电力电子技术第五版第二章答案

1、电力电子技术第五版课后习题答案第二章电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么？答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流(脉 冲)。或:Uak0 且 UGK0。3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电 流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管 的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸 管关断。4. 图2-2 7中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电 流最大值均为仏试计算各波形的电流平均

2、值Zdl、/d2几3与电流有效值A、/dl=jZsin) = (f + l).0,2717/m/i=-匸(7砒 sinfiX)M(6X) = a0.47 6 7 /m 2龙丿了2 V 4 2/rb)f /22 =JI/洌 sin做/(or)=(+ 1 )0.5434 /mn 2c)/2 =匸(如=茫4 占+ 0.6741/居=丄2n円,“(处)冷/mm2d(M) =1 Jm5. 上题中如果不考虑安全裕量，问10 0 A的晶闸管能送出的平均电流小、/d 2、加各为多少?这时，相应的电流最大值Zml /m2 /m3各为多少？解：额定电流/ t(av =100A的晶闸管，允许的电流有效值/ =15

3、7 A,由上 题计算结果知a)/ml 2 3 29.35,/di 0 .2717 /mi89.480.4767b)/m2 -0.6741心 232.90,人2#05 4 34 7 m2 12 6.56c)人 3=2 /=314?$/d3= I m3=7&54第三章整流电路1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L= 2 0 mH/U2=100V,求当a = 0。和6 0。时的负载电流/d,并画出叭与几波形。解9=0。时，在电源电压“2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管 开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压172的负半周期，负载电感L释放能量, 晶闸管继续导通。因此，在电源电压2

4、的一个周期里，以下方程均成立：L- = i2U sin cot dr 考虑到初始条件：当a）t= 0时=0可解方程得：血S门八/d = （1-COS 劲）coL1 “近u】/厂怎1古（1-皿如d（如=、叫=22.5 1 （A）coLUd与八的波形如下图:当a =60。时,在“2正半周期60 1 80。期间晶闸管导通使电感L储能，电感 厶储藏的能量在u2负半周期180-30 0。期间释放，因此在一个周期中6 0 。30 0。期间以下微分方程成立：1 L-=迈sin 曲dr -考虑初始条件:当血=60。时/d=0可解方程得:异-)coL 2其平均值为2 .图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控

5、整流电邕，问该变压器还有 直流磁化问题吗?试说明:晶闸管承受的最大反向电压为22；当负载是电 阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问 题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电 流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问 题。以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。 以晶闸管VT2为例。当VTi导通时，晶團管VT2通过VTi与2个变压器二 次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为2迈S。 当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角

6、a相同时，对于 电阻负载：（oa）期间无晶闸管导通，输出电压为o； （a/r）期间，单相全波 电路中导通，单相全控桥电路中vTis 导通，输出电压均与电源电压- 相等;（/rs + a）期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；（兀+。2兀）期间, 单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出电压等于-对于电感负载：（a 兀 + a）期间，单相全波电路中VT导通，单相全控桥电 路中v、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等;（龙 + a 2；r + a）期间，单相 全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通,输出波形等于-U2。可见，两者的输出电压相同，加到同样

7、的负载上时，则输出电流也相同。3.单相桥式全控整流电路，U2 = 10OV,负载中R=2 Q, L值极大，当a = 30时,要求：作出Ud、id、和了2的波形；求整流输出平均电压电流b变压器二次电流有效值八；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:Ud、和（2的波形如下图：输出平均电压5、电流八，变压器二次电流有效值2分别为Ud=O. 9 U2 C os a =0.9X100XCOS300 = 7 7.97（V）/d = Ud/K=77.97/2=38. 99 （A）/2=/d =38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：V7 l/2=100 V2 = 141.4（V）考虑安全裕量

8、，晶闸管的额定电压为：Un=（23）X14 1 .4=2 8 3424（V）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：/vT=/d /=27.5 7（A）晶闸管的额定电流为：/n= （ 1 52 ）X 2 7.57 / 1 .57= 2 63 5 （A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4 单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电 压波形。解：注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会 出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电压波形如下：oX/5.单相桥式全控整流电路0V

9、,负载中R=2Q,厶值极大，反电势 f=60V,当a=3 0。时，要求： 作出血、几和力的波形； 求整流输出平均电压4、电流心变压器二次侧电流有效值 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:血、九和0的波形如下图： 整流输出平均电压5、电流八，变压器二次侧电流有效值八分别为Ud=o.9 U1 cos a =0.9 X10OXcos3 0 =77.97 (A)/d = (UdE)/R=( 7 7.9 7 6 0 )/2 = 9( A)/2=/d =9(A) 晶闸管承受的最大冬向电压为：y/2 5=100 y/2 =141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值圣/vT= Zd / a/2

10、 = 6 .36 (A)故晶闸管的额定电压为：Un= ( 2 3) X141. 4 =28342 4 (V)晶闸管的额定电流为：/n = (1. 52 ) X 6 3 6 / 157=6 8 (A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。6晶闸管串联的单相半控桥(桥中VT】、VT2为晶闸管)，电路如图21 1所示山2=100V,电阻电感负载,R=2Q, I值很大，当0=60。时求流过器件电 流的有效值，并作岀Ud、几、/vt %的波形。解：Ud、id、fvT、(D的波形如下图：负载电压的平均值为：s = 匸屁2 sin 期dg) = 0.9/ 十严门=6 7 5(V)负载电流

11、的平均值为：/d= t/d / K=67.52 / 2 =33.7 5 (A)流过晶闸管VT】、VT2的电流有歿值为：7vT=|/d=19.49 (A)流过二极管VD3、VD4的电遊有效值为：/vd= j|/d=27.56 (A)7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负 载和电感性负载下整流电压/d的波形。解：假设& = 0。，当负载为电阻时，血的波形如下： % %当负载为电感时，叭的波形如下:8 三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接 法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图260所示，此时线圈的绕组增加 了一些，铜的用料约增加10%,问

12、变压器铁心是否被直流磁化,为什么？ABC图2-60变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内:当aicz对应的晶闸管导通时，的电流向下 流,C2的电流向上流；当c止2对应的晶闸管导通时,5的电流向下流,b 2的电流向 上流；当b22对应的晶闸管导通时,b的电流向下流，a2的电流向上流;就变压 器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间（各为120。）由电流流过，流过的电 流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不 会被直流磁化。9 三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相的自然换相 点是同一点吗?如果

13、不是，它们在相位上差多少度？答:三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间换相的的自然 换相点不是同一点。它们在相位上相差1 8 01 0有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接 法，如果它们的触发角都是Q那末共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对 同一相来说，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差180 。lr三相半波可控整流电路，2=1 0 0 V,带电阻电感负载川=5Q值极 大，当=60时，要求： 画出叭、几和f VT1的波形； 计算 Ud、id、/dT 和 /3 = 1 3.51(A)14.单相全控桥,反电动势阻感负载，K=1 Q/Z=oo/J&=

14、：40V/U2=10 0V, L B=05mH,当*60。时求L/小Zd与了的数值，并画出整流电压血的波形。解:考虑b时，有：t/d=o.9L/2co s a-At/d UQXbS / nld = (U,-E)/R解方程组得:Ud=(n R 0.9L/2cos a + 2 XB) / (兀 R+2XB)=44.55( V) Ud=045 5(V)/d=4.55(A)又cos a cos(cr + /) = V2 /dXB / U2即得出cos(60 + y)=0.479 8换流重叠角y = 61.33 -60 =1.3 3 最后，作出整流电压S的波形如下:15三相半波可控整流电路，反电动势阻感

15、负载,C72=100V, 7?=1Q,匸8, 厶b=1 mH,求当0=30。时、&50V时4、小了的值并作出叭与Mi和亦2的波 形。解：考虑Lb时，有：Ud = 1.17 t72cosa-A UAAMd=3XB/d/ 2 n/d = (Ud-)/R解方程组得：S= 5R 1.1 7 U2 cos a+3 XbE) /(2 兀 7? + 3池)=94 6 3(V) s =6 7 (v)3= 4 463(a)又cos a -cos(tz + /) =2/dXB /、/ G即得出cos(30 + /) =0.752换流重叠角y = 41.28 -30 =11. 2 8 d、Arri和7vt2的波形如

16、下：16.三相桥式不可控整流电路，阻感负载,2?=5Q丄=8, 4=22 0必心=0.3 Q,求5、八、/vd.八和厂的值并作出血、皿和/ 2的波形。解:三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路a =0。时的情况。Ud = 2. 34 S c osa S S=3XbA/ Tt/d=S / R解方程组得：S=2 3 4 U2co s a / (1+3Xb/R) =486.9(V)又:即得出换流重叠角八=97 38(A)cosa-cos(a + /) =2/dXB / V6 Uicosy = 0 .8 9 2y = 2 6.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为vd= ?d / 3

17、= 9 7. 3 8 / 3 = 32. 4 6 (a)12a= l| /d=79.51(A)“d、fvDi和”a的波形如下:17.三相全控桥，反电动势阻感负载，&20 0 V金1 Q丄y2=2 2OV, a= 6 0。，当tB=0和ZB=lmH情况下分别求5、3的值，后者还应求y并分别 作出叭与*的波形。解：当时：Ud=234Scos a =2. 34X 22 0 Xcos60=257. 4 (V)/d= (Ud-) / R= (257. 4 2 00 ) / 1= 5 7.4 (A)当b= 1 mH时Ua = 2.3 4 Scosq UdAUd= 3XB/d / h/d= (Ud-) /R解方程组得：Ud= (2.34 兀 co s q+3Xb) / (k 7?+3Xb)=244 - 1 5(V)/d = 44 15(A)Aud=i3 2 5(v)又T cosa cos(a + y) =2Xb/(i / /6 Uicos(60 + /) =0 44 8 57 = 6 3 35-60= 3.35Ud、ZvTl和/VT2的波形如下：18.单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中 幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?其