电力电子技术(第二版)第3章答案

第三章 交流 交流变换器习题解答 3 1 在交流调压电路中 采用相位控制和通断控制各有什么优缺点 为什么通断控制适用 于大惯性负载 答 相位控制 优点 输出电压平滑变化 缺点 含有较严重的谐波分量 通断控制 优点 电路简单 功率因数高 缺点 输出电压或功率调节不平滑 由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制 所以可以采用通断控 制 对时间常数比较小负载的工作产生影响 3 2 单相交流调压电路 负载阻抗角为 30 问控制角 的有效移相范围有多大 如为 三相交流调压电路 则 的有效移相范围又为多大 答 单相交流调压电路 负载阻抗角为 30 控制角 的有效移相范围是 30 180 如为 三相交流调压电路 的有效移相范围是 30 150 3 3 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电 如 0 时为输出功率最大值 试求 功率为 80 50 时的控制角 解 0 时的输出电压最大 为 2 0 2 2max sin2 1 UtdtUUo 此时负载电流最大 为 R U R U I o o 2max max 因此最大输出功率为 R U IUP ooo 2 2 maxmaxmax 输出功率为最大输出功率的 80 时 有 R U PP o 2 2 max 8 08 0 又由 2 2sin 2 UUo 2 2sin 1 2 RR U P o o 化简得 4 02sin2 由图解法解得 60 同理 输出功率为最大输出功率的 50 时 有 90 3 4 单相交流调压电路 电源电压 220V 电阻负载 R 9 当 30 时 求 1 输出电压和负载电流 2 晶闸管额定电压和额定电流 3 输出电压波形和晶闸管电压波形 解 1 负载上交流电压有效值为 VUU216 6 3 sin 2 1 2202sin 2 1 20 负载电流为 A R U I L 24 9 2160 0 2 晶闸管承受的正反向电压最大值是 考虑到 2 3 倍的安全裕量 晶闸管的额定电 22U 压应该为 VUUTN933 62223 22 晶闸管流过的电流有效值为 A I IT17 414 1 24 2 0 考虑到 1 5 2 倍的安全裕量 晶闸管的额定电流为 A I I T AVT67 21 24 16 57 1 2 5 1 3 5 如图 3 35 所示为单相晶闸管交流调压电路 其中 求 VU2202 516 5 mHL 1 R 触发角的移相范围 负载电流的最大有效值 最大输出功率和功率因数 解 1 负载阻抗角为 60 1 005516 0 502 arctanarctan R L 触发角 的变化范围为 600 1800 当 时 输出电压最大为 U2 负载电流也为最大 此时输出功率最大 为 A LR Io110 220 2 2 max 最大输出功率为 KWLRIPoo 2 2410516 5 1001110 2 32 2 2 max 2 max 实际上 此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦 即 5 060coscos o 3 6 一台 220V 10KW 的电炉 采用晶闸管单相交流调压 现使其工作在 5KW 试求电 路的控制角 工作电流及电源侧功率因数 解 电炉可看为纯电阻性负载 由此可求得电阻值为 84 4 2 P U R 电炉工作在 5KW 时 电压有效值为 VUU 5 155 2 2 20 由关系式 2sin 2 1 20UU 带入数据求得控制角为 90 工作电流为 A R U I 1 32 0 0 电源侧功率因数为 7062 0 1 32220 84 4 1 32 cos 2 02 0 2 IU RI 3 7 晶闸管反并联的单相交流调压电路 输出电路 如晶闸管开通 VU2202 5R 100 个电源周期 关断 80 个电源周期 求 1 输出电压平均值 2 输出平均功率 3 输入功率因数 4 单个晶闸管的电流有效值 解 1 由题意可得关系式 20 180 100U U 代入数据求得输出电压有效值为 VU1640 输出平均功率为 KW R U P379 5 2 0 3 输入功率因数为 75 0 8 32220 5 8 32 cos 2 02 2 0 IU RI 4 单个晶闸管的电流有效值为 A I IT 2 23 2 8 32 2 0 3 8 试分析带电阻性负载的三相 Y 形调压电路 在控制角 30 45 120 135 四种情况下的晶闸管导通区间分布及主电路输出波形 3 8 试分析带电阻性负载的三相 Y 形调压电路 在控制角 30 45 120 135 四种情况下的晶闸管导通区间分布及主电路输出波形 解 1 控制角 30 时 各区间晶闸管的导通 负载电压情况 t 00 30 0 00 60 30 00 90 60 00 120 90 00 150 120 00 180 150 晶闸管 导通情 况 VT5 VT6 导通 VT5 VT6 VT1 导通 VT6 VT1 导通 VT6 VT1 VT2 导通 VT1 VT2 导通 VT1 VT2 VT3 导通 RU u0 u u uv 2 1 u u u uw 2 1 u u u 2 控制角 45 时 各区间晶闸管的导通 负载电压情况 t 00 45 0 00 60 45 00 105 60 00 120 105 00 165 120 00 180 165 晶闸管 导通情 况 VT5 VT6 导通 VT5 VT6 VT1 导通 VT6 VT1 导通 VT6 VT1 VT2 导通 VT1 VT2 导通 VT1 VT2 VT3 导通 RU u0 u u uv 2 1 u u u uw 2 1 u u u 3 控制角 120 时各区间晶闸管的导通 负载电压情况 t 00 30 0 00 60 30 00 90 60 00 120 90 00 150 120 00 180 150 晶闸管 导通情况 VT4 VT5 导通 VT1 VT6 均不导通 VT5 VT6 导通 VT1 VT6 均不导通 VT6 VT1 导通 VT1 VT6 均不导通 RU u uw u 2 1 000 uv 2 1 u0 4 控制角 135 时各区间晶闸管的导通 负载电压情况 t 00 15 0 00 30 15 00 75 30 00 90 75 00 135 90 00 150 135 00 180 150 晶闸管 导通情况 VT1 VT6 均不导通 VT4 VT5 导通 VT1 VT6 均不导通 VT5 VT6 导通 VT1 VT6 均不导通 VT6 VT1 导通 VT1 VT6 均不导通 RU u0 uw u 2 1 000 wv u 2 1 0 输出波形参见书 125 128 页 3 9 采用晶闸管反并联的三相交流调功电路 线电压 U1 380V 对称负载电阻 R 2 三 角形连接 若采用通断控制 导电时间为 15 个电源周期 负载平均功率为 43 3KW 求控 制周期和通断比 解 已知负载平均功率为 43 3KW 可求得输出电压有效值为 VR P U170210 3 3 43 3 3 0 由关系式 20U N n U 式中为相电压 负载角接 所以相电压就是线电压 2U 代入数据可求得 控制周期为 N 75 故通断比为 25 0 60 15 3 10 交流调压电路用于变压器类负载时 对触发脉冲有何要求 如果两个半周波形不对称 会导致什么后果 答 用于变压器大电感性负载时 要求触发脉冲采用宽脉冲 触发角应该大于 90 如果两个半周波形不对称 会存在偶次谐波 对电源影响与干扰较大 也会有直流磁化现 象 3 11 单相交 交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同 答 单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的 均由两组反并联的可控整流电路组成 但两者的功能和工作方式不同 单相交交变频电路 是将交流电变成不同频率的交流电 通常用于交流电动机传动 两组可控整流电路在输出 交流电压一个周期里 交替工作各半个周期 从而输出交流电 而直流电动机传动用的反 并联可控整流电路是将交流电变为直流电 两组可控整流电路中哪一组工作由电动机工作 状态的需要决定 并没有像交交变频电路那样的固定的周期交替工作 3 12 如何控制交 交变频器的正反组晶闸管 才能获得按正弦规律变化的平均电路 答 运行中正 反两组变流器的触发角 随时间线性变化 可以实现输出电压平均值为正 弦波 改变触发角 的变化率 可使输出电压平均值变化的速率变化 即改变了输出电压 的频率 改变触发角 的变化范围 可改变了输出电压的最大值 即改变了交流电压的有 效值 同时 正 反组交流器按规定频率不停地切换 以输出频率可变的交流电 3 13 交 交变频电路的有环流控制和无环流控制各有何优缺点 答 有环流控制的优点 两组变换器之间流过环流 可以避免出现电流断续现象并可消除 电流死区 从而使变频器的输出特性得以改善 还可提高输出上线频率 缺点 因为要在两组变换器之间要设置环流电抗器 变压器两次侧也需双绕组 使设备成 本提高 环流还会增加装置的损耗 增加设计容量 无环流控制的优点 保证了负载电流反向时无环流 输出效率比有环流方式高 缺点 系统留有了一定的死区时间 使输出电压的波形畸变增大 此外 负载电流发生断 续时 相同 角时的输出电压被抬高 也造成输出波形的畸变 电流死区和电流断续的影 响限制了输出频率的提高 3 14 三相交 交变频电路有哪两种连接方式 它们有什么区别 答 三相交交变频