电力电子变流技术课后答案第2章.docx
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电力电子变流技术课后答案第2章
第二章单相可控整流电路
习题与思考题解
2-1.什么是整流它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的解:
整流电路是一种AC/DC变换电路,即将交流电能变换为直流电能的电路,它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。
2-2.某一电热装置(电阻性负载),要求直流平均电压为75V,电流为20A,采用单相
半波可控整流电路直接从220V交流电网供电。
计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值,并选择晶闸管。
解:
(1)整流输出平均电压
121
Ud=2U2sin.td(.t)=2U2sin.td(.t)
22
=2U21cos0.45U21cos
2222
Id=Ud=20(A)
R
R=Ud/Id=75/20=Ω
负载电流有效值I,即为晶闸管电流有效值IV1,所以
晶闸管可能承受的最大正反向电压为
2U22220311(V)所以,可选择额定通态平均电流为30A、额定电压为400V的晶闸管。
按裕量系数2,可选择额定通态平均电流为50A、额定电压为700V的晶闸管。
2-3.带有续流二极管的单相半波可控整流电路,大电感负载保证电流连续。
试证明输出
整流电压平均值Ud2U21cos,并画出控制角为α时的输出整流电压ud、晶闸管承
d2
受电压uV1的波形。
控制角为α时的输出整流电压ud、晶闸管承受电压uV1的波形参阅教材P31中的图2-3
b)、(c)、(d)和(h)。
2-4.将单相半波可控整流电路中电阻负载和电感性负载的工作原理作个比较,找出差别,并画出电阻负载输出电压ud、电流id和晶闸管电压uV1波形;写出Ud、Id计算公式。
解:
电阻性负载电路
输出电流id与输出电压ud相位相同,波形相似。
晶闸管导通区间从α至π,导通角θ=π-α。
ud波形从α至变压器二次电压正变负的过零点。
电感性负载电路
由于电感的储能作用,输出电流id与输出电压ud相位不相同,电流id滞后于电压ud。
而
且,电流id不能随电压ud突变。
晶闸管导通区间从α开始并超过π过零点,导通角θ>π-α。
ud波形从α开始至变压器二次电压正变负的过零点后,进入负半周。
导通角θ的大小,
与负载电感值L有关,L越大,储能越多,θ亦越大,ud波形进入变压器二次电压负半周的部分亦越多,输出电压的平均值Ud亦下降的越多。
当负载为大电感负载时,Ud近似等于
零,此时输出平均电流Id亦很小。
电阻负载输出电压ud、电流id和晶闸管电压uV1波形参阅教材P27中的图2-1。
电阻负载Ud、Id计算公式如下:
(1)整流输出平均电压
(2).负载电流平均值
Id=U
2-5.单相半波大电感负载可控整流电路中,带续流二极管和不带续流二管在输出电压
ud和电流id、晶闸管电压uV1和电流iV1、续流二极管电压uV2和电流iV2波形上有何区别。
写出带续流二极管时ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值计算公式。
解:
不带续流二管时,当负载为大电感负载时,输出电压ud波形与横坐标所围的正负面
积相等,Ud近似等于零,此时输出平均电流Id亦很小。
输出电压ud和电流id、晶闸管电压
uV1和电流iV1的波形参阅教材P30中的图2-2。
其中,iV1的波形与id的波形相同。
带续流二极管时,由于续流二极管的作用,晶闸管从α开始导通,至变压器二次电压正变负的过零点时,由于电感应电动势的作用使续流二级管导通,晶闸管被迫关断,所以,晶闸管导通区间从α至π,导通角θ=π-α。
由于负载为大电感负载,所以负载电流id脉动
很小,近似为一平行横坐标的直线,晶闸管电流iV1、续流二极管电流iV2近似为正向矩形
波,导通角分别为θ=π-α和θ=π+α。
输出电压ud和电流id、晶闸管电压uV1和电流iV1、续流二极管电压uV2和电流iV2波形参阅教
材P31中的图2-3。
带续流二极管时ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值计算公式如下:
输出电压的平均值Ud为
Ud=1c2os
6)晶闸管电流的有效值IV1为
7)续流二极管的平均电流IV2AR为
8)续流二极管电流的有效值IV2为
α=30°时,Ud=80V,Id=7A。
计
2-6.有一单相桥式全控整流电路,负载为电阻性,要求
算整流变压器的副边电流I2,按照上述工作条件选择晶闸管。
Ud=×(1+cosα)/2
U2=95V
IVEAR=IV1/kfe=58/≈37(A)
考虑裕量系数2,
2×37=74(A)
22U22295268.7(V)
选额定电流100A、额定电压300V的晶闸管。
2-7.单相全控桥式整流电路接大电感负载,已知U2=100V,R=10Ω,α=45°。
(1)负载端不接续流二极管V4,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效值。
(2)负载端接续流二极管V4,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值。
画出ud、id、iV11、iV4及变压器次级电流i2的波形。
解:
(1)负载端不接续流二极管V4时
输出电压平均值为
=×100×≈(V)
输出直流电流平均值为
IdURd6.37(A)
晶闸管电流的有效值为
IV12
Id2d.t
1
=1Id≈(A)
(2)负载端接续流二极管
V4时
输出电压平均值
2Ud2U2
sin.td.t
0.9U21
cos0.91000.85476.8(V)
22输出直流电流平均值为
Ud
Idd7.68(A)
R
晶闸管与整流二极管电流的有效值IV1、IV2为
续流二极管电流的有效值IV4为
变压器二次电流的有效值I2为
2IV124.706.65(A)
接续流二极管时的ud、id、iV11、iV4及变压器次级电流i2的波形参阅教材P41中的图2-8。
2-8.单相桥式半控整流电路接电阻性负载,要求输出整流电压0~100V连续可调,30V
以上时要求负载电流能达到20A。
当
(1)采用220V交流电网直接供电;2)采用变压器降压供电,最小控制角αmin=30°,试分析比较二种供电方式下晶闸管的导通角和电流有效值、交流侧电流有效值及电源容量。
1cos
Ud0.9Ud
当输出平均电压
Ud为100V时
cos
2Ud
0.9U2
2100
0.0101
min
90
当输出平均电压
Ud为30V时
cos
2Ud
0.9U2
max
134
导通角θ=π-α,所以晶闸管导通角θ=90°
0.9220
2301
0.9220
0.6970
46°。
θ即最大
αmax时,计算
要求在此导通角范围之间,均能输出20A负载电流,故应在最小晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。
Id=20A,则晶闸管平均电流IV1AR=Id/2=10A
α=134°=134π/180=π时
波形系数为
Kf1
sin22(
)3.22
2(1cos
晶闸管电流的有效值为
交流侧电流的有效值为
交流电源容量为
2)采用变压器降压供电时
当αmin=30°时,输出电压为100V,则变压器二次电压为
当Ud=30V时的最大控制角αmax为
αmax≈116
晶闸管导通角θ=π-α,则θ=150°~64°要求在此导通角范围之间,均能输出20A负载电流,故应在最小θ即最大αmax时,计算
晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。
Id=20A,则晶闸管平均电流IV1AR=Id/2=10A当α=116°=116π/180=π时
波形系数为
晶闸管电流的有效值
变压器二次电流的有效值
变压器二次容量
S2
I2U238.01194522VA4.52KVA
可见,在可控整流电路输出较低电压时,采用变压器供电有利于降低所用晶闸管的额定电流和额定电压,以及交流电源的容量。
因为采用变压器供电可使可控整流电路在较小控制角α和较低的变压器二次电压下运行。
2-9.单相桥式半控整流电路,由220V经变压器供电,负载为大电感性并接有续流二极
管。
要求输出整流电压20~80V连续可调,最大负载电流为20A,最小控制角αmin=30
试计算晶闸管、整流管、续流二极管的电流平均值、有效值以及变压器容量。
U2
解:
1、在最小控制角αmin和最大整流输出电压时,计算变压器二次电压
2、在最小整流输出电压时计算出最大控制角αmax
当Ud=20V时的最大控制角αmax为
2Ud1220
0.9U210.995.3
αmax=122
3、在最不利的条件下,计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值I2,因为晶闸管、
整流管、续流二极管电流有效值涉及管芯的发热和合理选择器件的电流额定容量。
变压器次电流I2涉及变压器容量的选择,这些量的计算必须以电路运行中的最大值为基础,以保证器件和设备的安全运行。
晶闸管与整流二极管电流的平均值IV!
AR、IV2AR与有效值IV1、IV2
其最大值出现在αmin=30°时,所以
其最大值出现在αmax=122°时,所以
变压器二次电流的有效值I2
其最大值出现在αmin=30°时,所以
则变压器二次容量
S2I2U218.295.31734.5VA1.7KVA
2-10.单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载,负载两端并接续
流二极管的作用是什么两者的作用是否相同
解:
单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为
其负载两端并接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时,由续流二极管续流,
使晶闸管关断,提高整流输出电压的平均值。
整流输出平均电压为
单相桥式半控整流电路接大电感负载,负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控
现象的发生,保证整流电路的安全运行。
整流输出平均电压亦为
2-11.单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电(反电势负载),在控制角α相同,负载电流平均值相等的条件下,哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些为什么
解:
反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。
因为当控制角为α时,电阻性负载时,晶闸管的导通角θ=π-α。
而反电动势式负载时,当α小于不导电角δ时,θ=π-2δ;当α大于不导电角δ时,
晶闸管的导通角θ=π-α-δ。
所以,反电动势负载时的波形系数Kf1大于电阻性负载时的波形系数Kf2。
当负载电流平
均值相等的条件下,反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流的有效值。
因此,反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。
2-12.直流电动机负载的特点及其等效电路如何串接平波电抗器的意义何在
解:
直流电动机反
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