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)?；颍篣ak0且Ugk0。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 最大值均為I 3。I m，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

2、 試計(jì)算各波形的電流平均值I di、I d2、I d3與電流有效值I 1、I2、解: a)b)C)圖1-43 晶閘管導(dǎo)電波形I d1 = |msin td( t)=( 2 1) 0.2717 I m 2冗4 m2冗、2丿I 1i叮(I msincotld (cot)二 J。+-1 毗 0.4767 I m兀 4214I d2 =1 ilmSin td( t) = J (鼻 1 ) 0.5434 I m n 才n 2I 2 rJMmSin灼t)2d(COt)二2 J*；1 吐0.6741 I m 兀42 42兀1 1I d3二一2 Imd( t) =- I m2 冗4I3T知:二 2 102Im

3、 d(7) =2 I4.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Id1、ld2 Id3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、lm I m3各為多少？解：額定電流 結(jié)果知I T(AV) =100A的晶閘管，允許的電流有效值1 =157A由上題計(jì)算a)I m1!329.35 ,I d 0.2717 I m 89.480.4767b)I m2232.90,I d2 0.5434 I m2 126.560.6741c)I m3=2 I = 314,I d3 = - I m3=78.54第3章整流電路3.單相橋式全控整流電路，U2= 100V,負(fù)載中R= 2Q, L值極大，當(dāng)a=

4、30時(shí)，要求：作出5、id、和i 2的波形； 求整流輸出平均電壓UI、電流Id,變壓器二次電流有效值丨2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：5、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓U、電流Id，變壓器二次電流有效值|2分別為L(zhǎng)d= 0.9 U2 cos a= 0.9 x 100X cos30= 77.97 (V)Id= U / R= 77.97/2 = 38.99 (A)12= I d = 38.99 (A)晶閘管承受的最大反向電壓為：逅 U= 100 = 141.4 (V)考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：LN=( 23)X 141.4 = 283424 (V)具體數(shù)值可

5、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= Id/ 血=27.57 (A)晶閘管的額定電流為：In=( 1.52) X 27.57 / 1.57 = 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，U=100V,負(fù)載中F=2Q, L值極大，反電勢(shì)E=60V,當(dāng)=30時(shí)，要求： 作出5、i d和i 2的波形； 求整流輸出平均電壓 U、電流Id,變壓器二次側(cè)電流有效值丨2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：5、id和i2的波形如下圖： 整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側(cè)電流有效值I 2分別為U= 0.9 U2 cos a

6、= 0.9 x 100X cos30 = 77.97(A)Id = (U El/ R= (77.97 -60)/2 = 9(A)12= I d = 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：2 L2= 100= 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) X 141.4 = 283424 ( V)晶閘管的額定電流為：In= (1.52) X 6.36 / 1.57 = 68 (A)晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋(橋中 VT、VE為晶閘管)，電路如圖2

7、-11 所示，U=100V,電阻電感負(fù)載，R=2Q, L值很大，當(dāng)？=60?時(shí)求流過器件電流 的有效值，并作出5、id、丁、i d的波形。解：s、id、im i d的波形如下圖：負(fù)載電壓的平均值為：Ud = 1 ； . 2U2sin，td(，t) =0.9U2 1 COS( 兀虧2負(fù)載電流的平均值為：I d= U/ R= 67.52 / 2= 33.75 流過晶閘管VT、VT2的電流有效值為：I vt= 11 d= 19.49 (A) 3流過二極管VD、VD的電流有效值為：=67.5(V)(A).2 Id= 27.56 (A) 311.三相半波可控整流電路，U=100V,帶電阻電感負(fù)載, 當(dāng)：

8、=60:時(shí)，要求：解：Ud、U、I vd=F=5Q, L值極大,畫出Ud、i d和i 的波形； 計(jì)算 U、Id、I dT 和 I VT。id和i巾的波形如下圖：I d、I dT和I VT分別如下U= 1.17Ucos ?= 1.17 X 100X COS60I d=58.5U/R= 58.5 / 5= 11.7 (A)Id/ 3= 11.7 / 3 = 3.9 (A)(V)I dVT =I vt= ld/V3 = 6.755 (A)13 .三相橋式全控整流電路，U=100V,帶電阻電感負(fù)載, 當(dāng)=60:時(shí)，要求:R=5Q, L值極大, 畫出Ud、i d和i VT1的波形； 計(jì)算 Ud、Id、I

9、dT 和 IVTO 解：Ud、id和i VT1的波形如下：U、I d、I dT和I VT分別如下Ud= 2.34 U2cos ?= 2.34 X 100X cos60 = 117 (V)Id= U/R= 117/ 5 = 23.4 (A)I dvt= Id/ 3= 23.4 / 3 = 7.8 (A)I vt= Id/ 3 = 23.4 / 3 = 13.51 (A)14 .單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Q, L=, E=40V, U2=100V,LB=0.5mH當(dāng)-=60 :時(shí)求U、Id與：:的數(shù)值，并畫出整流電壓 Ud的波形。解：考慮Lb時(shí)，有：U = 0.9 U2cos aA U

10、Ud= 2XbI d /n Id=( U E)/ R 解方程組得：Ud=(n R 0.9Ucos a+ 2XE)/(n R+ 2Xb)= 44.55 (V)A Ud= 0.455 (V)I d= 4.55 (A)又Tcos 二cos(:川訐)=n /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=1Q, L二乂，U=220V, LB=1mH 當(dāng)E/F-400V, ：=60:時(shí)求Ud、Id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：U= 2.34 L2cos( n B ) Ud U= 3XbI d /n I d=( Ud一 Em) / R 三式聯(lián)立求

11、解，得Ud= 2.34 n UR cos( n ? B ) + 3XbE / ( n3X) = 290.3 (V)Id= 109.7 (A)由下式可計(jì)算換流重疊角：cos 二 一 cos( - ：) = 2X?I d / 6 U2 = 0.1279cos(120)= 0.6279Y = 128.90 : 120 ：= 8.90 :送回電網(wǎng)的有功功率為P=|EMId |-i：R=400X 109.7-109.7 X 109.7 X 1=31.85(W)28. 單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1Q, L=, U2=100V, L=0.5mH 當(dāng) E/=-99V, ?=60?時(shí)求 Ld、Id和？?

12、的值。解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud = 0.9 U2cos( n - B ) U Ud= 2XbI d /nI d=( Ud Ei)/ R二式聯(lián)立求解，得Ud = n R 0.9U2cos( n - B ) + 2%E /(n R+ 2Xb)= 49.91 (V)Id = 49.09 (A)又Tcos_：i cos(:亠)=2 I dX B / Ufc=0.2181即得出cos(120) =-0.7181換流重疊角? = 135.9 ? 120 =15.9 29 .什么是逆變失敗？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

13、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B等第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=200V, R=10Q, L值極大,E=30V, T=50 s,t on=20 s,計(jì)算輸出電壓平均值 U,輸出電流平均值I。 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二如 E =20沃200 =80(V)T50輸出電流平均值為I o = Uo - Em = 8 =5(A)R105 .在

14、圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V, L值和C值極大，R=20Q, 米用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40 s,仏=25卩s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值 U,輸出電流平均值I。 解：輸出電壓平均值為：uo = E=4050=133.3(V)toff40 - 25輸出電流平均值為：I o = U=33=6.667(A)R 206 .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 ，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

15、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，即當(dāng)V處于通態(tài)期間，Ul = E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，Ul = - U。于是： 所以輸出電壓為： 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)，E LiV回路和R L2-C-V 回路分別流過電流。當(dāng) V處于斷態(tài)時(shí)，E-Li-C-VD回路和R-L2VD回路分 別流過電流。輸出電壓的極性與電源

16、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。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=O, A點(diǎn)電壓Ua= - Uc；相反，當(dāng)S合到A點(diǎn)時(shí)，u二Uc, Ua=O。因此，B 點(diǎn)電壓Ub的平均值為Ub二牛Uc （ UC為電容電壓Uc的平均值），又因電感Li的電 壓平均值為零，所以E二Ub-Uc。另一方面，A點(diǎn)的電壓平均值為UaUc , 且L2的電壓平均值為零，按圖5-5b中輸出電壓U0的極性，有Uo二半U(xiǎn)c。于是 可得出輸出電壓U0與電源電壓E的關(guān)系：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

17、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：Sepic斬波電路在V導(dǎo)通ton期間，Uli =EUl2= Uci在V關(guān)斷t off期間ULi = EUo : UciUl2=:Uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 Li、L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成E t on + ( E Uo Uci) t Off =0Uci t on :Uo t off =0由以上兩式即可得出UO=loi EtoffZeta 電路

18、的原理圖如下：在V導(dǎo)通ton期間，Uli二 EUL2= E：Uci：Uo在V關(guān)斷t off期間Uli = UciUl2=:Uo當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感 Li、L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成 .立E t on + Uci t off =0(E :Uo :Uci) t on ：Uo t off =0由以上兩式即可得出Uo=n Etoff8 .分析圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合圖 3-7b的波形，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，M和VD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構(gòu)成升壓斬波電路，把

19、 直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?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：V導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：V i關(guān)斷，VD續(xù)流：V 2導(dǎo)通，L上蓄能：V 2關(guān)斷，VD導(dǎo)通，向電源回饋能量第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)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的

20、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)無功功 率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在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

21、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.交交變頻電路的最咼輸出頻率是多少？制約輸出頻率提咼的因素是什 么？答：一般來講，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點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交變頻電路的主要特點(diǎn)是：只用一次變流，效率較高；可方便實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻輸出時(shí)的特性接 近正弦波。交交變頻電路的主要不足是：接線復(fù)雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管；受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數(shù)較低；輸 入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。主要用途：500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路， 如軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、