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(lái)實(shí)現(xiàn)得？解 :整流電路就是一種 ACDC 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(lái)實(shí)現(xiàn)得。22. 某一電熱裝置 (電阻性負(fù)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(jì)算晶閘管得控制角、導(dǎo)通角 、負(fù)載電流有效值并選擇晶閘管。解:(1)整流輸出平均電壓d=cos=則控制角 60° 導(dǎo)通角 = =120°(2)、負(fù)載電流平均值I d=20(

2、A)則RUdI d7520=3、75負(fù)載電流有效值 I,即為晶閘管電流有效值 IV1,所以I=I V1=37、6(A)(3)、當(dāng)不考慮安全裕量時(shí)IV1=kfeIVEAR =1、 57IVEAR 則晶閘管通態(tài)平均電流IVEAR =IV1 /1、57=37、4 /1、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(fù)載保證電流連續(xù)。試證明輸出整流電壓平均值 ,并畫出控制角為時(shí)得輸出整

3、流電壓ud、晶閘管承受電壓 uV1 得波形。解 : d=控制角為時(shí)得輸出整流電壓ud、晶閘管承受電壓 uV1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(fù)載與電感性負(fù)載得工作原理作個(gè)比較,找出差別 ,并畫出電阻負(fù)載輸出電壓 ud、電流 i d與晶閘管電壓 uV1波形 ;寫出 Ud、 Id計(jì)算公式。解:電阻性負(fù)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, 導(dǎo)通角。 ud 波形從至變壓器二次電壓正變負(fù)得過(guò)零點(diǎn)。電感性負(fù)載電路由于電感得儲(chǔ)能作用 ,輸出電流 id 與輸出電壓 ud相位不相同 ,電

4、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 開始并超過(guò)過(guò)零點(diǎn) ,導(dǎo)通角 > 。ud 波形從 開始至變壓器二次電壓正變負(fù)得過(guò)零點(diǎn)后,進(jìn)入負(fù)半周。導(dǎo)通角 得大小 ,與負(fù)載電感值 L有關(guān), L越大,儲(chǔ)能越多 , 亦越大, ud波形進(jìn)入變壓器二次電壓負(fù)半周得部分亦越多,輸出電壓得平均值 Ud亦下降得越多。當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時(shí), Ud近似等于零 , 此時(shí)輸出平均電流I d 亦很小。電阻負(fù)載輸出電壓 ud、電流 i d與晶閘管電壓 uV1 波形參閱教材 27中得圖 21。電阻負(fù)載 Ud、Id 計(jì)算公式如下 :(1) 整流輸出平均電壓d=(2) 、負(fù)載電流平

5、均值Id=25. 單相半波大電感負(fù)載可控整流電路中,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 i V1、續(xù)流二極管電壓 uV2 與電流 i V2波形上有何區(qū)別。寫出帶 續(xù)流二極管時(shí) ud、 id、iV1、iV2 得平均值與有效值計(jì)算公式。解 :不帶續(xù)流二管時(shí) ,當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時(shí) ,輸出電壓 ud波形與橫坐標(biāo)所圍得正負(fù)面積相 等,Ud近似等于零 ,此時(shí)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 i V1得波形參閱教材 P30中得圖 22。其中 ,iV1 得波形與 i d得波形相同。帶續(xù)流二極管時(shí) ,由于續(xù)流二極管

6、得作用 ,晶閘管從開始導(dǎo)通 ,至變壓器二次電壓正變負(fù) 得過(guò)零點(diǎn)時(shí) ,由于電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)得作用使續(xù)流二級(jí)管導(dǎo)通,晶閘管被迫關(guān)斷 ,所以 ,晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至 ,導(dǎo)通角。由于負(fù)載為大電感負(fù)載,所以負(fù)載電流 id 脈動(dòng)很小 ,近似為一平行橫坐標(biāo)得直線 ,晶閘管電流 iV1、續(xù)流二極管電流 iV2 近似為正向矩形波 ,導(dǎo)通角分別為 與。輸出電壓 ud與電流 id、晶閘管電壓 uV1 與電流 iV1、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(shí) ud、id、iV1、iV2 得平均值與有效值計(jì)算公式如下 :()輸出電壓得平均值 Ud為Ud=0、 45U2( )

7、輸出電壓得有效值值 U 為U =()輸出電流得平均值 Id 為( )輸出電流得有效值值 I 為I( )晶閘管得平均電流 IV1AR 為IV1AR =( )晶閘管電流得有效值 IV1 為IV1=( )續(xù)流二極管得平均電流 IV2AR 為IV2AR =()續(xù)流二極管電流得有效值 IV2 為IV2=26. 有一單相橋式全控整流電路 ,負(fù)載為電阻性 ,要求 =30°時(shí), Ud=80V, I d=7A。計(jì)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=UdR,則 R=UdId=8070=1、 14Ud=0、9U2× (1+cos)2則U 2=95V 82、12

8、 (A)(A)IVEAR=IV1kfe =58 1、 5737 (A)考慮裕量系數(shù) 2,× 3774(A)(V)選額定電流 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(fù)載,已知 U 2=100V, R=10 , =45°。(1)負(fù)載端不接續(xù)流二極管 V4, 計(jì)算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管電流有效值。(2)負(fù)載端接續(xù)流二極管 V4, 計(jì)算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管、續(xù)流二級(jí)管電流 有效值。畫出 ud、 id、 i V11、i V4 及變壓器次級(jí)電流 i2得波形。解 :(1)負(fù)載端不接續(xù)流二極管 V4 時(shí)輸出電壓平均值為2U 2 s

9、in .t d .t22U 2 cos0.9U 2 cos0、9×100×0、70763、 7(V)輸出直流電流平均值為(A)晶閘管電流得有效值為= 4、 5(A)(2)負(fù)載端接續(xù)流二極管 V4 時(shí)輸出電壓平均值U d 22U2sin .td .t 0.9U2 1 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 I V1、I V2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(shí)得ud、id、iV11、iV4 及變壓器次級(jí)電流i2得波形參閱教材41

10、 中得圖28。28. 單相橋式半控整流電路接電阻性負(fù)載,要求輸出整流電壓 0 100V 連續(xù)可調(diào) ,30V 以上時(shí)要求負(fù)載電流能達(dá)到 20A 。當(dāng)(1)采用 220V 交流電網(wǎng)直接供電 ;2)采用變壓器降壓供電 ,最小 控制角 min=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(shí)當(dāng)輸出平均電壓 d為 100V 時(shí)當(dāng)輸出平均電壓 Ud為 30V 時(shí)導(dǎo)通角 , 所以晶閘管導(dǎo)通角 90° 46°。 要求在此導(dǎo)通角范圍之間 , 均能輸出 20A負(fù)載電流 , 故應(yīng)在最小 即最大 m

11、ax時(shí), 計(jì)算晶閘 管電流有效值與變壓器二次電流有效值。I d=20A,則晶閘管平均電流 I V1AR I d 2=10A 當(dāng) 134° =134 180=0、 7444時(shí) 波形系數(shù)為晶閘管電流得有效值為（）交流側(cè)電流得有效值為（）交流電源容量為2）采用變壓器降壓供電時(shí)Ud=0、 9 U2當(dāng) min=30°時(shí),輸出電壓為 100V,則變壓器二次電壓為（V）當(dāng) Ud=30V 時(shí)得最大控制角 max為 max 116 ° 晶閘管導(dǎo)通角 , 則 150° 64° 要求在此導(dǎo)通角范圍之間 , 均能輸出 20A負(fù)載電流 , 故應(yīng)在最小即最大 max時(shí),

12、計(jì)算晶閘 管電流有效值與變壓器二次電流有效值。I d=20A,則晶閘管平均電流 I V1AR I d 2=10A 當(dāng) 116° =116 180=0、 6444時(shí) 波形系數(shù)為晶閘管電流得有效值（）變壓器二次電流得有效值（）變壓器二次容量可見 ,在可控整流電路輸出較低電壓時(shí) ,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?yàn)椴捎米儔浩鞴╇娍墒箍煽卣麟娐吩谳^小控制角 與較低得變壓器二次電壓下運(yùn)行。29. 單相橋式半控整流電路 ,由 220V 經(jīng)變壓器供電 ,負(fù)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(fù)載電流為

13、20A, 最小控制角 min30°。試計(jì)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 min與最大整流輸出電壓時(shí) ,計(jì)算變壓器二次電壓 U2(V)2、在最小整流輸出電壓時(shí)計(jì)算出最大控制角max當(dāng) Ud=20V 時(shí)得最大控制角 max為則 max=122°3、在最不利得條件下 ,計(jì)算各器件得電流有效值與變壓器二次有效值I 2,因?yàn)榫чl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(jì)算必須以電路運(yùn)行中得最大值為基礎(chǔ) , 以保證器 件與設(shè)備得安全運(yùn)行。

14、晶閘管與整流二極管電流得平均值I V!AR、 I V2AR與有效值 IV1、I V2其最大值出現(xiàn)在 min=30°時(shí) , 所以 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(shí) , 所以 A變壓器二次電流得有效值 I 2其最大值出現(xiàn)在 min=30°時(shí) , 所以則變壓器二次容量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(fù)載,負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管得作用就是什么？?jī)烧叩米饔镁褪欠裣嗤?？?單相橋式全控整流電路大電感負(fù)載整流輸出平均電壓為202U 2 sin .t d .t22U 2 cos0.9U 2 cos

15、,由續(xù)流二極管續(xù)流其負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管就是為了使交流電源電壓進(jìn)入負(fù)半周時(shí) 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(fù)載,負(fù)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(yùn)行。整流輸出平均電壓亦為211. 單相可控整流電路供電給電阻負(fù)載或蓄電池充電（反電勢(shì)負(fù)載 ）,在控制角相同 ,負(fù)載電流平均值相等得條件下 ,哪一種負(fù)載晶閘管得額定電流值大一些？為什么？解 :反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載電路中晶閘管得額定電流大一些。因?yàn)楫?dāng)控制角為時(shí), 電阻性負(fù)載時(shí)晶閘管得導(dǎo)通角。而反電動(dòng)勢(shì)式負(fù)載時(shí) , 當(dāng)小于不導(dǎo)電角時(shí) , 2 ; 當(dāng)大于不導(dǎo)電角時(shí)

16、 , 晶閘 管得導(dǎo)通角。所以,反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)得波形系數(shù) Kf1 大于電阻性負(fù)載時(shí)得波形系數(shù) Kf2。當(dāng)負(fù)載電流平均 值相等得條件下 , 反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)得晶閘管電流得有效值大于電阻性負(fù)載時(shí)得晶閘管電流得 有效值。因此 , 反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載晶閘管得額定電流大一些。212. 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載得特點(diǎn)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(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 ,其等效電路為一直流反電動(dòng)勢(shì)與電阻串聯(lián)。由于反電勢(shì)得作用 , 晶閘管得導(dǎo)通角變小 ,負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù) , 通常反電勢(shì)負(fù)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(duì)于直流

17、電動(dòng)機(jī)負(fù)載 , 將使其機(jī)械特性變軟 , 整流換相時(shí)產(chǎn)生火花。為使負(fù)載電流連續(xù) ,克服上述缺點(diǎn) , 常在反電勢(shì)負(fù)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(chǔ)能作用來(lái)平衡電流得脈動(dòng)與延長(zhǎng)晶閘管得導(dǎo)通時(shí)間。213. 串平波電抗器電動(dòng)機(jī)負(fù)載與大電感負(fù)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(dòng)機(jī)得反電動(dòng)勢(shì)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?yàn)槠讲娍蛊麟姼辛康眠x擇原則就是 : 在最小得負(fù)載電流 I dmin（低速輕載情況下 ）時(shí), 保 證負(fù)載電流連續(xù) , 即晶閘管導(dǎo)電角 =180°。這就是在最不利情況下 , 為保證電流連

18、續(xù)選擇得 電感 L值,當(dāng)負(fù)載電流大于 I dmin時(shí),L 得儲(chǔ)能增多 ,電流就不會(huì)不連續(xù)。當(dāng)負(fù)載電流連續(xù)時(shí) , 其 輸出電壓得波形與大電感負(fù)載電路相同電動(dòng)機(jī)得反電動(dòng)勢(shì) Ed 不就是不起作用 ,串平波電抗器得反電勢(shì)負(fù)載電流連續(xù)時(shí),晶閘管導(dǎo)通角 =180°,波形與大電感負(fù)載時(shí)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(shì)負(fù)載 (例如直流電動(dòng)機(jī) )上得電壓脈動(dòng)很小 ,負(fù)載電流 id 波形基本平直 ,可以近似瞧成為平行于 橫坐標(biāo)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(fù)載時(shí)相同。只就是由于反電勢(shì)得作用,負(fù)載電流得平均值為Id=(UdE)/R,214. 對(duì)單相大電感性負(fù)載可控整流電路 ,畫圖說(shuō)明全控橋與半控橋輸出電壓ud、晶閘管電流 iV1 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(shí)又有何差 別