電力電子變流技術(shù)課后答案第2章

1、第二章單相可控整流電路習(xí)題與思考題解21 .什么就是整流？它就是利用半導(dǎo)體二極管與晶閘管得哪些特性來實現(xiàn)得？解 :整流電路就是一種AC DC 變換電路,即將交流電能變換為直流電能得電路,它就是利用半導(dǎo)體二極管得單向?qū)щ娦耘c晶閘管就是半控型器件得特性來實現(xiàn)得。22 .某一電熱裝置(電阻性負載),要求直流平均電壓為75V, 電流為 20A, 采用單相半波可控整流電路直接從 220V交流電網(wǎng)供電。計算晶閘管得控制角“、導(dǎo)通角0、負載電流有效值并選擇晶閘管。解 :(1)整流輸出平均電壓U d=cos a =則 控制角a 60°導(dǎo)通角0 =兀a =120°(2)、負載電流平均值I d

2、=20(A)則R= Ud/Id= 75/20=3、75 a負載電流有效值I,即為晶閘管電流有效值Ivi,所以I=Ivi= = 37、6(A)(3)、當不考慮安全裕量時Ivi =kfeIvEAR =i 、 57IvEAR則晶閘管通態(tài)平均電流IvEAR=Ivi /i、 57=37、 4 /i 、 57=23、 9(A)晶閘管可能承受得最大正反向電壓為(v)所以,可選擇額定通態(tài)平均電流為30A、額定電壓為400V得晶閘管。按裕量系數(shù)2,可選擇額定通態(tài)平均電流為50A、額定電壓為700V得晶閘管。23.帶有續(xù)流二極管得單相半波可控整流電路,大電感負載保證電流連續(xù)。試證明輸出整流電壓平均值，并畫出控制角

3、為a時得輸出整流電壓Ud、晶閘管承受電壓 uvi得波形。解：U d=控制角為a時得輸出整流電壓Ud、晶閘管承受電壓 Uvi得波形參閱教材 P31中得圖23(b) 、 (c) 、 (d) 與 (h) 。24.將單相半波可控整流電路中電阻負載與電感性負載得工作原理作個比較,找出差別,并畫出電阻負載輸出電壓Ud、電流id與晶閘管電壓 UV1波形；寫出Ud、Id計算公式。解 :電阻性負載電路輸出電流id與輸出電壓Ud相位相同，波形相似。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從“至兀，導(dǎo)通角。=兀-"。Ud波形從a至變壓器二次電壓正變負得過零點。電感性負載電路由于電感得儲能作用，輸出電流id與輸出電壓Ud相位不相同，

4、電流id滯后于電壓Ud。而且， 電流id不能隨電壓Ud突變。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從a開始并超過兀過零點，導(dǎo)通角0兀一a。Ud波形從a開始至變壓器二次電壓正變負得過零點后，進入負半周。導(dǎo)通角 0得大小，與負載電感值L有關(guān)，L越大，儲能越多，e亦越大，Ud波形進入變壓器二次電壓負半周得部分亦越多，輸出電壓得平均值 Ud亦下降得越多。當負載為大電感負載時，U近似等于零，此時輸出平均電流I d亦很小。電阻負載輸出電壓 Ud、電流id與晶閘管電壓 UV1波形參閱教材 P 27中得圖21。電阻負載Ud、Id計算公式如下：(1)整流輸出平均電壓U d=(2)、負載電流平均值Id=25.單相半波大電感負載可控整流電

5、路中，帶續(xù)流二極管與不帶續(xù)流二管在輸出電壓Ud與電流id、晶閘管電壓UV1與電流ivi、續(xù)流二極管電壓 UV2與電流iV2波形上有何區(qū)別。寫出帶 續(xù)流二極管時Ud、id、ivi、iv2得平均值與有效值計算公式。解:不帶續(xù)流二管時，當負載為大電感負載時，輸出電壓Ud波形與橫坐標所圍得正負面積相 等,Ud近似等于零，此時輸出平均電流Id亦很小。輸出電壓Ud與電流id、晶閘管電壓UV1與電流iVi得波形參閱教材 P30中得圖22。其中，iVi得波形與id得波形相同。帶續(xù)流二極管時，由于續(xù)流二極管得作用，晶閘管從a開始導(dǎo)通，至變壓器二次電壓正變負得過零點時,由于電感應(yīng)電動勢得作用使續(xù)流二級管導(dǎo)通,晶閘

6、管被迫關(guān)斷,所以,晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從a至兀，導(dǎo)通角0 =兀一a。由于負載為大電感負載，所以負載電流id脈動很小，近似為一平行橫坐標得直線，晶閘管電流 M、續(xù)流二極管電流iV2近似為正向矩形波，導(dǎo)通角分別為。= 兀一0與。=兀 + 0。輸出電壓Ud與電流id、晶閘管電壓UV1與電流iVi、續(xù)流二極管電壓 UV2與電流iV2波形參閱教 材 P31 中得圖23。帶續(xù)流二極管時Ud、id、iVi、iV2得平均值與有效值計算公式如下：(1)輸出電壓得平均值 Ud為Ud=0、 45U2(2 )輸出電壓得有效值值 U為U =(3)輸出電流得平均值Id為(4 )輸出電流得有效值值I為I =(5 )晶閘管得平均電

7、流IV1AR為IV1AR =(6 )晶閘管電流得有效值Ivi為IV1 =(7 )續(xù)流二極管得平均電流I V2AR為IV2AR =(8 )續(xù)流二極管電流得有效值I V2為IV2 =26.有一單相橋式全控整流電路，負載為電阻性，要求a =30。時，Ud=80V, I d=7A。計算整流變壓器得副邊電流I 2, 按照上述工作條件選擇晶閘管。解：Id=Ud/R則 R=Ud/Id=80/70=1、14aUd=0、9U2X (1+cosa )/2則U 2=95V=82、12 (A)(A)IvEAR = Iv1/kfe =58/1、57 P 37 (A)考慮裕量系數(shù)2,2 x 37= 74(A)(v)選額定

8、電流100A、額定電壓300V得晶閘管。27.單相全控橋式整流電路接大電感負載，已知U2=100V, R=10Q , a =45°。(1)負載端不接續(xù)流二極管V4,計算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管電流有效值。(2)負載端接續(xù)流二極管 V4,計算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管、續(xù)流二級管電流有效值。畫出Ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2得波形。解 :(1)負載端不接續(xù)流二極管V4 時輸出電壓平均值為0.9U 2 cos22 2._2U 2 sin .t d .t U 2 cos2022=0、9X100X0、707=63、7(V)輸出直流電流平均值為(A)晶閘管電流得

9、有效值為=4、5(A)(2)負載端接續(xù)流二極管 V4時輸出電壓平均值Ud , 2U2sin .td .t 0.9U21 cos 0.9 100 0.854 76.8(V)22輸出直流電流平均值為(A)晶閘管與整流二極管電流得有效值IV1、IV2為(A)續(xù)流二極管電流得有效值 I V4為=(A)變壓器二次電流得有效值 I 2為(A)接續(xù)流二極管時得 Ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2得波形參閱教材P 41中得圖28。28.單相橋式半控整流電路接電阻性負載，要求輸出整流電壓 0100V連續(xù)可調(diào),30V以上時要求負載電流能達到20A。當(1)采用220V交流電網(wǎng)直接供電；2)采用變壓器

10、降壓供電，最小控制角amin=30。，試分析比較二種供電方式下晶閘管得導(dǎo)通角與電流有效值、交流側(cè)電流有 效值及電源容量。解：(1)采用220V交流電網(wǎng)直接供電時當輸出平均電壓Ud為100V時當輸出平均電壓Ud為30V時導(dǎo)通角Q = K-a ,所以晶閘管導(dǎo)通角0 =90°46°。要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負載電流,故應(yīng)在最小0即最大OC max時，計算晶閘 管電流有效值與變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶閘管平均電流I V1AR= Id/2=10A當a =134° =134 兀 / 180=0、7444 兀時波形系數(shù)為晶閘管電流得有效值為(A)交流

11、側(cè)電流得有效值為(A)交流電源容量為2)采用變壓器降壓供電時Ud=0、 9 U2當a min=30。時，輸出電壓為100V,則變壓器二次電壓為(V)當Ud=30V時得最大控制角OC max為a max 116晶閘管導(dǎo)通角 8 =兀一 a,則8 = 150 64要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負載電流，故應(yīng)在最小0即最大amax時，計算晶閘管電流有效值與變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶閘管平均電流I V1AR= Id/2=10A當a =116° =116 兀 / 180=0、6444 兀時波形系數(shù)為晶閘管電流得有效值(A)變壓器二次電流得有效值(A)變壓器二次容量可見 ,

12、 在可控整流電路輸出較低電壓時, 采用變壓器供電有利于降低所用晶閘管得額定電流與額定電壓, 以及交流電源得容量。因為采用變壓器供電可使可控整流電路在較小控制角a與較低得變壓器二次電壓下運行。29 .單相橋式半控整流電路,由220V 經(jīng)變壓器供電,負載為大電感性并接有續(xù)流二極管。要求輸出整流電壓 2080V連續(xù)可調(diào)，最大負載電流為20A,最小控制角a min = 30 °。試計算晶閘 管、整流管、續(xù)流二極管得電流平均值、有效值以及變壓器容量。解:1、在最小控制角a min與最大整流輸出電壓時，計算變壓器二次電壓U2(V)2、在最小整流輸出電壓時計算出最大控制角a max當Ud=20V時

13、得最大控制角a max為則amax=122°3、在最不利得條件下, 計算各器件得電流有效值與變壓器二次有效值I 2, 因為晶閘管、整流管、續(xù)流二極管電流有效值涉及管芯得發(fā)熱與合理選擇器件得電流額定容量。變壓器二次電流 I 2涉及變壓器容量得選擇, 這些量得計算必須以電路運行中得最大值為基礎(chǔ), 以保證器件與設(shè)備得安全運行。晶閘管與整流二極管電流得平均值IV!AR、IV2AR與有效值Ivi、Iv2其最大值出現(xiàn)在"min=30。時,所以AA續(xù)流二極管電流得平均值I V4AR與有效值I V4其最大值出現(xiàn)在"max=122。時，所以AA變壓器二次電流得有效值I 2其最大值出

14、現(xiàn)在a min=30。時,所以則變壓器二次容量，負載兩端并接續(xù)流二0.9U 2 cos油續(xù)流二極管續(xù)流，210 .單相橋式全控整流電路與單相橋式半控整流電路接大電感負載 極管得作用就是什么？兩者得作用就是否相同?解:單相橋式全控整流電路大電感負載整流輸出平均電壓為22、2Ud Q 02 2U 2 sin .td .t -U2cos其負載兩端并接續(xù)流二極管就是為了使交流電源電壓進入負半周時 使晶閘管關(guān)斷，提高整流輸出電壓得平均值。整流輸出平均電壓為單相橋式半控整流電路接大電感負載，負載兩端并接續(xù)流二極管得作用就是為了避免失控現(xiàn)象得發(fā)生，保證整流電路得安全運行。整流輸出平均電壓亦為211 .單相可

15、控整流電路供電給電阻負載或蓄電池充電（反電勢負載，在控制角“相同，負載電流平均值相等得條件下，哪一種負載晶閘管得額定電流值大一些？為什么？解:反電動勢負載電路中晶閘管得額定電流大一些。因為當控制角為a時，電阻性負載時晶閘管得導(dǎo)通角0 = Tt a o而反電動勢式負載時，當a小于不導(dǎo)電角8時，。=兀28；當a大于不導(dǎo)電角8時，晶閘 管得導(dǎo)通角0 = Tt a 8。所以，反電動勢負載時得波形系數(shù) Kfi大于電阻性負載時得波形系數(shù)隕。當負載電流平均值相等得條件下，反電動勢負載時得晶閘管電流得有效值大于電阻性負載時得晶閘管電流得 有效值。因此，反電動勢負載晶閘管得額定電流大一些。212 .直流電動機負

16、載得特點及其等效電路如何？串接平波電抗器得意義何在？解:直流電動機反電動勢負載，其等效電路為一直流反電動勢與電阻串聯(lián)。由于反電勢得作用，晶閘管得導(dǎo)通角變小，負載電流將出現(xiàn)斷續(xù)，通常反電勢負載得內(nèi)阻 又很小，所以輸出同樣得平均電流，峰值電流很大，因而電流得有效值大，要求電源得容量亦 大。對于直流電動機負載，將使其機械特性變軟，整流換相時產(chǎn)生火花。為使負載電流連續(xù)，克服上述缺點，常在反電勢負載得整流輸出端串聯(lián)平波電抗器，其目得就是利用電感得儲能作用來平衡電流得脈動與延長晶閘管得導(dǎo)通時間。213 .串平波電抗器電動機負載與大電感負載在單相全控橋整流電路中，輸出電壓波形一樣嗎？為什么？電動機得反電動勢

17、Ed不起作用嗎？解:在理想得情況下，二種電路輸出電壓得波形就是一樣得。因為平波電抗器電感量得選擇原則就是：在最小得負載電流Idmin（低速輕載情況下）時，保證負載電流連續(xù)，即晶閘管導(dǎo)電角0 =180°。這就是在最不利情況下，為保證電流連續(xù)選擇得電感L值，當負載電流大于Idmin時,L得儲能增多，電流就不會不連續(xù)。當負載電流連續(xù)時，其輸出電壓得波形與大電感負載電路相同電動機得反電動勢 Ed不就是不起作用，串平波電抗器得反電勢負載電流連續(xù)時，晶閘管導(dǎo)通角e =180° ,波形與大電感負載時相同，輸出電壓u d交流分量幾乎全部降落在電抗器上，反電勢負載(例如直流電動機)上得電壓脈

18、動很小，負載電流id波形基本平直，可以近似瞧成為平行于 橫坐標得直線,晶閘管電流波形為180°得矩形波。所以,各種參數(shù)之間得數(shù)量關(guān)系,也與大電感負載時相同。只就是由于反電勢得作用,負載電流得平均值為Id=(udE)/R,214 .對單相大電感性負載可控整流電路，畫圖說明全控橋與半控橋輸出電壓ud、晶閘管電流ivi與變壓器二次電流i2波形得差別。半控橋加續(xù)流二極管與其不加續(xù)流二極管時又有何差 別？解:單相全控橋大電感性負載可控整流電路，輸出電壓Ud、晶閘管電流ivi與變壓器二次電流i2波形如教材P37中得圖26(d)、(g)、(h)所示。晶閘管導(dǎo)電角為0=汽，對應(yīng)橋臂對管輪流導(dǎo)通與關(guān)斷，電流ivi波形為為180°得正向矩形波。變壓器二次電流i2波形為正負180。得矩形波。當a >0。時，輸出電壓ud波形將進入交流電源得負半周。半控橋加接續(xù)流二極管 V4后，輸出電壓Ud與變壓器二次電流i2得波形與不接續(xù)流二極管 V4時相同，如教材P41中得圖28(d)、(j)所示。而晶閘管與整流二極管得導(dǎo)