電力電子第三章課后習題

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第3章 整流電路1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電,L=20mH,U2=100V,求當時和時的負載電流Id,并畫出ud與id波形。解: 時,在電源電壓u2的正半周期晶閘管導通時,負載電感L儲能,在晶閘管開始導通時刻,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)導通。因此,在電源電壓u2的一個周期里,以下方程均成立:考慮到初始條件：當時id=0可解方程：ud與id的波形如下圖： 當=時,在u2的正半周期期間, 晶閘管導通使電惑L儲能,電感L儲藏的能量在u2負半周期期間釋放,因此在u2的一個周期中期間，以下微分方程成立：考慮到初始條件：當時

2、id=0可解方程得：id=其平均值為Id=此時ud與id的波形如下圖：2. 圖3-10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: 晶閘管承受的最大反向電壓為2U2;當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側繞組中,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VT1導通時,晶閘管VT2通過

3、VT1與2個變壓器二次繞組并聯(lián),所以VT2承受的最大電壓為2U2。 當單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角相同時,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VT1、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。 對于電感負載;( +)期問,單相全波電路中VT1導通,單相全控橋電路中VT1、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

4、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。3. 單相橋式全控整流電路, U2=100V,負載中R=2,L值極大，當=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,變壓器二次電流有效值I2; 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:輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2分別為 Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos77.97（V） IdUd/R=77.97/2=38.99(A) I2= Id =38.99(A)晶閘

5、管承受的最大反向電壓為: U2=100=141.4(V) 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為: UN=(23)×141.4=283424(V) 具體數值可按晶閘管產品系列參數選取。 流過晶閘管的電流有效值為: IVT=Id/=27.57(A) 晶閘管的額定電流為: IN=(1.52)×27.57/1.57=2635(A) 具體數值可按晶閘管產品系列參數選取。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。在電路中器件均不導通的階段,交流電源電壓由晶閘管平衡。整流二

6、極管在一周內承受的電壓波形如下:5. 單相橋式全控整流電路,U2 =100V,負載R=2,L值極大,反電勢E=60V,當時,要求: 作出ud、id、和i2的波形;求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側電流有效值I2; 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,變壓器二次測電流有效值I2分別為: Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos=77.97(V) Id=(UdE)/R=(77.9760)/2=9(A) I2=Id=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為: U2=100=141.4(V)

7、流過每個晶閘管的電流的有效值為: IVT=Id/=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數值可按晶閘管產品系列參數選取。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3-12所示,U2=100V電阻電感負載, R=2,L值很大,當=時求流過器件電流的有效值,并作出ud、id、iVT、iD的波形。解: ud、id、iVT、iD的波形如下圖:負載電壓的平均值為: Ud =負載電流的平均值為: Id =Ud/R=6

8、7.52/2=33.75(A) 流過晶閘管VTl、VT2的電流有效值為: IVT=19.49(A) 流過二極管VD3、VD4的電流有效值為: IVD=27.56(A)7. 在三相半波整流電路中,如果a相的觸發(fā)脈沖消失,試繪出在電阻性負載和電感性 負載下整流電壓ud的波形。解:假設=,當負載為電阻時, ud的波形如下:當負載為電感時，ud的波形如下：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兩相之間換相的自然換相點不是同一點。它們在相位上相差10. 有兩組三相半波可控整流電

9、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,那么共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說,例如都是a相,在相位上差多少度?答:相差11. 三相半波可控整流電路,U2=100V,帶電阻電感負載,R=5,L值極大,當時,要求: 畫出ud、id、iVT1的波形;計算Ud、Id、IdvT和IVT解: ud、id、iVT1的波形如下圖:Ud、Id、IdvT和IVT分別如下 Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos=58.5(V) IdUd /R=58.5/5=11.7(A) IdvT= Id /3=11.7/3=3.9(A) IVT= Id /=

10、6.755(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VTl不能導通,整流電壓波形如下: 假設VTl被擊穿而短路,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=5,L值極大, 當= 時,要求:畫出ud、id、iVT1的波形計算Ud、Id、IdvT和IVT解:ud、id、iVT1的波形如下:Ud、Id、IdvT和IVT分別如下 Ud =2.34U2cos=2.34

11、5;100×cos=117(V) Id = Ud /R=117/5=23.4(A) IdVT = Id /3=23.4/3=7.8(A) IVT= Id /=23.4/=13.51(A)2.14.單相全控橋,反電動勢阻感負載,R=1,L=,E=40V, U2=100V,LB=0.5mH,當=時,求Ud、Id與的數值,并畫出整流電壓ud的波形。解:考慮LB時,有: Ud =0.9U2cosUd Ud =2XB Id / Id(Ud -E)/R解方程組得: 15. 三相半波可控整流電路,反電動勢阻感負載, U2=100V, R=1,L=,LB=lmH, 求當=時、E=50V時Ud、Id、

12、的值并作出ud與iVTl和iVT2的波形。解:考慮LB時，有: Ud =1.17U2cos-Ud Ud =3XB Id /2 Id(Ud -E)/R解方程組得: Ud Ud =6.7(V) Id =44.63(A) 又因為： 即得出: cos()=0.752 換流重疊角: = ud與iVTl和iVT2的波形如下:26. 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:直流側要有電動勢,其極性須和晶閘管的導通方向一致,其值應大于變流電路直流側的平均電壓;要求晶閘管的控制角使Ud為負值。29. 什么是逆變失敗?如何防止逆變失敗?答：逆變運行時,一旦發(fā)生換流失敗,外接的直流電源就會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勢變?yōu)轫樝虼?lián),由于逆變電路內阻很小,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,保證交流電源的質量,