《電力電子技術(shù)》習(xí)題解答(高職高專第5版)第2章習(xí)題答案

1、第2章思考題與習(xí)題 2.1 什么是整流？它與逆變有何區(qū)別？ 答：整流就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，而將直流轉(zhuǎn)換為交流電能稱為逆變，它是對 應(yīng)于整流的逆向過程。 2.2 單相半波可控整流電路中，如果： (1)晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖； (2)晶閘管內(nèi)部短路； (3)晶閘管內(nèi)部斷開； 試分析上述三種情況負(fù)載兩端電壓 Ud和晶閘管兩端電壓 UT的波形。 答：(1)負(fù)載兩端電壓為 0,晶閘管上電壓波形與 U2相同； (2)負(fù)載兩端電壓為 U2,晶閘管上的電壓為 0； (3)負(fù)載兩端電壓為 0,晶閘管上的電壓為 120 2.3 某單相全控橋式整流電路給電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載供電，在流過負(fù)載電流平均值 相同

2、的情況下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇大一些 ？ 答：帶大電感負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選擇小一些。由于具有電感，當(dāng)其電流增大時， 在電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 抑制電流增加。電阻性負(fù)載時整流輸出電流的峰值大些， 在流 過負(fù)載電流平均值相同的情況下，為防此時管子燒壞，應(yīng)選擇額定電流大一些的管子。 2.4 某電阻性負(fù)載的單相半控橋式整流電路， 若其中一只晶閘管的陽、陰極之間被燒斷， 試畫出整流二極管、晶閘管兩端和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。 解：設(shè)a =0, T2被燒壞，如下圖: Ud=24V 時 121 180 121 59 2.5 相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的 Ud與Id的乘積是否等于

3、負(fù)載有功功 率，為什么？帶大電感負(fù)載時，負(fù)載電阻 Rd上的Ud與Id的乘積是否等于負(fù)載有功功率，為 什么？ 答：相控整流電路帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電阻上的平均功率 Pd UdId不等于負(fù)載有功 功率P UI。因為負(fù)載上的電壓、電流是非正弦波，除了直流 Ud與Id外還有諧波分量 Ui,U2,和Ii12,，負(fù)載上有功功率為 P VPd2 Pi2 P22 Pd UdId。 相控整流電路帶大電感負(fù)載時，雖然 Ud存在諧波，但電流是恒定的直流，故負(fù)載電阻 Rd上的Ud與Id的乘積等于負(fù)載有功功率。 2.6 某電阻性負(fù)載要求 024V直流電壓，最大負(fù)載電流 Id=30A,如采用由220V交流直 接供電和由變

4、壓器降壓到 60V供電的單相半波相控整流電路， 是否兩種方案都能滿足要求 試比較兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、 額定電壓、額定電流、電路的功率因數(shù)及對電源容 量的要求。 解：采用由220V交流直接供電當(dāng) 0時: Udo=0.45U 2=0.45 220 =99V 由變壓器降壓到60V供電當(dāng) 0時： Ud=0.45U2=0.45 60 =27V 因此，只要調(diào)節(jié) 都可以滿足輸出024V直流電壓要求。 (1)采用由220V交流直接供電時： 1 cos U d 0.45U 2 , 2 2.7某電阻性負(fù)載，Rd=50 Q要求Ud在0600V可調(diào)，試用單相半波和單相全控橋兩種 電源提供視在功率 S U2I

5、2 84 220 18.58kVA ，一 P 電源側(cè)功率因數(shù) PF 0.305 S (2)采用變壓器降壓到 60V供電： 1 cos U d 0.45U 2 , 2 Ud=24V 時 39 , 180 39 141 UT .2U2 84.4V IT 1 2U2 sin t2d t 51.38A ,2 0 R 變壓器二次側(cè)有功功率 P I22R 51.382 0.8 2112W 變壓器二次側(cè)視在功率 S U2I2 60 51.38 3.08kVA ，一 P 電源側(cè)功率因數(shù) PF 0.68 SUT 、. 2U2 311V IT 1 ，2U2 2 , - sin t d t 84A ,2 R Ud

6、Id 24 30 0.8 IT(AV) IT 1.584 1.554A 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 622V 和 108A 。 電源提供有功功率 P I22R 842 0.8 5644.8W Ud Id 24 30 0.8 I T(AV) IT 1.551.38 32.7A 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 168.8V 和 65.4A。 整流電路來供給，分別計算: (1)晶閘管額定電壓、電流值； (2)連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積(導(dǎo)線允許電流密度j=6A/mm2); (3)負(fù)載電阻上消耗的最大功率。 解：(1)單相半波 0 時,U2 Ud- 600- 1333

7、V , Id 以 600 12A 0.45 0.45 Rd 50 晶閘管的最大電流有效值 IT 1.57ld 18.8A 晶閘管額定電流為 IT(AV) -TJ 12(A) 1.57 晶閘管承受最大電壓為 URM . 2U 2 =1885V 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 4000V和30A。 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電壓、額定電流分別為 4000V和20A。 所選導(dǎo)線截面積為 S I J 13.36 2.22mm2 負(fù)載電阻上最大功率 PR I 2R 8.9kW 2.8整流變壓器二次側(cè)中間抽頭的雙半波相控整流電路如圖題 2.8所示。 (1)說明整流變壓器有無直流磁化問題

8、 ？ (2)分別畫出電阻性負(fù)載和大電感負(fù)載在 “ =60時的輸出電壓 Ud、電流id的波形，比較 與單相全控橋式整流電路是否相同。若已知 U2=220V,分別計算其輸出直流電壓值 Udo (3)畫出電阻性負(fù)載 a =60時晶閘管兩端的電壓 uT波形，說明該電路晶閘管承受的最大 所選導(dǎo)線截面積為 S I J 18.86 3.13mm2 負(fù)載電阻上最大功率 2 PR IT R 17.7kW (2)單相全控橋 c , U d 600 0 時,U2 667V , Id 0.9 0.9 Ud Rd 600 50 12A 負(fù)載電流有效值 I 1.11I d 13.3A (Kf=1.11) 晶閘管的額定電流

9、為 IT(AV) 6(A) 1.57 I IT= 一 、- 2 晶閘管承受最大電壓為 U RM 2U 2 =1885V 反向電壓為多少？ 圖題2.8 解：(1)因為在一個周期內(nèi)變壓器磁通增量為零，所以沒有直流磁化。 (2)其波形如下圖所示，與單相全控橋式整流電路相同。 0、 電阻性負(fù)載： Ud 0.9U21 cos 0.9 220 (1 cos60 ) 148.5V 2 2 感性負(fù)載： Ud 0.9U 2 cos 99V (3)其波形如下圖所示，晶閘管承受的最大反向電壓為 24句2。 2.9 帶電阻性負(fù)載三相半波相控整流電路，如觸發(fā)脈沖左移到自然換流點之前 15。處， 分析電路工作情況，畫出觸

10、發(fā)脈沖寬度分別為 10。和20。時負(fù)載兩端的電壓 Ud波形。 解：三相半波相控整流電路觸發(fā)脈沖的的最早觸發(fā)時刻在自然換流點， 如觸發(fā)脈沖左移 到自然換流點之前15。處，觸發(fā)脈沖寬度為 10。時，不能觸發(fā)晶閘管， Ud=0O觸發(fā)脈沖寬度 為15。時，能觸發(fā)晶閘管，其波形圖相當(dāng)于 a =0時的波形。 2.10 三相半波相控整流電路帶大電感負(fù)載， Rd=10，相電壓有效值 U2=220V。求a =45 時負(fù)載直流電壓 Ud、流過晶閘管的平均電流 IdT和有效電流IT,畫出ud、iT2、UT3的波形。 1 k _ 一 一一 一 解：Ud - 6 2U2Sin td( t) 1.17U 2 cos 2

11、/3 6 因為：U 2 220V , 450 Ud=1.17U 2 COS45 =182V Ud、iT2、UT3波形圖如下所示: (1)熔斷器1FU熔斷。 (2) 熔斷器2FU熔斷。 (3)熔斷器2FU、3FU同時熔斷。 IIT 3FU II IId Ud 182V 10 18.2A I dT Id 31d 6.1A 131d 10.5A 2 I T Ld 2.11在圖題2.11所示電路中，當(dāng) a =60時，畫出下列故障情況下的 Ud波形。 1FU A = = I I i - 解：這三種情況下的波形圖如下所示: 圖題2.11 (a) 螞清1 . WjW b 珥 E *rr | 認(rèn)T 工筆% %

12、/ k二k丸冬 d *二, id上也七出H匕 ：； 出一 (b) 皿 Id 1 (2 3) 1.17 . 2 3 2 2.13 三相全控橋式整流電路帶大電感負(fù)載，負(fù)載電阻 變化。試求: (1)不考慮控制角裕量時，整流變壓器二次線電壓。 (2)計算晶閘管電壓、電流值，如電壓、電流取 2倍裕量，選擇晶閘管型號。 解：(1)因為Ud=2.34U 2 cos ；不考慮控制角裕量, Ud U2 - 94V 2.34 U2l .3U2 168.2V (2)晶閘管承受最大電壓為 .6U2 230.3V 取2倍的裕量，URM=460.6V 晶閘管承受的平均電流為 IdT=1 Id 3 選才i KP50- 5的

13、晶閘管。 2.14 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路中，作為 Ubb的削波穩(wěn)壓管 Dw兩端如并接濾波電容，電路能 否正常工作？如穩(wěn)壓管損壞斷開，電路又會出現(xiàn)什么情況 ？ 答：在用I壓管 Dw兩端如并接濾波電容后，電路能否正常工作。如穩(wěn)壓管損壞斷開，單 結(jié)晶體管上峰值電壓太高，不利于單結(jié)晶體管工作。 2.15 三相半波相控整流電路帶電動機負(fù)載并串入足夠大的電抗器，相電壓有效值 U2=220V,電動機負(fù)載電流為 40A ,負(fù)載回路總電阻為 0.2烏求當(dāng)a =60時流過晶閘管的電 流平均值與有效值、電動機的反電勢。 解：電流平均值為：IdT=1 Id=40/3=13.3 330 時 1T U2 1 Rd 2 2

14、、3 c cos2 3 2 23.5A Rd=4Q,要求 Ud從0220V之間 又因為Id 5 Rd 220V 55A 4 所以 IdT=18.33A , 取 2 倍的裕量 IdTmax=36.67(A) Ud ED IdRL 50 100 10 6 150、一 - )11 ,6 100 1 5V 等效內(nèi)阻r 3V 0.01 150A 2.17 晶閘管裝置中不采用過電壓、 過電流保護(hù)，選用較高電壓和電流等級的晶閘管行不 答：晶閘管裝置中必須采用過電壓、過電流保護(hù)，而不能用高電壓、高電流的晶閘管代 替，因為在電感性負(fù)載裝置中， 晶閘管在開關(guān)斷過程中， 可能會出現(xiàn)過沖陽極電壓，此時極 易損壞晶閘管

15、。當(dāng)未采取過電流保護(hù)，而電路過載或短路時更易損壞晶閘管。 2.18 什么是有源逆變？有源逆變的條件是什么？有源逆變有何作用？ 答：如果將逆變電路交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上， 把直流電逆變成同頻率的交流電， 反送到 電網(wǎng)上去稱為有源逆變。 有源逆變的條件： (1) 一定要有直流電動勢，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流 電流有效值為: IT Id ,3 0.511Id 23A 設(shè)電動機的反電勢為 ED,則回路方程為: 所以 Ud i 6 2 /3 6 .2U 2 sin td ( t) 1.17U 2 cos 128.7V ED 128.7 40 0.2 120.7V 2.16三相全控橋電路帶串聯(lián) Ld的電動機負(fù)載，已知變壓器二次電壓為 100V,變壓器每 相繞組折合到二次側(cè)的漏感 LI為100pH,負(fù)載電流為150A,求: 由于漏抗引起的換相壓降; (2)該壓降所對應(yīng)整流裝置的等效內(nèi)阻及 a =0時的換相重疊角。 解：(1) U 3X3 3 2 50 100 10 6 150 1.5V 2 1 / (2) COS (COS 2 3) ,6U2COS 1 (1 2 器直流側(cè)的平均電壓; (2)變流器必須工作在 萬的區(qū)域內(nèi)使 Ud0。 有源逆變的作用： 它可用于直流電機的可逆