自考电力电子变流技术_全本书课后答案

1、电力系统及其自动化电力电子变流技术第一章电力半导体器件习题与思考题解1-1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。1-2型号为kp100-3 的晶闸管，维持电流ih=4ma ，使用在题

2、1-2 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jb1144-75 规定，型为普通闸管，kp100-3 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i v1002 ma50010 3因为 iv i h，而 i h i l ， il 为擎住电流，通常i l =(24) i h。可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，所以，图(a) 不合理。对于图 (b)，电源为交流220v ，当 =0时，最大输出平均电压u

3、 d0.450.4522099（）u 2平均电流i varu d999.9 (a)r10波形系数k fi v1.57i var所以， kf。 1.57 9.9 15.5(a)1电力系统及其自动化电力电子变流技术而 kp100-3 允许流过的电流有效值为 i ve 1.57 100 157(a) ， i l i v300(v)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 iv 150 1 150(a),即为平均值，亦是有效值。而i ve150a， i v150(a)157 （ a），即 i l i v 。ud 波形从 开始至变压器二

4、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i d 亦很小。电阻负载输出电压ud、电流 i d 和晶闸管电压uv1 波形参阅教材 27 中的图 2-1。电阻负载 u d、 id 计算公式如下：(1)整流输出平均电压122u2 sin .td (12u 2 sin .td ( .t)d =.t) =22=2u 21 cos0.45u 21cos22(2).负载电流平均值id=u dr2-5单相半

5、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 i v1、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 、i d、 iv1 、i v2 的平均值和有效值计算公式。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， u d 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 i d、晶闸管电压 uv1 和电流 i v1 的波形参阅教材p30 中的图 2-2。其中， iv1 的波形与i d 的波形相同。12电力系统及其自动化电力电子变流技术带续流二极管时，

6、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i d 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i v2 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 i v1、续流二极管电压uv2 和电流 i v2 波形参阅教材 p31 中的图 2-3。带续流二极管时ud 、i d、 iv1 、i v2 的平均值和有效值计算公式如下：（）输出电压的平均值u d 为1cosud

7、 =0.45u 22（）输出电压的有效值值u 为u =121sin 222u 2 sin t d t = u 242（）输出电流的平均值id 为u di dr（）输出电流的有效值值i 为u di i dr（）晶闸管的平均电流iv1ar 为iv1ar =1i di d d .t22（）晶闸管电流的有效值iv1 为iv1 =1i d 2 d ( t ).i d22（）续流二极管的平均电流iv2ar 为iv2ar =1i d d .t.i d202（）续流二极管电流的有效值iv2 为iv2 =1i d 2 d .t.i d20213电力系统及其自动化电力电子变流技术2-6有一单相桥式全控整流电路，负

8、载为电阻性，要求 =30时， ud=80v，i d=7a。计算整流变压器的副边电流i 2，按照上述工作条件选择晶闸管。解： id=ud r，则则i 282.12 (a)r=ud id=80 70=1.14ud =0.9u 2 (1+cos) 2u 2=95v222u 2s i n t d t u 212sin 22rr2i v 1i 258 (a)2i vear =i v1 kfe =58 1.5737 (a)考虑裕量系数2， 37 74(a)222295268.7 (v)u 2选额定电流100a、额定电压300v 的晶闸管。2-7单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知u2 =100v ，r=

9、10 ， =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 、 i v4 及变压器次级电流i 2 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22u220.9u 2 cosu d2 sin .t d .tu 2 cos20 0.9 100 0.707 63.7(v)输出直流电流平均值为i du d6.37 (a)r14电力系统及其自动化电力电子变流技术晶闸管电流的有效值为i v 11i d2 d .t =

10、 1 i d 4.5(a)22(2）负载端接续流二极管v4时输出电压平均值u d22u 2 sin.td.t0.9u 21 cos0.9 100 0.854 76.8 (v)22输出直流电流平均值为i du d7.68 (a)r晶闸管与整流二极管电流的有效值i v1、i v2 为i v 1i v 21i d2 d.ti d221357.684.70 (a)360续流二极管电流的有效值i v4 为i v 4变压器二次电流的有效值i 2 为2i d2 d .ti d =457.68 3.84 (a)20180i 21i d 2i d2 d.ti d22i v 124.706.65(a)接续流二极管

11、时的ud、 id 、i v11 、i v4 及变压器次级电流i 2 的波形参阅教材 41 中的图2-8。2-8单相桥式半控整流电路接电阻性负载，要求输出整流电压0 100v 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min =30，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15电力系统及其自动化电力电子变流技术1cosu d0.9u d2当输出平均电压d 为 100v 时则cos2u d210010.01010.9u 21

12、2200.9min90当输出平均电压ud 为 30v 时则cos2u d123010.69700.9u 20.9220max134导通角 ，所以晶闸管导通角 90 46。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。i d=20a, 则晶闸管平均电流i v1ar i d 2=10a当 134 =134 180=0.7444 时波形系数为sin 22 ()k f 1cos3.222 (1)晶闸管电流的有效值为iv 1k f 1 i v 1ar3.221032.2 （）交流侧电流的有效值为i 22i v 145.

13、5 （）交流电源容量为s2i 2u 245.522010010va10.01kva2）采用变压器降压供电时u d=0.9 u 21cos2当 min=30时，输出电压为100v，则变压器二次电压为16电力系统及其自动化电力电子变流技术u 22u d21000.9 1cos0.9 1119 (v)cos30当d=30v 时的最大控制角max 为ucos max2u d12301 0.43980.9u 20.9119 max 116晶闸管导通角 ，则 150 64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。i d=

14、20a, 则晶闸管平均电流i v1ar i d 2=10a当 116 =116 180=0.6444 时波形系数为sin 22 ()k f 1cos2.692 (1)晶闸管电流的有效值i v 1 k f 1 i v 1 ar2,6910 26.9 （）变压器二次电流的有效值i 22i v 138.0 （）变压器二次容量s2i 2u 238.01194522va4.52kva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。2-9单相桥式半控整流电路，

15、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20 80v 连续可调， 最大负载电流为20a ，最小控制角 min 30。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u217电力系统及其自动化电力电子变流技术u 22u d2800.9 1 cos0.9 195.3 (v)cos302、在最小整流输出电压时计算出最大控制角 max当 ud=20v 时的最大控制角 max 为cos max2u d12201 0.53360.9u 20.995.3则 max=1223、在最不利的

16、条件下，计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值i ，因为晶闸管、2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 i 2 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i v!ar、 i v2ar与有效值 i v1、 i v2其最大值出现在 min=30时 , 所以i v1arii v1iv 2 arv 2i d150208.3 3602i d1502012.9 3602续流二极管电流的平均值i v4ar与有效值 i v4其最大值出现在 max=122时，所以i v 4 ari d12220 13.6 180i v 4i d12220 16.5 a180变压器二次电流的有效值i 2其最大值出现在 min=30时 , 所以i 21i d2i d2 d .ti d2i v 1 18.2a2则变压器二次容量s2i 2u 218.295.31734.5va