙反星形電路是兩10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，晶閘管的導(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 id 的波形形狀一樣。24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，

16、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。2512 脈波、 24 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11 次、 13 次、 23次、25 次等即 12k 1、（k=1，2，3）次諧波，整流輸出電壓中含有 12、24 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 24k 1（k=1，2，3）次諧波，整流輸出電壓中含有24、 48 等即 24k（k=1，2，3）次諧波。26使變流器工作于有源逆變狀

17、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/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 ，L B =1mH ，當(dāng) EM =- 400V， =60 時(shí)求 Ud、I d 與 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：Ud 2.34U2cos( )UdUd 3XBI d I d（ UdEM ） R11三式聯(lián)立求解，得Ud 2.34U2R cos( )3XB EM (R3XB ) 290.3（V）I d 109.7（A ）由下式

18、可計(jì)算換流重疊角：U 0.1279cos2XIcos()B d6 2cos(120) 0.6279128.90 120 8.90送回電網(wǎng)的有功功率為P=| E M I d | I d2R2109.71=31.85(W)=400109.7-109.728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， =60 時(shí)求 Ud、I d 和 的值。解：由題意可列出如下3 個(gè)等式：Ud0.9U2cos(- )UdUd 2XBI d I d（ UdEM ） R三式聯(lián)立求解，得UdR 0.9U2cos(- )2XB EM （ R2XB ） 49.91（

19、V）I d 49.09（A ）又cos cos() 2 I d X B U2=0.2181即得出cos(120) =- 0.7181換流重疊角 135.9 120=15.929什么是逆變失??？如何防止逆變失敗？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12第 5 章直流 -直流變流電路2在圖 5-1a 所示的降壓斬波電路中，已知E

20、=200V，R=10，L 值極大， EM =30V ，T=50 s, t on=20s, 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Uo=tonE =20200=80(V)T50輸出電流平均值為I o = U o - EM = 8030 =5(A)R10E=50V，L 值和 C值極5 在圖 5-2a 所示的升壓斬波電路中，已知大， R=20，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng) T=40s，t=25s 時(shí)，on計(jì)算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 I o。解：輸出電壓平均值為：Uo = TE =4050 =133.3(V)toff4025輸

21、出電流平均值為：I o = U o=133.3 =6.667(A)R206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 i 1，方向如圖 3-4中所示。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i2，方向如圖 3-4 所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。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 d t00當(dāng) V 處于通態(tài)期間， u

22、L = E；而當(dāng) V 處于斷態(tài)期間， uL = - uo。于是：Eton U o toff13所以輸出電壓為：U oton EtonEEt offT ton1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 1/2 時(shí)為降壓，當(dāng) 1/2 1 時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。Cuk斬波電路的基本原理： 當(dāng) V 處于通態(tài)時(shí)， EL 1 V 回路和 RL 2CV 回路分別流過電流。 當(dāng) V 處于斷態(tài)時(shí)， EL1CVD 回路和 RL 2VD 回路分別流過電流。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5-5b 所示，相當(dāng)于開關(guān)S 在 A、B 兩點(diǎn)之間交替切換。

23、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)開關(guān)S 合到B 點(diǎn)時(shí)， B 點(diǎn)電壓 uB =0，A 點(diǎn)電壓 uA = - uC；相反，當(dāng) S 合到 A 點(diǎn)時(shí)， uB= uC， A=0。因此，B點(diǎn)電壓B 的平均值為 UBtoffU（UCuuTC為電容電壓 uC 的平均值），又因電感 L 1的電壓平均值為零，所以E U Bt offU C 。另一方面， A 點(diǎn)的電壓平均值為 U Aton U C ，且 L2TT的電壓平均值為零， 按圖 5-5b 中輸出電壓 Uo 的極性，有U oton U C 。于是可得出輸出電壓 Uo 與電源電壓 E 的關(guān)系：TU o t on EtonEEtoffT to

24、n1兩個(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：i 1 L 1C1VDuL1uC1i2EL2uoRVuL2C214a)Sepic 斬波電路在 V 導(dǎo)通 t on 期間，uL1=EuL2= uC1在 V 關(guān)斷 t off 期間uL1E uo uC1uL2=uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 L1、L2 的電壓平均值均為零，則下面的式子成

25、立E t on + ( E uo uC1) t off =0uC1 t on uo t off =0由以上兩式即可得出tUo= on EtoffZeta電路的原理圖如下：VL2C1i 1uC1uL2EuL1L1VDuoRC 2在 V 導(dǎo)通 t on 期間，uL1= EuL2= EuC1 uo在 V 關(guān)斷 t off 期間uL1 uC1uL2=uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 L1、L2 的電壓平均值均為零，則下面的式子成立E t on + uC1 t off =0=0( E uu ) tu toffoC1ono由以上兩式即可得出Uo= ton Et8分析圖 3-7a 所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合

26、圖3-7b 的波15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， V1 和 VD 1 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 1 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)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱?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：V1VD2LR ioEV2VD 1uMEMoV 1 關(guān)斷， VD1 續(xù)流：V1VD2LR ioEV2VD 1uMEoMV2 導(dǎo)通， L 上蓄能：V1VD2LR ioEV2VD 1uoMEMV2 關(guān)斷，

27、 VD2 導(dǎo)通，向電源回饋能量V1VD2LRiEV2oVD 1uMEMo第 6 章交流 -交流變流電路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(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消16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(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在

28、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。6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(lái)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。7交交變頻電路的主要特