电力电子技术第2至第8章作业答案.docx
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电力电子技术第2至第8章作业答案
第2至第8章作业
第2章电力电子器件
1.使晶闸管导通的条件是什么?
答:
使晶闸管导通的条件是:
晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或:
Uak>0且Ugk>0。
2.维持晶闸管导通的条件是什么?
答:
维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维持电流。
3.怎样才能使晶闸管由导通变为关断?
即降到维持电流以下,便可使导通的
答:
要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下,晶闸管关断。
b)
a)
5
4可
b)
图1晶闸管导电波形
C)
2电匸人珀11竝如=¥宀
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亦血加(的)二G(+1)^0.5434L
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彳三”£或11奴二寸
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7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件?
答:
(1)触发信号应有足够的功率。
(2)触发脉冲应有一定的宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
第3章整流电路
1.单相半波可控整流电路对电感负载供电,L=20mH,U2=100V,求当a=0°和60。
时的负
载电流Id,并画出ud与id波形。
解;a=^时,在电源电压迈的正半周期晶闱管导通时,负载电感丄储託,在晶闸tr开始导通时刻.负载电流为零p在电源电压址的葩半阖期*员载电感£释放能量,晶闸管起续导通n因此,在电源电压吐的一个周撰里’以下方程均成立t
df』l
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考虑到切贻条件t当次=。
时耳=0可解方程得:
=(1-COSfiX)
fit
生yflL
当a=60*时,在応正半周期6炉190。
期间呈闸蓉导通使电啓£绪能,电熬Z储敲的吐量在他负半周期1做河理00。
期间释放,圉此在址_个周期中60广300。
期可尖下徽分方程戍立!
匸屯=竝:
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dr*
兰®r=60°时盛=0可解方程得:
其半均值為
74iu.”1
]J^rr
'(彳-co合少)d(0〕二-_=■=11-2a;A)
吐时□占力的波形如下卸
2•单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Q,L值极大,当a30。
时,要求:
①作出Ud、id、和i2的波形;②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
工;LS-土口玉的號己沖下卦
2鞭出口均岂匡比亘涼兀.变压器—锂电湼有效空上分别为
ti=O.9£rcq£=0.9X10DXCQS30*=77.97 TlEJf-77.97Z2-3E.99(A] y=3S.99'A? 3昌叵管承受为嚴大反向巨压为’ VI^=10071=14L4(V) 考處安全艳亘「凰闸管的瓠走电压为: A(2为)X14L4—283*424(V)具体数信可按易闸誉严壮系列参豹选脱; 淀过品沌聲的岂渣育效值为: 用=石/=27.57(A) 晶何巻的额定电流为: h=(1.5^2)X27.51/1-57=26^35(A> 具体蠶(I可按畐嵐管声磊.系列参数注取- 3•单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Q,L值极大,反电势E=60V,当a=30 时,要求: 1作出Ud、id和i2的波形; 2求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值|2; 3考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。 祜;J.Ui-2i和止的波形如下蓋匕 2整流准岀平均电压弘电洼几变壬器二次側电流養效值云分别为 «=(L9P=0.9X100Xcoc30s=77.97(A) It=(Li-£)/^=(77.97—60)/2=9(A) h—Zi-9(A) 3晶闸管承受的最大反向电压为: 流过每个靠闸管的电流的有效值为: 珀7/41=636(A) 故晶闸骨的额定电压为: £4=(2^3)X141.4=283^424(V) 聶闸管的额走申流为: 2i=(1,5'2)X&36/1.57=6^8(A) 昌问管额定电甬和电流豹具体数值可按晶闸管产品系列裁数选取’ 4•单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形。 解;注意到二极管的特点: 承受电压为正即导通*因此二三檢管承受的电压不会出现正的部分°在电路中器f牛均不导通的阶段.兗流电源电压由晶闸管平衡匚整流—极管在一周内簸受的电压披形如下, 5.单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1Q,L=s,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当a=60时求Ud、Id与g的数值,并画出整流电压ud的波形。 解: 考虑厶时\有: L-〔矗一£1R祸方程组得: £>(花斤0・9£詁“口+2龙的/(兀A—2总)=44.55(V) \.l: =0.435kV) ^=4,55CA) XV cosacos(g+/)=VIZdA'E! Ui 即得出 u"(60°+/)N)・-479S 换流重叠角 y=6133P-663=L33* 作出整流电压乓射波形如下z 6.单相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少? 答: 单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~180。 ,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90。 。 7.在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压Ud的波形。 翟: 假设-0'.兰员载为旦S的技形如下上 &三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Q,L值极大,当a=60°寸, 要求: 1画出Ud、id和iVT1的波形; 2计算Ud、Id、IdT和|VT。 馨;①妳山和对】的浪形如下图: ②氐J心和五: 分别如下 ^=1.17f? costz=L17XL00Xcos60€=58.5CV) Ii=UjR=58.5/5=1L7(A) Jdn—2d/3=ll.7/3=<.9(.A) I^=It/VI=6.755(A) 9•在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压Ud波形如何? 如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响? 假设门施击筹乔冠路.则当晶叵管5或E导通也将发三电源咗瓦矩路,使得UT”也可能分别被击穿匚 10.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Q,L值极大,当a=60。 时, 要求: ①画出Ud、id和iVT1的波形; ②计算Ud、Id、IdT和|VT。 解2①口、H和匚;的垃形如下! ②氐B鸟霜&分别如下 U-2,34^co3ZZ=2.34X103XcosSO'-117: V) 71=TR=m.E=23.4(A) An=i/3=23.4/3=7.3(A) Jri~Z: /'J3—23,4^3=13,51(A) 11.三相全控桥,反电动势阻感负载,E=200V,R=1Q,L=s,U2=220V,a=60°当①Lb=0 和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值,后者还应求g并分别作出Ud与iT的波形。 解: ①当2e=0时: L-2.34£-icoSG=2.34X220>co^=257.4(V) 忑▼(蠶一£fR—(257.4-200)/1-37.4(A) ②岂ImH时 -AG A—3-KJi/TT z£=/R 解方程组得; 〈2*34花怎斤uw◎+3矗Q/(a/? 十3加=244.15(V) ▲=4丄15(A) △£]=13.25(V)玄-costa—cos(cr+;/)=2Ji"麻G cos(60°一y)=0.4485 ^=63.35^-60^3.35 47-1久匚j',71的迈弓如下: 4> I i I 申 4 I1 n|l L I1> ILj) 八丁: ■ lri\ r*“ 4! * 12.三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范 围分别是多少? 答: 三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~120。 ,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90°。 13.三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波? 其中幅值最大的是哪一次? 变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波? 其中主要的是哪几次? 答: 三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k(k=1、2、3……)次的谐波,其中幅值最大的是6次谐波。 变压器二次侧电流中含有6k1(k=1、2、3……)次的谐波,其中主要的是5、7次谐波。 14•三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Q,L值极大,当a=60。 时,要求: (1)计算Ud、Id、IdT和Ivt; (2)i2的5、7次谐波分量的有效值|25、|27;(3)输 入功率因数。 解: m: 盍、心和忌分别如下 毘=234居80=234X1Q0Xco560*=117(V) 几=UJP=117/5=23.4(A)屁=五/3=23,4/3=7.S(A)监=Ti/=23.4/\f3=13,51(A) (2)由此可计算岀5次和7次谐波分量的養效值为: 卫尸品Idon=X23.4/51T=3.65(A) T;t=/7n=23.4/jit=261CA) (3)辜彼电流的有效信: Z=V6Zi/n=^6X23.39/n=18.243(A) 屋;s因第为 v=A/I=U71=0.955电路的输入功率园数为: /=vcnsa=0955cosGCi=注48 15•使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么? 答: 条件有二: (1)直流侧要有电动势,其极性须和晶闸管的导通方向一致,其值应大于变流电路直流侧的平均电压; (2)要求晶闸管的控制角a>n/2使Ud为负值。 16.什么是逆变失败? 如何防止逆变失败? 答: 逆变运行时,一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变 电路内阻很小,形成很大的短路电流,称为逆变失败或逆变颠覆。 防止逆变失败的方法有: 采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量,留出充足的换向裕量角B等。 第4章逆变电路 1.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同? 答: 两种电路的不同主要是: 有源逆变电路的交流侧接电网,即交流侧接 有电源。 而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。 2.换流方式各有那几种? 各有什么特点? 答: 换流方式有4种: 器件换流: 利用全控器件的自关断能力进行换流。 全控型器件采用此换流方式。 电网换流: 由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。 负载换流: 由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。 强迫换流: 设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。 通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。 晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。 3.什么是电压型逆变电路? 什么是电流型逆变电路? 二者各有什么特点。 答: 按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆 变电路的主要特点是: 1直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。 直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。 2由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。 而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 电流型逆变电路的主要特点是: 1直流侧串联有大电感,相当于电流源。 直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现咼阻抗。 2电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电 流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。 而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。 3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电感起缓冲无功能量的作用。 因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管 4•电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么? 答: 在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 当输出交流电压和电流的极性相同时,电 流经电路中的可控开关器件流通,而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。 5•为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管? 答: 在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电 感来缓冲。 当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电 路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。 第5章直流-直流变流电路 1.介绍降压斩波电路工作原理 答: 降压斩波器的原理是: 在一个控制周期中,让V导通一段时间ton,由电源E向L、R、M供电,在此期间,uo=E。 然后使V关断一段时间toff,此时电感L通过二极管VD向R和M供电,uo=0。 一个周期内的平均电压 0=一xE 输出电压小于电源电压,起到降压的作用 2.介绍升压斩波电路工作原理 客仮设电路戸邑感£值恨大,电容「值也很穴,当紙处于通态时*电涯王向电感丄充电,充电电流基本恒宅为几同时电容C_: 的电E向负载叶供电.EC值很大,基本俣持输岀电压为恒值U・竟I处于通态的时间为仁,此阶段电感丄上积薑范能量为田』比=当V处于断态时£共同向宜客f充电并向凭载斤提供能量=设V&T断态的时问为滋,则在此期间电感丄释放的程量为 .当邑路工作于稳态时,一个周期厂中电感丄积蕃的誥量三铎孩的能量璋等,即* 日心=化;-砂: 心 化简得: U-且亠如E-—E 式中的r7,ff>i,输出电压高二巨淳电压]故琢该电弟为升医斩波电路’ 3.在降压斩波电路中,已知E=200V,R=10Q,L值极大,Em=30V,T=50卩諒=20卩S扌算 输出电压平均值U。 ,输出电流平均值Io。 环曲于丄值 故负载理沅连续.于是输出电压平均值为 : G£=20x2°°=80(V) T50 输岀H流平均值为 7-30-30_ ▲---o(A1 R10 4•在下图所示的降压斩波电路中,E=100V,L=1mH,R=0.5QEm=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20^s当ton=5s时,计算输出电压平均值U。 ,输出电流平均值I。 ,计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 当ton=3ysS寸,重新进行上述计算。 W: 古题目已缸条件可得: E、【10—】 〃尸M==0.1 £100 L0.001aAnnT---=0.002 R0.5 当G=5"s时,有 /? =-=0.01 T 歼二二0.0025 由于 所以输出宅流连渎。 严1严即1 吕需=0沖 址时输出平均电压为 5奢二讐如V) 输出平均电流为 二讣。 ⑷ 输出电流的最大和最小信瞬时值分别为 T^~mR\1-严_010.5_30,3⑷\z\z T_(严一]、£_(/如一1>100 Znin"°-WI—cm-0.1—29.81(A) (宀1)R〔严-10.5 当G二3"s时.采用同样的方法可以得出: ap=0.0015 由于 严id =0.149>zo 所以输岀电流仍然连续。 址吋迪出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分 别为: 100x3 ~2D- =15(V) 1? -10 0.5 二10(A) 1—严匚 5.在升压斩波电路中,已知E=50V,L值和C值极大,R=10Q,采用脉宽调制控制方式, 当T=40uS,ton=20时,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。 升压斩波电路 罷: 由題目己知条匸可得: E 10 100 0.001 0.5 -0.002 q=-^0,01 t 吟J"=0.0025 由于 r 严_1cC02J_J -——--刍一--0.249>jb c°-1e°-1 输出平均电流为 当J=3肌时,采用同样的方法可以得出: dP=0*0013 曲于 0.015 e-l严 -=0.149>zu -1 所以输出电流仍然连续, 此旺喻出电压、巨流的平均宣以及輸出电谎疑大、最小瞬时宣分别为: 匚仝庄二竺上2二1亦¥〉 T20 R0.5 =9.373(A) 畫“二 /硼-1 第6章交流-交流变流电路 1•一单相交流调压器,电源为工频220V,阻感串联作为负载,其中R=0.5愆L=2mH。 试 求: ①开通角a的变化范围;②负载电流的最大有效值;③最大输出功率及此时电源侧的功 率因数;④当a二一时,晶闸管电流有效值,晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2 ①负我阻抗角为! 0M
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