电力电子变流技术二学历课后答案

电力电子变流技术课后答案第一章1第一章电力半导体器件习题与思考题解11晶闸管导通的条件是什么怎样使晶闸管由导通变为关断解晶闸管导通的条件是阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流以上。导通后的晶闸管管压降很小。使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值维持电流以下。其方法有二）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；）增加负载回路中的电阻。12型号为KP1003的晶闸管，维持电流IH4MA，使用在题12图中的电路中是否合理为什么（不考虑电压、电流裕量）解根据机械工业部标准JB114475规定，型为普通闸管，KP1003的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A，3表示额定电压为300V。对于图A，假若晶闸管V被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为MAIV21053因为IV300V3120URMF所以，图B不满足电压指标，不合理。对于图C，电源为直流电源，触发导通后，流过的最大电流为IV1501150A,即为平均值，亦是有效值。而IVE150A，IV150A。UD波形从开始至变压器二次电压正变负的过零点后，进入负半周。导通角的大小，与负载电感值L有关，L越大，储能越多，亦越大，UD波形进入变压器二次电压负半周的部分亦越多，输出电压的平均值UD亦下降的越多。当负载为大电感负载时，UD近似等于零，此时输出平均电流ID亦很小。电阻负载输出电压UD、电流ID和晶闸管电压UV1波形参阅教材27中的图21。电阻负载UD、ID计算公式如下1整流输出平均电压D2SIN1TDUSIN21TDUCO450CO222负载电流平均值IDRU25单相半波大电感负载可控整流电路中，带续流二极管和不带续流二管在输出电压UD和电流ID、晶闸管电压UV1和电流IV1、续流二极管电压UV2和电流IV2波形上有何区别。写出带续流二极管时UD、ID、IV1、IV2的平均值和有效值计算公式。电力电子变流技术课后答案第一章12解不带续流二管时，当负载为大电感负载时，输出电压UD波形与横坐标所围的正负面积相等，UD近似等于零，此时输出平均电流ID亦很小。输出电压UD和电流ID、晶闸管电压UV1和电流IV1的波形参阅教材P30中的图22。其中，IV1的波形与ID的波形相同。带续流二极管时，由于续流二极管的作用，晶闸管从开始导通，至变压器二次电压正变负的过零点时，由于电感应电动势的作用使续流二级管导通，晶闸管被迫关断，所以，晶闸管导通区间从至，导通角。由于负载为大电感负载，所以负载电流ID脉动很小，近似为一平行横坐标的直线，晶闸管电流IV1、续流二极管电流IV2近似为正向矩形波，导通角分别为和。输出电压UD和电流ID、晶闸管电压UV1和电流IV1、续流二极管电压UV2和电流IV2波形参阅教材P31中的图23。带续流二极管时UD、ID、IV1、IV2的平均值和有效值计算公式如下（）输出电压的平均值UD为UD045U2COS1（）输出电压的有效值值U为UT22SIN12SIN412（）输出电流的平均值ID为RD（）输出电流的有效值值I为IUD（）晶闸管的平均电流IV1AR为IV1ARDDITI221（）晶闸管电流的有效值IV1为IV1DDITI2（）续流二极管的平均电流IV2AR为IV2AR0221DDITI（）续流二极管电流的有效值IV2为电力电子变流技术课后答案第一章13IV2DDITI2210226有一单相桥式全控整流电路，负载为电阻性，要求30时，UD80V，ID7A。计算整流变压器的副边电流I2，按照上述工作条件选择晶闸管。解IDUDR，则RUDID8070114UD09U21COS2则U295V8212TRI2222SIN2SIN12RAA5821IVIVEARIV1KFE5815737A考虑裕量系数2，3774AV7268952U选额定电流100A、额定电压300V的晶闸管。27单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知U2100V，R10，45。（1）负载端不接续流二极管V4，计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效值。（2）负载端接续流二极管V4，计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值。画出UD、ID、IV11、IV4及变压器次级电流I2的波形。解（1）负载端不接续流二极管V4时输出电压平均值为0222COS90COSSINUTDUD091000707637V输出直流电流平均值为A376RID电力电子变流技术课后答案第一章14晶闸管电流的有效值为45ATDIIV212DI12）负载端接续流二极管V4时输出电压平均值V876540192COS190SIN2UTDUD输出直流电流平均值为A687RID晶闸管与整流二极管电流的有效值IV1、IV2为DDVITI2211A70468305续流二极管电流的有效值IV4为ADDVITI0248436718045变压器二次电流的有效值I2为DDDITI122A657041VI接续流二极管时的UD、ID、IV11、IV4及变压器次级电流I2的波形参阅教材41中的图28。28单相桥式半控整流电路接电阻性负载，要求输出整流电压0100V连续可调，30V以上时要求负载电流能达到20A。当（1）采用220V交流电网直接供电；2）采用变压器降压供电，最小控制角MIN30，试分析比较二种供电方式下晶闸管的导通角和电流有效值、交流侧电流有效值及电源容量。解（1）采用220V交流电网直接供电时电力电子变流技术课后答案第一章152COS190DDU当输出平均电压D为100V时则019012COSD9MIN当输出平均电压UD为30V时则69701203102COSUD34MAX导通角，所以晶闸管导通角9046。要求在此导通角范围之间，均能输出20A负载电流，故应在最小即最大MAX时，计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。ID20A,则晶闸管平均电流IV1ARID210A当13413418007444时波形系数为23COS12SIN1FK晶闸管电流的有效值为（）0311ARVFVII交流侧电流的有效值为（）5421交流电源容量为KVAUIS01022）采用变压器降压供电时UD09U2COS1当MIN30时，输出电压为100V，则变压器二次电压为V1930COS192COS1902D当UD30V时的最大控制角MAX为电力电子变流技术课后答案第一章164398019021COS2MAXUDMAX116晶闸管导通角，则15064要求在此导通角范围之间，均能输出20A负载电流，故应在最小即最大MAX时，计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。ID20A,则晶闸管平均电流IV1ARID210A当11611618006444时波形系数为692COS12SIN1FK晶闸管电流的有效值（）069,11ARVFVII变压器二次电流的有效值（）3821变压器二次容量KVAUIS524902可见，在可控整流电路输出较低电压时，采用变压器供电有利于降低所用晶闸管的额定电流和额定电压，以及交流电源的容量。因为采用变压器供电可使可控整流电路在较小控制角和较低的变压器二次电压下运行。29单相桥式半控整流电路，由220V经变压器供电，负载为大电感性并接有续流二极管。要求输出整流电压2080V连续可调，最大负载电流为20A，最小控制角MIN30。试计算晶闸管、整流管、续流二极管的电流平均值、有效值以及变压器容量。解1、在最小控制角MIN和最大整流输出电压时，计算变压器二次电压U2V3950COS1982COS19022DU2、在最小整流输出电压时计算出最大控制角MAX当UD20V时的最大控制角MAX为53601902192COSMAXUD则MAX122电力电子变流技术课后答案第一章173、在最不利的条件下，计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值I2，因为晶闸管、整流管、续流二极管电流有效值涉及管芯的发热和合理选择器件的电流额定容量。变压器二次电流I2涉及变压器容量的选择，这些量的计算必须以电路运行中的最大值为基础，以保证器件和设备的安全运行。晶闸管与整流二极管电流的平均值IVAR、IV2AR与有效值IV1、IV2其最大值出现在MIN30时,所以3820361521DARVII91续流二极管电流的平均值IV4AR与有效值IV4其最大值出现在MAX122时，所以6132084DARVIIA5变压器二次电流的有效值I2其最大值出现在MIN30时,所以DDDITII1222AV218则变压器二次容量KVAUIS71534982210单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是什么两者的作用是否相同解单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为0222COS90COSSINUTDUD其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流，使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值。整流输出平均电压为2COS190DD电力电子变流技术课后答案第一章18单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行。整流输出平均电压亦为2COS190DDU211单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角相同，负载电流平均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些为什么解反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。因为当控制角为时，电阻性负载时，晶闸管的导通角。而反电动势式负载时，当小于不导电角时，2；当大于不导电角时，晶闸管的导通角。所以，反电动势负载时的波形系数KF1大于电阻性负载时的波形系数KF2。当负载电流平均值相等的条件下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值。因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。212直流电动机负载的特点及其等效电路如何串接平波电抗器的意义何在解直流电动机反电动势负载，其等效电路为一直流反电动势和电阻串联。由于反电势的作用，晶闸管的导通角变小，负载电流将出现断续，通常反电势负载的内阻又很小，所以输出同样的平均电流，峰值电流很大，因而电流的有效值大，要求电源的容量亦大。对于直流电动机负载，将使其机械特性变软，整流换相时产生火花。为使负载电流连续，克服上述缺点，常在反电势负载的整流输出端串联平波电抗器，其目的是利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。213串平波电抗器电动机负载与大电感负载在单相全控桥整流电路中，输出电压波形一样吗为什么电动机的反电动势ED不起作用吗解在理想的情况下，二种电路输出电压的波形是一样的。因为平波电抗器电感量的选择原则是在最小的负载电流IDMIN（低速轻载情况下）时，保证负载电流连续，即晶闸管导电角180。这是在最不利情况下，为保证电流连续选择的电感L值，当负载电流大于IDMIN时，L的储能增多，电流就不会不连续。当负载电流连续时，其输出电压的波形与大电感负载电路相同电动机的反电动势ED不是不起作用，串平波电抗器的反电势负载电流连续时，晶闸管导通角180，波形与大电感负载时相同，输出电压UD交流分量几乎全部降落在电抗器上，电力电子变流技术课后答案第一章19反电势负载（例如直流电动机）上的电压脉动很小，负载电流ID波形基本平直，可以近似看成为平行于横坐标的直线，晶闸管电流波形为180的矩形波。所以，各种参数之间的数量关系，也与大电感负载时相同。只是由于反电势的作用，负载电流的平均值为IDUDE/R，214对单相大电感性负载可控整流电路，画图说明全控桥和半控桥输出电压UD、晶闸管电流IV1和变压器二次电流I2波形的差别。半控桥加续流二极管与其不加续流二极管时又有何差别解单相全控桥大电感性负载可控整流电路，输出电压UD、晶闸管电流IV1和变压器二次电流I2波形如教材P37中的图26D、F、G、（H）所示。晶闸管导电角为，对应桥臂对管轮流导通和关断，电流IV1波形为为180的正向矩形波。变压器二次电流I2波形为正负180的矩形波。当0时，输出电压UD波形将进入交流电源的负半周。半控桥加接续流二极管V4后，输出电压UD和变压器二次电流I2的波形与不接续流二极管V4时相同，如教材P41中的图28D、J所示。而晶闸管和整流二极管的导电角为。图28（F）和图28I波形上有斜线的部分不再存在，这部分的导电功能由续流二极管V4来代替，如教材图28（L）所示。不加续流二极管时，晶闸管的导通角和整流二极管的导电角为，但图28（F）和图28I波形上有斜线的部分对应的期间，为同一桥臂的晶闸管和整流二极管续流期间。半控桥不加续流二极管和加接续流二极管两种情况的输出电压UD波形是相同的，在角对应的区间，输出电压UD为零。变压器二次电流I2波形为正负的矩形波，在角对应的区间，由于是续流期间，变压器二次电流I2为零。但接续流二极管电路，在续流期间，晶闸管和整流二极管全部关断。第三章可控整流电路习题与思考题解31分别画出三相半波可控整流电路电阻负载和大电感负载在为60、90的输出电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流I2的波形图。晶闸管导通角各为多少输出电压各为多少解1电阻性负载电力电子变流技术课后答案第一章2060时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P48中的图34，其中晶闸管电流波形可在图34C中读出，变压器二次相电流I2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。90时，可参照上述波形，将控制角移至90处开始即可，晶闸管仍导通至相电压正变负的过零点处。由于30时，UD波形断续，每相晶闸管导电期间为至本相的正变负过零点，故有晶闸管导通角为30整流输出电压平均值62226COS16750COS13SIN3UUTDUD当60时，90，D0675U2。当90时，60，D0675U210503375U2。2大电感负载60时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P49中的图35，变压器二次相电流I2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。90时，可参照上述波形，将控制角移至90处开始即可，但晶闸管导通角仍为120。由于大电感负载电流连续，则晶闸管导通角为120整流输出平均电压为COS17COS263SIN23265UTDUD当60时，120，D117U2COS600585U2。当90时，120，D117U2COS90032三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知U2220V、R117。计算60时负载电流ID、晶闸管电流IV1、变压器副边电流I2的平均值、有效值和晶闸管上最大可能正向阻断电压值。改为电阻负载，重复上述计算。解1大电感负载整流输出平均电压为V71285017COS172UD电力电子变流技术课后答案第一章21负载电流平均值为1728RUID负载电流有效值为1ID晶闸管电流的平均值为ARV1A733DII晶闸管电流的有效值为5611DVII变压器二次电流平均值为A73312DARVII变压器二次电流有效值为56112DVII三相半波可控整流电路可能出现的最大正向阻断电压为V9538062UUFM当60时的实际正向阻断电压为V8462SIN22电阻性负载由于30时，UD波形断续，每相晶闸管导电期间为至本相的正变负过零点，故有整流输出电压平均值62226COS16750COS13SIN3UTDUDV48负载电流平均值为电力电子变流技术课后答案第一章22712648RUID负载电流有效值为23SIN16523SIN2362RTDRI163A晶闸管电流的平均值为ARVI1A2473D晶闸管电流的有效值为23SIN1652SIN2162RUTDRUIV94AI31变压器二次电流平均值为A2471312DVRAII变压器二次电流有效值为4912VI由于30，负载电流出现断续，所以，电路可能出现的最大正向阻断电压为V31202UUFM33某电解装置系电阻性负载，要求输出电压UD220V，输出电流ID400A，采用经整流变压器的三相半波可控整流电路，电源是三相380V的交流电网，考虑MIN30，估算此时整流变压器的次级容量S2，并与0时的次级容量S20作比较，然后加以说明。最后选择晶闸管。解由于30，整流输出平均电压COS172D电力电子变流技术课后答案第一章23则COS172DU1当MIN30时，V2D12786054DIR变压器二次相电流有效值为2COS321SIN216522RUTDRUIVA3504507则S23U2I23217125031630204VA163KVA2当0时，V1872COS120D则20I2COS321SIN6522RUTDRUA6348517则S203U20I20318823461323144VA1323KVA从上可见，S2S20。说明可控整流电路的设计，应尽量使其在较小的控制角下运行。这样，在输出同样大小负载电流时，使整流晶闸管电流和变压器二次电流、电压的有效值较小，可降低器件和变压器的额定容量。由于晶闸管电流的有效值IV1I22503A当不考虑安全裕量时IVEARIV115725031571594A晶闸管承受的最高电压峰值为V8531762U按裕量系数2215943188A2531810636V选择额定通态平均电流为400A，额定电压为1200V的晶闸管。电力电子变流技术课后答案第一章2434在三相半波可控整流电路中，如果控制脉冲出现在自然换相点以前，可能出现什么情况，能否换相画出波形图分析说明。解出现在换相点之前的触发脉冲，不能完成晶闸管的换相。电阻负载波形图参阅教材P47中的图33（B）、（C）、（D）和P48中的图33（A）、（B）、（C），当触发B相晶闸管V12的触发脉冲2出现在自然换相点S之前时，则B相晶闸管V12承受反向电压不能导通，A相晶闸管V1将继续导通至该相相电压过零点，ID波形中的IV12及其与之对应部分的输出电压UD波形均为零。大电感负载的波形参阅教材P49中的图35（B）、（D），当触发B相晶闸管V12的触发脉冲出现在自然换相点S之前时，则B相晶闸管V12承受反向电压不能导通，不能完成换相，此期间IV12的波形为零。而A相晶闸管V1将继续导通至该相相电压过零点，并进入负半周，直到C相晶闸管V13的触发脉冲到来，V13被触发导通为止。与之对应部分的输出电压UD波形进入交流电源的负半周，正半周的波头不再存在。35在有交流电感时的三相半波可控整流电路（如图37（A）所示）（1）换流期间交流电抗上的压降有什么规律（2）换流期间输出点的电压呈现什么规律（3）以一对元件换流为例来说明上述规律。（4）以交流一相为例写出换流压降的表达式。（5）分别描述30和60时整流输出电压波形图。（6）写出交流电抗对输出电压平均值影响的表达式。解1换流期间交流电抗上的压降为参与换流（换相）的二相的线电压的12。（2）换流期间输出点的电压瞬时值为参与换流（换相）的二相相电压之和的12。3以A相的晶闸管V11向B相的晶闸管V12换流为例，换流期间输出点的电压瞬时值为ABDU214以A相的晶闸管V11向B相的晶闸管V12换流为例，换流期间交流电抗上的压降，即换流压降为BALCU21530时整流输出电压波形，参阅教材P51中的图37B，60时整流输出电压波形参照教材P51中的图37B，移至60起始即可，但波形延至每相晶闸管导通角为120。其中，为换相重叠角。电力电子变流技术课后答案第一章256换流期间交流电抗上的压降，即换流压降的影响将使输出电压平均值下降，输出平均电压将为DDDIXCUU23OS26336在三相桥式整流电路中，为什么三相电压的六个交点就是对应桥臂的自然换流点并说明各交点所对应的换流元件都有哪些解三相桥式整流电路中，每只二级管承受的是相邻二相的线电压，承受正向电压时导通，反向电压时截止。三相电压的六个交点是其各线电压的过零点，是二级管承受正反向电压的分界点，所以，是对应桥臂的自然换流点。参阅教材P55中的图39A、B，相电压正半周的交点分别是共阴极组二极管的自然换相点，即R是V25V21，S是V21V23，T是V2325的自然换流点；相电压负半周的交点分别是共阳极组二极管的自然换相点，即U是V26V22，V是V22V24，W是V24V26的自然换流点。37根据图39（A）所示三相不控桥式整流电路说明（1）在U点是哪两个元件换流（2）每一个元件的导通角为多少（3）输出电压UD的平均值为多少（4）画出元件V22的电压波形，并说明元件的反峰电压为多少解1U点是V26V22换流。2每一个元件的导通角为120。3输出电压UD的平均值为22346UUD4V22的电压波形参阅教材P55中的图39E,将波形依次后移60，即将R点起始的波形移至点起画即可。V22从点起始导通120，端电压为；之后依次分别承受线电压UAC和UC各120。元件的反峰电压为，即线电压的峰值。2638在理想的三相全控桥式整流电路中，当控制角0、30时，回答下列各问（1）各换流点分别为哪些元件换流电力电子变流技术课后答案第一章26（2）各元件的触发脉冲相位及波形（3）各元件的导通角为多少（4）同一相的两个元件的触发信号在相位上有何关系（5）输出电压UD的波形及表达式。解1当控制角0时，各晶闸管的触发脉冲发自各自的自然换相点，即R是V25V21，S是V21V23，T是V23V25的换流点；U是V26V22，V是V22V24，W是V24V26的换流点。当控制角30时，各晶闸管的触发脉冲依次相对各自的自然换相点后移30，以上各管的换流从此位置开始。2按V11、V12、V13、V14、V15、V16顺序，单脉冲触发时，每隔0依次为每一晶闸管发一个触发脉冲。双脉冲触发时，按V11V12、V12V13、V13V14、V14V15、V15V16、V16V11顺序，每隔0依次为相邻一对晶闸管同时各发一个触发脉冲。当控制角0时的触发脉冲波形及相位参阅教材P57中的图311D和C。当控制角30时，各晶闸管的触发脉冲依次相对上图后移30即可。3各晶闸管的导通角为120。4同一相的两个晶闸管的触发信号在相位上相差180。5输出电压UD的波形当控制角0时，参阅教材P55中的图39C。输出电压UD的表达式2234COS63UUD当控制角60时，参阅教材P58中的图312B，须将30的波形依次后移30，变换成60的波形。输出电压UD的表达式2221760COS34COS63UUD39三相全控桥式整流电路，L02H，RD4。要求UD在0220V之间变化。试求1整流变压器次级相电压U2；2计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2计算，选择晶闸管；3变压器次级电流有效值I2；电力电子变流技术课后答案第一章274计算整流变压器次级容量S2。解，而RD4，所以，LRD，按大86051432FL电感负载情况计算，三相全控桥式整流电路，相当于最小控制角MIN01计算整流变压器次级相电压U2UD234U2,，则U222023494V2计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2计算，选择晶闸管晶闸管承受的最大峰电压为V350621UMV按裕量系数2计算，则U2302524605V，选额定电压500V晶闸管。（A）5420RIDA71631DAVIA51I则20711VEARI按裕量系数2计算，则2022404A,选额定通态平均电流为50A的晶闸管。3计算变压器次级电流有效值I2A943D4计算整流变压器次级容量S2S23U2I2394449126618VA1266KVA310三相桥式大电感性负载全控整流电路，变压器副边线电压380V、负载电阻117、60。画出UD、ID、IV1、I2波形；计算输出电压UD、负载电流ID、晶闸管电流IV1、变压器副边电流I2的平均值、有效值。解UD、ID、IV1、I2波形参阅教材P58中的图312，须将30的波形依次后移30，变换成60的波形。输出电压平均值电力电子变流技术课后答案第一章2852603851COS351COS342COS34222LLDUUV输出电压有效值U322SIN6TD2COS3132291VCO12LU负载电流平均值（A）2756RID负载电流有效值DED22A晶闸管电流平均值A31ARVII晶闸管电流的效值A721D变压器二次电流平均值I2AR0A变压器二次电流有效值AI门刨床，其工作台由60KW、220V、305A的直流电动机拖动。由三相桥式全控整流电路供电。整流变压器初、次级线电压分别为380V和220V。要求起动电流限制在500A。当负载电流降至10A时，电流仍保持连续。计算控制角理论上最小值MIN及晶闸管的额定值。解COS351COS342COS34222LLDUU740512LD则422，即理论上的最小MIN422启动时最大负载电流IDMAX500A，此时晶闸管电流的有效值A7285031MAXAX1DVI电力电子变流技术课后答案第一章29则91835721MAXVEARI晶闸管承受的最大正反向峰电压为，即为线电压的峰值，为26U（）310L按裕量系数2218393878A2311622V选择额定通态平均电流为400A，额定电压为700V的晶闸管。312三相全控桥式整流器的单脉冲触发方式的脉冲宽度为什么要大于60解三相全控式整流桥电路，必须有一个共阴极组的和另一个共阳极组的二个不同相的晶闸管同时导通，才能形成通过负载的导电回路。为了保证全控桥在初始工作合闸（启动工作）时能形成电流回路，或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的两个晶闸管同时加有触发脉冲。单脉冲触发方式又称宽脉冲触发方式，要求脉冲宽度大于60，小于120，通常取90左右。这种方法实质上是用一个宽脉冲来代替两个相隔60的窄脉冲，即在按规定触发时刻给某一个晶闸管加触发脉冲时，前一号晶闸管触发脉冲还未消失，如教材P57中的图311D所示。这就保证了两组晶闸管中，各有一个管子同时加有触发脉冲，使电路在启动，电流连续或断续的工况下，都能正常工作。第四章有源逆变电路习题与思考题解41逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作解逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变1变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势ED，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。2变流电路输出的直流平均电压UD的极性必须为负（相对于整流时定义的极性），以保证与直流电源电势ED构成同极性相连，且满足UD90的情况。单相桥式（二极管）整流电路是ACDC变换电路，是单纯的整流电路，相当于单相全控桥式变流电路工作于整流状态，控制角0时的情况。不是所有的整流电路都可以用来作为逆变电路。例如，单相、三相半控桥式变流电路，带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态，不能用来作为逆变电路。43逆变电路工作时为什么会产生短路事故解变流器工作在逆变状态时，如果因丢失脉冲、移相角超出范围、甚至突发电源缺相或断相等情况时，都有可能发生换相失败，将使变流器输出的直流电压UD进入正半周范围，UD的极性由负变正，与直流侧直流电源电势ED形成顺向串联，造成短路事故（因逆变电路的内阻R很小）。这种情况称为逆变失败。或称为逆变颠覆。44为什么要限制逆变角的最小值MIN选择MIN值时应考虑哪些因素解为了避免逆变电路发生逆变失败，所以，必须限制逆变角的最小值MIN。最小逆变角MIN的选取要考虑三个因素，即换相重叠角；晶闸管关断时间TOFF对应的电角度；安全裕量角0。故有MIN045在图42（C）中，当90时,为什么必须EDUD才能正常逆变工作，ED与UD间的差值由何因素决定。如果EDUD和ED90,必须EDUD时，才能满足逆变工作条件。只有当EDUD时，变流电路直流侧的电源电势ED才能提供逆变能量，进而实现有源逆变。ED与UD间的差值由主电路所限制的电流的大小决定，即通过控制角逆变控制角的大小来确定。EDUD时，变流电路将处于等待状态，EDED，所以，变流电路处于整流工作状态。47在题46所给电路条件下，设电动机降落重物时起制动作用的负载电流ID200A，与电动机转速对应的反电势ED为180V，试求此时的变流器控制角应为何值并分析其能量传输关系。解REUIDD则UDIDRED20002180140V124560289014COSCS22D由于，则变流电路处于有源逆变工作状态，电动机处于发电运2DEU行，输出的直流电能通过变流器转变为交流电能反送给电网。48试绘出单相和三相全控桥式逆变电路当45时的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形，并分析晶闸管承受电压的情况（设L）。解单相全控桥式的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形参阅教材P66中的图42C。由于L，晶闸管的电流波形可画成180的矩形波。晶闸管的导通角为180，此期间两端电压近似为零，关断后的角对应期间承受反向电压，之后的角对应期间承受正向电压。三相全控桥式逆变电路的输出电压波形、晶闸管的电流波形、以及晶闸管V11的端电压波形参阅教材P74中的图45的中间45的一段。由于L，晶闸管的电流波形可在该导通期间画成120的矩形波。电力电子变流技术课后答案第一章32晶闸管的导通角为120，此期间两端电压近似为零，关断后本相晶闸管按相序分别承受与相邻二相的线电压各120。例如，A相共阴极组晶闸管V11，导通的120期间，两端电压近似为零，关断后首先承受线电压UAB120,转而承受线电压UAC120。其中关断后的角对应期间承受线电压UAB首先是反向电压。逆变电路中，晶闸管在关断后的角对应期间承受的是反向电压，其余绝大部分时间均承受正向电压。49在图45的三相桥式电路中，设交流电源线电压有效值U2L200V,L，R15。如要求电动机在制动过程中保持制动电流ID10A恒定不变，试问当电动机反电势ED200V时，逆变角应为何值当ED降至于100V、50V、0V时逆变角分别应为何值解RUIDD当ED200V时，则UDIDRED1015200185V4768520351COSCOS31COS42COS3222LDLDU当ED100V时，则UDIDRED101510085V723148023518COSCOS5COSCOS34222LDLDU当ED50V时，则UDIDRED10155035V电力电子变流技术课后答案第一章338312960351COSCOS35COS42COS4222LDLDUU当ED逐渐下降至0V时，电路电流ID亦将下降为0A，因而UD0V，则90，此时电流电路输出电压的正负面积相等。410试列举三种产生逆变失败的情况，并说出应注意哪些安全保护措施。解1产生逆变失败的情况主要有以下几个方面1触发电路工作不可靠触发电路不能及时、准确地为各晶闸管提供脉冲，如丢失脉冲或脉冲延迟等，均能导致换相失常或换相失败，参阅教材P72中的图44B和C。脉冲延迟即使不出现图44C的严重情况，也将使逆变角过小，导致换相时间不足，产生逆变失败。所谓换相时间，即是需被关断的晶闸管承受反压的时间，即逆变角区间所对应的时间，如果这个时间短了，晶闸管承受的反压时间不够，不能恢复正向阻断能力而造成逆变失败。2晶闸管出现故障晶闸管性能不合格，或设计电路时参数选择不当，以致出现晶闸管该阻断时不能阻断，该导通不能导通，均将导致逆变失败。3交流电源失常在有源逆变工作状态下，交流电源的突然停电或缺相，由于直流电势ED的存在，原来导通的晶闸管仍会导通，但此时变流电路交流侧已失去了同直流电势极性相反的交流电压，直流电势将通过晶闸管短路，或原来导通的晶闸管使UD进入导通相的正半周（缺相时）极性变正，造成逆变失败。2逆变失败将造成严重的后果，应采取的安全保护措施如下1正确选择晶闸管参数和缓冲保护电路2正确设计稳定可靠的触发电路例如具有不丢脉冲，最小逆变角MIN限制、抗干扰能力强等性能。3设置完善的系统保护装置电力电子变流技术课后答案第一章34例如能对系统过流、过压、交流电源缺相、欠压、断电等故障及时检测，并采取相应的保护操作。411换流重叠角的产生给逆变电路带来哪些不利影响解由于变压器漏感和线路电感等因素的影响，晶闸管的换流（换相）不能瞬时完成，均需一定的时间即换相重叠角所对应的时间。如果逆变角/2，EDUD2。此时UD2、ED的极性均为上正下负，电动机供出电能，经变流器2回馈给电网。第三象限，电动机反转作电动运行，变流器2工作在整流状态，2/2，EDUD1，此时，UD1、ED的极性均为上负下正，电动机供出电能，经变流器1回馈给电网。流过电动机的电流与第二象限工作时相反。可见，由反并联（双重）变流电路控制的可逆系统中，电动机从电动运行转变为发电制动运行，由于电动机的旋转方向不变，故电动机电势ED的方向不变，相应工作于整流和逆变状态的变流器不能在同一组全控桥内实现。具体地说，由一组桥整流，电网供出能量使电动机作电动运转，逆变必须通过反并联的另一组桥来实现，将电动机作发电制动运行产生的直流电能回馈给电网。417试指出晶闸管相控变流器的主要特征。解几种典型晶闸管相控变流器的主要特征如下接续流二极管的单相半波可控变流电路脉动频率为FS；可工作于第一象限接续流二极管的单相半控桥式变流电路脉动频率为2FS；可工作于第一象限单相全控桥式变流电路脉动频率为2FS；可工作于第一象限和第四象限单相反并联（双重）全控桥式变流电路脉动频率为2FS；可工作于第一、二、三、四象限三相半波可控变流电路脉动频率为3FS；可和第四象限接续流二极管的三相半控桥式变流电路脉动频率为3FS；可工作于第一象限三相全控桥式变流电路脉动频率为6FS；可工作于第一象限和第四象限三相反并联（双重）全控桥式变流电路脉动频率为6FS；可工作于第一、二、三、四象限其中，FS为交流电源频率。可见，接续流二极管的变流电路只能工作于第一象限。418试根据高压直流输电的功率流向，指出中间直流环节两侧变流器的工作状态。解高压直流输电系统原理结构参阅教材P79中的图46（A）。变流器和变流器均可根据功率的流向工作在整流状态或逆变状态。若使功率从左向右传输，则调整控制角，使变流器工作于整流状态，变流器工作于有源逆变状态，UD1和UD2的极性均为上正下负，且满足UD1UD2。若使功率从右向左传输，则变流器整流，变流器逆变，UD1和UD2的极性均为上负下正，且满足UD190将变流器U拉入有逆变工作状态，励磁绕组内储存的磁场能通过工作于有源逆变状态的变流器，经TF以电能形式反馈回电网。420试述过电压保护的两种基本方法。解常用的抑制过电压的基本方法有二种，即用非线性元件限制过电压的幅值；用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。实际应用时，要视电路的不同部位的需要采用不同的方法，同一部位也可同时采用二种方法。421试说明交流侧阻容过电压保护和非线性元件过电压保护电路的几种接线形式。解交流侧阻容保护电路连接方式参阅教材P81中的图48。图48A为单相接法，图48B和图48C分别为三相形和形连接方法，图48D为整流式接法。交流侧非线性元件过电压保护电路，如压敏电阻保护电路参阅教材P82中的图410，接线方式与图48A、B、C相同。其他非线性元件保护的连接方法也都与此类同。422试述直流侧过电压保护电路的连接方法。解直流侧的过电压保护，同样可采用阻容保护和非线性元件保护方法，其连接位置为变流装置的直流侧的快速开关或熔断器FU之前，参阅教材P82中的图411。图411中的P和M之间即为阻容或非线性保护元件所连接的位置，图中所连接的保护元件是压敏电阻。423试说明晶闸管关断过电压RC保护电路的原理。解晶闸管在关断过程中，电流从最大值很快下降为0，将在变压器的漏电感LC上产生很大的过电压LCDIV/DT，作用在晶闸管上。并联在每只晶闸管上的RC回路可抑制晶闸管的关断过电压。当晶闸管关断过程中，变压器电流可以通过RC续流，减小了DIV/DT，从而抑制了过电压。电阻可以限制晶闸管再导通时，电容C向晶闸管放电的电流上升率，并阻尼可能产生的LC振荡。424用作过电流保护的三种常用电器是什么其速度的快慢有何差别。解可用作过电流保护的三种常用电器有快速熔断器、快速开关和过流继电器。快速熔断器流过的电流越大，其熔断时间越短，当流过短路电流时，其熔断时间可达5MS目前最快的可达1MS量级。在额定电流下，工作时不熔断，可长期工作。电力电子变流技术课后答案第一章38快速开关的全分断时间为10MS，只用于直流电路。过流继电器的动作时间一般为几百毫秒MS，分为直流和交流两种。425试述反馈控制过电流保护电路的原理及特点解反馈控制过流保护原理框参阅教材P83中的图412。正常工作时，电压比较器整定为输出高电平，控制变流装置工作于90的整流工作状态。当变流器发生短路时，来自电流互感器的过流信号，经整流后，与过流整定值比较，使比较器输出低电平，控制变流器装置立即转入90的逆变工作状态。由于突然增大，使变流器输出电压迅速降低，不仅控制了短路电流，还可将储存在电感中的能量以电能的形式反馈给电网。当能量释放完毕，晶闸管的电流下降到维持电流以下自行关断，且无触点。所以，不存在快速熔断器、快速开关和过流继电器等保护电器那种分断大电流动作过程产生的过电压现象。动作速度比上述任何一种过流保护电器都快。426为什么说快速熔断器用作晶闸管的最终过流保护手断比较合适解因为晶闸管的过载能力受结温限制，我国标准规定风冷器件的额定结温为115C，水冷器件为100C。在规定的冷却条件下，晶闸管通过2倍额定通态平均电流时，可耐受的时间为05S；通过3倍时，可耐受时间为60MS；通过6倍时，可耐受时间为20MS。所以可根据不同过载程度晶闸管的耐受能力，采取分级过电流保护措施。快速熔断器之所以用作最终保护手段比较合适，是因为三种保护电器的动作时间各不相同，快速熔断器的动作时间最短，速度最快。为了避免快熔的频繁熔断和更换，使快熔只在发生可能危及晶闸管的更大过流时才熔断，起到最后的保护作用。因此，在留有适当的裕量选定了晶闸管及与其配合的快熔之后，将同时装设的快速开关或过流继电器的动作值整定得稍低一些（过流继电器最低）。这样，当发生过流时，过流继电器或快速开关会首先动作，虽然动作速度不如快熔，但只要整定电流不超过晶闸管过载耐受时间区段，就不会危害晶闸管，同样也不会使快熔熔断。第三章可控整流电路习题与思考题解31分别画出三相半波可控整流电路电阻负载和大电感负载在为60、90的输出电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流I2的波形图。晶闸管导通角各为多少输出电压各为多少解1电阻性负载电力电子变流技术课后答案第一章3960时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P48中的图34，其中晶闸管电流波形可在图34C中读出，变压器二次相电流I2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。90时，可参照上述波形，将控制角移至90处开始即可，晶闸管仍导通至相电压正变负的过零点处。由于30时，UD波形断续，每相晶闸管导电期间为至本相的正变负过零点，故有晶闸管导通角为30整流输出电压平均值62226COS16750COS13SIN3UUTDUD当60时，90，D0675U2。当90时，60，D0675U210503375U2。2大电感负载60时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P49中的图35，变压器二次相电流I2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。90时，可参照上述波形，将控制角移至90处开始即可，但晶闸管导通角仍为120。由于大电感负载电流连续，则晶闸管导通角为120整流输出平均电压为COS17COS263SIN23265UTDUD当60时，120，D117U2COS600585U2。当90时，120，D117U2COS90032三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知U2220V、R117。计算60时负载电流ID、晶闸管电流IV1、变压器副边电流I2的平均值、有效值和晶闸管上最大可能正向阻断电压值。改为电阻负载，重