電力電子變流技術(shù)課后答案

1、第二章單相可控整流電路習(xí)題與思考題解2-1什么是整流？它是利用半導(dǎo)體二極管和晶閘管的哪些特性來實(shí)現(xiàn)的？解：整流電路是一種ACDC變換電路，即將交流電能變換為直流電能的電路，它是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦院途чl管是半控型器件的特性來實(shí)現(xiàn)的。2-2某一電熱裝置（電阻性負(fù)載），要求直流平均電壓為75V，電流為20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計(jì)算晶閘管的控制角、導(dǎo)通角、負(fù)載電流有效值，并選擇晶閘管。解：(1)整流輸出平均電壓 d= = cos=則控制角60° 導(dǎo)通角=-=120° (2).負(fù)載電流平均值 Id=20(A) 則RUdId7520=3.75

2、 負(fù)載電流有效值I，即為晶閘管電流有效值IV1，所以I=IV1=37.6(A)(3).當(dāng)不考慮安全裕量時(shí) IV1=kfeIVEAR=1.57IVEAR則晶閘管通態(tài)平均電流IVEAR=IV1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A)晶閘管可能承受的最大正反向電壓為 (V)所以，可選擇額定通態(tài)平均電流為30A、額定電壓為400V的晶閘管。按裕量系數(shù)2，可選擇額定通態(tài)平均電流為50A、額定電壓為700V的晶閘管。2-3帶有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路，大電感負(fù)載保證電流連續(xù)。試證明輸出整流電壓平均值，并畫出控制角為時(shí)的輸出整流電壓ud、晶閘管承受電壓uV1的波形。解： d= = 控制角為

3、時(shí)的輸出整流電壓ud、晶閘管承受電壓uV1的波形參閱教材P31中的圖2-3（b）、(c)、(d)和(h)。2-4將單相半波可控整流電路中電阻負(fù)載和電感性負(fù)載的工作原理作個(gè)比較，找出差別，并畫出電阻負(fù)載輸出電壓ud、電流id和晶閘管電壓uV1波形；寫出Ud、Id計(jì)算公式。解：電阻性負(fù)載電路輸出電流id 與輸出電壓ud相位相同，波形相似。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。ud波形從至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點(diǎn)。電感性負(fù)載電路由于電感的儲(chǔ)能作用，輸出電流id 與輸出電壓ud相位不相同，電流id滯后于電壓ud。而且，電流id不能隨電壓ud突變。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從開始并超過過零點(diǎn)，導(dǎo)通角>。ud波形從開

4、始至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點(diǎn)后，進(jìn)入負(fù)半周。導(dǎo)通角的大小，與負(fù)載電感值L有關(guān)，L越大，儲(chǔ)能越多，亦越大，ud波形進(jìn)入變壓器二次電壓負(fù)半周的部分亦越多，輸出電壓的平均值Ud亦下降的越多。當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時(shí)，Ud近似等于零，此時(shí)輸出平均電流Id亦很小。電阻負(fù)載輸出電壓ud、電流id和晶閘管電壓uV1波形參閱教材 27中的圖2-1。電阻負(fù)載Ud、Id計(jì)算公式如下： (1)整流輸出平均電壓 d= = (2).負(fù)載電流平均值 Id= 2-5單相半波大電感負(fù)載可控整流電路中，帶續(xù)流二極管和不帶續(xù)流二管在輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1、續(xù)流二極管電壓uV2和電流iV2波形上有何區(qū)

5、別。寫出帶續(xù)流二極管時(shí)ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值計(jì)算公式。 解：不帶續(xù)流二管時(shí)，當(dāng)負(fù)載為大電感負(fù)載時(shí)，輸出電壓ud波形與橫坐標(biāo)所圍的正負(fù)面積相等，Ud近似等于零，此時(shí)輸出平均電流Id亦很小。輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1的波形參閱教材P30中的圖2-2。其中，iV1的波形與id的波形相同。帶續(xù)流二極管時(shí)，由于續(xù)流二極管的作用，晶閘管從開始導(dǎo)通，至變壓器二次電壓正變負(fù)的過零點(diǎn)時(shí)，由于電感應(yīng)電動(dòng)勢的作用使續(xù)流二級管導(dǎo)通，晶閘管被迫關(guān)斷，所以，晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。由于負(fù)載為大電感負(fù)載，所以負(fù)載電流id脈動(dòng)很小，近似為一平行橫坐標(biāo)的直線，晶閘管電流iV1、

6、續(xù)流二極管電流iV2近似為正向矩形波，導(dǎo)通角分別為和。輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1、續(xù)流二極管電壓uV2和電流iV2波形參閱教材P31中的圖2-3。帶續(xù)流二極管時(shí)ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值計(jì)算公式如下：（）輸出電壓的平均值Ud為Ud=0.45U2 （）輸出電壓的有效值值U為U =（）輸出電流的平均值Id為 （）輸出電流的有效值值I為I （）晶閘管的平均電流IV1AR為IV1AR= （）晶閘管電流的有效值IV1為IV1= （）續(xù)流二極管的平均電流IV2AR為IV2AR= （）續(xù)流二極管電流的有效值IV2為IV2=2-6有一單相橋式全控整流電路，負(fù)載為電阻性

7、，要求=30°時(shí)，Ud=80V，Id=7A。計(jì)算整流變壓器的副邊電流I2，按照上述工作條件選擇晶閘管。解：Id=UdR，則R=UdId=8070=1.14 Ud=0.9U2×(1+cos)2則U2=95V 82.12 (A) (A) IVEAR=IV1kfe =581.5737 (A)考慮裕量系數(shù)2， ×3774(A) (V)選額定電流100A、額定電壓300V的晶閘管。 2-7單相全控橋式整流電路接大電感負(fù)載，已知U2=100V，R=10，=45°。（1）負(fù)載端不接續(xù)流二極管V4，計(jì)算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管電流有效值。（2）負(fù)載端接續(xù)流二極管

8、V4，計(jì)算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管、續(xù)流二級管電流有效值。畫出ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2的波形。解：（1）負(fù)載端不接續(xù)流二極管V4時(shí)輸出電壓平均值為 0.9×100×0.70763.7(V)輸出直流電流平均值為(A) 晶閘管電流的有效值為=4.5(A) (2）負(fù)載端接續(xù)流二極管V4時(shí)輸出電壓平均值(V) 輸出直流電流平均值為(A) 晶閘管與整流二極管電流的有效值IV1、IV2為(A) 續(xù)流二極管電流的有效值IV4為=(A)變壓器二次電流的有效值I2為 (A) 接續(xù)流二極管時(shí)的ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2的波形參閱教材 41中

9、的圖2-8。2-8單相橋式半控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出整流電壓0100V連續(xù)可調(diào)，30V以上時(shí)要求負(fù)載電流能達(dá)到20A。當(dāng)（1）采用220V交流電網(wǎng)直接供電；2）采用變壓器降壓供電，最小控制角min=30°，試分析比較二種供電方式下晶閘管的導(dǎo)通角和電流有效值、交流側(cè)電流有效值及電源容量。解：（1）采用220V交流電網(wǎng)直接供電時(shí) 當(dāng)輸出平均電壓d為100V時(shí)則當(dāng)輸出平均電壓Ud為30V時(shí)則導(dǎo)通角，所以晶閘管導(dǎo)通角90°46°。要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負(fù)載電流，故應(yīng)在最小即最大max時(shí)，計(jì)算晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶

10、閘管平均電流IV1ARId2=10A當(dāng)134°=134180=0.7444時(shí)波形系數(shù)為晶閘管電流的有效值為（） 交流側(cè)電流的有效值為（）交流電源容量為2）采用變壓器降壓供電時(shí)Ud=0.9 U2當(dāng)min=30°時(shí)，輸出電壓為100V，則變壓器二次電壓為(V) 當(dāng)Ud=30V時(shí)的最大控制角max為max116°晶閘管導(dǎo)通角，則150°64°要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負(fù)載電流，故應(yīng)在最小即最大max時(shí)，計(jì)算晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶閘管平均電流IV1ARId2=10A當(dāng)116°=116180=0.

11、6444時(shí)波形系數(shù)為晶閘管電流的有效值（）變壓器二次電流的有效值（）變壓器二次容量 可見，在可控整流電路輸出較低電壓時(shí)，采用變壓器供電有利于降低所用晶閘管的額定電流和額定電壓，以及交流電源的容量。因?yàn)椴捎米儔浩鞴╇娍墒箍煽卣麟娐吩谳^小控制角和較低的變壓器二次電壓下運(yùn)行。2-9單相橋式半控整流電路，由220V經(jīng)變壓器供電，負(fù)載為大電感性并接有續(xù)流二極管。要求輸出整流電壓2080V連續(xù)可調(diào)，最大負(fù)載電流為20A，最小控制角min30°。試計(jì)算晶閘管、整流管、續(xù)流二極管的電流平均值、有效值以及變壓器容量。解：1、在最小控制角min和最大整流輸出電壓時(shí)，計(jì)算變壓器二次電壓U2 (V)2、在

12、最小整流輸出電壓時(shí)計(jì)算出最大控制角max當(dāng)Ud=20V時(shí)的最大控制角max為 則max=122°3、在最不利的條件下，計(jì)算各器件的電流有效值和變壓器二次有效值I2，因?yàn)榫чl管、整流管、續(xù)流二極管電流有效值涉及管芯的發(fā)熱和合理選擇器件的電流額定容量。變壓器二次電流I2涉及變壓器容量的選擇，這些量的計(jì)算必須以電路運(yùn)行中的最大值為基礎(chǔ)，以保證器件和設(shè)備的安全運(yùn)行。晶閘管與整流二極管電流的平均值IV!AR、IV2AR與有效值IV1、IV2 其最大值出現(xiàn)在min=30°時(shí),所以 續(xù)流二極管電流的平均值IV4AR與有效值IV4其最大值出現(xiàn)在max=122°時(shí)，所以 A變壓器二

13、次電流的有效值I2 其最大值出現(xiàn)在min=30°時(shí),所以 則變壓器二次容量 2-10單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路接大電感負(fù)載，負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管的作用是什么？兩者的作用是否相同？解：單相橋式全控整流電路大電感負(fù)載整流輸出平均電壓為其負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管是為了使交流電源電壓進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，由續(xù)流二極管續(xù)流，使晶閘管關(guān)斷，提高整流輸出電壓的平均值。整流輸出平均電壓為 單相橋式半控整流電路接大電感負(fù)載，負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管的作用是為了避免失控現(xiàn)象的發(fā)生，保證整流電路的安全運(yùn)行。整流輸出平均電壓亦為 2-11單相可控整流電路供電給電阻負(fù)載或蓄電池充電（反電勢負(fù)載），在控制

14、角相同，負(fù)載電流平均值相等的條件下，哪一種負(fù)載晶閘管的額定電流值大一些？為什么？解：反電動(dòng)勢負(fù)載電路中晶閘管的額定電流大一些。因?yàn)楫?dāng)控制角為時(shí)，電阻性負(fù)載時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角-。而反電動(dòng)勢式負(fù)載時(shí)，當(dāng)小于不導(dǎo)電角時(shí)，-2；當(dāng)大于不導(dǎo)電角時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角-。所以，反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的波形系數(shù)Kf1大于電阻性負(fù)載時(shí)的波形系數(shù)Kf2。當(dāng)負(fù)載電流平均值相等的條件下，反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的晶閘管電流的有效值大于電阻性負(fù)載時(shí)的晶閘管電流的有效值。因此，反電動(dòng)勢負(fù)載晶閘管的額定電流大一些。2-12直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特點(diǎn)及其等效電路如何？串接平波電抗器的意義何在？解：直流電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢負(fù)載，其等效電路為一直流反電動(dòng)勢和電

15、阻串聯(lián)。由于反電勢的作用，晶閘管的導(dǎo)通角變小，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)，通常反電勢負(fù)載的內(nèi)阻又很小，所以輸出同樣的平均電流，峰值電流很大，因而電流的有效值大，要求電源的容量亦大。對于直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，將使其機(jī)械特性變軟，整流換相時(shí)產(chǎn)生火花。為使負(fù)載電流連續(xù)，克服上述缺點(diǎn)，常在反電勢負(fù)載的整流輸出端串聯(lián)平波電抗器，其目的是利用電感的儲(chǔ)能作用來平衡電流的脈動(dòng)和延長晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。2-13串平波電抗器電動(dòng)機(jī)負(fù)載與大電感負(fù)載在單相全控橋整流電路中，輸出電壓波形一樣嗎？為什么？電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢Ed不起作用嗎？解：在理想的情況下，二種電路輸出電壓的波形是一樣的。因?yàn)槠讲娍蛊麟姼辛康倪x擇原則是：在最小的負(fù)載電流

16、Idmin（低速輕載情況下）時(shí)，保證負(fù)載電流連續(xù)，即晶閘管導(dǎo)電角=180°。這是在最不利情況下，為保證電流連續(xù)選擇的電感L值，當(dāng)負(fù)載電流大于Idmin時(shí)，L的儲(chǔ)能增多，電流就不會(huì)不連續(xù)。當(dāng)負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，其輸出電壓的波形與大電感負(fù)載電路相同電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢Ed不是不起作用，串平波電抗器的反電勢負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角=180°，波形與大電感負(fù)載時(shí)相同，輸出電壓U d交流分量幾乎全部降落在電抗器上，反電勢負(fù)載（例如直流電動(dòng)機(jī)）上的電壓脈動(dòng)很小，負(fù)載電流id波形基本平直，可以近似看成為平行于橫坐標(biāo)的直線，晶閘管電流波形為180°的矩形波。所以，各種參數(shù)之間的數(shù)量關(guān)

17、系，也與大電感負(fù)載時(shí)相同。只是由于反電勢的作用，負(fù)載電流的平均值為Id=(Ud-E)/R，2-14對單相大電感性負(fù)載可控整流電路，畫圖說明全控橋和半控橋輸出電壓ud、晶閘管電流iV1和變壓器二次電流i2波形的差別。半控橋加續(xù)流二極管與其不加續(xù)流二極管時(shí)又有何差別？解：單相全控橋大電感性負(fù)載可控整流電路，輸出電壓ud、晶閘管電流iV1和變壓器二次電流i2波形如教材P37中的圖2-6(d)、(f)、(g)、（h）所示。晶閘管導(dǎo)電角為=，對應(yīng)橋臂對管輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，電流iV1波形為為180°的正向矩形波。變壓器二次電流i2波形為正負(fù)180°的矩形波。當(dāng)>0°時(shí)，輸出電壓u d波形將進(jìn)入交流電源的負(fù)半周。半控橋加接續(xù)流二極管V4后，輸出電壓ud和變壓器二次電流i2的波形與不接續(xù)流二極管V4時(shí)相同，如教材P41中的圖2-8(d)、(j)所示。而晶閘管和整流二極管的導(dǎo)電角為=-。圖