电力电子技术课后习题及解答.pdf

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1、 电力电子技术习题及解答第1章思考题与习题晶闸管的导通条件是什么？导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定？答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UA决定。晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定？答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流b减小，h下降到维持电流L以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压也决定。温度升高时，晶

2、闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流品会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：（1）L=0,阳极电压升高至相当高的数值；（1）阳极电压上升率d u/d t 过高；（3）结温过高。请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即0=%+，红。试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。请简述光控晶闸管的有

3、关特征。答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。型号为K P 1 0 0-3,维持电流1 产4 侬的晶闸管，使用在图题所示电路中是否合理，为什么？（暂不考虑电压电流裕量）图题答：（a）因为，=3 =2WA /H，所以不合理。A 50K。H200V（b）因为，=-=2 0 A,K P 1 0 0 的电流额定值为1 0 0 A,裕量达5八10Q倍，太大了。（C）因 为 =竺=1 5 0 4,大于额定值，所以不合理。“in图题中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为L,试计算

4、各图的电流平均值.电流有效值和波形系数。解：图（a）：IT W）=f I s i n =17t 71K f=/丁 二T(AV)图(b)：图题L 9I f”.2IT(A V)=I Iin sin cotdcot)=L)Jo 兀IT=J(/w sin cot)2 d(cot)-T=，二 J。V2Kr=ITJT(AV)图(c)：1 1.3IT(A V)=L Im sin cotdcot)=Im7i 2乃IT=TC尸 2,(/j S i n 创)a cot)=Ini06 3/,“图(d)：K 尸一 T(AV)(15 2,“T(AV)V _ I/T 一I r-T(AV)1 I图(f)：IT(A V)=I

5、；Imd(CDt)二才I t=J3(2 2 d 3)=，V 24 J o 2K 尸一=2T(AV)上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A 的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少？解：(a)图波形系数为，则有：XAV)=X，IT(A V)=100 A(b)图波形系数为，则有：IT(A V)=(c)图波形系数为，则有：X，T(A V)=*，IT(A V)=(d)图波形系数为，则有：X，T(AV)=X，IT(A V)=(e)图波形系数为，则有：X，7(A V)=*，IT(A V)=(f)图波形系数为2,则有:2 x T(AV)=X,IT(A V)=某晶闸管型号规格为K P 200-8 D,试问型

6、号规格代表什么意义？解：K P 代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A,8 代表晶闸管的正反向峰值电压为8 00V,D 代表通态平均压降为0.6 V 15 x l 0-30.5r 15 0 x l 0=15 0/zv,所以脉冲宽度必须大于15 0M。单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题所示，交流电源电压有效值为220V o（1）考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？（2）若当电流的波形系数为K k 时，通过晶闸管的有效电流为100A,考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？解：（1）考虑安全余量，取实际工作电压的2 倍UT=220X2XV 2 6 22V

7、,取 6 00V（2）因为K 产，取两倍的裕量,则：2IT（A V）2.22X100A得：IT pd=udld。相控整流电路带大电感负载时，虽然U”存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与 Id的乘积等于负载有功功率。某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流L=30A,如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V供电的单相半波相控整流电路,是否两种方案都能满足要求?试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。解：采用由220v交流直接供电当a =0时：5 尸 x=99V由变压器降压到60V供电当a =00时：Ud=x=27

8、V因此，只要调节a都可以满足输出024V直流电压要求。(1)采用由220V交流直接供电时：Ud=0.4 5 4 1士 .丝,Ud=24V 时 a 121 8=180-121=59T(AV)IT _ 84L57-L5754A取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为622V和 108A。电源提供有功功率 P=/22/?=842 x 0.8=5644.8W电源提供视在功率 5 =t/2Z2=8 4 x 2 2 0 =1 8.5 8 A:E 4电源侧功率因数PP F =。0.3 0 5S(2)采用变压器降压到6 0 V供电:Ud=0.4 5 U+：s cUF=24V 时 a *3 9,0

9、=1 8 0 3 9 =1 4 1 h 3 0；n A v)=-=3 2.7 Ar u v)1.5 7 1.5 7取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为和。变压器二次侧有功功率 P =7/?=5 1.3 82 x 0.8 =2 1 1 2 W变压器二次侧视在功率 S=U2I2=6 0 x 5 1.3 8 =3.0SkVA电源侧功率因数 P F-0.6 8S某电阻性负载，&=5 0。，要 求U,在0 6 0 0 V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1)晶闸管额定电压、电流值；(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6 A /m m2)；(3)负载电阻

10、上消耗的最大功率。解：(1)单相半波a =0 时，=Ud0.456000.451333V,ldL _ 60012A晶闸管的最大电流有效值Ir=1.57 Id=18.8A晶闸管额定电流为=12(A)1.57晶闸管承受最大电压为URM V2L/2=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和30A。所选导线截面积为 S 2%=18.%=3.13加加2负载电阻上最大功率 PR=L；R=17.7kW(2)单时，U,=j=667V,ld2 0.9 0.9 负载电流有效值晶闸管的额定电流为相 全 控 桥 =0 6 0 0=-=-=1 2 A段,50/=13.3/1(K 产IT(A

11、 V)-6(A)IT j 1.57 V2晶闸管承受最大电压为 UKM V2t/2-1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和20A。所选导线截面积为 S 2%=13.%2 2.22mm2负载电阻上最大功率&=/2R=8.9AW整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题？分别画出电阻性负载和大电感负载在a=60时的输出电压1、电流储的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知1 1 尸2 2 0 丫，分别计算其输出直流电压值为。(3)画出电阻性负载a=6 0。时晶闸管两端的电压5波形，说明该电路晶闸管承受的最大反

12、向电压为多少？图题解：(1)因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。(2)其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：力=0.9 二 =a，.220 x(1+cos600)=48 5 Vd2 2 2感性负载：L=0.9 U 2 c o s c =9 9 V(3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为2 同2。带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前1 5 处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为1 0 和 2 0。时负载两端的电 压 Ud 波形。解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点，如触发脉冲左移到自然换流点

13、之前1 5 处，触发脉冲宽度为1 0 时，不能触发晶闸管，5=0。触发脉冲宽度为1 5 时，能触发晶闸管，其波形图相当于a=0 时的波形。三相半波相控整流电路带大电感负载，氏=1 0。，相电压有效值Uz=2 2 0 V。求a =4 5 时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流h r和有效电流IT,画出5、九、UT 3 的波形。解：Ud=-V2 t/2 sin Md(cot)=U2 cos a6因为：U2=220V,a =45UFU 2 cos45=182VUd _ 182 VR(l 10Q=18.2/1&嚓 小，=6/4Ud、i*、UT3波形图如下所示:在图题所示电路中，当a=6 0时，画出下

14、列故障情况下的Ud波形。(1)熔断器1FU熔断。熔 断 器2FU熔断。(3)熔断器2FU、3FU同时熔断。图题解：这三种情况下的波形图如下所示：(a)(b)(c)现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流I d都是4 0 A,问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大？解：设a =0 单相半波：I(IT-I)()220.05 x 2/2Jc-7r2(-D)l-D _ 1-0.6670.05 x 82/2-0.05 x 8 x 0.05 x 10-3 x(50 x 103)2=6.66x10 y 尸=6.66图题所示的电路工作在电感电流连续的情况下，器 件 T

15、 的开关频率为1 0 0 k H z,电路输入电压为交流2 2 0 V,当 R i 两端的电压为4 0 0 V 时：(1)求占空比的大小；(2)当 RL=40Q时，求维持电感电流连续时的临界电感值；(3)若允许输出电压纹波系数为，求滤波电容C的最小值。题图解:(1)由题意可知：。0U1-D。-22。U。400DT.(2)品=尸 勿=“OK0.45 x 0.01 x 10-3 x 2202x10=49.5丽(其中(3)必=区U。R,.Cc一 DTSUO 0.45 x IQ-5Rd一 40 x0.01=11.25在 Boost变换电路中，已知Ud=50V,L 值 和 C值较大，R=20Q,若采用脉

16、宽调制方式，当 Ts=40us,toFZO us时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I。解：u0=t(,n+t，ff-Ud=100Vtnff d-D 0.5由于L 和 C 的值都比较大,UQ _ 100 R )有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压UF10V,输出电压U。调节为 5V不变。试求：(1)占空比；(2)电容器G 两端的电压IU(3)开关管的导通时间和关断时间。解：因为 u0=-udI-D则_o_“Ud-5 _ 1-5-10-3(注意=-5V)(2)U c=-xl0=15VC1 -D d,13(3)t D T =-x-J-=667/JS3 5OxlO3toff=(1 O)T=2 x 1 _-=13.34/zvoff 3 50 x10-3 产