《電力電子技術》習題答案(第五版王兆安劉進軍主編)

1、電力電子技術習題答案(第五版,王兆安,劉進軍主編)I?(II1Imd(t)=第2章電力電子器件使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正旭日極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK0且uGK0。保持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變成關斷？答：保持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即保持電流。要使晶閘管由導通變成關斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到湊近于零的某一數(shù)值以下，即降到保持電流以下，即可使導通的晶閘管關斷。圖1-43中暗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

2、波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。042045202a)b)圖1-43圖1-43管導電波形c)解：a)Id1=124msintd(t)=Im2221)0.2717ImI1=124msint)2d(b)Id2=14t)=Im234+120.4767Immsintd(t)=Im22+1)0.5434ImI2=(I4msint)2d(t)=2Im2420.6741Imc)Id3=122Imd(t)=14ImI3=12012Im上題中若是不考慮安全裕量,問100A的晶閘管能送出的平均電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時，相應的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多

3、少?解：額定電流IT(AV)=100AI=157A，由上題計算結果知I的晶閘管，贊成的電流有效值329.35，Im1Id10.2717Im189.480.4767I232.90,Im2Id20.5434Im2126.560.6741Im3=2I=314,Id3=Im3=78.54GTO和一般晶閘管同為PNPN結構，為何GTO能夠自關斷，而一般晶閘管不能夠？答：GTO和一般晶閘管同為PNPN結構，由P1N1P2和N1P2N2組成兩個晶體管V1、V2,分別擁有共基極電流增益1和2，由一般晶閘管的剖析可得，1+2=1是器件臨界導通的條件。1+21，兩個等效晶體管過飽和而導通；1+21，不能夠夠保持飽

4、和導通而關斷。GTO之所以能夠自行關斷，而一般晶閘管不能夠夠，是由于GTO與一般晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同樣樣：GTO在設計時2較大，這樣晶體管V2控制健壯，易于GTO關斷；GTO導通時的1+2更湊近于1，一般晶閘管1+21.15，而GTO則為1+21.05，GTO的飽和程度不深，湊近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷供給了有利條件；多元集成結構使每個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，進而使從門極抽出較大的電流成為可能。怎樣防備電力MOSFET因靜電感覺應起的損壞？答：電力MOSFET的柵極絕緣層很單薄，簡單被擊穿而損壞。MOSFET的輸入

5、電容是低泄露電容，當柵極開路時極易受靜電攪亂而充上高出20的擊穿電壓，所以為防備MOSFET因靜電感覺而引起的損壞，應注意以下幾點：一般在不用時將其三個電極短接；裝置時人體、工作臺、電烙鐵必然接地，測試時全部儀器外殼必然接地；電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防備電壓過高漏、源極間也要采納緩沖電路等舉措吸取過電壓。IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅動電路各有什么特色？答：IGBT驅動電路的特色是：驅動電路擁有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅動型器件，IGBT的驅動多采納專用的混雜集成驅動器。GTR驅動電路的特色是：驅動電路供給的驅動電流有足夠陡的前沿，并有必然的過沖，這樣可加速開

6、經(jīng)過程，減小開通耗資，關斷時，驅動電路能供給幅值足夠大的反向基極驅動電流，并加反偏截止電壓，以加速關斷速度。GTO驅動電路的特色是：GTO要求其驅動電路供給的驅動電流的前沿應有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個導通期間施加正門極電流，關斷需施加負門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅動電路平時包含開通驅動電路，關斷驅動電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅動電路的特色：要求驅動電路擁有較小的輸入電阻，驅動功率小且電路簡單。8.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試剖析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是控制器件的內(nèi)因過電壓，du/dt或過電流和di/dt，減小器

7、件的開關耗資。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開通時，Cs經(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關斷時，負載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，控制過電壓。試說明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點。解：對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較以下表：二次擊穿問題4第3章整流電路單相半波可控整流電路對電感負載供電，L20mH，U2100V，求當0和60時的負載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0時，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導通時，負載電感L儲能，在晶閘管開始導通時辰，負載電流為零。在電源電壓u2的負半周期，負載電感L開釋能量，晶閘管連續(xù)導通

8、。所以，在電源電壓u2的一個周期里，以下方程均成立：d2U2sintLdt考慮到初始條件：當t0時id0可解方程得：idd021=2U2(1cost)L2U2(1cost)d(t)L2U2=22.51(A)L2ud與id的波形以以下列圖：u2udtid2t2t當60時，在u2正半周期60180時期晶閘管導通使電感L儲能，電感L儲存的能量在u2負半周期180300時期開釋，所以在u2一個周期中60300時期以下微分方程成立：d2U2sintLdt考慮初始條件：當t60時id0可解方程得：其平均值為L2132U22U2cost)d(t)=11.25(A)Id2L22L3此時ud與id的波形以以下列

9、圖：u2+0ud+t+tidt2圖2-9為擁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22U2；當負載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時同樣。答：擁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的問題。由于單相全波可控整流電路變壓器二次測繞組中，正負半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對稱，其一個周期內(nèi)的平均電流為零，故不會有直流磁化的問題。以下剖析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的狀況。以晶閘管VT2為例。當VT1導通時，晶閘管VT2經(jīng)過VT1與2個變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大

10、電壓為22U2。當單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角同樣時，對于電阻負載：（0）時期無晶閘管導通，輸出電壓為0；（）時期，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；()時期，均無晶閘管導通，輸出電壓為0；(2)時期，單相全波電路中VT2導通，單相全控橋電路中VT2、VT3導通，輸出電壓等于u2。對于電感負載：（）時期，單相全波電路中VT1導通，單相全控橋電路中VT1、VT4導通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；（2）時期，單相全波電路中VT2導通，單相全控橋電路中VT2、VT3導通，輸出波形等于u2?？梢?，二者的輸出電壓同樣，加到同樣

11、的負載上時，則輸出電流也同樣。3單相橋式全控整流電路，U2100V，負載中R2，L值極大，當30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，確立晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形以以下列圖：u2Oudtidi2IdIdttt輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97（V）IdUd/R77.97/238.99（A）I2Id38.99（A）晶閘管承受的最大反向電壓為：2U21002141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23

12、）141.4283424（V）詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。流過晶閘管的電流有效值為：IVTIdM227.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）27.57M1.572635（A）詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。4單相橋式半控整流電路，電阻性負載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。解：注意到二極管的特色：承受電壓為正即導通。所以，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)承受的電壓波形以下：u20uVD22t當=30時，要求：uVD4tt5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中R=2，L值極大，反電勢E=

13、60V，作出ud、id和i2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有效值I2；考慮安全裕量，確立晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形以以下列圖：u2udtIdtOi2IdIdttO整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側電流有效值I2分別為Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97(A)Id(UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：U21002141.4（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTIdM26.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)141.4283424（V）晶閘管的額定電流為

14、：IN(1.52)6.36M1.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。晶閘管串連的單相半控橋（橋中VT1、VT2為晶閘管），電路如圖2-11所示，U2=100V，電阻電感負載，R=2，L值很大，當=60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的波形以以下列圖：u2OudtOiVD2idiVT1OIdttttOIdIdO負載電壓的平均值為：1Ud32U2sintd(t)0.9U267.5（V）2負載電流的平均值為：IdUdMR67.52M233.75（A）流過晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVT3Id19

15、.49（A）流過二極管VD3、VD4的電流有效值為：負載下整流電壓ud的波形。IVDId27.56（A）3在三相半波整流電路中，若是a相的觸發(fā)脈沖消逝，試繪出在電阻性負載和電感性解：假設0，當負載為電阻時，ud的波形以下：udOududOudOuauaubuctubuct當負載為電感時，ud的波形以下：uaOubuctuaubuct8三相半波整流電路，能夠將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為波折接法，每段的電動勢同樣，其分段部署及其矢量如圖2-60所示，此時線圈的繞組增添了一些，銅的用料約增加10%，問變壓器斷念可否被直流磁化，為何？ABCCNnBa1b1c1c1a2b2c2Nc2a2na1b2

16、b1圖2-60圖2-60變壓器二次繞組的波折接法及其矢量圖答：變壓器斷念不會被直流磁化。原由以下：變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)：當a1c2對應的晶閘管導通時，a1的電流向下賤，c2的電流向上流；當c1b2對應的晶閘管導通時，c1的電流向下賤，b2的電流向上流；當b1a2對應的晶閘管導通時，b1的電流向下賤，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120）由電流流過，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，所以變壓器斷念不會被直流磁化。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？若是不是，它們在相位上差多少度？答：

17、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180。10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽極接法，若是它們的觸發(fā)角都是，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說，比方都是a相，在相位上差多少度？答：相差180。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=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的波形以以下列圖：u2OaubuctiVTudOuaubuct1OidOttUd、Id、IdT和IVT分別以下Ud

18、1.17U2cos1.*cos6058.5（V）IdUdMR58.5M511.7（A）IdVTIdM311.7M33.9A）IVTIdM36.755（A）12在三相橋式全控整流電路中，電阻負載，若是有一個晶閘管不能夠夠導通，此時的整流電壓ud波形怎樣？若是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VT1不能夠夠導通，整流電壓ud波形以下：udOt假設VT1被擊穿而短路，則當晶閘管VT3或VT5導通時，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負載，R=5，L值極大，當=60時，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；

19、計算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形以下：60u2uaubuct1OtuabuacubcubaucaucbuabuacudOtidOiVT1ttOUd、Id、IdT和IVT分別以下Ud2.34U2cos2.*cos60117（V）IdUdMR117M523.4（A）IDVTIdM323.4M37.8A）IVTIdM323.4M313.51（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=60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：Ud0.9U2cosUdUd2XBIdMId（UdE）M

20、R解方程組得：Ud（R0.9U2cos2XBE）M（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又coscos()2IdXBMU2即得出cos(60)=0.4798換流重疊角61.3360=1.33最后，作出整流電壓Ud的波形以下：u2udtt15三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當=30時、E=50V時Ud、Id、的值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。解：考慮LB時，有：Ud1.17U2cosUdUd3XBIdM2Id（UdE）MR解方程組得：Ud（R1.17U2cos3XBE）M（2R3XB）94.63（V）Ud6

21、.7（V）Id44.63（A）又coscos()2IdXBM6U2即得出cos(30)=0.752換流重疊角41.2830=11.28ud、iVT1和iVT2的波形以下：u2uaubucOuduaubucOiVT1iVT2OtIdtIdt16三相橋式不能夠控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不能夠控整流電路相當于三相橋式可控整流電路0時的狀況。Ud2.34U2cosUdUd3XBIdMIdUdMR解方程組得：Ud2.34U2cosM（13XB/R）486.9（V）Id97.38（A）又co

22、scos()2IdXBM6U2即得出cos=0.892換流重疊角26.93二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為IVDIdM397.38M332.46（A）u2ud、iVD1和i2a的波形以下：uaI2aId79.51（A）3ubuctt1uduabuacubcubaucaucbuabuacOtiVD1Oi2aOIdIdtt17三相全控橋，反電動勢阻感負載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60，當LB=0和LB=1mH狀況下分別求Ud、Id的值，后者還應求并分別作出ud與iT的波形。解：當LB0時：Ud2.34U2cos2.*cos60257.4（V）Id（UdE）MR（25

23、7.4200）M157.4（A）當LB1mH時Ud2.34U2cosUdUd3XBIdMId（UdE）MR解方程組得：Ud（2.34U2Rcos3XBE）M（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又coscos()2XBIdM6U2cos(60)0.448563.35603.35ud、IVT1和IVT2的波形以下：u2uaubucuabOudIdubcubauabuacucaucbuactOIdtiVT1iVT2Ot18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？此中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數(shù)的諧波？此中主要的是哪幾次？答：單

24、相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（k=1、2、3）次諧波，此中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側電流中含有2k1（k1、2、3）次即奇次諧波，此中主要的有3次、5次諧波。19三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？此中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數(shù)的諧波？此中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）次的諧波，此中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側電流中含有6k1(k=1、2、3)次的諧波，此中主要的是5、7次諧波。20試計算第3題中i2的3、5、7次諧波重量的有效值I23、I25、I27。解：在第3題中已

25、知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id38.99（A）于是可得：I232dM3238.99M311.7（A）I252IdM5238.99M57.02（A）I2722IdM72238.99M75.01A）21試計算第13題中i2的5、7次諧波重量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id23.4（A）由此可計算出5次和7次諧波重量的有效值為：I25dM523.4M53.65（A）I276IdM7623.4M72.61（A）22試分別計算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。解：第3題中基波電流的有效值為：I122IdM2238.99M35.1（A）基波因數(shù)為I1MII1MId35.1M38.990.9電路的輸入功率因數(shù)為：cos0.9cos300.78第13題中基波電流的有效值：I16IdM623.39M18.243（A）基波因