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電力電子技術(shù)習(xí)題答案第四版王兆安主編-wenkub

2022-11-28 10:06:42 本頁面
 

【正文】 , XB=,求 Ud、 Id、 IVD、 I2 和的值并作出 ud、 iVD和 i2的波形。 最后,作出整流電壓 Ud的波形如下: O?? tO ? t?udu 2 15.三相半波可控整流電路,反電動勢阻感負載,U2=100V, R=1Ω, L=∞, LB=1mH,求當 =30?時、 E=50V時 Ud、 Id、 的值并作出 ud與 iVT1和 iVT2的波形。= 117( V) Id= Ud∕ R= 117∕ 5= ( A) IDVT= Id∕ 3= ∕ 3= ( A) IVT= Id∕ 3 = ∕ 3 = ( A) 14.單相全控橋,反電動勢阻感負載, R=1Ω, L=∞, E=40V, U2=100V, LB=,當 =60?時求 Ud、 Id與 的數(shù)值,并畫出整流電壓 ud的波形。 解:① ud、 id和 iVT1的波形如下: ?? = 6 0 176。 100179。 10.有兩組三相半波可控整流電路,一組是共陰極接法,一組是共陽極接法,如果它們的觸發(fā)角都是,那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽極組的觸發(fā)脈沖對同一相來說,例如都是 a相,在相位上差多少度? 答:相差 180176。 解:假設(shè) ??0? ,當負載為電阻時, ud的波形如下: u d u a u b u cO ? tu d u a u b u cO ? t? 當負載 為電感時, ud的波形如下: u d u a u b u cO ? tu d u a u b u cO ? t 8.三相半波整流電路,可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法,每段的電動勢相同,其分段布置及其矢量如圖 260所示,此時線圈的繞組增加了一些,銅的用料約增加 10%,問變壓器鐵心是否被直流磁化,為什么? a1A B CNnNABCn圖 2 6 0b1c1a2b2c2 a1b1c1a2b2c2 圖 260 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答:變壓器鐵心不會被直流磁化。 = 283~424( V) 晶閘管的額定電流為: IN= (~2)179。 解:① ud、 id和 i2的波形如下圖: u2O ? tO ? tO ? tudidi2O ? tIdIdId???? ②整流輸出平均電壓 Ud、電流 Id,變壓器二次側(cè)電流有效值 I2分別為 Ud= U2 cosα= 179。 解:注意到二極管的特點:承受電壓為正即導(dǎo)通。 = 283~424( V) 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 解:① ud、 id、和 i2的波形如下圖: u2O ? tO ? tO ? tudidi2O ? tIdId???? ②輸出平均電壓 Ud、電流 Id,變壓器二次電流有效值 I2分別為 Ud= U2 cosα= 179。 對于電感負載:(α ~ π+α)期間,單相全波電路中 VT1導(dǎo)通,單相全控橋電路中 VT VT4導(dǎo)通,輸出電壓均與電源電壓 u2 相等;(π+α ~ 2π+α)期間,單相全波電路中 VT2導(dǎo)通,單相全控橋電路中 VTVT3導(dǎo)通,輸出波形等于 u2。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。因此,在電源電壓 u2的一個周期里,以下方程均成立: tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮到初始條件:當 t= 0時 id= 0可解方程得: )c os1(2 2d tLUi ?? ?? ? ?? ? ???? 20 2d )(d)c os1(221 ttLUI = LU?22 =(A) ud與 id的波形如下圖: 0 ? 2 ? ? tu20 ? 2 ? ? tud0 ? 2 ? ? tid 當α= 60176。 9. 試說明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點。 電力 MOSFET 驅(qū)動電路的特點:要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻, 驅(qū)動功率小且電路簡單。 MOSFET的輸入電容是低泄漏電容,當柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過 ? 20 的擊穿電壓,所以為防止 MOSFET因靜電感應(yīng)而引起的損壞,應(yīng)注意以下 幾點: ① 一般在不用時將其三個電極短接; ② 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地,測試時所有儀器外殼必須接地; ③ 電路中,柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 ④ 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。 0 02 ? 2 ?2 ?? ??4?4 ?25 ?4a) b) c)圖1 4 30 圖 143 晶閘管導(dǎo)電波形 解: a) Id1=π21 ??? ??4 )(sin ttdIm=π2mI ( 122? )? Im I1= ??? ??? 4 2 )()sin(21 tdtI m=2mI?2143? ? Im b) Id2 =π1 ??? ??4 )(sin ttdIm=πmI ( 122? )? Im I2 = ??? ??? 4 2 )()sin(1 tdtI m= 22mI?2143? ? m c) Id3=π21 ?20 )(? ?tdIm=41 Im I3 = ?20 2 )(21 ? ?? tdIm =21 Im 4. 上題中如果不考慮安全裕量 ,問 100A 的晶閘管能送出的平均電流 Id Id Id3各為多少?這時,相應(yīng)的電流最大值 Im Im Im3各為多少 ? 解:額定電流 I T(AV) =100A的晶閘管,允許的電流 有效值 I =157A,由上題計算結(jié)果知 a) Im1? ?, Id1 ? Im1? b) Im2? ?, Id2 ? Im2? c) Im3=2 I = 314, Id3=41 Im3= 5. GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結(jié)構(gòu) , 為什么 GTO能夠自關(guān)斷 , 而普通晶閘管不能 ? 答: GTO和普通晶閘管同為 PNPN結(jié)構(gòu),由 P1N1P2和 N1P2N2構(gòu)成兩個晶體管 V V2,分別具有共基極電流增益 1? 和2? ,由普通晶閘管的分析可得, 1? +2? =1是器件臨界導(dǎo)通的條件?;颍?uAK0且 uGK0。178。178。178。178。 35 第 7章 軟開關(guān)技術(shù) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 目 錄 第 1章 電力電子器件 178。178。178。178。178。 4 第 3章 直流斬波電路 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 2. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么?怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變 為關(guān)斷? 答:維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流,即維持電流。 1? +2? > 1,兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通;1? + 2? < 1,不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 7. IGBT、 GTR、 GTO和電力 MOSFET的驅(qū)動電路各有什么特點? 答: IGBT驅(qū)動電路的特點是:驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻, IGBT是電壓驅(qū)動型器件, IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集 成驅(qū)動器。 8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么?試分析 RCD緩沖電路中各元件的作用。 解:對 IGBT、 GTR、 GTO和電力 MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表 : 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關(guān)速度高,開關(guān)損耗小,具有耐脈沖電流沖擊的能力,通態(tài)壓降較低,輸入阻抗高,為電壓驅(qū)動,驅(qū)動功率小 開關(guān)速度低于電力 MOSFET,電壓,電流容量不及 GTO GTR 耐壓高,電流大,開關(guān)特性好,通流能力強,飽和壓降低 開關(guān)速度低,為電流驅(qū)動,所需驅(qū)動功率大,驅(qū)動電路復(fù)雜,存在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大,適用于大功率場合,具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),其通流能力很強 電流關(guān)斷增益很小,關(guān)斷時門極負脈沖電流大,開關(guān)速度低,驅(qū)動功率大,驅(qū)動電路復(fù)雜,開關(guān)頻率低 電 力 MOSFET 開關(guān)速度快,輸入阻抗高,熱穩(wěn)定性好,所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單,工作頻率高,不存在二次擊穿問題 電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置 第 2 章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電, L=20mH, U2= 100V,求當α= 0?和 60?時的負載電流 Id,并畫出 ud與 id波形。時,在 u2正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L儲能,電感 L儲藏的能量在 u2負半周期 180?~300?期間釋放,因此在 u2一個周期中 60?~300?期間以下微分方程成立: tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮初始條件:當 t= 60?時 id= 0可解方程得: )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c os21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時 ud與 id的波形如下圖: ? tudid+ +? t? tu20?+ + 2.圖 29為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路,問該變壓器還有直流磁化問題嗎?試說明:①晶閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ;②當負載是電阻或電感時,其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。 ① 以晶閘管 VT2為例。 可見,兩者的輸出電壓相 同,加到同樣的負載上時,則輸出電流也相同。 100179。 流過晶閘管的電流有效值為: IVT= Id∕ 2 = ( A) 晶閘管的額定電流為: IN=( ~2)179。因此,二極管承受的電壓不會出現(xiàn)正的部分。 100179。 ∕ = 6~8( A) 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列 參數(shù)選取。原因如下: 變壓器二次繞組在一個周期內(nèi):當 a1c2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時, a1的電流向下流, c2的電流向上流;當 c1b2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時, c1 的電流向下流, b2 的電流向上流;當 b1a2對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時, b1的電流向下流,a2 的電流向上流;就變壓器的一次繞組而言,每一周期中有兩段時間(各為 120?)由電流流過,流過的電流大小相等而方向相反,故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零,所以變壓器鐵心不會被直流磁化。 11.三相半波可控整流電路, U2=100V,帶電阻電感負載, R=5Ω, L值極大,當 =60?時,要求: ① 畫出 ud、 id和 iVT1的波形; ② 計算 Ud、 Id、 IdT和 IVT。 cos60176。u2uduabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ ⅥubucO ? t? t1O ? tid? tO? tOiVT1 ② Ud、 Id、 IdT和 IVT分別如下 Ud= = 179。 解:考慮 LB時,有 : Ud= -Δ Ud Δ Ud= 2XBId∕π Id=( Ud- E)∕ R 解方程組得: Ud=(π R + 2XBE)∕(π R+ 2XB)= ( V) Δ Ud= ( V) Id= ( A) 又∵ ?cos - )cos( ??? = 2 BdXI ∕ U2 即得出 )60cos( ??? = 換流重疊角 = 176。 解:考慮 LB時,有: Ud= -Δ Ud Δ Ud= 3XBId∕ 2π Id=( Ud- E)∕ R 解方程組得: Ud=(π R + 3XBE)∕( 2π R+ 3XB)= ( V) Δ Ud= ( V) Id= ( A) 又∵ ?cos - )cos( ??? = 2 BdXI ∕ 6 U2 即得出 )30cos( ??? = 換流重疊角 = 176。 解:三相橋式不可控
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