电力电子技术习题解答

1么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK>0）2答：这是由于晶闸管的阳极电流IA没有达到晶闸管的擎住电流（IL）就去掉了触发脉冲，需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。3、图1-32中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值、有效值。如不考虑安全裕量，额定电流100A，允许流过的电流平均值Id图1-32习题3解100A157A，则；100A157AIm

2157222(A)Idb0.6366Im141.33A

1πIsin(ωt)d(ωt)3

dcπ11 π (

πI π3

100A157A

247.56(A)Idc0.4775Im118.21A

1πIsin(ωt)d(ωt)13

3Im1 (1 (

2π2 I 2π3

100A157A

350.06(A)Idd0.2387Im83.56(A)Ide

1Im0.125Im I2dI2d100A157A

444.00(A)Ide0.125Im55.5A)1 1

ImIdId100A157A

157314(A)

Idf0.2531478.5(4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流，而GTO答：GTOPNPNP1N1P2N1P2N2V1、V2分别1＋α2>1两个晶体管饱和导通；α1＋α2<1不能维持饱和导通而关断。GTOGTOGTO元的阴极面积很小，门极和阴极的距离缩短，从而使从门极GTO导通时α1＋α21，晶闸管α1＋α2>1.15GTO则为α1＋α2≈1.05，饱和程度GTO在设计时，α2V2控制灵敏，而α1V1的集电极电GTO关断。5、GTO与GTR答：二者都是电流型驱动型器件，其开通和关断都要求有相应的触发脉冲，要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而OGO的电流增益（小）小于GTR，无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号（尤其是关断门极负脉冲电流信号）的要求比GTR高。6、试比较GTR、GTO、MOSFET、IGBT器件 22GTO。1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0～100V连续可调，输出电压平均值为30V时，负载电流平均值达到20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供αmin＝30°，（设降压变压器为理想变压器）。试求：变压器二次侧电流有效值作出α＝60°时，ud、id和变压器二次侧i2RUd301.5 单相全控整流的直流输出电压为

2U2(1100Vαmin＝30°2U22

119(V

U

παsin2α79.33παsinπ1π1π(2U2sinωt)2

ππsin ππsin 6

78.18(

I2max78.1855.28(UVT2U2168.29(V3168×3＝500V；额定电流为0Π/Π/iiu22-7（44页）α＝30°u、id、iVT1、iVD4udiVi U0.9U1cosα IUd0.9U21cosα0.84 3、单相桥式全控整流电路，U2＝100VR＝2，LE＝60Vα＝30°作出ud、id和i2求整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及变压器二次侧电流有效值I2UdIdI2Ud0.9U2cosα0.9100

377.94(VIUdE77.94608.97( I2Id8.97( 4R=4Ω流过晶闸管（整流二极管）解：（1）2U0.9U1cosα0.92200.75148.5(V IUd148.537.125( πId

37.12521.43(IdId

21.43(5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，a、bα＝30°时的ud、iVT1、uVT1解：a、b180TTc TTcα＝30°ud、iVT1、uVT1 uba6、三相半波可控整流电路带大电感性负载，α＝π/3，R=2Ω，U2=220V，试计算负载电流，并按裕量系数2Ud1.17U2cosα1.172200.5128.7(VIUd128.764.35( I2dI2d2IVT247.3050(A)6U2210771200(V7、三相桥式全控整流电路，U2＝100V，带阻感性负载，R＝5，Lα＝60°，试作出ud、id和iVT1计算整流输出电压平均值Ud、电流Id，以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效IVT；解 uuducbuabuacubcubaucaucbuab（2）Ud2.34U2cosα2.341000.5117(VIUd11723.4(

Id7.8(A)

13.51(λI1cosφ0.955cosα0.955*0.5 2

6U22

61002489.90500(V)IVT213.51217.2120( 8、三相桥式不控整流电路带阻感性负载，R＝5Ω，L＝∞，U2＝220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和γ的值，并作出ud、iVD1和i2的波形。0U2.34UcosαmXbI2.34Ucosα60.3 IUd

2π

2π 2Ud486.90(V 97.38(

Id97.3832.46(

23

79.51( 61cosγ2XBId20.397.380.1084；cosγ0.89166ud、iVD1i2uuα=uuuωuuuuuuuuuωiωiω9答：(1)外部条件——直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势，其极性与晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压。(2)内部条件——变流器直流侧输出直流平α>π/2，Ud<0。以上两条件必须同时满足，才能实现有源逆变。10UdEM顺向连接，由于回路电阻很小，造成1）选用可靠的触发器，2）正确选择晶闸管的参数，3）du/dtdi/dt的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）β的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。11、三相全控桥式变流器，已知L足够大、R=1.2Ω、U2=200V、EM=―300V，电动机运行66A，问此时变流器能否实现有源逆变？若β。Ud2.34U2cosα2.34U2cos(π

而

UdEM

66Ud300，

220.8(V将Ud220.8(V)带入（1）220.82.34200cos(πββ61.85或α118.1590，当EM＝－400V，β＝60°时求Ud、Id和γ

2.34UcosαmXbI2.34Ucosα6ωLB 2π

IUdEM 2Ud290.31(V 109.69(220cosαcos(αγ2XBId20.3142220cos(1200γ0.1279cos1200.6279；即γM PEII2R400109.69109.692131.84(kWM ？变压器二次电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？对于m相全控整流6k（k=1、2、3…）次的谐波，其中最6次谐波。6k±1（k=1、2、3…）5、7m2mk（k=1、2、3…）次的谐波，其中2m次谐波。2mk±1（k=1、2、3…）2mk±1次谐Commented1]:14、试计算第3题（单相桥式全控整流电路）中i2的3、5、7次谐波分量的有效值I23、I25、Commented1]:3I2Id8.97A22222I22Id 2.69(A22222 22I22Id 22

22Id 8.08(2222

λI1cosφ8.08cosα0.90cos300.7794 115、试计算第7题（三相桥式全控整流电路）中的i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I277

Ud11723.4(A 66I6Id 3.65AI 66 16、三相晶闸管桥式全控整流器接至10.5kV交流系统。已知10kV150MVA，整流器直流侧电流Id＝400A，触发延迟角α＝15°，不计重叠角γ基波功率因数cosφ1、整流器的功率因数整流侧直流电压截止到23

2.34Ucosα2.3410.5cos1513.70(kV

I21

πId

I23P

2400326.60(310.5326.600.92245478.80(kW

Q

S2(3S2(310.5326.60)2I25

6

640062.38(A)；

6

640044.55(

6

640028.35(A)；

6

640023.99(

6

640018.35(A)；

6

640016.41(

6

640013.56(A62.3862.3844.5528.3523.9918.3516.4113.56

17答：晶闸管整流电路的功率因数由畸变因子v和位移因子cosφ1λvcosφI1 具体而言：由移相触发角α1.（*）一升压换流器由理想元件构成，输入Ud在8~16V之间变化，通过调整占空比使输出U0=24V固定不变，最大输出功率为5W，开关频率20kHz，输出端电容足够大，求使换U0=24V5WU R0 Ud8VU1UD181 24Ud16VU0

11

11624D1~3LD(1D)2 L

D(1D)2D(1D)2D1~21/33 1(11)2*115.2*LD(1D)RT 20000 一台运行在20kHz（图3-7）Ui=15VU0=10V10W的输出功率，并且输出端电容足够大，D。

1

UiD

U0

10

在图3-1所示的降压斩波电路中，已知Ui=100V，R=0.5Ω，L=1mH，采用脉宽调制控制方式，T=20μs，当ton＝5μs时，试求：输出电压平均值UO、输出电流的平均值（3）（*）当ton＝3μs解：（1）

DU5100 IU02550 mEM

0τL0.001 ρT20*106

eαρ1e0.00251 eρ

e0.01

m01

1

Imax(1eρm)R(1e0.010)0.550.2 Imin(eρ1m)R(e0.0110)0.5同UDE3100 IU01530 eαρ1e0.00151 eρ

e0.01

m01

1

Imax(1eρm)R(1e0.010)0.5 e0.0015 Imin(eρ1m)R(e0.0110)0.529.9在图3-35所示降压斩波电路中，已知E=600V，R=0.1Ω，L=∞，EM=350V，采用脉宽调制控制方式，T=1800μs，若输出电流IO=100A，试求：输出电压平均值UO和所需的ton作出u0、i0以及iG、iD iVD3-35解：（1）

U0EMU

0I0R

1000.1350UtonEtU0T3601800

（2）tototofUIID

1

Ui在图3-4所示的升压斩波电路中，已知Ui=50V，L值和C值极大，R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=40μs，ton＝25μs时，计算输出电压平均值UO和输出电流的平均值IO

1

Ui

1

Ui

1

50IU0133.336.67 U00~UiU0Ui~D升降压斩波电路的输出电压范围（仅大小）：U00~D1在图3-7所示升降压斩波电路中，已知Ui=100V，R=0.5Ω，L和C当占空比D＝0.2当占空比D＝0.6解：（1）UDU

10025V；

U02550 1D

1

（2）UDU

100150V；

U0150300 1D

1

PU0I0(150)(300)试说明升降压斩波电路（Buck-Boost）与Cuk答：两个电路实现的功能是一致的，均可方便地实现升降压斩波，CukCuk斩波电路的突出优点是：其输入电流和输出电流都是连续的，在单相交流调压器中，电源电压U1=120V，电阻负载R=10Ω，触发角α=900，试计算：负载电压有效值UO、负载电流有效值IO、负载功率PO和输入功率因数λ。

1sin2απα120

1(2Usinω1(2Usinωt)1sin2900πIU084.858.49 PU0I084.858.49λP

120

一电阻性负载加热炉有单相交流调压电路供电，在α＝00时位输出功率最大值，试求输出功率分别为80％及50％最大功率时的触发角α。U2U

π解：输出功率：P01(sin R P

U0.81sin2απα0.8sin(2α2α0.4π1.2566，得：α P0.5Pmax1sin2απα0.5sin(2α2απ，得：α 一晶闸管单相交流调压器带阻感性负载，电源电压为220V的交流电源，负载R=10Ω，触发角α当α＝900解：（1）

ωL)arctan(3140.0011.8为：α1.8~

（2）当触发角为αφ1.8(314(3140.001)2

21.99（3）PI2R21.992104835.60W；λcosφcos1.8 α＝900由式（3－36）sin(90θ1.8)sin(901.8)etan1.8π3πU0

U1155.56V

(3140.001)2(3140.001)2λU0

某单相反并联调功电路，采用过零触发。电源电压U1=220V，电阻负载R=1Ω，控制的设定周期TC内，使晶闸管导通0.3s，断开0.2s，使计算送到电阻负载上的功率与假定晶闸U P1 0.3s0.2sPNP

48.4M

0.2交流调压是在交流电源的每个周期都对输出电压进行控制；而交流调功电路是在一定电压的有效值。交流调压电路广泛用于灯光控制以及异步电机的软启动，也可用于异步电机的小范围电源的每个周期都进行控制，这样可以简化控制。2个晶闸管采用分别触发控制，2180180度。另外对于大功率场合由于答：1）负载接成内三角形的三相交流调压电路，每一相都可以当作独立的单相交流调压电法那样互相影响，每相控制具有相对独立性。2）各相负载电流中的3及3的倍数次谐波具33什么是TCR？什么是TSC答：TCR（ThyristorControlledReactor）是晶闸管控制电抗器的简称；TSC（ThyristorSwitchedCapacitor）是晶闸管投切电容器的简称。TCR是利用电抗器来向电网中提供感性无功的装置。通过对晶闸管的触发控制角的控节电抗器向电网吸收的感性无功功率的大小。由于TCR只能从电网吸收感性无功，所以在实际使用中往往需要配以固定电容器（FC），这样就可以在容性到感性的范围内连续调节装置向系统提供的无功了。TSC则是利用晶闸管来投入或切除连接到电网的电容器，这样可以控制电容器从电网吸收容性无功的大小，减小投切电容器时的冲击电流，使电容器可以迅速频繁投切。TSC符合是可以达到较理想的动态补偿效果的。4晶闸管半控器件不能采用器件换流，根据电路的不同可以采用下述3种换流方式。压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压使之换流，称施加关断所需的反压。而交流侧电流的相位和波形随负载性质的不同而变化。3当交流侧为阻感负载时需提供无功功率，直流电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈电路中没有这样的二极管？和有效值UAN1，输出线电压的基波幅值UAB1m和有效值UAB1、输出5次谐波的有效值解：输出相电压的基波幅值为：UAN1mUd0.637100输出相电压的基波有效值

UAN1m

0.451002输出线电压的基波幅值：UAB1m2

πUd1.1Ud1.1110输出线电压的基波有效值：UAB1πUd0.78Ud0.781005

UAB178 试说明PWM答：PWM（Pulse-WidthModulation）控制就是对触发脉冲的宽度进行调制的技术。即对一在采