電力電子期末習(xí)題

1、第2章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電，L20mH，U2100V，求當(dāng)0°和60°時(shí)的負(fù)載電流Id，并畫出ud與id波形。解：0°時(shí)，在電源電壓u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感L儲(chǔ)能，在晶閘管開始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。在電源電壓u2的負(fù)半周期，負(fù)載電感L釋放能量，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。因此，在電源電壓u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立： 考慮到初始條件：當(dāng)wt0時(shí)id0可解方程得：=22.51(A) ud與id的波形如下圖： 當(dāng)60°時(shí)，在u2正半周期60°180°期間晶閘管導(dǎo)通使電感L儲(chǔ)能，電感L儲(chǔ)藏的能量在u2負(fù)

2、半周期180°300°期間釋放，因此在u2一個(gè)周期中60°300°期間以下微分方程成立： 考慮初始條件：當(dāng)wt60°時(shí)id0可解方程得：其平均值為=11.25(A) 此時(shí)ud與id的波形如下圖： 2圖2-9為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問該變壓器還有直流磁化問題嗎？試說(shuō)明：晶閘管承受的最大反向電壓為2；當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒有直流磁化的問題。因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱，其一

3、個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問題。以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 以晶閘管VT2為例。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過(guò)VT1與2個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以VT2承受的最大電壓為2。 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角a 相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（0）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；（）期間，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；()期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為0；( 2)期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出電壓等于- u2。對(duì)于電感負(fù)載：（ ）期間

4、，單相全波電路中VT1導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT1、VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓u2相等；（ 2）期間，單相全波電路中VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中VT2、VT3導(dǎo)通，輸出波形等于- u2。可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。 3單相橋式全控整流電路，U2100V，負(fù)載中R2，L值極大，當(dāng)30°時(shí)，要求：作出ud、id、和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id、和i2的波形如下圖：輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 c

5、os0.9×100×cos30°77.97（V）IdUd /R77.97/238.99（A）I2Id 38.99（A） 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UN（23）×141.4283424（V）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。流過(guò)晶閘管的電流有效值為：IVTId27.57（A）晶閘管的額定電流為：IN（1.52）×27.571.572635（A）具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 4單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。解：注意到二極管的特點(diǎn)：承受電

6、壓為正即導(dǎo)通。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下： 5單相橋式全控整流電路，U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，反電勢(shì)E=60V，當(dāng)a=30°時(shí)，要求： 作出ud、id和i2的波形； 求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：ud、id和i2的波形如下圖： 整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cos0.9×100×cos30°77.97(

7、A)Id (UdE)/R(77.9760)/29(A)I2Id 9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：U2100141.4（V）流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：IVTId 6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)×141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：IN(1.52)×6.361.5768（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中VT1、VT2為晶閘管），電路如圖2-11所示，U2=100V，電阻電感負(fù)載，R=2，L值很大，當(dāng)a=60°時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出ud、id、iVT、

8、iD的波形。解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖： 負(fù)載電壓的平均值為：67.5（V） 負(fù)載電流的平均值為：IdUdR67.52233.75（A） 流過(guò)晶閘管VT1、VT2的電流有效值為：IVTId19.49（A） 流過(guò)二極管VD3、VD4的電流有效值為：IVDId27.56（A）7. 在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。解：假設(shè)，當(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，ud的波形如下： 當(dāng)負(fù)載為電感時(shí)，ud的波形如下： 8三相半波整流電路，可以將整流變壓器的二次繞組分為兩段成為曲折接法，每段的電動(dòng)勢(shì)相同，其分段布置及其矢量如圖2-60所示，此時(shí)線圈的

9、繞組增加了一些，銅的用料約增加10%，問變壓器鐵心是否被直流磁化，為什么？圖2-60 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖答：變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。原因如下：變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng)a1c2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，a1的電流向下流，c2的電流向上流；當(dāng)c1b2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，c1的電流向下流，b2的電流向上流；當(dāng)b1a2對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)，b1的電流向下流，a2的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時(shí)間（各為120°）由電流流過(guò)，流過(guò)的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。 9三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極

10、接法，a、b兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣龋看穑喝喟氩ㄕ麟娐返墓碴帢O接法與共陽(yáng)極接法，a、b兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。它們?cè)谙辔簧舷嗖?80°。 10有兩組三相半波可控整流電路，一組是共陰極接法，一組是共陽(yáng)極接法，如果它們的觸發(fā)角都是a，那末共陰極組的觸發(fā)脈沖與共陽(yáng)極組的觸發(fā)脈沖對(duì)同一相來(lái)說(shuō)，例如都是a相，在相位上差多少度？答：相差180°。 11三相半波可控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id

11、和iVT1的波形如下圖： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud1.17U2cosa1.17×100×cos60°58.5（V）IdUdR58.5511.7（A）IdVTId311.733.9（A）IVTId6.755（A） 12在三相橋式全控整流電路中，電阻負(fù)載，如果有一個(gè)晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流電壓ud波形如何？如果有一個(gè)晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么影響？答：假設(shè)VT1不能導(dǎo)通，整流電壓ud波形如下：假設(shè)VT1被擊穿而短路，則當(dāng)晶閘管VT3或VT5導(dǎo)通時(shí)，將發(fā)生電源相間短路，使得VT3、VT5也可能分別被擊穿。 13三相橋式全控整流電路，U2=100

12、V，帶電阻電感負(fù)載，R=5，L值極大，當(dāng)a=60°時(shí)，要求： 畫出ud、id和iVT1的波形； 計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。解：ud、id和iVT1的波形如下： Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud2.34U2cosa2.34×100×cos60°117（V）IdUdR117523.4（A）IDVTId323.437.8（A）IVTId23.413.51（A） 14單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，當(dāng)a=60°時(shí)求Ud、Id與g 的數(shù)值，并畫出整流電壓ud的波形。解：考慮LB時(shí)，有：

13、Ud0.9U2cosUdUd2XBIdId（UdE）R 解方程組得：Ud（R 0.9U2cos2XBE）（R2XB）44.55（V）Ud0.455（V）Id4.55（A）又U2 即得出=0.4798 換流重疊角g 61.33°- 60°=1.33° 最后，作出整流電壓Ud的波形如下： 15三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，U2=100V，R=1，L=，LB=1mH，求當(dāng)a=30°時(shí)、E=50V時(shí)Ud、Id、g 的值并作出ud與iVT1和iVT2的波形。 解：考慮LB時(shí)，有：Ud1.17U2cosUdUd3XBId2Id（UdE）R 解方程組得：Ud

14、（R 1.17U2cos3XBE）（2R3XB）94.63（V）Ud6.7（V）Id44.63（A）又2U2 即得出=0.752 換流重疊角g 41.28°- 30°=11.28°ud、iVT1和iVT2的波形如下： 16三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和g 的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路0°時(shí)的情況。Ud2.34U2cosUdUd3XBIdIdUdR 解方程組得：Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V）Id97

15、.38（A）又2U2 即得出=0.892 換流重疊角g 26.93° 二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為IVDId397.38332.46（A）I2a Id79.51（A）ud、iVD1和i2a的波形如下：17三相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，E=200V，R=1，L=，U2=220V，a=60°，當(dāng)LB=0和LB=1mH情況下分別求Ud、Id的值，后者還應(yīng)求g 并分別作出ud與iT的波形。解：當(dāng)LB0時(shí)：Ud2.34U2cos2.34×220×cos60°257.4（V）Id（UdE）R（257.4200）157.4（A）當(dāng)LB1mH時(shí)U

16、d2.34U2cosUdUd3XBIdId（UdE）R解方程組得：Ud（2.34U2R cos3XBE）（R3XB）244.15（V）Id44.15（A）Ud13.25（V）又2XBIdU20.448563.35°60°3.35°ud、IVT1和IVT2的波形如下：18單相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，其整流輸出電壓中含?k（k=1、2、3）次諧波，其中幅值最大的是2次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有2k1（k1、2、3）次即奇次諧波，

17、其中主要的有3次、5次諧波。19三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的是哪幾次？答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有6k（k1、2、3）次的諧波，其中幅值最大的是6次諧波。變壓器二次側(cè)電流中含有6k±1(k=1、2、3)次的諧波，其中主要的是5、7次諧波。20試計(jì)算第3題中i2的3、5、7次諧波分量的有效值I23、I25、I27。解：在第3題中已知電路為單相全控橋，其輸出電流平均值為Id38.99（A）于是可得：I232Id32×38.99311.7（A）I252Id52&#

18、215;38.9957.02（A）I272Id72×38.9975.01（A）21試計(jì)算第13題中i2的5、7次諧波分量的有效值I25、I27。解：第13題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知Id23.4（A）由此可計(jì)算出5次和7次諧波分量的有效值為：I25Id5×23.453.65（A）I27Id7×23.472.61（A）22 試分別計(jì)算第3題和第13題電路的輸入功率因數(shù)。解：第3題中基波電流的有效值為：I12Id2×38.9935.1（A）基波因數(shù)為nI1II1Id35.138.990.9電路的輸入功率因數(shù)為：ln 0.9 cos30°

19、0.78 第13題中基波電流的有效值：I1Id×23.3918.243（A）基波因數(shù)為nI1II1Id0.955電路的輸入功率因數(shù)為：ln 0.955 cos60°0.4823帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有何主要異同？答：帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路與三相橋式全控整流電路相比有以下異同點(diǎn)：三相橋式電路是兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路是兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需要用平衡電抗器；當(dāng)變壓器二次電壓有效值U2相等時(shí)，雙反星形電路的整流電壓平均值Ud是三相橋式電路的1/2，而整流電流平均值Id是三相橋式電路的2倍。在兩種電路中，晶閘管的

20、導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓ud和整流電流id的波形形狀一樣。24整流電路多重化的主要目的是什么？答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。2512脈波、24脈波整流電路的整流輸出電壓和交流輸入電流中各含哪些次數(shù)的諧波？答：12脈波電路整流電路的交流輸入電流中含有11次、13次、23次、25次等即12k±1、（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次諧波。24脈波整流電路

21、的交流輸入電流中含有23次、25次、47次、49次等，即24k±1（k=1，2，3···）次諧波，整流輸出電壓中含有24、48等即24k（k=1，2，3···）次諧波。26使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？答：條件有二：直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；要求晶閘管的控制角>/2，使Ud為負(fù)值。27三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=220V，LB=1mH，當(dāng)EM=-400V，b=60°時(shí)求Ud、Id與g 的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功功率

22、是多少？解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud2.34U2cos(-)UdUd3XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得Ud2.34U2R cos(-)3XBEM(R3XB)290.3（V）Id109.7（A） 由下式可計(jì)算換流重疊角：2XBIdU20.1279-0.6279128.90°120°8.90°送回電網(wǎng)的有功功率為P=400×109.7-109.72×109.7×1=31.85(W)28單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載，R=1，L=，U2=100V，L=0.5mH，當(dāng)EM=-99V，b=60°時(shí)求Ud、Id和g 的值。解：由題意可列出如下3個(gè)等式：Ud0.9U2cos(-)UdUd2XBIdId（UdEM）R三式聯(lián)立求解，得UdR 0.9U2cos(-)2XBEM（R2XB）49.91（V）Id49.09（A）又U2=0.2181 即得出=-0.7181 換流重疊角g 135.9°- 120