电力电子技术第2章答案

1、第2章可控整流器与有源逆变器习题解答2-1具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Q,电感为，电源电压S为220V,直流平均电流为10A,试计 算晶闸管和续流二极 管的电流有效值，并指出其电压定额。解：由直流输出电压平均值 S的关系式：S =1 +0.451/cosa2己知直流平均电流为10A，故得：Ud = IdR = 10x5 = 504可以求得控制角a为：cosa = lUa 2x50一 10.45S 一0.45x2心 0那么 a =90 °20所以，晶闸管的电流有效值求得，I 丄 j=F%/d 二丄 2兀 2龙续流二极管的电流有效值为：Ivdk =三学“二&

2、amp;66A晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值Uy?,考虑2? 3倍平安裕量，晶闸管的额定电压为/爪=23加=23x311 =622 -933V续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值加=屁 2,考虑23倍平安裕量，续流二极管的额定电压为Sv = 2 3t/.w = 2 3x311 = 622 933V2-2具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图 2-44 所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。 试说明晶闸管承受的最大 反向电压是多少 当负载是电阻或者电感时， 其输出电压和电流的波形 与单相全控桥时是否相 同。解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半

3、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。分析晶闸管承受最大反向电压及输岀电压和电流波形的情 况：1以晶闸管 2为例。当灯导通时，晶闸管 "A 通过叮与 2 个变压器 二次绕组并联，所以 '7承受的最大电压为 2屁 2。2当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角G 相同时，对于电阻负载：0? a期间无晶闸管导通，输出电压为 0;兀期间，单 相全 波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中 V7； 、导通，输出电压 均与电源电 压血相等；IS期间，均无晶闸管导通，输出电压 为0； &+a2/r期间，单 相全波

4、电路中刃；导通，单相全控桥电路中VT2. V7；导通，输岀电压等于-"2。对于电感负载：a-7r+aA期间，单相全波电路中 VT1导通，单相全控桥电路中VT 、U7;导通，输出电压均与电源电压"2相等；(丁+a2/r + a期问, 单相全波电路中导通，单相全控桥电路中7、刃；导通，输出波 形等 于-血。可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，贝U输出电流也相2-3单相桥式全控整流电路，电阻性负载， S = 220U, RL皿，a = 30 试计算(1) 输出电压5和输出电流/d ;(2) 晶闸管额定电压和额定电流 解：1输出电压平均值为：5 = 0.9"21

5、 + C°a = 0.9 x 220 x 1 + COS3Q° = 184.7V2 2Ud 184.7 =292.354输出电流为：(2)晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的峰值屁2,考虑2辽倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为UTN =2 3X/.W = 622 933 V晶闸管流过的电流为负载电流的一半，U2 sin 2c? R 考虑？ 2倍的平安裕量，晶闸管的额定电流为/ )v(1.52)八=73? 96A2-4单相桥式全控整流电路，C/2 = 100V,负载中心二2G, L值极大，反电势E=60V,当a=30。时，求：(1)画出切血和力的波形；(2) 整流输出平均电压5

6、、电流k及变压器二次侧电流有效值/2；(3) 考虑平安裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：(1)叱乩和巾的波形如以下列图：o妙<2a(2)输出平均电压电流山，变压器二次电流有效值/2分别Ud = 0.9U2cosa = 0.9 x 100 xcos30 = 77.97( V)r Ud_E 77.97-60= 8?Id = R-99A/? = /d = 8.99(A)( 3)晶闸管承受的最大反向电压为：屁 2 = 100 血 =141.4(A)考虑 2 飞倍的平安裕量，晶闸管的额定电压为 :t/w = (2 ? 3) x 141.4 = 283 ? 424(9)=6.34( IT =

7、A)流过晶闸管的电流有效值为 :考虑2 倍的平安裕量，晶闸管的额定电流为人=(1.5 2) x 6.34/1.57 = 6.06 8.08(A)2-5 单相桥式全控整流电路接电阻性负载 , 要求输出电压 0100V 连续可调，30V以上要求负载电流到达20A。采用由220V变压器降压 供电，最小控 制角 Ct min = 30 °.试求：选择晶闸管电压、电流定额。(2)(1)交流侧电流有效值 ;解：交流侧输出电压有效值为：匕二丄L 42U2 sin cotd(期)二0.9U2=0.9/得, S 二 119V匕=30100V变化时，仃=20八，由于在30V时，导通角小，因此此时的电流有

8、效值最大，此时住 0,触发角为5 = 0.9/= 0.9 x 119 x= 302 2a = 116交流侧电流有效值为：人=心.一sin2a + A = 38A-R 2A兀(2)晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为屁2,考虑 2 飞倍的平安裕量，晶闸管电压定额为：U 刖 =(2 ? 3)屁 2 = (282.8 ? 424)V晶闸管电流是输出电流的二分之一，考虑 2 倍的平安裕量，那么晶闸管的额定电流为：ITAV = 1.5 2上=1.5 2= 26 34A* 1.57 1.57?2-6在单相桥式全控整流电路中，假设有一晶闸管因为过流烧毁断 路，画出此时输出电压波形。如果有一晶闸管因为过流烧成

9、短路，结 果又会怎样解：假设因为过流烧毁断路，那么整流电压仏波形与单相半波 整流电路的波形一样，相位差 180度。假设匕n因过流而短路，那么当晶闸管刃'2导通时，将发生电源相间 短路，使 得v/厂也可能因为过流而烧毁。如果因为过流烧毁断路 ，那么整流电压仏波形如上图所示，相位差180度；如果匕T2因为过流烧 毁而短路，那么会引起变压器和电源过流。2-7单相桥式全控整流电路中给电阻性负载供电和给反电势负 载蓄电池 供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的 晶闸管额定电 流应选得大一些为什么答：反电势负载蓄电池时晶闸管额定电流应该大一些。因为在反 电动 势负载时，晶闸管导通角变

10、小，波形系数变大，负载电流平均值 相同的情 况下，有效值电流变大，故要求晶闸管的额定电流比较大。2-8三相半波整流电路中，如果 U相电压消失，试画出在电阻性 负载与 电感性负载下的整流电压波形解假设a=0当负载为电阻时，匕的波形如下：当负载为电感时，匕的波形如下ut1VwrX/f / y / / /气xA0 /7 /V/ /wr/X人乂 yvXU.U *VWZ"厂/rX /h、 1/F耳* 、f *T-“、 0/i*/1/ /atj/ X/X 、'L2-9三相半波可控整流电路，电阻性负载。己知力=220匕妣二20C,当a二90°时，试计算U/仏并画岀UTUd.Uc波

11、形。解：由输出电压平均值的关系式可求得：Ud = 0.675八1 + cos(% + a)= 0.675x220x 1 +cos(% + %)= 74.25VUd _= 3.7125 A74.252输出电流平均值为:2T0三相半波整流电路，己知4 = 110匕妣二0.5。，大电感负载,当a =45 时，试计算并画出波形。如果在负载端并接续流二极管，试计算流过晶闸管的电流平均值加、有效值和续流二极管的电流平均值/ /?、有效值/以。解：由输出电压平均值的关系式可求得：Ud = 1.17t/2cosa = 1.17x110xcos45 =91V °输出电流平均值为:Ud 91 =OJ 1

12、82A并接续流二极管时，输出电压平均值为：Ud = 0.675Sl + cos? + %) = 93.47V输出电流平均值为:Ud 93,47 =186.94ARL0.5晶闸管的电流平均值为有效值为:续流二极管的电流平均值为71/IdDR = ； 12 x = 23.37A续流二极管电流有效值为x 11 = 66A三相半波整流电路，电感性负载，R = 2dL = s,调节&到达维持 匚为恒值250A,=0.08。，供电电压经常在1?匕范围内变化，求:S和Q的变化范围;解：由题可知：三相半波整流电路，3 丫S =AlU 2cosa-M d =I dxR = 2x250 "2/r

13、仏 cos Q二为定值，cos a G (0, 1)所以a二0。时，S值为，取S为440V,那么S的变化范围为 440506V, t/,=440V时，得到a二。当电压波动到二 506V时，得到a二 三相半波整流电路，反电势电感性负载，a/2=100V, R = g,L = s、a = 30 ,° = 50V,求：(1) 输出电压匕和输出电流匚，晶闸管的额定电压和额定电流 并画出如和从的波形 ;(2)当 = 时，输出电压和输出电流，并画岀和 ? 的波 形解： (1)= 1.17t/2 cos a = 1.11U2 cos 30 =°101.34 VU.-E l d= = 51

14、.32A R晶闸管的额定电压：以 =(23)、刚 2 = (490 735)V 晶闸管的电流有效值： 1 丁 = 绍=29.634晶闸管的额定电流：It(av)二丄X (1.52) = 28.3937.75A1.5 7(2) 考虑一时，有：Ud = 1.17t/2 cosa-At/rf咛血d 2龙Id三式联立求解得到Ud = 94.63VId = 44.63A2X Icos a 一 cos(a + y)=他2即得出:cos( 30 °/) = 0.752换流重叠角/ =11.28°Xi是同一相的三相半波共阴极接法与共阳极接法，U, V两相的自然换相点点吗如果不是，他们在相位

15、上相差多少度答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，两相之问换 自然换相点不在同一点上。相位相差180 °三相全控桥整流电路，当一只晶闸管短路时，电路会发生什么情况答：假设Vh短路，那么当晶闸管VT3AVT5导通时，将发生电源相问 短路， 使得Vh、Vh也可能过流烧毁。三相全控桥，反电势电感性负载，e = 200V ?匕=220V, R = 1C厶=s，a =60 °A) v：(1)输出电压匕和输出电流匚，晶闸管的额定电压和额定电流，并画出心，切和5的波形；(2)当S=W/时,输出电压和输出电流，并画出和的波解: (1) Ud = 2.34U2 cos a = 2.3

16、4 x 220 x cos 60 = 257.4( V)= 2574-200 =R1(2)当 Lk = mH 时,可得:Ud = 2.34i72 cost?-宀%解方程组可得Ud =244.15(V)仃二 44 15(A)又因为： x 2X& COS Q COS( Q + / )=M I cos (60 + /) = 0.4485/ = 3.35°在三相桥式全控整流电路中，己知t/2=110V, Rl= 0.2Q ,电感足够大，当a = 45。时，试计算匕山及流过晶闸管的电流平均值G和有效值心,并画出如,解：v Ud = 2.34(/, cose? = 2.34x110 xc

17、os45" = 182 V二 / 厂"% = 1%2=910 A? I =LL = 212 = 303.3 A "33It =1八=527.1AA/3试画出三相桥式逆变电路中当 B二“ / 4时晶闸管v两端电压波变流器工作于有源逆变状态的条件是什么答：变流器有源逆变的条件是：(1)负载有直流电动势，其极性 必须和晶闸管导通方向一致，其值应该大于变流器直流侧的平均电压，(2)晶闸管的控制角a彳，即匕为负。三相全控桥逆变电路，反电动势电感性负载，S=220V, R二1Q, L=8, Em=-400V, P =60：，o 求：(1) 输出电压匕和输出电流°，晶

18、闸管的额定电压和额定电流，并画出、如和的波形；(2) 当LAImH时输出电压和输出电流，并画出叫、诂和的波 形解：由于此三相全控桥电路中，L=x, 所以 Ud = -2.34f/2 cos p = -2.34 x 220 x cos 60 = -257.4("),U.-E -2574(八00)、I d = =142.6(A)R1所以，晶闸管的额定电流为：Itav) =(1.5 - 2)=78.66 ? 105(A)1.57 x <3额定电压为(23)x屁2 =1078 - 1617V由题意可列出如下三个等式:Ud = 2.34U, cos(/r 0) 匕R三式联立求解得到Ud = -290.3V Id = 109.7 A由以下公式计