电力电子技术(王云亮第二版)第2章规范标准答案

1、.第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载,电阻为5Q，电感为0.2H，电源电压U2为220V，直流平均电流为10A，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。解：由直流输出电压平均值Ud的关系式:Ud 0.a垮已知直流平均电流Id为10A ,Ud IdR可以求得控制角a为：故得:10 5 50A则a =90°。2Udcos 0.45U21 1 0 0.45 220所以，晶闸管的电流有效值求得,Ivt Id d t彳hId产1d iId5A续流二极管的电流有效值为：VDRJ Id 8.66A晶闸管承受的最大正、反向电压

2、均为电源电压的峰值Um 72U2 ,考虑23倍安全裕量，晶闸管的额定电压为Utn 23Um 23311622 - 933V续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值Um J2u 2 , 考虑23倍安全裕量，续流二极管的额定电压为UTN 23UM 23311622 - 933V2-2具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示, 问该变压器是否存在直流磁化问题。试说明晶闸管承受的最大反向电 压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单 相全控桥时是否相同。解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内 上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内

3、的平均电流为 零，故不会有直流磁化的问题。分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况:(1)以晶闸管VT2为例。当VTi导通时，晶闸管VT2通过VTi与2个变 压器二次绕组并联，所以VT2承受的最大电压为 W2U 2。相同(2)当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角 时, 对于电阻负载:(0 )期间无晶闸管导通，输出电压为 0;()期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输出电压均与电源电压u2相等；()期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；(2 )期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3 导通，输出电压等于 U2。对于电感负

4、载:)期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VTi、VT4导通，输出电压均与电源电压 u2相等；(2)期间，单相全波电路中VT2导通，单相全控桥电路中VT2、VT3导通，输出波形 等于U2。可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相 同。2-3单相桥式全控整流电路，电阻性负载，U2 220V > Rl 2 ，30，试计算(1) 输出电压Ud和输出电流Id ；(2) 晶闸管额定电压和额定电流。解：(1 )输出电压平均值为:Ud 0.9U2420.9220 上3184.7V2输出电流为:IdUdRl184Z 92.35A2(2)晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的

5、峰值J2u2，考虑23倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为UTN 23Um 622 - 933V晶闸管流过的电流为负载电流的一半,It 叫76AR V 42考虑1.52倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为:It(av) (1.52)£7396A1.572-4单相桥式全控整流电路，U2 IOOV，负载中Rl 2 ，L值极大, 反电势E=60V，当a =30°时，求:(1)画出Ud,id和i2的波形;(2)整流输出平均电压Ud、电流Id及变压器二次侧电流有效值|2 ；(3)考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：(1) ud,id,和i2的波形如下图:纣a11o11(2)输出

6、平均电压Ud，电流Id，变压器二次电流有效值|2分别为Ud 0.9U2COS 0.9 1OO cos30 77.97 VId 7 TH08.99AR2|2|d 8.99 A(3) 晶闸管承受的最大反向电压为:72u2 ioo72 141.4(A)考虑23倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为:UTN (2 3) 141.4283 424(V)流过晶闸管的电流有效值为:|dIt6.34(A)V2考虑1.52倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为:It AT (1.5 2) 6.34/1.576.06 8.08(A)2-5单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0T00V连 续可调，30V以上要求负载电

7、流达到20A。采用由220V变压器降压供电，最小控制角min 30 .试求:(1)交流侧电流有效值;选择晶闸管电压、电流定额。解：(1)min =30Ud 0.9U2交流侧输出电压有效值为：1 L1 cosUd V2U2Sin td t =0.962 ，此时输出电压最大，代入上式得到：1 cos C 1 cos30 0.9U22 22 100得，U2=119VUd=30100V 变化时，Id20A，由于在30V时，导通角小，因此此时的电流有效值最大，此时1 cosUd0.9U2 0.9 1192R=1.5 ，触发角为302116交流侧电流有效值为:38A(2)晶闸管承受的最大正反向电压的最大值

8、为 2U2，考虑23倍的 安全裕量，晶闸管电压定额为:Utn (2 - 3) J2U 2 (2828 - 424)V晶闸管电流是输出电流的二分之一，考虑 1.52倍的安全裕量,则晶闸管的额定电流为:ItG)(心2扁(1-52)悬26 - 34A2-6在单相桥式全控整流电路中，若有一晶闸管因为过流烧毁断路, 画出此时输出电压波形。如果有一晶闸管因为过流烧成短路， 结果又 会怎样?解：假设VTi因为过流烧毁断路，则整流电压Ud波形与单相半波 整流电路的波形一样，相位差180度。假设VTi因过流而短路，则当晶闸管VT2导通时，将发生电源相间 短路，使得VT2也可能因为过流而烧毁。如果VT2因为过流烧

9、毁断路, 则整流电压Ud波形如上图所示，相位差180度；如果VT2因为过流烧 毁而短路，则会引起变压器和电源过流。2-7单相桥式全控整流电路中给电阻性负载供电和给反电势负载蓄 电池供电，在流过负载电流平均值相同的情况下， 哪一种负载的晶闸 管额定电流应选得大一些？为什么?答：反电势负载蓄电池时晶闸管额定电流应该大一些。 因为在反 电动势负载时，晶闸管导通角变小，波形系数变大，负载电流平均值 相同的情况下，有效值电流变大，故要求晶闸管的额定电流比较大。2-8三相半波整流电路中，如果 U相电压消失，试画出在电阻性负载 与电感性负载下的整流电压波形解 假设a=0，当负载为电阻时，Ud的波形如下:2-

10、9三相半波可控整流电路，电阻性负载。已知U 2 220V , Rl 20当a =90°时，试计算Ud,|d并画出UThid'Ud波形。解：由输出电压平均值的关系式可求得:Ud 0.675U2 1 cos%0.675 220 1 cos 仏 /274.25V输出电流平均值为:Id2-10三相半波整流电路，已知U 2 110V,Rl 0.5 ，大电感负载,3.7125A当a =45°时，试计算Ud,|d并画出UTi,id,ud波形。如果在负载端并接续流二极管，试计算流过晶闸管的电流平均值dT、有效值It和续流二 极管的电流平均值IdDR、有效值IdR 。解：由输出电压平

11、均值的关系式可求得:Ud 1.17U 2cos1.17 110 COS45 91V输出电流平均值为:Id出里182ARl 0.5并接续流二极管时，输出电压平均值为：Ud 0.675U 21cos(/6) 93.47V输出电流平均值为:Id 土Rl9347 186.94A0.5晶闸管的电流平均值为:IdT有效值为:2IT & 力2I 2Id54.5 AId100.96A续流二极管的电流平均值为:IdDR 22 Id 23.37A续流二极管电流有效值为:IdRId 66.1A2.11三相半波整流电路，电感性负载，R 2,调节达到维持Id为恒值250A,已知Xb 0.08，供电电压经常在11

12、.15U2范围内变化，求：U2和的变化范围；解：由题可知：三相半波整流电路,U d 1.17U 2cos3r|d |d R 2250U2COSa=435.5 为定值，COSa(0,1)所以a =0°时，U2值为435.5,取 U2 为 440V,则U2的变化范围为440506V,U2=440V时，得到a =8.2°当电压波动到1.15U2=506V时，得到a=30.6°2.12三相半波整流电路，反电势电感性负载， U2100V , R 130 , E 50V ,求:(1)输出电压Ud和输出电流Id ,晶闸管的额定电压和额定电流,并画出Ud, UT1和 iT1的波形

13、;(2)当Lb 1mH时，输出电压和输出电流，并画出Ud,iT1和iu的波形。解:(1) Ud 1.17U2 cos 1.17U2cos30 101.34 VId晶闸管的额定电压：51.32AUn(2 3)J6U2(490 735)V晶闸管的电流有效值:It429.63A73晶闸管的额定电流:I T(AV)It1.57 (1.52)28.39 37.75A(2)考虑Lb时，有:Ud1.17U2 cos3XBldUdIdUd 2Ud EmR三式联立求解得到:UdId94.63V44.63Acoscos(2XBld76u2即得出:cos 300.752换流重叠角11.28%O02.13三相半波共阴

14、极接法与共阳极接法，u, v两相的自然换相点是同一点吗？如果不是，他们在相位上相差多少度?答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,两相之间换相的自然换相点不在同一点上。相位相差1802.14三相全控桥整流电路，当一只晶闸管短路时,电路会发生什么情况?答：假设VTi短路，则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能过流烧毁。2.15 三相全控桥，反电势电感性负载，200V，U2220V，60求:(1)输出电压Ud和输出电流Id，晶闸管的额定电压和额定电流,并画出Ud,UT1和iTI的波形;当Lb 1mH时，输出电压和输出电流，并画出Ud,iT1和iu的波形。

15、解: (1)Ud 2.34U2cos 2.34 220 cos600257.4(V)Id57.4(A)可得:当Lb imH时,U d 2.34U 2 COSUd3XBId/UdI UdI d解方程组可得Ud 244.15(V)Id 44.15(A)又因为:COS COS( )COS 602XBld顶20.44853.351oGorj.知Id1 dT%1% 严10 Aid3晋 303.3 AItId73527.1A2.16 在三相桥式全控整流电路中，已知 U2110V , Rl 0.2 ，电感 足够大，当 45。时，试计算Ud，Id及流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值It，并画出UT1, id

16、, Ud, iT1的波形。解：Ud2.34U2cos 2.34 110 cos450 182 V2.17试画出三相桥式逆变电路中当P= n/ 4时晶闸管VT4两端电压波 形。2.18变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?答：变流器有源逆变的条件是：(1)负载有直流电动势，其极性必须 和晶闸管导通方向一致，其值应该大于变流器直流侧的平均电压,晶闸管的控制角2，即Ud为负。2.19三相全控桥逆变电路，反电动势电感性负载，U2=22OV，R=1Q,L= 乂，Em 二-400V,p =60°。求:(1)输出电压Ud和输出电流Id，晶闸管的额定电压和额定电流，并画出Ud、Ut1和iT1的波形;(2)当LB=1mH时输出电压和输出电流，并画出Ud、iT1和iu的波形解：由于此三相全控桥电路中，L=所以 Ud 2.34U2cos 2.34 220 cos6O0257.4(V)Id 甘142.6(A)所以，晶闸管的额定电流为：IT(AV) (1.5 2)78.66- 105(A)1.57 J3额定电压为(23)/6U21078 - 1617V(2)由题意可列出如下三个等式:UdUd 2.34U2 cosU 3XBIdU dI UdEmId w三式联立求解得到:Ud 290.3V Id 109.7 A.由下列公式计算换流重叠角:2X