電力電子技術(shù)基礎(chǔ)22-習(xí)題

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)South China University of Technology習(xí)題講解6 6電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題13圖圖139為晶閘管導(dǎo)通為晶閘管導(dǎo)通時電流波形，各電流最時電流波形，各電流最大值為大值為Im，試求各波形，試求各波形的電流平均值、電流有的電流平均值、電流有效值以及波形系數(shù)效值以及波形系數(shù)iIm0tiIm0tiIm0t電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題13)()(21)(1200tdtidttiTITd電流平均值的定義電流平均值的定義)() )(21220t

2、dtiI電流有效電流有效值的定義值的定義dfIIK波形系數(shù)波形系數(shù) 的定義的定義電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題13iIm0t解：解：（1）)()(21201tdtiId2)()sin(212mmItdtI222201)()sin(21)() )(21tdtItdtiIm42mI22. 22422111mmdfIIIIK電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解iIm0t習(xí)題習(xí)題13（2）32342)()sin()()sin(21tdtItdtIImmd23)()sin(13mmItdtI3234222)()sin()()sin(21tdtItdtIImmmmII634. 0833133. 12fK電力電子技術(shù)

3、基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題13（3）4)(21203mmdItdII2)()(212023mmItdII23fKiIm0t電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題14上題中不考慮安全裕量，額上題中不考慮安全裕量，額定電流定電流IT(A V)=200A的晶閘管，的晶閘管，能送出電流平均值各為多少？能送出電流平均值各為多少？對應(yīng)的電流最大值為多少？對應(yīng)的電流最大值為多少？iIm0tiIm0tiIm0t電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解電流定額電流定額_ 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(A V) 晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正最大工頻正弦半波電流的弦半波電流的平均

4、值平均值。使用時應(yīng)按實際電流實際電流與通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍習(xí)題習(xí)題14iIm0tIT(AV)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解iIm0tIT(AV)iIm0t特定情況特定情況具體情況具體情況已知：已知：平均電流（平均電流（通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流）SCR允許的有效電流允許的有效電流正弦半波正弦半波波形系數(shù)波形系數(shù)57. 1dfIIKSCR允許的有效電流允許的有效電流具體波形具體波形波形系數(shù)波形系數(shù)求：平均電流求：平均電流習(xí)題習(xí)題14（工頻正弦半波導(dǎo)通）（工頻正弦半波導(dǎo)通）電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題14解：解：“額定電流為額定電流為20

5、0A的的SCR”，表示該，表示該SCR在在 工頻工頻正弦半波正弦半波情況下可以通過的情況下可以通過的平均電流平均電流 為為200A，由于，由于正弦半波正弦半波的波形系數(shù)為的波形系數(shù)為1.57, 所以，該所以，該SCR可以通過的電流有效值為可以通過的電流有效值為 2001.57314A 因此，這個因此，這個SCR不管在什么情況下，允許不管在什么情況下，允許 通過的電流有效值最大都為通過的電流有效值最大都為314A！ 也就是說，這個也就是說，這個SCR在圖中在圖中3種不同的波形種不同的波形 下，允許通過的電流有效值最大都為下，允許通過的電流有效值最大都為314A電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解AIII31

6、4321習(xí)題習(xí)題14上題中已經(jīng)求出各種波形的波形系數(shù)，所以上題中已經(jīng)求出各種波形的波形系數(shù)，所以AKIIfd4 .14122. 2314111AKIIfd1 .23633. 1314222AKIIfd1572314333電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題14AIII314321上題中已經(jīng)求出各種波形下有效值和最大值之間的關(guān)系，所以上題中已經(jīng)求出各種波形下有效值和最大值之間的關(guān)系，所以AIIm8882211AIIm3 .495634. 022AIIm6285 . 033具體電路中，需要求電具體電路中，需要求電流定額的時候，首先求流定額的時候，首先求出通過的電流有效值出通過的電流有效值I，考慮考慮1

7、.52倍的冗余，電倍的冗余，電流定額可以直接用下式流定額可以直接用下式求出：求出： 57. 1)25 . 1 ()(IIAVT電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25某電阻負載某電阻負載R0.8 ，要求直流平均電壓在要求直流平均電壓在024V可調(diào)。如用可調(diào)。如用220V交流交流電源直接供電和用變壓電源直接供電和用變壓器降到器降到60V供電，都采用供電，都采用單相半波可控整流電路，單相半波可控整流電路，試比較兩種供電方案的試比較兩種供電方案的晶閘管導(dǎo)通角、額定電晶閘管導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流、電源與壓、額定電流、電源與變壓器二次側(cè)的功率因變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)以及對電源要求的容數(shù)以及對電源要求的容

8、量，從中可以得到什么量，從中可以得到什么結(jié)論？結(jié)論？TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25解：在負載電阻恒定的情況下解：在負載電阻恒定的情況下 直流電壓直流電壓024V連續(xù)可調(diào)，連續(xù)可調(diào)， 因此，在電壓為因此，在電壓為24V時為嚴(yán)時為嚴(yán) 酷工作條件；酷工作條件；（1）采用交流）采用交流220V直接供電時直接供電時TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)002cos145. 0)(sin22122UttdUUd所以，當(dāng)輸出電壓為24V時，控制角為515. 0145

9、. 02cos2UUd121導(dǎo)通角為59；電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00晶閘管兩端的最大正、反壓為也可以采用下面的公式計算VUUM31122晶閘管的額定電壓為VUUMN)933622()32(取900V;流過晶閘管的電流有效值為ARUId84)cos1 ( 2)(42sin22ARUI8422sin4122例題21公式公式23電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25所以，選擇的晶閘管要求所以，選擇的晶閘管要求能通過能通過84A的電流有效值的電流有效值A(chǔ)IIVTd)1073 .80(57. 1) 25 .

10、 1 (2)(電流定額電流定額_ 通通態(tài)平均電流態(tài)平均電流 IT(A V) 晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波最大工頻正弦半波電流的電流的平均值平均值。電流定額為電流定額為正弦半波的正弦半波的 波形系數(shù)波形系數(shù)取100A;電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25功率因數(shù)31. 0cos2222UIRISP電源的容量為VAUIS1848022注意單位！注意單位！（2）采用交流）采用交流60V供電時供電時2cos145. 0)(sin22122UttdUUd所以，當(dāng)輸出電壓為24V時，控制角為778. 0145. 02cos2UUd39導(dǎo)通

11、角為141；電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25晶閘管兩端的最大正、反壓為也可以采用下面的公式計算VUUM85.8422晶閘管的額定電壓為VUUMN)6 .2547 .169()32(取200V;流過晶閘管的電流有效值為ARUId51)cos1 ( 2)(42sin22ARUI5122sin4122電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25AIIVTd)6549(57. 1) 25 . 1 (2)(電流定額為電流定額為功率因數(shù)68. 0cos2222UIRISP電源的容量為VAUIS306022取60A;電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題25結(jié)論：結(jié)論：（1）選用）

12、選用220V直接供電時，需要選用直接供電時，需要選用900V，100A的晶閘管；而的晶閘管；而60V供電時，只需要選用供電時，只需要選用200V，60A的晶閘管；的晶閘管；前者對器件的要求高；前者對器件的要求高；（2）選用）選用220V直接供電時，功率因數(shù)為直接供電時，功率因數(shù)為0.31 而而60V供電時，功率因數(shù)為供電時，功率因數(shù)為0.68 前者的功率因數(shù)比較低；前者的功率因數(shù)比較低；（3）選用）選用220V直接供電時，電源的容量為直接供電時，電源的容量為18480VA 而而60V供電時，電源的容量為供電時，電源的容量為3060VA 前者對電源的容量要求遠遠大于后者。前者對電源的容量要求遠遠

13、大于后者。所以，從技術(shù)層面講，后者特性優(yōu)于前者；但是，后者所以，從技術(shù)層面講，后者特性優(yōu)于前者；但是，后者需要額外增加變壓器，一定程度上也會提高成本。需要額外增加變壓器，一定程度上也會提高成本。 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題28單相橋式全控整流電路，單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載，負載R=2 , , L L值極大，反電動勢值極大，反電動勢50V50V，當(dāng)當(dāng)3030 時，求輸出時，求輸出平均電壓、平均電流、平均電壓、平均電流、晶閘管的電流平均值和晶閘管的電流平均值和有效值。有效值。設(shè)整流變壓器的一次測設(shè)整流變壓器的一次測電壓為電壓為220V,220V,求變壓器一、求變壓器一、二次

14、側(cè)的電流有效值、二次側(cè)的電流有效值、變壓器容量，并做出變壓器容量，并做出u ud d、i id d、i i2 2的波形的波形 。Oud0Eidtt=tOi2IdId-Id電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題28課本課本57頁第頁第58行：行：（阻感反電動勢負載）如果電感量（阻感反電動勢負載）如果電感量足夠大就能使電流連續(xù)，足夠大就能使電流連續(xù)，SCR每個周期導(dǎo)通每個周期導(dǎo)通180度，度，u ud d、I Id d的波形和電感負載電流連續(xù)時完全相同，的波形和電感負載電流連續(xù)時完全相同， u ud d計算公式計算公式也一樣。也一樣。Oud0Eidtt=tOi2IdId-IdVUU78cos9 . 02

15、d輸出平均電壓為輸出平均電壓為輸出平均電流為輸出平均電流為AREUI14dd不同不同輸出輸出(變壓器二次側(cè)變壓器二次側(cè))有效電流為有效電流為AI142晶閘管平均電流為輸出平均電流的晶閘管平均電流為輸出平均電流的1/2電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題28AIIVTd72d)(晶閘管有效電流為輸出晶閘管有效電流為輸出有效電流的有效電流的21AIIVT9 . 922Oud0Eidtt=tOi2IdId-Id變壓器一次側(cè)電流有效值為變壓器一次側(cè)電流有效值為電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題28AUUII36. 61221變壓器的容量為變壓器的容量為VAIUS140022注意單位！注意單位！Oud0Eid

16、tt=tOi2IdId-Id電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題213如圖所示單相橋式半如圖所示單相橋式半控整流電路，負載控整流電路，負載R=5 , L, L值極大，值極大，當(dāng)當(dāng)6060 時，求各時，求各元件定額。元件定額。設(shè)畫出晶閘管兩端的設(shè)畫出晶閘管兩端的波形波形 ，整流二極管和，整流二極管和續(xù)流二極管一個周期續(xù)流二極管一個周期各導(dǎo)通多少度？各導(dǎo)通多少度？RTu1u2i2abVD1VD3VD2VD4udid.VDRVTRTu1u2a)i2abVD1VD3VD2VD4udid.VDRVT0t12ttttu2uVTio000ivd1ivd4ivd2ivd3ivtt0tivdr電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講

17、解習(xí)題習(xí)題213一個周期（一個周期（2 ）內(nèi)：）內(nèi)：每個整流二極管導(dǎo)通每個整流二極管導(dǎo)通120 ；續(xù)流二極管導(dǎo)通續(xù)流二極管導(dǎo)通260120 ；電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題213AIId25.24VT晶閘管的電流有效值為晶閘管的電流有效值為輸出電流有效值、平均值為輸出電流有效值、平均值為ARUIIdd7 .29輸出電壓平均值為輸出電壓平均值為VUttdUU5 .1482cos19 . 0sin2122d晶閘管的電流定額為晶閘管的電流定額為AIIVT9 .302 .2357. 125 . 1d(VT)取取30A.晶閘管的最大正反相電壓為晶閘管的最大正反相電壓為電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題2

18、13VUU4 .26960sin22m晶閘管的電壓定額為晶閘管的電壓定額為VUUN2 .8088 .538) 32(m取取800V.2m2UU或者或者AIId15.172VD整流二極管的電流有效值為整流二極管的電流有效值為電流定額為電流定額為AIIVD8 .2138.1657. 125 . 1d(VD)取取20A.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題213續(xù)流二極管的最大反壓為續(xù)流二極管的最大反壓為22U續(xù)流二極管的電壓定額為續(xù)流二極管的電壓定額為22) 32(U此處最好不要此處最好不要求電流平均值求電流平均值不同不同有效值A(chǔ)IId15.17VDR續(xù)流二極管的電流有效值為續(xù)流二極管的電流有效值為電

19、流定額為電流定額為AIIVDR8 .2138.1657. 125 . 1d(VDR)取取20A.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題213整流二極管的最大反壓為整流二極管的最大反壓為22U整流二極管的電壓定額為整流二極管的電壓定額為22) 32(U電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題219三相橋式全控整流電路，三相橋式全控整流電路，U2=100V，負載，負載R=5 , , L L值極大，當(dāng)值極大，當(dāng)6060 時，時，做出做出u ud d、i id d、i iVT1VT1的波的波形形 。求輸出平均電壓、。求輸出平均電壓、平均電流、晶閘管的電平均電流、晶閘管的電流平均值和有效值。流平均值和有效值。bacT

20、n負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1課本課本53頁頁2.5.3：（三相全橋阻感負載）當(dāng)（三相全橋阻感負載）當(dāng)6060時，電時，電路的工作情況與電阻負載時基本相同，各晶閘管通斷情路的工作情況與電阻負載時基本相同，各晶閘管通斷情況、況、u ud d、 u uvtvt 的波形都一樣，不同之處在于負載電流波的波形都一樣，不同之處在于負載電流波形為一條水平線。形為一條水平線。電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題219uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttbacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1電力電子技術(shù)基

21、礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題219VUUd117cos34. 22輸出平均電壓為輸出平均電壓為輸出平均電流為輸出平均電流為ARUI4 .23dd晶閘管平均電流為輸出平均電流的晶閘管平均電流為輸出平均電流的1/3AIIVTd8 . 73d)(晶閘管有效電流為輸出有效電流的晶閘管有效電流為輸出有效電流的31輸出有效電流為輸出有效電流為AII4 .23dAIIVT5 .133電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題221三相半波可控整流三相半波可控整流電路，反電動勢阻電路，反電動勢阻感負載，感負載， E=50VU2=100V，R=1 , , L L值極大，值極大， LB=1mH,當(dāng)當(dāng)3030 時，做時，做出出u ud

22、 d、i iVTVT的波形的波形 , ,求輸出平均電壓、求輸出平均電壓、平均電流、換流重平均電流、換流重疊角疊角。RuvwTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiVT3iVT1iVT2iVT3iVT1Iduuuvuw電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題221直流回路電壓平衡方程為直流回路電壓平衡方程為 (1)dddRIEUUVUUd3 .101cos17. 12其中其中Ud為不考慮漏感時的輸出平均電壓為為不考慮漏感時的輸出平均電壓為 (2)dBdIXU23漏感上的電壓可由下頁的表查得漏感上的電壓可由下頁的表查得 (3) 將（將（2）（）（3）帶入）帶入 (1)可得可

23、得AId6 .44負載平均電壓為負載平均電壓為VEIRUUddd6 .94換流壓降為換流壓降為VIUdd7 . 615. 0電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題221dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路換流重疊角計算公式可由下表查得換流重疊角計算公式可由下表查得1143. 062)cos(cos2UIXdB所以所以3 .11電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路，反電動勢阻電路，反電動勢

24、阻感負載，感負載， E=200VU2=220V，R=1 , , L L值極大值極大,6060 ， 在在LB=0和和LB=1mH情況下分別做出情況下分別做出u ud d、i iVTVT的波形的波形 , ,求輸出求輸出平均電壓、平均電平均電壓、平均電流，后者還要求出流，后者還要求出換流重疊角換流重疊角。電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223LB=0反電動勢反電動勢阻感負載阻感負載L L值極大值極大和和L L值極大值極大阻感負載阻感負載u ud d波形相同波形相同和習(xí)題和習(xí)題2 21919波形一樣波形一樣uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttLB=0時時

25、VUUd4 .257cos34. 22輸出平均電壓為輸出平均電壓為輸出平均電流為輸出平均電流為AREUI4 .57dd電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttLB=1mH電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223LB=1mH時時VUUd4 .257cos34. 22直流回路電壓平衡方程為直流回路電壓平衡方程為 (1)dddRIEUU其中其中Ud為不考慮漏感時的輸出平均電壓為為不考慮漏感時的輸出平均電壓為 (2)dBdIXU3漏感上的電壓為漏感上的電壓為 （3） 將（將（2）（）（

26、3）帶入）帶入 (1)可得可得AId15.44負載平均電壓為負載平均電壓為VEIRUUddd15.244換流壓降為換流壓降為VIUdd245.133 . 0換流重疊角計算公式換流重疊角計算公式051. 062)cos(cos2UIXdB所以所以32. 3電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題223電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題35三相半波有源逆變電路三相半波有源逆變電路某晶閘管兩端的電壓波某晶閘管兩端的電壓波形如圖形如圖314所示，試指所示，試指出這是第幾個晶閘管兩出這是第幾個晶閘管兩端的電壓波形，端的電壓波形，、 為為何值？何值？LuvwMudidEMVT1VT2VT3oiVT1iVT2iVT3

27、uuvuuwOtuVTuvwuvuwuuwvuuuvuuwuvwuvuwuu= 150uuuvuuwuuuvuwOtt1OtuVT2uvwuvuwuuwvuvt3導(dǎo)通W相vt1導(dǎo)通U相vt2導(dǎo)通V相vt3導(dǎo)通W相vt1導(dǎo)通U相vt2導(dǎo)通V相uuvuuwuvwuvuwuud電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題35第二個晶閘管導(dǎo)通，=150，=30 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題36單相橋式全控有源逆變單相橋式全控有源逆變電路，反電動勢阻感負電路，反電動勢阻感負載，載， R=1 , L, L值極大值極大, , U2=100V， LB=0.5mH 當(dāng)當(dāng)EM= -99V ， 6060 時，求時，求Ud

28、d 、i id d和和值？值？電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題36LB=1mH時時VUUd45cos9 . 02直流回路電壓平衡方程為直流回路電壓平衡方程為 (1)dddRIEUU其中其中Ud為不考慮漏感時的輸出平均電壓為為不考慮漏感時的輸出平均電壓為 (2)ddBdIIXU1 . 02漏感上的電壓為漏感上的電壓為 （3） 將（將（2）（）（3）帶入）帶入 (1)可得可得AId49負載平均電壓為負載平均電壓為VEIRUUddd9 .49換流壓降為換流壓降為VIUdd9 . 41 . 0換流重疊角計算公式換流重疊角計算公式262)cos(cosUIXdB電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題36所以所以52. 7)62arccos(cos2UXIBd電力電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題講解習(xí)題習(xí)題38三相半波有源逆三相半波有源逆變電路，反電動變電路，反電動勢阻感負載，勢阻感負載， R=1 , L, L值極