电力电子技术习题与解答

1、电力电子技术习题及解答思考题与习题什么是整流？它与逆变有何区别?答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变,它是对应于整流的逆向过程。单相半波可控整流电路中，如果:(1) 晶闸管门极不加触发脉冲;(2) 晶闸管内部短路;晶闸管内部断开;试分析上述三种情况负载两端电压Ud和晶闸管两端电压 UT的波形。答：(1)负载两端电压为 0，晶闸管上电压波形与 U2相同;(2)负载两端电压为 U,晶闸管上的电压为 0；(3) 负载两端电压为 0，晶闸管上的电压为 U。在流过负载电流平某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电, 均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应

2、选择大一些答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流 增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流 的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额 定电流大一些的管子。某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被 烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。解：设a =0，T2被烧坏，如下图:相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么？带大电感负载时，负载电阻民上的Ud与I d的乘积是否等于负载有功功率，为什么？答：相控整流电路带电阻

3、性负载时，负载电阻上的平均功率PdUdId不等于负载有功功率 P UI。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud与Id外还有谐波分量52， 和I1,I2,负载上有功功率为i 222PVPdPiP2PdUdId。相控整流电路带大电感负载时，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。某电阻性负载要求 024V直流电压，最大负载电流 ld=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都 能满足要求？试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。解：采

4、用由220V交流直接供电当0时:Udo=99V由变压器降压到60V供电当 0时:U=27V因此，只要调节都可以满足输出 024V直流电压要求。(1)米用由220V交流直接供电时:U d 0.45U 2 1 COSU=24V 时12118012159取2倍安全裕量,UtIt311V旦sin t2d tRUd 24Id 301 T(AV)It1.570.8空 54 A1.57晶闸管的额定电压、额定电流分别为电源提供有功功率I22R842 0.8电源提供视在功率U2I284220电源侧功率因数PF0.305采用变压器降压到60V供电:Ud 0.45U2 埒U=24V 时39 ,18039141UT7

5、2U 2 84.4VItI 丄返 int2d t2 0 R84A622V 和 108A。5644.8W18.58kVA51.38ARU7I40.8It(AV)51逻 32.7A1.57取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为和。变压器二次侧有功功率P l22R 51.382 0.82112W变压器二次侧视在功率S U2I260 51.383.08kVA电源侧功率因数PFP 0.68S某电阻性负载，Rd=50Q ,要求Ud在0600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算:晶闸管额定电压、电流值;解:时,U2(1)连接负载的导线截面积（导线允许电流密度j=6A / m

6、rr）;负载电阻上消耗的最大功率。单相半波型 1333V , Id0.450.45UdRd60012A50晶闸管的最大电流有效值It1.57ld18.8A晶闸管额定电流为T(AV)It12(A)晶闸管承受最大电压为U RM1.57a/2U2=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和 30A。所选导线截面积为S IJ 18.3.13mm2负载电阻上最大功率PrIt2R 17.7kW时,U2 詈 667V,IdUd 600Rd5012A负载电流有效值1.1lId13.3A(K晶闸管的额定电流为T(AV)It1.576(A)晶闸管承受最大电压为UrmJ2U2=1885

7、V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和 20A。所选导线截面积为S yJ13.%2.22mm2负载电阻上最大功率PrI2R 8.9kW整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题 分别画出电阻性负载和大电感负载在a =60时的输出电压 Ud、电流i d的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知L2=220V,分别计算其输出直流电压值Ud。UT波形，说明该电路晶闸管(3)画出电阻性负载a =60时晶闸管两端的电压 承受的最大反向电压为多少图题解：(1)因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。(2)其波

8、形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：Ud0.9叮 COS0.9 220 (1 cos6。0) 148.5V2感性负载:Ud 0.9U2cos 99V(3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为2V2u 2。带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10和20时负载两端的电压U d波形。解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点,如触发脉冲左移到自然换流点之前15处，触发脉冲宽度为 10时，不能触发晶闸管,Ud=0。触发脉冲宽度为15时，能触发晶闸管，其波形图相当于a =0时的波形。三

9、相半波相控整流电路带大电感负载，R = 10Q,相电压有效值U2=220V。求a =45时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流It，画出 Ud、i T2、UT3的波形。解: Ud12 /35672U2 Sin td( t) U 2 cos因为：U 2220V，450Ud=U 2 COS45=182VId18.2ARd1IdT Id 1Id 61AIt1廿1d 73Id 10.5AUd、i T2、Ut3波形图如下所示:在图题所示电路中，当a =60时,画出下列故障情况下的Ud波形。熔断器仆U熔断。熔断器2FU熔断。熔断器2FUU 3FU同时熔断。解：这三种情况下的波形图如下所示

10、:(b)Id（C）现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流 都是40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大解：设单相半波:I dT=| d=40Al T 1.57 l dT62.8A (Kf=单相桥式:ldT=- ld=20A2ItId28.3A三相半波:|dT=l |d =300 时 U d- 2d=U2=Ld/30时ItU2Rd V232)23.5A三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Q，要求 Ud 从 0220V 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。计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择

11、晶闸管型号。解:(1)因为Ld=2 COS ;不考虑控制角裕量,U2234 94VU21屁 2168.2V晶闸管承受最大电压为V6u2230.3V取2倍的裕量，Urm=1晶闸管承受的平均电流为I dT=I d3又因为Id鱼型55ARd 4所以I dT=，取2倍的裕量I dTmaA)选择KP50- 5的晶闸管。单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管Dw两端如并接滤波电容，电路 能否正常工作？如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况答：在稳压管 Dw两端如并接滤波电容后，电路能否正常工作。如稳压管损坏断开，单结晶体管上峰值电压太高，不利于单结晶体管工作。相电压有效值三相半波相控整流电路带电动机

12、负载并串入足够大的电抗器,时流过晶闸L2=220V,电动机负载电流为 40A,负载回路总电阻为 Q,求当a =60管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。解：电流平均值为:IdT=1 I d=40/3=3电流有效值为：I T0.5111 d 23AV3设电动机的反电势为&,则回路方程为:UdEdIdRLUd56 72U2 sin td( t) 1.17U 2 cos2/3-6128.7V所以Ed128.740 0.2120.7V三相全控桥电路带串联 Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感Li为100卩H,负载电流为150A，求:由于漏抗引起的换相压降;

13、解:该压降所对应整流装置的等效内阻及3X1 Id 3 250COS 1 (cos2 Jd)a/6U2a =0时的换相重叠角。100 10 61501.5VCOS 1 (1-50 100 10 6 15076 100) 111 5V等效内阻r丄巴匕 0.01150A晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸 管行不行？答：晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护，而不能用高电压、高电流的晶闸管代替，因为在电感性负载装置中，晶闸管在开关断过程中， 可能会出现过冲 阳极电压，此时极易损坏晶闸管。 当未采取过电流保护， 而电路过载或短路时更易 损坏晶闸管。什么是有源逆变？有源逆变

14、的条件是什么？有源逆变有何作用?答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电,反送到电网上去称为有源逆变。有源逆变的条件:(1) 一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍 大于变流器直流侧的平均电压;(2)变流器必须工作在2的区域内使0180如果采用窄脉冲触发，当下的电流下降为零，T2的门极脉冲已经消失而无法导通，然后Ti重复第一周期的工作，这样导致先触发一只晶闸管导通，而另一只管子不能导通， 因此 出现失控。晶闸管相控直接变频的基本原理是什么？为什么只能降频、降压，而不能升 频、升压?答：晶闸管相控直接变频的基本原理是：电路中具有相同特征的两组晶

15、闸管整流电路反并联构成， 将其中一组整流器作为正组整流器，另外为反组整流器， 当正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；如果负组整流器工作，正组整流器被封锁，则负载端得到输出电压上负下正，这样就可以在负载端 获得交变的输出电压。晶闸管相控直接变频， 当输出频率增高时， 输出电压一周期所含电网电压数就 越少，波形畸变严重。一般认为：输出上限频率不高于电网频率的 当输出电压升高时， 也会造成输出波形畸变。 因此，只能降频、降压，而不能升频、 升压。晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区另答：相控整流电路和交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大

16、小（相位控制）来调节输出电压的大小。但二者电路结构不同，在控制 上也有区别。T、T2或采用双相控整流电路的输出电压在正负半周同极性加到负载上，输出直流电压。交流调压电路，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管向晶闸管T相联。当电源处于正半周时，触发Ti导通，电源的正半周施加到负载上；当电源处于负半周时，触发T2导通，电源负半周便加到负载上。电源过零时 交替触发Ti、T2，则电源电压全部加到负载。输出交流电压。交流调压和交流调功电路有何区别?答：交流调功能电路和交流调压电路的电路形式完全相同，但控制方式不同。（相位交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小 控制）来调节输出电

17、压的大小。晶闸管交流调功能电路采用整周波的通、断控制方法，例如以n个电源周波为 一个大周期，改变导通周波数与阻断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均功率，实现交流调功。电阻炉由单相交流调压电路供电，如=0时为输出功率最大值，试求功率为80% 50%寸的控制角。解：=0时为输出电压最大值UOmax11Y 0(V2u sin t)2d t Ui负载上最大电流为1 0 maxU OmaxR输出最大功率PmaxU o max 1 o max输出功率为80%寸,PO.SPmaxUoUoUo uJsi n2a 260.54输出功率为最大值的50%时，O.5 Pmax(J2Uo Spsi n2a

18、90一交流单相晶闸管调压器，用作控制从220V交流电源送至电阻为Q,感抗为Q的串联负载电路的功率。试求:(1) 控制角范围;(2)负载电流的最大有效值。解：负载阻抗角为:arctgarctg -0.54最小控制角为min故控制范围min输出电压最大，电流也最大，故最大有效值为:1。uJr2Xl2了311AJo.520.52试述单相交-交变频电路的工作原理。答：其电路有两组整流圈，一组为正组整流器，另一组为反组整流器，其正组和反组整流器以交替地以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态，当正组工作，反组封锁时，负载输出电压为上正下负，如果负组工作，正组封锁，则为上负正， 如果控制角的大小不变， 则输出电压波形为矩形波， 如果让控制角按 900逐渐减小，然后再从0。90逐渐增大。那么正组整流电