电力电子技术贺益康答案.pdf

第第 1 章章 习题习题 1功率二极管在电力电子电路中有哪些用途? 2说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态?已处于 通态的晶闸管，撤除其驱动电流为什么不能关断，怎样才能关断晶闸管? 3把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图 1-37 所示 图 1-37 问： （1）开关 S 闭合前灯泡亮不亮？ （2）开关 S 闭合后灯泡亮不亮？ （3）开关 S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？ 答答： （1）不亮 （2）亮 （3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。 4在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工 作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？ 答答： 晶闸管的门极参数IGT、UGT受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者 会升高，故会引起题中所述现象。 5型号为KP100-3，维持电流IH4mA的晶闸管，使用在如图 1-38 电路中是否合理？ 为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量） (a) (b) (c) 图 1-38 习题 5 图 答答： （1） mAImAAIHd42002. 0 1050 100 3 =9 . 957 . 1 /.56.15 210 220 22 TMU=2220RUV = 311 故 1=150AIH, IdUgT的时间随之变化，从而实现对的控制 （2）调，使Ug为正值；K闭合，则灯暗 （3）当Ug最大值与UgT相交时，则元件达到最小导通角/2 4、某电阻负载要求（024）V直流电压，最大负载电流Id30A，采用单相半波可控 整流电路。如交流采用 220V直接供电与用变压器降至 60V供电是否都满足要求？试比较两 种方案的晶闸管导通角、额定电压、额定电流、整流电路功率因数以及对电源要求的容量。 答：答： (1) 220V 供电 2 1cos 0.45, 2 d UU + = 1cos 240.45220 2 + = 121= ? 18059= ? 2 121 sin2422 () sin22 () 180 3084.1( ) (1 cos ) 2(1 cos121) 2 d IIA + + = + ? ? = 2 () (1.52) 80.35107.13( ) 1.57 T AV I IA= 2220311( ) TM UV= (23)622.3933.4( ) RTM UU=V 121 11 180 cossin2sin2420.3105 4242 =+=+= ? 122 22084.118502()18.5()SU IVAKVA= （2）60V 供电 1cos 240.4560 2 + = 38.9= ? 180141.1= ? 2 38.9 sin77.82 () sin22 () 180 3051.37( ) (1cos ) 2(1cos38.9) 2 d IIA + + = + ? ? = 2 () (1.52) 49.164.4( ) 1.57 T AV I IA= 26084.85( ) TM UV= (23)169.7254.6( ) RTM UU=V 38.9 11 180 cossin2sin77.80.685 4242 =+=+= ? 122 6051.373082()3.082()SU IVAKVA= 5、某电阻性负载，Rd50，要求直流平均电压Ud在（0600）V内连续可调，试计算 采用单相半波与单相双半波二种电路供电时(1)晶闸管额定电压、 电流; (2)连接负载的导线截 面积（设导线电流密度为J6A/mm2）; (3)负载电阻上消耗的最大功率。 答：答： （1） 单相半波 2 1cos 0.45, 2 d UU + = 2 1cos0 240.45 2 U + = 2 1333( )UV= 2 2 TM UU= 2 (23) 1333 237715657( )UV= /18.84( ) ddd IURA= 2 () (1.52) 1824( ) 1.57 T AV I IA= 2 2/ 18.84/63.14SIJmm= 22 2 18.845017747()17.747() d PIRWKW= （2）单相双半波 2 1cos 0.9, 2 d UU + = 2 /0.9600/0.9667( ) d UUV= (23)(23)667 218862828( ) RTM UU=V /12( ) ddd IURA= 1 6( ) 2 Tdd IIA= 2 sin22 () 13.32( ) 2(1cos) d IIA + = + 2 () (1.52) 1824( ) 1.11 T AV I IA= 2 2/ 13.32/62.22SIJmm= 22 2 13.32508877()8.877() d PIRWKW= 6、单相桥式可控整流电路，带电阻大电感负载，Rd4，变压器次级电压有效值U2 220V。试计算当控制角60时，直流电压、电流平均值。如果负载两端并接一续流二 极管， 其直流电压、 电流平均值又是多少？并求此时流过晶闸管和续流二极管的电流平均值、 有效值，画出两种情况下的输出电压、电流波形。 答：答： （1）无续流二极管 Ud = 0.9U2cos= 0.9220cos60 = 99 V Id = Ud/Rd = 99/4 =24.75 A (2) 有续流二极管 VUUd5 .148 2 60cos1 2209 . 0 2 cos1 9 . 0 2 = + = + = ? Id = Ud/Rd =37.125 A AII ddT 33.1237 360 60180 2 = = = AII dT 34.2137 360 60180 2 = = = AII ddT 33.1237 180 60 2 2 = AII dT 34.2137 180 60 2 2 = 7、单相桥式全控整流电路，U2100V，负载Rd4，Ld，直流电势E50V顺向依 次串联（极性相加） 。当30时求输出平均电压和电流，晶闸管电流平均值及有效值。设 整流变压器初级电压u1220V，求变压器初、次级绕组电流有效值。 答：答： VUUd 9 . 7730cos1009 . 0cos9 . 0 2 = ? A R EU I d d d 32 4 509 .77 = + = + = AII ddT 1632 2 1 2 1 = AIII ddT 63.22 2 1 2 1 = AIII dT 322 2 = AI U U I55.1432 220 110 2 1 2 1 = 8、 大电感性负载上， 要求获得 （1560） V的可调直流电压， 电压最高时的电流为 10A， 准备采用带续流二极管的单相桥式全控整流电路，从 220V电网上经变压器供电。根据控制 上的考虑， 整定最小控制角为min25。 计算此时晶闸管和续流二极管的电流有效值及变压 器次级的电流、电压定额。 答： 答： AII dT 56. 6 360 180 = = ID = IT = 6.56 A AII dDF 73. 310 180 25 2 2 = AII T 28. 92 2 = 2 2 cos1 9 . 0UUd + = V U U d 6 .69 )25cos1 (45. 0 2 = + = ? 9、 一电阻负载， 要求获得平均值为 30V 的直流电压、 7A 的电流。 如果用 100V 或 220V 的交流电源经半波可控整流供电，是否均能满足要求？试比较用 100V 和用 220V 两种供电 方案的晶闸管定额、导通角和电源侧的功率因数，并选用晶闸管。 答： 答： 2 1cos 0.45 2 d UU + = max2 1000.454530 d VUUV=供电：V V max2 2200.459930 d VUUV=供电： 故两者都能满足要求 （1） 100V 供电 22 1cos1cos 0.45300.45 22 d UUU + =， cos0.333,70.5= ? 18018070.5109.5= ? 2 sin22 () 1.982713.88( ) 2(1cos ) d IIA + = + = ()2 1.5 2 13.26 17.68( ) 1.57 T AV IIA= 2 2141.4( ) TM UU=V V (2 3)282.8 424.2( ) RTM UU= 20 ?KP元件选 1 cossin20.595 42 =+= （2） 220V 供电 2 1cos1cos 0.45300.45220 22 d UU + =， 113.2= ? 180180113.266.8= ? 2 sin22 () 2.62718.34( ) 2(1cos) d IIA + = + = ()2 1.5 2 17.5 23.36( ) 1.57 T AV IIA= 2 2311( ) TM UU=V V (2 3)622 933( ) RTM UU= 1 cossin20.3577 42 =+= 元件选 KP3010 10、有一电磁滑差电机的励磁绕组（电感性负载） ，内阻为 45，希望电压能在（090） V 内可调。采用单相半波可控整流电路，由 220V 电网直接供电，试选择晶闸管及整流二极 管的型号、规格。 答：答： 2 1cos1cos 0.45900.45220 22 d UU + =， 35.1= ? /90/452( ) ddd IURA= 180 1.27( ) 2(1cos ) Td IIA = + 180 1.546( ) 2(1cos ) DFd IIA + = + 2220311( ) TM UV= (2 3)622 933( ) RTM UU=V () 1.5 2 1.211.62( ) 1.57 T AVT IIA= () 1.5 2 1.477 1.969( ) 1.57 DF AVDF IIA= 元件选 KP310，ZP510 11、 在三相半波可控整流电路中， 如果触发脉冲出现在自然换流点之前， 能否进行换流？ 可能会出现什么情况？ 答：答： 不能换流，工作不正常。 12、三相半波可控整流电路，如果a相的触发脉冲消失，试绘出电阻性负载和电感性负 载下的直流电压 ud波形。 答：答： 电阻负载时，元件导通至U2下降沿过零点( 30)，Rd = 4 (1) Ud = 2.34U2cos = 0 Ud = 220 V U2 = Ud/2.34 = 94 V (2) VUUTm3 .2309466 2 = VUU TmR 6 .4602= A R U I d d d 55 4 220 = AII dT 75.31 3 1 = AII TAVT 5 .40 57. 1 2 )( = 故可选元件 KP50-5 （3）AII d 88.4455816. 0 3 2 2 = （4）S2 = 3I2U2 = 344.8894 = 12656 VA (5) P = IdUd = 55220 =12100 W 956. 0 12656 12100 cos= S P (6) = 60时，Ud = 0 则距对应相电压原点角度为 90+30=120 22、图 3-24 所示单相桥式全控整流电路，若直流侧取去直流电动机，仅保留电阻Rd、 电感Ld， 当/2 时， 晶闸管的导通角还能达 180吗？输出直流平均电压还能出现负值吗？ 为什么？ 答：答： Ld极大时，才有可能使=，输出平均电压不可能为负值。 ? 180 23、三相半波逆变电路，当/2 时，若EUd情况如何？若EUd情况又如何？ 答：答： /2 EUd 时，为逆变状态 E E E Ud 30150 27、图 3-24b)所示单相桥式逆变电路，若U2220V，E100V，Rd2，当30时 能否实现有源逆变？为什么？画出此时的电压、电流波形。 答：答： Ud = -0.9U2cos = -171.5 V 而 E = 100V , EUd ，故不满足逆变条件 28、三相半波逆变电路，U2100V，E30V，Rd1，Ld足够大，保证电流连续。试 求90时Id？如若60时，Id？为什么？ 答：答： （1）Ud = 1.17U2cos = 1.17220cos90 = 0 V A R UE I d d 30= = (2) Ud = -1.17U2cos = 1.17100cos60 = -58.5 V EUd ，故不满足逆变条件 Id = 0 29、某三相半波晶闸管变流装置，变压器次级相电压有效值为 230V，电动机电枢电阻 Ra0.3。电动机从 220V、20A稳定电动状态下作发电机再生制动，要求制动初始电流为 40A，试求初始逆变角为多少？（换流压降Ud不计） 30、单相桥式全控整流电路，如图 3-1 所示。U2220V，E120V，Rd1，当60 时能否实现有源逆变？如能实现有源逆变，求此时电动机的制动电流多大？画出此时的电 压、电流波形。 答：答： VUUd9960cos2209 . 0cos9 . 0 2 = ? EUd ，故能逆变 A R UE I d d 21 1 99120 = = = 31、三相半波变流电路，接反电势电阻电感负载。U2100V，Rd1，Ld数值很 大，换流电感LB1mH。当E150V，30时求U B d、Id及换流重叠角，并作ud，iT的波形。 答：答： XB = 2fL B B B =31410 -3 = 0.314 ddd B d III mX U15. 0 2 314. 03 2 = = += += ddd ddd RIUE UUU , += += 1150 15. 030cos17. 1 2 dd dd IU IUU ? Id = 42.3 A Ud = 107.7 V 1006 314. 03 .422 150cos 6 2 cos)cos( 2 =+ ? U XI Bd = 167.03 150 = 17.03 32、试画出三相半波共阳极接法时，60时的ud与C相晶闸管VT3上的电压uT3波形。 答：答： 33、三相桥式全控变流装置，反电势电阻电感负载，U2220V，Rd1，Ld数值 很大，换流电感LB1mH。当E400V，60时，求直流平均电压U B d、电流Id及换流重叠 角。 答： 答： 3 223.1450 1 100.314 BB XfL = = 60.314 0.3 22 3.14 B ddd mX UII = d I 0 ddd EUURI = 4002.34220cos600.30 dd II= ? 109.7 d IA= 2.34220cos600.3 109.7290.3 d UV= = ? 2 109.70.314 cos()coscos120 6220sin30 6sin dB I X U m += ? ? 120128.89+= ? 8.89= ? 34、比较带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路的主要异同 点。 35、多重化整流电路有什么作用？ 第第 4 章章 习题习题 1 一个理想的 Buck 变换电路， 欲通过导通比控制保持输出电压恒定， 并希望输出功率，斩波频率 50kHz，试计算电源电压 E 从 10V 到 40V 范围内，为 保持变换器工作在电流连续导通模式下所需的最小电感 L。 00 5VuU= 0 5WP 2一个理想的 Buck 变换电路，滤波元件参数为 L=1mH，C=470F。希望， 斩波频率为 20kHz。若 E=12.6V，输出电流平均值 0 5VU = 0 200 AIm=，试计算 （1）输出电压纹 波（峰峰值） ； （2）电感上纹波电流 c U L I。 3一个理想的 Boost 变换电路，滤波电容470 FC=。希望输出电压，输 出功率，试计算电源电压 E 从 8V 到 16V 范围内，使变流器工作在连续导通模式 下所需最小电感。 0 24VU = 0 5WP min L 4一个理想的 Boost 变换电路，滤波元件为150 HL=，470 FC=；已知 ，斩波频率为 20，试计算 00 12V, 24V, I0.5AEU=Hzk 0 U（峰峰值） 。 5一个理想的 Boost-Buck 变换电路，若470 FC=，斩波频率为 20；若 E 从 8V 变化至 40V，希望保持，试计算使变换器工作在连续导通模式下所 需最小电感。 Hzk 00 15V, 2WUP= min L 6直流直流（DCDC）变换有哪几种控制方式？它们又是如何具体实现的？ 7简述 Boost-Buck 变换电路与 Ck 变换电路的异同点。 8如图 4-23 所示，设电感 L 中电流为。当功率开关器件 VT 导通瞬间，流过 VT 中 的电流是否就是？为什么？ L i L i 图 4-23 9当桥式可逆斩波电路作单极性脉宽调制控制时，若电动机工作在电动状态，晶体管 的总损耗主要由哪几只晶体管中何种损耗（指截止损耗，导通损耗，开关损耗）所组成？ 10画出桥式可逆斩波电路双极性工作过程各阶段电流路径，标出输出电压、电机 0 U 电流 0 I、反电势、自感电势 a E 0 L di EL dt =（如有）的方向。 第第 5 章章 习题习题 1阐述和区分：1）有源逆变和无源逆变；2）逆变与变频；3）交直交变频和交 交变频。 2晶闸管无源逆变器有几种换流方式？负载谐振换流式逆变器和强迫换流式逆变器中 的电容器 C 的作用有何异、同？ 3从晶闸管关断角度说明下图中哪种电路能正常工作？ 图 5-50 4以下两种电路能否正常工作？为什么？ 图 5-51 5电压源型逆变器和电流源型逆变器如何区分？它们各有什么特点？ 6在电压源型逆变器中与功率开关反并联的二极管的作用是什么？如果逆变电路中没 有反并联二极管会出现什么现象？ 7一台并联谐振式逆变器，450V, 300A, 100 W, 1000Hz d EIPkf=，用于 感应加热，负载功率因数为 0.2（滞后） 。设晶闸管换流时 A 15 s di dt =，晶闸管关断时 间20 s q t=；不考虑损耗，试求： 1）与负载并联的换流电容器的容量； 2）负载基波电压有效值。 8并联谐振式逆变电路利用负载电压换相，为保证换相成功应满足什么条件？ 9逆变电路多重化、多电平化的目的是什么？实现方法上各有何特点或差异