電力電子技術(王兆安第5版)課后習題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 VT 1? tO? tO?I du a u b u c?i VT 2? tO?I dOu a u b u cu2 12 u2udiV D 1? tO? tO? tO? tOuaubuc? t1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵi2a IdId 17．三相全控橋，反電動勢阻感負載， E=200V， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， ?=60?，當 ① LB=0 和 ② LB=1mH 情況下分別求 Ud、 Id的值，后者還應求 ??并分別作出 ud與 iT 的波形。 解： ①當 LB＝ 0時： Ud＝ ＝ 179。 220179。 cos60176。＝ （ V） Id＝（ Ud－ E）∕ R＝（ － 200）∕ 1＝ （ A） ②當 LB＝ 1mH 時 Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程組得： Ud＝（ U2R cosα ＋ 3XBE）∕（ π R＋ 3XB）＝ （ V） Id＝ （ A） Δ Ud＝ （ V） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2 )60cos( ??? ＝ γ ＝ 176。－ 60176。＝ 176。 ud、 IVT1 和 IVT2 的波形如下： 13 u2udiV T 1? tO? tO? tOuaubucuabuacubcubaucaucbuabuacⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ ⅥIdiV T 2? tOId 18．單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有 2k（ k= 3… ）次諧波，其中幅值最大的是 2 次諧波。變壓器二次側電流中含有 2k＋ 1（ k＝ 3…… ）次 即奇次諧波，其中主要的有 3 次、 5 次諧波。 19．三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側電流中含有哪些次數的諧波？其中主要的是哪幾次？ 答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6k（ k＝ 3…… ）次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。變壓器二次側電流中含有 6k?1(k= 3…… )次的諧波，其中主要的是 7 次諧波。 20．試計算第 3 題中 i2 的 7 次諧波分量的有效值 I2 I2 I27。 解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出 電流平均值為 Id＝ （ A） 于是可得： I23＝ 2 2 Id∕ 3π ＝ 2 2 179。 ∕ 3π＝ （ A） I25＝ 2 2 Id∕ 5π ＝ 2 2 179。 ∕ 5π＝ （ A） I27＝ 2 2 Id∕ 7π ＝ 2 2 179。 ∕ 7π＝ （ A） 21．試計算第 13 題中 i2 的 7 次諧波分量的有效值 I2 I27。 解：第 13 題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知 14 Id＝ （ A） 由此可計算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為： I25＝ 6 Id∕ 5π＝ 6 179。 ∕ 5π＝ （ A） I27＝ 6 Id∕ 7π＝ 6 179。 ∕ 7π＝ （ A） 22． 試分別計算第 3 題和第 13 題電路的輸入功率因數。 解：①第 3 題中基波電流的有效值為： I1＝ 2 2 Id∕π＝ 2 2 179。 ∕π＝ （ A） 基波因數為 ?＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ ∕ ＝ 電路的輸入功率因數為： ?＝ ? ?cos ＝ cos30176。＝ ② 第 13 題中基波電流的有效值： I1＝ 6 Id∕π＝ 6 179。 ∕π＝ （ A） 基波因數為 ?＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ 電路的輸入功率因數為： ?＝ ? ?cos ＝ cos60176。＝ 23．帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？ 答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點： ① 三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯，且后者需要用平衡電抗器； ② 當變壓器二次電壓有效值 U2 相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值 Ud是三相橋式電路的 1/2，而整流電流平均值 Id是三相橋式電路的 2 倍。 ③ 在兩種電路中，晶閘管的導通及觸發脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓 ud和整流電流 id的波形形狀一樣。 24．整流電路多重化的主要目的是什么？ 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產生的諧波和無功功率對電網的干擾。 25． 12 脈波、 24 脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數的諧波？ 答： 12 脈波電路 整流電路的交流輸入電流中含有 11 次、 13 次、 23 次、 25 次等即 12k?（ k=1， 2， 3178。178。178。）次諧波，整流輸出電壓中含有 1 24 等即 12k（ k=1， 2， 3178。178。178。）次諧波。 24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有 23 次、 25 次、 47 次、 49 次等，即 24k?1（ k=1， 2， 3178。178。178。）次諧波，整流輸出電壓中含有 2 48 等即 24k（ k=1， 2， 3178。178。178。）次 15 諧波。 26．使變流器工作于有源逆變狀態的條件是什么？ 答：條件有二： ①直流側 要有電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流側的平均 電壓； ② 要求晶閘管的控制角 α π /2，使 Ud為負值。 27．三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， LB=1mH，當 EM=400V， ?=60?時求 Ud、 Id與 ??的值，此時送回電網的有功功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個等式： Ud＝ (π ?β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯立求解，得 Ud＝ [ U2R cos(π ?β )＋ 3XBEM]∕ (π R＋ 3XB)＝ － （ V） Id＝ （ A） 由下式 可計算換流重疊角： ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2＝ )120cos( ??? ＝ ? γ ＝ ?－ 120?＝ ? 送回電網的有功功率為 P= RIIE ddM 2|| ? =400179。 179。 179。 1=(W) 28．單相全控橋，反電動勢阻感負載， R=1Ω， L=∞ ， U2=100V， L=，當 EM=99V，?=60?時求 Ud、 Id和 ??的值。 解： 由題意可列出如下 3 個等式： Ud＝ (π β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕ π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯立求解，得 Ud＝ [π R (π β )＋ 2XBEM]∕（ π R＋ 2XB）＝ － （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ U2= 即得出 )120cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。 ? 120176。 =176。 29．什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？ 答：逆變運行時，一旦發生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路， 16 或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變為順向串聯，由于逆變電路內阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。 防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質量，留出充足的換向裕量角 β 等。 30． 單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路中，當負載分別為電阻負載或電感負載時，要求的晶閘管移相范圍分別是多少？ 答：單相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 180?，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 90?。 三相橋式全控整流電路，當負載為電阻負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 120?，當負載為電感負載時，要求的晶閘管移相范圍是 0 ~ 90?。 31．三相全控橋，電動機負載，要求可逆，整流變 壓器的接法是 D， y5，采用 NPN鋸齒波觸發器，并附有滯后 30?的 RC 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯結形式。 解：整流變壓器接法如下圖所示 ： 以 a 相為例， ua 的 120?對應于 α =90?，此時 Ud=0，處于整流和逆變的臨界點。該點與鋸齒波的中點重合，即對應于同步信號的 300?，所以同步信號滯后 ua 180176。，又因為RC 濾波已使同步信號滯后 30176。，所以同步信號只要再滯后 150176。就可以了。 滿足上述關系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯結形式如下兩幅圖所示。 BCAabcsasbsc s a s b s c ABC s a s b s csasbsc 各晶閘管的同步電壓選取如下表： 晶閘管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 同步電壓 usb usa usc usb usa usc abcABC 17 第 5 章 直流斬波電路 1．簡述圖 31a 所示的降壓斬波電路工作原理。 答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓 V 導通一段時間 ton，由電源 E 向 L、R、 M 供電，在此期間， uo＝ E。然后使 V 關斷一段時間 toff，此時電感 L 通過二 極管VD 向 R 和 M 供電， uo＝ 0。一個周期內的平均電壓 Uo＝ Ett t ?? offon on。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。 2．在圖 31a 所示的降壓斬波電路中，已知 E=200V， R=10Ω ， L 值極大， EM=30V，T=50μ s,ton=20μ s,計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：由于 L 值極大，故負載電流連續，于是輸出電壓平均值為 Uo= ETton=5020200?=80(V) 輸出電流平均值為 Io = REU Mo =103080?=5(A) 3．在圖 31a 所示的降壓斬波電路中， E=100V， L=1mH， R= ， EM=10V，采用脈寬調制控制方式， T=20μ s，當 ton=5μ s 時 ，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io，計算輸出電流的最大和最小值瞬時值并判斷負載電流是否連續。當 ton=3μ s 時，重新進行上述計算。 解：由題目已知條件可得： m= EEM =10010 = ， τ =RL = = 當 ton=5μ s時，有 ρ =?T = ， ??=?ont = 由于 11?????ee = 11 ??ee =m 所以輸出電流連續。 此時輸出平均電壓為 Uo = ETton = 205100? =25(V) 輸出平均電流為 Io = REU Mo = ? =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為 Imax=REmee ???????? ??? ?????11= 0 0 2 ???????? ??? ??ee=(A) Imin=REmee ???????? ???11??? = ???????? ???ee=(A) 當 ton=3μ s 時， 采用同樣的方法可以得出： αρ = 由于 11?????ee = 11 ??ee =m 所以輸出電流仍然連續。 18 此時輸出電壓、電流的平均值以及輸出電流最大、最小瞬時值分別為： Uo = ETton=203100?=15(V) Io =REU Mo =?=10(A) Imax= 0 0 1 ???????? ??? ??ee=(A) Imin= ???????? ???ee=(A) 4．簡述圖 32a 所示升壓斬波電路的基本工作原理。 答： 假設電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當 V 處于通態時，電源 E 向電感 L充電，充電電流基本恒定為 I1，同時電容 C 上的電壓向負載 R 供電，因 C 值很大，基本保持輸出電壓為恒值 Uo。設 V 處于通態的時間為 ton，此階段電感 L 上積蓄的 能量為on1tEI 。當 V 處于斷態時 E 和 L 共同向電容 C 充電并向負載 R 提供能量。設 V 處于斷態的時間為 toff，則在此期間電感 L 釋放的能量為 ? ? off1o tIEU ? 。當電路工作于穩態時，一個周期 T 中電感 L 積蓄的能量與釋放的能量相等，即： ? ? o ff1oon1 tIEUtEI ?? 化簡得： EtTEt ttU o ffo ff o ffono ??? 式中的 1/ off ?tT ，輸出電壓高于電源電壓，故