电力电子技术习题与解答.pdf

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1、思考题与习题思考题与习题2.12.1 什么是整流？它与逆变有何区别？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。2.22.2 单相半波可控整流电路中，如果：单相半波可控整流电路中，如果：(1)(1) 晶闸管门极不加触发脉冲；晶闸管门极不加触发脉冲；(2)(2) 晶闸管内部短路；晶闸管内部短路；(3)(3) 晶闸管内部断开；晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压试分析上述三种情况负载两端电压 u ud d和晶闸管两端电压和晶闸管两端电压 u uT T的波形。的波形。答： （1）负载两端电压为0，晶闸管上

2、电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，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 U2。2.32.3 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，在流过负载电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，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些? ?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

3、电流大一些的管子。2.42.4 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。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=0，T2被烧坏，如下图：2.52.5 相控整流电路带电阻性负载时，相控整流电路带电阻性负载时， 负载电阻上的负载电阻上的 U Ud d与与 I Id d的乘积是否等于负载的乘积是否等于负载有功功率，为什么有功功率，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R Rd d上的上的 U Ud

4、 d与与 I Id d的乘积是否等于负的乘积是否等于负载有功功率，为什么载有功功率，为什么? ?答：相控整流电路带电阻性负载时，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U1,U2,和I1,I2,， 负 载 上 有 功 功 率 为P Pd P1 P2 PdUdId。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。2.62.6 某电阻性负载要求某电阻性负载要求 024V024V 直流电压，直流电压， 最大负载电流最大负载

5、电流 I Id d=30A=30A， 如采用由如采用由 220V220V2221交流直接供电和由变压器降压到交流直接供电和由变压器降压到 60V60V 供电的单相半波相控整流电路，是否两种方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、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。电路的功率因数及对电源容量的要求。解：采用由 220V 交流直接供电当 0时：Udo=0.45U2=0.45220 =99V由变压器降压到 60V 供电当 0时：Ud=0.45U2=0.456

6、0 =27V因此，只要调节都可以满足输出 024V 直流电压要求。(1) 采用由 220V 交流直接供电时：Ud 0.45U21cos，2Ud=24V 时121180 121 59UT2U2 311VIT2U21sint2dt 84A20RR Ud24 0.8Id30IT(AV )IT84 54A1.571.57取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为622V 和 108A。2电源提供有功功率P I2R 84 0.8 5644.8W2电源提供视在功率S U2I2 84 220 18.58kVA电源侧功率因数PF P 0.305S2(2) 采用变压器降压到 60V 供电：Ud 0.4

7、5U21cos，2Ud=24V 时 39,180 39 141UT2U2 84.4VIT2U21sint2dt 51.38A20RR Ud24 0.8Id30IT(AV )IT51.38 32.7A1.571.57取 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为168.8V 和 65.4A。2变压器二次侧有功功率P I2R 51.38 0.8 2112W2变压器二次侧视在功率S U2I2 6051.38 3.08kVA电源侧功率因数PF P 0.68S2.72.7 某电阻性负载，某电阻性负载，R Rd d=50,=50, 要求要求 U Ud d在在 0600V0600V 可调，试用单相半波

8、和单相全可调，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：控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1)(1) 晶闸管额定电压、电流值；晶闸管额定电压、电流值；(2)(2) 连接负载的导线截面积连接负载的导线截面积( (导线允许电流密度导线允许电流密度 j=6Aj=6Ammmm2 2) )；(3)(3) 负载电阻上消耗的最大功率。负载电阻上消耗的最大功率。解： （1）单相半波 0时,U2UUd60060012A1333V,IddRd500.450.453晶闸管的最大电流有效值IT1.57Id18.8A晶闸管额定电流为IT(AV)晶闸管承受最大电压为URMIT12(A)1.572U2=188

9、5V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 I18.8 3.13mm2J62负载电阻上最大功率PR ITR 17.7kW（2） 单相全控桥 0时,U2UUd60060012A 667V,IddRd500.90.9负载电流有效值I 1.11Id13.3A(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为IT(AV)IIT6(A)IT=1.5722U2=1885V晶闸管承受最大电压为URM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 I13.3 2.22mm2J62负载电阻上最大功率PR I R 8.9kW

10、2.82.8 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 2.82.8 所示。所示。(1)(1) 说明整流变压器有无直流磁化问题说明整流变压器有无直流磁化问题? ?(2)(2) 分别画出电阻性负载和大电感负载在分别画出电阻性负载和大电感负载在 =60=60时的输出电压时的输出电压 U Ud d、电流、电流 i id d的波的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知 U U2 2=220V=220V，分别计算其输出，分别计算其输出直流电压值直流电压值 U Ud d。（3 3）画出电阻性

11、负载）画出电阻性负载=60=60时晶闸管两端的电压时晶闸管两端的电压 u uT T波形，说明该电路晶闸管承波形，说明该电路晶闸管承4受的最大反向电压为多少受的最大反向电压为多少? ?图题图题 2.82.8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）其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。1 cos0.9220(1 cos600)148.5V电阻性负载：Ud 0.9U222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2 2U2。2.92.9 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带电阻性负载

12、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51515处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为1010和和 2020时负载两端的电压时负载两端的电压u ud d波形。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=0时的波形。2.102.10三三相相半半波波相相控控整流整流 电电路路带带大大电电感感负负载载，R Rd d=10=10，相相电电压压有有效效值值U U2 2=22

13、0V=220V。 求求 =45=45时负载直流电压时负载直流电压 U Ud d、 流过晶闸管的平均电流流过晶闸管的平均电流 I IdTdT和有效电流和有效电流 I IT T，画出画出 u ud d、i iT2T2、u uT3T3的波形。的波形。16解：Ud2U2sintd(t) 1.17U2cos2/365因为：U2220V ， 45Ud=1.17U2cos45=182V0IdUd182V18.2ARd10IdTT1IdId 6.1A23ITT1IdId10.5A23ud、iT2、uT3波形图如下所示：62.112.11在图题在图题 2.112.11所示电路中，当所示电路中，当 =60=60时

14、，画出下列故障情况下的时，画出下列故障情况下的 u ud d波形。波形。(1)(1)熔断器熔断器 1FU1FU 熔断。熔断。(2)(2)熔断器熔断器 2FU2FU 熔断。熔断。(3)(3)熔断器熔断器 2FU2FU、3FU3FU 同时熔断。同时熔断。图题图题 2.112.11解：这三种情况下的波形图如下所示： (a)7(b)(c)2.122.12 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，负载电流流 I Id d都是都是 40A40A，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，问流过与晶闸管串联的熔断

15、器的平均电流、有效电流各为多大? ?解：设 0单相半波：IdT=Id=40AIT1.57 IdT 62.8A(Kf=1.57)单相桥式：IdT=1Id=20A21 Id 28.3A2IT三相半波：IdT=01Id=13.3A3当 0时Ud=1.17U2U2=Ud/1.17o 30时ITU2Rd123(cos2)2328Id123() 23.5A1.172322.132.13 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻R Rd d=4=4，要求，要求 U Ud d从从0220V0220V 之间变化。试求：之间变化。试求：(1)(1)不考虑控制角裕量时，整

16、流变压器二次线电压。不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。(2)(2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取 2 2 倍裕量，选择晶闸管型号。倍裕量，选择晶闸管型号。解： （1）因为 Ud=2.34U2cos；不考虑控制角裕量， 0时U2Ud 94V2.34U2l3U2168.2V（2）晶闸管承受最大电压为6U2 230.3V取 2 倍的裕量,URM=460.6V晶闸管承受的平均电流为IdT=又因为Id1Id3Ud220V 55ARd4所以 IdT=18.33A，取 2 倍的裕量 IdTmax=36.67(A)选择 KP505 的晶闸管。2.142.1

17、4 单结晶体管触发电路中，单结晶体管触发电路中， 作为作为 U Ubbbb的削波稳压管的削波稳压管Dw两端如并接滤波电容，两端如并接滤波电容，电路能否正常工作电路能否正常工作? ?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。2.152.15三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值效值 U U2 2=220V=220V，电动机负载电流为，电动机负载电流

18、为 40A40A，负载回路总电阻为，负载回路总电阻为 0.20.2，求当，求当 =60=60时时9流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。流过晶闸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=电流有效值为：IT1Id=40/3=13.33 0.511Id 23AId3设电动机的反电势为 ED，则回路方程为：Ud ED IdRL16而Ud2U2sintd(t) 1.17U2cos128.7V2/365所以ED128.7 400.2 120.7V2.162.16 三相全控桥电路带串联三相全控桥电路带串联 L Ld d的电动机负载，已知变压器二次电压为的电动机负载，已知变

19、压器二次电压为 100V100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感变压器每相绕组折合到二次侧的漏感 L L1 1为为 100100H H，负载电流为，负载电流为 150A150A，求：，求：(1)(1)由于漏抗引起的换相压降；由于漏抗引起的换相压降；(2)(2)该压降所对应整流装置的等效内阻及该压降所对应整流装置的等效内阻及 =0=0时的换相重叠角。时的换相重叠角。3 X1Id32501001061501.5V解：(1)U22(2) cos1(cos21Id6U2) cos (1等效内阻r 12501001061506 100) 111.5V 0.01150A2.172.17 晶闸管装置中不采

20、用过电压、晶闸管装置中不采用过电压、 过电流保护，过电流保护， 选用较高电压和电流等级的晶选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行闸管行不行? ?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10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。2.182.18 什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？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

21、。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）变流器必须工作在有源逆变的作用：它可用于直流电机的可逆调速，绕线型异步电动机的串级调速，高压电流输电太阳能发电等方面。2.192.19 无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。 无源逆变电路的交流侧直接接到负载， 将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。2.202.20 有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什

22、么？答：最小有源逆变角受晶闸管的关断时间tq折合的电角度、换相重叠角以及安全裕量角 的限制。如果不能满足这些因素的要求的话，将导致逆变失败。2的区域内使 Ud180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 T1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。185.25.2 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？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闸管整流电路反并联构成，将其

23、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11。而32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。5.35.3 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别？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别？答： 相控整流电路和交流调压电

24、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（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。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 T1、T2或采用双向晶闸管 T 相联。当电源处于正半周时，触发T1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 T1、T2，则电源电压全部加到负载。输出交流电压。5.45.4 交流调压和交流调功电路有何区别？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

25、控制方式不同。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 （相位控制）来调节输出电压的大小。19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。5.55.5 一电阻炉由单相交流调压电路供电，如一电阻炉由单相交流调压电路供电，如=0=0时为输出功率最大值，试求时为输出功率最大值，试求功率为功率为 80%80%，50%50%时的控制角时的控制角。解：=0时为输出电压最大值U0max10( 2U sint)2dt U1负载上最大电流为I0maxU0ma

26、xU1RRU1R2输出最大功率PmaxUomaxIomax输出功率为 80%时，P 0.8Pmax( 0.8U1)2，Uo0.8U1R而UoU11 asin2a 2故 60.54输 出 功 率 为 最 大 值 的50% 时 ，P 0.5Pmax( 0.5U1)2，RUo0.5U1而UoU1故 905.65.6 一交流单相晶闸管调压器，用作控制从一交流单相晶闸管调压器，用作控制从 220V220V 交流电源送至电阻为交流电源送至电阻为 0.50.5，感抗为感抗为 0.50.5的串联负载电路的功率。试求：的串联负载电路的功率。试求：201 asin2a 2（1 1）控制角范围；控制角范围；（2 2

27、）负载电流的最大有效值。负载电流的最大有效值。解：(1) 负载阻抗角为： arctg最小控制角为故控制范围(2)LR arctg0.50.54min444处，输出电压最大，电流也最大，故最大有效值为：minI0UR XL222200.5 0.522 311A5.75.7 试述单相交试述单相交- -交变频电路的工作原理。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，则为上负下正， 如果控制角的大小不变， 则输出电压波

28、形为矩形波， 如果让控制角按 900逐渐减小，然后再从 090逐渐增大。那么正组整流电流的输出电压的平均值按正弦规律变化，从零增大到最大，然后从最大减小到零，反组用上述同样的控制方法，就可以得到接近正弦波的输出电压。5.85.8 交交- -交变频电路的输出频率有何限制？交变频电路的输出频率有何限制？答：交交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。 当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频率提高的主要因素之一。 一般认为， 交流电路采用 6 脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/31/2。电网频率

29、为 50HZ，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。215.95.9 三相交三相交- -交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？交变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？答：第一种：公共交流母线方法。它由三组彼此独立的，输出电压相位相互错开 120 的单相交-交变频电路组成，他们的电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。 因为电源进线端公用， 所以三相单相变频电路的输出端必须隔离。 为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，同时引出六根线。第二种：输出星形连接方式。由三组彼此独立的，输出电位相互错开120的单相交交变频电路组成， 共电源进线通过线电抗器接在公共的交流母线上。 三相交交变频电路的输出端星形联结， 电动机的三个绕组也是星形联结， 电动机中点和变频器中点接在一起， 电动机只引三根线即可。 因为三组单相变频器连接在一起，其电源进线就必须隔离，所以三组单相变频器分别用三个变压器供电。2223