电力电子技术基础22-习题

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础电力电子技术基础South China University of Technology习题讲解6 6电力电子技术基础习题讲解习题习题13图图139为晶闸管导通为晶闸管导通时电流波形，各电流最时电流波形，各电流最大值为大值为Im，试求各波形，试求各波形的电流平均值、电流有的电流平均值、电流有效值以及波形系数效值以及波形系数iIm0tiIm0tiIm0t电力电子技术基础习题讲解习题习题13)()(21)(1200tdtidttiTITd电流平均值的定义电流平均值的定义)() )(21220t

2、dtiI电流有效电流有效值的定义值的定义dfIIK波形系数波形系数 的定义的定义电力电子技术基础习题讲解习题习题13iIm0t解：解：（1）)()(21201tdtiId2)()sin(212mmItdtI222201)()sin(21)() )(21tdtItdtiIm42mI22. 22422111mmdfIIIIK电力电子技术基础习题讲解iIm0t习题习题13（2）32342)()sin()()sin(21tdtItdtIImmd23)()sin(13mmItdtI3234222)()sin()()sin(21tdtItdtIImmmmII634. 0833133. 12fK电力电子技术

3、基础习题讲解习题习题13（3）4)(21203mmdItdII2)()(212023mmItdII23fKiIm0t电力电子技术基础习题讲解习题习题14上题中不考虑安全裕量，额上题中不考虑安全裕量，额定电流定电流IT(A V)=200A的晶闸管，的晶闸管，能送出电流平均值各为多少？能送出电流平均值各为多少？对应的电流最大值为多少？对应的电流最大值为多少？iIm0tiIm0tiIm0t电力电子技术基础习题讲解电流定额电流定额_ 通态平均电流通态平均电流 IT(A V) 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正最大工频正弦半波电流的弦半波电流的平均

4、值平均值。使用时应按实际电流实际电流与通态平均电流通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管应留一定的裕量，一般取1.52倍习题习题14iIm0tIT(AV)电力电子技术基础习题讲解iIm0tIT(AV)iIm0t特定情况特定情况具体情况具体情况已知：已知：平均电流（平均电流（通态平均电流通态平均电流）SCR允许的有效电流允许的有效电流正弦半波正弦半波波形系数波形系数57. 1dfIIKSCR允许的有效电流允许的有效电流具体波形具体波形波形系数波形系数求：平均电流求：平均电流习题习题14（工频正弦半波导通）（工频正弦半波导通）电力电子技术基础习题讲解习题习题14解：解：“额定电流为额定电流为20

5、0A的的SCR”，表示该，表示该SCR在在 工频工频正弦半波正弦半波情况下可以通过的情况下可以通过的平均电流平均电流 为为200A，由于，由于正弦半波正弦半波的波形系数为的波形系数为1.57, 所以，该所以，该SCR可以通过的电流有效值为可以通过的电流有效值为 2001.57314A 因此，这个因此，这个SCR不管在什么情况下，允许不管在什么情况下，允许 通过的电流有效值最大都为通过的电流有效值最大都为314A！ 也就是说，这个也就是说，这个SCR在图中在图中3种不同的波形种不同的波形 下，允许通过的电流有效值最大都为下，允许通过的电流有效值最大都为314A电力电子技术基础习题讲解AIII31

6、4321习题习题14上题中已经求出各种波形的波形系数，所以上题中已经求出各种波形的波形系数，所以AKIIfd4 .14122. 2314111AKIIfd1 .23633. 1314222AKIIfd1572314333电力电子技术基础习题讲解习题习题14AIII314321上题中已经求出各种波形下有效值和最大值之间的关系，所以上题中已经求出各种波形下有效值和最大值之间的关系，所以AIIm8882211AIIm3 .495634. 022AIIm6285 . 033具体电路中，需要求电具体电路中，需要求电流定额的时候，首先求流定额的时候，首先求出通过的电流有效值出通过的电流有效值I，考虑考虑1

7、.52倍的冗余，电倍的冗余，电流定额可以直接用下式流定额可以直接用下式求出：求出： 57. 1)25 . 1 ()(IIAVT电力电子技术基础习题讲解习题习题25某电阻负载某电阻负载R0.8 ，要求直流平均电压在要求直流平均电压在024V可调。如用可调。如用220V交流交流电源直接供电和用变压电源直接供电和用变压器降到器降到60V供电，都采用供电，都采用单相半波可控整流电路，单相半波可控整流电路，试比较两种供电方案的试比较两种供电方案的晶闸管导通角、额定电晶闸管导通角、额定电压、额定电流、电源与压、额定电流、电源与变压器二次侧的功率因变压器二次侧的功率因数以及对电源要求的容数以及对电源要求的容

8、量，从中可以得到什么量，从中可以得到什么结论？结论？TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00电力电子技术基础习题讲解习题习题25解：在负载电阻恒定的情况下解：在负载电阻恒定的情况下 直流电压直流电压024V连续可调，连续可调， 因此，在电压为因此，在电压为24V时为严时为严 酷工作条件；酷工作条件；（1）采用交流）采用交流220V直接供电时直接供电时TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)002cos145. 0)(sin22122UttdUUd所以，当输出电压为24V时，控制角为515. 0145

9、. 02cos2UUd121导通角为59；电力电子技术基础习题讲解习题习题25TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00晶闸管两端的最大正、反压为也可以采用下面的公式计算VUUM31122晶闸管的额定电压为VUUMN)933622()32(取900V;流过晶闸管的电流有效值为ARUId84)cos1 ( 2)(42sin22ARUI8422sin4122例题21公式公式23电力电子技术基础习题讲解习题习题25所以，选择的晶闸管要求所以，选择的晶闸管要求能通过能通过84A的电流有效值的电流有效值AIIVTd)1073 .80(57. 1) 25 .

10、 1 (2)(电流定额电流定额_ 通通态平均电流态平均电流 IT(A V) 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波最大工频正弦半波电流的电流的平均值平均值。电流定额为电流定额为正弦半波的正弦半波的 波形系数波形系数取100A;电力电子技术基础习题讲解习题习题25功率因数31. 0cos2222UIRISP电源的容量为VAUIS1848022注意单位！注意单位！（2）采用交流）采用交流60V供电时供电时2cos145. 0)(sin22122UttdUUd所以，当输出电压为24V时，控制角为778. 0145. 02cos2UUd39导通

11、角为141；电力电子技术基础习题讲解习题习题25电力电子技术基础习题讲解习题习题25晶闸管两端的最大正、反压为也可以采用下面的公式计算VUUM85.8422晶闸管的额定电压为VUUMN)6 .2547 .169()32(取200V;流过晶闸管的电流有效值为ARUId51)cos1 ( 2)(42sin22ARUI5122sin4122电力电子技术基础习题讲解习题习题25AIIVTd)6549(57. 1) 25 . 1 (2)(电流定额为电流定额为功率因数68. 0cos2222UIRISP电源的容量为VAUIS306022取60A;电力电子技术基础习题讲解习题习题25结论：结论：（1）选用）

12、选用220V直接供电时，需要选用直接供电时，需要选用900V，100A的晶闸管；而的晶闸管；而60V供电时，只需要选用供电时，只需要选用200V，60A的晶闸管；的晶闸管；前者对器件的要求高；前者对器件的要求高；（2）选用）选用220V直接供电时，功率因数为直接供电时，功率因数为0.31 而而60V供电时，功率因数为供电时，功率因数为0.68 前者的功率因数比较低；前者的功率因数比较低；（3）选用）选用220V直接供电时，电源的容量为直接供电时，电源的容量为18480VA 而而60V供电时，电源的容量为供电时，电源的容量为3060VA 前者对电源的容量要求远远大于后者。前者对电源的容量要求远远

13、大于后者。所以，从技术层面讲，后者特性优于前者；但是，后者所以，从技术层面讲，后者特性优于前者；但是，后者需要额外增加变压器，一定程度上也会提高成本。需要额外增加变压器，一定程度上也会提高成本。 电力电子技术基础习题讲解习题习题28单相桥式全控整流电路，单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载，负载R=2 , , L L值极大，反电动势值极大，反电动势50V50V，当当3030 时，求输出时，求输出平均电压、平均电流、平均电压、平均电流、晶闸管的电流平均值和晶闸管的电流平均值和有效值。有效值。设整流变压器的一次测设整流变压器的一次测电压为电压为220V,220V,求变压器一、求变压器一、二次

14、侧的电流有效值、二次侧的电流有效值、变压器容量，并做出变压器容量，并做出u ud d、i id d、i i2 2的波形的波形 。Oud0Eidtt=tOi2IdId-Id电力电子技术基础习题讲解习题习题28课本课本57页第页第58行：行：（阻感反电动势负载）如果电感量（阻感反电动势负载）如果电感量足够大就能使电流连续，足够大就能使电流连续，SCR每个周期导通每个周期导通180度，度，u ud d、I Id d的波形和电感负载电流连续时完全相同，的波形和电感负载电流连续时完全相同， u ud d计算公式计算公式也一样。也一样。Oud0Eidtt=tOi2IdId-IdVUU78cos9 . 02

15、d输出平均电压为输出平均电压为输出平均电流为输出平均电流为AREUI14dd不同不同输出输出(变压器二次侧变压器二次侧)有效电流为有效电流为AI142晶闸管平均电流为输出平均电流的晶闸管平均电流为输出平均电流的1/2电力电子技术基础习题讲解习题习题28AIIVTd72d)(晶闸管有效电流为输出晶闸管有效电流为输出有效电流的有效电流的21AIIVT9 . 922Oud0Eidtt=tOi2IdId-Id变压器一次侧电流有效值为变压器一次侧电流有效值为电力电子技术基础习题讲解习题习题28AUUII36. 61221变压器的容量为变压器的容量为VAIUS140022注意单位！注意单位！Oud0Eid

16、tt=tOi2IdId-Id电力电子技术基础习题讲解习题习题213如图所示单相桥式半如图所示单相桥式半控整流电路，负载控整流电路，负载R=5 , L, L值极大，值极大，当当6060 时，求各时，求各元件定额。元件定额。设画出晶闸管两端的设画出晶闸管两端的波形波形 ，整流二极管和，整流二极管和续流二极管一个周期续流二极管一个周期各导通多少度？各导通多少度？RTu1u2i2abVD1VD3VD2VD4udid.VDRVTRTu1u2a)i2abVD1VD3VD2VD4udid.VDRVT0t12ttttu2uVTio000ivd1ivd4ivd2ivd3ivtt0tivdr电力电子技术基础习题讲

17、解习题习题213一个周期（一个周期（2 ）内：）内：每个整流二极管导通每个整流二极管导通120 ；续流二极管导通续流二极管导通260120 ；电力电子技术基础习题讲解习题习题213AIId25.24VT晶闸管的电流有效值为晶闸管的电流有效值为输出电流有效值、平均值为输出电流有效值、平均值为ARUIIdd7 .29输出电压平均值为输出电压平均值为VUttdUU5 .1482cos19 . 0sin2122d晶闸管的电流定额为晶闸管的电流定额为AIIVT9 .302 .2357. 125 . 1d(VT)取取30A.晶闸管的最大正反相电压为晶闸管的最大正反相电压为电力电子技术基础习题讲解习题习题2

18、13VUU4 .26960sin22m晶闸管的电压定额为晶闸管的电压定额为VUUN2 .8088 .538) 32(m取取800V.2m2UU或者或者AIId15.172VD整流二极管的电流有效值为整流二极管的电流有效值为电流定额为电流定额为AIIVD8 .2138.1657. 125 . 1d(VD)取取20A.电力电子技术基础习题讲解习题习题213续流二极管的最大反压为续流二极管的最大反压为22U续流二极管的电压定额为续流二极管的电压定额为22) 32(U此处最好不要此处最好不要求电流平均值求电流平均值不同不同有效值AIId15.17VDR续流二极管的电流有效值为续流二极管的电流有效值为电

19、流定额为电流定额为AIIVDR8 .2138.1657. 125 . 1d(VDR)取取20A.电力电子技术基础习题讲解习题习题213整流二极管的最大反压为整流二极管的最大反压为22U整流二极管的电压定额为整流二极管的电压定额为22) 32(U电力电子技术基础习题讲解习题习题219三相桥式全控整流电路，三相桥式全控整流电路，U2=100V，负载，负载R=5 , , L L值极大，当值极大，当6060 时，时，做出做出u ud d、i id d、i iVT1VT1的波的波形形 。求输出平均电压、。求输出平均电压、平均电流、晶闸管的电平均电流、晶闸管的电流平均值和有效值。流平均值和有效值。bacT

20、n负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1课本课本53页页2.5.3：（三相全桥阻感负载）当（三相全桥阻感负载）当6060时，电时，电路的工作情况与电阻负载时基本相同，各晶闸管通断情路的工作情况与电阻负载时基本相同，各晶闸管通断情况、况、u ud d、 u uvtvt 的波形都一样，不同之处在于负载电流波的波形都一样，不同之处在于负载电流波形为一条水平线。形为一条水平线。电力电子技术基础习题讲解习题习题219uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttbacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1电力电子技术基

21、础习题讲解习题习题219VUUd117cos34. 22输出平均电压为输出平均电压为输出平均电流为输出平均电流为ARUI4 .23dd晶闸管平均电流为输出平均电流的晶闸管平均电流为输出平均电流的1/3AIIVTd8 . 73d)(晶闸管有效电流为输出有效电流的晶闸管有效电流为输出有效电流的31输出有效电流为输出有效电流为AII4 .23dAIIVT5 .133电力电子技术基础习题讲解习题习题221三相半波可控整流三相半波可控整流电路，反电动势阻电路，反电动势阻感负载，感负载， E=50VU2=100V，R=1 , , L L值极大，值极大， LB=1mH,当当3030 时，做时，做出出u ud

22、 d、i iVTVT的波形的波形 , ,求输出平均电压、求输出平均电压、平均电流、换流重平均电流、换流重叠角。叠角。RuvwTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiVT3iVT1iVT2iVT3iVT1Iduuuvuw电力电子技术基础习题讲解习题习题221直流回路电压平衡方程为直流回路电压平衡方程为 (1)dddRIEUUVUUd3 .101cos17. 12其中其中Ud为不考虑漏感时的输出平均电压为为不考虑漏感时的输出平均电压为 (2)dBdIXU23漏感上的电压可由下页的表查得漏感上的电压可由下页的表查得 (3) 将（将（2）（）（3）带入）带入 (1)可得

23、可得AId6 .44负载平均电压为负载平均电压为VEIRUUddd6 .94换流压降为换流压降为VIUdd7 . 615. 0电力电子技术基础习题讲解习题习题221dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路换流重叠角计算公式可由下表查得换流重叠角计算公式可由下表查得1143. 062)cos(cos2UIXdB所以所以3 .11电力电子技术基础习题讲解习题习题223三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路，反电动势阻电路，反电动

24、势阻感负载，感负载， E=200VU2=220V，R=1 , , L L值极大值极大,6060 ， 在在LB=0和和LB=1mH情况下分别做出情况下分别做出u ud d、i iVTVT的波形的波形 , ,求输出求输出平均电压、平均电平均电压、平均电流，后者还要求出流，后者还要求出换流重叠角。换流重叠角。电力电子技术基础习题讲解习题习题223LB=0反电动势反电动势阻感负载阻感负载L L值极大值极大和和L L值极大值极大阻感负载阻感负载u ud d波形相同波形相同和习题和习题2 21919波形一样波形一样uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttLB=0

25、时时VUUd4 .257cos34. 22输出平均电压为输出平均电压为输出平均电流为输出平均电流为AREUI4 .57dd电力电子技术基础习题讲解习题习题223电力电子技术基础习题讲解习题习题223uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtidivt1IdIdIdttLB=1mH电力电子技术基础习题讲解习题习题223LB=1mH时时VUUd4 .257cos34. 22直流回路电压平衡方程为直流回路电压平衡方程为 (1)dddRIEUU其中其中Ud为不考虑漏感时的输出平均电压为为不考虑漏感时的输出平均电压为 (2)dBdIXU3漏感上的电压为漏感上的电压为 （3） 将（将（2）（

26、）（3）带入）带入 (1)可得可得AId15.44负载平均电压为负载平均电压为VEIRUUddd15.244换流压降为换流压降为VIUdd245.133 . 0换流重叠角计算公式换流重叠角计算公式051. 062)cos(cos2UIXdB所以所以32. 3电力电子技术基础习题讲解习题习题223电力电子技术基础习题讲解习题习题35三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路某晶闸管两端的电压波某晶闸管两端的电压波形如图形如图314所示，试指所示，试指出这是第几个晶闸管两出这是第几个晶闸管两端的电压波形，端的电压波形，、 为为何值？何值？LuvwMudidEMVT1VT2VT3oiVT1iVT2iV

27、T3uuvuuwOtuVTuvwuvuwuuwvuuuvuuwuvwuvuwuu= 150uuuvuuwuuuvuwOtt1OtuVT2uvwuvuwuuwvuvt3导通W相vt1导通U相vt2导通V相vt3导通W相vt1导通U相vt2导通V相uuvuuwuvwuvuwuud电力电子技术基础习题讲解习题习题35第二个晶闸管导通，=150，=30 电力电子技术基础习题讲解习题习题36单相桥式全控有源逆变单相桥式全控有源逆变电路，反电动势阻感负电路，反电动势阻感负载，载， R=1 , L, L值极大值极大, , U2=100V， LB=0.5mH 当当EM= -99V ， 6060 时，求时，求U

28、d d 、i id d和和值？值？电力电子技术基础习题讲解习题习题36LB=1mH时时VUUd45cos9 . 02直流回路电压平衡方程为直流回路电压平衡方程为 (1)dddRIEUU其中其中Ud为不考虑漏感时的输出平均电压为为不考虑漏感时的输出平均电压为 (2)ddBdIIXU1 . 02漏感上的电压为漏感上的电压为 （3） 将（将（2）（）（3）带入）带入 (1)可得可得AId49负载平均电压为负载平均电压为VEIRUUddd9 .49换流压降为换流压降为VIUdd9 . 41 . 0换流重叠角计算公式换流重叠角计算公式262)cos(cosUIXdB电力电子技术基础习题讲解习题习题36所以所以52. 7)62arccos(cos2UXIBd电力电子技术基础习题讲解习题习题38三相半波有源逆三相半波有源逆变电路，反电动变电路，反电动势阻感负载，势阻感负载， R=1 , L, L值