电力电子变流技术课后答案 第一章

4-19．试说明大型同步发电机励磁系统在“励磁”和“灭磁”两种工况下，变流器的工作状态和能量流向。

解：大型同步发电机励磁系统结构简图参阅教材P79中的图4-7。

(1）励磁运行时，励磁变压器TF接于母线，变流器工作于整流状态，系统母线提供的交流电能，通过变流器U整流，转变为直流电能，供给发电机励磁绕组进行励磁。

(2）灭磁运行时，增大控制角α>90°将变流器U拉入有逆变工作状态，励磁绕组内储存的磁场能通过工作于有源逆变状态的变流器，经TF以电能形式反馈回电网。

4-20．试述过电压保护的两种基本方法。

解：常用的抑制过电压的基本方法有二种，即用非线性元件限制过电压的幅值；用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。实际应用时，要视电路的不同部位的需要采用不同的方法，同一部位也可同时采用二种方法。

4-21．试说明交流侧阻容过电压保护和非线性元件过电压保护电路的几种接线形式。 解：交流侧阻容保护电路连接方式参阅教材P81中的图4-8。图4-8(a)为单相接法，图4-8(b)和图4-8(c)分别为三相?形和?形连接方法，图4-8(d)为整流式接法。

交流侧非线性元件过电压保护电路，如压敏电阻保护电路参阅教材 P82中的图4-10，接线方式与图4-8(a)、(b)、(c)相同。其他非线性元件保护的连接方法也都与此类同。

4-22．试述直流侧过电压保护电路的连接方法。

解：直流侧的过电压保护，同样可采用阻容保护和非线性元件保护方法，其连接位置为变流装置的直流侧的快速开关或熔断器FU 之前，参阅教材P82中的图4-11。图4-11中的P和M之间即为阻容或非线性保护元件所连接的位置，图中所连接的保护元件是压敏电阻。

4-23．试说明晶闸管关断过电压RC保护电路的原理。

解：晶闸管在关断过程中，电流从最大值很快下降为0，将在变压器的漏电感Lc上产生很大的过电压LC.div/dt，作用在晶闸管上。并联在每只晶闸管上的RC回路可抑制晶闸管的关断过电压。当晶闸管关断过程中，变压器电流可以通过RC续流，减小了div/dt，从而抑制了过电压。电阻可以限制晶闸管再导通时，电容C向晶闸管放电的电流上升率，并阻尼可能产生的LC振荡。

4-24．用作过电流保护的三种常用电器是什么？其速度的快慢有何差别。

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电力电子变流技术课后答案 第一章

解：可用作过电流保护的三种常用电器有快速熔断器、快速开关和过流继电器。 快速熔断器流过的电流越大，其熔断时间越短，当流过短路电流时，其熔断时间可达5ms(目前最快的可达1ms量级)。在额定电流下，工作时不熔断，可长期工作。 快速开关的全分断时间为10ms，只用于直流电路。

过流继电器的动作时间一般为几百毫秒(ms)，分为直流和交流两种。

4-25．试述反馈控制过电流保护电路的原理及特点？ 解：反馈控制过流保护原理框参阅教材P83中的图4-12。

正常工作时，电压比较器整定为输出高电平，控制变流装置工作于??90?的整流工作状态。当变流器发生短路时，来自电流互感器的过流信号，经整流后，与过流整定值比较，使比较器输出低电平，控制变流器装置立即转入?>90?的逆变工作状态。由于?突然增大，使变流器输出电压迅速降低，不仅控制了短路电流，还可将储存在电感中的能量以电能的形式反馈给电网。当能量释放完毕，晶闸管的电流下降到维持电流以下自行关断，且无触点。所以，不存在快速熔断器、快速开关和过流继电器等保护电器那种分断大电流动作过程产生的过电压现象。动作速度比上述任何一种过流保护电器都快。

4-26．为什么说快速熔断器用作晶闸管的最终过流保护手断比较合适？

解：因为晶闸管的过载能力受结温限制，我国标准规定风冷器件的额定结温为115?C，水冷器件为100?C。在规定的冷却条件下，晶闸管通过2倍额定通态平均电流时，可耐受的时间为0.5S；通过3倍时，可耐受时间为60ms；通过6倍时，可耐受时间为20ms。所以可根据不同过载程度晶闸管的耐受能力，采取分级过电流保护措施。

快速熔断器之所以用作最终保护手段比较合适，是因为三种保护电器的动作时间各不相同，快速熔断器的动作时间最短，速度最快。为了避免快熔的频繁熔断和更换，使快熔只在发生可能危及晶闸管的更大过流时才熔断，起到最后的保护作用。。

因此，在留有适当的裕量选定了晶闸管及与其配合的快熔之后，将同时装设的快速开关或过流继电器的动作值整定得稍低一些（过流继电器最低）。这样，当发生过流时，过流继电器或快速开关会首先动作，虽然动作速度不如快熔，但只要整定电流不超过晶闸管过载耐受时间区段，就不会危害晶闸管，同样也不会使快熔熔断。

第三章 可控整流电路

习题与思考题解

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电力电子变流技术课后答案 第一章

3-1．分别画出三相半波可控整流电路电阻负载和大电感负载在α为60°、90°的输出电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流i2的波形图。晶闸管导通角各为多少？输出电压各为多少？

解：

(1)电阻性负载

α=60°时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P48中的图3-4，其中晶闸管电流波形可在图3-4(c)中读出，变压器二次相电流i2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。

α=90°时，可参照上述波形，将控制角α移至90°处开始即可，晶闸管仍导通至相电压正变负的过零点处。

由于α>30°时，ud波形断续，每相晶闸管导电期间为α至本相的正变负过零点，故有

晶闸管导通角为 θ＝π-α-30° 整流输出电压平均值

Ud?32????6??2U2sin?.td??.t???32?????????U2?1?cos??????0.675U2?1?cos????? 2??6???6????当α=60°时，θ=90°，Ｕd=0.675U2 。

当α=90°时，θ=60°，Ｕd=0.675U2[1-0.5]=0.3375U2 。 (2)大电感负载

α=60°时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P49中的图3-5，变压器二次相电流i2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。

α=90°时，可参照上述波形，将控制角α移至90°处开始即可，但晶闸管导通角仍为θ＝120°。

由于大电感负载电流连续，则 晶闸管导通角为 θ＝120°

整流输出平均电压为

3 Ud?2???5???6??2U2sin?.td??.t??636U2cos??1.17U2cos? 2?当α=60°时，θ=120°，Ｕd=1.17U2cos60°=0.585U2。 当α=90°时，θ=120°，Ｕd=1.17U2cos90°=0

3-2．三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知U2=220V、R=11.7Ω。计算α=60°时负载电流id、晶闸管电流iV1、变压器副边电流i2的平均值、有效值和晶闸管上最大可能正向阻断电压值。改为电阻负载，重复上述计算。

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电力电子变流技术课后答案 第一章

解：(1)大电感负载 整流输出平均电压为

Ud?1.17U2cos??1.17?220?0.5?128.7(V)

负载电流平均值为 Id?负载电流有效值为

I?Id?晶闸管电流的平均值IV1AR为 IV1AR?晶闸管电流的有效值为 IV1?变压器二次电流平均值为

I2AR?IV1AR?变压器二次电流有效值为

I2?IV1?Ud128.7??11(Ａ) R11.7Ud128.7??11(Ａ) R11.711Id??11?3.7(A) 3313Id?13?11?6.35(Ａ)

11Id??11?3.7(A) 3313Id?13?11?6.35(Ａ)

三相半波可控整流电路可能出现的最大正向阻断电压为 uFM?6U2?6?220?538.9(V) 当α=60°时的实际正向阻断电压为 u(2)电阻性负载

由于α>30°时，Ud波形断续，每相晶闸管导电期间为α至本相的正变负过零点，故有

整流输出电压平均值

3??6Usin60?6?220??466.8(V) 2F23Ud?2????6??2U2sin?.td??.t???32?????????U2?1?cos??????0.675U2?1?cos????? 2??6???6????39

?148.6(V)

电力电子变流技术课后答案 第一章

负载电流平均值为 Id?负载电流有效值为

Ud148.6??12.7(Ａ) R11.7?2U2sin?t?U3??d??t??2I??2??6???RR????23?5?1?2??????sin?2???? ?2??62?3?? ≈16.3(A)

晶闸管电流的平均值IV1AR为 IA1VR?11Id??12.7?4.2(A) 33晶闸管电流的有效值为

IV1?2U2sin?t?U1??d??t??2??2??6???RR????21?5?1?2??????sin?2???? ?2??62?3?? ?13I≈9.4(A)

变压器二次电流平均值为

I2AR?IA1VR?变压器二次电流有效值为

I2?IV1?9.4(Ａ)

由于α>30°，负载电流出现断续，所以，电路可能出现的最大正向阻断电压为 uFM?

3-3．某电解装置系电阻性负载，要求输出电压Ud=220V，输出电流Id=400A，采用经整流变压器的三相半波可控整流电路，电源是三相380V的交流电网，考虑α

min=30°，估算此

11Id??12.7?4.2(A) 332U2?2?220?311(V)

时整流变压器的次级容量S2，并与α=0°时的次级容量S20作比较，然后加以说明。最后选择晶闸管。

解：由于α≤30°，整流输出平均电压 Ud?1.17U2cos?

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