电力电子技术复试笔试重点复习题

四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第1页共29页1、在题图所示的单相半波整流电路中，R=10Ω，L=50mH，E=100V，Rr=1Ω，u=（1002sinωt）V，f=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。Ud=∫ππ0221sinωtd（ωt）=π2×100V=45AId=RUd=1045A=4.5A第二章相控整流电路第2页共29页URV=2×100V=141.4V题图感性负载时输出波形如上图b所示。二极管一导通，下面电压方程式成立。Ldtdit+Rid=2Usinωt当ωt=0时，id=0则id=Imsin（ωt-Φ）+ImsinvΦeLRt−其中Im=22)(2LRUω+⎟⎠⎞⎜⎝⎛=RLarctgωφ图b中在三种时间常数时电流波形曲线β角随)(tRω的减小而增大。负载为纯电感时，1)/(0lim=−−LtRReωω20)(limπω=−RLarctgRid=()tLUωωcos12−β变为2π，即ππω4,2=t，...时，0=di，即二极管在此时刻才截止。()()ALUtdtLUUd92cos122120==−=∫ωωωωππ0=RvU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α1，截止时的角度为β1，则⎟⎠⎞⎜⎝⎛=UE2arcsin1α1β=⎟⎠⎞⎜⎝⎛UE2arcsin=π—1απβπ≤≤12Ud=E+()()=−×∫tdEtωωπβαsin10022111()=−×−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−1111coscos2100221αβππαβE106.8VdI=()()=−×∫tdEtRrωωπβαsin100212111四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第3页共29页()AEURdr8.61=−VUEURV4.2412=+=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α，如图所示。绘出输出电压du的波形以及输出电流di的波形，并求出du及di来。答：晶闸管在延迟角α处导通后下面电压方程式成立。tURidtdiIdddωsin2=+如果电流的初相位为α，则di=Imsin()()()()ttRmeItωαωϕαω−−−−Φ−sin其中()222tRUImω+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=Rtarctgωϕ当α=ϕ时，di成为正弦半波电流。()()βαπωωπβαcoscos2sin221−==∫UttdUUd()tdiIddωπβα∫=21或RUIdd=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dU及第二章相控整流电路第4页共29页直流电流的平均值dI，并绘出输出电压du及电流di的波形，若ωLR时，波形又如何？答：当晶闸管VT导通时tURidtdLdidωsin2=+当二极管VD导通时0=+dtRidtdiL设ωt=α时，晶闸管的初始电流为oI，则()()()()()()LtRoLtRmmdeIeItIiωϕωωαωϕαϕω−−−−+−−−=sinsinπω≤≤t0其中()222LRUImω+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=RLarctgωϕ如果πω=t时所求出的二极管电流的初始值为1I，则()()()()()LRoLRmmeIeIIIωαπωαπϕαϕ−−−−+−−=sinsin1在απωπ+≤≤2t期间的di值为1I，则()()ttRdeIiωπω−−=11απω+=2t可求出晶闸管电流的初始值，即四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第5页共29页()()()()()()()]sin[sin12LRmLRLRoeIeeIωαπωπωαπϕαϕ−−−+−−−−=du和di的关系为dtddRiddiLu+=()()()tdRitddtdiLtduUddddωπωπωπαπααπααπα∫∫∫++++==222212121当晶闸管导通时，tUudωsin2=，当二极管导通时，0=du。()()απωωππαcos122sin221+==∫ttdUud因为()()()==∫∫++diiddiLtddtdiLddαπαπααπωωπ22221()()()02]2[2=−=−+ooddIILiiLπωααππω故()RItdRiUdddωπαπα∫+=221输出电流的平均值与L无关系。可写作RUIdd=()()]1[101LRdeIIIiωαπ+−−=−=∆当LωR时，则()()1=+−LReωαπ0≈∆di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。答：⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=2cos145.02αUUdVUd60=VU2202=21.0122045.0602cos=−××=αo78=α导通角ooo10278180=−=θ第二章相控整流电路第6页共29页电压有效值VUU4.12322sin412=−+=παπαπΩ=Ω==23060ddIURAARUI7.6124.123===即电流有效值为61.7A5、某电阻负载要求0～24V直流电压，最大负载电流dI=30A，如果用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。答：采用220V电源直接供电α=0时，VUUd9945.020==采用60V电源供电、VUUd2745.020==所以只要适当调节控制角α，均能满足最大整流电压为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。2cos145.02α+=UUdVU2202=VUd24=515.0cos−=αα=o121θ=ooo59121180=−四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第7页共29页查图示曲线，波形系数8.2==dfIIK，要求晶闸管额定有效值1.57()dfVATIKI≥即()AAIVAT5.5357.1308.2=×≥VUUTm31122=≥考虑安全欲度，晶闸管至少应选KP100-4查图示曲线，cosϕ=0.302要求电源视在功率S=22IU=（220308.2××）=18.48KV•A如采用降压到60V供电2cos145.02α+=UUdVU602=VUd24=α=39oooo14139180=−=θ查图示曲线，波形系数77.1=fK()AAIVAT8.3357.13077.1=×≥()VVUUTm4.8460222=×=≥所以选KP50-2型的晶闸管也就可以了。S=()AKVVAIU•=××=18.33077.16022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45Ω，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。答：如图所示在大电感负载情况下，必须接续流二极管，，电路才能正常运行。如第二章相控整流电路第8页共29页dU=90VdI=RUd=2AdU=V⎟⎠⎞⎜⎝⎛+×2cos122045.0αα=35ooooT14535180=−=θAAIIoodoTT23.12360145360=×==θ()8.057.1=≥TAVTII若不考虑电压、电流欲量，选KP1-4型晶闸管即可。流过二极管VD电流有效值DoToDII360360θ−==0.773×2A=1.55A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？答：是续流二极管断开所致。因为发电机励磁线圈为大电感负载，所以晶闸管导通角为θ=2π-2α，dU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()Tu和负载两端()du波形。答：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Tu和du波形如图a所示。四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第9页共29页1晶闸管内部短路，显然晶闸管两端电压为零，此时Tu和du波形如图b所示。2晶闸管内部断开，Tu和du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？答：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au大于发电动势E值，所以导通角θ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fK比电阻负载时大，所以晶闸管的额定电流应选大一些。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。第二章相控整流电路第10页共29页11、图为一种简单的舞台调光线路，求：①根据du、gu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?min=θ答：①根据晶闸管工作原理分析，波形gu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GTU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，gu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α亦即调节输出电压，控制灯光亮暗。四川大学电力电子与电力传动专业电力电子技术复试笔试重点复习题第11页共29页3当RP阻值增大时，gu幅值减小，控制角α增大，当RP增大到某一值，对应的gu电压最大值等于门极触发电压GTU时，α最大，θ最小，由图分析，可得出2minπθ=。VD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一般为几百千欧，所以Q闭合，可以认为灯不亮。12、某电阻负载R=50Ω，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α=0o时VVUUd133345.060045.02===AAId1250600==流过晶闸管电流有效值AIIdT9.1857.1=×=晶闸管承受的最大反向电压VUURM1885222=≥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使()AIITVAT1257.1=≥`电阻消耗功率PR=KWRIT7.172=负载电流有效值AIId3.1311.1==晶闸管承受的最大反向电压VUURM188522≥晶闸管承受的额定电流()AIIIddTAVT621==≥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大于6A。13、{{题型:计算题,知识点:动词短语$$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аmin=25°,计算晶闸管、第二章相控整流电路第12页共29页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。答：当Ud=60V,аmin=25°时U2=()()VVUd7025cos19.0602cos19.02=°+×=+αIdT=AId3.42=−παπIT=AId6.62=−παπ二极管的电流与晶闸管的电流相同。当Ud=