中南大学电力电子技术题例Word文档格式.docx
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1、在题图所示的单相半波整流电路中，R=10Q,L=50niH,E=100V,Ri-1Q,u=（100a/2sin
3t）V,&
50Hz,当纯电阻负载，纯电感与电阻串联负载以及反电动势负载三种情况下，试计算：
1直流输出电压的平均值Ud。
2直流输出电流的平均值Id。
3加在二极管上的反向峰值电压。
答：
题图电阻性负载时输出波形如上图a所示。
R10
U^v=a/2x100V=141.4V
L—+Rid=yf2Usui31dt
当31=0时,id=O
-Ri/i（{=Iinsm（3（4）+Imsmv<
i>
e/L
图b中在三种时间常数时电流波形曲线B角随%町的减小而增人。
负载为纯电感
时,
i・-Rcot!
{coL）CdL7T
B变为2JT,
即必=2盜4龙，…时，0=0,即二极管在此时刻才截止。
:
畔S（心畔"
A
题图c反电动势负载时输出波形如图c所示。
设二极管导通时的角度为a「截止时的角度为则
0]=aicsii
兀一a、
=aics
Ud=E+*[（V2xlOOsnidX-^）7（dX）=
E_©
xlOO（cos0厂c°
sqJ=
2龙
106.8V
a\xlOOsincot-E）d（cot）=
±
（Ud-E）=6.SA
URV=E+yf2U=24lAV
2、晶闸管单相半波可控整流，设交流电压有效值为U,频率为f,负载为电感性负载，延迟角为a,如图所示。
绘出输出电压-的波形以及输出电流匚的波形，并求出心及匚来。
答：
晶闸管在延迟角□处导通后下面电压方程式成立。
ld++Rid=>
[2UsuiGJt
如果电流的初相位为a,则
idTw,sin（曲-①）一sin（a-（p）e仏）
其中
3.单相半波可控整流，电感性负载接有续流二极管，如图所示。
求此时直流电压平均值"
d
及直流电流的平均值匚，并绘出输出电压-及电流的波形，若3L»
R时，波形又如何？
当晶闸管VT导通时
厶伞+/?
乙=dUsni曲at
当二极管VD导通时
+也=0
设G）t=a时，晶闸管的初始电流为则
0<
OJt<
7T
如果g=7t时所求出的二极管电流的初始值为人，则
1=几sin0—Imsin（a-（p）e/{coL}+I（）e
在7r<
cd<
2/r+a期间的0值为人，则
AU血
E=可求出晶闸管电流的初始值，即
%%）］
严％）（\
I。
=—-心）/[sin0-sin（a-（p）e
1-e屜）
"
d和—的关系为"
d=厶"
夕厶+Rid
S=三J严咖伽）=却产碍d伽）+三J严R沁曲）
当晶闸管导通时，ud=y/2UsniGJt9当二极管导通时，ud=0.
1a
ud=一f：
VI（7sin曲d（曲）=——（1+cosa）
2龙」2龙
因为勺九知⑷卜耸代叫厂
耸［i（l（2龙+a）_匚（&
）］=耸（A,_厶）=0u厂加严兀R
输出电流的平均值与L无关系。
可写作
2
dR
-R（^aV
AzJ=Z1-Z0=Z1[l-e屁]
当coL»
R时，则
%）=1
A/ja0这样，我们就可以把电流看作一条直线来计算了。
4、某一电热负载，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，计算晶闸管的导通角及电流有效值。
（1+COS/7、
Ud=0.45/———Ud=60VU2=220V
cosa=—"
bo1=0.21a=78"
0.45x220
导通角6>
=180°
-78°
=102"
电压有效值心治2件心
即电流有效值为61.7A
5、某电阻负载要求0〜24V直流电压，最大负载电流ld=30A,如杲用220V交流直接供电
与用变压器降压到60V供电，都采用单相半波可控整流电路，是否都满足要求？
试比较两种供电方案的晶闸管的导通角，额定电压，电流值，电源与变压器二侧的功率因数，以及对电源容量的要求。
采用220V电源直接供电a=o时，UdQ=0.45t/2=99V
采用60V电源供电、So=0.45（/2=27V
所以只要适当调节控制角a,均能满足最人整流电压为24V的要求。
下面我们分析以下两种情况的利弊。
先计算用220V交流电源直接供电的情况。
=0.45（/,
1+C0S6Z
-2-
S=220U
Ud=24V
cosa=-0.515
a=121"
査图示曲线,
o=180p-12F=59p
波形系数.=%=2.8,要求晶闸管额定有效值1.57匚网
2.8x30
1.57
人=53.54
UTtn>
42U2=31W
考虑安全欲度，晶闸管至少应选KP100-4
查图示曲线，coscp=0.302
要求电源视在功率S=U2I2=（220x2.8x30）=18.48KV>
A
如采用降压到60V供电
ci=39"
0=18（r—39°
=141“
查图示曲线，波形系数Kf=LTJ
1.77x30
4=33.84
Urm>
屁2=（V2x60”=84.4V
所以选KP50-2型的晶闸管也就可以了。
S=U厶=（60xl.77x30）VA=3.18KV•4
这样，增加了整流变压器后，使延迟角减小了，选择的晶闸管的额定电压、额定电流都减小了，要求的电源容量也减小了。
由此可以看出，应当尽量使晶闸管电路工作在小延迟角状态。
6、有一转差离合器的励磁绕组，其直流电阻为450,希望在0〜90V范围内可调，采用单相半波可控整流电路，由电网直接供电，电源电压为220V,试选择晶闸管和二极管。
〜220V
如图所示在人电感负载情况下，必须接续流二极管"
电路才能正常运行。
如
ci=35。
0T=180°
—35°
=145°
x2A=1.23A
/r（4v）=0.8
11.57
若不考虑电压、电流欲量，选KP1-4型晶闸管即可。
<
360°
0
流过二极管VD电流有效值匚=J=0.773x2A=1.55A
°
V360"
°
若不考虑电压、电流欲量，选ZP2-4行整流二极管即可。
7、图为同步发电机单相半波自励电路，原先运行正常，突然发电机电压很低，经检查，晶闸管触发电路以及熔断器FU均正常，试问是何原因？
是续流二极管断开所致。
因为发电机励磁线圈为人电感负载，所以晶闸管导通角为0=2
H-2O,Ud始终为零或零电压很低。
8、单相半波可控整流电路，如门极不加触发脉冲；
晶闸管内部电极短开，试分析上述三种情况晶闸管两端（llT）和负载两端Sd）波形。
晶闸管门极不加触发脉冲，即晶闸管呈阻断状态，可视作开路，所以知•和心波形如图a所示。
1晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时心•和叫波形如图b所示。
2晶闸管内部断开，"
丁和"
d波形如图c所示。
9、某单相可控整流电路给电阻性负载供电和给反电动势负载蓄电池充电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选大一点？
为什么？
在流过负载电流平均值相同的条件下，反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。
因为反电动势负载时，晶闸管导通的条件除了门极需要触发外，还必须瞬时阳极电压"
“大于发电动势E值，所以导通角9比电阻负载小时。
因此，在平均电流值相同时，反电动势负载的电流波形系数K/比电阻负载时人，所以晶闸管的额定电流应选人一些。
10、某电阻负载的单相桥式半控整流电路，若其中一只晶闸管的阳极、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管和负载电阻两端的电压波形。
11、图为一种简单的舞台调光线路，求：
①根据"
d、化波形分析电路调光工作原理。
②说明RP、VD及开关Q的作用。
③本电路晶闸管最小导通角
①根据晶闸管工作原理分析，波形代•是正弦波，但半波被VD截去，当它的瞬时值超过晶闸管门极触发电压Ug•时，晶闸管因承受正向阳极电压而导通，随着电位器阻值的变化，你幅值变化，晶闸管导通的时刻也在发生改变，达到调光的目的，
2开关Q打开时，可以调光；
开关Q闭合时晶闸管VT不导通，灯不亮。
用RP调节延迟角a亦即调节输出电压，控制灯光亮暗。
3当RP阻值增大时，仏幅值减小，控制角a增大，当RP增人到某一值，对应的件电压最大值等于门极触发电压时，a最大，0最小，由图分析，可得出°
nnn=%。
的作用是保护门极。
当Q闭合时，也有极微弱的电流流过灯泡，但灯不会亮，原因是RP—般为几百千欧，所以Q闭合，可以认为灯不亮。
12、某电阻负载R=50G，要求输出电压在0〜600V可调，试用单相半波与单相全波两种供电，分别计算：
①晶闸管额定电压、电流值。
②负载电阻上消耗的最大功率。
答:
单相半波,当a=0°
时
流过晶闸管电流有效值
IT=1.57xId=18.94
晶闸管承受的最人反向电压
晶闸管的额定电压至少应人于
2000V
.电阻消耗功率Pr=/；
R=17・7KW
负载电流有效值/=1.11/d=13.34
晶闸管承受的最大反向电压URM>
V2t/21885V
晶闸管承受的额定电流lT（AV}>
ldr=hd=6A
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应人于6A。
13、
某一电感负载要求直流电压范围是15、60V,电压最高时电流是10A,采用具有续流二极管的单相桥式半控电路，从220V电源经变压器供电，考虑最小控制角amin二25°
，计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流有效植以及变压器一次、二次额定电流值。
当Ud=60V,amin二25°
时
2x60
U2=—3^―v=—__V=70V0.9（1+cosa）0.9（1+cos25°
）
二极管的电流与晶闸管的电流相同。
当Ud-15V时
qrfl
cosa二1=-0.52380=121°
0.9（72
T7t-a180。
—121。
15人c
IdT=Id=x—A=0.44
2兀360°
6
a121°
15
流过续流二极管的电流IdD二匕/d=—x—a=1/M
6
变压器
12=V2ZT=9.3A
U2
Il=—12=2.95A
Ul
U1=220VU2=70v
14、单相桥式半控整流电路，接有续流二极管，对直流电动机电枢供电，主回路平波电抗器的电感量足够大，电源电压为220V,延迟角为60”，此时，负载电流为30A,计算晶闸管、整流管和续流二极管的电流平均值和有效值，交流电源的电流有效值、容量及功率因数。
当Id二30A,a=60°
IdT二兰二/d="
Wx304=104
2兀360°
180oX3M=1M
交流电源电流\2二迈It二24.5A
存心+干=0.89
15、如图所示，晶闸管的电流延迟角为6（r,试画出晶闸管两端承受的电压波形，整流管和续流二极管每周期各导电多少度？
并计算各器件定额，已知电源电压是220V,负载是电感性负载，其中电阻是5Q。
当a=60°
4
晶闸管导通角0T=2（n-a）=_n
3
2整流二极管的导通角=Ji-a=-7t
2续流二极管的导通角%=2a=-/r
心.95宁®
Ud
148.5
Id=——=
R
=A=29.7A
5
It（av）^—=15.5A
O^D
IvD
^/max=V2U2=311V
若不考虑裕量，可以选KP20-4晶闸管。
晶闸管两端电压波形如图中斜线部分所示，由图可知晶闸管不承受反向电压。
16、单相桥式全控整流电路，对直流电动机供电，主回路中平波电抗器的电感量足够人，要求电动机在额定转速往下调速，调速范I制是1：
10,系恒转矩调速。
试问调速范围与晶闸管容量有关系吗？
调速范围与移相范围的关系又如何？
电动机的转矩正比于电枢电流，T=Creid电动机转速正比于电枢电动势，n=E/（C.“）。
当转速往下调时，E就减小，而Ud=E+Id凡，即Ud减小，Q增大。
现恒转矩调速，Id=la不变。
当G增人时，增人，晶闸管的容量要加大，即选晶闸管时应从电动机最低速度来考虑。
当忽略电枢电阻时，Ud^E。
若接续流二极管时，则转速与Q关系如下：
1c"
1+cosa0・45S（l+cosa）
ii=x0.9（/：
=
Ce（/>
2Cc（f）
若不接续流二极管时，则转速与a关系如下：
0.9（7zcosa
n=
G0
17、蓄电池充电，如图所示,U2有效值为36V；
整流输出Ud=0.9X36V=32.4Vo接充电蓄电
池5只（30V）,熔体熔断，增加到7只（42V）,熔体还是熔断，这是什么原因？
U”=屁：
=1.414x36U=51U
而Ln=（U”』）/肌，虽然E=42v（7只）。
但只要心:
很小时，Ln还是比较大，足以烧断熔体。
18、单相半控桥式全控整流电路，电阻负载Rd=4Q,要求Id在0~25A之间变化。
求：
①变压器电压比。
2如果导线电流密度，计算连接负载的导线截面枳。
3不考虑安全裕量，计算晶闸管的电流、电压定额。
4忽略变压器励磁功率，变压器应选多大容量。
5计算负载电阻Rd的功率.
6计算电路的功率因数。
①
（/max=ImatXRd=（25X4）V=100V
U2-U（l-111V
0.9
变压器电压比
KJ。
111
②
/=l.ll/d=l.11x254=27.84
③
S=—=6.9mm2J
It11/V2〔a<
人
I/\av）A==12.5A
1.571.57
a.r=V2{/：
=157V
若不考虑裕量，可选KP-2型晶闸管。
④变压器容量
S=U112=3AKVA
⑤电阻Rd功率
PRd=I2Rd=3AKW
⑥
cosa丄sin2a+―—=1（a=0°
）
\2tt71
19、图为具有中点二极管的单相半控桥式整流电路，求:
1绘出a=45°
时5=的波形。
2导出Ud=f（a）的关系式。
3求出Ud的最人值Uniax和最小值Umin.
①设在Q的期间，VTi.KT：
未触发导通，电路早正半周时，下面一组变压器二次电压S工作，VD和畑导通；
负半周时，上面一组变压器电压S工作，V7A和UD导通。
当在某时刻触发、畑使之导通时，电路恢复为单桥相式半控整流电路，Ud的波形如图所示。
②Ud=Un+U/2
其中，Udi是VD3导通时的平均电压，Ud2是半控桥的平均电压。
Udi
Udi=
cosa）
丄「2jIt/2Sin/d（6X）=
2V2
tA（l—cosa）
乩-Mg+COSO）
③当a=0。
4VI
Ud—Uz—U2
7t
当a=/r时
Ud—Uz—2y^U2
20、图为单相全波整流电路，由一只晶闸管与一只整流二极管组成，已知U2=220V,0=45。
。
1输出直流电压Ud
2画出a=45°
时Ud=的波形
3画出晶闸管两端电压UT与二极管两端电压Ud波形。
①Ud=an+ai2
其中，U,为VT导通时的平均电压值，Ud2为VD导通时的平均电压值。
Ud=Udi+Udi=—[近U2sinojtd（ojt）+—「41U：
sinojtd（cot）=
2兀％2龙」°
2和③波形如图所示:
一-
3
b）
21、为什么可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波？
整流电路直接并联电容经滤波后再输出，晶闸管刚一触发导通就有很人的电容充电电流流过晶闸管，电流的人小由电源电压与电容电压之差及电源回路的阻抗人小决定。
当电源阻抗较小时，冲击电流很大，可能超过晶闸管开通时允许的电流上升率，所以可控整流电路不应在直流侧直接接大电容滤波。
22、在可控整流的负载为纯电阻情况下，电阻上的平均电流与平均电压之乘积，是否等于负载功率？
负载功率下等于平均功率。
因为负载功率P=UI,现在负载上是非正弦量的电流、电压波形,除直流分量Id、Ud夕卜，还有一系列谐波II、12、13,……；
Ul、U2、U3相同频率的谐波电压电流的乘积组成谐波功率，而总的有功功率F=JPd2+Pd+p,+
所以，负载功率大于平均功率。
Pd=UdIdo
23、在可控整流的负载为人电感与电阻串联的情况下，呆忽略电感的电阻，时负载电阻上的电流平均值与电压平均值的乘积是否等于负载功率?
负载功率等于电流平均值与电压平均值和乘积，P=Pdo因为，虽然Ud的波形存在谐波分量，但id是恒定的直流，没有谐波分量，而功率是同次谐波电压、电流的乘积，所以，负载功率等于电流平均值与电压平均值的乘积，即P=Pdo
24、充电机采用单相半波、全波或三相可控整流电路是否可以？
若输出充电电流均15A,各应选用多大的熔体？
这三种电路作为充电机的主电路均可采用，但是，单相半波每周导电一次，在同样输出电流平均值为15A的情况下，电流峰值卞，有效值也人，要选用50A的熔体；
单相全波每周导电两次，电流峰值与有效值小，可选用40A的熔体；
三相半波每周导电三次，电流峰值和有效值更小些，可选用30A的熔体。
25、两只晶闸管串联的单相半控桥式整流电路，脉冲变压器次绕组N2与N；
之间承受最人电压为多少？
如图所示。
在E点为正时，且晶体管VT1.VT2未被触发时，则这个正电位通过VD1,
使脉冲变压器二次绕组N2与E点等电位，而脉冲变压器二次绕组N2与A点等电位。
所以,脉冲变压器两组二次绕组间承受的最人电压为U2的峰值电压U2m=V2u2o脉冲变压器作这种使用时，一定要注意两组二次绕组之间的绝缘，否则可能使绝缘击穿，导致损坏其它元
26、试比较六相半波整流电路与带平衡电抗器的双反星形整流电路工作情况有什么不同？
平衡电抗器在电路中起什么作用？
从导通角来看，六相半波整流每个瞬间只有一个晶闸管导通，每个晶闸管导通60。
；
加平衡电抗器的双反星形整流每个瞬间有两只晶闸管同时导通，导通角为120。
，所以同样打时，晶闸管变压器容屋可以降低.
1当a=0°
时，六相半波整流输出Ud=1.35U2;
加平衡电抗器的双反星形整流输出
U<
/=1.17U2.
2当a=0°
时，六相半波整流的脉冲位置在比该相电压峰值超前30。
即为与前相电压波形
的交点；
加平衡电抗器的双反星形整流的脉冲位置比该相峰值电压超前60°
.
3六相半波整流电路时流过晶闸管，流过变压器二次电流有效值I2=i7.=V176打；
加平衡电抗器的双反星形整流流过晶闸管，变压器二次电流有效值12=17.=4712打・以上均为大电感负载.
4六相半波整流可采用窄脉冲触发；
加平衡电抗器的双反星形整流在电流持续时,必须采用宽脉冲或双脉冲触发.
平衡电抗器的作用:
接入平衡电抗器后,由于存在感应电动势，使得两组星形绕组同时工作,晶闸管导通角增人，流过变压器二次绕组和器件的电流有效值变小，可选用额定值较小的器件,并提高了变压器的利用率.
27、若三相全控桥式整流电路，当一只晶闸管短路时，电路会发生什么情况？
在三相桥式电路中，若一只晶闸管短路,例如共阴极一只管子短路，则其
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