电力电子变流技术课后答案第2章

1、电力电子变流技术课后答案第二章第一章单相可控整流电路习题与思考题解2-1 什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种 AC/DC变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利 用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。2-2 某一电热装置(电阻性负载)，要求直流平均电压为75V，电流为20A，采用单相半波可控整流电路直接从 220V交流电网供电。计算晶闸管的控制角 a、导通角0、负载电 流有效值，并选择晶闸管。解：(1)整流输出平均电压U d=2 si n 4td g .t)=丄 f72u 2 sin .td 俗.t) b2応 a1

2、+COSGV 2:0.45U 21 cos：22-1电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章COsa 4控制角a 60°导通角 0 = n - a =120 °1=2汉751=0.51520.45U 20.45 2202-#电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章负载电流平均值I d=20(A)RR= Ud/Id= 75/ 20=3.75 Q1=1 V1 =负载电流有效值I，即为晶闸管电流有效值lw，所以si nt d t =U1 si n 2 一 '' = 37.6(A)RR 4 二(3).当不考虑安全裕

3、量时IV1 =kfelvEAR =1.57Ivear则晶闸管通态平均电流Ivear = Iv1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A)晶闸管可能承受的最大正反向电压为. 2U2 2220 ： 311(V)所以，可选择额定通态平均电流为30A、额定电压为400V的晶闸管。按裕量系数2,可选择额定通态平均电流为50A、额定电压为700V的晶闸管。2-3.带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。试证明输出整流电压平均值Ud二2U 2 1 C0，并画出控制角为a时的输出整流电压 Ud、晶闸管承兀2受电压Uvi的波形。解:U d=2sin，.td ( .t)=2 sin，

4、.td ( .t)2-3电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章JU2311 + cosa、c ,1 + cosaifc 0.45U 2I 2 丿22控制角为a时的输出整流电压Ud、晶闸管承受电压 UV1的波形参阅教材 P31中的图2-3 (b )、(c)、(d)和(h)。2-4.将单相半波可控整流电路中电阻负载和电感性负载的工作原理作个比较，找出差 别，并画出电阻负载输出电压比、电流id和晶闸管电压uw波形；写出Ud、Id计算公式。解：电阻性负载电路输出电流id与输出电压Ud相位相同，波形相似。晶闸管导通区间从a至n ,导通角0 =n a。Ud波形从a至变压器二次电

5、压正变负的过零点。电感性负载电路由于电感的储能作用，输出电流id与输出电压Ud相位不相同，电流id滞后于电压Ud。而且，电流id不能随电压Ud突变。晶闸管导通区间从 a开始并超过n过零点，导通角0 >n a。Ud波形从a开始至变压器二次电压正变负的过零点后，进入负半周。导通角0的大小，与负载电感值L有关，L越大，储能越多，0亦越大，Ud波形进入变压器二次电压负半周的 部分亦越多，输出电压的平均值U亦下降的越多。当负载为大电感负载时，U近似等于零，此时输出平均电流Id亦很小。电阻负载输出电压 Ud、电流id和晶闸管电压UV1波形参阅教材 P 27中的图2-1。电阻负载Ud、Id计算公式如下

6、：(1)整流输出平均电压JI /<2U 2 sin .td (国.t)1 2: 一Ud=2U 2sin .td( '.t)2 :空0竺卜0.45U2伫空I 2丿2负载电流平均值Id =2-5.单相半波大电感负载可控整流电路中，带续流二极管和不带续流二管在输出电压Ud和电流id、晶闸管电压Uw和电流ivi、续流二极管电压 UV2和电流iv2波形上有何区别。写 出带续流二极管时 Ud、id、ivi、iv2的平均值和有效值计算公式。解：不带续流二管时，当负载为大电感负载时，输出电压Ud波形与横坐标所围的正负面积相等，Ud近似等于零，此时输出平均电流 Id亦很小。输出电压 Ud和电流id

7、、晶闸管电压 UV1和电流ivi的波形参阅教材P30中的图2-2。其中，ivi的波形与id的波形相同。带续流二极管时，由于续流二极管的作用，晶闸管从a开始导通，至变压器二次电压正变负的过零点时，由于电感应电动势的作用使续流二级管导通，晶闸管被迫关断，所以，晶闸管导通区间从a至n ,导通角0 = na。由于负载为大电感负载，所以负载电流id脉动很小，近似为一平行横坐标的直线，晶闸管电流ivi、续流二极管电流iv2近似为正向矩形波，导通角分别为 0 = n a和0 = n+ a。输出电压Ud和电流id、晶闸管电压Uvi和电流ivi、续流二极管电压 Uv2和电流iv2波形参阅教 材P3i中的图2-3

8、。d、 Ivi、带续流二极管时 比、id、ivi、iv2的平均值和有效值计算公式如下:输出电压的平均值Ud为Ud=0.45U2 C0S-(2)输出电压的有效值值U为丄 f(V2u2sin国 Jd(銚)=U2兀i- sin 2-(3)输出电流的平均值Id为IdUdR(4)输出电流的有效值值IdUdR(5)晶闸管的平均电流I viAR 为IviAR =i£dd 't = Id(6)晶闸管电流的有效值Ivi为(7)续流二极管的平均电流(JT -CL2 二 Jd.IdIV2AR=12兀(8)续流二极管电流的有效值IV2为Iv2=； oI-t =Id2-6.有一单相桥式全控整流电路，负

9、载为电阻性，要求算整流变压器的副边电流12,按照上述工作条件选择晶闸管。解：ld=Ud/R,贝y R=Ud/Id=80/70=1.14 QUd=0.9U2x (1+cos a )/2 则U2=95Va =30° 时，U=80V, ld=7A。计=82.12 (A)|2I vear = Iv1 / kfe =58/1.57 37 (A)考虑裕量系数2,2 X 37= 74(A)2、2u 2 = 2、. 2 95 ： 268.7(V)选额定电流100A、额定电压300V的晶闸管。2-7 .单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知U2=100V , R=10 Q , a =45 °

10、。(1) 负载端不接续流二极管V4，计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效 值。(2) 负载端接续流二极管 V4，计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值。画出 Ud、id、iv11、iv4及变压器次级电流i2的波形。 解：(1 )负载端不接续流二极管V4时输出电压平均值为:0.9U 2 cos：2 2oj2U2sineo .t(dco.t )=U2cosa=0.9 X 100 X 0.707 # 63.7(V)输出直流电流平均值为1厂®6.37(A)V1晶闸管电流的有效值为4.5(A)(2)负载端接续流二极管V4时输出电压平均值21 亠 cos "

11、U d =J2U 2 Sin .td (co .t )筈 0.9U2= 0.9 x 100 x 0.854 = 76.8 (V)2兀谊2输出直流电流平均值为Id =Ua - 7.68(A)R晶闸管与整流二极管电流的有效值|V1、I V2为IV1=IV2F 云"dd®t AkId续流二极管电流的有效值二 4.70 (A)I V4为I V4二 3.84 (A)变压器二次电流的有效值 丨2为2 -Id 2d、t;V ji-、一 2IV1 = . 24.70 =6.65 (A)接续流二极管时的比、id、iV11、iV4及变压器次级电流i2的波形参阅教材P 41中的图2-2-8单相桥

12、式半控整流电路接电阻性负载，要求输出整流电压0100V连续可调，30V以上时要求负载电流能达到20A。当（1）采用220V交流电网直接供电；2）采用变压器降压供电，最小控制角 a min=30°,试分析比较二种供电方式下晶闸管的导通角和电流有效值、交流侧电流有效值及电源容量。解：（1）采用220V交流电网直接供电时Ud =0.9Ud1 COS：当输出平均电压U d为100V时cos_ 込 一10.9U22 100一1 ： 0.01010.9 220当输出平均电压U为30V时cos： 址一10.9U22 30_1 ： 0.69700.9 220:134导通角0 = n a，所以晶闸管导

13、通角 0 = 90 °46°。要求在此导通角范围之间，均能输出20A负载电流，故应在最小0即最大a max时，计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。ld=20A,则晶闸管平均电流I V1AR= Id/2=10A当= 134 ° =134n / 180=0.7444 n 时波形系数为Kf1二 sin 2二】2二(二-)_: 3.222(1 cos)晶闸管电流的有效值为交流侧电流的有效值为交流电源容量为IV1 = K 伯 I v1ar - 32210 = 32.2 (A)I 2 21V45.5 (A)S2=I2U2 =45.5 220 =10010VA ： 10

14、.01 KVA2）采用变压器降压供电时Ud=0.9 U2 C0S:-a min=30°时，输出电压为100V,则变压器二次电压为U22Ud2 100119 (V)0.9 1 cos* i 0.91 cos302-10电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章当Ud=30V时的最大控制角a max为2Ucos:-max2 3010.43980.9U20.9 1192-#电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章a max 116晶闸管导通角 0 = n a，贝V 0 = 150°64°要求在此导通角范围之间，均能输出2

15、0A负载电流，故应在最小0即最大a max时，计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。ld=20A,则晶闸管平均电流I V1AR= Id/2=10A当= 116 ° =116n / 180=0.6444 n 时波形系数为Kf1 二 ®2'2十)=2.69J 2 (1 + cos。)晶闸管电流的有效值1V1 二 K f 1I v1ar = 2,69 10 =26.9 (A)变压器二次电流的有效值12 二.2IV1 = 38.0 (A)变压器二次容量S2 =I2U2 =38.0 119 =4522VA ： 4.52KVA可见，在可控整流电路输出较低电压时，采用变压器

16、供电有利于降低所用晶闸管的额定 电流和额定电压，以及交流电源的容量。因为采用变压器供电可使可控整流电路在较小控制 角a和较低的变压器二次电压下运行。2-9.单相桥式半控整流电路，由220V经变压器供电，负载为大电感性并接有续流二极管。要求输出整流电压2080V连续可调，最大负载电流为20A，最小控制角a min= 30°。试计算晶闸管、整流管、续流二极管的电流平均值、有效值以及变压器容量。解：1、在最小控制角a min和最大整流输出电压时，计算变压器二次电压U2-11电力电子变流技术课后答案第二章2Ud0.9 1 cos:2 800.9 1 cos30 95.3 (V)2、在最小整流

17、输出电压时计算出最大控制角(X max当U!=20V时的最大控制角a max为COS .max2Ud2 20 一1 ： 0.53360.9U2-1 =0.9 95.32-12电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章a max=122I 2,因为晶闸3、在最不利的条件下，计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值管、整流管、续流二极管电流有效值涉及管芯的发热和合理选择器件的电流额定容量。变压 器二次电流丨2涉及变压器容量的选择，这些量的计算必须以电路运行中的最大值为基础，以保证器件和设备的安全运行。晶闸管与整流二极管电流的平均值I V!AR、I V2AR与有效值 I V1

18、、I V22-#电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章其最大值出现在a min=30°时，所以I V1A = I V2ARJI -CLId20=8.3 A360ji -a15020 = 12.9 A360续流二极管电流的平均值 I V4AR与有效值I V4其最大值出现在a max=122。时，所以122CLI V4AR = Td江18020 = 13.6 AI V4122 . 20 = 16.5a1802-#电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章变压器二次电流的有效值 I2其最大值出现在a min =30°时，所以右

19、fL2+(Td f d®.t)=匕1厂丿九1 =18.2A则变压器二次容量S2 =I2U2 -18.2 95.3 T734.5VA ： 1.7KVA2-10 单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续 流二极管的作用是什么？两者的作用是否相同？解：单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为2 斗气2卯;2U d2U 2 sin .td.tU 2 cos爲 “ 0.9U 2 cos:2兀心兀其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值。整流输出平均电压为-0.9Ud1 cos：2-1

20、3电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行。整流输出平均电压亦为= 0.9Ud1 cos：2-#电力电子变流技术课后答案第二章2-#电力电子变流技术课后答案第二章2-11 单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角a相同，负载电流平均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些？为什么？解：反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。因为当控制角为a时，电阻性负载时，晶闸管的导通角 0 = n - a o而反电动势式负载时，当 a小

21、于不导电角3时，0=n -2 3;当a大于不导电角S时， 晶闸管的导通角0 = n- a - 3 o所以，反电动势负载时的波形系数Kf1大于电阻性负载时的波形系数 K2 °当负载电流平均值相等的条件下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流 的有效值。因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。2-12 直流电动机负载的特点及其等效电路如何？串接平波电抗器的意义何在？解：直流电动机反电动势负载，其等效电路为一直流反电动势和电阻串联。由于反电势的作用，晶闸管的导通角变小，负载电流将出现断续，通常反电势负载的内 阻又很小，所以输出同样的平均电流，峰值电流很大，因而电

22、流的有效值大，要求电源的容 量亦大。对于直流电动机负载，将使其机械特性变软，整流换相时产生火花。为使负载电流连续，克服上述缺点，常在反电势负载的整流输出端串联平波电抗器，其 目的是利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。2-13 .串平波电抗器电动机负载与大电感负载在单相全控桥整流电路中，输出电压波形 一样吗？为什么？电动机的反电动势Ed不起作用吗？解：在理想的情况下，二种电路输出电压的波形是一样的。因为平波电抗器电感量的选择原则是：在最小的负载电流Idmin (低速轻载情况下)时,保证负载电流连续，即晶闸管导电角9 =180°。这是在最不利情况下，为保证电流连续选择的电感L值，当负载电流大于Idmin时，L的储能增多，电流就不会不连续。当负载电流连续 时，其输出电压的波形与大电感负载电路相同电动机的反电动势 Ed不是不起作用，串平波电抗器的反电势负载电流连续时，晶闸管导 通角9 =180°，波形与大电感负载时相同，输出电压U d交流分量几乎全部降落在电抗器上，反电势负载(例如直流电动机)上的电压脉动很小，负载电流id波形基本平直，可以近似看成为平行于横