《电力电子技术》习题解答(高职高专第5版)第2章习题答案

1、第2章思考题与习题 2.1 什么是整流？它与逆变有何区别？ 答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对 应于整流的逆向过程。 2.2 单相半波可控整流电路中，如果： (1)晶闸管门极不加触发脉冲； (2)晶闸管内部短路； (3)晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压 Ud和晶闸管两端电压 UT的波形。 答：(1)负载两端电压为 0,晶闸管上电压波形与 U2相同； (2)负载两端电压为 U2,晶闸管上的电压为 0； (3)负载两端电压为 0,晶闸管上的电压为 120 2.3 某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值 相同

2、的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些 ？ 答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时， 在电感上会产生感应电动势， 抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些， 在流 过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。 2.4 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路， 若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断， 试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 解：设a =0, T2被烧坏，如下图: Ud=24V 时 121 180 121 59 2.5 相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的 Ud与Id的乘积是否等于

3、负载有功功 率，为什么？带大电感负载时，负载电阻 Rd上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为 什么？ 答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率 Pd UdId不等于负载有功 功率P UI。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流 Ud与Id外还有谐波分量 Ui,U2,和Ii12,，负载上有功功率为 P VPd2 Pi2 P22 Pd UdId。 相控整流电路带大电感负载时，虽然 Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻 Rd上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。 2.6 某电阻性负载要求 024V直流电压，最大负载电流 Id=30A,如采用由220V交流直 接供电和由变

4、压器降压到 60V供电的单相半波相控整流电路， 是否两种方案都能满足要求 试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、 额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容 量的要求。 解：采用由220V交流直接供电当 0时: Udo=0.45U 2=0.45 220 =99V 由变压器降压到60V供电当 0时： Ud=0.45U2=0.45 60 =27V 因此，只要调节 都可以满足输出024V直流电压要求。 (1)采用由220V交流直接供电时： 1 cos U d 0.45U 2 , 2 2.7某电阻性负载，Rd=50 Q要求Ud在0600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种 电源提供视在功率 S U2I

5、2 84 220 18.58kVA ，一 P 电源侧功率因数 PF 0.305 S (2)采用变压器降压到 60V供电： 1 cos U d 0.45U 2 , 2 Ud=24V 时 39 , 180 39 141 UT .2U2 84.4V IT 1 2U2 sin t2d t 51.38A ,2 0 R 变压器二次侧有功功率 P I22R 51.382 0.8 2112W 变压器二次侧视在功率 S U2I2 60 51.38 3.08kVA ，一 P 电源侧功率因数 PF 0.68 SUT 、. 2U2 311V IT 1 ，2U2 2 , - sin t d t 84A ,2 R Ud

6、Id 24 30 0.8 IT(AV) IT 1.584 1.554A 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 622V 和 108A 。 电源提供有功功率 P I22R 842 0.8 5644.8W Ud Id 24 30 0.8 I T(AV) IT 1.551.38 32.7A 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 168.8V 和 65.4A。 整流电路来供给，分别计算: (1)晶闸管额定电压、电流值； (2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A/mm2); (3)负载电阻上消耗的最大功率。 解：(1)单相半波 0 时,U2 Ud- 600- 1333

7、V , Id 以 600 12A 0.45 0.45 Rd 50 晶闸管的最大电流有效值 IT 1.57ld 18.8A 晶闸管额定电流为 IT(AV) -TJ 12(A) 1.57 晶闸管承受最大电压为 URM . 2U 2 =1885V 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 4000V和30A。 取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为 4000V和20A。 所选导线截面积为 S I J 13.36 2.22mm2 负载电阻上最大功率 PR I 2R 8.9kW 2.8整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题 2.8所示。 (1)说明整流变压器有无直流磁化问题

8、 ？ (2)分别画出电阻性负载和大电感负载在 “ =60时的输出电压 Ud、电流id的波形，比较 与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知 U2=220V,分别计算其输出直流电压值 Udo (3)画出电阻性负载 a =60时晶闸管两端的电压 uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大 所选导线截面积为 S I J 18.86 3.13mm2 负载电阻上最大功率 2 PR IT R 17.7kW (2)单相全控桥 c , U d 600 0 时,U2 667V , Id 0.9 0.9 Ud Rd 600 50 12A 负载电流有效值 I 1.11I d 13.3A (Kf=1.11) 晶闸管的额定电流

9、为 IT(AV) 6(A) 1.57 I IT= 一 、- 2 晶闸管承受最大电压为 U RM 2U 2 =1885V 反向电压为多少？ 图题2.8 解：(1)因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。 (2)其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。 0、 电阻性负载： Ud 0.9U21 cos 0.9 220 (1 cos60 ) 148.5V 2 2 感性负载： Ud 0.9U 2 cos 99V (3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为 24句2。 2.9 带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前 15。处， 分析电路工作情况，画出触

10、发脉冲宽度分别为 10。和20。时负载两端的电压 Ud波形。 解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点， 如触发脉冲左移 到自然换流点之前15。处，触发脉冲宽度为 10。时，不能触发晶闸管， Ud=0O触发脉冲宽度 为15。时，能触发晶闸管，其波形图相当于 a =0时的波形。 2.10 三相半波相控整流电路带大电感负载， Rd=10，相电压有效值 U2=220V。求a =45 时负载直流电压 Ud、流过晶闸管的平均电流 IdT和有效电流IT,画出ud、iT2、UT3的波形。 1 k _ 一 一一 一 解：Ud - 6 2U2Sin td( t) 1.17U 2 cos 2

11、/3 6 因为：U 2 220V , 450 Ud=1.17U 2 COS45 =182V Ud、iT2、UT3波形图如下所示: (1)熔断器1FU熔断。 (2) 熔断器2FU熔断。 (3)熔断器2FU、3FU同时熔断。 IIT 3FU II IId Ud 182V 10 18.2A I dT Id 31d 6.1A 131d 10.5A 2 I T Ld 2.11在图题2.11所示电路中，当 a =60时，画出下列故障情况下的 Ud波形。 1FU A = = I I i - 解：这三种情况下的波形图如下所示: 图题2.11 (a) 蚂清1 . WjW b 珥 E *rr | 认T 工笔% %

12、/ k二k丸冬 d *二, id上也七出H匕 ：； 出一 (b) 皿 Id 1 (2 3) 1.17 . 2 3 2 2.13 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻 变化。试求: (1)不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。 (2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取 2倍裕量，选择晶闸管型号。 解：(1)因为Ud=2.34U 2 cos ；不考虑控制角裕量, Ud U2 - 94V 2.34 U2l .3U2 168.2V (2)晶闸管承受最大电压为 .6U2 230.3V 取2倍的裕量，URM=460.6V 晶闸管承受的平均电流为 IdT=1 Id 3 选才i KP50- 5的

13、晶闸管。 2.14 单结晶体管触发电路中，作为 Ubb的削波稳压管 Dw两端如并接滤波电容，电路能 否正常工作？如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况 ？ 答：在用I压管 Dw两端如并接滤波电容后，电路能否正常工作。如稳压管损坏断开，单 结晶体管上峰值电压太高，不利于单结晶体管工作。 2.15 三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值 U2=220V,电动机负载电流为 40A ,负载回路总电阻为 0.2乌求当a =60时流过晶闸管的电 流平均值与有效值、电动机的反电势。 解：电流平均值为：IdT=1 Id=40/3=13.3 330 时 1T U2 1 Rd 2 2

14、、3 c cos2 3 2 23.5A Rd=4Q,要求 Ud从0220V之间 又因为Id 5 Rd 220V 55A 4 所以 IdT=18.33A , 取 2 倍的裕量 IdTmax=36.67(A) Ud ED IdRL 50 100 10 6 150、一 - )11 ,6 100 1 5V 等效内阻r 3V 0.01 150A 2.17 晶闸管装置中不采用过电压、 过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行不 答：晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护，而不能用高电压、高电流的晶闸管代 替，因为在电感性负载装置中， 晶闸管在开关断过程中， 可能会出现过冲阳极电压，此时极 易损坏晶闸管

15、。当未采取过电流保护，而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。 2.18 什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？ 答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上， 把直流电逆变成同频率的交流电， 反送到 电网上去称为有源逆变。 有源逆变的条件： (1) 一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流 电流有效值为: IT Id ,3 0.511Id 23A 设电动机的反电势为 ED,则回路方程为: 所以 Ud i 6 2 /3 6 .2U 2 sin td ( t) 1.17U 2 cos 128.7V ED 128.7 40 0.2 120.7V 2.16三相全控桥电路带串联 Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为 100V,变压器每 相绕组折合到二次侧的漏感 LI为100pH,负载电流为150A,求: 由于漏抗引起的换相压降; (2)该压降所对应整流装置的等效内阻及 a =0时的换相重叠角。 解：(1) U 3X3 3 2 50 100 10 6 150 1.5V 2 1 / (2) COS (COS 2 3) ,6U2COS 1 (1 2 器直流侧的平均电压; (2)变流器必须工作在 万的区域内使 Ud0。 有源逆变的作用： 它可用于直流电机的可逆