电力电子技术第五版习题.答案.doc
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1、/电力电子技术第五版课后习题答案电力电子技术第五版课后习题答案第二章第二章 电力电子器件电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么?使晶闸管导通的条件是什么? 答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:流(脉冲)。或:uAK0 且且 uGK0。3. 维持晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断?维持晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断? 答:维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电答:维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持
2、晶闸管导通的最小电流,即维持电流。流,即维持电流。 要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸 管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通的管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通的 晶闸管关断。晶闸管关断。4. 图图 2-27 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最 大值均为大值均为 Im,试计算各波形的电流平均值,试计算各波形的电流平均值 Id1、Id2、Id3与电流有效值与电流有效
3、值 I1、I2、I3。00222 4 4 25 4 a)b)c)图1-430图图 2-27 晶闸管导电波形晶闸管导电波形解:解:a) Id1=()0.2717 Im214)(sinttdIm2mI122I1=0.4767 Im42)()sin(21tdtIm2mI 21 43b) Id2 =()0.5434 Im14)(sinttdImmI122I2 =0.6741I42)()sin(1tdtIm22mI 21 43mc) Id3= Im212 0)( tdIm41I3 = Im2 02)(21 tdIm215. 上题中如果不考虑安全裕量上题中如果不考虑安全裕量,问问 100A 的晶闸管能送出
4、的平均电流的晶闸管能送出的平均电流 Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应的电流最大值各为多少?这时,相应的电流最大值 Im1、Im2、Im3各为多少各为多少? 解:额定电流解:额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管,允许的电流有效值的晶闸管,允许的电流有效值 I =157A,由上题计算,由上题计算 结果知结果知a) Im1329.35,Id10.2717 Im189.484767. 0I/b) Im2232.90,Id20.5434 Im2126.566741. 0Ic) Im3=2 I = 314,Id3= Im3=78.541第三章第三章 整流电路整流电路1. 单相半波可控整
5、流电路对电感负载供电,单相半波可控整流电路对电感负载供电,L20mH,U2100V,求当,求当 0 和和 60 时的负载电流时的负载电流 Id,并画出,并画出 ud与与 id波形。波形。解:解:0 时,在电源电压时,在电源电压 u2的正半周期晶闸管导通时,负载电感的正半周期晶闸管导通时,负载电感 L 储能,在储能,在 晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。在电源电压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,以下方程均的一个周期里,以下方程均
6、成立:成立:tUtiLsin2dd2d考虑到初始条件:当考虑到初始条件:当 t0 时时 id0 可解方程得:可解方程得:)cos1 (22 dtLUi202 d)(d)cos1 (2 21ttLUI=22.51(A)LU 22ud与与 id的波形如下图:的波形如下图:02tu202t02tud02tid当当 60 时,在时,在 u2正半周期正半周期 60 180 期间晶闸管导通使电感期间晶闸管导通使电感 L 储能,电储能,电 感感 L 储藏的能量在储藏的能量在 u2负半周期负半周期 180 300 期间释放,因此在期间释放,因此在 u2一个周期中一个周期中 60 300 期间以下微分方程成立:
7、期间以下微分方程成立:tUtiLsin2dd2d考虑初始条件:当考虑初始条件:当 t60 时时 id0 可解方程得:可解方程得:)cos21(22 dtLUi其平均值为其平均值为=11.25(A)(d)cos21(2 213532 dttLUILU 222/此时此时 ud与与 id的波形如下图:的波形如下图:tudid+ + +ttu20+ + +2图图 2-9 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:有直流磁化问题吗?试说明:晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为 2;当负当负2
8、2U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。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。问题。 因为单相全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因为单相全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。化的问题。 以下分析晶闸管承受最大反向电压及
9、输出电压和电流波形的情况。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。 以晶闸管以晶闸管 VT2为例。当为例。当 VT1导通时,晶闸管导通时,晶闸管 VT2通过通过 VT1与与 2 个变压器二个变压器二 次绕组并联,所以次绕组并联,所以 VT2承受的最大电压为承受的最大电压为 2。22U 当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角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,对于相同时,对于电阻负载:(电阻负载:(0)期间无晶闸管导通,输出电压为)期间无晶闸管导通,输出电压为 0;(;()期间,单相)期间,单相 全波电路中全波电路中 VT1导通,单相全控桥电路中
10、导通,单相全控桥电路中 VT1、VT4导通,输出电压均与电源电导通,输出电压均与电源电压压 u2相等;相等;()期间,均无晶闸管导通,输出电压为期间,均无晶闸管导通,输出电压为 0;( 2) 期间,单相全波电路中期间,单相全波电路中 VT2导通,单相全控桥电路中导通,单相全控桥电路中 VT2、VT3导通,输出电压导通,输出电压 等于等于 u2。对于电感负载:(对于电感负载:( )期间,单相全波电路中)期间,单相全波电路中 VT1导通,单相全导通,单相全 控桥电路中控桥电路中 VT1、VT4导通,输出电压均与电源电压导通,输出电压均与电源电压 u2相等;(相等;( 2)期间,单相全波电路中)期间
11、,单相全波电路中 VT2导通,单相全控桥电路中导通,单相全控桥电路中 VT2、VT3导通,导通, 输出波形等于输出波形等于 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。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,单相桥式全控整流电路,U2100V,负载中,负载中 R2,L 值极大,当值极大,当 30 时,要求:时,要求:作出作出 ud、id、和、和 i2的波形;的波形;求整流输出平均电压求整流输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次电流有效值,变压器二次电流有效值 I2;考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流
12、。考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。/解:解:ud、id、和、和 i2的波形如下图:的波形如下图:u2OtOtOtudidi2OtIdId输出平均电压输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次电流有效值,变压器二次电流有效值 I2分别为分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos30 77.97(V) IdUd / /R77.97/ /238.99(A) I2Id 38.99(A)晶闸管承受的最大反向电压为:晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)22 考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为: UN(23)141.4283424(
13、V) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。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:流过晶闸管的电流有效值为:IVTId27.57(A)2 晶闸管的额定电流为:晶闸管的额定电流为: IN(1.52)27.571.572635(A) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。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。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解:注意到二极管的特点:承受电压为正即导通。因此,二极管
14、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。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:整流二极管在一周内承受的电压波形如下:02tttu2uVD2uVD400/5单相桥式全控整流电路,单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中,负载中 R=2,L 值极大,反电势值极大,反电势 E=60V,当,当 =30 时,要求:时,要求: 作出作出 ud、id和和 i2的波形;的波形; 求整流输出平均电压求整流输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次侧电流有效值,变压器二次侧电流有效值 I2;
15、 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解:解:ud、id和和 i2的波形如下图:的波形如下图:u2OtOtOtudidi2OtIdIdId整流输出平均电压整流输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次侧电流有效值,变压器二次侧电流有效值 I2分别为分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为:晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)22 流过每个晶闸管的电流的有效值为:流过每个晶闸管的电流的有效值
16、为:IVTId 6.36(A)2 故晶闸管的额定电压为:故晶闸管的额定电压为:UN(23)141.4283424(V)晶闸管的额定电流为:晶闸管的额定电流为: IN(1.52)6.361.5768(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。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(桥中晶闸管串联的单相半控桥(桥中 VT1、VT2为晶闸管)为晶闸管) ,电路如图,电路如图 2-11 所所 示,示,U2=100V,电阻电感负载,电阻电感负载,R=2,L 值很大,当值很大,当 =60 时求流过器件电流的时求流过器件电流的 有效值,并
17、作出有效值,并作出 ud、id、iVT、iD的波形。的波形。 解:解:ud、id、iVT、iD的波形如下图:的波形如下图:/u2OtOtOtudidOtOtIdIdIdiVT1iVD2 负载电压的平均值为:负载电压的平均值为:67.5(V)2)3/cos(19 . 0)(dsin21 2 32dUttUU负载电流的平均值为:负载电流的平均值为: IdUdR67.52233.75(A)流过晶闸管流过晶闸管 VT1、VT2的电流有效值为:的电流有效值为:IVTId19.49(A)31流过二极管流过二极管 VD3、VD4的电流有效值为:的电流有效值为:IVDId27.56(A)327. 在三相半波整
18、流电路中,如果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载和电感性负载下整流电压 ud的波形。的波形。 解:假设解:假设,当负载为电阻时,当负载为电阻时,ud的波形如下:的波形如下: 0uduaubucOtuduaubucOt当负载为电感时,当负载为电感时,ud的波形如下:的波形如下:uduaubucOtuduaubucOt/8三相半波整流电路,可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接三相半波整流电路,可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接 法,每段的电动势相同,其分段布置及其矢量如图法,每段的电动势
19、相同,其分段布置及其矢量如图 2-60 所示,此时线圈的绕组所示,此时线圈的绕组 增加了一些,铜的用料约增加增加了一些,铜的用料约增加 10%,问变压器铁心是否被直流磁化,为什么?,问变压器铁心是否被直流磁化,为什么?a1ABCN n NABCn2-60b1c1a2b2c2a1 b1c1a2b2c2图图 2-60 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图答:变压器铁心不会被直流磁化。原因如下:答:变压器铁心不会被直流磁化。原因如下: 变压器二次绕组在一个周期内:当变压器二次绕组在一个周期内:当 a1c2对应的晶闸管导通时,对应的晶闸管导通时,a1的电流向的电流向 下
20、流,下流,c2的电流向上流;当的电流向上流;当 c1b2对应的晶闸管导通时,对应的晶闸管导通时,c1的电流向下流,的电流向下流,b2的的 电流向上流;当电流向上流;当 b1a2对应的晶闸管导通时,对应的晶闸管导通时,b1的电流向下流,的电流向下流,a2的电流向上流;的电流向上流; 就变压器的一次绕组而言,每一周期中有两段时间(各为就变压器的一次绕组而言,每一周期中有两段时间(各为 120 )由电流流过,)由电流流过, 流过的电流大小相等而方向相反,故一周期内流过的电流平均值为零,所以变流过的电流大小相等而方向相反,故一周期内流过的电流平均值为零,所以变 压器铁心不会被直流磁化。压器铁心不会被直
21、流磁化。9三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,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?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,答:三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,a、b 两相之间换相的的自两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差然换相点不是同一点。它们在相位上相差 180 。10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法,如
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