电力电子第三章课后习题

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时和60时的负载电流Id,并画出ud与id波形。解:0时,在电源电压u2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u2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u2的一个周期里,以下方程均成立:tUdtdiLdsin22考虑到初始条件：当0t时id=0可解方程：）－（tcos1LU22di202d)(dtcos1LU221tI）－（)(51.22U22ALud与id的波形如下图：当α=60时,在u2的正半周期60~180期间,晶闸管导通使电惑L储能,电感L储藏的能量在u2负半周期180~300期间释放,因此在u2的一个周期中60~300期间，以下微分方程成立：tUdtdiLdsin22考虑到初始条件：当60t时id=0可解方程得：id=)cos2122tLU－（其平均值为Id=35322)25.11L2U2)()cos21(221AtdtLU（＝此时ud与id的波形如下图：2.图3-10为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题吗?试说明:①晶闸管承受的最大反向电压为22U2;②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侧绕组中,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。①以晶闸管VT2为例。当VT1导通时,晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联,所以VT2承受的最大电压为22U2。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相同时,对于电阻负载;(0~)期间无晶闸管导通,输出电压为0；(~π)期间,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VT1、VT4导通,输出电压均与电源电压u2相等;(π~π+)期间均无晶闸管导通,输出电压为0;(π+~2π)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-u2。对于电感负载;(~π+)期问,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VT1、VT4导通,输出电压均与电源电压u2相等;(π+~2π+)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=100V,负载中R=2,L值极大，当=30时,要求:①作出ud、id、和i2的波形;②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:①ud、id、和i2的波形;如下图:②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos30＝77.97（V）Id＝Ud/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为:2U2=1002=141.4(V)考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为:UN=(2~3)×141.4=283~424(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:IVT=Id/2=27.57(A)晶闸管的额定电流为:IN=(1.5~2)×27.57/1.57=26~35(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:5.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载R=2,L值极大,反电势E=60V,当30时,要求:①作出ud、id、和i2的波形;②求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解:①ud、id、和i2的波形如下图:②整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次测电流有效值I2分别为:Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos30=77.97(V)Id=(Ud－E)/R=(77.97－60)/2=9(A)I2=Id=9(A)③晶闸管承受的最大反向电压为:2U2=1002=141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:IVT=Id/2=6.36(A)故晶闸管的额定电压为:UN=(2~3)×141.4=283~424(V)晶闸管的额定电流为:IN=(1.5~2)×6.36/1.57=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VT1、VT2为晶闸管),电路如图3-12所示,U2=100V电阻电感负载,R=2Ω,L值很大,当=60时求流过器件电流的有效值,并作出ud、id、iVT、iD的波形。解:ud、id、iVT、iD的波形如下图:负载电压的平均值为:Ud=)(59.672)3cos(19.0)(sin21232VUttdU负载电流的平均值为:Id=Ud/R=67.52/2=33.75(A)流过晶闸管VTl、VT2的电流有效值为:IVT=dI3119.49(A)流过二极管VD3、VD4的电流有效值为:IVD=dI32=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ud的波形。解:假设=0,当负载为电阻时,ud的波形如下:当负载为电感时，ud的波形如下：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两相之间换相的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差18010.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,那么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18011.三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5,L值极大,当＝60时,要求:①画出ud、id、iVT1的波形;②计算Ud、Id、IdvT和IVT解:①ud、id、iVT1的波形如下图:②Ud、Id、IdvT和IVT分别如下Ud=1.17U2cos=1.17×100×cos60=58.5(V)Id＝Ud/R=58.5/5=11.7(A)IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A)IVT=Id/3=6.755(A)12.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:假设VTl不能导通,整流电压波形如下:假设VTl被击穿而短路,则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路,使得VT3、VT5也可能分别被击穿。13.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载R=5,L值极大,当=60时,要求:①画出ud、id、iVT1的波形②计算Ud、Id、IdvT和IVT解:①ud、id、iVT1的波形如下:②Ud、Id、IdvT和IVT分别如下Ud=2.34U2cos=2.34×100×cos60=117(V)Id=Ud/R=117/5=23.4(A)IdVT=Id/3=23.4/3=7.8(A)IVT=Id/3=23.4/3=13.51(A)2.14.单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1,L=,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当=60时,求Ud、Id与的数值,并画出整流电压ud的波形。解:考虑LB时,有:Ud=0.9U2cos－ΔUdΔUd=2XBId/Id＝(Ud-E)/R解方程组得:15.三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载,U2=100V,R=1,L=∞,LB=lmH,求当=30时、E=50V时Ud、Id、的值并作出ud与iVTl和iVT2的波形。解:考虑LB时，有:Ud=1.17U2cos-ΔUdΔUd=3XBId/2Id＝(Ud-E)/R解方程组得:Ud＝)(63.94)32/()3cos17.1(2VXREXURBB△Ud=6.7(V)Id=44.63(A)又因为：26/2)cos(cosUXIBd即得出:cos(30＋)=0.752换流重叠角:=28.113028.41ud与iVTl和iVT2的波形如下:26.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要求晶闸管的控制角＞2使Ud为负值。29.什么是逆变失败?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,使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量,留出充足的换向裕量角等。30.单相桥式全控整流电路、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:单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~180，当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90。三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~120，当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90