電力電子技術第五版習題答案-資料下載頁

【導讀】流，即維持電流。大值均為Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。閘管開始導通時刻，負載電流為零。在電源電壓u2的負半周期，負載電感L釋。放能量，晶閘管繼續導通。載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。當VT1導通時，晶閘管VT2通過VT1與2個變壓器二。次繞組并聯，所以VT2承受的最大電壓為222U。②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。具體數值可按晶閘管產品系列參數選取。在電路中器件均不導通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。5．單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中R=2Ω，L值極大，反電勢E=60V，①作出ud、id和i2的波形；

　　

【正文】 輸出電壓平均值為： Uo = EtTof= 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?？梢姡撦d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 ??????? 1onono ffono 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， E— L1— C— VD 回路和 R— L2— VD 回路 分別流過電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。該電路的等效電路如圖 35b所示，相當于開關 S 在 A、 B 兩點之間交替切換。 假設電容 C 很大使電容電壓 uC 的脈動足夠小時。當開關 S 合到 B 點時， B 點電壓 uB=0， A 點電壓 uA= uC；相反，當 S 合到 A 點時， uB= uC， uA=0。因此， B點電壓 uB 的平均值為CoffB UTtU ?（ UC 為電容電壓 uC 的平均值），又因電感 L1 的 電壓平均值為零，所以CoffB UTtUE ??。另一方面， A 點的電壓平均值為ConA UTtU ??，且 L2 的電壓平均值為零，按圖 35b 中輸出電壓 Uo 的極性，有Cono UTtU ?。于是可得出輸出電壓 Uo 與電源電壓 E 的關系： EEtT tEttU ??????? 1onono ffono 兩個電路實現的功能是一致的，均可方便的實現升降壓斬波。 與升降壓斬波電路相比， Cuk 斬波電路有一個明顯的優點，其輸入電源電流和輸出負載電流 都是連續的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。 7．試繪制 Speic 斬波電路和 Zeta 斬波電路的原理圖，并推導其輸入輸出關系。 解： Sepic 電路的原理圖如下： RVDa)Vi 1 L 1 C 1u C1 i 2L 2C 2u ou L1u L2E Sepic 斬波電路 在 V導通 ton期間， uL1=E uL2= uC1 在 V 關斷 toff期間 uL1＝ E?uo?uC1 uL2= ?uo 當電路工作于穩態時，電感 L L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立 E ton + (E?uo?uC1) toff =0 uC1 ton?uo toff=0 由以上兩式即可得出 Uo= Ettofon Zeta 電路的原理圖如下： RVDEVi 1C 1L 1 u oC 2L 2u L1u L2uC1 在 V導通 ton期間， uL1= E uL2= E???uC1?uo 在 V 關斷 toff期間 uL1＝ uC1 uL2= ?uo 當電路工作于穩態時，電感 L L2的電壓平均值均為零，則下面的式子成立 E ton + uC1 toff =0 (E?uo?uC1) ton?uo toff=0 由以上兩式即可得出 Uo= Ettofon 第六章 交流 — 交流變流電路 1. 一調光臺燈由單相交流調壓電路供電，設該臺燈可看作電阻負載，在 α =0時輸出功率為最大值，試求功率為最大輸出功率的 80%， 50%時的開通角 α 。 解： α =0 時的輸出電壓最大，為 10 21o m a x )s in2(1 UtdtUU ?? ?? ??? 此時負載電流最大，為 RURUI 1o maxo max ?? 因此最大輸出功率為 RUIUP 21m a xom a xom a x ?? 輸出功率為最大輸出功率的 80%時，有： RUPP 21m a xo )( ?? 此時， 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU 解得 α =176。 同理，輸出功率為最大輸出功率的 50%時 ，有： 1o UU ? 又由 ? ??? ? ??? 2 2s in1o UU α =90176。 2．一單相交流調壓器，電源為工頻 220V，阻感串聯作為負載，其中 R=Ω ， L=2mH。試求： ① 開通角 α 的變化范圍；②負載電流的最大有效值；③最大輸出功率及此時電源側的功率因數；④當 α =2? 時，晶閘管電流有效值，晶閘管導通角和電源側功率因數。 解： ①負 載阻抗角為： φ =arctan（ RL? ） =arctan（ 102502 3????? ） ==176。 開通角 α 的變化范圍為： φ ? α π 即 ? α π ③ 當 α =φ 時，輸出電壓最大，負載電流也為最大，此時輸出功率最大， 為 Pomax= RLRRI2222 m a xo)(220 ?????????? ?=(KW) 功率因數為 37532o1m a xo ???? IUP? 實際上，此時的功率因數也就是負載阻抗角的余弦，即 cos?? ④ α =2?時，先計算晶閘管的導通角，由式（ 47）得 sin( 2? +θ )=sin(2? ?) ??tane 解上式可得晶閘管導通角為： θ ==176。 也可由圖 43 估計出 ? 的值。 此時， 晶閘管電流有效值為 ? ?????? c os )2c os (s in2 1VT ???? ZUI = 220?? 8 9 8 6 o s ) 9 8 6 o s ( ???? ?=(A) 電源側功率因數為 o12oIURI?? 其中： VTo 2II ? =(A) 于是可得出 2o12o ?? ??? IU RI? 3．交流調壓電路和交流調功電路有什么區別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？ 答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區別在于控制方 式不同。 交流調壓電路是在交流電 源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。 交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統中，還常用于對無功功率的連續調節。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯 。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。 交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數很大的控制對象。由于控制對象的時間常數大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。 4．交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？ 答：一般來講，構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數越多，最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應高 于電網頻率的 1/3~1/2 錯誤 !未指定書簽。 。當電網頻率為 50Hz 時，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz 左右。 當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網電壓段數減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。 5．交交變頻電路的主要特點和不足是什么？其主要用途是什么？ 答：交交變頻電路的主要特點是： 只用一次變流，效率較高；可方便實現四象限工作；低頻輸出時的特性接近正弦波。 交交變頻電路的主要不足是： 接線復雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用 36 只晶閘管；受電網頻率和變流電路脈波數的限制，輸出頻率較低；輸出功率因數較低；輸入 電流諧波含量大，頻譜復雜。 主要用途： 500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、低轉速的交流調速電路，如軋機主傳動裝置、鼓風機、球磨機等場合。