电力电子典型习题

1、1. 三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻负载，R=5，当=60º时，要求：（1）画出ud、id、iVT1的波形；（2）计算Ud、Id、IdT、IVT。（15分）解答：（1）ud、id、iVT1的波形见下图所示 （2）=67.5VId=Ud/R=13.5A IdT = Id /3=4.5AIVT1 =10A 2. 三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求当=30º、E=50V时输出直流电压Ud、直流电流Id和换相重叠角，并作出ud、iVT1、iVT2的波形。（）（15分）解： 得： ud、iVT1和iVT2的波形如下图：

2、 3.三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5，Ld很大，当=60º时，要求：（1）画出ud、id、iVT1的波形；（2）计算Ud、Id、IdT、IVT。15分解答：（1）ud、id、iVT1的波形见右图所示（2）=58.5VId=Ud/R=58.5/5=11.7AIdT = Id /3=3.9AIVT1 =6.75A4. 三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，输出端有续流二极管，R=5，Ld很大，当=30º时，要求：（1）画出ud、id、iVT1的波形；（2）计算Ud、Id、IdT、IVT。15分解答：（1）ud、id、iVT1的波形见

3、下图所示。 （2）=101.32V Id=Ud/R=20.26AIdT = Id /3=6.75AIVT1 =11.7A5.三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，输出端有续流二极管，R=5，Ld很大，当=60º时，要求：（1）画出ud、id、iVT1的波形；（2）计算Ud、Id、IdT、IVT。15分解答：（1）ud、id、iVT1的波形见下图所示 =74.25VId=Ud/R=14.85A IdT = Id （90/360=3.71AIVT1 =7.43A 6. 带续流二极管的单相半波可控整流电路，大感性负载保证电流连续。试证明输出整流电压平均值。（5分）解： 7.

4、 某电热负载，要求直流电压60V，电流30A，采用单相半波可控整流电路，直接由220V电网供电，试计算晶闸管的导通角及电流有效值。（10分）解：已知，代入计算得： 导通角为 电压、电流的有效值为8. 单相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1，L值极大，U2=100V，LB=0.5mH，当EM=-99V，60°时求Ud、Id和的值。（） （10分）解： 解方程 又因为即得出换相重叠角9.三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60º，计算输出电压和输出电流的平均值，画出ud、id、iVT1的波形。（10分）解： 10.三相全控桥式整流电路

5、，U2=100V，带电阻电感负载，R=5，L=，当=60º时，要求画出ud、id、iVT1的波形，计算输出电流、电压平均值以及晶闸管中流过的电流平均值与有效值。（15分）解： 11. 三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60º，LB=1mH。计算输出电压和输出电流的平均值以及值，画出ud、id、iVT1的波形。() （15分）解 12. 三相全控桥整流电路，已知电感负载L=，电阻R=20，变压器二次相电压为220V，控制角=30°，试回答：(1)画出整流输出电压ud的波形，画出晶闸管VT1的电压uVT1的波形；(2)计算整流

6、输出平均电压Ud；(3)计算变压器二次电流的有效值I2。 （15分）解：13. 三相全控桥整流电路，已知=30°、R=10、变压器二次相电压U2=100V。试画出ud和ia的波形，计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id。（10分）解： 14. 图(a)为三相全控桥式晶闸管电路，负载为直流电机，Ua220V，R=1W，L=，LB=1mH, EM=400V，当电路处于逆变状态，60o时，(1).求输出电压Ud，输出电流Id，重叠角；(2).作出Ud和id的波形；(3).此时，送回电网的平均功率是多少？(15分) 解：1).因为又由以上两式得Id109.7A，Ud290.3V 由公

7、式和公式得8.9o。 2). Ud和id的波形下图所示。 3). 由于此时电路处于有源逆变状态，所以电机向电网输送功率，其大小为。 15. 三相全控桥整流电路，已知=75°、R=10、变压器二次相电压U2=100V。试画出ud和ia的波形，计算负载的平均整流电压Ud和负载电流平均值Id。（10分）解：16. 三相全控桥式变流器，电阻负载，整流变压器是/Y-5，采用NPN锯齿波同步触发电路，附有滞后移相30º的 R-C电路，试选择同步变压器的连接组别，选择同步电压并绘相量图。（15分）解： （7分）共阴极晶闸管触发电路的同步变压器连接：Y/Y-10 共阳极晶闸管触发电路的同步

8、变压器连接： Y/Y-4 （8分）17. 三相桥式整流电路，整流变压器为/Y-11，采用NPN管锯齿波同步触发电路，附有滞后移相30º R-C电路，试选择共阴极组和共阳极组触发电路同步变压器的连接组别，并绘相量图（15分）解： 共阴极晶闸管触发电路的同步变压器连接：Y/Y-4共阳极晶闸管触发电路的同步变压器连接：Y/Y-10 18. 三相全控桥整流电路直接由三相电源进线电抗器接到晶闸管，同步变压器为/Y-11-5，采用NPN锯齿波同步触发电路，试选择同步电压，此时是否需要加R-C滤波，如要加，则它移相多少度？解：共阴极晶闸管触发电路的同步变压器连接：/Y-5共阳极晶闸管触发电路的同步

9、变压器连接：/Y-11 需加R-C滤波，移相30º 19. 三相桥式全控有源逆变电路，反电动势阻感负载，R=1，L=350mH，U2=220V，LB=1mH，当EM=-400V，60°时求Ud、Id和换相重叠角的值，此时送回电网的有功功率是多少?（）（15分）解：由于，所以id可近似认为为恒定的直流。由题意可列出以下三个等式： 三式联立求解得： 又因为即得出换相重叠角 送回电网的有功功率为20. 图(a)为三相半波电路，电路工作在有源逆变状态，某晶闸管两端电压波形如图(b)所示， (1). 试指出这是哪个晶闸管的两端电压波形？(2). 指出图(b)中的波形曲线1、曲线2和曲

10、线3分别是哪一相的电压？逆变角的大小是多少？(10分)解：1).晶闸管在截止时承受的电压为ubc和uba，由于承受电压的两个阶段都与b相有关，所以这必定是晶闸管VT2两端的电压波形。 2).根据晶闸管VT2两端的电压波形，可以确定曲线1是a相电压，曲线2是b相电压，曲线3是c相电压。由晶闸管VT2两端的电压波形可知，在t1时刻，晶闸管VT3开始导通，所以得到图中的控制角=150o,逆变角=30o。21. 图(a)为三相半波电路，电路工作在有源逆变状态，逆变角=30o，由于某种原因，VT1管丢失了一个触发脉冲uG1， (1).试画出负载端电压的波形ud；(2).分析丢失触发脉冲以后电路会出现什么

11、样的情况。(15分)解：1).根据晶闸管的特性，可得负载电压波形下图(b)所示。 2).由于电路工作在有源逆变状态，电机工作在发电状态，在脉冲丢失的情况下，输出电压由负变正，输出电压和电机的反电动势极性相同，而回路的总有效电阻很小，容易引起电路过流而烧坏晶闸管。因此，工作在逆变状态下的三相半波电路不允许脉冲丢失。22. 三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，求Ud和Id的值，并作出ud和iVD1的波形。（10分）解： 23. 图(a)为单相全控桥式整流电路 (1) 当控制角>90o时，若直流侧电机取走，而代之以一个电阻，晶闸管的导通角还能达到180o吗？晶闸管的

12、平均电压还能出现负值吗？(2) 若U2=220V，EM=100V，R=2W，当30o时，能否实现有源逆变？为什么？并画出ud，id的波形。(15分)1).不能。因为实现有源逆变不可缺少的条件是必须具有与晶闸管导通方向相同的直流电动势。当用电阻取代电动机以后，在90o时，Ud0，而>90o时，Ud保持等于0，电流出现断续，不可能使直流平均电压出现负值。(7分)2).，由于EM=100V<，所以此时无法实现有源逆变。ud，id的波形如图(b)所示。 24.三相桥式全控整流电路，感性负载Ld=0.2H，Rd=4，要求Ud从0 220V之间变化，试求（1）整流变压器次级线电压U2L=？（2

13、）若裕量取2，求晶闸管的电压、电流定额；（3）变压器次级线电流I2；(4) 的移相范围是多少？（15分）解：的移相范围是90°25. 三相半波共阴极逆变电路=30º，试绘输出ud及VT3两端的电压UT3的波形。15分解答：输出ud及VT3两端的电压UT3的波形见附图所示 ud波形： 晶闸管VT3两端的电压UT3的波形： 26. 图(a)为单相电压型半桥逆变电路，其负载为电阻和电感串联。图(b)已经给出了开关器件V1和V2的驱动波形uG1和uG2以及负载电流io，根据给出的波形，(1).画出逆变器的输出电压波形以及开关器件V1承受的电压波形，并标出大小；(2).分析电流io波

14、形中给出的时间段t1t5中V1、V2、VD1和VD2的开通与截止状态。(15分) 解：1).根据图(b)给出的开关管V1和V2的驱动波形以及负载电流的流向，负载电压和开关管的电压下图所示。 27. (1).判断图(a)和图(b)分别处于什么状态(根据电动机反电动势的极性)，电动机又处于什么状态？(2).在图中标出变流装置输出电压Ud的极性，负载电流id的方向；(3) 图(a)和图(b)中，Ud和EM的大小关系。(10分) 解：1).图1.(a)中，电路处于整流状态，电动机处于电动状态；图1.(b)中，电路处于逆变状态，电动机处于发电状态。 2).输出电压Ud的极性，负载电流id的方向如图1.2

15、中所示。 3).图1.(a)中，电路处于整流状态，所以Ud>EM；图1.(b)中，电路处于逆变状态，所以Ud<EM。 28. 变换电路如下图所示，试分析电感电流连续模式下其输入输出关系，由电路的输入输出关系说明它为何种变换电路。（10分）解：V导通时 上式中，iL为电感电流 V关断时 有， 式中，ton为V的导通时间，toff为V的关断时间，toff=T-ton。由上面两式可得：从而，（D<1） 其中，D=ton/T为占空比，式中，T为V的开关周期。因此，该变换电路为升压变换电路。29. 变换电路如下图所示，试分析电感电流连续模式下其输入输出关系，由电路的输入输出关系说明它为

16、何种变换电路。 （10分）解：V导通时 上式中，iL为电感电流 V关断时 则有， 式中，ton为V的导通时间，toff为V的关断时间，toff=T-ton。由上面两式可得： 从而，（D<1） （4分）其中，D=ton/T为占空比，式中，T为V的开关周期。因此，该变换电路为降压变换电路。 30. 绘波形说明图示有源逆变电路由A相晶闸管换到B相晶闸管的换相过程。同时说明C相晶闸管触发脉冲丢失时的工作情况。15分答：逆变器工作过程中，先是A相导电，到应该触发B相导电时，给B相晶闸管施加合适的触发脉冲，则在给B相晶闸管施加触发脉冲后，B相晶闸管导通，在系统中存在一个负载电流从A相转移到B相的过程

17、，在此过程中，A相B相同时导电，A相电流逐步减小到零，B相电流逐步增加到负载电流，从而完成从A相到B相的换流过程。C相晶闸管触发脉冲丢失时，从B相无法换到C相，逆变器输出电压将随B相电压变化，逐步过度到输出为正，从而与电源电动势顺极性短路。 （7分）31. 某电阻负载，要求输出电压在0600V范围内可调，试分别用单相半波和单相全波两种方式供电，计算：1）晶闸管额定电压、电流值。2）负载电阻上消耗的最大功率。（10分）解：1）单相半波，当时， 流过晶闸管电流有效值为： 晶闸管承受的最大反向电压为： 晶闸管的额定电压至少应大于3770V。晶闸管的额定电流至少应为 电阻消耗的功率为 2）单相全波，当

18、时， 负载电流有效值为： 晶闸管承受的最大反向电压为： 晶闸管的额定电流至少应为所以，晶闸管的额定电压至少应大于2000V,晶闸管的额定电流至少大于10.8A。电阻消耗的功率为 32. 一单相交流调压器，电源为工频阻感串联作为负载，其中R=0.5，L=2mH，试求（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。15分答：（1）负载阻抗为：=51.49°触发角变动范围为： （2）当小于等于51.49°时，输出电压最大，电流也最大，为： （3）小于等于51.49°时，此时输出功率最大，为：功率因数为：实际上，此时的功率因数

19、为负载阻抗角的余弦：2).图(b)中，t1时刻之前，负载电流为负，且其绝对值有减小的趋势，说明此时负载电压和电流方向相反，即uo为正，io为负，所以此时只能是VD1导通，V1、V2和VD2截止；同理可以分析出t2t5时间段中的各晶闸管的导通截止情况。将各时间段功率管的导通截止状态如表1所示，表中1表示导通，0表示截止。表1 图(b)时间段内功率管的状态表V1V2VD1VD2t1t21000t2t30001t3t40100t4t5001033. 图为单相电流型并联谐振逆变器，电路原来由VT1、VT4导通给负载提供电流，现要换向，即由VT1、VT4导通换成VT2、VT3导通，请分析电路换向的条件，并分析其换向过程，并画出电路输出电压、输出电流及晶闸管电流波形。 (15分)解：电路换向条件是在换向时，电流必须超前于电压一定角度，也就是负载呈容性。原来电路是VT1、VT4导通，电压uo、电流io均为正，此时需要换向，VT2、VT3均承受正向电压，只要触发便导通。电容所存储的电荷将通过上下两个回路放电，其放电电流从零逐步增大（因为存在有换向电感LT1LT4），四个晶闸管全部导通。当该放电电流达到io时，VT1、VT4电流为零而关断，全部负载电流转移到VT2、VT3上，完成换向过