电力电子技术题例

=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载=电力电子技术题例电力电子技术习题 1、在题图所示的单相半波整流电路中，R=10，L=50mH，E=100V，Rr=1，u=V，f=50Hz，当纯电阻负载，纯电感与电阻串联负载以及反电动势负载三种情况下，试计算： 直流输出电压的平均值Ud。 直流输出电流的平均值Id。 加在二极管上的反向峰值电压。 答： 题图电阻性负载时输出波形如上图a所示。 Ud=12?02sintd=2?100V=45A Id=Ud45A= R10URV=2?100V= 题图感性负载时输出波形如上图b所示。二极管一导通，下面电压方程式成立。 1 第二章 相控整流电路 Ldit+Rid=2Usint dt?Rt当t=0时，id=0 则 id=Imsin+ImsinveIm=L 其中 2UR2?(?L)2 ?arct?g?L? ?R?图b中在三种时间常数时电流波形曲线角随R时， (?t)的减小而增大。负载为纯电感?R?t/(?L)?L? ?1 limarctglime()2R?0RR?0id=2U?1?cos?t? ?L变为2，即?t?2?,4?，.时，id?0，即二极管在此时刻才截止。 Ud?12?2?02U?1?cos?t?d?t?2U?9AURv?0 ?L?L题图c反电动势负载时输出波形如图c所示。 设二极管导通时的角度为1，截止时的角度为1，则 ?1?arcsin?E? 2U? ?1=arcsin?Ud=E+?E?=?1 ?2U?2?1? 12?1?12?100sin?t?Ed?t? ? 2?100?1?1?cos?1?cos?1? ?1?E?2?2? Id=12?1?11Rr?2?100sin?t?Ed?t? ? 1?Ud?E? Rr 2 电力电子技术习题 URV?E?2U? 2、晶闸管单相半波可控整流，设交流电压有效值为U ，频率为f，负载为电感性负载，延迟角为?，如图所示。绘出输出电压ud的波形以及输出电流id的波形，并求出ud及id来。 答： 晶闸管在延迟角处导通后下面电压方程式成立。 Iddid?Rid?2Usin?t dt?R?t?如果电流的初相位为，则 id=Imsin?t?Imsin?e?t? 其中 Im?2UR2?t?2 ?arctg?t? ?R? 当=?时，id成为正弦半波电流。 Ud?12?2Usin?td?t?U2?cos?cos? Id?Ud R Id?12?did?t? 或 3、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LR时，波形又如何？ 3 第二章 相控整流电路 答： 当晶闸管VT导通时 Ldid?Rid?2Usin?t dt当二极管VD导通时 Ldit?Rid?0 dt设t=时，晶闸管的初始电流为Io，则 id?Imsin?t?Imsin?e其中 ?R?t?L?Ioe?R?t?L? 0?t? Im?2UR?L?22 ?arctg?L? ?R? 如果?t?时所求出的二极管电流的初始值为I1，则 I1?Imsin?Imsin?e?R?L?Ioe?R?L? 在?t?2?期间的id值为I1，则 id1?I1ee?R?t?t? ?t?2?可求出晶闸管电流的初始值，即 ?R?L?L? Io?1?e ?R?2?Imsin?sin?e?R?L? 4 电力电子技术习题 ud和id的关系为ud?L diddt?Rid 12? Ud?12?2?udd?t?2?Ldid1d?t?dt2?2?Ridd?t? 当晶闸管导通时，ud?2Usin?t，当二极管导通时，ud?0。 ud?12?2Usin?td?t?22?1?cos? 因为12? 2?Ldid?Lid?2?d?t?did? id?dt2? ?L?L?Io?Io?0 id?2?id?2?2?故Ud?12?2?Ridd?t?IdR 输出电流的平均值与L无关系。可写作 Id?Ud R?R? ?id?I1?I0?I11?e ?L? 当?LR时，则 e ?R?L?1 ?id?0 这样，我们就可以把电流看作一条直线来计算了。 4、某一电热负载，要求直流电压60V，电流30A，采用单相半波可控整流电路，直接220V电网供电，计算晶闸管的导通角及电流有效值。 答： ?1?cos?Ud? 2? Ud?60V U2?220V cos? 2?60?1? ?220?78o 导通角 ?180o?78o?102o 1?sin2? 4?2? 电压有效值 U?U2 5 第二章 相控整流电路 R?Ud60?2? Id30 I? R2即电流有效值为 5、某电阻负载要求024V直流电压，最大负载电流Id=30A，如果用220V交流直接供电与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波可控整流电路，是否都满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角，额定电压，电流值，电源与变压器二侧的功率因数，以及对电源容量的要求。 答： 采用220V电源直接供电?=0时，Ud0?99V 采用60V电源供电、Ud0?27V 所以只要适当调节控制角，均能满足最大整流电压为24V的要求。 下面我们分析以下两种情况的利弊。 先计算用220V交流电源直接供电的情况。 Ud?cos? 2 U2?220V oUd?24V cos? oo=121 o=180?121?59 查图示曲线，波形系数Kf?I即IT?VA? Id?，要求晶闸管额定有效值?VA?KfId ?30A? ?311V UTm?考虑安全欲度，晶闸管至少应选KP100-4 6 电力电子技术习题 查图示曲线，cos?= 要求电源视在功率S=U2I2=?A 如采用降压到60V供电 Ud?1?cos? 2 U2?60V Ud?24V ooo=39o ?180?39?141 查图示曲线，波形系数Kf? IT?VA?30A? ?2U2?2?60V? ?所以选KP50-2型的晶闸管也就可以了。 S=U2I2?60?30?VA?A 这样，增加了整流变压器后，使延迟角减小了，选择的晶闸管的额定电压、额定电流都减小了，要求的电源容量也减小了。此可以看出，应当尽量使晶闸管电路工作在小延迟角状态。 6、有一转差离合器的励磁绕组，其直流电阻为45?，希望在090V范围内可调，采用单相半波可控整流电路，电网直接供电，电源电压为220V，试选择晶闸管和二极管。 答： 如图所示 在大电感负载情况下，必须接续流二极管，电路才能正常运行。如 Ud=90VId=Ud=2A R 1?cos?Ud=?220?V2?o =35 ?T?180o?35o?145o 145oI?2A? IT?odo?T 7 第二章 相控整流电路 IT?AV?IT? 若不考虑电压、电流欲量，选KP1-4型晶闸管即可。 流过二极管VD电流有效值ID?360o?TID=?2A= 360o 若不考虑电压、电流欲量，选ZP2-4行整流二极管即可。 7、图为同步发电机单相半波自励电路，原先运行正常，突然发电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器FU均正常，试问是何原因？ 答：是续流二极管断开所致。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以晶闸管导通角为=2-2，Ud始终为零或零电压很低。 8、单相半波可控整流电路，如门极不加触发脉冲；晶闸管内部电极短开，试分析上述三种情况晶闸管两端?uT?和负载两端?ud?波形。答：晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以uT和ud波形如图a所示。 晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时uT和ud波形如图b所示。 晶闸管内部断开，uT和ud波形如图c所示。 8 电力电子技术习题 9、某单相可控整流电路给电阻性负载供电和给反电动势负载蓄电池充电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选大一点？为什么？ 答：在流过负载电流平均值相同的条件下，反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管导通的条件除了门极需要触发外，还必须瞬时阳极电压ua大于发电动势E值，所以导通角比电阻负载小时。因此，在平均电流值相同时，反电动势负载的电流波形系数Kf比电阻负载时大，所以晶闸管的额定电流应选大一些。 10、某电阻负载的单相桥式半控整流电路，若其中一只晶闸管的阳极、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管和负载电阻两端的电压波形。 11、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?min? 9 第二章 相控整流电路 答：根据晶闸管工作原理分析，波形ug是正弦波，但半波被VD截去，当它的瞬时值超过晶闸管门极触发电压UGT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，ug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， 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，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。 12、某电阻负载R=50?，要求输出电压在0600V可调，试用单相半波与单相全波两种供电，分别计算：晶闸管额定电压、电流值。负载电阻上消耗的最大功率。 答:单相半波，当=0时 oU2?Ud600?V?1333V ?流过晶闸管电流有效值 600A?12A 50IT?Id? URM?22U2?1885V 晶闸管承受的最大反向电压 晶闸管的额定电压至少应大于 2000V 晶闸管的额定电流至少应使 IT?VA?IT?12A 10 电力电子技术习题 电阻消耗功率PR=ITR? 2负载电流有效值 I? URM?2U21885V 晶闸管承受的最大反向电压 晶闸管承受的额定电流 IT?AV?IdT?1Id?6A 2 所以，晶闸管的额定电压至少应大于2000V，晶闸管的额定电流至少应大于6A。 13、 某一电感负载要求直流电压范围是1560V，电压最高时电流是10A，采用具有续流二极管的单相桥式半控电路，从220V电源经变压器供电，考虑最小控制角min=25,计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流有效植以及变压器一次、二次额定电流值。 答：当Ud=60V, min=25时 U2=2Ud2?60?V?70V ?1?cos?1?cos25? IdT=IT=?Id? 2?Id? 2? 二极管的电流与晶闸管的电流相同。 当Ud=15 V时 2Ud?1?=121 ?180?121?15IdT=Id?A? 2?360?6cos=I1=?180?121?Id?1A 2?360?流过续流二极管的电流IdD=ID=变压器I2?121?15Id?A? ?180?6?Id?2A ?2IT?U 1=220 V U2=70 V I1=U2I2= U111 第二章 相控整流电路 14、单相桥式半控整流电路，接有续流二极管，对直流电动机电枢供电，主回路平波电抗器的电感量足够大，电源电压为220V，延迟角为60，此时，负载电流为30A，计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流平均值和有效值，交流电源的电流有效值、容量及功率因数。 答:当Id=30A,=60时 IdT=?180?60?Id?30A?10A 2?360?Id? 2? IT=整流管的电流与晶闸管的电流相同。 IdD=Id?ID=?60?30A?10A 180?Id? ?交流电源电流I2=2IT= 交流电源容量S=I2U2= co?1?sin2? 2? 15、如图所示，晶闸管的电流延迟角为60，试画出晶闸管两端承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？并计算各器件定额，已知电源电压是220 V，负载是电感性负载，其中电阻是5。 答：当=60o时 晶闸管导通角T=2=整流二极管的导通角?VD1?续流二极管的导通角?VD?2?4 32? 32? 3 12 电力电子技术习题 Ud?cos? ?A? R5IT?TId? 2?IT? (AV)IVD1?VD1Id? 2?IVD1? (AV)IVD?VDId? 2?IVD? (AV)Umax?2U2?311V 若不考虑裕量，可以选KP20-4晶闸管。晶闸管两端电压波形如图中斜线部分所示，图可知晶闸管不承受反向电压。 16、单相桥式全控整流电路，对直流电动机供电，主回路中平波电抗器的电感量足够大，要求电动机在额定转速往下调速，调速范围是1：10，系恒转矩调速。试问调速范围与晶闸管容量有关系吗？调速范围与移相范围的关系又如何？ 答：电动机的转矩正比于电枢电流，T=CTId电动机转速正比于电枢电动势，n=E/(Ce)。当转速往下调时，E就减小，而Ud=E+IdRd,即Ud减小，?增大。现恒转矩调速，Id?I?不变。当?增大时，I/I?增大，晶闸管的容量要加大，即选晶闸管时应从电动机最低速度来考虑。 当忽略电枢电阻时，UdE。 若接续流二极管时，则转速与?关系如下： n=11?cos?(1?cos?)? 2Ce?Ce?13 第二章 相控整流电路 若不接续流二极管时，则转速与?关系如下：n? Ce? 17、蓄电池充电，如图所示,U2有效值为36V, 整流输出Ud=36V=。接充电蓄电池5只, 熔体熔断，增加到7只，熔体还是熔断，这是什么原因？ 答：Um?2U2?36V?51V 而Im?(Um-E)/R?，虽然E=42v。但只要R?很小时，Im还是比较大，足以烧断熔体。 18、单相半控桥式全控整流电路，电阻负载Rd=4,要求Id在025A之间变化。 求： 变压器电压比。 如果导线电流密度，计算连接负载的导线截面积。 不考虑安全裕量，计算晶闸管的电流、电压定额。 忽略变压器励磁功率，变压器应选多大容量。 计算负载电阻Rd 的功率. 计算电路的功率因数。 答： Umax?Imax?Rd?(25?4)V?100VU2?变压器电压比 K?Ud? 220?2 111 I?25A? S?I? IT(AV)ITI2/2? 电力电子技术习题 Uon?2U2?157V 若不考虑裕量，可选KP-2型晶闸管。 变压器容量S?U2I2? 电阻Rd功率PRd?I2Rd? 1?sin2?1(=0o) 2? cos=19、图为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路，求： 绘出=45时Ud=的波形。 导出Ud=f(a)的关系式。 求出Ud的最大值Umax 和最小值Umin. 答：设在的期间，VT1、VT2未触发导通，电路早正半周时，下面一组变压器二次电压U2工作，VD3和VD2导通；负半周时，上面一组变压器电压U2工作，VD3和VD1导通。当在某时刻触发VD1、VD2使之导通时，电路恢复为单桥相式半控整流电路，Ud的波形如图所示。 UdUd1?Ud2 其中，Ud1 是VD3导通时的平均电压，Ud2是半控桥的平均电压。 Ud1?1?02U2sin?td?t?2U2?1?cos? Ud2?1?22U2sin?td(?t)?22?U2(1?cos?) 15 第二章 相控整流电路 S1?3U1I1?3?380?=?A S=11(S1?S2)?(?)KV?A?A 22U1?220V 若整流变压器的绕组是一次侧星形,二次侧双反星形联结法,则 变压器电压比K=380/3? 18S1?3U1I1?3?220?A S1和S2的值与三角形接法相同,可以看出一次,二次绕组接法不同,但容量相同.晶闸管额定值