电力电子技术计算题

六 分析题 本题共六 分析题 本题共 2 小题 共小题 共 2020 分 分 1 三相全控桥阻感负载 主回路整流变压器的接法是 Y 5 采用 NPN 管的锯齿波触发器 要求在整流与逆变状态 运行 同步变压器二侧电压经 R C 滤波器滤波后 滞后角为 30 接到触发电路 试问 同步变压器的的接法为 画出主回路整流变压器和同步变压器接法 要求给出矢量分析图 10 分 解 有 300R C 滤波环节 同步变压器接线为 Y Y4 10 UA B Ua b Ua b Y 5 Y 11Y Y 10 Ua b 四 四 作图题 共 2 小题 每题 12 分 共 24 分 1 三相全控桥 阻感负载 主回路整流变压器的接法是 D y5 采用 NPN 管的锯齿波触发器 要求在 整流与逆变状态运行 同步变压器二侧电压经 R C 滤波器滤波后 滞后角为 30 接到触发电路 同步变压器的的接法为 Y Y 10 4 接法 如下图所示 选择晶闸管的同步电压 要给出分析过程 分析依据 晶 闸 管VT1VT2VT3VT4VT5VT6 主电路电压 Uu Uw Uv Uu Uw Uv 同 步 电 压 同步变压器的钟点数为 Y Y 10 4 晶 闸 管VT1VT2VT3VT4VT5VT6 主电路电压 Uu Uw Uv Uu Uw Uv 同 步 电 压UsU UsWUsV UsUUsW UsV 2 电路与波形如图所示 1 若在 t1 时刻合上 K 在 t2 时刻断开 K 画出负载电阻 R 上的电压波 形 2 若在 t1 时刻合上 K 在 t3 时刻断开 K 画出负载电 R 上的电压波形 ug 宽度大于 360 度 a 电路图 b 输入电压 u2的波形 五 计算题 共五 计算题 共 1 小题 共小题 共 20 分 分 1 电路如图所示 单相全控桥式整流电路接大电感负载 R 4 U2 220V 1 触发角为 60 时 a 试求 Ud Id 晶闸管电流平均值 IdVT 晶闸管电流有效值 IVT 变压 器副边电流有效值 I2 b 作出 ud id iVT2 i2 的波形图 图标清楚 比例适当 1 1 a Ud 0 9U2cos 0 9 220 cos600 99V 1 分 Id Ud R 99 4 24 75A 1 分 I2 Id 24 75A 1 分 IdVT 1800 3600 Id 24 75 2 13 38A 1 分 IVT 2 分 b 波形如图 1 所示 3 分 2 当负载两端接有续流二极管时 a 试求 Ud Id IdVT IVT IVD IdVD I2 b 作出 ud id iVT2 iVD i2 的波形图 图标清楚 比例适当 2 a Ud 0 9U2 1 cos 2 0 9 220 1 cos600 2 148 5V 1 分 Id Ud R 148 5 4 37 13A IdVT 1800 3600 Id 1800 600 3600 37 13 12 38A 1 分 1 分 2 分 IdVD 2 3600 Id 2 600 3600 37 13 12 38A 1 分 2 分 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 3 小题 共小题 共 26 分 分 1 画出三相桥式全控整流电路带阻感负载的原理图 并给图中 6 个晶闸管写上正确的编号 编号写 在晶闸管的正上方或正下方 变压器采用 Y 接法 8 分 2 画出下图对应的 Ud iT1 VT1的波形其中虚线为脉冲信号 12 分 3 将控制电路 检测电路 驱动电路 主电路填入以下框图中 组成一个电力电子应用系统 6 分 六 计算题 本题共六 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 15 分 分 1 有一个三相全控桥整流电路 已知电感负载 L 0 2H 60 R 1 变压器二次相电压 U2 100V 试画出 Ud 的波形 计算负载端输出的直流电压 Ud和负载电流平均值 Id 计算变压器二次电流的有效值 I2 1 wL 2 fL 62 8 10R 10 控 制 电 路 驱动电路 检测电路 主 电 路 此为大电感负载 负载端电流波形平直 3 分 Ud 2 34U2cos 117V 3 分 Id Ud R 117A 3 分 I2 175 5A 3 分 五 作图题 本题共五 作图题 本题共 1 小题 共小题 共 16 分 分 1 在三相半波整流电路中 如果U相的触发脉冲消失 试绘出在电阻负载下整流电压ud的波形和V相 上晶闸管VT2上的管压降波形 设触发角分别为15 和60 1 触发角为 15 时 2 触发角为 60 时 U d UVT 2 Ud UVT2 六 计算题 本题共六 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 12 分 分 1 单相桥式全控整流电路 U2 100V 负载中R 20 L值极大 反电动势E 60V 当 30 时 要求 1 作出ud id和i2的波形 3分 2 求整流输出平均电压Ud 电流Id 变压器二次电流有效值I2 4分 3 考虑安全裕量 确定晶闸管的额定电压和额定电流 5分 uabuacubcuba ucaucbuabuac ud 五 作图题 本题共五 作图题 本题共 2 小题 共小题 共 14 分 分 1 对于下图所示的桥式可逆斩波电路 若需使电动机工作于反转电动状态 试分析电路的工作情况 并绘出相应的两条电流流通路径 同时标注电流流向 8 分 V2 保持接通 V3 交替处于接通 断开状态 形成一个提供负压的降压斩波电路 使电动机工作于反转电动工作 状态 2 分 两条电流通路各 3 分 2 设三相桥式可控整流电路工作于有源逆状态 试画出 60 时的整流输出电压波形 6 分 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 三相全控桥式整流电路如图所示 三相全控桥式整流电路如图所示 Ld 0 2H Rd 4 要求 要求 Ud从从 0 220V 之间变化 试求 之间变化 试求 1 不考虑控制角裕量时 整流变压器二次相电压 不考虑控制角裕量时 整流变压器二次相电压 U2 2 如电压 电流裕量取 如电压 电流裕量取 2 倍 选择晶闸管型号 倍 选择晶闸管型号 3 整流变压器二次侧容量 整流变压器二次侧容量 S2 4 电路的功率因数 cos 5 当触发脉冲距对应二次相电压波形原点多少电度角时 Ud已为 0 解 4 8 62 10 2 0314 6 Ld 负载为大电感 流过负载的电流可看为直线 1 分 1 当 0 时 输出电压平均值为 220V 由式知 2 分 COS UUd 2 34 2 V COS U U d 94 34 2 220 34 2 2 2 由题知 1 分 故取额定电压 500V 1 分 V UU TMTn 46094622 1 分 1 分 A R U I d d d 55 A IIdT 75 31 3 1 1 分 故取额定电流 50A 1 分 A I I T avT 45 40 57 1 2 因此 选取晶闸管的型号为 KP50 5 1 分 3 1 分 A IId 9 4455816 0 3 2 2 1 分 AKV IUS 66 12 9 449433 222 4 WUI Pd 1210055220 1 分 956 0 12660 12100 2 S P COS d 5 当触发脉冲距对应二次相电压波形原点 1200 电度角时 Ud 已为 0 2 分 六 计算题 本题共六 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 18 分 分 1 三相全控桥式整流电路 L 0 2H R 4 要求 Ud从 0 220V 之间变化 试求 1 不考虑控制角裕量时的 整流变压器二次线电压 3 分 2 如电压 电流裕量取 2 倍 计算晶闸管额定电压 电流值 8 分 3 变压器二次电流有效值 I2 4 分 4 计算整流变压器二次侧容量 S2 3 分 1 18 分 解 而 Rd 4 所以 L Rd 按大电感负载情况计算 三相 8 622 05014 3 22 fLL 全控桥式整流电路 相当于最小控制角 min 0 计算 整流变压器次级相电压 U2 3 分 Ud 2 34U2 则 U2 220 2 34 94 V 2 计算晶闸管电压 电流值 如果电压 电流按裕量系数 2 计算 选择晶闸管 8 分 晶闸管承受的最大峰电压为 V 35 2306 21 UU mV 按裕量系数 2 计算 则 U 230 25 2 460 5 V 选额定电压 500V 晶闸管 2 分 A 55 4 220 R U I d d A 3 分 7 1650 3 1 3 1 1 dARV II A 75 31 3 1 1 dV II 则 3 分 2 20 57 1 75 31 57 1 1 1 V EARV I A 按裕量系数 2 计算 则 20 2 2 40 4 A 选额定通态平均电流为 50A 的晶闸管 3 计算变压器次级电流有效值 I2 4 分 A 9 44 3 2 2 d II 4 计算整流变压器次级容量 S2 3 分 S2 3U2I2 3 94 44 9 12661 8 VA 12 66 KVA 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 已知单相全控桥式整流电路 带电阻性负载 试绘出当控制角 600时的输出电压波形ud 晶闸管 T1的端电压波形UT1 2 试绘出三相半波共阴极组电路当 600时的输出电压波形 ud 以及晶闸管 T1的端电压波形 L Ud T6 T4 T2 T5 T3 T1 A B C Rd Ld 六 分析题 本题共六 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 1010 分 分 如图所示为电压型三相逆变器 试以 U 相桥臂 VT1 VT4 之间的换流过程来分析电路的工作原理 并说明此电路的特点 答 U 相桥臂 VT1 VT4 之间的换流过程如下图示 1 VT1 稳定导通如图 a iT1 iA C1 短路 C4 充电至电压 Ud 1 分 2 触发 VT4 换流开始 C4 通过 L4 VT4 放电 如图 b 1 分 3 Uc1 由零逐渐升到 Ud 如图 c 1 分 4 换流过程结束 如图 d 1 分 主要特点 1 每桥臂导电 180 同一相上下两臂交替导电 各相开始导电的角度差 120 2 分 2 任一瞬间有三个桥臂同时导通 2 分 3 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行 也称为纵向换流 2 分 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 已知单相全控桥式整流电路 电感性负载不接续流二极管 试绘出当 450时输出电压波形 ud 和晶闸管 T1的端电压波形 2 三相桥式全控整流电路 电阻性负载 试画出当 600时输出电压 ud的波形 晶闸管的端电压 uT1的波形 Ud T6 T4 T2 T5 T3 T1 A B C Rd Ld 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 三相全控桥整流电路如图所示 已知电感性负载 L 0 2H R 1 75 变压器二次相电 压 U2 100V 1 计算负载的平均整流电压 Ud和负载电流平均值 Id 2 选择晶闸管的型号 3 计算变压器二次电流的有效值 I2 解 1 2 分 VXXCOS UUd 1175 010034 2 34 2 2 1 分 A R U I d d d 117 2 由题知 1 分 故取额定电压 1200V 1 分 V UUTn 1616 107863 2 2 2 分 2 分 故取额定电流 100A 1 A IIdT 5 67 3 1 A I I T avT 5 86 5 64 57 1 2 5 1 分 因此 选取晶闸管的型号为 KP100 12 2 分 3 3 分 A IId 5 95117816 0 3 2 2 六 分析题 本题共六 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 1010 分 分 如图所示为串联二极管式电流型三相逆变器 试以从 VT1 到 VT3 之间的换流过程来分析电路的 工作原理 并说明此电路的特点 答 如图所示为从 VT1 到 VT3 之间的换流过程 M 3 U V W 图5 15 L Id C1 C2 C3 C4 C5 C6 VD1 VD2 VD3 VD4 VD5 VD6 Ud VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 UV W UV W a UV W b UV W c d 图5 16 VT1 VT2 VT3 VD1 VD2 VD3 C13 Id VT1 VT2 VT3 VD1 VD2 VD3 C13 Id VT1 VT2 VT3 VD1 VD2 VD3 C13 Id VT1 VT2 VT3 VD1 VD2 VD3 C13 Id iV iViU Id iV 1 换流前 VT1 VT2 稳定导通 电容 C13 就是 C3 与 C5 串联后再与 C1 并联的等效电容 被充电 左正右负 如图 a 1 分 2 触发 VT3 导通 在 C1 充电电压下 VT1 承受反压关断 如图 b 1 分 3 二极管换流 如图 c 1 分 4 换相结束 如图 d 1 分 电路的特点 1 直流侧串大电感 相当于电流源 1 分 2 交流输出电流为矩形波 输出电压波形和相位因负载不同而不同 1 分 3 直流侧电感起缓冲无功能量的作用 不必给开关器件反并联二极管 1 分 4 电流型逆变电路中 采用半控型器件的电路仍应用较多 1 分 5 换流方式有负载换流 强迫换流 1 分 6 基本工作方式是 120 导电方式 即每个臂一周期内导电 120 每时刻上下桥臂组各有一个臂导通 横向换流 1 分 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 分 1 如图所示电路 试画出 450时 输出电压波形 ud 和晶闸管 V11 的电流波形 iv11 2 三相桥式全控整流电路 大电感负载 接有续流二极管 试画出当 300时输出电压 ud的波形及 端电压 uT1的波形 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 三相全控桥式整流电路大电感负载 不接续流二极管 U2 220V R 4 600 试求 1 输出电压平均值 Ud和电流平均值 Id 2 晶闸管电流平均值 Idt和有效值 It 3 变压器副边电流有效值 I2和容量 S2 解 1 2 分 VXXCOS UUd 4 2575 022034 2 34 2 2 1 分 A R U I d d d 35 64 2 2 分 2 分 A IIddT 45 2135 64 3 1 3 1 AII dT 15 37 3 1 3 1 分 A IId 54 5235 64816 0 3 2 2 2 分 AKV IUS 98 3554 5222033 222 六 分析题 本题共六 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 1010 分 分 为了用下图所示的通电型逆变器 省略换流回路 产生相序为 U V W 的三相平衡输出 180 电压 应按怎样的顺序触发晶闸管 若使相序反向 触发顺序又如何 61 VTVT 答 由导电型逆变器的工作原理可知 产生相序为 U V W 的三相平衡输出电压 晶闸管应的触发导通顺 180 序应按的顺序 5 分 VTVTVTVTVTVT 654321 若使相序反向 则触发导通顺序相反 为 5 分 VTVTVTVTVTVT 123456 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 如图所示电路 试画出对应的 i2 uVT1的波形 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 某晶闸管电镀电源 调压范围 2 15V 在 9V 以上最大输出电流均可达 130A 主电路采用三 相半波可控整流电路 试计算 1 整流变压器二次侧相电压 2 9V 时的控制角 3 选择晶闸管 4 计算变压器容量 解 1 由题知当 0 时 输出电压最大为 15V COS UUd 2 17 1 V COS U U d 8 12 17 1 15 17 1 2 2 所以 530 6 0 15 9 17 1 2 U Ud COS 3 因为输出电最大值为 130A 故 A IIdT 75 3 1 所以取额定电流 100A A I I T AVT 6 95 7 71 57 1 2 5 1 所以取额定电压 100V V UUTn 94 7 62 8 1263 263 2 2 因此 晶闸管的型号可选为 KP100 1 A IId 75130577 0 3 1 2 AKV IUS 88 2 7548 1233 222 六 分析题 本题共六 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 1010 分 分 如图所示的有源逆变电路 为了加快电动机的制动过程 增大电枢电流 应如何调节角 为什 么 电枢电流增大后 换相重叠角是否会加大 这是否会造成逆变失败 答 图示的有源逆变电路 只要增大角 就能加快电动机的制动过程 增大电枢电流 因为增大角后 将减 小逆变电压 提高回路中的电压差 即增大电枢电流 当电枢电流增大后 换相重叠角会加大 但不会造成逆变 失败 作图题 本题作图题 本题1 1小题 共小题 共1010分 分 1 在三相半波整流电路中 如果 a 相的触发脉冲消失 试绘出在 a 0 时电阻性负载和电感性负载下整 流电压 ud的波形 阻性负载时 电感性负载时 当负载为电阻时 ud 的波形如下 5 分 当负载为电感时 ud 的波形如下 5 分 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 2 2 小题 每题小题 每题 1515 分 共分 共 3030 分 分 1 单相桥式全控整流电路 U2 100V 负载中 R 2 L 值极大 反电动势 E 60V 当 30o 时 求 15 分 1 作出 ud id和 i2的波形图 2 求整流输出平均电压 Ud 平均电流 Id和 I2 3 考虑安全裕量 确定晶闸管的额定电压和额定电流 并选择晶闸管的型号 解 1 ud id 和 i2 的波形如下图 5 分 2 整流输出平均电压 Ud 电流 Id 变压器二次侧电流有效值 I2 分别为 Ud 0 9 U2 cos 0 9 100 cos30 77 97 A 1 分 Id Ud E R 77 97 60 2 9 A 2 分 I2 Id 9 A 2 分 3 晶闸管承受的最大反向电压为 U2 100 141 4 V 流过每个晶闸管的电流的有效值为 IVT Id 6 36 A 故晶闸管的额定电压为 UN 2 3 141 4 283 424 V 2 分 晶闸管的额定电流为 IN 1 5 2 6 36 1 57 6 8 A 3 分 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 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 L 2mH 求 15 分 1 开通角 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 四 计算题 本题共四 计算题 本题共 4 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 40 分 分 1 单相桥式全控整流电路 U2 100V 负载中 R 20 L 值极大 当 时 30 要求 作出 Ud Id 和 I2 的波形 求整流输出平均电压 Ud 电流 Id 变压器二次电流有效值 I2 考虑安全裕量 确定晶闸管的额定电压和额定电流 解 1 解 Ud Id 和 I2 的波形 如下图 输出平均电压 Ud 电流 Id 变压器二次电流有效值 I2 分别为 Ud 0 9U2cos 0 9 100 cos 77 97 V 30 Id Ud R 77 97 2 38 99 A I2 Id 38 99 A 3 分 晶闸管承受的最大反向电压为 U2 100 141 4 V 22 考虑安全裕量 晶闸管的额定电压为 UN 2 3 141 4 283 424 V 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取 流过晶闸管的电流有效值为 IVT Id 27 57 A 2 晶闸管的额定电流为 IN 1 5 2 27 57 1 57 26 35 A 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取 3 分 2 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 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 解 O 时的输出电压最大 为 Uomax 1 sin2 1 0 1UtU 此时负载电流最大 为 Iomax 3 分 R U R uo1max 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 R U 2 1 此时 Uo 18 0 U 又由 Uo U1 3 分 2 2sin 解得 54 60 同理 输出功率为最大输出功率的 50 时 有 Uo 15 0 U 又由 Uo U1 2 2sin 90 3 三相半波可控整流电路 U2 100V 带电阻电感负载 R 50 L 值极大 当 时 要求 画出 60 Ud Id 和 IVT1的波形 计算 Ud Id IdT和 IVT 解 Ud Id 和 IVT1 的波形如下图 1 Ud Id IdT 和 IVT 分别如下 2 3 Ud 1 17U2cos 1 17 100 cos 58 5 V 60 4 Id Ud R 58 5 5 11 7 A 5 IdvT Id 3 11 7 3 3 9 A 6 IVT Id 6 755 A 5 分 3 7 3 某一电阻负载 要求输出直流电压 Ud 0 24v 最大负载电流 Id 30A 采用单相半波可控整流电 路 用 220V 直接供电或用变压器降压到 60V 供电 计算两种方案下 不考虑完全裕量时 晶闸 管的导通角 额定电流 IN 额定电压 UN 电源的功率因数和电源容量 解 U2 220v 时 Ud 0 45U2 1 分 2 cos1 1 Cos 1 1 0 5 1 分 245 0 2 U Ud 22045 0 242 120 1 180 120 60 1 分 1 电流平均值 Id 30A Rd 0 8 1 分 Rd Ud 30 24 电流有效值 I 1 分 Rd U Rd U2 A83 2 2 4 2sin 额定电流 IN 53A 57 1 I 57 1 4 83 额定电压 UN Udm 1 分 VU31122022 2 功率因数 Cos 0 302 1 分 2 2sin 4 1 电源视在功率 S1 U2I 220 1 分 KVA36 18 4 83 U2 60v 时 IN UN 84 2 1412 A 8 33 Cos S2 3 18KVA 2 分 71 0 2 三 计算题 本题共三 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 10 分 分 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 导通角 负载电流有效值 解 1 1 整流输出平均电压 d 2 2 sin2 2 1 ttdU sin2 2 1 2 ttdU 2 cos1 45 0 2 cos12 22 UU cos 5152 0 1 22045 0 752 1 45 0 2 2 U Ud 则 控制角 60 导通角 120 5 分 2 负载电流平均值 Id 20 A R Ud 则 R Ud Id 75 20 3 75 负载电流有效值 I 即为晶闸管电流有效值 IV1 所以 I IV1 37 6 A 5 分 tdt R U 2 2 sin 2 2 1 2 2sin 4 1 2 R U 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 3 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 30 分 分 1 画出下图对应的 Ud UVT的波形 2 化出下图对应的 iT1 Ud的波形 3 化出下图对应的 Ud iT1 VT1的波形其中虚线为脉冲信号 五 分析题 本题共五 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 10 分 分 分析串联电感式逆变器的工作原理 电路中每一个晶闸管导通 1800 关断 1800 换流在各自桥内进行 6 个管子触发导通的次序 依次为 VT1 VT6 触发间隔为 60 度 3 分 第一区间 VT1 VT2 VT3 同时导通 0 5 分 第一区间 VT2 VT3 VT4 同时导通 0 5 分 第一区间 VT3 VT4 VT5 同时导通 0 5 分 第一区间 VT4 VT5 VT6 同时导通 0 5 分 第一区间 VT5 VT6 VT1 同时导通 0 5 分 第一区间 VT6 VT1 VT2 同时导通 0 5 分 循环导通 则在每一向得到按正弦规律变化的电压 改变管子的导通时间和顺序就可一得到 不同频率和电压的三相交流电 三 计算题 本题共三 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 10 分 分 1 具有续流二极管 VDR 半波可控整流电路 对发电机励磁绕组供电 绕组的电阻 Rd 0 5 电感 L 0 2H 励磁直流平均电流为 10A 交流电源电压为 220V 计算晶闸管和续流的电流有效值 解 以知 U2 220V Id 10A Rd 5 L 0 2H l 3 14 0 2 62 8 AII AII u u VARIuu dDR dt d dddRd 80610 360 90180 2 510 360 90180 2 227 0 22050 50510 2 晶闸管电流有效值 IT 5A 续流二极管的电流有效值 IDR 8 6A 2 分 2 分 2 分 2 分 2 分 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 3 小题 共小题 共 20 分 分 1 化出下图对应的 Ud的波形并指明触发角的范围 5 分 2 化出下图对应的 i2 UV1的波形 7 分 R V D V T U2 U1 Ud U2 U2 3 化出三相半波共阴极电阻性负载可控整流电路对应的输出电压 Ud 晶闸管 VT1的波形 其中 300 8 分 五 分析题 本题共五 分析题 本题共 1 小题 共小题 共 10 分 分 论述串联二极管式逆变电路的换流过程和工作原理 换流过程 1 C3 C5 充电 2 晶闸管换流 3 二极管换流 4 正常运行 电路中每一个晶闸管导通 1800 关断 1800 换流在各自桥内进行 6 个管子触发导通的次 序 依次为 VT1 VT6 触发间隔为 60 度 4 分 第一区间 VT1 VT6 同时导通 0 5 分 第二区间 VT1 VT2 同时导通 0 5 分 第三区间 VT2 VT3 同时导通 0 5 分 第四区间 VT3 VT4 同时导通 0 5 分 第五区间 VT4 VT5 同时导通 0 5 分 第六区间 VT5 VT6 同时导通 0 5 分 循环导通 则在每一向得到按正弦规律变化的电压 改变管子的导通时间和顺序就可一得 到 不同频率和电压的三相交流电 六 分析计算题 本题共六 分析计算题 本题共 2 小题 共小题 共 20 分 分 1 三相半波整流 且电感性负载 900 U2 220 V 由于电感 Ld不够大 只能使晶闸管阳极电压过零后 再维持导通角 300 试 ud的波形 列出电 压平均值 Ud的计算公式 画出晶闸管 VT1两端电压 ud的波形 10 分 Ud VT1 t t 1 10 分 图 a 打斜线部分为 ud 的波形 1 分 U U sint d t 0 274 U 3 分 d 2 2 3 6 3 2 2 2 晶闸管 VT 两端电压波形 如图 b 打斜线部分所示 VT VT VT 均不导通时 VT 112 3 承受 U 相相电压 当 VT VT 导通时 VT1 管承受线电压 3 分 112 2 图为一种简单的舞台调光线路 求 根据 Ud Ug波形分析电路调光 工作原理 说明 RP VD 及开关 Q 的作用 本电路晶闸管最小导通角 10 分 min 根据晶闸管工作原理分析 波形是正弦波 但半波被 VD 截去 当它的瞬时值超过晶 g u 闸管门极触发电压时 晶闸管因承受正向阳极电压而导通 随着电位器阻值的变化 GT U 幅值变化 晶闸管导通的时刻也在发生改变 达到调光的目的 4 分 g u 开关 Q 打开时 可以调光 开关 Q 闭合时晶闸管 VT 不导通 灯不亮 用 RP 调节延迟 角 亦即调节输出电压 控制灯光亮暗 当 RP 阻值增大时 ug 幅值减小 控制角 增大 当 RP 增大到某一值 对应的 ug 电压 最大值等于门极触发电压 Ugt 时 最大 最小 由图分析 可得出 min 2 VD 的作用是保护门极 当 Q 闭合时 也有极微弱的电流流过灯泡 但灯不会亮 原因是 RP 一般为几百千欧 所以 Q 闭合 可以认为灯不亮 6 分 四 计算题 本题共四 计算题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 15 分 共分 共 30 分 分 1 下图为单相交流调压电路 如果负载为电阻性负载 u2 20 5U2sin t 延迟角 为 试求 负载电压有效值 UL 负载功率 电源功率因数 PL 电源基波功率因数 15 分 解 1 负载电压 及负载 uL 电流波 iL 形如图 7 1 图 2 1 2 1 sin2 2 2 0 2 tdtd t U uU LL 4 分 2sin 2 1 2U 2 3 分 2sin 2 1 2 1 2 2 2 2 0 RR t UU iuP L LLL 3 设负载电流有效值为 由于它同电源电流相等 因而有功率因数 IL cos 3 分 2sin 2 1 2IU IU L LL S P 4 设负载电流不控时的有效值为 I 如果只考虑基波万分 则 基波 tt bi sincos 111 cossin2 1 cossin2 1 cos 1 22 0 1 ttdtIttdtIttd ia L 12 cos 2 2 I 2 1 2 1 sin 1 sinsin 2 2 2 2 0 1 ttdIttdIttd ib L 2sin 2 2 2 I 所以 基波可写成 i1 i1 sin 1 2 1 2 1 t ba 1 1 1 b a arctg 基波功率因数为 cos 5 分 2sin 2 12cos cos cos 1 1 1 arctgarctg b a 2 三相半波可控整流 大电感负载 Id 10A 不变 U2 100V 20 5 10o 换相 重叠角 60o 求 整流输出电压 Ud 画出整流输出电压 Ud的波形 画出晶闸管 VT1两端电压波形 15 分 解 1 U 1 17 U cos I R d 2 d T 2 3 T X I X cos cos Usin cos60 cos 60 10 100V sin60 13 7V d T 2 23 若 R 0 则 U 1 17 U cos I 41 4 6054 V 34 8V 5 分 T d 2 d 2 3 2 整流输出 U波形如图 a 打斜线所示 5 分 d 3 晶闸管 VT 两端电压波形 如图 b 打斜线部分所示 5 分 1 五 计算作图题 本题共五 计算作图题 本题共 1 小题 共小题 共 15 分 分 单相半波可控整流 电感性负载接有续流二极管 如图所示 求此时直流 电压平均值 Ud及直流电流的平均值 Id 并绘出输出电压 Ud及电流 Id的波形 若 L R 时 波形又如何 15 分 当晶闸管 VT 导通时 tURi dt d L d id sin2 当二极管 VD 导通时 0 d t Ri dt di L 设 t 时 晶闸管的初始电流为 则 o I L tR o L tR mmd eIeItIi sinsin t0 其中 3 分 2 2 2 LR U Im R L arctg 如果时所求出的二极管电流的初始值为 则 t 1 I L R o L R mm eIeIII sinsin 1 在期间的值为 则 2td i 1 I t tR d eIi 11 可求出晶闸管电流的初始值 即 2t 3 分 sin sin 1 2 L R m L R L R o eI e e I 和的关系为 d u d i d t d d Ri d di Lu tdRitd dt di LtduU d d dd 222 2 1 2 1 2 1 当晶闸管导通时 当二极管导通时 tUud sin2 0 d u 3 分 cos1 2 2 sin2 2 1 ttdUud 因为 d i i d di L td dt di L d d 22 22 1 0 2 2 2 oodd II L ii L 故 RItdRiU ddd 2 2 1 输出电流的平均值与 L 无关系 可写作 R U I d d 1 101 L R d eIIIi 当 时 则 L R 1 L R e 3 分 0 d i 六 分析作图题 本题共六 分析作图题 本题共 1 小题 共小题 共 15 分 分 分析 KC05 集成触发器工作原理 并画出 u 和 3 4 12 13 10 9 各管 s 角的电压波形 15 分 VD1 VD4 和 V1 组成同步电压过零检测环节 同步电压 u经外接电阻 R1 加到 15 16 s 端 当 u过零时 V1 截止 V2 也随之截止 V3 导通 使下面稳压管 V 击穿 约 3 8V s V4 随之导通 并使外接电容 C1 充电到近似稳压值 结束时 因同步电压已有数值 故 V1 V2 导通 于是 V3 V4 截止 3 分 如图所示 3 端电压 U3 持续时间为 C1 充电过程 既 V3 导通和 V 被击穿过程 一旦 V4 截止 C1 经 V6 恒流放电 形成锯齿波 改变 5 端外接电位器阻值可以改变锯齿波斜率 V6 V9 组成差分比较器 加于 V9 基极的控制电压 Uc 与锯齿波电压比较 当 Uc 小于锯 齿波电压时 V9 V10 V11 截止 电源经 R VD7 V12 基极向 C2 充电到电压值 V12 导通 V13 V14 截止 无输出 9 端为高电位 当 Uc 大于锯齿波电压时 V9 V10 导通 12 端电 压 U12 出现正跳脉冲 V11 导通 13 端电压 U13 近似为零 于是 电压反向加到 V12 基极 即 10 端电压 U10 负跳变 V12 截止 V13 V14 导通 开始输出脉冲 随后 C2 经电源 R2 V11 迅速放电 并反充电到 1 4V V12 导通 V13 V14 截止 输出脉冲结束 在交流电 压正负半周 KC05 产生两个脉冲 彼此相隔 1800 从电压零值开始 由 Uc 确定其相位 角 a 同步电压 u和 3 4 12 13 10 9 管角电压波形如下图所示 s 6 分 六 计算题 本题共六 计算题 本题共 4 小题 每空小题 每空 10 分 共分 共 40 分 分 1 单相桥式半控整流电路 由 220V 经变压器供电 负载为大电感 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 试回答 30 min 1 画出 ud iv11波形 30 时 2 电流有效值 3 计算整流二极管的电流平均值 解 1 波形 ud 2 分 iv11 2 分 2 分 3A 9 12I 2 I d min v1 3 分 3A 3 8I 2 I d min V2AR 2 有一个三相全控桥整流电路如图所示 已知电感负载 L 0 2H 75 R 1 变压器二次相电压 U2 100V 试画出 ud的波形 计算负载的平均整 流电压 Ud和负载电流平均值 Id 计算变压器二次电流的有效值 I2 解 1 1 分 8 3762 030028 6 fL2L 2 R 可视为大电感负载 1 分 3 Ud 的波形图见电力电子变流技术教材图 3 13 2 分 4 分 2 U34 2 U 63 U 2cos2cosd 5 分 1 V56 60cos751002 34 6 分 1A 56 60 1 56 60 R U I d d 5 变压器二次电流的有效值 I2 分 2 A 42 4956 60816 0 I816 0 I 3 2 I dd2 3 单相全控桥式变流电路如图所示 工作于有源逆变状态 60 U2 220V Ed 150V R 1 L 足够大 可使负载电流连续试按要求完 成下列各项 1 画出输出电压 Ud 的波形 2 画出晶闸管 V12 的电流波形 iv12 3 计算晶闸管 V12 电流的有效值 Iv12 解 1 ud 2 分 2 Iv12 2 分 3 分 2V99cosU9 0U 2d 4 分 2 51 A R EU I dd d 5 分 2 A 1 36I 2 1 Iv12 d 4 三相全控桥式有源逆变电路如图所示 变压器二次相电压的有效值 U2 220V 回路总电阻 R 0 5 平波电抗器 L 足够大 可使负载电流连续 若 Ed 280V 要求电机在制动过程中的负载电流 Id 45 2A 试回答下列各题 1 求出此时的逆变控制角 2 计算变压器二次的总容量 S2 解 1 3 分 V 4 257RIU dd 2 3 分 60 5 0 U34 2 U cos 2 d 3 2 分 36 9AI 3 2 I d2 4 2 分 KVA 35 24 VA 24354I3US 222 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 试绘出单相全控桥式整流电路电感性负载接续流二极管 当 600时输出 电压波形 ud 晶闸管 T1的端电压波形 2 三相桥式全控整流电路 大电感负载 试画出当 900时输出电压 ud的波 形 输出电流 id的波形 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 单相桥式全控整流电路 U2 100V 负载中 R 2 L 值极大 当 30 时 试求 1 整流输出平均电压 Ud 电流 Id 2 考虑 2 倍安全裕量 确定 晶闸管的额定电压和额定电流 3 变压器二次电流有效值 I2 ud id 和 i2 的波形如下图 2 分 u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id 输出平均电压 Ud 电流 Id 变压器二次电流有效值 I2 分别为 Ud 0 9 U2 cos 0 9 100 cos30 77 97 V 2 分 Id Ud R 77 97 2 38 99 A 1 分 I2 Id 38 99 A 1 分 晶闸管承受的最大反向电压为 U2 100 141 4 V 1 分 22 考虑安全裕量 晶闸管的额定电压为 UN 2 3 141 4 283 424 V 1 分 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取 流过晶闸管的电流有效值为 IVT Id 27 57 A 1 分 2 晶闸管的额定电流为 IN 1 5 2 27 57 1 57 26 35 A 1 分 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 试绘出单相全控桥式整流电路电感性负载不接续流二极管 当 300时输 出电压波形 ud 晶闸管 T1的端电压波形 2 三相桥式全控整流电路 大电感负载 试画出当 300时输出电压 ud的波 形 输出电流 id的波形 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 1 小题 共小题 共 1515 分 分 单相桥式全控整流电路 U2 100V 负载中 R 2 L 值极大 反电势 E 60V 当 30 时 要求 1 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 2 考虑安全裕量 确定晶闸管的额定电压和额定电流 1 解 ud id 和 i2 的波形如下图 u2 O t O t O t ud id i2 O t Id Id Id 整流输出平均电压 Ud 电流 Id 变压器二次侧电流有效值 I2 分别为 Ud 0 9 U2 cos 0 9 100 cos30 77 97 A Id Ud E R 77 97 60 2 9 A I2 Id 9 A 晶闸管承受的最大反向电压为 U2 100 141 4 V 22 流过每个晶闸管的电流的有效值为 IVT Id 6 36 A 2 故晶闸管的额定电压为 UN 2 3 141 4 283 424 V 晶闸管的额定电流为 IN 1 5 2 6 36 1 57 6 8 A 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 单相全控桥带大电感性负载 试画出 45 时 Ud Id I2 UVT2各波形 下图波形幅值为相电压 U2 O t UVT2 2 试画出三相全控桥整流电路 电感性负载 60 时 整流输出电压 Ud 的波形和 Id IVT1 UVT1各波形 下图波形幅值为线电压 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 2 小题 共小题 共 2020 分 分 1 三相全控桥式整流电路 L R R 4 要求Ud从 0 220V 之间变化 试求 1 不考虑控制角裕量时 整流变压器二次线电压 2 计算晶闸管额定电压 电流值 如电压 电流裕量取 2 倍 选择晶闸管型号 3 变压器二次电流有效值I2 10 分 1 解 负载为大电感 流过负载的电流可看为直线 1 分 1 当 0 时 输出电压平均值为 220V 由式知 2 分 COS UUd 2 34 2 V COS U U d 94 34 2 220 34 2 2 2 由题知 1 分 故取额定电压 500V 1 分 V UU TMTn 46094622 1 分 1 分 A R U I d d d 55 A IIdT 75 31 3 1 1 分 故取额定电流 50A 1 分 A I I T avT 45 40 57 1 2 因此 选取晶闸管的型号为 KP50 5 1 分 3 1 分 A IId 9 4455816 0 3 2 2 2 已知流过晶闸管的电流波形和波形系数 Kf值 若要求平均电流均为 50A 求 晶 闸管的通态额定平均电流 暂不考虑余量 10 分 I t t t I 2 2 2 3 2 I Kf 2 22 Kf 1 41 Kf 1 73 解 1 AI K I d f TAV 7 70 57 1 2 AI K I d f TAV 9 44 57 1 3 AI K I d f TAV 09 55 57 1 2 电路如图 试画出该逆变器 1800导通型三相逆变器电压波形 UAO UBO UCO UAB 10 分 V2 V3V5 V6V4 V1 RCRBRA O UAO UBO UCO UAB wt wt wt wt 四 作图题 本题共四 作图题 本题共 2 小题 每小题小题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 单相半全控桥带大电感性负载 试画出 30 时 Ud Id I2 UVT2各波形 下图波形幅值为相电压 不考虑失控现象 U2 2 试画出三相半波可控整流电路 电感性负载 画 30 时 整流输出电 压 Ud的波形和 Id IVT1 UVT1各波形 下图波形幅值为相线电压 30 u2 uaubuc O t O t O t O t O t uG ud u a b uac t1 iVT 1 uVT 1 uac 五 计算题 本题共五 计算题 本题共 2 小题 共小题 共 2020 分 分 1 三相半波可控整流电路 L R R 4 要求Ud从 0 220V 之间变化 试求 1 不考虑控制角裕量时的 整流变压器二次线电压 2 计算晶闸管额定电压 电流值 如电压 电流裕量取 2 倍 选择晶闸管型号 3