2022年电力电子技术课后答案精简版.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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 uGK0；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

2、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 d32与电流有效值 I 1、I 2、I 3；04a204b5 4202c图 1-43 晶闸管导电波形名师归纳总结 解： a I 1=14I d1=14I msintdt=Im21 0.2717 I m第 1 页,共 18 页2 2 24I msint2dt=Im310.4767 I mb 2242=I 210.5434 I mI d2 =14I msintdt2c I 2 =1I msint2dt=2Im310.6741I m2422I md t=1 I m 4I d3=1 2 0- - - -

3、 - - -精选学习资料 - - - - - - - - - I 3 =12I m2 dt=1 I m 2204. 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a I m10I329.35,I d10.2717 I m1 89.48 . 4767b I m20I232.90, I d20.5434 I m2126.56 . 6741c I d3=1 I m3=78.5 4

4、I m3=2 I = 314, 第 3 章整流电路3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 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、i d、和 i2 的波形如下图：2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - u2O tud输出平均电压OtI 2分别为i dIdI dtOi 2OtUd、电流 I d,变压器二次电流有效值Ud0.9 U2 cos 0.9 100

5、 cos30 77.97（V）I dUd / R77.97/ 238.99（A）I 2I d 38.99（A）晶闸管承担的最大反向电压为：2 U2100 2 141.4（V）考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为：UN（ 23） 141.4283424（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 VTI d晶闸管的额定电流为：2 27.57（A）I N（1.52） 27.571.572635（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、i d 和 i 2

6、 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、i d 和 i 2的波形如下图：3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - u2O tudOtI 2Idi dI dIdtOi 2OtUd、电流 I d,变压器二次侧电流有效值整流输出平均电压分别为Ud0.9 U 2 cos 0.9 100 cos3077.97A I d UdE/R77.9760/29A I 2I d 9A 晶闸管承担的最大反向电压为：2 U2100 2 141.

7、4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：I VT I d 故晶闸管的额定电压为：2 6.36（A）UN23 141.4283424（V）晶闸管的额定电流为：I N1.52 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 解： ud、id、i VT 、i D 的波形如下图：4 ud、i d、iVT 、i D 的波形；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页

8、,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - u2O tu di VT1OIdIdtidOtIdi VD2OtOt负载电压的平均值为：Ud132 U2sintdt0 .9 U21cos/367.5（V）2负载电流的平均值为：I dUdR67.52233.75（A）流过晶闸管 VT 1、VT 2 的电流有效值为：I VT 1 I d19.49（A）3R=5流过二极管 VD 3、VD 4 的电流有效值为：I VD2 I d27.56（A）311三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载, , L 值极大,当=60 时,要求：画出 ud、i d 和 i VT1 的波形；运

9、算 Ud、I d、I dT 和 I VT；解： ud、i d 和 i VT1 的波形如下图：5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - u2=30uaubucOuaubucttudOiVT1O t i dOtUd、I d、I dT 和 I VT 分别如下 Ud1.17U2cos 1.17 100 cos60 58.5（V）I dUdR58.5511.7（A）I dVT I d311.733.9（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=

10、60 时,要求： uabuact画出 ud、i d 和 iVT1 的波形；运算 Ud、I d、I dT 和 I VT ；解： ud、i d 和 i VT1 的波形如下：u2 = 60u a ub uct1Ouduab uac ubc uba uca u cbtOi dO iVT1OttUd、I d、I dT 和 I VT 分别如下6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - Ud2.34U2cos 2.34 100 cos60 117（V）I dUdR117523.4（A）I DVT I d323.437.8（A）I VT

11、 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,L B=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 L B 时,有：Ud0.9U2cos Ud Ud2XBI dI d（ UdE） R解方程组得：Ud（ R 0.9U2cos 2XBE）（ R2XB） 44.55（V） Ud0.455（V）I d4.55（A）又coscos 2 I dX BU2即得出cos 60 =0.4798 换流重叠角 61.33 60 =1.33最终,作出整流电压 Ud 的波形如下：u2O tudO t1

12、5三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 并作出 ud与 i VT1 和 iVT2 的波形；解：考虑 LB 时,有：=30 时、 E=50V 时 Ud、I d、 的值7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - Ud1.17U2cos Ud Ud3XBI d2 I d（ UdE） R 解方程组得：Ud（ R 1.17U2cos 3XBE）（ 2 R3XB） 94.63（V） Ud6.7（V）I d44.63（A）又即得出coscos2IdXB6 U2cos 30=0.

13、752 换流重叠角 41.28 30 =11.28ud、iVT1 和 iVT2 的波形如下：u2uaubucOuduaubuctOiVT1IdI dtOiVT2tO16三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 i2 的波形；的值并作出 ud、iVD 和解：三相桥式不行控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 时的情形；08 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - Ud2.34U2cos Ud Ud3XBI d I dUdR 解方程组得：Ud2

14、.34U2cos （13XB/ R） 486.9（V）又cosI d97.38（A）6 U2即得出cos2IdXBcos =0.892 换流重叠角26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 I VDI d397.38332.46（A）I 2a2I d79.51（A）t3ud、iVD1 和 i2a 的波形如下：u2uaubucOt1 uba uca ucbuabuactud uab uac ubcOiVD1IdtO i 2aIdOt17三相全控桥,反电动势阻感负载,E=200V,R=1 ,L=,名师归纳总结 - - - - - - -U2=220V, =60 ,当 L B=0 和L B

15、=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 L B0 时：9 第 9 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - Ud2.34U2cos 2.34 220 cos60 257.4（V）I d（UdE）R（257.4200）157.4（A）当 LB1mH 时 Ud2.34U2cos Ud Ud3XBI d解方程组得：I d（ UdE） RUd（2.34 U2R cos 3XBE）（ R3XB） 244.15（V）又 coscosI d44.15（A） Ud13.25（V）2XBI d6 U2cos 600.4485 63

16、.35 60 3.35ud、I VT1 和 I VT2 的波形如下：u 2u au bu ctOu d u ab u ac u bc u ba u ca u cbu abu actOi VT1 I dO i VT2I dtOt23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,10 而双反星形电路是两名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 组三相半波电路并联,且后者需要用平稳电抗

17、器；当变压器二次电压有效值 压平均值 Ud 是三相桥式电路的 式电路的 2 倍；U2 相等时,双反星形电路的整流电 1/2,而整流电流平均值 I d 是三相桥在两种电路中,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；2512 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

18、、25 次等即 12k 1、（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 24k 1（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,L B=1

19、mH ,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：Ud2.34U2cos Ud Ud3XBI dI d（ UdEM ）R11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三式联立求解,得Ud2.34 U2R cos 3XBEM R3XB 290.3（V）I d109.7（A）由下式可运算换流重叠角：coscos2XBI d6 U20.1279 cos 120 0.6279 128.90 120 8.90 送回电网的有功功率为P=|EMI

20、d|I2R=400 109.7-109.72 109.7 1=31.85W d28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：Ud0.9U2cos - Ud Ud2XBI d三式联立求解,得I d（ UdEM ）RUd R 0.9U2cos - 2XBEM （ R2XB） 49.91（V）又cos cosI d49.09（A）2IdXBU2=0.2181 即得出cos 120=- 0.7181 换流重叠角135.9 120 =15.929什么是逆变失败？如何防止逆

21、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12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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, t

22、on=20 s, 运算输出电压平均值 Uo,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Uo= tonE = 20 200 =80V T 50输出电流平均值为I o = U o-E M = 80 30 =5AR 10 5 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=40 s,t on=25 s 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：Uo =TE=402550=133.3V toff40输出电流平均值为：Io =U o = R133.3=6.66

23、7A 206试分别简述升降压斩波电路和 并比较其异同点；Cuk 斩波电路的基本原理,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 i 1,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；即稳态时,一个周期 T 内电感 L 两端电压 uL 对时间的积分为零,当 V 处于通态期间, uL = E；而当 V 处于断态期间, uL = - uo；于是：EtonU

24、otoff13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 所以输出电压为：U o t on E t on E Et off T t on 1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；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, EL 1V 回路和 RL 2CV 回路分别流过电流； 当 V 处于断态时, EL1CVD回路和 RL 2VD 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-

25、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 点时, uB= uC,uA=0；因此, B 点电压 uB 的平均值为 U B t offU C（U CT为电容电压 uC 的平均值）,又因电感 L 1 的电压平均值为零,所以E U B t off U C；另一方面, A 点的电压平均值为 U A t on U C,且 L2T T的电压平均值为零, 按图 5-5b 中输出电压 Uo 的极性,有 U o t on U C；T于是可得出输出电

26、压 Uo 与电源电压 E 的关系：t on t onU o E E Et off T t on 1两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：名师归纳总结 Ei 1L 1VC1VDC2uoR第 14 页,共 18 页uL1uC1i2uL2L214 a- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Se

27、pic 斩波电路 在 V导通 ton期间,uL1=E uL2= uC1 在 V 关断 toff 期间 uL1E uo uC1 uL2= uo当电路工作于稳态时,电感 L1、L2 的电压平均值均为零,就下面的式子成立E t on + E uo uC1 toff =0 uC1 ton uo toff =0 由以上两式即可得出Uo= t on E t off Zeta 电路的原理图如下：V C1 L2i 1 uC1 uL2E uL1 L1 VD uo R C 2在 V导通 ton期间,uL1= E uL2= E uC1 uo 在 V 关断 t off 期间uL1 uC1 uL2= uo当电路工作于稳

28、态时,电感 L1、L2 的电压平均值均为零,就下面的式子成立E ton + uC1 t off =0 E uo uC1 t on uo t off =0 由以上两式即可得出Uo=tonE3-7b 的波toff8分析图 3-7a 所示的电流可逆斩波电路,并结合图15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 形,绘制出各个阶段电流流通的路径并标明电流方向；解：电流可逆斩波电路中, V 1 和 VD 1构成降压斩波电路,由电源向 直流电动机供电,电动机为电动运行,工作于第 1 象限； V 2 和 VD 2 构成升压斩波电路,

29、把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源,使电动机作再生制动运行,工作于第 2 象限；图 3-7b 中,各阶段器件导通情形及电流路径等如下：V1 导通,电源向负载供电： VEV1VD 2LRioMEMV2VD 1uo1关断, VD1 续流： VEV1VD 2LRioMEMV2VD 1uo2 导通, L 上蓄能： VV1ioMEMEVD 2LRV2VD 1uo2 关断, VD2 导通,向电源回馈能量EV1VD 2LRioMEMV2VD 1uo第 6 章沟通-沟通变流电路3沟通调压电路和沟通调功电路有什么区分？二者各运用于什 么样的负载？为什么？答：沟通调压电路和沟通调功电路的电路形式完全相同,二者

30、的区别在于掌握方式不同；沟通调压电路是在沟通电源的每个周期对输出电压波形进行控制；而沟通调功电路是将负载与沟通电源接通几个周波,再断开几个周波,通过转变接通周波数与断开周波数的比值来调剂负载所消16 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 耗的平均功率；沟通调压电路广泛用于灯光掌握（如调光台灯和舞台灯光掌握）及异步电动机的软起动, 也用于异步电动机调速； 在供用电系统中,仍常用于对无功功率的连续调剂；此外,在高电压小电流或低电压 大电流直流电源中,也常采纳沟通调压电路调剂变压器一次电压；如采纳晶闸管相控整流电路,高电压

31、小电流可控直流电源就需要很 多晶闸管串联； 同样,低电压大电流直流电源需要许多晶闸管并联；这都是非常不合理的；采纳沟通调压电路在变压器一次侧调压,其 电压电流值都不太大也不太小,在变压器二次侧只要用二极管整流 就可以了；这样的电路体积小、成本低、易于设计制造；沟通调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的掌握对象；由 于掌握对象的时间常数大,没有必要对沟通电源的每个周期进行频 繁掌握；6交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因 素是什么？答：一般来讲,构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多,最高输出频率就越高；当交交变频电路中采纳常用的 6 脉波三相桥 式整流电路时,最高输出频

32、率不应高于电网频率的 1/31/2；当电网 频率为 50Hz 时,交交变频电路输出的上限频率为 20Hz 左右；当输出频率增高时,输出电压一周期所包含的电网电压段数减 少,波形畸变严峻,电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及 电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素；7交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？答：交交变频电路的主要特点是：只用一次变流,效率较高；可便利实现四象限工作；低频输出 时的特性接近正弦波；交交变频电路的主要不足是：接线复杂,如采纳三相桥式电路的三相交交变频器至少要用 36 只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制,输出频率较低；输出功率因数较低；输

33、入电流谐波含量大,频谱复杂；主要用途： 500 千瓦或 1000 千瓦以下的大功率、低转速的沟通 调速电路,如轧机主传动装置、鼓风机、球磨机等场合；8 三相交交变频电路有那两种接线方式？它们有什么区分？答：三相交交变频电路有公共沟通母线进线方式和输出星形联结方17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式两种接线方式；两种方式的主要区分在于：公共沟通母线进线方式中, 由于电源进线端公用, 所以三组单相 交交变频电路输出端必需隔离；为此,沟通电动机三个绕组必需拆 开,共引出六根线；而在输出星形联结方式中, 由于电动机中

34、性点不和变频器中性点 接在一起,电动机只引三根线即可,但是因其三组单相交交变频器 的输出联在一起,其电源进线必需隔离,因此三组单相交交变频器 要分别用三个变压器供电；第 7 章 PWM 掌握技术1试说明 PWM 掌握的基本原理；答： PWM 掌握就是对脉冲的宽度进行调制的技术；即通过对一系 列脉冲的宽度进行调制, 来等效地获得所需要波形 （含外形和幅值）；在采样掌握理论中有一条重要的结论：冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其成效基本相同,冲量即窄脉冲的 面积；成效基本相同是指环节的输出响应波形基本相同；上述原理 称为面积等效原理以正弦 PWM 掌握为例；把正弦半波分成N 等份,

35、就可把其看成是 N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形；这些脉冲宽度相等,都 等于 /N,但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线,各脉冲 幅值按正弦规律变化；假如把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不 等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点 重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等,就得 到 PWM 波形；各 PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的；依据面积等效原理,PWM 波形和正弦半波是等效的；对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到 PWM 波形；可见,所得到的 PWM 波形和期望得到的正弦波等效；18 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 18 页