电力电子技术(第二版)第2章答案

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5Ω,电感为0.2H，电源电压2U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dU的关系式：2cos145.02UUd已知直流平均电流dI为10A，故得：ARIUdd50510可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos2UUd则α=90°。所以，晶闸管的电流有效值求得，AIIItdIIddddVT521222212续流二极管的电流有效值为：AIIdVDR66.82晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22UUM，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为VUUMTN933~6223113~23~2续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22UUM，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为VUUMTN933~6223113~23~22-2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出电压和电流波形的情况：（1）以晶闸管2VT为例。当1VT导通时，晶闸管2VT通过1VT与2个变压器二次绕组并联，所以2VT承受的最大电压为222U。（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；（~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT、4VT导通，输出电压均与电源电压2u相等；(~)期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；(2~)期间，单相全波电路中2VT导通，单相全控桥电路中2VT、3VT导通，输出电压等于2u。对于电感负载：（~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT、4VT导通，输出电压均与电源电压2u相等；（2~）期间，单相全波电路中2VT导通，单相全控桥电路中2VT、3VT导通，输出波形等于2u。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。2-3单相桥式全控整流电路，电阻性负载，VU2202，2LR，30，试计算(1)输出电压dU和输出电流dI；(2)晶闸管额定电压和额定电流。解：（1）输出电压平均值为：VUUd7.184230cos12209.02cos19.02输出电流为：ARUILdd35.9227.184（2）晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为VUUMTN933~6223~2晶闸管流过的电流为负载电流的一半，ARUIT76242sin2考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：AIITAVT96~7357.1)2~5.1()(2-4单相桥式全控整流电路，VU1002，负载中2LR，L值极大，反电势E=60V，当α=30°时，求：（1）画出ddiu,和2i的波形；（2）整流输出平均电压dU、电流dI及变压器二次侧电流有效值2I；（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：(1),,ddiu和2i的波形如下图：（2）输出平均电压dU，电流dI，变压器二次电流有效值2I分别为VUUd97.7730cos1009.0cos9.02AREUIdd99.826097.77AIId99.82（3）晶闸管承受的最大反向电压为：)(4.141210022AU考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为：)(424~2834.141)3~2(VUTN流过晶闸管的电流有效值为：)(34.62IdAIT考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：)(08.8~06.657.1/34.6)2~5.1(AIATT2-5单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0~100V连续可调，30V以上要求负载电流达到20A。采用由220V变压器降压供电，最小控制角30min.试求：（1）交流侧电流有效值；（2）选择晶闸管电压、电流定额。解：（1）交流侧输出电压有效值为：212sindUUtdt=21cos0.92Umin=30°，此时输出电压最大，代入上式得到：100230cos19.02cos19.022UUUd得，2U=119VdU=30~100V变化时，dI20A，由于在30V时，导通角小，因此此时的电流有效值最大，此时R=1.5，触发角为302cos11199.02cos19.02UUd116交流侧电流有效值为：ARUI382sin2122（2）晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为22U，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管电压定额为：VUUTN)424~8.282(2)3~2(2晶闸管电流是输出电流的二分之一，考虑1.5~2倍的安全裕量，则晶闸管的额定电流为：AIIITAVT34~26257.1)2~5.1(57.1)2~5.1(2)(2-6在单相桥式全控整流电路中，若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短路，结果又会怎样？解：假设1VT因为过流烧毁断路，则整流电压ud波形与单相半波整流电路的波形一样，相位差180度。假设1VT因过流而短路，则当晶闸管2VT导通时，将发生电源相间短路，使得2VT也可能因为过流而烧毁。如果2VT因为过流烧毁断路，则整流电压ud波形如上图所示，相位差180度；如果2VT因为过流烧毁而短路，则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α=0，当负载为电阻时，dU的波形如下：当负载为电感时，dU的波形如下：2-9三相半波可控整流电路，电阻性负载。已知20,2202LRVU，当α=90°时，试计算ddIU,并画出ddTuiu,,1波形。解：由输出电压平均值的关系式可求得：VUUd25.7426cos1220675.06cos1675.02输出电流平均值为：ARUILdd7125.32025.742-10三相半波整流电路，已知5.0,1102LRVU，大电感负载，当α=45°时，试计算ddIU,并画出ddTuiu,,1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dTI、有效值TI和续流二极管的电流平均值dDRI、有效值DRI。解：由输出电压平均值的关系式可求得：VUUd9145cos11017.1cos17.12输出电流平均值为：ARUILdd1825.091并接续流二极管时，输出电压平均值为:VUUd47.93)]6cos(1[675.02输出电流平均值为：ARUILdd94.1865.047.93晶闸管的电流平均值为：AIIddT5.5421232有效值为：AIIdT96.10021232续流二极管的电流平均值为：AIIddDR37.233212续流二极管电流有效值为：AIIdDR1.6632122.11三相半波整流电路，电感性负载，,,2LR调节达到维持dI为恒值250A，已知,08.0BX供电电压经常在1~1.152U范围内变化，求：和2U的变化范围;解：由题可知：三相半波整流电路，250223cos1.172dRIIXUUddBU2cosα=435.5为定值，cosα∈（0，1）所以α=0°时，2U值为435.5，取2U为440V，则2U的变化范围为440~506V,2U=440V时，得到α=8.2°当电压波动到1.152U=506V时，得到α=30.6°2.12三相半波整流电路，反电势电感性负载，VU1002，1R，L，，30VE50,求：（1）输出电压dU和输出电流dI，晶闸管的额定电压和额定电流，并画出11,TTdiuu和的波形；（2）当mHLB1时，输出电压和输出电流，并画出uTdiiu和1,的波形。解：（1）221.17cos1.17cos30101.34dUUUV51.32ddUEIAR晶闸管的额定电压：VUUN)735~490(6)3~2(2晶闸管的电流有效值：AIIdT63.293晶闸管的额定电流：AIITAVT75.37~39.28)2~5.1(57.1)(（2）考虑BL时，有：21.17cos32ddBdddMdUUUXIUUEIR三式联立求解得到：294.6344.632coscos()6ddBdUVIAXIU即得出：cos300.752换流重叠角11.282.13三相半波共阴极接法与共阳极接法，u,v两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，他们在相位上相差多少度？答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，两相之间换相的自然换相点不在同一点上。相位相差180°。2.14三相全控桥整流电路，当一只晶闸管短路时，电路会发生什么情况？答：假设VT1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也可能过流烧毁。2.15三相全控桥，反电势电感性负载，VE200，VU2202，1RL,60求：（1）输出电压dU和输出电流dI，晶闸管的额定电压和额定电流，并画出11,TTdiuu和的波形；（2）当mHLB1时，输出电压和输出电流，并画出uTdiiu和1,的波形。解：（1）)(4.25760cos22034.2cos34.202VUUd)(4.5712004.257AREUIdd（2）当mHLB1时，可得：REUIIXUUUUdddBddd3cos34.22解方程组可得)(15.244VUd)(15.44AId又因为：22coscos()6cos600.44853.35BdXIU2.16在三相桥式全控整流电路中，已知VU1102，2.0LR，电感足够大，当o45时，试计算ddIU,及流过晶闸管的电流平均值dTI和有效值TI，并画出,,,1ddTuiu1Ti的波形。解：0245cos11034.2cos34.2UUd182VRUIdd=2.0182=910A3.30339103ddTIIAAIIdT1.52732.17试画出三相桥式逆变电路中当β=π∕4时晶闸管4VT两端电压波形。2.18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2，即dU为负。2.19三相全控桥逆变电路，反电动势电感性负载，2U=220V，R=1Ω，L=∞，ME=﹣400V，β=60°。求：（1）输出