大学电力电子技术_第五版课后题详解答案

大学电力电子技术_第五版课后题详解答案内容摘要：

题中已知电路为单相全控桥，其输出电流平均值为 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．试计算第 13 题中 i2的 7次谐波分量的有效值 I2 I27。 解：第 13 题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已知 Id＝ （ A） 由此可计算出 5次和 7次谐波分量的有效值为： I25＝ 6 Id∕ 5π＝ 6 179。 ∕ 5π＝ （ A） I27＝ 6 Id∕ 7π＝ 6 179。 ∕ 7π＝ （ A） 22． 试分别计算第 3题和第 13 题电路的输入功率因数。 解：①第 3题中基波电流的有效值为： I1＝ 2 2 Id∕π＝ 2 2 179。 ∕π＝ （ A） 基波因数为 ＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ ∕ ＝ 电路的输入功率因数为： ＝ cos ＝ cos30176。 ＝ ②第 13 题中基波电流的有效值： I1＝ 6 Id∕π＝ 6 179。 ∕π＝ （ A） 基波因数为 ＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ 22 电路的输入功率因数为： ＝ cos ＝ cos60176。 ＝ 23．带平衡电抗器的双反星形可控整 流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同。 答：带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点： ①三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相半波电路并联，且后者需要用平衡电抗器； ②当变压器二次电压有效值 U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值 Ud是三相桥式电路的 1/2，而整流电流平均值 Id是三相桥式电路的 2倍。 ③在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 ud和整流电流 id的波形形状一样。 24．整流电路多重化的主要目的是什么。 答 ：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。 25． 12脉波、 24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波。 答： 12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有 11 次、 13 次、 23次、 25次等即 12k（ k=1， 2， 3178。 178。 178。 ）次谐波，整流输出电压中含有 1 24 等即 12k（ k=1， 2， 3178。 178。 178。 ）次谐波。 24脉波整流电路的交流输入电流中含有 23 次、 25 次、 47次、 49 次等，即24k1（ k=1， 2， 3178。 178。 178。 ）次谐波，整流输出电压中含有 2 48等即 24k（ k=1，2， 3178。 178。 178。 ）次谐波。 23 26．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么。 答：条件有二： ①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压； ②要求晶闸管的控制角α π /2，使 Ud为负值。 27．三相全控桥变流器，反电动势阻感负载， R=1Ω， L=∞， U2=220V， LB=1mH，当 EM=400V， =60时求 Ud、 Id与 的值，此时送回电网的有功功率是多少。 解：由题意可列出如下 3 个等式： Ud＝ (π β )－Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ EM）∕ R 三式联立求解，得 Ud＝ [ U2R cos(π β )＋ 3XBEM]∕ (π R＋ 3XB)＝－ （ V） Id＝ （ A） 由下式可计算换流重叠角： cos － )cos(  ＝ 2XBId∕ 6 U2＝ )120cos(  ＝ γ ＝ － 120＝  送回电网的有功功率为 P= RIIE ddM 2||  =400179。 179。 179。 1=(W) 28．单相全控桥，反电动势阻感负载， R=1Ω， L=∞， U2=100V， L=，当 EM=99V， =60时求 Ud、 Id和 的值。 解：由题意可列出如下 3 个等式： 24 Ud＝ (π β )－Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕π Id＝（ Ud－ EM）∕ R 三式联立求解，得 Ud＝ [π R (π β )＋ 2XBEM]∕（π R＋ 2XB）＝－ （ V） Id＝ （ A） 又∵ cos － )cos(  ＝ 2 BdXI ∕ U2= 即得出 )120cos(  = 换流重叠角 ＝ 176。 120176。 =176。 29．什么是逆变失败。 如何防止逆变失败。 答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流 电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。 防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 β 等。 30．单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少。 答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相 范围是 0 ~ 90。 三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 120，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 ~ 90。 25 31．三相全控桥，电动机负载，要求可逆，整流变压器的接法是 D， y5，采用 NPN 锯齿波触发器，并附有滞后 30的 RC 滤波器，决定晶闸管的同步电压和同步变压器的联结形式。 解：整流变压器接法如下图所示 abcABC 以 a 相为例， ua的 120对应于α =90，此时 Ud=0，处于整流和逆变的临 界点。 该点与锯齿波的中点重合，即对应于同步信号的 300，所以同步信号滞后ua 180176。 ，又因为 RC 滤波已使同步信号滞后 30176。 ，所以同步信号只要再滞后150176。 就可以了。 满足上述关系的同步电压相量图及同步变压器联结形式如下两幅图所示。 BCAabcsasbscsasb sc ABC sa sb scsasbsc 各晶闸管的同步电压选取如下表： 晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 同步电压 usb usa usc usb usa usc 26 第 4 章 逆变电路 1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同。 答：两种电路的不同主要是： 有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。 而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。 2．换流方式各有那几种。 各有什么特点。 答：换流方式有 4种： 器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。 全控型器件采用此换流方式。 电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。 负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，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换流称为强迫换流。 通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。 晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流 3 种方式。 3．什么是电压型逆变电路。 什么是电流型逆变电路。 二者各有什么特点。 答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路 电压型逆变电路的主要特点是： ① 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。 直流侧电压基本无脉 动，直流回路呈现低阻抗。 ② 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。 而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。 27 ③ 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 电流型逆变电路的主要特点是： ①直流侧串联有大电感，相当于电流源。 直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 ②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角 无关。 而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。 ③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。 因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。 4．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么。 为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管。 答：在电压型逆变电路中， 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 当输出交流电压和电流的极性相同 时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。 在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。 当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。 5. 三相桥式电压型逆变电路， 180176。 导电方式， Ud=100V。 试求输出相电压的基波幅值 UUN1m和有效值 UUN输出线电压的基波幅值 UUV1m和有效值 UUV输出线电压中 5次谐波的有效值 UUV5。 解：输出相电压的基波幅值为 28 ddUN 1 m 6 3 UUU  =(V) 输出相电压基波有效值为： dUN 1 mUN1 UUU =45(V) 输出线电压的基波幅值为 ddUV 1 m UUU  =110(V) 输出线电压基波的有效值为 ddU V 1 mU V 1 UUUU  =78(V) 输出线电压中五次谐波 UV5u 的表达式为： tUu  5sin532 dUV5  其有效值为： 25 32 dUV5 UU =(V) 6．并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件。 答：假设在 t 时刻触发 VT VT3使其导通，负载电压 uo就通过 VT VT3施加在 VT VT4上，使其承受反向电压关断，电流从 VT VT4向 VT VT3转移，触发 VT VT3时刻 t必须在 uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。 7．串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么。 试分析换流过程。 答：二极管的主要作用，一是为换流电容器充电提供通道，并使换流电容的电压能够得 以保持，为晶闸管换流做好准备；二是使换流电容的电压能够施加到换流过程中刚刚关断的晶闸管上，使晶闸管在关断之后能够承受一定时间的反向电压，确保晶闸管可靠关断，从而确保晶闸管换流成功。 29 以 VT1和 VT3之间的换流为例，串联二极管式电流型逆变电路的换流过程可简述如下： 给 VT3 施加触发脉冲，由于换流电容 C13 电压的作用，使 VT3 导通，而 VT1被施以反向电压而关断。 直流电流 Id从 VT1换到 VT3上， C13通过 VD U相负载、W 相负载、 VD VT直流电源和 VT3放电，如图 516b 所示。 因放电电流恒为Id，故 称恒流放电阶段。 在 C13电压 uC13下降到零之前， VT1一直承受反压，只要反压时间大于晶闸管关断时间 tq，就能保证可靠关断。 uC13降到零之后在 U 相负载电感的作用下，开始对 C13反向充电。 如忽略负载中电阻的压降，则在 uC13=0时刻后，二极管 VD3受到正向偏置而导通，开始流过电流，两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段，如图 516c所示。 随着C13 充电电压不断增高，充电电流逐渐减小，到某一时刻充电电流减到零， VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。 之后，进入 VT VT3稳定导通阶段，电流路径如图 516d所示。 8．逆变电路多重化的目的是什么。 如何实现。 串联多重和并联多重逆变电路各用于什么场合。 答：逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高，二是可以改善输出电压的波形。 因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波，还是电流型逆变电路输出的矩形电流波，都含有较多谐波，对负载有不利影响，采用多重逆变电路，可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。 逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们所含的。