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1、1第二章 电力电子器件4. 图 1-1 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 Im，试计算各波形的电流平均值 Id1、I d2、I d3 与电流有效值I1、I 2、I 3。 0 02 22 44 254a) b) c)图 1-430图 1-1 晶闸管导电波形解：a) Id1= = ( ) 0.2717 Im214)(sintdIm2mI1I1= = 0.4767 Im42)i(t4b) Id2 = = ( ) 0.5434 Im )(sndIm mI12I2 = = 0.6741I42)i(1t43c) Id3= = Im120)(tdIm1I3 = = Imt5.
2、 上题中如果不考虑安全裕量,问 100A 的晶闸管能送出的平均电流Id1、 Id2、I d3 各为多少？这时，相应的电流最大值 Im1、 Im2、I m3 各为多少?解：额定电流 I T(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 329.35A， Id1 0.2717 Im1 89.48A476.0I b) Im2 232.90A, Id2 0.5434 Im2 126.56A1c) Im3=2 I = 314A, Id3= Im3=78.5A416. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答
3、：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管V1、V 2,分别具有共基极电流增益 和 ，由普通晶闸管的分析可得，12+ =1 是器件临界导通的条件。 + 1，两个等效晶体管过饱和而导通；+ 1，不能维持饱和导通而关断。GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：21) GTO 在设计时 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，易于 GTO 关断；22) GTO 导通时的 + 更接近于 1，普通晶闸管 + 1.15，而 GTO 则1 12为 + 1.05，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱
4、和，这样为门极控制关12断提供了有利条件；3) 多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得 P2 极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。第三章整流电路5单相桥式全控整流电路，U 2=200V，负载中 R=2，L 值极大，反电势E=100V，当 =45时，要求： 作出 ud、i d 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：u d、i d 和 i2 的波形如下图：u2O tO tO tudidi2O tIdIdId 整流输出平均电压 Ud、电流
5、 Id，变压器二次侧电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U 2 cos0.9200cos45127.28(A)Id (U dE)/R(127.28100)/213.64(A)I2I d 13.64(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2200 282.8（V ）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTI d 9.64（A）故晶闸管的额定电压为：UN(23)282.8565.6848.4（V）晶闸管的额定电流为：IN(1.52)9.641.579.2112.28（A ）3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。11三相半波可控整流电路，U 2=100V，带电阻电感负载， R=5，L
6、 值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、i d 和 iVT1 的波形； 计算 Ud、I d、 IdT 和 IVT。解：u d、i d 和 iVT1 的波形如下图：udua ubucidO tO tO tiVT1=30u2 uaubucO tU d、I d、I dT 和 IVT 分别如下Ud1.17U 2cos1.17100cos6058.5（V）IdU dR58.5511.7（A ）IdVTI d311.733.9（A ）IVTI d 6.755（A ）13三相桥式全控整流电路，U 2=100V，带电阻电感负载， R=5，L 值极大，当 =60时，要求： 画出 ud、i d 和 iVT1
7、的波形； 计算 Ud、I d、I dT 和 IVT。解：u d、i d 和 iVT1 的波形如下：4= 60u2uduabuacubcubaucaucbuabuacua ub ucO tt1O tid tO tOiVT1U d、I d、I dT 和 IVT 分别如下Ud2.34U 2cos 2.34100cos60117（V ）IdU dR117523.4（A）IDVTI d323.437.8 （A）IVT Id 23.4 13.51（A）14单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L =，E =40V，U 2=100V，L B=0.5mH，当 =60时求 Ud、I d 与 的数值，并画出整流电
8、压 ud 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud0.9U 2cosU dU d2X BIdId（U dE）R解方程组得：Ud（R 0.9U 2cos 2X BE）（R2X B）44.55（V ）U d0.455（V）Id4.55（A）又 U 2cos)(BdI即得出=0.479860换流重叠角 61.33 60=1.33最后，作出整流电压 Ud 的波形如下：5O tO tudu217三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1 ，L=， U2=220V， =60，当L B=0 和L B=1mH 情况下分别求 Ud、I d 的值，后者还应求 并分别作出 ud 与 iT 的波形。解：当 LB0
9、 时：Ud2.34U 2cos2.34220cos60257.4（V ）Id（U dE ）R（257.4200）157.4（A）当 LB1mH 时Ud2.34U 2cos UdU d3X BIdId（U dE）R解方程组得：Ud（2.34U 2R cos3X BE）（R3X B）244.15（V ）Id44.15（A）U d13.25（V）又 2X BId U2cos)(60.4485)0cos( 63.3560 3.35ud、 IVT1 和 IVT2 的波形如下：u2udiVT1 tO tOtO ua ub ucuabuacubcubaucaucbuabuac IdiVT2 tO Id21试
10、计算第 13 题中 i2 的 5、7 次谐波分量的有效值 I25、I 27。6解：第 13 题中，电路为三相桥式全控整流电路，且已求得Id23.4（A）由此可计算出 5 次和 7 次谐波分量的有效值为：I25 Id5 23.453.65（A）66I27 Id7 23.472.61（A）27三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L = ，U 2=220V，L B=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-2.34U 2cos UdU d3X BIdId（U dE M）R三式联立求解，得Ud-2.
11、34U 2R cos 3X BEM(R3X B)290.3（V）Id109.7（A）由下式可计算换流重叠角： 2X BId U20.1279cos)(6 0.627910s 128.901208.90送回电网的有功功率为P= =-400109.7+109.721=-31.85(kW)RIEdM228单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L = ，U 2=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-0.9U 2cos UdU d2X BIdId（U dE M）R三式联立求解，得Ud -R 0.9U2cos2X BEM
12、（R2X B）49.91（V）Id49.09（A）又 U 2=0.2181cos)(BdI即得出=-0.7181120cs换流重叠角 135.9 120=15.97第四章 逆变电路4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？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。在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由
13、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。5. 三相桥式电压型逆变电路，180导电方式，U d=100V。试求输出相电压的基波幅值 UUN1m 和有效值 UUN1、输出线电压的基波幅值 UUV1m 和有效值UUV1、输出线电压中 5 次谐波的有效值 UUV5。 解：输出相电压的基波幅值为=63.7(V)ddUN1m637.02输出相电压基波有效值为：=45(V)d145.2U输出线电压的基波幅值为8=110(V)ddUV1m1.32U输出线电压基波的有效值为=78(V)dd1UV78.062输出线电压中五次谐波 的表达
14、式为：5ut5sin3dUV其有效值为：=15.59(V)2d5第五章 直流-直流变流电路1简述图 5-1a 所示的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，u oE。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，u o0。一个周期内的平均电压 Uo 。输出电压小于电源电压，起到降压的作用。Etofn2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=20V，T =50s,t on=20s ,计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io。解：由于 L 值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为Uo= = =80(V)Ttn502输出电流平均值为Io = = =5(A)REM-1383在图 5-1a 所示的降压斩波电路中，E=100V， L=1mH，R=0.5，E M=20V，采用脉宽调制控制方式，T =20s，当 ton=10s时，计算输出电压平均值 Uo，输出电流平均值 Io，计算输出电流的最大和最小值瞬时值并判断负载电流是否连续。解：由题目已知
