电力电子技术作业(含答案).doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流电力电子技术作业(含答案).精品文档.第2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:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。或:uAK0且uGK0。2. 维持晶闸管导通的条件是什么?答:维持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,即维持电流。3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断?答: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,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。4. 图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形
2、,各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。图1 晶闸管导电波形解:a) Id1=()0.2717 ImI1=0.4767 Imb) Id2 =()0.5434 ImI2 =0.898 Imc) Id3=0.25ImI3 =0.5Im5. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么?答:全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt或过电流和di/dt,减小器件的开关损耗。6. 试分析全控型器件的RCD缓冲电路中各元件的作用。答:RCD缓冲电路中,各元件的作用是:开通时,Cs经Rs放电,Rs起到限制放电电流的作用;关断时,
3、负载电流经VDs从Cs分流,使du/dt减小,抑制过电压。7. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件?答:A:触发信号应有足够的功率。B:触发脉冲应有一定的宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C:触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲移相范围必须满足电路要求。第3章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,L20mH,U2100V,求当0和60时的负载电流Id,并画出ud与id波形。解:0时,在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。在电源电压u2的负半周期,负载电感L释放能量,晶闸管继续
4、导通。因此,在电源电压u2的一个周期里,以下方程均成立: 考虑到初始条件:当wt0时id0可解方程得:=22.51(A) ud与id的波形如下图: 当60时,在u2正半周期60180期间晶闸管导通使电感L储能,电感L储藏的能量在u2负半周期180300期间释放,因此在u2一个周期中60300期间以下微分方程成立: 考虑初始条件:当wt60时id0可解方程得:其平均值为=11.25(A) 此时ud与id的波形如下图:2单相桥式全控整流电路,U2100V,负载中R2,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Id,变压器二次电流有效值I2; 考虑安全裕量
5、,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:输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(V)IdUd /R77.97/238.99(A)I2Id 38.99(A) 晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为:UN(23)141.4283424(V)具体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:IVTId27.57(A)晶闸管的额定电流为:IN(1.52)27.571.572635(A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 3单相桥式全控整
6、流电路,U2=100V,负载中R=2,L值极大,反电势E=60V,当a=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Id,变压器二次侧电流有效值I2; 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: 整流输出平均电压Ud、电流Id,变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos3077.97(A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为:U2100141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为:IVTId 6.36(A)故晶闸管的额定电压为:UN(
7、23)141.4283424(V) 晶闸管的额定电流为:IN(1.52)6.361.5768(A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。4单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形。解:注意到二极管的特点:承受电压为正即导通。因此,二极管承受的电压不会出现正的部分。在电路中器件均不导通的阶段,交流电源电压由晶闸管平衡。 整流二极管在一周内承受的电压波形如下:5单相全控桥,反电动势阻感负载,R=1,L=,E=40V,U2=100V,LB=0.5mH,当a=60时求Ud、Id与g 的数值,并画出整流电压ud的波形。解:考虑LB时,有:Ud0.9U2c
8、osUdUd2XBIdId(UdE)R 解方程组得:Ud(R 0.9U2cos2XBE)(R2XB)44.55(V)Ud0.455(V)Id4.55(A)又U2 即得出=0.4798 换流重叠角g 61.33- 60=1.33 最后,作出整流电压Ud的波形如下:6单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。7. 在三相半波整流电路中,如果a相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。解:假设,
9、当负载为电阻时,ud的波形如下: 当负载为电感时,ud的波形如下:8三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a=60时,要求: 画出ud、id和iVT1的波形; 计算Ud、Id、IdT和IVT。解:ud、id和iVT1的波形如下图: Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud1.17U2cosa1.17100cos6058.5(V)IdUdR58.5511.7(A)IdVTId311.733.9(A)IVTId6.755(A)9在三相桥式全控整流电路中,电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压ud波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影
10、响?答:假设VT1不能导通,整流电压ud波形如下:假设VT1被击穿而短路,则当晶闸管VT3或VT5导通时,将发生电源相间短路,使得VT3、VT5也可能分别被击穿。10三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a=60时,要求: 画出ud、id和iVT1的波形; 计算Ud、Id、IdT和IVT。解:ud、id和iVT1的波形如下: Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud2.34U2cosa2.34100cos60117(V)IdUdR117523.4(A)IDVTId323.437.8(A)IVTId23.413.51(A)11三相全控桥,反电动势阻感负载,E=2
11、00V,R=1,L=,U2=220V,a=60,当LB=0和LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值,后者还应求g 并分别作出ud与iT的波形。解:当LB0时:Ud2.34U2cos2.34220cos60257.4(V)Id(UdE)R(257.4200)157.4(A)当LB1mH时Ud2.34U2cosUdUd3XBIdId(UdE)R解方程组得:Ud(2.34U2R cos3XBE)(R3XB)244.15(V)Id44.15(A)Ud13.25(V)又2XBIdU20.448563.35603.35ud、IVT1和IVT2的波形如下:12三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电
12、感负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少?答: 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。13三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?其中幅值最大的是哪一次?变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?其中主要的是哪几次?答:三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k(k1、2、3)次的谐波,其中幅值最大的是6次谐波。变压器二次侧电流中含有6k1(k=1、2、3)次的谐波,其中主要的是5、7次谐波。14三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a=60时,要求:(
13、1)计算Ud、Id、IdT和IVT;(2)i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27;(3)输入功率因数。解:(1)Ud、Id、IdT和IVT分别如下Ud2.34U2cosa2.34100cos60117(V)IdUdR117523.4(A)IDVTId323.437.8(A)IVTId23.413.51(A)(2)由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为:I25Id523.453.65(A)I27Id723.472.61(A)(3)基波电流的有效值:I1Id23.3918.243(A)基波因数为nI1II1Id0.955电路的输入功率因数为:ln 0.955 cos600.4815使变流器
14、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致,其值应大于变流电路直流侧的平均电压; 要求晶闸管的控制角/2,使Ud为负值。16什么是逆变失败?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等。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
15、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
16、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,直流侧是电压源的称为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: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。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。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:直流侧
17、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。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。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? 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
18、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。5为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?答: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。第5章 直流-直流变流电路1. 介绍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,uoE。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,uo0。一个周期内的平均电
19、压Uo。输出电压小于电源电压,起到降压的作用。 2. 介绍升压斩波电路工作原理答: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。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。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:化简得:式中的,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。3在降压斩波电路中,已知E=200V,R
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