电力电子技术 第四章习题解
电工电子技术习题答案第四章

R1 4Ω R2 L
I1 I
R2 ( R 2 R 1 ) jX L
= 4∠-53.13°A = 8.25∠22.83°A
R 1 jX L ( R 2 R 1 ) jX L
U I R+I 2 R 2 500 3322.83 = 81.42∠9°V
P=UIcos9°=81.42×10×0.988=804.2W
XL=R· tanφ=54Ω
L=XL/2πf =0.172H
4-15 已知İ=5∠30°, R =2Ω , Z1=-j10Ω , • Z2=(40+30j)Ω, 求İ1、 İ2、U。 R
I1
I2
Z
Z1 Z 2 Z1 Z 2
IS
Z1 Z2
50 36.8 10- 90 40 j20
i2
u
R1 L
R2 C
U 2200 o I1 o 44 53.13 Z1 5 53.13 o o U 220 0 22 36 . 86 I2 o Z2 10 -36.18
Z1=jXL+R1=j4+3 =5∠53.13° Z2= R2- jXC+=8-j6 =10 ∠-36.86° o
İ = İ1+İ2= 22.46∠-28.9°
I=22.46A
4-19 R1=R2= 30Ω, XL=XC=30 3Ω, U=120 0 i 求 I 1 、 2 、 、 ab 。 I I U i1 i2
I 1= 30 j30
12 V V2 = 10 2V
2 1 2
UL ULUC
《电力电子技术》课后答案完整版

王兆安《电力电子技术》(第4版)课后习题解第1章 电力电子器件1.1 使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极注入正向触发电流。
1.2 维持晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断?答:维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流(即维持电流),即H A I I >。
要使晶闸管由导通变为关断,可通过外加反向阳极电压或减小负载电流的办法,使流过晶闸管的电流降到维持电流值以下,即H A I I <。
1.3 图1-43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m I 。
试计算各波形的电流平均值1d I ,2d I ,3d I 与电流有效值1I ,2I ,3I 。
解:a )m m md I I t d t I I 2717.0)122(2)()(sin 2141≈+==⎰πωωπππm m m I I t d t I I 4767.021432)()sin (21421≈+==⎰πωϖπππb ) m mm d I I t d t I I 5434.0)122()()(sin 142≈+==⎰πωωπππm m m I I t d t I I 6471.0214322)()sin (1422≈+==⎰πωϖπππc ) ⎰==20341)(21πωπm m d I t d I I m m I t d I I 21)(212023==⎰ωππ1.4 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流1d I 、2d I 、3d I 各为多少?这时,相应的电流最大值1m I 、2m I 、3m I 各为多少?解:额定电流A I AV T 100)(=的晶闸管,允许的电流有效值A I 157=,由上题计算结果知:a ) A II m 35.3294767.01≈≈A I I m d 48.892717.011≈≈b ) A II m 90.2326741.02≈≈ A I I m d 56.1265434.022≈≈c ) A I I m 31423== A I I md 5.784133==1.5 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:GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构,由211P N P 和221N P N 构成两个晶体管1V 、2V ,分别具有共基极电流增益1α和2α,由普通晶阐管的分析可得,121=+αα是器件临界导通的条件。
电力电子变流技术课后答案第4章有源逆变电路

第四章有源逆变电路习题与思考题解4-1.逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作?解:逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变:1 变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势E d,其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。
2. 变流电路输出的直流平均电压U d的极性必须为负(相对于整流时定义的极性),以保证与直流电源电势E d构成同极性相连,且满足U d<E d。
4-2单相全控桥式逆变电路与单相桥式(二极管)整流电路有何差别?是否所有的整流电路都可以用来作为逆变电路?解:单相全控桥式逆变电路是DC/AC变换电路,是单相全控桥式变流电路工作于逆变状态,其负载为反电动势负载,控制角为α>90°的情况。
单相桥式(二极管)整流电路是AC/DC 变换电路,是单纯的整流电路,相当于单相全控桥式变流电路工作于整流状态,控制角α=0°时的情况。
不是所有的整流电路都可以用来作为逆变电路。
例如,单相、三相半控桥式变流电路,带续流二极管的变流电路都只能工作于整流状态,不能用来作为逆变电路。
4-3.逆变电路工作时为什么会产生短路事故?解:变流器工作在逆变状态时,如果因丢失脉冲、移相角超出范围、甚至突发电源缺相或断相等情况时,都有可能发生换相失败,将使变流器输出的直流电压U d进入正半周范围,U d的极性由负变正,与直流侧直流电源电势E d形成顺向串联,造成短路事故(因逆变电路的内阻R很小)。
这种情况称为逆变失败。
或称为逆变颠覆。
4-4.为什么要限制逆变角的最小值βmin?选择βmin值时应考虑哪些因素?解:为了避免逆变电路发生逆变失败,所以,必须限制逆变角的最小值βmin。
最小逆变角βmin的选取要考虑三个因素,即换相重叠角γ;晶闸管关断时间t off对应的电角度δ;安全裕量角θ0。
故有βmin≥γ+δ+θ04-5.在图4-2(c )中,当α>90°时,为什么必须E d >U d 才能正常逆变工作,E d 与U d 间的差值由何因素决定。
电力电子技术 第4章 习题集答案

U o max
此时负载电流最大,为
1 ( 2U 1 sin t ) 2 dt U 1 0
Po max I
功率因数为:
2 o max
220 R 37.532( KW ) R37532 0.6227 U 1 I O 220 273.98
实际上,此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦,即
cos 0 .6227
60 .54
同理,输出功率为最大输出功率的 50%时,有:
U o 0.5U 1
又由
U O U1
解得:
sin 2 2
90
2、一单相交流调压器,电源为工频 220V ,阻感串联作为负载,其中 R=0.5 ΩL=2mH, 试求①开通角α的变化范围;②负载电流的最大有效值;③最大输出功率及此时电源侧的功 率因数;④当α=
时,晶闸管电流有效值,晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2
解:①负载阻抗角为:
arctan(
l 2 50 2 10 3 ) arctan( ) 0.89864 51.49 R 0.5
开通角α的变化范围为: 即: 0.89864 ③当 时,输出电压最大,负载电流也为最大,此时输出功率最大,为
6、TCR 采用哪种三相交流调压电路( C ) A、星型联结 B、线路控制三角型联结 C、支路控制三角形联结 D、中点控制三角形联结
2 0.803
电力电子技术电力电子技术习题4交流调压习题附答案

电力电子技术电力电子技术习题4交流调压习题附答案交流/交流变换器自测题【练习题5-1】一调光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻载,在a =0 时输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角a。
解:a =0 时输出功电压最大,为:Uomax = 1此时负载电流最大,为:Iomax = UomaxR = UiR输出功率为最大输出功率的50%,有:U0 =又有U0 =Ui sin2a2【练习题5-2】一单相交流调压器,电源为功频220V,阻感串联作为负载,其中R=0.5Ω,L=2mH。
试求:1)开通角a的变化范围2)负载电流的最大有效值;3)最大输出功率及此时电源侧的功率因数;4)当a = π解:(1)负载抗阻角为:φ= arctanωLR = arctan开通角a的变化范围;φ≤a ≤π 即0.***** ≤a ≤π(2)(3)当a= φ时,输出电压最大,负载电流也为最大,此时输出功率最大,为:P功率因数为:实际上,此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦,即:cosφa =/2时,先假设晶闸管的导通角,由式(4-7)得:sin(解上式可得晶军品管导通角为:θ=2.375 =136.1°也可由关系图估计出θ的值。
此时,晶闸管电流有效值为:I=电源的侧功率因数为:λ=RI02于是可得出:λ=RI0【练习题5-3】试从电压波形、功率因数、电源容量、设备重量及控制方式等几方面,分析比较采用晶闸管交流调压与采用自耦调压器的交流调压有何不同?答:晶闸管交流调压电路输出电压的波形是正负半波都被切去一部分的正弦波,不是完整的正弦波,切去部分的大小与延迟角的大小有关。
这种非正弦交流电中包含了高次谐波,会造成干扰,如果不采取措施就会影响其他用电设备的正常工作,这点必须注意。
另外,随着延迟角的增大,功率因数降低,因此,如果输出电流不变,要求电源容量随之增大,这是它的缺点。
但是晶闸管交流调压设备重量轻,控制灵敏,易于实现远方控制和自动调切,这是它的优点。
电力电子第四版 第4章 思考题和习题答案详解

思考题和习题1.双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管额定电流的定义有什么不同? 额定电流为 100A 的两只普通晶闸管反并联可用额定电流多大的双向晶闸管代 替?晶闸管的额定电流参数是在规定的条件下, 晶闸管稳定结温不超过额定结温 时所允许的最大工频正弦半波电流的平均值。
双向晶闸管通常用在交流电路中, 因此不用平均值而用有效值来表示其额定 电流值。
额定电流为100A 的两只普通晶闸管反并联可用额定电流222.14A 的双向晶 闸管代替。
2.如图44所示为单相交流调压电路,U i =220V ,L =5.516 mH ,R =1Ω,试求:(1)触发延迟角的移相范围。
(2)负载电流的最大有效值。
(3)最大输出功率及此时电源侧的功率因数。
(4) 当a =π/2时,晶闸管电流有效值、晶闸管导通角和电源侧功率因数。
解:(1) 3p w j = = R L arctg 触发延迟角的移相范围: p j p £ £ 3 (2) A ZU 110 I i m = = (3) kw R I m 21 . 1 P 2 m = = 5 . 0 = = im m U I P l (4)查图46,得导通角 °»135 q ( ) ( ) A 92 . 61 cos ) 2 cos( sin ) ( sin sin 2 1 2tan = + + - = ï þ ï ý ü ï î ï í ì ú ú û ù ê ê ë é - - - = ò + - j q j a q q p w j a j w p q a a j w a ZU t d e t Z U I i t i o 28 . 0 2 = = io o U I R I l3.一台220V 、 10kW 的电炉, 采用晶闸管单相交流调压, 现使其工作在5 kW , 试求电路的触发延迟角 a 、工作电流及电源侧功率因数。
《电力电子技术》(第三四五章)习题答案

第3章 直流斩波电路1.简述图3-1a 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t on ,由电源E 向L 、R 、M 供电,在此期间,u o =E 。
然后使V 关断一段时间t off ,此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电,u o =0。
一个周期内的平均电压U o =E t t t ⨯+offon on。
输出电压小于电源电压,起到降压的作用。
2.在图3-1a 所示的降压斩波电路中,已知E =200V ,R =10Ω,L 值极大,E M =30V ,T =50μs,t on =20μs,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o 。
解:由于L 值极大,故负载电流连续,于是输出电压平均值为U o =E T t on =5020020⨯=80(V) 输出电流平均值为I o =R E U M o -=103080-=5(A)3.在图3-1a 所示的降压斩波电路中,E =100V , L =1mH ,R =0.5Ω,E M =10V ,采用脉宽调制控制方式,T =20μs ,当t on =5μs 时,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o ,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。
当t on =3μs 时,重新进行上述计算。
解:由题目已知条件可得:m =E E M =10010=0.1 τ=R L =5.0001.0=0.002当t on =5μs 时,有ρ=τT=0.01=τon t=0.0025由于11--ραρe e =1101.00025.0--e e =0.249>m 所以输出电流连续。
此时输出平均电压为U o =E T t on =205100⨯=25(V) 输出平均电流为I o =R E U M o -=5.01025-=30(A) 输出电流的最大和最小值瞬时值分别为I max =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----ραρ11=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----e e =30.19(A)I min =R E m e e ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---11ραρ=5.01001.01101.00025.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---e e =29.81(A) 当t on =3μs 时,采用同样的方法可以得出:αρ=0.0015由于11--ραρe e =1101.0015.0--e e =0.149>m 所以输出电流仍然连续。
(完整)《电力电子技术》第四章习题解答

4—1.根据图4.3(a)所示电路,U s = 120V ,频率60Hz,L = 10mH ,R= 5Ω.计算并绘出随u s 变化电流i 。
解:由图可列微分方程:(1)cos()m u diLRi U wt dtφ+=+……………。
式中u φ为初相角,m U =2s U 其通解为:'''i i i =+ 其中:''ti Aeτ-= LRτ='i 为方程''cos()m u di LRi U wt dtφ+=+的特解。
故设 'm cos()i I wt θ=+, 其中m 2s I I = 代入(1)式有:m m cos()sin()cos()m u I R wt wLI wt U wt θθφ+-+=+…………。
(2)引入tan wLRϕ=,有: 22sin ()wL R wL ϕ=+ 22cos ()R R wL ϕ=+再令22()Z R wL =+,则(2)式可改写为:[]m m cos()sin()cos()sin()R wL I R wt wL wt I Z wt wt Z Z θθθθ⎡⎤+-+=+-+⎢⎥⎣⎦m cos()I Z wt θϕ=++于是得:m cos()I Z wt θϕ++=cos()m u U wt φ+ 因此有:m 22()m mU U I Z R wL ==+ u θφϕ=- 所以,特解'i 为:'cos()mu U i wt Zφϕ=+- 方程的通解为:cos()t mu U i wt Ae Zτφϕ-=+-+代入初始条件,由于(0)(0)0i i +-== 有:0cos()mu U A Zφϕ=-+ 于是:cos()mu U A Zφϕ=-- 故有:cos()cos()t m mu u U U i wt e Z Zτφϕφϕ-=+---波形图如下:4—2。
根据图4。
4(a )所示电路,U s = 120V,频率60Hz ,L = 10mH ,U d = 150V 。
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第4章 交流电力控制电路和交交变频电路4.1光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在α=O 时输出功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角α。
解: α=O 时的输出电压最大,为Uomax=1)sin 2(101U t U =∏⎰∏ω 此时负载电流最大,为Iomax=RU R u o 1max = 因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时,有:Pmax=Uomax Iomax=RU 21 此时,Uo=18.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin 解得︒=54.60α同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有:Uo=15.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin ︒=90α4.2交流调压电路和交流调功电路有什么区别?二者各运用于什么样的负载?为什么?答:交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同,二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个波,再断开几个周波,通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软起动,也用于异步电动机调速。
在供用电系统中,还常用于对无功功率的连续调节。
此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
如采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压电流值都不太大也不太小,在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。
由于控制对象的时间常数大,没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。
4.3.是TCR,什么是TSC?它们的基本原理是什么?各有何特点?答:TCR是晶闸管控制电抗器。
TSC是晶闸管投切电容器。
二者的基本原理如下;TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率),通过对晶闸管开通角角 的控制,可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小。
TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率)。
二者的特点是:TCR只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的。
实际应用中往往配以固定电容器(FC),就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。
TSC提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要。
其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动态补偿效果。
4.4单相交交变频电路和直派电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同?答:单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的,均由两组反并联的可控整流电路组成。
但两者的功能和工作方式不同。
单相交交变频电路是将交流电变成不同频率的交流电,通常用于交流电动机传动,两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里,交替工作各半个周期,从而输出交流电。
而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是将交流电变为直流电,两组可控整流路中哪丁组工作并没有像交交变频电路那样的固定交替关系,而是由电动机工作状态的需要决定。
4.5.交交变频电路的最高输出频率是多少?制约输出频率提高的因素是什么?答:一般来讲,构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多,最高输出频率就越高。
当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时,最高输出频率不应高于电网频率的1/3~1/2。
当电网频率为50Hz时,交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。
当输出频率增高时,输出电压一周期所包含的电网电压段数减少,波形畸变严重,电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。
4.6交交变频电路的主要特点和不足是什么?其主要用途是什么?答:交交变频电路的主要特点是:只用一次变流效率较高;可方便实现四象限工作;低频输出时的特性接近正弦波。
交交变频电路的主要不足是:接线复杂 如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管;受电网频率和变流电路脉波数的限制,输出频率较低;输出功率因数较低;输入电流谐波含量大,频谱复杂。
主要用途:500千瓦或1000千瓦以下的大功率、低转速的交流调速电路,如轧机主传动装置、鼓风机、球磨机等场合。
4.7.三相交交变频电路有那两种接线方式?它们有什么区别?答:三相交交变频电路有公共交流母线进线方式和输出星形联结方式两种接线方式。
两种方式的主要区别在于:公共交流母线进线方式中,因为电源进线端公用,所以三组单相交交变频电路输出端必须隔离。
为此,交流电动机三个绕组必须拆开,共引出六根线。
而在输出星形联结方式中,因为电动机中性点和变频器中中性点在一起;电动机只引三根线即可,但是因其三组单相交交变频器的输出联在一起,其电源进线必须隔离,因此三组单相交交变频器要分别用三个变压器供电。
4.8.在三相交交变频电路中,采用梯形波输出控制的好处是什么?为什么?答:在三相交交变频电路中采用梯形波控制的好处是可以改善输入功率因数。
因为梯形波的主要谐波成分是三次谐波,在线电压中,三次谐波相互抵消,结果线电压仍为正弦波。
在这种控制方式中,因为桥式电路能够较长时间工作在高输出电压区域(对应梯形波的平顶区), α角较小,因此输入功率因数可提高15%左右。
4.9..试述矩阵式变频电路的基本原理和优缺点。
为什么说这种电路有较好的发展前 景? 答:矩阵式变频电路的基本原理是:对输入的单相或三相交流电压进行斩波控制,使输出成为正弦交流输出。
矩阵式变频电路的主要优点是:输出电压为正弦波;输出频率不受电网频率的限制;输入电流也可控制为正弦波且和电压同相;功率因数为l,也可控制为需要的功率因数;能量可双向流动,适用于交流电动机的四象限运行;不通过中间直流环节而直接实现变频,效率较高。
矩阵式交交变频电路的主要缺点是:所用的开关器件为18个,电路结构较复杂,成本较高,控制方法还不算成熟;输出输入最大电压比只有0.866,用于交流电机调速时输出电压偏低。
因为矩阵式变频电路有十分良好的电气性能,使输出电压和输入电流均为正弦波,输入功率因数为l,且能量双向流动,可实现四象限运行;其次,和目前广泛应用的交直交变频电路相比,虽然多用了6个开关器件,却省去直流侧大电容,使体积减少,且容易实 现集成化和功率模块化。
随着当前器件制造技术的飞速进步和计算机技术的日新月异,矩阵式变频电路将有很好的发展前景。
4.10.三相三线制交流调压电路,电阻负载,开通角α=( );其中当电路处于三个晶闸管导通和两个晶闸管导通交替状态的时,1α=( ),每个晶闸管导通时间1θ=( );当电路处于任一时刻都是两个晶闸管导通时2α=( ),晶闸管的导通时间2θ=( );当电路处于两个晶闸管导通的和无晶闸管导通的交替状态时3α=( ),晶闸管的导通时间3θ=( )答案:︒0——︒150;︒0——︒60,︒180―α;︒60——︒90,︒120;︒90——︒150,︒300-2α4.20单相交流调压电阻负载,移相角1α=( ),电阻感负载,移相范围2α=( )答案:0——∏,——∏4.21降压斩波电路,如图:P101图3-1VT 的开关周期是T=3001s,导通时间3T ,E=100V , L=50mH.R=1Ω 求:负载U 0, I 0 ,流过UT 和VD 的电流I dT , I dD ;输入功率和负载功率P i , P R 解:X=Ω=⨯⨯⨯∏=∏=-9.651050300223fL L ω X 〉R Ud=V T Ton T 3.3331002== , Id=A R Ud 3.3313.33== I dT =A Id dt i TT T 1.113130==⎰ I dD =A Id dt I T TTD 2.223213==⎰ Pi=KW EI dt i T E dt Ei T TTdT T T 11.11.1110013030=⨯===⎰⎰P R =UdIa=33.3⨯33.3=1.11KW4.22单相交流调压,阻感负载,U F =220V , L=5.5mH, R=1Ω求:移相角α=?最大负载电流有效值I=?最大输出功率Pmax=?功率因数Cos ϕ=?解:(1)︒=⨯⨯⨯∏==-601105.5502arctan arctan 3R UL ϕ 所以 ︒≤≤︒18060α(2)ϕα=时, 电流连续,电流最大I=()A Z U 110105.5502122031=⨯⨯⨯∏+=- (3) P=KW I U I U 1.1260cos 110220cos cos 211=︒⨯⨯==αϕ4.23.画出上题中U 1, U 0, I 0, U VT, 的波形解: 见P113 图4-24.24.三相三线交流调压,负载星形连接,原理如图4-9(a),电阻负载,画出︒︒=120,60α;U 相负载R 的电压波形。
4.25电路,负载电流i 0和负载电压U 0如下图所示,请填出P 组,N 组在不同时间内的工作状态在0到t 1期间, P 组工作在( )状态,N 组工作在( )状态; 在t 1到t 2期间, P 组工作在( )状态,N 组工作在( )状态;在t2到t3期间,P组工作在()状态,N组工作在()状态;在t3到t4期间,P组工作在()状态,N组工作在()状态;答案:整流,阻断;逆变,阻断;阻断,整流;阻断,逆变;。