电力电子技术综合分析题1

1、 整流电路部分整流电路部分 2013.11 u每组每组3 3题题, ,每题每题2525分分, ,共计共计7575分。（基础分）分。（基础分） 评分内容：讨论分析过程、答案正确性； 讨论激烈组额外加5分,讨论时间30分钟。 u每组选三个代表分别上台发言，时间控制在每组选三个代表分别上台发言，时间控制在3 3分钟内。分钟内。 其他同学可对代表的发言进行纠正或补充，上述个人额外加5 分 u讨论过程中请不要保持安静，积极分享自己的观点！讨论过程中请不要保持安静，积极分享自己的观点！ u第一小组 u第二小组 u第三小组 u第四小组 u第五小组 n某纯电阻负载的单相桥式半控整流电路，若其中某纯电阻负载的单

2、相桥式半控整流电路，若其中 一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断( (假设假设VT3VT3被烧被烧 断断) )，试画出整流二极管两端、晶闸管两端和负载，试画出整流二极管两端、晶闸管两端和负载 电阻两端的电压波形。电阻两端的电压波形。 由于在管子不导通状态下受 漏电流的影响，波形要出现 畸变。 故精确的波形较难分析，右 图是一种较理想状态下绘出 的波形图。 n上上图为单相全波整流电路，由一只晶闸管与一只整图为单相全波整流电路，由一只晶闸管与一只整 流二极管组成，已知流二极管组成，已知U2=200V，=45。求：求： （1）输出直流电压输出直流电压Ud ； （2）画出画出=

3、45时时，ud的波的波形形； （3）画出画出=45时，时，晶闸管两端电压晶闸管两端电压uVT与二极管两与二极管两 端电压端电压uVD的波的波形形。 Ud1为VT导通时平均电压值， Ud2为VD导通时平均电压值。 12ddd UUU 22 0 11 2sind2sind 22 UttUtt 2 2 3cos 2 U ud、uVT、uVD波形如右图所示。 n上图所示上图所示为一种简单的舞台调光线路，试求：为一种简单的舞台调光线路，试求： （1 1）根据）根据ud、ug波形分析电路调光工作原理；波形分析电路调光工作原理； （2 2）说明）说明RP、VD及开关及开关Q的作用；的作用； （3 3）本电路

4、晶闸管最小导通角）本电路晶闸管最小导通角min为多少？为多少？ ud、ug波形如图所示。 根据晶闸管工作原理分析，波形ug为正弦波，但 负半波被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。 由上图分析，可得出， 。 VD

5、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。 第二小组 n三相半波整流，且电感性负载三相半波整流，且电感性负载=90，U=220V， 由于电感由于电感Ld不够大，只能使晶闸管阳极电压过零不够大，只能使晶闸管阳极电压过零 后，再维持导通后，再维持导通3030。试求：。试求： （1 1）画出）画出ud波形。波形。 （2 2）列出电压平均值）列出电压平均值Ud的计算公式。的计算公式。 （3 3）画出晶闸管）画出晶闸管VT1两端电压波形。两端电压波形。 （1 1）图图(a)(a)中中斜线部分为斜线部分为u ud d波形波

6、形 （2 2）电压平均值：电压平均值： （3 3）晶闸管晶闸管VT1两端电压波形如两端电压波形如 图（图（b b）斜线部分所示。）斜线部分所示。 VT1、VT2及VT3均不导通： VT1管承受U相相电压； VT2或VT3导通：VT1管承受线 电压。 6 222 3 3 2sind0.247 2 d UUttU n试分析如图所示三相全控桥式整流故障电路试分析如图所示三相全控桥式整流故障电路=60=60 时的时的u ud d波形。波形。 （1 1）熔断器）熔断器1FU熔断。熔断。 （2 2）熔断器）熔断器2FU熔断。熔断。 （3 3）熔断器）熔断器2FU、3FU熔断熔断。 （1 1）1FU1FU熔

7、断时熔断时： ud的波形如图(b)斜线部分所示。 凡与U相有关的线电压均不导通。 （2 2）2FU2FU熔断时熔断时： ud的波形如图（c）斜线部分所示。 V字头线电压不导通。 （3 3）2FU2FU、3FU3FU熔断时熔断时： ud的波形如图（d）斜线部分所示。 凡VW字头线电压均不导通。 n若在维修中观察输出电压波若在维修中观察输出电压波 形如图（形如图（b b）所示。）所示。 试判断三相半控桥式电路中试判断三相半控桥式电路中 哪知器件有故障？并指出此哪知器件有故障？并指出此 时时等于多少度？等于多少度？ VT3管子触发脉冲消失， 或VT3管子内部断路； 延迟角=30。 n相控整流电路带电

8、阻性负载时，负载电阻上的相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的 Ud与与Id的的乘积是否等于负载有功功率，为什么乘积是否等于负载有功功率，为什么? ? 带大电感负载时，负载电阻带大电感负载时，负载电阻Rd上的上的Ud与与Id的乘的乘 积是否等于负载有功功率，为什么积是否等于负载有功功率，为什么? ? 带电阻性负载电阻性负载时： 不相等 原因： 负载电阻上的平均功率 负载有功功率 负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud 与Id外，还有谐波分量 和 负载上有功功率: dd d PU I PUI 12 ,UU 12 , ,I I 222 12dddd PPPPPU I 带大电感负载大电感负载时

9、： 相等 原因: 带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒 定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等于 负载有功功率。 n图示为一只晶闸管做开关的可控整流电路，图示为一只晶闸管做开关的可控整流电路， 试试求：求： （1 1）画出画出 时，时，ud、id波形；波形； （2 2）计算晶闸管的移相范围；计算晶闸管的移相范围； （3 3）大电感负载时是否需要接续流二极管？大电感负载时是否需要接续流二极管？ 为什么？为什么？ =60 (1)(1) (2)(2)晶闸管移相范围： (3)(3)不需要； 由于大电感的存在，U2过零变负时， 不会突变， 仍然按原来的方向流通，只是幅值逐渐减小，此时电路

10、通过 VD4与VD2一起续流。 0 180 d i n图（图（a a）为具有中点二极管的单相半控桥式整）为具有中点二极管的单相半控桥式整 流电路，求：流电路，求： （1 1）绘出）绘出=45=45时时u ud d的波形。的波形。 （2 2）导出）导出U Ud d= =f f( () )的关系式。的关系式。 （3 3）求出）求出U Ud d的最大值的最大值U Udmax dmax和 和U Ud d的最小值的最小值U Udmin dmin。 。 (1)(1)设在期间，VT1、VT2未触 发导通。 正半周正半周时时：下面一组变压器二 次电压U2 工作，VD3和VD2导 通； 负半周负半周时时：上面一

11、组变压器电 压U2 工作，VD3和VD1导通。 当某时刻触发VT1、VT2使之 导通时，电路恢复为单相桥式 半控整流电路，Ud波形如图 (b)所示。 (2) (2) Ud=Ud1+Ud2 Ud1是是VD3导通时的平均导通时的平均电压电压 Ud2是半控桥时的平均电压是半控桥时的平均电压 2 12 0 12 2sin()(1cos) d U UUtdt 2 22 12 2 2 2sin()(1cos) d U UUtdt 则： 2 2 (3cos) d U U (3) 当 时， ; 当 时， 。 0 2 max 4 2 dd U UU 2 min 2 2 dd U UU 2 2 (3cos) d

12、U U n三相半波可控整流电路，能否如图所示只用三相半波可控整流电路，能否如图所示只用 一套触发器，每隔一套触发器，每隔120120送出触发脉冲，使电送出触发脉冲，使电 路路工工作？作？ 能工作。 原因：虽然三个晶闸管同时加触发脉冲，只 有阳极电压最高相所接的晶闸管导通，其余 两个晶闸管承受反压时阻断。但移相范围只 有120，达不到150的要求。 n如如图所示整流电路，变压器第一图所示整流电路，变压器第一 次电压为次电压为220V，二次电压各段均，二次电压各段均 为为100V，电阻负载为，电阻负载为R=10 。 当控制角当控制角 为为90时，时， n求求： 输出整流电压输出整流电压Ud和负载电

13、流和负载电流Id， 并作出晶闸管、整流管、变压器并作出晶闸管、整流管、变压器 一次侧绕组电流的波形。一次侧绕组电流的波形。 时： 由于VT1无触发脉冲而截止，VD1由于承受正相电压二导 通，此时 ; 时： VT1因触发而导通，同时VD1因承受反压而截止， 此时 ; 时： 情况同上，只是轮到VT2和VD2工作，而VT1和VD1因承 受反压而截止。 0, 2 t 2 2sin d UUt , 2 t 2 2 2sin d UUt ,2t Ud波形如图（a）所示。 晶闸管、整流管和变压器一 次绕组电流波形分别为如图 （b）、（c）、（d）。 2 22 0 2 1 2sin()22sin() d UU

14、tdtUtdt 2 3 2 d UU 2 100UV 135 d UV 135 13.5 10 d d U IA R n上上图图为为整流电路，整流电路， ， 。 问：问： （1 1）延迟角延迟角 应定在何处？应定在何处？ （2 2）绘出绘出 时时u ud d的波形。的波形。 （3 3）求求 ，假设，假设VT1VT1，VT2VT2；VT3VT3，VT4VT4；VT5VT5，VT6VT6； VT7VT7，VT8VT8分别同时触发。分别同时触发。 12 2sinuUt 22 2cosuUt 0 0 ( ) d Uf （b b） (1) ，定在离该相电压原点45处。 (2)(2) , ud的波形如图（b）所示。 (3)(3) 时, 时， 0 0 0 4 3 4 22 4 4 2 2sin()2.54cos 2 d UUtdtUt 3 44 22 4 1cos 4 4 2 2sin()3.54 22 d UUtdtU n三相半控桥整流电路带电阻性负载，由于触发电三相半控桥整流电路带电阻性负载，由于触发电 路输出脉冲的相位未调节好，如果路输出脉冲的相位未调节好，如果 、 （对应（对应VT1,VT3,VT5VT1,VT3,VT5的触发脉冲）的触发脉冲），试画，试画 出出Ud和和UVT的波形。的波形。 1 30 3 60