电力电子技术习题答案第四版王兆安主编

电力电子技术习题答案第四版王兆安主编内容摘要：

∕ 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＝ 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。 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： 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。 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 第 3 章 直流斩 波电路 1．简述图 31a所示的降压斩波电路工作原理。 答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让 V导通一段时间 ton，由电源 E向 L、 R、 M供电，在此期间， uo＝ E。 然后使 V 关断一段时间 toff，此时电感 L通过二极管 VD 向 R 和 M 供电， uo＝ 0。 一个周期内的平均电压 Uo＝ Ett t  offon on。 输出电压小于电源电压，起到降压的作用。 2．在图 31a 所示的降压斩波电路中，已知E=200V， R=10Ω， L 值极大， EM=30V， T=50μ s,ton=20μ s,计算输出电 压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 解：由于 L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 Uo= ETton = 5020200 =80(V) 输出电流平均值为 Io = REU Mo = 103080 =5(A) 3．在图 31a 所示的降压斩波电路中， E=100V， L=1mH， R=， EM=10V，采用脉宽调制控制方式，T=20μ s，当 ton=5μ s时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。 当 ton=3μ s 时，重新进行上述计算。 解：由题目已知条件可得： m= EEM =1010 = τ =RL = = 当 ton=5μ s时，有 ρ =T = =ont = 由于 11ee= ee=m 所以输出电流连续。 此时输出平均电压为 Uo = ETton=205100=25(V) 输出平均电流为 Io =REU Mo ==30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为 Imax=REmee   11=  ee=(A) Imin=REmee  11 =  ee=(A) 当 ton=3μ s时，采用同样的方法可以得出： αρ = 由于 11ee = ee =m 所以输出电流仍然连续。 此时输出电压、电流的平均值以及输出电流最大、最小瞬时值分别为： Uo = ETton = 203100 =15(V) Io = REU Mo =  =10(A) Imax=   ee=(A) Imin=  ee =(A) 4．简述图 32a 所示升压斩波电路的基本工作原理。 答：假设电路中电感 L值很大，电容 C值也很大。 当V 处于通态时，电源 E 向电感 L 充电，充电电流基本恒定为 I1，同时电容 C 上的电压向负载 R 供电，因 C值很大，基本保持输出电压为恒值 Uo。 设 V处于通态的时间为 ton，此阶段电感 L 上积蓄的能量为 on1tEI。 当V 处于断态时 E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 提 供能量。 设 V处于断态的时间为 toff，则在此期间电感L释放的能量为   off1o tIEU 。 当电路工作于稳态时，一个周期 T中电感 L积蓄的能量与释放的能量相等，即：   o f f1oon1 tIEUtEI  化简得： EtTEt ttU of fof f of fono  式中的 1/ off tT ，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 5．在图 32a所示的升压斩波电路中，已知 E=50V，L 值和 C 值极大， R=20Ω，采用脉宽调制控制方式，当 T=40μ s， ton=25μ s时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。 解：输出电压平均值为： Uo = EtToff= 50254040  =(V) 输出电流平均值为： Io =RUo = =(A) 6．试分别简述升降压斩波电路和 Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。 答：升降压斩波电路的基本原理：当可控开关 V 处于通态时，电源 E经 V向电感 L供电使其贮存能量，此时电流为 i1，方向如图 34中所示。 同时，电容 C维持输出电压基本恒定并向负载 R供电。 此后，使 V关断，电感 L中贮存的能量向负载释放，电流为 i2，方向如图 34 所示。 可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。 稳态时，一个周期 T内电感 L两端电压 uL对时间的积分为零，即  T tu0 L 0d 当 V处于通态期间， uL = E；而当 V处于断态期间，uL = uo。 于是： offoon tUtE  所以输出电压为： EEtT tEttU  1ononof fono 改变导通比 ，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。 当 0 1/2 时为降压，当 1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。 Cuk 斩波电路的基本原理：当 V 处于通态时， E— L1— V回路和 R— L2— C— V回路分别流过电流。 当 V处于断态时， E— L1— C— VD 回路和 R— L2— VD 回路分别流过电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 该电路的等效电路如图 35b 所示，相当于开关 S 在 A、 B两点之间交替切换。 假设电容 C很大使电容电压 uC的脉动足够小时。 当开关 S合到 B点时， B点电压 uB=0， A点电压 uA= uC；相反，当 S合到 A点时， uB= uC， uA=0。 因此， B点电压 uB的平均值为CoffB UTtU （ UC为电容电压 uC的平均值），又因电感 L1的电压平均值为零，所以Cof fB UTtUE 。 另一方面， A 点的电压平均值为ConA UTtU ，且 L2的电压平均值为零，按图 35b 中输出电压 Uo 的极性，有Cono UTtU 。 于是可得出输出电压 Uo与电源电压 E的关系： EEtT tEttU  1ononof fono 两个电路实现的功能是一致的，均可方便的实现升降压斩波。 与升降压斩波电路相比， Cuk 斩波电路有一个明显的优点，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。 7．试绘制 Speic斩波电路和 Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 解： Sepic电路的原理图如下： RVDa)Vi 1。