《電力電子技術(shù)》習(xí)題答案(第五版王兆安劉進(jìn)軍主編)

1、電力電子技術(shù)習(xí)題答案(第五版,王兆安,劉進(jìn)軍主編)I?(II1Imd(t)=第2章電力電子器件使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正旭日極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK0且uGK0。保持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變成關(guān)斷？答：保持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即保持電流。要使晶閘管由導(dǎo)通變成關(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到湊近于零的某一數(shù)值以下，即降到保持電流以下，即可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。圖1-43中暗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(jì)算各

2、波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。042045202a)b)圖1-43圖1-43管導(dǎo)電波形c)解：a)Id1=124msintd(t)=Im2221)0.2717ImI1=124msint)2d(b)Id2=14t)=Im234+120.4767Immsintd(t)=Im22+1)0.5434ImI2=(I4msint)2d(t)=2Im2420.6741Imc)Id3=122Imd(t)=14ImI3=12012Im上題中若是不考慮安全裕量,問(wèn)100A的晶閘管能送出的平均電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時(shí)，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多

3、少?解：額定電流IT(AV)=100AI=157A，由上題計(jì)算結(jié)果知I的晶閘管，贊成的電流有效值329.35，Im1Id10.2717Im189.480.4767I232.90,Im2Id20.5434Im2126.560.6741Im3=2I=314,Id3=Im3=78.54GTO和一般晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，為何GTO能夠自關(guān)斷，而一般晶閘管不能夠？答：GTO和一般晶閘管同為PNPN結(jié)構(gòu)，由P1N1P2和N1P2N2組成兩個(gè)晶體管V1、V2,分別擁有共基極電流增益1和2，由一般晶閘管的剖析可得，1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。1+21，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通；1+21，不能夠夠保持飽

4、和導(dǎo)通而關(guān)斷。GTO之所以能夠自行關(guān)斷，而一般晶閘管不能夠夠，是由于GTO與一般晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同樣樣：GTO在設(shè)計(jì)時(shí)2較大，這樣晶體管V2控制健壯，易于GTO關(guān)斷；GTO導(dǎo)通時(shí)的1+2更湊近于1，一般晶閘管1+21.15，而GTO則為1+21.05，GTO的飽和程度不深，湊近于臨界飽和，這樣為門極控制關(guān)斷供給了有利條件；多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTO元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P2極區(qū)所謂的橫向電阻很小，進(jìn)而使從門極抽出較大的電流成為可能。怎樣防備電力MOSFET因靜電感覺(jué)應(yīng)起的損壞？答：電力MOSFET的柵極絕緣層很單薄，簡(jiǎn)單被擊穿而損壞。MOSFET的輸入

5、電容是低泄露電容，當(dāng)柵極開(kāi)路時(shí)極易受靜電攪亂而充上高出20的擊穿電壓，所以為防備MOSFET因靜電感覺(jué)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接；裝置時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必然接地，測(cè)試時(shí)全部?jī)x器外殼必然接地；電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防備電壓過(guò)高漏、源極間也要采納緩沖電路等舉措吸取過(guò)電壓。IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特色？答：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特色是：驅(qū)動(dòng)電路擁有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT的驅(qū)動(dòng)多采納專用的混雜集成驅(qū)動(dòng)器。GTR驅(qū)動(dòng)電路的特色是：驅(qū)動(dòng)電路供給的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有必然的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)

6、經(jīng)過(guò)程，減小開(kāi)通耗資，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能供給幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。GTO驅(qū)動(dòng)電路的特色是：GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路供給的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路平時(shí)包含開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分。電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特色：要求驅(qū)動(dòng)電路擁有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。8.全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試剖析RCD緩沖電路中各元件的作用。答：全控型器件緩沖電路的主要作用是控制器件的內(nèi)因過(guò)電壓，du/dt或過(guò)電流和di/dt，減小器

7、件的開(kāi)關(guān)耗資。RCD緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)，Cs經(jīng)Rs放電，Rs起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)VDs從Cs分流，使du/dt減小，控制過(guò)電壓。試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。解：對(duì)IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較以下表：二次擊穿問(wèn)題4第3章整流電路單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0和60時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0時(shí)，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)辰，負(fù)載電流為零。在電源電壓u2的負(fù)半周期，負(fù)載電感L開(kāi)釋能量，晶閘管連續(xù)導(dǎo)通

8、。所以，在電源電壓u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立：d2U2sintLdt考慮到初始條件：當(dāng)t0時(shí)id0可解方程得：idd021=2U2(1cost)L2U2(1cost)d(t)L2U2=22.51(A)L2ud與id的波形以以下列圖：u2udtid2t2t當(dāng)60時(shí)，在u2正半周期60180時(shí)期晶閘管導(dǎo)通使電感L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)存的能量在u2負(fù)半周期180300時(shí)期開(kāi)釋，所以在u2一個(gè)周期中60300時(shí)期以下微分方程成立：d2U2sintLdt考慮初始條件：當(dāng)t60時(shí)id0可解方程得：其平均值為L(zhǎng)2132U22U2cost)d(t)=11.25(A)Id2L22L3此時(shí)ud與id的波形以以下列

9、圖：u2+0ud+t+tidt2圖2-9為擁有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)明：晶閘管承受的最大反向電壓為22U2；當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)同樣。答：擁有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒(méi)有直流磁化的問(wèn)題。由于單相全波可控整流電路變壓器二次測(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。以下剖析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的狀況。以晶閘管VT2為例。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2經(jīng)過(guò)VT1與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大

10、電壓為22U2。當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角同樣時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（0）時(shí)期無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；（）時(shí)期，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；()時(shí)期，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；(2)時(shí)期，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于u2。對(duì)于電感負(fù)載：（）時(shí)期，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；（2）時(shí)期，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于u2。可見(jiàn)，二者的輸出電壓同樣，加到同樣

11、的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也同樣。3單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30時(shí)，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，確立晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形以以下列圖：u2Oudtidi2IdIdttt輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97（V）IdUd/R77.97/238.99（A）I2Id38.99（A）晶閘管承受的最大反向電壓為：2U21002141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23

12、）141.4283424（V）詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。流過(guò)晶閘管的電流有效值為：IVTIdM227.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）27.57M1.572635（A）詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。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。解：注意到二極管的特色：承受電壓為正即導(dǎo)通。所以，二極管承受的電壓不會(huì)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)承受的電壓波形以下：u20uVD22t當(dāng)=30時(shí)，要求：uVD4tt5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢(shì)E=

13、60V，作出ud、id和i2的波形；求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2；考慮安全裕量，確立晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形以以下列圖：u2udtIdtOi2IdIdttO整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9U2cos0.9100cos3077.97(A)Id(UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id9(A)晶閘管承受的最大反向電壓為：U21002141.4（V）流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVTIdM26.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)141.4283424（V）晶閘管的額定電流為

14、：IN(1.52)6.36M1.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的詳確數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)采納。晶閘管串連的單相半控橋（橋中VT1、VT2為晶閘管），電路如圖2-11所示，U2=100V，電阻電感負(fù)載，R=2，L值很大，當(dāng)=60時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出ud、id、iVT、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形以以下列圖：u2OudtOiVD2idiVT1OIdttttOIdIdO負(fù)載電壓的平均值為：1Ud32U2sintd(t)0.9U267.5（V）2負(fù)載電流的平均值為：IdUdMR67.52M233.75（A）流過(guò)晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVT3Id19

15、.49（A）流過(guò)二極管VD3、VD4的電流有效值為：負(fù)載下整流電壓ud的波形。IVDId27.56（A）3在三相半波整流電路中，若是a相的觸發(fā)脈沖消逝，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性解：假設(shè)0，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形以下：udOududOudOuauaubuctubuct當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形以下：uaOubuctuaubuct8三相半波整流電路，能夠?qū)⒄髯儔浩鞯亩卫@組分為兩段成為波折接法，每段的電動(dòng)勢(shì)同樣，其分段部署及其矢量如圖2-60所示，此時(shí)線圈的繞組增添了一些，銅的用料約增加10%，問(wèn)變壓器斷念可否被直流磁化，為何？ABCCNnBa1b1c1c1a2b2c2Nc2a2na1b2

16、b1圖2-60圖2-60變壓器二次繞組的波折接法及其矢量圖答：變壓器斷念不會(huì)被直流磁化。原由以下：變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng)a1c2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，a1的電流向下賤，c2的電流向上流；當(dāng)c1b2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，c1的電流向下賤，b2的電流向上流；當(dāng)b1a2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b1的電流向下賤，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(shí)間（各為120）由電流流過(guò)，流過(guò)的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器斷念不會(huì)被直流磁化。9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，a、b兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？若是不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣?？答?/p>

17、三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法，a、b兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們?cè)谙辔簧舷嗖?80。10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽(yáng)極接法，若是它們的觸發(fā)角都是，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，比方都是a相，在相位上差多少度？答：相差180。11三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形以以下列圖：u2OaubuctiVTudOuaubuct1OidOttUd、Id、IdT和IVT分別以下Ud

18、1.17U2cos1.*cos6058.5（V）IdUdMR58.5M511.7（A）IdVTIdM311.7M33.9A）IVTIdM36.755（A）12在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，若是有一個(gè)晶閘管不能夠夠?qū)?，此時(shí)的整流電壓ud波形怎樣？若是有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VT1不能夠夠?qū)?，整流電壓ud波形以下：udOt假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。13三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)=60時(shí)，要求：畫出ud、id和iVT1的波形；

19、計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形以下：60u2uaubuct1OtuabuacubcubaucaucbuabuacudOtidOiVT1ttOUd、Id、IdT和IVT分別以下Ud2.34U2cos2.*cos60117（V）IdUdMR117M523.4（A）IDVTIdM323.4M37.8A）IVTIdM323.4M313.51（A）14單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當(dāng)=60時(shí)求Ud、Id與的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時(shí)，有：Ud0.9U2cosUdUd2XBIdMId（UdE）M

20、R解方程組得：Ud（R0.9U2cos2XBE）M（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又coscos()2IdXBMU2即得出cos(60)=0.4798換流重疊角61.3360=1.33最后，作出整流電壓Ud的波形以下：u2udtt15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當(dāng)=30時(shí)、E=50V時(shí)Ud、Id、的值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。解：考慮LB時(shí)，有：Ud1.17U2cosUdUd3XBIdM2Id（UdE）MR解方程組得：Ud（R1.17U2cos3XBE）M（2R3XB）94.63（V）Ud6

21、.7（V）Id44.63（A）又coscos()2IdXBM6U2即得出cos(30)=0.752換流重疊角41.2830=11.28ud、iVT1和iVT2的波形以下：u2uaubucOuduaubucOiVT1iVT2OtIdtIdt16三相橋式不能夠控整流電路，阻感負(fù)載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不能夠控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路0時(shí)的狀況。Ud2.34U2cosUdUd3XBIdMIdUdMR解方程組得：Ud2.34U2cosM（13XB/R）486.9（V）Id97.38（A）又co

22、scos()2IdXBM6U2即得出cos=0.892換流重疊角26.93二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為IVDIdM397.38M332.46（A）u2ud、iVD1和i2a的波形以下：uaI2aId79.51（A）3ubuctt1uduabuacubcubaucaucbuabuacOtiVD1Oi2aOIdIdtt17三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60，當(dāng)LB=0和LB=1mH狀況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求并分別作出ud與iT的波形。解：當(dāng)LB0時(shí)：Ud2.34U2cos2.*cos60257.4（V）Id（UdE）MR（25

23、7.4200）M157.4（A）當(dāng)LB1mH時(shí)Ud2.34U2cosUdUd3XBIdMId（UdE）MR解方程組得：Ud（2.34U2Rcos3XBE）M（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又coscos()2XBIdM6U2cos(60)0.448563.35603.35ud、IVT1和IVT2的波形以下：u2uaubucuabOudIdubcubauabuacucaucbuactOIdtiVT1iVT2Ot18單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？此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？此中主要的是哪幾次？答：?jiǎn)?/p>

24、相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有2k（k=1、2、3）次諧波，此中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k1（k1、2、3）次即奇次諧波，此中主要的有3次、5次諧波。19三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？此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？此中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）次的諧波，此中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6k1(k=1、2、3)次的諧波，此中主要的是5、7次諧波。20試計(jì)算第3題中i2的3、5、7次諧波重量的有效值I23、I25、I27。解：在第3題中已

25、知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id38.99（A）于是可得：I232dM3238.99M311.7（A）I252IdM5238.99M57.02（A）I2722IdM72238.99M75.01A）21試計(jì)算第13題中i2的5、7次諧波重量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id23.4（A）由此可計(jì)算出5次和7次諧波重量的有效值為：I25dM523.4M53.65（A）I276IdM7623.4M72.61（A）22試分別計(jì)算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。解：第3題中基波電流的有效值為：I122IdM2238.99M35.1（A）基波因數(shù)為I1MII1MId35.1M38.990.9電路的輸入功率因數(shù)為：cos0.9cos300.78第13題中基波電流的有效值：I16IdM623.39M18.243（A）基波因