电力电子技术作业Word文档下载推荐.docx
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（π
ωtdIm=0.25Im
I3=
20
（21πωπ
tdIm=0.5Im
5.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么?
全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt或过电流和di/dt,减小器件的开关损耗。
6.试分析全控型器件的RCD缓冲电路中各元件的作用。
RCD缓冲电路中,各元件的作用是:
开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流的作用;
关断时,负载电流经VDs从Cs分流,使du/dt减小,抑制过电压。
7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件?
答:
A:
触发信号应有足够的功率。
B:
触发脉冲应有一定的宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
C:
触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲移相范围必须满足电路要求。
第3章整流电路
1.单相半波可控整流电路对电感负载供电,L=20mH,U2=100V,求当α=0︒和60︒时的负载电流Id,并画出ud与id波形。
α=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:
tUt
iL
ωsin2dd2d
=考虑到初始条件:
当ωt=0时id=0可解方程得:
cos1（22
dtLUiωω-=⎰
-=
ωωωπ
d（dcos1（221ttLUI=
L
Uω2
2=22.51（A
ud与id的波形如下图:
当α=60°
时,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u2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立:
=考虑初始条件:
当ωt=60︒时id=0可解方程得:
cos2
（22dtLUiωω-=
其平均值为
（dcos2
（2213
53
2dttLUIωωωπ
ππ
⎰=
LUω222=11.25（A此时ud与id的波形如下图:
2.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,当α=30°
时,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I2;
③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
解:
①ud、id、和i2的波形如下图:
②输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为
Ud=0.9U2cosα=0.9×
100×
cos30°
=77.97（V
Id=Ud/R=77.97/2=38.99（A
I2=Id=38.99（A
③晶闸管承受的最大反向电压为:
2U2=1002=141.4（V
考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:
UN=（2~3×
141.4=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:
IVT=Id∕2=27.57（A
晶闸管的额定电流为:
IN=（1.5~2×
27.57∕1.57=26~35（A
3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,反电势E=60V,当α=30︒时,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,变压器二次侧电流有效值I2;
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:
②整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为
=77.97（A
Id=（Ud-E/R=（77.97-60/2=9（A
I2=Id=9（A
流过每个晶闸管的电流的有效值为:
IVT=Id∕2=6.36（A
故晶闸管的额定电压为:
6.36∕1.57=6~8（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。
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:
u
V
5.单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1Ω,L=∞,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当α=60︒时求Ud、Id与γ的数值,并画出整流电压ud的波形。
考虑LB时,有:
Ud=0.9U2cosα-ΔUdΔUd=2XBId∕πId=（Ud-E∕R
解方程组得:
Ud=（πR0.9U2cosα+2XBE∕（πR+2XB=44.55（V
ΔUd=0.455（VId=4.55（A
又∵
αcos-cos（γα+=2BdXI∕U2
即得出
60cos（γ+︒=0.4798
换流重叠角
γ=61.33°
-60°
=1.33°
最后,作出整流电压Ud的波形如下:
6.单相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少?
单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~180︒,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90︒。
7.在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。
假设︒=0α,当负载为电阻时,ud的波形如下:
当负载为电感时,ud的波形如下:
8.三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Ω,L值极大,当α=60︒时,要求:
①画出ud、id和iVT1的波形;
②计算Ud、Id、IdT和IVT。
①ud、id和iVT1的波形如下图:
ωt
iu
②Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud=1.17U2cosα=1.17×
cos60°
=58.5（V
Id=Ud∕R=58.5∕5=11.7（AIdVT=Id∕3=11.7∕3=3.9（AIVT=Id∕3=6.755（A
9.在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压ud波形如何?
如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响?
假设VT1不能导通,整流电压ud波形如下:
假设VT1被击穿而短路,则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路,使得VT3、VT5也可能分别被击穿。
10.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Ω,L值极大,当α=60︒时,要求:
①ud、id和iVT1的波形如下:
i
Ud=2.34U2cosα=2.34×
=117（V
Id=Ud∕R=117∕5=23.4（AIDVT=Id∕3=23.4∕3=7.8（AIVT=Id∕3=23.4∕3=13.51（A
11.三相全控桥,反电动势阻感负载,E=200V,R=1Ω,L=∞,U2=220V,α=60︒,当①LB=0和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值,后者还应求γ并分别作出ud与iT的波形。
①当LB=0时:
220×
=257.4（VId=（Ud-E∕R=（257.4-200∕1=57.4（A
②当LB=1mH时
Ud=2.34U2cosα-ΔUdΔUd=3XBId∕πId=（Ud-E∕R
Ud=（2.34πU2Rcosα+3XBE∕（πR+3XB=244.15（V
Id=44.15（AΔUd=13.25（V
又∵αcos-cos（γα+=2XBId∕6U2
60cos（γ+︒=0.4485
γ=63.35°
-60°
=3.35°
ud、IVT1和IVT2的波形如下:
12.三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少?
三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是0~120︒,当负载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是0~90︒。
13.三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
其中幅值最大的是哪一次?
变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?
其中主要的是哪几次?
三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k=1、2、3……次的谐波,其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6k±
1（k=1、2、3……次的谐波,其中主要的是5、7次谐波。
14.三相桥式全控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5Ω,L值极大,当α=60︒时,要求:
（1计算Ud、Id、IdT和IVT;
（2i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27;
（3输入功率因数。
（1Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud=2.34U2cosα=2.34×
=117（V
Id=Ud∕R=117∕5=23.4（A
IDVT=Id∕3=23.4∕3=7.8（A
IVT=Id∕3=23.4∕3=13.51（A
（2由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为:
I25=6Id∕5π=6×
23.4∕5π=3.65（A
I27=6Id∕7π=6×
23.4∕7π=2.61（A
（3基波电流的有效值:
I1=6Id∕π=6×
23.39∕π=18.243（A
基波因数为
ν=I1∕I=I1∕Id=0.955
电路的输入功率因数为:
cos=0.955cos60°
=0.48
λ=να
15.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;
③要求晶闸管的控制角α>
π/2,使Ud为负值。
16.什么是逆变失败?
如何防止逆变失败?
逆变运行时,一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路电流,称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变失败的方法有:
采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量,留出充足的换向裕量角β等。
第4章逆变电路
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?
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?
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。
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。
5.为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?
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5章直流-直流变流电路
1.介绍降压斩波电路工作原理
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,uo=E。
然后使V关断一段时间toff,此时电感L通过二极管VD向R和M供电,uo=0。
一个周期内的平均电压Uo=Ettt⨯+off
onon
。
输出电压小于电源电压,起
到降压的作用。
2.介绍升压斩波电路工作原理
假设电路中电感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I1,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Uo。
设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为on1tEI。
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（off1otIEU-。
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:
（off1oon1tIEUtEI-=
化简得:
EtT
EtttUoff
offoffono=+=
式中的1/off≥tT,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。
3.在降压斩波电路中,已知E=200V,R=10Ω,L值极大,EM=30V,T=50μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
LM
由于L值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为
Uo=
ETton=50
20020⨯=80（V输出电流平均值为
Io=
REUMo-=10
30
80-=5（A4.在图3-1a所示的降压斩波电路中,E=100V,L=1mH,R=0.5Ω,EM=10V,采用脉宽调制控制方式,T=20μs,当ton=5μs时,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io,计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。
当ton=3μs时,重新进行上述计算。
LM解:
由题目已知条件可得:
m=
EEM=10010
=0.1τ=R
L=5.0001.0=0.002
当ton=5μs时,有
ρ=
τ
T
=0.01
αρ=
on
t=0.0025由于
11--ρ
αρee=1
01.00025.0--ee=0.249>
m所以输出电流连续。
此时输出平均电压为
ETton=20
5100⨯=25（V
输出平均电流为
REUMo-=5
.010
25-=30（A输出电流的最大和最小值瞬时值分别为
Imax=REmee⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----ee=30.19（A
Imin=REmee⎪⎪⎭⎫⎝⎛---11ραρ=5.0100
1.01101.00025.0⎪⎪⎭
⎫⎝⎛---ee=29.81（A
当ton=3μs时,采用同样的方法可以得出:
αρ=0.0015
由于
01.0015.0--ee=0.149>
m所以输出电流仍然连续。
此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为:
ET
ton=203100⨯=15（V
Io=REUMo-=5.01015-=10（A
Imax=5.01001.01101.00015.0⎪⎪⎭
⎫⎝⎛-----ee=10.13（A
Imin=5.01001.01101.00015.0⎪⎪⎭
⎫⎝⎛---ee=9.873（A
5.在升压斩波电路中,已知E=50V,L值和C值极大,R=10Ω,采用脉宽调制控制方式,当T=40μs,ton=20μs时,计算输出电压平均值Uo,输出电流平均值Io。
输出电压平均值为:
EtToff
=40
504020⨯-=100（V
输出电流平均值为:
R
Uo=10010=10（A
第6章交流-交流变流电路
1.一单相交流调压器,电源为工频220V,阻感串联作为负载,其中R=0.5Ω,L=2mH。
试求:
①开通角α的变化范围;
②负载电流的最大有效值;
③最大输出功率及此时电源侧的功率因数;
④当α=
时,晶闸管电流有效值,晶闸管导通角和电源侧功率因数。
①负载阻抗角为:
φ=arctan（RLω=arctan（5
.01025023
-⨯⨯⨯π=0.89864=51.49°
开通角α的变化范围为:
φ≤α<
即
0.89864≤α<
③当α=φ时,输出电压最大,负载电流也为最大,此时输出功率最大,为
Pomax=RLRRI2
222
maxo（220⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛+=ω=37.532（KW功率因数为
6227.098
.27322037532
o1maxo=⨯==
IUPλ实际上,此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦,即
cosϕ=0.6227
④α=
时,先计算晶闸管的导通角,由式（4-7得sin（2π+θ-0.89864=sin（2
-0.89864ϕθ
tan-e
解上式可得晶闸管导通角为:
θ=2.375=136.1°
也可由图4-3估计出θ的值。
此时,晶闸管电流有效值为
ϕθϕαθθπcos
2cos（sin21VT++-
=
Z
UI=
803
.02220
⨯π×
89864.0cos375.289864.0cos（375.2sin375.2++⨯-π=123.2（A
电源侧功率因数为
o
12oIUR
I=
λ其中:
VTo2II==174.2（A
于是可得出
3959.02
.1742205.02.1742o12o=⨯⨯==IURIλ
2.一调光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在α=0时输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角α。
α=0时的输出电压最大,为
10
1omaxsin2（1
UtdtUU==
ωωπ
此时负载电流最大,为R
URUI1omaxomax==因此最大输出功率为R
UIUP2
1maxomaxomax
==
输出功率为最大输出功率的80%时,有:
UPP2
1max
o8.0（8.0=
=此时,
1o8.0UU=
又由
α
ππα-+
=22sin1
oUU解得
α=60.54°
同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有:
1o5.0UU=
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