廣東工業(yè)大學(xué)2021年《電力電子技術(shù)》期末計算題及答案解析

21、在題圖所示的單相半波整流電路中，R=10Ω，L=50mH，E=100V，Rr=1Ω，u=（1002試計算：①直流輸出電壓的平均值Ud。②直流輸出電流的平均值Id。③加在二極管上的反向峰值電壓。答：2題圖電阻性負(fù)載時輸出波形如上圖a所示。221 2Ud=0

sinωtd（ωt）=

100V=45AUI = d

45A= =4.5Ad R 102U = 100V=141.4V2RV2題圖感性負(fù)載時輸出波形如上圖b所示。二極管一導(dǎo)通，下面電壓方程式成立。2diL t+Ri =dt d

Usinωt當(dāng)ωt=0時，id=0則 i d

RtL其中 I m

arctg2UR22UR2L)2圖b中在三種時間常數(shù)時電流波形曲線β角隨R(t)的減小而增大。負(fù)載為純電感時，limeR0

lim2UR2U

arctg(L) R 2id=

costβ變?yōu)?π，即2,4，...時，i 0，即二極管在此時刻才截止。dU 1d

0

cost2U2U2U2U

9A U 0Rv題圖c反電動勢負(fù)載時輸出波形如圖c所示。設(shè)二極管導(dǎo)通時的角度為α，截止時的角度為β，則1 1 E 2Uarcsin 2U1 =arcsin =

2U1 2UU1 U

1 2 1 2=E+ 2d 1

2100sinEd1

1 1E

cos2100 2100106.8V1Id=2

12100sin11

Ed t 1R r

rE6.8AU E RV2、晶閘管單相半波可控整流，設(shè)交流電壓有效值為U，頻率為f，負(fù)載為電感性負(fù)載，延遲角為ud

的波形以及輸出電流id

的波形，并求出ud

及i來。d答：晶閘管在延遲角α處導(dǎo)通后下面電壓方程式成立。I di

dRi

sintd dt d如果電流的初相位為α，則i=I

sin

sineRtd m 其中2UR2UR2t2

tarctgt m R 當(dāng)α=i成為正弦半波電流。d1Ud

sintd

coscos22I

i

I Udd d d R3、單相半波可控整流，電感性負(fù)載接有續(xù)流二極管，如圖所示。求此時直流電壓平均值Ud及直流電流的平均值I 并繪出輸出電壓u 及電流i的波形若ωL>>R時波形又如何？d d d答：當(dāng)晶閘管VT導(dǎo)通時LdidRi

sintdt d當(dāng)二極管VD導(dǎo)通時Ldi

tRi 0dt d設(shè)ωt=α?xí)r，晶閘管的初始電流為I，則oi I

sineRt

RtIe

0td m 其中

Lo

L2UR2L2UR2L2 m R如果t時所求出的二極管電流的初始值為I1，則I I1 m

sinIm

sine

RIe o 在 d 1Rti Id1 1

t可求出晶閘管電流的初始值，即R1eR21eR2

I [sinsineR ]u 和id d

o的關(guān)系為ud

mLdiddt

Rid

LU 1

2

d

di2L

d

12

dd d

dt d當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，u sint，當(dāng)二極管導(dǎo)通時，u 0。d d1ud21

sintd

1cos222因為1

di2L

didd

dt

idL[i

d2id

I 0o故 U 1d

2Ri

dRd輸出電流的平均值與L無關(guān)系?？蓪懽?/p>

dI Udd Ri I Id 1

RIe ]1當(dāng)L>>R時，則

RL1i 0d這樣，我們就可以把電流看作一條直線來計算了。4、某一電熱負(fù)載，要求直流電壓60V，電流30A，采用單相半波可控整流電路，直接由220V電網(wǎng)供電，計算晶閘管的導(dǎo)通角及電流有效值。答：U

1cos

U

220Vd 2 2 d 2 cos

2600.45220

1

78o導(dǎo)通角 180o78o1021sin21sin22

123.4VUR dId

60302IU

123.4A

61.7AR 2即電流有效值為61.7A50～24V直流電壓，最大負(fù)載電流Id=30A220V交流直接供電與用變壓器降壓到60V供電，都采用單相半波可控整流電路，是否都滿足要求？試比較兩電源容量的要求。答：采用220V電源直接供電=0時，Ud00.45U299V采用60V電源供電、Ud00.45U227V所以只要適當(dāng)調(diào)節(jié)控制角α，均能滿足最大整流電壓為24V下面我們分析以下兩種情況的利弊。先計算用220V交流電源直接供電的情況。1cosU d 2 2

U 2

U dcosθ=180o121o59o

α=121o查圖示曲線，波形系數(shù)K f2.830

2.8，要求晶閘管額定有效值1.57IIIIId

K If d即IT

1.57

A53.5AU Tm 2查圖示曲線，cos=0.302要求電源視在功率S=UI =（2202.830）=18.48KVA2260VU 1cos

U

U d 2 2

2α=39

d180o39o141o查圖示曲線，波形系數(shù)Kf

1.77I

1.7730 1.57

A33.8ATVAU Tm 2

260V所以選KP50-2型的晶閘管也就可以了。S=UI 1.773.18KVA226、有一轉(zhuǎn)差離合器的勵磁繞組，其直流電阻為450～90V范圍內(nèi)可調(diào)，采用單相半波可控整流電路，由電網(wǎng)直接供電，電源電壓為220V，試選擇晶閘管和二極管。答：如圖所示在大電感負(fù)載情況下，必須接續(xù)流二極管U =90V I

U= d=2Ad d RU =0.452201cosd 2 α=35o

180o35o145oT145o360oI T I 2A145o360oT 360o dI

IT 0.8TAV

1.57若不考慮電壓、電流欲量，選KP1-4型晶閘管即可。360o流過二極管VD電流有效值I D

360o

TI =0.7732A=1.55AD若不考慮電壓、電流欲量，選ZP2-4行整流二極管即可。7、圖為同步發(fā)電機單相半波自勵電路，原先運行正常，突然發(fā)電機電壓很低，經(jīng)檢查，晶閘管觸發(fā)電路以及熔斷器FU均正常，試問是何原因？答：是續(xù)流二極管斷開所致。因為發(fā)電機勵磁線圈為大電感負(fù)載，所以晶閘管導(dǎo)通角為θ=2π2α，U 始終為零或零電壓很低。d8、單相半波可控整流電路，如門極不加觸發(fā)脈沖；晶閘管內(nèi)部電極短開，試分析上述三種情況晶閘管兩端uT

和負(fù)載兩端ud

波形。答：晶閘管門極不加觸發(fā)脈沖，即晶閘管呈阻斷狀態(tài)，可視作開路，所u 和uT da所示。

波形如圖①晶閘管內(nèi)部短路，顯然晶閘管兩端電壓為零，此時u 和u 波形如圖b所示。T d②晶閘管內(nèi)部斷開，u和u 波形如圖c所示。T d9、某單相可控整流電路給電阻性負(fù)載供電和給反電動勢負(fù)載蓄電池充電，在流過負(fù)載電流平均值相同的條件下，哪一種負(fù)載的晶閘管額定電流應(yīng)選大一點？為什么？為反電動勢負(fù)載時，晶閘管導(dǎo)通的條件除了門極需要觸發(fā)外，還必須瞬時陽極電壓u大于a發(fā)電動勢Eθ的電流波形系數(shù)K 比電阻負(fù)載時大，所以晶閘管的額定電流應(yīng)選大一些。f10、某電阻負(fù)載的單相橋式半控整流電路，若其中一只晶閘管的陽極、陰極之間被燒斷，試畫出整流二極管、晶閘管和負(fù)載電阻兩端的電壓波形。、圖為一種簡單的舞臺調(diào)光線路，求：①根u 、u 波形分析電路調(diào)光工作原理。②說d g明RP、VD及開關(guān)Q的作用。③本電路晶閘管最小導(dǎo)通角min?答：①根據(jù)晶閘管工作原理分析，波形u 是正弦波，但半波被VD截去，當(dāng)它的瞬時值超g過晶閘管門極觸發(fā)電壓U 時，晶閘管因承受正向陽極電壓而導(dǎo)通，隨著電位器阻值的變GT化，ug

幅值變化，晶閘管導(dǎo)通的時刻也在發(fā)生改變，達到調(diào)光的目的，②開關(guān)Q打開時，可以調(diào)光；開關(guān)Q閉合時晶閘管VT不導(dǎo)通，燈不亮。用RP調(diào)節(jié)延遲角α亦即調(diào)節(jié)輸出電壓，控制燈光亮暗。③當(dāng)RP阻值增大時，u 幅值減小，控制角α增大，RP增大到某一值對應(yīng)的ug g電壓最大值等于門極觸發(fā)電壓U 時，α最大，θ最小，由圖分析，可得出GTmin2。VD的作用是保護門極。當(dāng)QRP一般為幾百千歐，所以Q閉合，可以認(rèn)為燈不亮。12、某電阻負(fù)載R=50，要求輸出電壓在0～600V電，分別計算：①晶閘管額定電壓、電流值。②負(fù)載電阻上消耗的最大功率。答:單相半波，當(dāng)α=0o時U Ud

600 V2 0.45 0.45600Id50A A12流過晶閘管電流有效值 IT

1.57Id

18.9A晶閘管承受的最大反向電壓

U 2 RM 2晶閘管的額定電壓至少應(yīng)大于2000V 晶閘管的額定電流至少應(yīng)使 TVA

IT 12A1.57電阻消耗功率

=I2R17.7KWR T負(fù)載電流有效值 I1.11Id

13.3A晶閘管承受的最大反向電壓

U 1885VRM 21 晶閘管承受的額定電流 I TAV dT

2Id6A所以，晶閘管的額定電壓至少應(yīng)大于2000V，晶閘管的額定電流至少應(yīng)大于6A。13、某一電感負(fù)載要求直流電壓范圍是15~60V，電壓最高時電流是10A，采用具有續(xù)流二極管的單相橋式半控電路，從220V電源經(jīng)變壓器供電，考慮最小控制角аmin=25°,計算晶閘管、整流管和續(xù)流二極管的電流有效植以及變壓器一次、二次額定電流值。答：當(dāng)Ud=60V,аmin=25°時U2=

cos

260cos

V70V2IdT=Id4.3A2IT=

Id6.6A2二極管的電流與晶閘管的電流相同。當(dāng)Ud=15V時cosα=

10.5238 α=121°0.9U2IdT=

Id18012115

A0.4AI1=

360 6180121360Id 1801213602流過續(xù)流二極管的電流

=Id12115

A1.7AdD 180 6ID=變壓器 I2

Id2A2IT9.3A U1=220V U2=70VI1=U2I

=2.95AU1 214答:當(dāng)Id=30A,α=60°時IdT=

Id1806030A10A360IT=Id17.3A整流管的電流與晶閘管的電流相同。IdD=

Id

6030A10A180ID=

Id17.3A交流電源電流 I2=2IT=24.5A交流電源容量 co 1sin0.89152205Ω。答：當(dāng)α=60o時4晶閘管導(dǎo)通角 θT=2（π-α）=3π整流二極管的導(dǎo)通角

2VD1VD1VD續(xù)流二極管的導(dǎo)通角 VDUd

231cos2

148.5VUI d

148.5 A29.7Ad R 5I TI 24.3AT dIIT(AV

≥T 15.5A1.57I VD1I

17.1AVD1 dIIAV

≥VD110.9A1.57I VDI 17.1VD dIIVD(AV

≥VD 10.9A1.57U2U2KP20-4可知晶閘管不承受反向電壓。16、單相橋式全控整流電路，對直流電動機供電，主回路中平波電抗器的電感量足夠大，要求電動機在額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)速，調(diào)速范圍是1：10，系恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。試問調(diào)速范圍與晶閘管容量有關(guān)系嗎？調(diào)速范圍與移相范圍的關(guān)系又如何？CTIdn=E/(Ceφ。d當(dāng)轉(zhuǎn)速往下調(diào)時，E就減小，而Ud

=E+I

,即

減小，

Idddd不變。當(dāng)增大時，I/I增大，晶閘管的容量要加大，即選晶閘管時應(yīng)從電動機最低速度來考慮。dddd當(dāng)忽略電樞電阻時，Ud≈E。若接續(xù)流二極管時，則轉(zhuǎn)速與關(guān)系如下：n= 1

1cos

0.45U(1cos)2eeC 2 2 C2ee若不接續(xù)流二極管時，則轉(zhuǎn)速與關(guān)系如下：n0.9U

cos22Ce17,U2,Ud=0.9×36V=32.4V池5只30）,熔體熔斷，增加到7只42，熔體還是熔斷，這是什么原因？m答：Um

1.4142而(-E)/R只。但只要RIm還是比較大，足以燒斷熔體。218、單相半控橋式全控整流電路，電阻負(fù)載Rd=4Ω,Id0~25A求：①變壓器電壓比。②如果導(dǎo)線電流密度，計算連接負(fù)載的導(dǎo)線截面積。③不考慮安全裕量，計算晶閘管的電流、電壓定額。④忽略變壓器勵磁功率，變壓器應(yīng)選多大容量。⑤計算負(fù)載電阻Rd的功率.⑥計算電路的功率因數(shù)。答：①Umax

maxII

(25U d2 0.9

111V變壓器電壓比 K2202111I1.11Id1.1125A27.8A②2SIJ2

6.9mm2I③ I ≥

I /

12.5AT(AV)

1.57 1.57 on 2

157V若不考慮裕量，可選KP-2型晶閘管。22④變壓器容量 SUI 22⑤電阻Rd功率 PRdI2Rd3.1KW1⑥ cosα=

sin

1 (α=0o)19、圖為具有中點二極管的單相半控橋式整流電路，求：①繪出α=45°時Ud=的波形。②導(dǎo)出Ud=f(a)的關(guān)系式。③求出Ud的最大值Umax和最小值Umin.1 答：①設(shè)在αVT1 32U 工作，VD32

VD和2和

導(dǎo)通；負(fù)半周時，上面一組變壓器電壓U

工作，VD

VD導(dǎo)通。3和121當(dāng)在某時刻觸發(fā)VD3和121

VD、2、

使之導(dǎo)通時，電路恢復(fù)為單橋相式半控整流電路，Ud的波形如圖所示。d1d② d1d其中，Ud1是VD3導(dǎo)通時的平均電壓，Ud2是半控橋的平均電壓。U 1d10

Usintd 2cos2 U 1d2

2

sin(t)2 22

cos)2Ud2

2 2U(3cos) 2當(dāng)α=時

U Ud d

4 2U U U 2 2Ud dmin 220α°。求：①輸出直流電壓Ud②畫出α=45°時Ud=的波形③ UTUd波形。d答：①Ud

U Ud1 d2d其中，Ud

為VT導(dǎo)通時的平均電壓值，Ud2為VD導(dǎo)通時的平均電壓值。UdUd1

Ud22

Usintdt) 1202

Usintd(t)122U2(3cos)122②和③波形如圖所示：21、為什么可控整流電路不應(yīng)在直流側(cè)直接接大電容濾波？22載功率？為什么？P2P2P2........d12答:P=UI,P2P2P2........d12壓電流的乘積組成諧波功率，而總的有功功率P=所以，負(fù)載功率大于平均功率。Pd=UdId。23??。因為，雖然Ud分量，但idP=Pd。24應(yīng)選用多大的熔體？15A50A的熔體；單相全波每40A30A的熔體。'25、兩只晶閘管串聯(lián)的單相半控橋式整流電路，脈沖變壓器次繞組N2與N2之間承受最大電壓為多少？BVT2VD1，'N2BN2A點等電位。所2以脈沖變壓器兩組二次繞組間承受的最大電壓為U2的峰值電壓U2m= U2脈沖變壓2它元器件。26??答:,,每個晶閘管導(dǎo)通60°;加平衡電抗器的雙反星形整流每個瞬間有兩只晶閘管同時導(dǎo),導(dǎo)通角為120°,所以同樣I 時晶d閘管變壓器容量可以降低.①當(dāng)α=0時,六相半波整流輸出U =1.35U ;加平衡電抗器的雙反星形整流輸出Ud 2 d=1.17U2.②當(dāng)α=0時,六相半波整流的脈沖位置在比該相電壓峰值超前30,即為與前相電壓波形的交點;加平衡電抗器的雙反星形整流的脈沖位置比該相峰值電壓超前60.1/6③六相半波整流電路時流過晶閘,流過變壓器二次電流有效值I =I =1/62 T1/12衡電抗器的雙反星形整流流過晶閘,變壓器二次電流有效值I =I =1/122 T均為大電感負(fù)載.

I dI .以上d④六相半波整流可采用窄脈沖觸發(fā);加平衡電抗器的雙反星形整流在電流持續(xù)時,必須采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā).平衡電抗器的作用:接入平衡電抗器后,由于存在感應(yīng)電動勢,使得兩組星形繞組同時工作,晶閘管導(dǎo)通角增大,流過變壓器二次繞組和器件的電流有效值變小,可選用額定值較小的器件,并提高了變壓器的利用率.27、若三相全控橋式整流電路，當(dāng)一只晶閘管短路時,電路會發(fā)生什么情況？答:,28,直流輸出功率P=UI=100V×100A=10KV.Ad dmax d求:①繪出整流變壓器二次電流波形；②計算整流變壓器二次側(cè)容量P ，一次側(cè)P及容量P ；2 1 T③分別寫出該電路在無續(xù)流二極管及有續(xù)流二極管兩種情況,晶閘管最大正向電壓U ；SM晶閘管最大反向電壓U ；整流輸出U =f(a)；脈沖最大移相范圍；晶閘管最大導(dǎo)通角。RM d答：①整流變壓器二次電流波形如圖所示②U =100V=1.17U cosαdmax 2100α=0 時，則U2

=1.17

V=85.5VI =I =2 T

I =0.557×100A=57.7A1313P =3U I 2 2 2P=1.21P =12.1KV.A1 d1PT=2（P1+P2）=13.4KV.A③無續(xù)流管,晶閘管最大正向電壓U SM

U ,晶閘管最大反向電壓U 62 RM6

U ,整626流輸出U =1.17U cosα，0≤α≤π/6,U =0.675U [U1+cos(α+π/6)],π/6<α<5π/6,d 2 d 20~150120。29、如圖整流電路,u = 2U sint,U = 2U cost,求：①延遲角α=01 2 2 2

應(yīng)定在何處？②繪出α=0

時u 的波形。③u =f(α),假設(shè)VT；VT ；VT ；VT ；VT ；d d 1 2 3 4 5VT ；VT ；VT分別同時觸發(fā)。6 7 8答：①α=045處。②α=0 時u 的波形如圖所示。d③0≤α≤π/4時u =ud d

4 444

2 U sin2

td(

t)=1.27U2

cosα1cos(

)π/4<α≤3π/4時ud

4=ud

4

2 U sintd(t)=1.77U 42 2 230三相半波整流且電感性負(fù)載 =220由于電感L 不夠大只能使晶閘2 d管陽極電壓過零后，再維持導(dǎo)通角30。試的波形。②列出電壓平均值U 的計算公d d式。③畫出晶閘管VT兩端電壓u 的波形。1 d答:①圖a打斜線部分為u 的波形。d3d②U =d

623

2 U sintd(t)=0.274U2 2③晶閘管VT兩端電壓波形如圖b打斜線部分所示VT VT VT均不導(dǎo)通時1 1 2 3 1承受U相相電壓，當(dāng)VT 、VT 導(dǎo)通時管承受線電壓。1 231、三相半波可控整流，大電感負(fù)載=10A不變=100V/ 2，d 2

（換相重疊角，0。求：①整流輸出電壓Ud？②畫出整流輸出電壓Ud的波形。③畫出晶閘管VT1兩端電壓波形。答:①Ud

=1.17U2

cosα-Id

（R T

3X2T）I X =[cos-cos(d T

23U sin =[cos60-cos(60+10)]×100V×sin60=13.7V2323若R =0，則UT d

=1.17U2

cosα-Id

=（41.4-6054）V=34.8V②整流輸出U 波形如圖a打斜線所示。d③晶閘管VT兩端電壓波形如圖b打斜線部分所示。132、若在維修中觀察輸出電壓波形如圖所示，試判斷三相半橋式電路中哪只器件有故障，并指出此時α等于多少度？答：由圖可知，是VT 管子觸發(fā)脈沖消失，或VT 。管子內(nèi)部短路。此時，延遲角3 3。33、某廠自制晶閘管電鍍電2~15V，在9V以上最大輸出電流均可達130A，主電路采用三相半波可控整流電路，試計算：①整流變壓器二次電壓。②9V時的延遲角α。③選擇晶閘管。④計算變壓器容量。答:①U ==15VdmaxUd=1.17U2cosαU2=

Udmax

15= V=12.8V≈13V()1.17 1.17②當(dāng)α>/6時，Ud

1.17U2

1cos(30

39V3故cos((30)

d 12③I =T11180(2sint)d(t)230RdU2 [R 180d1 31 cos(291.5) sin(91.54 4I =0.557Ud 2

1cos88.5Rd

=130AI 0.618IT

=80.4AII T 51.2AT(AV)U TM

1.572考慮電壓電流裕量，可選KP100-1晶閘管。④S=3IU I =I2 2 2 TS=3133014KVA34、已知三相橋式全控整流的變壓器二次相電壓U 折算到變壓器二次側(cè)每相漏電2感L 200H電阻R 0.04，R 2.9,U, 求：電路輸出最高電壓UT T d，最大電流I 。dmax dmax@@Udmax

=3.24U2

-2U(RT

6X

T) ①U =I R ②dmax dmax d代入數(shù)值后，從①和②中解得Udmax=223.3VIdmax=77A，35圖所示的三相全控橋式整流電路晶閘管VT,VT以延遲角 觸發(fā)晶閘管VT1 3 5 1以延遲角 分別觸發(fā)試就在下列幾種情況計算整流輸出電壓的平均值U4 6 2 2 d①=//3.1 2②=//61 2③/0.1 2答：36、電鍍整流裝置，要求直流電壓為18V，電流為3000A。采用帶平衡電抗器的雙反星形線路，整流變壓器一次線電壓為380V，考慮=30，求變壓器二次相電壓，晶閘管電流的min平均值，并估算整流變壓器的容量。如果要求當(dāng)負(fù)載電流降至300A，仍能保證線路正常運行，估算平衡電抗器的最小電感量。如果要