電力電子技術(shù)第至第章作業(yè)答案

1、第2至第8章作業(yè)第2章電力電子器件1 .使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：品閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā) 電流（脈沖）?；颍篣ak>0且Ugk>0。2 .維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：維持品閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持品閘管導(dǎo)通的最小 電流，即維持電流。3 .怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？答：要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶 閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的品閘管關(guān)斷。圖1晶軸3導(dǎo)電波形4.圖1中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im,試計算各

2、波形的電流平均值 3、Id2、Id3與電流有效值Il、12、13。精選范本b)c)f(- + 1) 0.2717 L*©小 5說"供):冬 J+y- 0. 4767 上Zx - 1 11Htsinord(ar)二 班("+1)降0,5434 人TT 當(dāng)“TT 2工二工£(1陽 sihcyf)*(s)=:、:十-光0. 898 12尸1乙或腐尸口. 23£公Ul?4"（蛾）二。 5工7.晶閘管的觸發(fā)脈沖需要滿足哪些條件?答：(1)觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率。(2)觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后， 陽極電流能迅速

3、上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。第3章整流電路1 .單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電，L = 20mH, U2=100V,求當(dāng)“=0。和60。時的負(fù)載電流Id,并畫出ud與id波形。解：口 =0叩九 在電源電壓修的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負(fù)載電感Z儲能，在晶 閘管開始導(dǎo)通時刻.負(fù)載電流為零：在電源電壓讓的負(fù)半周期，負(fù)載電感上釋 放能量，晶間管繼續(xù)導(dǎo)通二因此，在電源電壓餐的一個周期里，以下方程均成id iL Ji = y/2U2 sin dl考慮到初始條件:當(dāng)血=0時，尸0可解方程得士 =<££1 (1- cositf)oL及00£。一 8M雙t)=22. 51

4、(A)5與力的波形如下圖:當(dāng) =60.時，在gE半周期期間晶閘管導(dǎo)通使三堂渚詼,亙惑 上儲藏的能量在5負(fù)半周期180c300口期間釋放，因此在地一個周期中80。飛00。 期間以下微分方程成立：£弘=收入由1必考慮初始條件：當(dāng)業(yè)=60。時。=0可解方程得:-cos 其平均宜為A =p 4-eos)d()=lL 25(A)2打m CjL 22故此時上與上的波形如下圖：2 .單相橋式全控整流電路， U2=100V,負(fù)載中R= 2Q, L值極大，當(dāng)a= 30°時，要求： 作出Ud、id、和i2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次電流有效值I2；考慮安全裕量，確定晶閘

5、管的額定電壓和額定電流。解，1、L 和幺的波形如下圖：輸出平均電壓。 電流B 變壓器二次電流有效值A(chǔ)分別為5=0.9 £'9X 100XCOS301=77.97 (V)一=& A=77. 97/238, 99 (A)£ = £ = 38. 99 (A)晶閘管承受的最大反向電壓為：Ji f；= 10072 =141. 4 (V)考慮安全裕童，品閘管的額定電壓為.= (2"3) X 141. 4-283424 (V)具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取，流過晶閘管的電流有效值為：品=£/ 71 =27. 57 (A)晶閘管的額定電流為

6、，產(chǎn) Q.5 X27. 57/ 1.57 = 2635 (A) 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取.3 .單相橋式全控整流電路，U2=100V,負(fù)載中R=2Q, L值極大，反電勢 E=60V,當(dāng)a=30時，要求：作出小、id和i2的波形；求整流輸出平均電壓 Ud、電流 國 變壓器二次側(cè)電流有效值I2；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：加口和會的波形如下圖:整施輸出平均電壓電流乙 變壓器二次惻電流有效值代分別為 4=0.9 w9=0.9X100X8330" =77. 97(A)h =(77. 97-60) "2 = 9 (A)Zj Z； 9(A)晶閘管承受的最

7、大反向電壓為：100VI = 141.4 (V)流過每個品閘管的電流的有效值為工I=U 41 =6. 36 (A)故晶閘管的額定電壓為，Lk= (2"3) X141.4 = 283424 (V)晶閘管的額定三流為:4= (1.5"2) X6. 36/ L 57 = 6、8 (A)晶閘管額定電玉和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取：4 .單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。舞：注意到二極管的特點：承受亙壓為正即導(dǎo)通，因此，二極管承受的電壓不會 出現(xiàn)正的部分，在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡，整流二極管在一周內(nèi)承受的

8、電壓波形如下：D5 .單相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載，R=1 Q, L=8, E=40V, U2=100V, LB=0.5mH ,當(dāng)a=60時求Ud、Id與g的數(shù)值，并畫出整流電壓Ud的波形。弊：考慮乙時，有：£/=0. Qiicosct - A乙=2羌4/冗£= (£；初 / R解方程組得：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 換流重疊角7 = 61.33

9、、60=1.33°最后，作出整流電氏上的液形如下士6 .單相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時，要求的晶閘管移相范 圍分別是多少？答：單相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，要求的品閘管移相范圍 是0 180。，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時，要求的品閘管移相范圍是0 90。7 .在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失， 試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓Ud的波形。解：假設(shè)儀=0"當(dāng)負(fù)轂為電阻時.S的波形如下I8 .三相半波可控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5Q, L值極大，當(dāng)a=60°時,要求：回出Ud、id和iVT1的波形

10、;計算 Ud、Id、IdT 和 IvT。辨士將 公和九1的波形如下圖士&工、&和后分別如下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 .在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時的整流電壓Ud波形如何？如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答士假設(shè)V不能導(dǎo)通，整流電壓戊波形如下士假設(shè)YL被擊穿而矩路.則當(dāng)品閘管VT二或、工導(dǎo)通時，將發(fā)生電源相間短路. 使得工

11、、VT,也可能分別被擊穿口10 .三相橋式全控整流電路，U2=100V,帶電阻電感負(fù)載，R=5Q, L值極大，當(dāng)a=60°時,要求：回出Ud、id和iVT1的波形；計算 Ud、Id、IdT 和 IvT。工和九的波形如下:仄£、必和亦分別如下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 .三相全控橋，反電動勢阻感負(fù)載， E=200V, R=1 Q, L=8

12、, U2=220V, a=60°,當(dāng)Lb=0和LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求 g并分別作出Ud與什的波形。解:當(dāng)丸"0時：£1=2. 34&oscr =2. 34 X 220Xcos60 = 257.4 (V)上=(小一月)/ R= <257,4-200) / 1=57,4 (A)當(dāng)乙=ImH時U=2. ZAL2cosOi - A G儀=3耳五/ TT1產(chǎn)(乙一冷! R解方程組得：0=(2. 34兀江戶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 .三相橋式全控整流電路中，當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電感負(fù)載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？答：三相橋式全控整流電路，當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時，要求的品閘管移相范 圍是0 120。，當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時，要求的品閘管移相范圍是0 90。13 .三相橋式全控整流電路， 其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6

14、k (k=1、2、3) 次的諧波，其中幅值最大的是 6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有 6k l(k-h 2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。14 .三相橋式全控整流電路， U2=100V,帶電阻電感負(fù)載， R=5Q, L值極大，當(dāng)a=60°時， 要求：(1)計算Ud、Id、IdT和IVT； (2) i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27；(3)輸入功率因數(shù)。(1)心k K和4T分別如下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、 由此可計算出3次和次諧波分量的有效值為，=遙 A/5tt =& X23. 4/ on =3.65 (A)R= Ji li > 7TT = 6 父 23, 4 / 77T =二 611A)(3)基波電流的有效道！上=而&/日=. X23, 39/n = 18. 243 (A) 基波因數(shù)為v= Zi / I=U 4=0.935 電路的輸入功率因數(shù)為，/= v costz = 0. 955 cos60 =0.4815 .使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件有二：(1)直流側(cè)要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致， 其值應(yīng)大于變 流電路直流側(cè)的平均電壓；(2)要

16、求晶閘管的控制角口九/2使Ud為負(fù)值。16 .什么是逆變失??？如何防止逆變失敗？答：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路 形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的品閘管，保 證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角B等。第4章逆變電路1 .無源逆變電路和有源逆變電路有何不同?答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負(fù)載聯(lián)接。2 .換流方式各有那幾種？各有什么特點?答

17、：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。 全控型器件采用此換流方電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負(fù)的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上 即可。負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，當(dāng)負(fù)載為電容性負(fù)載即負(fù)載電流超前于負(fù) 載電壓時，可實現(xiàn)負(fù)載換流。強迫換流：設(shè)置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱 為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。品閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、 負(fù)載換 流和強迫換流3種方式。3 .什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類， 直流側(cè)是電壓源的稱為逆

18、變電路稱 為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點是：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈 動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載 阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率， 直流側(cè)電容起緩沖無功能量的 作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道， 逆變橋各臂都并聯(lián)了反 饋二極管。電流型逆變電路的主要特點是：直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路 呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關(guān)器件的作用僅

19、是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻 抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率， 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的 作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向， 因此不必像電壓型逆變電路那樣 要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管4 .電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？答：在電壓型逆變電路中，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當(dāng)輸出交流電壓和電流的極性相同時， 電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當(dāng)輸出電壓電流極

20、性相反時，由反饋二 極管提供電流通道。5 .為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管?答：在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當(dāng)需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時， 電流并不反向，依然經(jīng)電 路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。第5章直流-直流變流電路1 .介紹降壓斬波電路工作原理答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓 V導(dǎo)通一段時間ton,由 電源E向L、R、M供電，在此期間，uo=E。然后使V關(guān)斷一段時間toff,此 時電感L通過二極管VD向R和M供電，uo= 00 一個周期內(nèi)的平均電壓一&一k 。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用

21、。2 .介紹升壓斬波電路工作原理答：假設(shè)電路中電感上管很大，電容C值也很大，當(dāng)Y處于通態(tài)時，電源E向包 感£充電.充電電流基本恒定為% 同時電容C上的電壓向負(fù)載廳供電，因C 值很大，基本保持輸出電壓為恒值U-設(shè)¥處于通態(tài)的時間為此階段電感上 上積蓄的能量為£7葭n當(dāng)丫處于斷態(tài)時E和工共同向電容t充電并向負(fù)載斤提 供能量：設(shè)丫處于斷態(tài)的時間為己門則在此期間電感1釋放的能量為色E閃進(jìn).當(dāng)電路工作干穩(wěn)態(tài)時，一個周期丁中電感上積蓄的能量與釋放的 能量相等，即:嘰=(4 -化簡得：U 二 r. E =工E式中的”工三之1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路，3

22、.在降壓斬波電路中，已知 E=200V , R=10 Q, L值極大，Em=30V , T=50科sot=20科St算 輸出電壓平均值 U。，輸出電流平均值I。弊:由于上值極大，故負(fù)戴電流連續(xù),于是輸出電壓平均值為E：二噎 E 二 2°x20。=&0 T 50瑜出電謊平均值為%-4二加一30R 10=5（A）4.在下圖所示的降壓斬波電路中，E=100V, L=1mH制方式，T=20 s,當(dāng)ton=5 Q時，計算輸出電壓平均值 流的最大和最小值瞬時值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。當(dāng)R=0.5 Q Em=10V ,采用脈寬調(diào)制控U。，輸出電流平均值I。，計算輸出電ton=3 時,重新進(jìn)

23、行上述計算。解;由題目已知條件可得;m= 乂 =0.1E 100”.翳=。°。2當(dāng)%=5在s時，有iO=0.01p= =0.0025由于11=0,249>m-1所以輸出電流連續(xù)。此時輸出平均電壓為“尹喏二 25(V)輸出平均電流為二一二30時輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為fl-r = I -e ,max一 I -/ _ -CLM25二“。* 19(A)EI)R100=29. 81 (A)0.5當(dāng)片時，采用同樣的方法可以得出:a p =0.0015由于C.CJ二二 0. 149)必-I所以輸出電流仍然連續(xù)匚此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為工氏&qu

24、ot;等二151-0,00131 2一。遛=10.13(A)一°.聘=9. 873 ii5.在升壓斬波電路中，已知 E=50V, L值和C值極大，R=10Q,采用脈寬調(diào)制控制方式, 當(dāng)T=40ws, ton=20 時，計算輸出電壓平均值U。，輸出電流平均值I。VDu0升壓新波電路解，由題目己知條件可得.Z?F- -0. 1E 100A 0.001飛一 0.5=0. 002當(dāng)二5幺e時，有由于所以輸出電流連續(xù)，Q 二工二0.01rafp r<¥1 =0. 0025C.0C2?此時輸出平均電玉為工 士產(chǎn)小黑儂輸出平均電流為25-10 =3Q(A)輸出電流的最大和最小僮薄時

25、值分別為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當(dāng)儲3Ks時，采用同樣的方法可以得出，a 口 =0, 0015由于C.fll=0. 149>jp-I所以輸出電流仍然連續(xù)。此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為:-f, j-. 100 x 3 r 丁T 20R產(chǎn) 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-交流變流電路1. 一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻 220V,

26、阻感串聯(lián)作為負(fù)載，其中 R=0.5 Q L=2mH。試求：開通角”的變化范圍；負(fù)載電流的最大有效值；最大輸出功率及此時電源側(cè)的功n率因數(shù)；當(dāng)a=一時，晶閘管電流有效值，晶閘管導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。2解,負(fù)載阻抗角力，p=arctan ()arctan ( 2x50x2x10 3)=0. 89S64=51. 49 =ROJ開通角a的變化范圍為：0. 89864Maxil當(dāng)值二學(xué)時，輸出電壓最大，負(fù)載電流也為最大，此時輸出功率最大,為1,70'Ft二 一 ，7? =37.532 (KW)J+(aLy )功率因數(shù)為A="三=0,6227UJa 220x27198J. w實際上，此

27、時的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦，即cos=Or 6227仃="時，先計算品閘管的導(dǎo)通角，由式(4-7)得2STsin(- + 0-O. 89864) = sin( -0. 89S64) L22鋅.上式可得晶閘管導(dǎo)通.角為：=2.375=136. 1也可由圖4-3估計出日的值,此時.品閘管電流有效值為sin 日 cos(2值+* + 8)cos>220產(chǎn)5 x0,803I siii2.375xcos(+ 0,8986+2.375)",! .3 ' 5VcosO,89S64-123.2(A)電源網(wǎng)功率因數(shù)為其中:/0=174. 2(A)于是可得出i：R3174

28、22 x0.5- 220x1742=0J9592.一調(diào)光臺燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺燈可看作電阻負(fù)載，在 最大值，試求功率為最大輸出功率的80%, 50%時的開通角“=。寸輸出功率為靜：儀=0時的輸出電壓最大，為uCTT1JLS-! (aSsin giY del = U此時負(fù)載電流最大，為。=因此最大輸出功率為* =（7輸出功率為最大輸出功率的80%時，有:此時,sin 2a又由t- a47T起得a =80. 54£同理，輸出功率為最大埔出功率的504時.有: j = 7537：又由伊12儀”立,+ 7Ta =90第7章PWM控制技術(shù)1 .介紹PWM控制的基本原理。答：PWM控

29、制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的 寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）o在采樣控制理論中 有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基 本相同。上述原理稱為面積等效原理2 .單極性和雙極性 PWM調(diào)制有什么區(qū)別？三相橋式 PWM型逆變電路中，輸出相電壓（輸 出端相對于直流電源中點的電壓）和線電壓SPWM波形各有幾種電平？答：三角漉載波在信號波正半周期或負(fù)半周期里只有單一的極性，所得的PWM 波形在半個周期中也只在單極性范圍內(nèi)變化，稱為單極性P皿控制方式.三角波載波始終是有正有負(fù)為雙極性的，所得的PWM波形在半個周期中有 正、有負(fù),則稱之為雙極性國M控制方式.三相橋式PWM型逆變電路中，輸出相電壓有兩種電平：0.5%和-0.3 & 輸出線電壓有三種電平乙、。、一口3 .什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？兩者各有何特點