电力电子技术习题与解答样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。电力电子技术习题及解答思考题与习题2.1 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。2.2 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; (3) 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。2.3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, 应选择额定电流大一些的管子。2.4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: 2.5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Rd上的Ud与Id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性负载时, 负载电阻上的平均功率不等于负载有功功率。因为负载上的电压、 电流是非正弦波, 除了直流Ud与Id外还有谐波分量和, 负载上有功功率为。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。2.6某电阻性负载要求024V直流电压, 最大负载电流Id=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: 采用由220V交流直接供电当时: Udo=0.45U2=0.45220 =99V 由变压器降压到60V供电当时: Ud=0.45U2=0.4560 =27V因此, 只要调节 都能够满足输出024V直流电压要求。(1) 采用由220V交流直接供电时: , Ud=24V时 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。电源提供有功功率 电源提供视在功率 电源侧功率因数 (2) 采用变压器降压到60V供电: , Ud=24V时, 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。变压器二次侧有功功率 变压器二次侧视在功率 电源侧功率因数 2.7某电阻性负载, Rd=50,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: (1) 晶闸管额定电压、 电流值; (2) 连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6Amm2); (3) 负载电阻上消耗的最大功率。解: ( 1) 单相半波时,晶闸管的最大电流有效值 晶闸管额定电流为 IT(AV)12(A) 晶闸管承受最大电压为 =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 负载电阻上最大功率 ( 2) 单相全控桥时,负载电流有效值 (Kf=1.11)晶闸管的额定电流为 IT(AV)6(A) IT=晶闸管承受最大电压为 =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20A。所选导线截面积为 负载电阻上最大功率 2.8 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2.8所示。(1) 说明整流变压器有无直流磁化问题?(2) 分别画出电阻性负载和大电感负载在=60时的输出电压Ud、 电流id的波形, 比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U2=220V, 分别计算其输出直流电压值Ud。( 3) 画出电阻性负载=60时晶闸管两端的电压uT波形, 说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少? 图题2.8解: ( 1) 因为在一个周期内变压器磁通增量为零, 因此没有直流磁化。( 2) 其波形如下图所示, 与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载: 感性负载: (3)其波形如下图所示, 晶闸管承受的最大反向电压为。2.9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 ud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。2.10 三相半波相控整流电路带大电感负载, Rd=10, 相电压有效值U2=220V。求=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、 iT2、 uT3的波形。解: 1.17因为: 220V , Ud=1.17=182Vud、 iT2、 uT3波形图如下所示: 2.11 在图题2.11所示电路中, 当=60时, 画出下列故障情况下的ud波形。(1) 熔断器1FU熔断。 (2) 熔断器2FU熔断。(3) 熔断器2FU、 3FU同时熔断。图题2.11解: 这三种情况下的波形图如下所示: (a) (b) (c)2.12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, 负载电流Id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: IdT=Id=40A (Kf=1.57)单相桥式: IdT=Id=20A三相半波: IdT=Id=13.3A当时 Ud=1.17UU=Ud/1.17时 2.13三相全控桥式整流电路带大电感负载, 负载电阻Rd=4, 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。(2)计算晶闸管电压、 电流值, 如电压、 电流取2倍裕量, 选择晶闸管型号。 解: ( 1) 因为Ud=2.34U; 不考虑控制角裕量, 时( 2) 晶闸管承受最大电压为取2倍的裕量,URM=460.6V晶闸管承受的平均电流为IdT=Id又因为因此IdT=18.33A, 取2倍的裕量IdTmax=36.67(A)选择KP505的晶闸管。2.14单结晶体管触发电路中, 作为Ubb的削波稳压管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。2.15 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, 相电压有效值U2=220V, 电动机负载电流为40A, 负载回路总电阻为0.2, 求当=60时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=Id=40/3=13.3 电流有效值为: 设电动机的反电势为ED, 则回路方程为: 而 因此 2.16三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L1为100H, 负载电流为150A, 求: (1)由于漏抗引起的换相压降; (2)该压降所对应整流装置的等效内阻及=0时的换相重叠角。解: (1) (2) 等效内阻2.17 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。2.18 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? 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。5.2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, 这样就能够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。而当输出电压升高时, 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。5.3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? 答: 相控整流电路和交流调压电路都是经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。5.4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。交流调压电路都是经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。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。5.5一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%时的控制角。解: =0时为输出电压最大值 负载上最大电流为 输出最大功率 输出功率为80%时, , 而 故 输出功率为最大值的50%时, , 而 故 5.6一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0.5, 感抗为0.5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: (1) 负载阻抗角为: 最小控制角为 故控制范围 (2) 处, 输出电压最大, 电流也最大, 故最大有效值为: 5.7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, 则为上负下正, 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, 就能够得到接近正弦波的输出电压。5.8交-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。电网频率为50HZ, 交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。5.9三相交-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, 她们的电源进线经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, 因此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, 共电源进线经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, 因此三组单相变频器分别用三个变压器供电。