電力電子技術(shù)(王云亮第二版)第2章答案

1、第2章可控整流器與有源逆變器習(xí)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(fù)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(jì)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(guān)系式：Ud -0.45U21 cos：已知直流平均電流Id為10A,故得：Ud=IdR=105=50A可以求得控制角口為：2Ud,250/八cos11：00.45U20.45220貝U%=90。所以，晶閘管的電流有效值求得，I1二2r,k-a,1IVT=fIdd(t)=JId=21d=Id=5A、2122n22n2+ot續(xù)流二極管的電流有效值為

2、：IvdrId=8.66A.2-晶閘管承受的最大正、反向電壓均為電源電壓的峰值UM6&2,考慮23倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為Utn=23Um=23311=622933V續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值UM=Z2U2,考慮23倍安全裕量，續(xù)流二極管的額定電壓為UTN=23Um=23311=622933V2-2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(wèn)該變壓器是否存在直流磁化問(wèn)題。試說(shuō)明晶閘管承受的最大反向電壓是多少？當(dāng)負(fù)載是電阻或者電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)是否相同。解：因?yàn)閱蜗嚯p半波可控整流電路變壓器二次測(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的

3、方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)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(dāng)VTi導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過(guò)VTi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2,5U2。(2)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)角口相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：(0a)期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；”江)期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTi、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U2相等；(na+n)期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0;(2n)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，

4、輸出電壓等于-U2。對(duì)于電感負(fù)載：(an+a)期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U2相等；(n+a2n+a)期間，單1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?，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。2-3單相橋式全控整流電路，電阻性負(fù)載，U2=220V,R=2C,口=30,試計(jì)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。Ud =0.9U21 cos 二解：(1)輸出電壓平均值為:1cos30=0.9220=184.7V2輸出電流為:Id0Rl184.72

5、=92.35A9(2)晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值V2U2,考慮23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為Utn=23Um=622933V晶閘管流過(guò)的電流為負(fù)載電流的一半,ItU2 sin2：卜瘟一個(gè)R 4 二 2 二=76A考慮1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為:It(av)=(1.52)紅=7396A2-4單相橋式全控整流電路，U2=100V,負(fù)載中Rl=2Q,L值極大，反電勢(shì)E=60V,當(dāng)a=30時(shí)，求：(1)畫出ud,id和i2的波形；(2)整流輸出平均電壓山、電流1d及變壓器二次側(cè)電流有效值I2；(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

6、i2的波形如下圖：(2)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：=0.9100cos30=77.97VIdUd -ER77.97 -602= 8.99AI2-Id=8.99A(3)晶閘管承受的最大反向電壓為：,2U2=100、.2=141.4(A)考慮23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓為:Utn=(23)141.4=283424(V)流過(guò)晶閘管的電流有效值為：ItId_一 2=6.34(A)考慮1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為:Itat=(1.52)6.34/1.57=6.068.08(A)2-5單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出電壓0

7、100V連續(xù)可調(diào)，30V以上要求負(fù)載電流達(dá)到20A。采用由220V變壓器降壓供電，最小控制角0cmin=30.試求：(1)交流側(cè)電流有效值;(2)選擇晶閘管電壓、電流定額。解：(1)交流側(cè)輸出電壓有效值為:Ud11 cos：=_2U 2 sin td t =0.9U2-min=30Ud =0.9U2,此時(shí)輸出電壓最大，代入上式得到:1 cos 二 八，1 cos30 “c =0.9U 2 = 10022得，U2=119VUd=30100V變化時(shí)，Id=20A,由于在30V時(shí)，導(dǎo)通角小，因此此時(shí)的電流有效值最大，此時(shí) R=1.5C,觸發(fā)角為1 cos -1 cos 工Ud =0.9U2 =0.9

8、 119 二302 2一 =116交流側(cè)電流有效值為:,U21I2sin2：=38AR2二二(2)晶閘管承受的最大正反向電壓的最大值為加U2,考慮23倍的安全裕量，晶閘管電壓定額為：UTN=(23)、,2U2u(282.8424)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：ItI21T(AV)二(1.52)=(1.52)2=2634A1.571,57.22-6在單相橋式全控整流電路中，若有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路，畫出此時(shí)輸出電壓波形。如果有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流燒成短路，結(jié)果又會(huì)怎樣？解：假設(shè)VT1因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路，則整流電壓“波形與單相半波整流電路的波形一樣

9、，相位差180度。假設(shè)VT1因過(guò)流而短路，則當(dāng)晶閘管VT2導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得VT2也可能因?yàn)檫^(guò)流而燒毀。如果VT2因?yàn)檫^(guò)流燒毀斷路，則整流電壓Ud波形如上圖所示，相位差180度；如果VT2因?yàn)檫^(guò)流燒毀而短路，則會(huì)引起變壓器和電源過(guò)流。2-7單相橋式全控整流電路中給電阻性負(fù)載供電和給反電勢(shì)負(fù)載蓄電池供電，在流過(guò)負(fù)載電流平均值相同的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選得大一些？為什么？答：反電勢(shì)負(fù)載蓄電池時(shí)晶閘管額定電流應(yīng)該大一些。因?yàn)樵诜措妱?dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角變小，波形系數(shù)變大，負(fù)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

10、，如果U相電壓消失，試畫出在電阻性負(fù)載與電感性負(fù)載下的整流電壓波形解假設(shè)=0,當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，Ud的波形如下：2-9三相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載。已知U2=220V,Rl=20C,當(dāng)=90時(shí)，試計(jì)算Ud,Id并畫出UT1,id,Ud波形。解：由輸出電壓平均值的關(guān)系式可求得：Ud=0.675U2Icos二6:L0.6752201cos二6二2L74.25V輸出電流平均值為：Ud74.25o-7docAId=RL=0-=37125A2-10三相半波整流電路，已知U2=110V,Rl=0.5C,大電感負(fù)載，當(dāng)=450時(shí)，試計(jì)算Ud,id并畫出u,id,ud波形。如果在負(fù)載端并接續(xù)流二極管，試計(jì)算

11、流過(guò)晶閘管的電流平均值IdT、有效值It和續(xù)流二極管的電流平均值IdDR、有效值IDR。解：由輸出電壓平均值的關(guān)系式可求得：Ud=1.17U2COS-1.17110cos45=91V輸出電流平均值為:Id二匕二反Rl0.5= 182A并接續(xù)流二極管時(shí)，輸出電壓平均值為：Ud=0.675U21cos（：二6）=93.47V輸出電流平均值為：93.47Rl=186.94A0.5晶閘管的電流平均值為:有效值為:23-二 12I dT =2 二Id -54.5A續(xù)流二極管的電流平均值為:= 23.37A11續(xù)流二極管電流有效值為:= 66.1A2.11三相半波整流電路，電感性負(fù)載，R=20,L=8,調(diào)

12、節(jié)a達(dá)到維持Id為恒值250A,已知Xb=0.08Q供電電壓經(jīng)常在11.15U2范圍內(nèi)變化，求：U2和a的變化范圍；解：由題可知：三相半波整流電路，3XUd=1.17U2cos二-BId-IdR=22502二Scos%=435.5為定值,cos%(0,1)所以=00時(shí)，U2值為435.5,取U2為440V,則U2的變化范圍為440506M5=440V時(shí)，得到%=8.2當(dāng)電壓波動(dòng)到1.15U2=506V時(shí)，得到%=30.62.12 三相半波整流電路，反電勢(shì)電感性負(fù)載，U2=100V,R=1C,Lia=30%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,

13、UTi和iTi的波形;(2)當(dāng)LB=1mH時(shí)，輸出電壓和輸出電流，并畫出山和iu的波解:形。(1) Ud=1.17U2cos：=1.17U28s30=101.34VIdUd -E =51.32A晶閘管的額定電壓:Un=(2 3). 6U2 = (490 735)V晶閘管的電流有效值:1d.IT - -29.63A. 3晶閘管的額定電流:I T(AV)1.57(1.5 2) =28.39 37.75A(2)考慮Lb時(shí),有:Ud=1.17U2cos二一UdUd3XbLIdUd - EmR三式聯(lián)立求解得到:Ud=94.63/Id=44.63A,、2XbIdcos：-cos(：)=.6U即得出:cos

14、30-1-0.752換流重疊角2.13 三相半波共陰極接法與共陽(yáng)極接法，u,v兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，他們?cè)谙辔簧舷嗖疃嗌俣?？答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，兩相之間換相的自然換相點(diǎn)不在同一點(diǎn)上。相位相差180。2.14 三相全控橋整流電路，當(dāng)一只晶閘管短路時(shí)，電路會(huì)發(fā)生什么情況？答：假設(shè)VTi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也可能過(guò)流燒毀。2.15 三相全控橋，反電勢(shì)電感性負(fù)載，E=200V,U2=22CV,r=1建L=0產(chǎn)=60口求：(1)輸出電壓5和輸出電流1,晶閘管的額定電壓和額定電流，并畫出Ud,UTi和i的波形

15、;解：（1）LB=1mH時(shí)，輸出電壓和輸出電流，并畫出Ud,i和iu的波形。Ud=2.34U2cos=2.34220cos600=257.4(V)=57.4(A),Ud-E257.4-200Id=(2)當(dāng) LB=imH 時(shí),15可得:Ud=2.34U2cos：-UdUd3XbLI.UdId一解方程組可得Udu244.15(V)Id=44.15(A)又因?yàn)?cos二 一cos(二 + )=2Xb%cos60+)=0.4485丁=3.35uv2.16 在三相橋式全控整流電路中，已知U2=110V,R=0.2Q,電感足夠大，當(dāng)口=45o時(shí)，試計(jì)算5,Id及流過(guò)晶閘管的電流平均值J和有效值It,并畫出

16、Uti,id,Ud,i的波形。解：Ud=2.34J2cos=二2.34110cos450=182VId=U=18%.2=910AI=91=303.3A331dITd=527.1A-32.17 試畫出三相橋式逆變電路中當(dāng)（3=兀/4時(shí)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(fù)載有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)該大于變流器直流側(cè)的平均電壓，(2)晶閘管的控制角即Ud為負(fù)。22.19 三相全控橋逆變電路，反電動(dòng)勢(shì)電感性負(fù)載，U2=220V,R=1Q,L=s,Em=-400V,B=60。求：(1)輸出電壓5和輸出電流1,晶閘管的額定電壓和額定電流，并畫出山、u和i的波形;(2)當(dāng)LB=1mH時(shí)輸出電壓和輸出電流，并畫出“、i和iu的波形解：由于此三相全控橋電路中，L=g,所以Ud=2.34J2cosB=2.34220cos600=-25.4(V)IdUd - E -257.4 -(-400)=142.6(A)所以，晶閘管的額定電流為:/、IdIt(av)=(1.52d-78.66105(A)1.57、3額定電壓為(23)父V6u2=10781617V(2)由題意可列出如下三個(gè)等式:Ud=2.34U2cos一？iUd: