电力电子技术第至第章作业答案

1、第2至第8章作业第2章电力电子器件1 .使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：品闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发 电流（脉冲）。或：Uak>0且Ugk>0。2 .维持晶闸管导通的条件是什么？答：维持品闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持品闸管导通的最小 电流，即维持电流。3 .怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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，便可使导通的品闸管关断。图1晶轴3导电波形4.图1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Im,试计算各

2、波形的电流平均值 3、Id2、Id3与电流有效值Il、12、13。精选范本b)c)f(- + 1) 0.2717 L*©小 5说"供):冬 J+y- 0. 4767 上Zx - 1 11Htsinord(ar)二 班("+1)降0,5434 人TT 当“TT 2工二工£(1阳 sihcyf)*(s)=:、:十-光0. 898 12尸1乙或腐尸口. 23£公Ul?4"（蛾）二。 5工7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件?答：(1)触发信号应有足够的功率。(2)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后， 阳极电流能迅速

3、上升超过掣住电流而维持导通。第3章整流电路1 .单相半波可控整流电路对电感负载供电，L = 20mH, U2=100V,求当“=0。和60。时的负载电流Id,并画出ud与id波形。解：口 =0叩九 在电源电压修的正半周期晶闸管导通时，负载电感Z储能，在晶 闸管开始导通时刻.负载电流为零：在电源电压让的负半周期，负载电感上释 放能量，晶间管继续导通二因此，在电源电压餐的一个周期里，以下方程均成id iL Ji = y/2U2 sin dl考虑到初始条件:当血=0时，尸0可解方程得士 =<££1 (1- cositf)oL及00£。一 8M双t)=22. 51

4、(A)5与力的波形如下图:当 =60.时，在gE半周期期间晶闸管导通使三堂渚诙,亘惑 上储藏的能量在5负半周期180c300口期间释放，因此在地一个周期中80。飞00。 期间以下微分方程成立：£弘=收入由1必考虑初始条件：当业=60。时。=0可解方程得:-cos 其平均宜为A =p 4-eos)d()=lL 25(A)2打m CjL 22故此时上与上的波形如下图：2 .单相桥式全控整流电路， U2=100V,负载中R= 2Q, L值极大，当a= 30°时，要求： 作出Ud、id、和i2的波形；求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸

5、管的额定电压和额定电流。解，1、L 和幺的波形如下图：输出平均电压。 电流B 变压器二次电流有效值A分别为5=0.9 £'9X 100XCOS301=77.97 (V)一=& A=77. 97/238, 99 (A)£ = £ = 38. 99 (A)晶闸管承受的最大反向电压为：Ji f；= 10072 =141. 4 (V)考虑安全裕童，品闸管的额定电压为.= (2"3) X 141. 4-283424 (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：品=£/ 71 =27. 57 (A)晶闸管的额定电流为

6、，产 Q.5 X27. 57/ 1.57 = 2635 (A) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取.3 .单相桥式全控整流电路，U2=100V,负载中R=2Q, L值极大，反电势 E=60V,当a=30时，要求：作出小、id和i2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 国 变压器二次侧电流有效值I2；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：加口和会的波形如下图:整施输出平均电压电流乙 变压器二次恻电流有效值代分别为 4=0.9 w9=0.9X100X8330" =77. 97(A)h =(77. 97-60) "2 = 9 (A)Zj Z； 9(A)晶闸管承受的最

7、大反向电压为：100VI = 141.4 (V)流过每个品闸管的电流的有效值为工I=U 41 =6. 36 (A)故晶闸管的额定电压为，Lk= (2"3) X141.4 = 283424 (V)晶闸管的额定三流为:4= (1.5"2) X6. 36/ L 57 = 6、8 (A)晶闸管额定电玉和电流的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。舞：注意到二极管的特点：承受亘压为正即导通，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

8、电压波形如下：D5 .单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1 Q, L=8, E=40V, U2=100V, LB=0.5mH ,当a=60时求Ud、Id与g的数值，并画出整流电压Ud的波形。弊：考虑乙时，有：£/=0. Qiicosct - A乙=2羌4/冗£= (£；初 / R解方程组得：5一(7斤0.9刈 +2耳£) / (笈丹十2星)=44, 55 (V) 5=0. 455 (V)4 = 4, 55 (A)又丫cosa - cos(a + /) = V7 zd-VB / 笈即得出cos(6(P + /)=0b 4798 换流重叠角7 = 61.33

9、、60=1.33°最后，作出整流电氏上的液形如下士6 .单相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范 围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的品闸管移相范围 是0 180。，当负载为电感负载时，要求的品闸管移相范围是0 90。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Ud的波形。解：假设仪=0"当负毂为电阻时.S的波形如下I8 .三相半波可控整流电路，U2=100V,带电阻电感负载，R=5Q, L值极大，当a=60°时,要求：回出Ud、id和iVT1的波形

10、;计算 Ud、Id、IdT 和 IvT。辨士将 公和九1的波形如下图士&工、&和后分别如下fz 1. 1J Lcos(7= L 17 X 100X cos60' = 58. 5 (V)工=&/ R=58.5/ 5=lk 7 (A)7dn=2=/ 3=1L 7/3=3.9 CA)后=6 755 (A)9 .在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压Ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答士假设V不能导通，整流电压戊波形如下士假设YL被击穿而矩路.则当品闸管VT二或、工导通时，将发生电源相间短路. 使得工

11、、VT,也可能分别被击穿口10 .三相桥式全控整流电路，U2=100V,带电阻电感负载，R=5Q, L值极大，当a=60°时,要求：回出Ud、id和iVT1的波形；计算 Ud、Id、IdT 和 IvT。工和九的波形如下:仄£、必和亦分别如下L=2. 34t：cos6f=Z 34X 100Xcos60' = 117 ( V)4= £*117/5=23. 4 (A)&7= Im / 3 = 23. 4 3 . 8 (A)Zt= Zi/ 23. 4 / Vj 13. 51 (A)11 .三相全控桥，反电动势阻感负载， E=200V, R=1 Q, L=8

12、, U2=220V, a=60°,当Lb=0和LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求 g并分别作出Ud与什的波形。解:当丸"0时：£1=2. 34&oscr =2. 34 X 220Xcos60 = 257.4 (V)上=(小一月)/ R= <257,4-200) / 1=57,4 (A)当乙=ImH时U=2. ZAL2cosOi - A G仪=3耳五/ TT1产(乙一冷! R解方程组得：0=(2. 34兀江户csQ+34/ (:江丹一3是)=244. 15 (V)7； = 44, 15 (A;A£-=13. 25 (V)又二

13、cos(/-8S0* y) =2卷4/ 屈 R85(60° + 7 =0. 4485Z=63. 35 -60'=3,35咻工T1和了不的;支形如F !12 .三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的品闸管移相范 围是0 120。，当负载为电感负载时，要求的品闸管移相范围是0 90。13 .三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？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有 6

14、k (k=1、2、3) 次的谐波，其中幅值最大的是 6次谐波。变压器二次侧电流中含有 6k l(k-h 2、3)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。14 .三相桥式全控整流电路， U2=100V,带电阻电感负载， R=5Q, L值极大，当a=60°时， 要求：(1)计算Ud、Id、IdT和IVT； (2) i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27；(3)输入功率因数。(1)心k K和4T分别如下34X 1O0Xco560" = 117 (V)117/5 = 23. 4 (A)T=J；/3=23.4/3 = 7. S (A)工-=4/6=23.4/ 4=13.51 (A)

15、 由此可计算出3次和次谐波分量的有效值为，=遥 A/5tt =& X23. 4/ on =3.65 (A)R= Ji li > 7TT = 6 父 23, 4 / 77T =二 611A)(3)基波电流的有效道！上=而&/日=. X23, 39/n = 18. 243 (A) 基波因数为v= Zi / I=U 4=0.935 电路的输入功率因数为，/= v costz = 0. 955 cos60 =0.4815 .使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？答：条件有二：(1)直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致， 其值应大于变 流电路直流侧的平均电压；(2)要

16、求晶闸管的控制角口九/2使Ud为负值。16 .什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路 形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的品闸管，保 证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角B等。第4章逆变电路1 .无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。2 .换流方式各有那几种？各有什么特点?答

17、：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。 全控型器件采用此换流方电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上 即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负 载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称 为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。品闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、 负载换 流和强迫换流3种方式。3 .什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。答：按照逆变电路直流测电源性质分类， 直流侧是电压源的称为逆

18、变电路称 为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉 动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载 阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率， 直流侧电容起缓冲无功能量的 作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道， 逆变桥各臂都并联了反 馈二极管。电流型逆变电路的主要特点是：直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路 呈现高阻抗。电路中开关器件的作用仅

19、是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻 抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率， 直流侧电感起缓冲无功能量的 作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向， 因此不必像电压型逆变电路那样 要给开关器件反并联二极管4 .电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时， 电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极

20、性相反时，由反馈二 极管提供电流通道。5 .为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?答：在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时， 电流并不反向，依然经电 路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。第5章直流-直流变流电路1 .介绍降压斩波电路工作原理答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V导通一段时间ton,由 电源E向L、R、M供电，在此期间，uo=E。然后使V关断一段时间toff,此 时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo= 00 一个周期内的平均电压一&一k 。输出电压小于电源电压，起到降压的作用

21、。2 .介绍升压斩波电路工作原理答：假设电路中电感上管很大，电容C值也很大，当Y处于通态时，电源E向包 感£充电.充电电流基本恒定为% 同时电容C上的电压向负载厅供电，因C 值很大，基本保持输出电压为恒值U-设¥处于通态的时间为此阶段电感上 上积蓄的能量为£7葭n当丫处于断态时E和工共同向电容t充电并向负载斤提 供能量：设丫处于断态的时间为己门则在此期间电感1释放的能量为色E闪进.当电路工作干稳态时，一个周期丁中电感上积蓄的能量与释放的 能量相等，即:叽=(4 -化简得：U 二 r. E =工E式中的”工三之1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路，3

22、.在降压斩波电路中，已知 E=200V , R=10 Q, L值极大，Em=30V , T=50科sot=20科St算 输出电压平均值 U。，输出电流平均值I。弊:由于上值极大，故负戴电流连续,于是输出电压平均值为E：二噎 E 二 2°x20。=&0 T 50瑜出电谎平均值为%-4二加一30R 10=5（A）4.在下图所示的降压斩波电路中，E=100V, L=1mH制方式，T=20 s,当ton=5 Q时，计算输出电压平均值 流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。当R=0.5 Q Em=10V ,采用脉宽调制控U。，输出电流平均值I。，计算输出电ton=3 时,重新进

23、行上述计算。解;由题目已知条件可得;m= 乂 =0.1E 100”.翳=。°。2当%=5在s时，有iO=0.01p= =0.0025由于11=0,249>m-1所以输出电流连续。此时输出平均电压为“尹喏二 25(V)输出平均电流为二一二30时输出电流的最大和最小值瞬时值分别为fl-r = I -e ,max一 I -/ _ -CLM25二“。* 19(A)EI)R100=29. 81 (A)0.5当片时，采用同样的方法可以得出:a p =0.0015由于C.CJ二二 0. 149)必-I所以输出电流仍然连续匚此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为工氏&qu

24、ot;等二151-0,00131 2一。遛=10.13(A)一°.聘=9. 873 ii5.在升压斩波电路中，已知 E=50V, L值和C值极大，R=10Q,采用脉宽调制控制方式, 当T=40ws, ton=20 时，计算输出电压平均值U。，输出电流平均值I。VDu0升压新波电路解，由题目己知条件可得.Z?F- -0. 1E 100A 0.001飞一 0.5=0. 002当二5幺e时，有由于所以输出电流连续，Q 二工二0.01rafp r<¥1 =0. 0025C.0C2?此时输出平均电玉为工 士产小黑侬输出平均电流为25-10 =3Q(A)输出电流的最大和最小僮薄时

25、值分别为1 - ) m.1 - ，17Z C.OGiiC-0.01I e-o.oi-0.1一祟3。皿A)-11-0.1T)100 =29.81 (A) 0.5当储3Ks时，采用同样的方法可以得出，a 口 =0, 0015由于C.fll=0. 149>jp-I所以输出电流仍然连续。此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:-f, j-. 100 x 3 r 丁T 20R产 1 -fl.OOli 1 - ert-e.ci J-E® 0015 _ i-jc7re 1胃口。.A)工冬冬上工10稔)第6章交流-交流变流电路1. 一单相交流调压器，电源为工频 220V,

26、阻感串联作为负载，其中 R=0.5 Q L=2mH。试求：开通角”的变化范围；负载电流的最大有效值；最大输出功率及此时电源侧的功n率因数；当a=一时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。2解,负载阻抗角力，p=arctan ()arctan ( 2x50x2x10 3)=0. 89S64=51. 49 =ROJ开通角a的变化范围为：0. 89864Maxil当值二学时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大,为1,70'Ft二 一 ，7? =37.532 (KW)J+(aLy )功率因数为A="三=0,6227UJa 220x27198J. w实际上，此

27、时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即cos=Or 6227仃="时，先计算品闸管的导通角，由式(4-7)得2STsin(- + 0-O. 89864) = sin( -0. 89S64) L22锌.上式可得晶闸管导通.角为：=2.375=136. 1也可由图4-3估计出日的值,此时.品闸管电流有效值为sin 日 cos(2值+* + 8)cos>220产5 x0,803I siii2.375xcos(+ 0,8986+2.375)",! .3 ' 5VcosO,89S64-123.2(A)电源网功率因数为其中:/0=174. 2(A)于是可得出i：R3174

28、22 x0.5- 220x1742=0J9592.一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在 最大值，试求功率为最大输出功率的80%, 50%时的开通角“=。寸输出功率为静：仪=0时的输出电压最大，为uCTT1JLS-! (aSsin giY del = U此时负载电流最大，为。=因此最大输出功率为* =（7输出功率为最大输出功率的80%时，有:此时,sin 2a又由t- a47T起得a =80. 54£同理，输出功率为最大埔出功率的504时.有: j = 7537：又由伊12仪”立,+ 7Ta =90第7章PWM控制技术1 .介绍PWM控制的基本原理。答：PWM控

29、制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的 宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）o在采样控制理论中 有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基 本相同。上述原理称为面积等效原理2 .单极性和双极性 PWM调制有什么区别？三相桥式 PWM型逆变电路中，输出相电压（输 出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？答：三角漉载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性P皿控制方式.三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的PWM波形在半个周期中有 正、有负,则称之为双极性国M控制方式.三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压有两种电平：0.5%和-0.3 & 输出线电压有三种电平乙、。、一口3 .什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点