电力电子技术第3章答案

1、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a的有效移相范围有多大？如为三 相交流调压电路，则a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a的有效移相范围是30-180；如为三 相交

2、流调压电路，a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a =0时为输出功率最大值，试求 功率为80%，50%时的控制角a。解：a=0时的输出电压最大，为U = :1 F(2u sin :血=U，兀0此时负载电流最大，为I=打max =2-o max R R因此最大输出功率为p _ u _ 竺o maxo max o max R输出功率为最大输出功率的80%时，有：U 2P _ 0.8P_ 0.8 xfo maxR又由sin 2a兀一以Uo _ U 2： + Vn U21 sin2a 兀一aPo=由 _ R （文+丁）化简得2a - sin 2a =

3、0.4兀由图解法解得a=60同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有:a=90求:3-4.单相交流调压电路，电源电压220V,电阻负载R=9Q，当a =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 1 .兀 兀一兀6 cU0 = U2弋2 sin2a h= 220 x = sin-H= 216V负载电流为Rl2169Rl2169=24 A（2）晶闸管承受的正反向电压最大值是梧物2（2）晶闸管承受的正反向电压最大值是梧物2,考虑到2-3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压应该为UTN =(2 3)克U2

4、=(622 933V晶闸管流过的电流有效值为/ =圣T/ =圣T 2 1.414=17 A考虑到1.5考虑到1.52倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为I ( )= (1.5 2)- = (16.24 21.67)ATAV1.573-5.如图3-35所示为单相晶闸管交流调压电路，其中U2 = 220V，L = 5.516mH.，R = 1Q.，求：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：=arctan=arctan=arctan=arctan(2x 50 x 0.005516 =60触发角a触发角a的变化范围为：600a1800当a =p时，输出电压

5、最大为U2，负载电流也为最大，此时输出功率最大，Io maxIo max220=110AVR 2 +（w L）2土 = 土 = 24.2（KW ）Pomax = 12omax Jr2 +（0L* = 1102 X J1+G00兀 X 5.516X10一3实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即cos 中=cos60 o = 0.53-6 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a、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：R =里=4.84（Q）P电炉工作在5KW时，电压有效值为：U 0 = U 2 =

6、 155.50 ）由关系式：uo = U sin2a+z02 2兀兀带入数据求得控制角为：a = 90工作电流为：10 = U = 32.1（a）电源侧功率因数为:IqR 32.12 x 4.84 cos 中 = =0.7062U 210220 x 32.13-7.晶闸管反并联的单相交流调压电路，输出电路U2 = 220V，R = 50。如晶闸管开通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，代入数据求得输出电压有效值为:U 0 = 164 V输出平均功率为：P =虻=5.37

7、9(KW )R（3）输入功率因数为:1.2R32.82 x 5cos 中 = =0.75U 210220 x 32.8（4）单个晶闸管的电流有效值为:3-8试分析带电阻性负载的三相Y形调压电路，在控制角a =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a =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a=30时，各区间晶闸管的导通、负载电压情况o tOo 3003Oo 6Oo6Oo 9Oo9Oo 12Oo12Oo 15Oo15Oo 18Oo晶闸管 导通情

8、况VT5、VT6VT5、VT6VT6、VT1VT6、VT1、VT1、VT2VT1、VT2导通VT1导通导通VT2导通导通VT3导通uRU0uu(1/2) uuvuu(1/2) uuwuu（2）控制角a=45时，各区间晶闸管的导通、负载电压情况o tOo 45o45o 6Oo6Oo 1O5o1O5o 12Oo12Oo 165o165o 18Oo晶闸管 导通情 况VT5、VT6VT5、VT6VT6、VT1VT6、VT1、VT1、VT2VT1、VT2导通VT1导通导通VT2导通导通VT3导通uRU0uu(1/2) uuvuu(1/2) uuwuu（3）控制角a=120时各区间晶闸管的导通、负载电压情

9、况o t00 300300 600600 900900 12001200 15001500 1800晶闸管VT4、VT5VT1VT6VT5、VT6VT1VT6VT6、VT1VT1VT6导通情况导通均不导通导通均不导通导通均不导通uRU(1/2) uuw000(1/2) uuv0(4)控制角a=35时各区间晶闸管的导通、负载电压情况o t00 15015。300300 750750 900900 13501350 15001500 1800晶闸管导通情况VT1VT6均不导通VT4、VT5导通VT1VT6均不导通VT5、VT6导通VT1VT6均不导通VT6、VT1导通VT1VT6均不导通uRU0(

10、1/2) uuw000(1/2) uwv0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=2Q，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： n-U、 N 2X103 n-U、 N 2由关系式式中U 2为相电压，负载角接，所以相电压就是线电压，代入数据可求得，控制周期为N=75 故通断比为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

11、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

12、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a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a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a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a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：三相交交变频电路有公共