袁燕-电力电子技术习题答案

电力电子技术习题答案电力电子技术习题答案 第 1 章 电力电子器件 1-1 晶闸管具有 可控的单向导电 导电特性。 1-2 在型号为 KP10-12G 中， 数字 10 表示_额定电流 10A ， 数字 12 表示 额定电压 1200V。 1-3 下列元器件中，_B_属于不可控型，_DEGH_属于全控型，_ACF 属于半控型。 A.普通晶闸管 B.整流二极管 C.逆导晶闸管 D.大功率晶体管 E.绝缘栅场效应晶体管 F.双向晶闸管 G.可关断晶闸管 H.绝缘栅极双极型晶体管 1-4 测得某元件 UDRM=840V，URRM=980V，则该元件的额定电压为 800 V，相应的电压等 级为 8 级。 1-5 什么是电力电子技术？电力变换有哪四种基本类型？ 答： 电力电子技术就是利用电力电子器件对电能形态进行变换和控制的一门技术。 电力变换 的四种类型分别是：1）整流：将交流电变换成直流电。2）逆变：将直流电变换成交流电。 3）交流-交流变换：将一种形式的交流电变换成另一种形式的交流电。4）直流-直流变换： 把一恒定的直流电压变换成另一固定或大小可调的直流电压。 1-6 常用的电力电子器件有哪些种类？ 答： 电力电子器件按控制方式的不同可分为三类： 不可控型器件、 半控型器件和全控型器件； 按驱动方式的不同可分为两类： 电流驱动型器件和电压驱动型器件； 按导电机理的不同又可 分为两类：单极性器件和双极型器件。 1-7 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各取决于什么？ 答：晶闸管导通的条件是：阳极与阴极之间加正向电压，同时门极与阴极之间也加正向电压 （门极施加触发电流） 。导通后流过晶闸管的电流取决于外加阳极电源电压及阳极回路阻抗 的大小。负载上的电压近似等于阳极电源电压。 1-8 晶闸管的关断条件是什么？如何实现？晶闸管阻断时其两端电压由什么决定？ 答：晶闸管导通后的自然关断条件是：阳极电流 IA小于维持电流 IH。实现方法是：1）减小 阳极电源电压或增大阳极回路阻抗。2）去掉阳极电源电压或将阳极电源电压反向。 1-9 图 1-38 中阴影部分表示流过晶闸管的电流波形， 设各波形的峰值均为 Im， 试计算各图中 的电流平均值和电流有效值。 图 1-38 习题 1-9 图 解： 1-10 上题中如果不考虑安全裕量，问 100A 的晶闸管允许通过的平均电流各为多少？ 解：额定电流 IT(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值 I =157A，由上题计算结果知： a) Im1 4767. 0 I 329.35（A） Id10.2717 Im189.48（A） b) Im2 6741. 0 I 232.90（A） Id20.5434 Im2126.56（A） c) Im3 5 . 0 I 314（A） Id31/4Im378.5（A） 1-11 型号 KP100-3、维持电流 IH=4mA 的晶闸管,使用在图 1-39 所示电路中是否合理,为什 么?（不考虑电压、电流裕量） (a) (b) (c) 图 1-39 习题 1-11 图 解： （a）I=100/50=2（mA） ，因 I300V，所以电压指标不合理。 （c）晶闸管导通后，流过晶闸管的电流为 Id=IT =150/1=150（A） KP100-3 晶闸管允许流过的电流有效值为 I =157A，显然，IT 1，显然带电 阻负载时负载电流有效值大一些， 故流过晶闸管的电流有效值亦大一些， 所以供电给电阻负 载时晶闸管额定电流应选大一些。 2-4 单相桥式全控整流电路带电阻性负载，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，结 果会怎样？画出此时的 ud和 uT的波形。若这只晶闸管的阳、阴极之间被烧成短路，结果又 会怎样？ 解：若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，则 ud和 uT的波形如图题解 2-4 所示。 若这只晶闸管的阳、 阴极之间被烧成短路， 则将会造成电源短路事故， 应注意采取保护措施。 习题 2-4 题解图 2-5 某单相半波可控整流电路，带电阻性负载，要求输出直流电压 Ud=75V，直流电流 Id=20A，采用 220V 交流电网直接供电，试计算晶闸管的控制角和导通角、负载电流的有效 值及电路的功率因数。 解：整流输出平均电压 将 Ud=75V、U2=220V 代入上式，可求得 cos=0.5152 则 控制角 60º 导通角 =-=120º 负载电流值有效值 I=Kf Id 查教材表 2-2 知，=60º 时，Kf =1.88，故 I=Kf Id=1.88× 20=37.6（A） 电路的功率因数 cos=P/S R= Ud/Id=3.75（） P=UI=I2R=5301.6（W） S=U2I2= U2I=8272（VA） 所以， cos=P/S=0.64 2-6 某电阻性负载，Rd=50，要求 Ud在 0600V 可调，用单相半波和单相全控桥两种电路 供电，分别计算： （1）晶闸管额定电压、额定电流。 （2）连接负载的导线截面积（导线允许电流密度 j=6A/mm2） 。 （3）负载电阻上消耗的最大功率。 2 cos+1 45U. 0=U 2d 解：1）单相半波电路供电时 （1） =0º 时 U2= Ud/0.45=1333（V） Id= 600/50=12（A） 流过晶闸管的电流有效值 IT =1.57× Id=18.84（A） 故，晶闸管额定电流 IT(AV) =（1.52）IT/1.57=1824（A） 晶闸管承受的最大正反向电压 UTM = 2 U×2=1885（V） 故，晶闸管额定电压 UTn=（23）UTM =37705655（V） （2）负载电流的最大有效值 I =1.57× Id=18.84（A） 导线截面积 SI/j=18.84/6=3.14mm2 （3）负载电阻上消耗的最大功率 P= I2R=18.842× 50=17.75（kW） 2）单相全控桥电路供电时 =0º 时 U2= Ud/0.9=667（V） Id= 600/50=12（A） 负载电流有效值 I=1.11× Id=13.32（A） 流过晶闸管的电流有效值 IT =2I=9.42（A） 故，晶闸管额定电流 IT(AV) =（1.52）IT/1.57=912（A） 晶闸管承受的最大正反向电压 UTM = 2 U×2=943（V） 故，晶闸管额定电压 UTn =（23）UTM =18862829（V） （2）负载电流的最大有效值 I =13.32（A） 导线截面积 SI/j=13.32/6=2.22mm2 （3）负载电阻上消耗的最大功率 P= I2R=13.322× 50=8.87（kW） 2-7 单相桥式全控整流电路，大电感负载，U2=110V，Rd = 4： （1）求 =30° 时的 Ud和 Id； （2）若负载端并接续流管，求 =30° 时的 Ud、Id，以及 IdT 、 IdD 、IT 、 ID； （3）画出以上两种情况下的电压、电流波形。 解： （1）=30° 时，Ud=0.9U2cos=85.7（V） Id= Ud/Rd=21.4（A） （2）负载端并接续流管时， 将 =30° 代入上式，求得 Ud=92.4V Id= Ud/Rd=23.1（A） IdT d I 2 - =9.63（A） IdD d I =3.85（A） I T d I 2 - =14.9（A） 2 cos+1 45U. 0=U 2d 2 cos+1 9U. 0=U 2d 2 cos+1 9U. 0=U 2d I D d I =9.43（A） （3）不接续流管时的波形如图题解 2-7a 所示，接续流管时的波形如图题解 2-7b 所示。 （a） （b） 习题 2-7 题解图 2-8 单相半控桥式整流电路对恒温电炉供电， 电炉电热丝电阻为 34， 直接由 220V 交流输 入，试选择晶闸管的型号规格（考虑 2 倍余量） ，并计算电炉功率。 解：整流输出平均电压 =0º 时 Ud =0.9U2=198（V） 负载电流平均值 Id = Ud/Rd=5.82（A） 2 cos+1 9U. 0=U 2d 负载电流有效值 I =1.11× Id=6.46（A） 流过晶闸管电流有效值 IT =2I=4.57（A） 晶闸管额定电流 IT(AV) =2× IT/1.57=5.82（A） 取 IT(AV) =10A 晶闸管承受的最大正反向电压 UTM = 2 U×2=311（V） 晶闸管额定电压 UTn =2× UTM =622（V） 取 UTn =700V 所以，选取晶闸管型号规格为 KP10-7 两只。 电炉功率为 P= I2R=6.462× 34=1.42（kW） 2-9 三相半波可控整流电路带电阻性负载，试画出 =30° 时 ud、iT1和 uT1波形。 解：波形如下如图题解 2-9 所示。 习题 2-9 题解图 2-10 三相半波可控整流电路带电阻性负载，当 A 相 VT1无触发脉冲时，试画出 =15° 和 =60° 两种情况下的 ud波形。 解：=15° 时波形如图题解 2-10a 所示，=60° 时波形如图题解 2-10b 所示。 习题 2-10 题解图 2-11 三相半波可控整流电路带大电感负载，试画出 =45° 时： （1）不接续流管时 ud、iT1和 uT1波形。 （2）并接续流管后 ud、iT1和 iD波形。 解：不接续流管时的波形如图题解 2-11a 所示，接续流管时的波形如图题解 2-11b 所示。 t t 0 uA uBuC =45º t ud 0 ugug1ug2ug3ug1 0 t iT1 Id uT1 uACuAB 0 0 uAuBuC =45º t ud t 0 ugug1ug2ug3ug1 0 t iT1 Id 0 t iD Id （a） （b） 习题 2-11 题解图 2-12 三相半波可控整流电路带大电感负载， Rd=10， U2=220V， 求 =45° 时的 Ud、 Id、 IdT、 IT和 I2。 解： Ud=1.17 U2cos=182（V） Id = Ud / Rd=18.2（A） IdT = d I 3 1 =6.1（A） I2= IT = d I 3 1 = 0.577 Id=10.5（A） 2-13 三相半波可控整流电路，带电动机负载并串入足够大的平波电抗器，接续流二极管。 已知 U2=220V，电动机负载电流为 40A，负载回路总电阻为 0.2，求 =60° 时流过晶闸管 和续流管的电流平均值、有效值以及电动机的反电势。 解：整流输出平均电压为 3 )30+cos(+1 U17 . 1 =U o 2d =148.6（V） 流过晶闸管的电流平均值为 do o dT I 360 -150 =I=40× 360 06-150 o oo =10（A） 流过晶闸管的电流有效值为 do o T I 360 -150 =I=40× 360 -150 o o =20（A） 续流二极管的电流平均值为 do o dD I 120 30- =I=40× 120 30-06 o oo =10（A） 续流二极管的电流有效值为 do o D I 120 30- =I=40× 120 30-60 o oo =20（A） 因为 d d d R E-U =I 所以，电动机反电势为 E=Ud-IdR