電力電子技術(shù)課后習(xí)題答案

1、第一章 電力電子器件1.1 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：晶閘管承受正相陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；蛘遀AK >0且UGK>01.2 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。1.3 圖143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。解：a) Id1= I1= b) Id2=I2= c) Id3= I3=1.4.上題中如果不考慮安全裕量,問1

2、00A的晶闡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IT(AV)=100A的晶閘管，允許的電流有效值I=157A,由上題計算結(jié)果知a) Im1A, Id10.2717Im189.48Ab) Im2 Id2 c) Im3=2I=314 Id3= 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和普通晶闡管同為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，由普通晶闡管的分析可得，是器件臨界導(dǎo)通的條件。兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通；不能維持飽和導(dǎo)

3、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)計和工藝方面有以下幾點不同： l)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l，普通晶閘管，而GTO則為，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。和電力MOSFET的驅(qū)動電路各有什么特點?答：IGBT驅(qū)動電路的特點是:驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻，GBT是電壓驅(qū)動型器件，IGBT的驅(qū)動多采用專用的

4、混合集成驅(qū)動器。 電力MOSFET驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。1.9.試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。解:對GBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表：器件優(yōu)點缺點IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小。開關(guān)速度低于電力MOSFET，電壓,電流容量不及GTO 。電力MOSFET開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。

5、第2章 整流電路 2.1.單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L=20Mh，U2=100V，求當(dāng)時和時的負(fù)載電流Id，并畫出Ud與Id波形。解：時，在電源電壓U2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負(fù)載電感L儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓U2的負(fù)半周期，負(fù)載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓U2的一個周期中下列方程成立：考慮到初始條件：當(dāng)時id=0可解方程：Ud與Id的波形如下圖： 當(dāng)a=時，在U2的正半周期期間，晶閘管導(dǎo)通使電感L儲能，電感L儲藏的能量在U2負(fù)半周期期間釋放，因此在U2的一個周期中期間，下列微分方程成立：考慮到初始條件：當(dāng)時id=0可解方程得：id=其

6、平均值為Id=此時Ud與id的波形如下圖：2. 2圖1為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路,問該變壓器還有直流磁化問題嗎?試說明: 晶閘管承受的最大反向電壓為2U2; 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒有直流磁化問題。因為單相全波可控整流電路變壓器二次側(cè)繞組中，在正負(fù)半周上下繞組中的電流方向相反，波形對稱，其一個周期內(nèi)的平均電流為零，故不存在直流磁化的問題。以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 以晶閘管VT2為例。當(dāng)VT1導(dǎo)通時，晶閘管VT2通過VT1與2個變壓器二次繞組并聯(lián)，所以

7、VT2承受的最大電壓為2U2。 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角相同時，對于電阻負(fù)載：(O)期間無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；()期間,單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTl、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U2相等；( )期間均無晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；(2)期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于U2。 對于電感負(fù)載： ( )期間，單相全波電路中VTl導(dǎo)通，單相全控橋電路中VTl、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓U2相等； (2)期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于-U2?？梢?，兩

8、者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時，則輸出電流也相同。2.3.單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=20，L值極大，當(dāng)=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，變壓器二次電流有效值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：輸出平均電壓Ud、電流Id、變壓器二次電流有效值I2分別為： Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos77.97（V） IdUd/R=77.97/2=38.99(A) I2=Id=38.99(A)晶閘管承受的最大反向電壓為： U2=100=141.4(V)

9、- 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： UN=(23)×141.4=283424(V) 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 流過晶閘管的電流有效值為： IVT=Id/=27.57(A) 晶閘管的額定電流為： IN=(1.52)×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。2.4.單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。解：注意到二極管的特點:承受電壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下：2.5.單相橋式全控

10、整流電路，U2 =100V，負(fù)載R=20，L值極大，反電勢E=60V，當(dāng)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、變壓器二次測電流有效值I分別為： Ud=0.9U2cos=O.9×100×cos=77.97(V) Id=(Ud一E)/R=(77.97一60)/2=9(A) I2=Id=9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為： U2=100=141.4(V) 流過每個晶閘管的電流有效值為： IVT=Id/=6.3

11、6(A) 故晶閘管的額定電壓為： UN=(23)×141.4=283424(V)晶閘管的額定電流為： IN=(1.52)×6.36/1.57=68(A)晶閘管額定電壓和電流的具體敢值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。2.6.晶閘管串聯(lián)的單相半控橋(橋中VT1、VT2為晶閘管)，電路如圖2所示，U2=100V電阻電感負(fù)載,，R=20，L值很大，當(dāng)=時求流過器件電流的有效值，并作出Ud、Id、IVT、ID的波形。解：Ud、Id、IVT、ID的波形如下圖：負(fù)載電壓的平均值為 Ud= 負(fù)載電流的平均值為 Id=Ud/R=67.52/2=33.75(A) 流過晶閘管VTl、VT2的電流有效

12、值為 IVT=19.49(A) 流過二極管VD3、VD4的電流有效值為 IVD=27.56(A)2.7.在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解：假設(shè)=，當(dāng)負(fù)載為電阻時，Ud的波形如下：當(dāng)負(fù)載為電感時，Ud的波形如下：2.8.三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段的電動勢相同，其分段布置及其矢量如圖所示，此時線圈的繞組增加了一些，銅的用料約增加10%，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么?圖 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖答：變壓器鐵心不會被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)，當(dāng)a1c2對

13、應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，al的電流向下流，c3的電流向上流；當(dāng)clb2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，cl的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng)bla2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時，bl的電流向下流，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時間(各為)有電流流過，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。2.9.三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？答：三相半波整流電路的共陰極接法與共陽極接法，a、b兩相之間換相的的自然換相點不是同一點。它們在相位上相差。2.10.有兩組三相半波可控整流電

14、路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，如果它們的觸發(fā)角都是，那么共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差。2.ll.三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=50，L值極大，當(dāng)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 Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos=58.5(V) IdUd/R=58.5/5=11.7(A) IdVT=Id/3=11.7/3=3.9(A) IVT=Id/=6.75

15、5(A)12.在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整流電壓Ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VTl不能導(dǎo)通，整流電壓波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。2.13.三相橋式全控整流電路，U2 =100V，帶電阻電感負(fù)載R=50，L值極大，當(dāng)=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 Ud=2.34U2cos=2.34×100

16、5;cos=117(V) Id=Ud/R=117/5=23.4(A) IDVT =Id/3=23.4/3=7.8(A) IVT=Id/=23.4/=13.51(A)2.14.單相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5Mh，當(dāng)=時，求Ud、Id與的數(shù)值，并畫出整流電壓Ud的波形。解： 考慮LB時，有Ud=0.9U2cos-udud=2XBId/Id(Ud-E)/R由方程組得Id=4.55（A）又 換相重疊角整流電壓Ud的波形2.15.三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負(fù)載，U2=100V，R=1，LB=lmH，求當(dāng)=時、E=50V時Ud、Id、的值并作出

17、Ud與IVT1和IVT2的波形。解：考慮LB時，有： Ud=1.17U2cos-ud ud=3XBId/2p Id(Ud-E)/R 解方程組得： Ud Ud=6.7(V) Id=44.63(A) 又因為： 即得出 cos()=0.752 換相重疊角= Ud與IVTl和IVT2的波形如下:2.16.單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪兒次？答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2K (K=l、2、3)次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2K+l(K=、2,3)次即奇次諧波

18、，其中主要的有3次、5次諧波。2.17.三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6K(K=l、2、3)次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6K+l(K=l、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。2.20.試計算第2.3題中I2的3、5、7次諧波分量的有效值I23,I25,I27解：在第3題中己知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id=38.99 (A)于是可得： I23=×38.99/3=11.7(A) I25=

19、×38.99/5=7.02(A) I37=×38.99/7=5.01(A)2.23.帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同?答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點： 三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器； 當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。 在兩種電路中，晶閘營的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓Ud和整流電流Id的波形形狀一樣。 2.24.整流電路多重化的主要目的是什么?答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面：一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。 2.25.十二脈波、二十四脈波整流電路的整流