2022年电力电子技术课后答案精简版.docx

精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -电力电子技术第五版机械工业出版社课后习题答案其次章电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承担正向阳极电压,并在门极施加触发电流（脉冲）.或：uAK >0 且 uGK >0.2. 维护晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维护晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维护电流.要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维护电流以下,便可使导通的晶闸管关断.3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最大值均为I m,试运算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值 I 1、I 2、I 3.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0 4204520242可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_a) bc图 1-43晶图1闸-43 管导电波形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解： aI d1= 12I m sin4td t =I m 2221 0.2717 I m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I 1=12 I m4sint 2 dt = I m312420.4767 I m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_b) Id2 = 1I m sin4td t = I m 221 0.5434 I m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I 2 =1 I m4sint 2 d t =2 I m312420.6741I m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_c) I d3=12 Idt = 1I可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mm2 04可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I 3 =12 I220m d t = 1I m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4. 上题中假如不考虑安全裕量,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流 I d1、I d2、I d3 各为多少？这时,相应的电流最大值I m1 、I m2、I m3各为多少 .解：额定电流 I TAV =100A 的晶闸管,答应的电流有效值I =157A,由上题运算结果知可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_a) I m1b) I m2I329.35,I d10.2717 I m189.480. 4767I232.90,I d20.5434 I m2126.560.6741可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_cI m3 =2 I = 314,I d3=1I m3=78.54可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_第 3 章整流电路3单相桥式全控整流电路,U2 100V,负载中 R 2, L 值极大,当 30°时,要求：作出ud、id、和 i2 的波形.求整流输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次电流有效值I 2.考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流.解： ud、id、和 i2 的波形如下图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -u2OtudOti dIdOt2iIdOt输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次电流有效值I 2 分别为Ud 0.9 U2 cos 0.9× 100× cos30° 77.97（ V ） I d Ud / R 77.97/ 238.99（ A ）I 2 I d38.99（ A）晶闸管承担的最大反向电压为：2 U21002 141.4（V ）考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为：UN（ 23）× 141.4 283424（ V ） 详细数值可按晶闸管产品系列参数选取.流过晶闸管的电流有效值为：I VT I d2 27.57（ A）晶闸管的额定电流为：I N （ 1.52）× 27.57 1.57 2635（A） 详细数值可按晶闸管产品系列参数选取.5单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中 R=2, L 值极大,反电势 E=60V,当=30时,要求： 作出 ud、id 和 i2 的波形. 求整流输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次侧电流有效值I 2. 考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流.解： ud、id 和 i2 的波形如下图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -u2OtudOti dIdIitOdId2Ot整流输出平均电压Ud、电流 I d,变压器二次侧电流有效值I 2分别为Ud 0.9 U 2 cos 0.9×100× cos30° 77.97A I d Ud E/R 77.97 60/29AI 2 I d 9A晶闸管承担的最大反向电压为：2 U2 1002 141.4（ V ）流过每个晶闸管的电流的有效值为：I VT I d 2 6.36（ A）故晶闸管的额定电压为：UN 23× 141.4 283424（ V ）晶闸管的额定电流为：I N 1.52× 6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的详细数值可按晶闸管产品系列参数选取.6.晶闸管串联的单相半控桥 （桥中 VT 1、VT 2 为晶闸管）,电路如图 2-11 所示, U2=100V,电阻电感负载, R=2, L值很大,当=60时求流过器件电流的有效值,并作出 ud、id、iVT 、iD 的波形.解： ud、id、iVT 、iD 的波形如下图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -u 2OtudOtidIdtiV T1 OIdiOtV D 2IdOt负载电压的平均值为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ud212U3sintd t 10.9U 2cos2/ 367.5（ V ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_负载电流的平均值为：I d UdR 67.52 2 33.75（ A） 流过晶闸管 VT 1、VT 2 的电流有效值为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I VT 1 I d19.49（A）3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_流过二极管 VD 3、VD 4 的电流有效值为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I VD 2 I d27.56（A）3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_11三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载,R=5, L 值极大,当=60时,要求：画出 ud、id 和 iVT1 的波形.运算 Ud、I d、I dT 和 I VT .解： ud、id 和 iVT1 的波形如下图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -u2=30u°uuabcOtuuaubucdOtiV T1OtidOt Ud、I d、I dT 和 I VT 分别如下Ud1.17U2cos 1.17×100×cos60° 58.5（ V ） I d Ud R 58.5 511.7（A）I dVT I d 311.73 3.9（A） I VT I d3 6.755（ A）13三相桥式全控整流电路, U2=100V,带电阻电感负载, R=5, L 值极大,当=60时,要求：画出 ud、id 和 iVT1 的波形.运算 Ud、I d、I dT 和 I VT .解： ud、id 和 iVT1 的波形如下：u= 60u°uu2abct1Otuuabuacub cub a ucaucbuabuacdOti dOtiV T1Ot Ud、I d、I dT 和 I VT 分别如下Ud 2.34U2cos 2.34× 100×cos60° 117（ V ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -I d UdR 117 5 23.4（ A） I DVT I d 323.43 7.8（A）I VT I d3 23.43 13.51（ A）14单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1, L=, E=40V, U2=100V ,LB=0.5mH,当=60时求 Ud、I d 与的数值,并画出整流电压 ud 的波形.解：考虑 LB 时,有：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解方程组得：Ud 0.9U2cos Ud Ud 2XBI dI d（ UdE） R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ud（ R 0.9U2cos2XB E）（ R 2XB） 44.55（ V） Ud 0.455（V ）I d 4.55（A）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又即得出cos cos 2I d X B U2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_换流重叠角cos60 =0.4798可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 61.33°60° =1.33°最终,作出整流电压Ud 的波形如下：u2OtudOt15三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载, U2=100V , R=1, L=, LB=1mH ,求当 =30 时、 E=50V 时 Ud、I d、 的值并作出 ud 与 iVT1 和 iVT2 的波形.解：考虑 LB 时,有：Ud1.17U2cos Ud Ud 3XBI d 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解方程组得：I d（ UdE） R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ud（ R 1.17U2cos3XBE）（ 2 R3XB） 94.63（ V ） Ud6.7（ V ）I d44.63（A ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又 即得出换流重叠角cos coscos30 2 I d X B 6 U2 =0.752可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 41.28°30° =11.28°ud、iVT1 和 iVT2 的波形如下：u2uaubucOuduaubucOti VT1IdOti VT2I dOt16三相桥式不行控整流电路,阻感负载,R=5, L=, U2=220V ,XB=0.3,求 U d、I d、I VD 、I 2 和的值并作出 ud、iVD 和i2 的波形.解：三相桥式不行控整流电路相当于三相桥式可控整流电路0° 时的情形.Ud2.34U2cos Ud Ud 3XBI d可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解方程组得：I dUdR可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ud 2.34U2cos（ 13XB/R） 486.9（ V ） I d97.38（A ）又可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_即得出cos cos 2 I d X B 6 U2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_换流重叠角cos=0.892 26.93°可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为I VD I d 3 97.38 332.46（ A）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I 2aud、iVD1 和 i2a 的波形如下：2I d 79.51（ A）3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_u2uaubucOt1tuu可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_udabacuuuub cb acacbuuabac可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_OtiV D 1IdOti 2 aIdOt17三相全控桥,反电动势阻感负载, E=200V,R=1, L=, U2=220V , =60 ,当 LB=0 和 LB=1mH 情形下分别求 Ud、I d 的值,后者仍应求 并分别作出 ud 与 iT 的波形.解：当 LB0 时：Ud 2.34U2cos 2.34×220×cos60° 257.4（ V ） I d（ Ud E） R（ 257.4 200） 1 57.4（ A）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当 LB1mH 时解方程组得：Ud2.34U2cos Ud Ud 3XBI dI d（ UdE） R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ud（ 2.34U2R cos 3XB E）（ R 3XB） 244.15（ V ） I d44.15（A ）Ud 13.25（V ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又 cos cos 2XBI d6 U2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_cos60 0.4485可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 63.35° 60° 3.35°ud、I VT1 和 I VT2 的波形如下：u 2u au bu cOtu abu acu bcu bau du cau cbu abu acOti VT1I dOti VT2I dOt23带平稳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：带平稳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：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,且后者需要用平稳电抗器.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可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 10 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -压平均值 Ud 是三相桥式电路的1/2,而整流电流平均值I d 是三相桥式电路的 2 倍.在两种电路中,晶闸管的导通及触发脉冲的安排关系是一样的,整流电压 ud 和整流电流 id 的波形外形一样.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,二是能够削减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沟通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沟通输入电流中含有11 次、13 次、23次、25 次等即 12k1、（ k=1,2,3· ·）次谐波,整流输出电压中含有 12、24 等即 12k（ k=1, 2, 3··）次谐波.24 脉波整流电路的沟通输入电流中含有23 次、25 次、47 次、49 次等,即 24k1（ k=1,2, 3··）次谐波,整流输出电压中含有24、48 等即 24k（ k=1, 2,3··）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：直流侧要有电动势, 其极性须和晶闸管的导通方向一样,其值应大于变流电路直流侧的平均电压.要求晶闸管的掌握角>/2,使 Ud 为负值.27三相全控桥变流器,反电动势阻感负载,R=1, L=, U2=220V ,LB=1mH ,当 EM =- 400V, =60时求 Ud、I d 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 2.34U2cos Ud Ud 3XBI dI d（ Ud EM ） R三式联立求解,得Ud2.34 U2R cos 3XBEM R3XB 290.3（V ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 11 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -I d109.7（A ） 由下式可运算换流重叠角：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_cos cos 2XBI d6 U20.1279可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_cos120 0.6279可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_128.90120 8.90送回电网的有功功率为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dP= | EM I d |I 2 R =400× 109.7-109.72× 109.7× 1=31.85W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_28单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1,L=,U2=100V, L=0.5mH,当 EM =- 99V, =60时求 Ud、I d 和的值.解：由题意可列出如下3 个等式：Ud 0.9U2cos - Ud Ud 2XBI dI d（ Ud EM ） R三式联立求解,得Ud R 0.9U2cos - 2XBEM （ R 2XB） 49.91（ V ） I d49.09（A ）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又即得出cos cos 2I d X B U2=0.2181可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_换流重叠角cos120 =- 0.7181可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 135.9°120° =15.9°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： 采纳精确牢靠的触发电路, 使用性能良好的晶闸管,保证沟通电源的质量,留出充分的换向裕量角等第 5 章直流 -直流变流电路2在图 5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V, R=10, L 值极大, EM =30V ,T=50 s, ton=20 s, 运算输出电压平均值Uo,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 12 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -输出电流平均值I o.解：由于 L 值极大,故负载电留恋续,于是输出电压平均值为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_输出电流平均值为Uo= tonTE = 20200 =80V50可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I o = U o - E M = 8030 =5A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_R105 在图 5-2a 所示的升压斩波电路中,已知E=50V,L 值和 C值极大, R=20,采纳脉宽调制掌握方式,当T=40s, t on=25s 时,运算输出电压平均值Uo,输出电流平均值I o.解：输出电压平均值为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Uo =输出电流平均值为：TtoffE =40402550 =133.3V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_I o =U o =R133.320=6.667A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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 3-4中所示.同时,电容C 维护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 3-4 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TLud t00当 V 处于通态期间, uL = E.而当 V 处于断态期间, uL = - uo.于是：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以输出电压为：EUtonoEt offtonTU otontontoffEE1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_转变导通比,输出电压既可以比电源电压高, 也可以比电源电压低.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 13 页,共 18 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -当 0<<1/2 时为降压, 当 1/2<<1 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, EL1 V 回路和 RL2C V 回路分别流过电流. 当 V 处于断态时, EL1 CVD 回路和 RL2 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5-5b 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 点可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_时, uB=uC, uA=0.因此, B 点电压 uB 的平均值为 U Bt offTU C （U C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_为电容电压uC 的平均值）,又因电感L1 的电压平均值为零,所以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EU BtoffTU C .另一方面, A 点的电压平均值为 U AtonTU C ,且 L2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的电压平均值为零, 按图 5-5b 中输出电压 Uo 的极性, 有U o于是可得出输出电压Uo 与电源电压 E 的关系：t onUC .T可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ut onoEtofftonEETton1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_两个电路实现的功能是一样的,均可便利的实现升降压斩波.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：i 1L 1C1VD可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_uL1EuC1i2VuL2CL22uoR可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在 V 导通 t on 期间,Sepic斩a波电路uL1=E uL2=uC1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎