電力電子技術王兆安第四版課后答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 aucaucbuabuacⅠ 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） 16 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 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？ 17 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。 18 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，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 19 abcABC 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。 BCAabcsasbscsasb sc ABC sa sb scsasbsc 各晶閘管的同步電壓選取如下表： 晶閘管 VT 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6 同步電壓 usb usa usc usb usa usc 20 第 3 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 =1010 = τ =RL = = 當 ton=5μ s時，有 ρ =?T = ??= ?ont = 由于 11?????ee = ??ee =m 21 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??? =00 ???????? ???ee=(A) 當 ton=3μ s時， 采用同樣的方法可以得出： αρ = 由于 11?????ee = ??ee =m 所以輸出電流仍然連續。 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=00 ???????? ???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 22 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 f f1oon1 tIEUtEI ?? 化簡得： EtTEt ttU of fof f of fono ??? 式中的 1/ off ?tT ，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。 5．在圖 32a 所示的升壓斬波電路中，已知 E=50V， L 值和 C值極大， R=20Ω ，采用脈寬調制控制方式 ，當 T=40μ s， ton=25μ s 時，計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 解：輸出電壓平均值為： Uo = EtToff= 50254040 ?? =(V) 輸出電流平均值為： Io = RUo = =(A) 6．試分別簡述升降壓斬波電路和 Cuk 斬波電路的基本原理，并比較其異同點。 答：升降壓斬波電路的基本原理： 當可控開關 V 處于通態時，電源 E 經 V 向 電感 L供電使其貯存能量，此時電流為 i1， 方向如圖 34 中所示。同時，電容 C 維持輸出電壓基本恒定并向負載 R 供電。此后，使 V 關斷，電感 L 中貯存的能量向負載釋放，電流為 i2， 方向如圖 34 所示。可見，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。 穩態時，一個周期 T 內電感 L 兩端電壓 uL對時間的積分為零，即 ? ?T tu0 L 0d 當 V處于通態期間， uL = E；而當 V處于斷態期間， uL = uo。于是： offoon tUtE ??? 所以輸出電壓為： EEtT tEttU ??????? 1ononof fono 改變導通比 ?，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當 0??1/2 時為降壓，當 1/2??1 時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。 Cuk 斬波電路的基本原理： 當 V 處于通態時， E— L1— V 回路和 R— L2— C— V 回路分別流過電流。當 V 處于斷態時