电力电子技术作业解答复习用Word下载.docx
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第二章作业
1.单相半波可控整流电路对电感负载供电,L=20mH,U2=100V,求当a=0和60时的负载电流Id,并画出ud与id波形。
a=0时,在电源电压U2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L储能,在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L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,以下方程均成立:
L—=迈U、sin3
dt-
ud与id的波形如下图:
当a=60°
寸,在U2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能,电感L储藏的能量在U2负半周期180~300期间释放,因此在U2—个周期中60~300期间以下微分方程成立:
厶亠=履几smcot
当①t=60时id=0可解方程得:
•皿J八
考虑初始条件:
a)L
其平均值为
Il竺、blJ1J^TT
获匸右丁皿咖伽戸比厂」*)
此时ud与id的波形如下图:
2•图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,[可该变压器还有直流磁化问题吗?
试说明:
①晶闸管承受的最大反向电压为2\2U2;
②当负载是电阻或电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
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。
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,故不会有直流磁化的问题。
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。
1以晶闸管VT2为例。
当VT1导通时,晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕组并联,所以VT2承受的最大电压为22U2。
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a相同时,对于电阻负载:
(0~a)期间无晶闸管导通,输出电压为0;
(a~n)期间,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VT1、VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;
(n~n+a)期间,均无晶闸管导通,输出电压为0;
(n+a~2n)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2、VT3导通,输出电压等于U2。
对于电感负载:
(a~n+a)期间,单相全波电路中VT1导通,单相全控桥电路中VT1、VT4导通,输出电压均与电源电压U2相等;
(n+a~2n+a)期间,单相全波电路中VT2导通,单相全控桥电路中VT2、VT3导通,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,贝U输出电流也相同。
3•单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Q,L值极大,当a=30°
寸,要求:
1作出Ud、id、和i2的波形;
2求整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值|2;
3考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
①Ud、id、和i2的波形如下图:
a
d
1
②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值12分别为
t/d=0.9coscr=0.9X100Xcos30^77.97(V)
Ud/A=77.97/2=38.99(A)
=3&
99(A)
③晶闸管承受的最大反向电压为:
41CA=100V2=1414(V)
考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:
闪=(2-3)X141.4=283^424(V)
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:
7vt=Ai/=27*57(A)
晶闸管的额定电流为:
7n=(1.5^2)X27.57/1,57=26^35(A)
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电压波形
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:
26.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?
条件有二:
1直流侧要有电动势,其极性须和晶闸管的导通方向一致,其值应大于变流电路直流侧的平均电压;
2要求晶闸管的控制角a>
n/2,使Ud为负值。
第三章作业
降压斩波器的原理是:
在一个控制周期中,让V导通一段时间ton,由电源E向L、R、M供电,在此期间,u°
=E。
然后使V关断一段时间toff,此时电感L通过二极管
源电压,起到降压的作用
2.在图3-1a所示的降压斩波电路中,已知E=200V,R=10Q,L值极大,Em=30V,T=50卩s,ton=20卩s,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值I。
。
由于L值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为
峠,警呦
输出电流平均值为
R10
假设电感L值很大,电容C值也很大。
当V处于通态时,电源E向电感L充电,充电电流基本恒定为Ii,同时电容C上的电压向负载R供电,因C值很大,基本保持输出电压为恒值U。
设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为EIt。
当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。
设V处于断态的时间为toff,则在此期间电感L释放的能量为(U。
E)ht°
ff。
当电路工作于稳态时,一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等,即:
lron=
以匚=(久-E”阳
化简得:
=—E
'
曲『off
式中的T/toff1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。
5•在图3-2a所示的升压斩波电路中,已知E=50V,L值和C值极大,R=20Q,采用脉宽调制控制方式,当T=40卩s,ton=25卩s时,计算输出电压平均值Uo,输出电流
7/10
平均值Io
输出电压平均值为:
T40
a=—E=X50=133.3(V)
匕40-25
输出电流平均值为:
7-t^^667(a)
第五章作业
1•无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?
两种电路的不同主要是:
有源逆变电路的交流侧接电网,即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
2.换流方式各有那几种?
各有什么特点?
答:
换流方式有4种:
器件换流:
利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式电网换流:
由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流:
由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。
强迫换流:
设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
3.什么是电压型逆变电路?
什么是电流型逆变电路?
二者各有什么特点。
按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
电压型逆变电路的主要特点是:
1直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
2由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是:
1直流侧串联有大电感,相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗。
2电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
3当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
4.电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?
为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?
在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通,而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。
在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲
当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。
第六章作业
1.试说明PWM控制的基本原理。
PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。
在采样控制理论中有一条重要的结论:
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理。
以正弦PWM控制为例。
把正弦半波分成N等份,就可把其看成是N个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于n/N,但幅值不等且脉冲顶部
不是水平直线而是曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就得到PWM波形。
各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理,PWM波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
可见,所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。
3.单极性和双极性PWM调制有什么区别?
三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性,所得的PWM波形
在半个周期中也只在单极性范围内变化,称为单极性PWM控制方式。
三角波载波始终是有正有负为双极性的,所得的PWM波形在半个周期中有正、有负,则称之为双极性PWM控制方式。
第七章作业
2.软开关电路可以分为哪几类?
根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态,可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两