电力电子技术第二版第2章答案.docx

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电力电子技术第二版第2章答案

第2章可控整流器与有源逆变器习题解答

2-1具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为

5Q，电感为0.2H，电源电压U2为220V，直流平均电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：

由直流输出电压平均值Ud的关系式：

已知直流平均电流Id为10A，故得：

Ud二|dR=105=50A

可以求得控制角a为：

则a=90°

所以，晶闸管的电流有效值求得，

［兀“卜_兀/1

|VT=，-「Id方（GOt）=冷巾=J|d=—|d=5A

Y2兀aY2兀V2兀2

hi+a

续流二极管的电流有效值为：

IvDR=Id=8.66A

晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值Um~2U2,

考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为

Utn=2~3Um=2~3311=622~933V

续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值UM2U2,

考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为

2-2具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示,

问该变压器是否存在直流磁化问题。

试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？

当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：

因为单相双半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。

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VT导通时，晶闸管VT2通过VTi与2个变压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为2.2U2。

（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:

相同时，

对于电阻负载：

（0~〉）期间无晶闸管导通，输出电压为o；（：

•〜二）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；（二~：

「二）期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；（二*~2二）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：

（〉二）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTi、

VT4导通，输出电压均与电源电压U2相等；（二*~疋•）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

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。

2-3单相桥式全控整流电路，电阻性负载，U2=22CM，R=2门，二=30，

试计算

（1）输出电压Ud和输出电流Id；

（2）晶闸管额定电压和额定电流。

解：

（1）输出电压平均值为:

输出电流为:

Id上二184^=92.35A

Rl2

2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为

Utn二2〜3UM=622〜933V

晶闸管流过的电流为负载电流的一半,

U2sin艺丄：

76a

考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为:

皿厂⑺5〜2）在~〜96A

2-4单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中Rl=2门,L值极大，

反电势E=60V，当a=30°时，求：

（1）画出Ud,id和i2的波形；

（2）整流输出平均电压Ud、电流Id及变压器二次侧电流有效值|2；

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

（1）ud,id,和i2的波形如下图：

>2+4

2

（X

o

（2）输出平均电压Ud，电流Id，变压器二次电流有效值|2分别为

Ud=0.9U2COS；；=0.9100cos30〉77.97V

|2=|d=8.99A

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

2U2=100.2=141.4（A）

考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为:

Utn=（2~3）141.4=283~424（V）

流过晶闸管的电流有效值为:

考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：

ItAT=（1.5〜2）6.34/1.57=6.06〜8.08（A）

2-5单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0〜100V连续可调，30V以上要求负载电流达到20A。

采用由220V变压器降压供电，最小控制角:

-min=30.试求:

（1）交流侧电流有效值;

得，U2=119V

Ud=30~100V变化时，Id=20A，由于在30V时，导通角小，因

此此时的电流有效值最大，此时R=1.51，触发角为

交流侧电流有效值为:

U2.1Tt-a

12、sin238A

R\2n兀

（2）晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为.2U2，考虑2~3倍的

安全裕量，晶闸管电压定额为：

Utn-（2~3）,2U2=（282.8-424）V

晶闸管电流是输出电流的二分之一，考虑1.5~2倍的安全裕量，

则晶闸管的额定电流为：

2-6在单相桥式全控整流电路中，若有一晶闸管因为过流烧毁断路，画出此时输出电压波形。

如果有一晶闸管因为过流烧成短路，结果又会怎样？

解：

假设VT1因为过流烧毁断路，则整流电压Ud波形与单相半波整流电路的波形一样，相位差180度。

假设VT1因过流而短路，则当晶闸管VT2导通时，将发生电源相间短路，使得VT2也可能因为过流而烧毁。

如果VT2因为过流烧毁断路，则整流电压Ud波形如上图所示，相位差180度；如果VT2因为过流烧毁而短路，则会引起变压器和电源过流。

2-7单相桥式全控整流电路中给电阻性负载供电和给反电势负载蓄电池供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选得大一些？

为什么？

答：

反电势负载蓄电池时晶闸管额定电流应该大一些。

因为在反电动势负载时，晶闸管导通角变小，波形系数变大，负载电流平均值

相同的情况下，有效值电流变大，故要求晶闸管的额定电流比较大。

2-8三相半波整流电路中，如果U相电压消失，试画出在电阻性负载

与电感性负载下的整流电压波形

解假设a=0,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:

2-9三相半波可控整流电路，电阻性负载。

已知U2=220V,Rl=20“,当a=90°时，试计算Ud,|d并画出u「,id,ud波形

解：

由输出电压平均值的关系式可求得:

Ud=0.675U2lcos二6：

L°.6752201cos二6二274.25V

输出电流平均值为:

2-10三相半波整流电路，已知U2=110V,Rl=0.5“，大电感负载，当a=45°时，试计算Ud,|d并画出UT1,id,Ud波形。

如果在负载端并接续流二极管，试计算流过晶闸管的电流平均值IdT、有效值It和续流二

极管的电流平均值IdDR、有效值IDR。

解：

由输出电压平均值的关系式可求得：

Ud=1.17U2cos：

=1.17110cos45=91V

输出电流平均值为:

并接续流二极管时，输出电压平均值为：

Ud二0.675U2[1cos（＞二6）]=93.47V

输出电流平均值为：

Rl

晶闸管的电流平均值为:

续流二极管的电流平均值为:

续流二极管电流有效值为:

2.11三相半波整流电路，电感性负载，R=2「,L「：

调节〉达到维持Id为恒值250A，已知Xb=0.08「供电电压经常在1~1.15U2范围内变化，求：

—和〉的变化范围；

解：

由题可知：

三相半波整流电路，

3X

Ud=1.17U2cosBld=ldR=2250

2兀

U2COSa=435.5为定值，cosa€（0,1）

所以a=0°时，U2值为435.5,取U2为440V，则u?

的变化范围为

440~506V,

U2=440V时，得到a=8.2°当电压波动到1.15U2=506V时，得到a=30.6°

2.12三相半波整流电路，反电势电感性负载，U2=100V,r-仁,

（1）输出电压U-

和输出电流I-,晶闸管的额定电压和额定电流，

并画出Ud,Uti和iT1的波形；

（2）当Lb“mH时，输出电压和输出电流，并画出Ud,i「和iu的波形。

解:

（1）Ud=1.17U2cos：

=1.17U2cos30=101.34V

Ud-E

Id-51.32A

R

晶闸管的额定电压：

Un=（2~3）、.6U2=（490~735）V

晶闸管的电流有效值：

lT=丄=29.63A

晶闸管的额定电流：

It（av）“（1.5~2）=28.39~37.75A

1.57

（2）考虑Lb时，有：

U-=1.17U2COS：

-U-

All3XbI-

U-

2兀

U--Em

I^R

二式联立求解得到:

Ud=94.637

Id=44.63A

cos。

-cos®+了）=2仝"-

V6U2

即得出:

cos300.752

换流重叠角

=11.28

2.13三相半波共阴极接法与共阳极接法，u,v两相的自然换相点是同一点吗？

如果不是，他们在相位上相差多少度？

答：

三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，两相之间换相的

自然换相点不在同一点上。

相位相差180°。

2.14三相全控桥整流电路，当一只晶闸管短路时，电路会发生什么情况？

答：

假设VTi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也可能过流烧毁。

2.15三相全控桥，反电势电感性负载，E=20CV，U220V，

R】L-：

：

，：

=60求：

（1）输出电压Ud和输出电流Id，晶闸管的额定电压和额定电流，

并画出Ud,UT1和iT1的波形;

可得:

Ud=2.34U2cos：

-Ud

•，Ud/XBId

解方程组可得

Ud=244.15（V）

ld=44.15（A）

又因为:

cos60,=0.4485

=3.35

2.16在三相桥式全控整流电路中，已知U2=110V,Rl=02」，电感足够大，当：

一45。

时，试计算Ud,ld及流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值It，并画出Ut1,id,Ud,iT1的波形。

解：

Ud=2.34U2cos，2.34110cos45°=182V

'I^U/r=1820.2=910A

ldT910=303.3A

33

Id

ITd=527.1A

Q3

2.17试画出三相桥式逆变电路中当B=n/4时晶闸管VT4两端电压波形。

2.18变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?

答：

变流器有源逆变的条件是：

（1）负载有直流电动势，其极性必须和晶闸管导通方向一致，其值应该大于变流器直流侧的平均电压，

（2）晶闸管的控制角:

-，即Ud为负。

2

2.19三相全控桥逆变电路，反电动势电感性负载，U2=220V,R=1Q,

L=x,Em二—400V,B=60°。

求：

（1）输出电压Ud和输出