電力電子課后習(xí)題作業(yè)講解

1、第二章 電力電子器件4. 圖1-1中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。圖1-1 晶閘管導(dǎo)電波形解：a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.6741Ic) Id3= ImI3 = Im5. 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、Id2、Id3各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少?解：額定電流I T(AV) =100A的晶閘管，允許的電流有效值I =157A，由上題

2、計算結(jié)果知a) Im1329.35A，Id10.2717 Im189.48Ab) Im2232.90A,Id20.5434 Im2126.56Ac) Im3=2 I = 314A,Id3= Im3=78.5A6. GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為什么GTO能夠自關(guān)斷，而普通晶閘管不能？答：GTO和普通晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成兩個晶體管V1、V2,分別具有共基極電流增益和，由普通晶閘管的分析可得，+=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。+1，兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；+1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因為GTO與普通晶閘管在設(shè)

3、計和工藝方面有以下幾點不同：1) GTO在設(shè)計時較大，這樣晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；2) GTO導(dǎo)通時的+更接近于1，普通晶閘管+1.15，而GTO則為+1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷提供了有利條件；3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。第三章整流電路5單相橋式全控整流電路，U2=200V，負載中R=2，L值極大，反電勢E=100V，當(dāng)a=45°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(cè)電流

4、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，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9×200×cos45°127.28(A)Id (UdE)/R(127.28100)/213.64(A)I2Id 13.64(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2200282.8（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTId 9.64（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)×282.8565.6848.4（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)×9.6

5、41.579.2112.28（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。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(dāng)a=60°時，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下圖： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud1.17U2cosa1.17×100×cos60°58.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId6.755（A）13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5

6、，L值極大，當(dāng)a=60°時，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cosa2.34×100×cos60°117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId23.413.51（A） 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(dāng)a=60°時求Ud、Id與g 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時，有：Ud0.9U2cosUdU

7、d2XBIdId（UdE）R 解方程組得：Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又U2 即得出=0.4798 換流重疊角g 61.33°- 60°=1.33° 最后，作出整流電壓Ud的波形如下：17三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，a=60°，當(dāng)LB=0和LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求g 并分別作出ud與iT的波形。解：當(dāng)LB0時：Ud2.34U2cos2.34×220×cos60°257.4（V）Id

8、（UdE）R（257.4200）157.4（A）當(dāng)LB1mH時Ud2.34U2cosUdUd3XBIdId（UdE）R解方程組得：Ud（2.34U2R cos3XBE）（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又2XBIdU20.448563.35°60°3.35°ud、IVT1和IVT2的波形如下： 21試計算第13題中i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已求得Id23.4（A）由此可計算出5次和7次諧波分量的有效值為：I25Id5×23.453.65（A）I27Id7

9、×23.472.61（A）27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)EM=-400V，b=60°時求Ud、Id與g 的值，此時送回電網(wǎng)的有功功率是多少？解：由題意可列出如下3個等式：Ud-2.34U2cosUdUd3XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得Ud-2.34U2R cos3XBEM(R3XB)290.3（V）Id109.7（A） 由下式可計算換流重疊角：2XBIdU20.1279-0.6279128.90°120°8.90°送回電網(wǎng)的有功功率為P=-400×109.7+109.

10、72×1=-31.85(kW)28單相全控橋，反電動勢阻感負載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，b=60°時求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出如下3個等式：Ud-0.9U2cosUdUd2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得Ud-R 0.9U2cos2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又U2=0.2181 即得出=-0.7181 換流重疊角g 135.9°- 120°=15.9°第四章 逆變電路4電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？答：在

11、電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。5. 三相橋式電壓型逆變電路，180°導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值U

12、UV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV5。 解：輸出相電壓的基波幅值為=63.7(V)輸出相電壓基波有效值為：=45(V)輸出線電壓的基波幅值為=110(V)輸出線電壓基波的有效值為=78(V)輸出線電壓中五次諧波的表達式為：其有效值為：=15.59(V)第五章 直流-直流變流電路 1簡述圖5-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導(dǎo)通一段時間ton，由電源E向L、R、M供電，在此期間，uoE。然后使V關(guān)斷一段時間toff，此時電感L通過二極管VD向R和M供電，uo0。一個周期內(nèi)的平均電壓Uo。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。

13、2在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，已知E=200V，R=10，L值極大，EM=20V，T=50s,ton=20s,計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：由于L值極大，故負載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為Uo=80(V)輸出電流平均值為Io =5(A)3在圖5-1a所示的降壓斬波電路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，EM=20V，采用脈寬調(diào)制控制方式，T=20s，當(dāng)ton=10s時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續(xù)。解：由題目已知條件可得：m=0.2=0.002 當(dāng)ton=10s時，有=0.01ar=0.00

14、5 由于=0.498>m所以輸出電流連續(xù)。 此時輸出平均電壓為Uo =50(V) 輸出平均電流為Io =60(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為Imax=60.30(A)Imin=59.6(A)5在圖5-2a所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=25，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=50s，ton=20s時，計算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。解：輸出電壓平均值為：Uo =83.33(V)輸出電流平均值為：Io =3.33(A)11. 試分析正激電路和反激電路中的開關(guān)和整流管在工作中承受的最大電壓、最大電流和平均電流。正激電路：最大電壓最大電流平均電流開關(guān)(

15、1+N1/N3)UiN2 Io /N1DN2 Io /N1整流二極管VD1N2Ui /N3IoDIo反激電路：最大電壓最大電流平均電流開關(guān)Ui+ N1Uo /N2N2 Io /N1（1-D）N2 Io /N1整流二極管N2Ui /N1+ UoIo（1-D）Io12. 試分析全橋、半橋和推挽電路中的開關(guān)和整流管在工作中承受的最大電壓、最大電流和平均電流。全橋電路：最大電壓最大電流平均電流開關(guān)UiN2 Io /N1N2 Io /2N1整流二極管N2Ui /N1IoIo /2半橋電路：最大電壓最大電流平均電流開關(guān)UiN2 Io /N1N2 Io /2N1整流二極管N2Ui /2N1IoIo /2推挽電路：最大電壓最大電流平均電流開關(guān)2UiN2 Io /N1N2 Io /2N1整流二極管N2Ui /N1IoIo /2 3. 單極性和雙極性PWM調(diào)制有什么