电力电子习题

1、u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) 例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻 为5,电感无穷大,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A, 试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸 管承受电压来选择晶闸管（考虑3倍安全裕量） d2 d 1 cos 0.45 2 U

2、U I RR d2 10A;5 ;220VIRU /2 晶闸管电流平均值 dVTd /2 102.5A 22 II 晶闸管电流有效值 VTd /2 105A 22 II u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) 例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻 为5,电感无穷大,电源电压的有效值为22

3、0V,直流平均电流为10A, 试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸 管承受电压来选择晶闸管（考虑2倍安全裕量） dVDRd / 2 107.5A 22 II 续流二极管电流平均值 续流二极管电流有效值 VDRd /2 108.66A 22 II u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) u 2 u d id u VT iVT Id Id t1t t t t t tO O O O O O - + b) c) d) e) f) g) iVD R a) 例题:

4、具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载,电阻 为5,电感无穷大,电源电压的有效值为220V,直流平均电流为10A, 试计算晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值，并根据晶闸 管承受电压来选择晶闸管（考虑2倍安全裕量） 2 2311VU 晶闸管承受的最大电压为 （5，10，20，30，50，80，100，200， 300，400，500，600，800，1000） 例题 单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电 阻R=4。（1）=60o时，画出晶闸管中的电流波形，求其平均值 和有效值。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、 电流的平均值，流过晶闸管和续流二极

5、管中电流的平均值、有效 值，画出波形。 解：（1）输出电压平均值 d T 17.54 A 2 I I 输出负载电流平均值 2 0.9cos0.9220cos60 99V d UU 晶闸管中电流平均值 /99/424.8A dd IUR 晶闸管中电流有效值 /212.4A dTd II 3.2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻感负载 R ud id a b VT1 VT2 VT3 VT4 u2 i2 L 例题 单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电 阻R=4。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、 电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效 值，画出波

6、形。 3.2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻感负载 例题 单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电 阻R=4。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压、 电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效 值，画出波形。 (2)接续流二级管的输出电压平均值 输出负载电流平均值 2 0.9(1cos )/2 0.9220(1cos60 )/2 148.5V d UU /37.125A dd IUR 3.2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻感负载 例题 单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电 阻R=4。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电

7、压、 电流的平均值，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值、有效 值，画出波形。 晶闸管中电流平均值和有效值 120/36012.4A dTd II 续流二极管中电流平均值和有效值 T Td 120 37.12521.4 A 2360 II 120/36012.4A dTd II DR DRd 2 60 37.12521.4 A 2360 II (6060 )/36012.4A dDRd II 3.2.2.2 单相桥式全控整流电路-阻感负载 3.2.3 单相全波可控整流电路 例题 单相全波整流电路如图所示，U2=220V，=60o。求 （1）输出直流电压平均值Ud。（2）画出ud、id的波形。

8、解：（1）当电压为正半周时，即a为正，b为负时，VT1承受正向电压。 有触发脉冲即可导通，VD2处于关断状态，当电源电压过零时VT1关断。 当电源电压过零变负时，a为负，b为正，VT1关断，VD1导通。当电源 电压再次过零变正时，VD1关断。 （2）输出平均值Ud。 d22 0 3 222 2 11 2sind()2sind() 22 1 cos1 cos60 0.450.450.451 22 0.451.750.45 220 1.75173.25V UUttUtt UUU U 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题 带整流变压器的单相半控桥式整流电路，U1=220V，电阻负 载，R

9、=4。要求负载电流Id在025A之间变化，试求(1)变压器的 变比;(2)波形系数;(3)变压器容量;(4)负载电阻R的最大功率。 d22 1cos 0.90.9100 V 2 UUU d 25 4100 V d UI R 设=0时Ud最大 2 111VU 12 =/=220/1112K U U变比 2 m m 0 1 sind()2 22 I IItt 最大有效值 dmm 0 12 sind() IIttI 最大平均值 fd = /=1.11 2 2 KI I (1) (2) 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 222 111 27.75=3.08KV ASU IU I变压器容量 2

10、 2 1 2111/ 427.75A 2 U Isin R 负载电阻R的最大功率PR （3） （4） 例题 带整流变压器的单相半控桥式整流电路，U1=220V，电阻负 载，R=4。要求负载电流Id在025A之间变化，试求(1)变压器的 变比;(2)波形系数;(3)变压器容量;(4)负载电阻R的最大功率。 22 Rd 2542.5KWPI R 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题 单相半控桥式整流电路，电阻负载，R=25，要 求Ud=0250V，计算晶闸管实际承受的最大电压与最 大电流（角留有20o裕量）。 d2 1cos 0.9 2 UU 2 2405V m UU峰值电压 2 1

11、cos20 0.9250 V 2 U 2 286.4VU 22 22UU晶闸管承受的最大正向电压为， 最大反向电压为 m2 2/405/2516.2AIUR晶闸管承受的最大电流 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相 半控桥式整流电路如图所示 (1)给出=45o时Ud波形。 (2)设U2=100V，求输出整 流电压平均值Ud。 322 (1) =450VDVD2sintUt，在区间，和导通，输出电压为 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相 半控桥式整流电路如图所示 (1)给出=45o时Ud波形。 1232 (2)VTVDVD2

12、2sintUt在，和导通，关断，输出电压为 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相 半控桥式整流电路如图所示 (1)给出=45o时Ud波形。 3112 (3)VDVDVT2sintUt ，和导通，关断，输出电压为 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相 半控桥式整流电路如图所示 (1)给出=45o时Ud波形。 2132 (4)2VTVDVD2sintUt，和导通，关断，输出电压为2 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示 （1）给出=45o时Ud的波形。 （2）设U2=100

13、V，求输出整流电压平均值Ud。 322 (1) =450VDVD2sintUt，在区间，和导通，输出电压为 1232 (2)VTVDVD2 2sintUt在，和导通，关断，输出电压为 3112 (3)VDVDVT2sintUt ，和导通，关断，输出电压为 2132 (4)2VTVDVD2sintUt，和导通，关断，输出电压为2 3.2.4 单相桥式半控整流电路-电阻负载 例题：具有中点二极管的单相半控桥式整流电路如图所示 （2）设U2=100V，求输出整流电压平均值Ud。 d22 0 2 0 0 2 2 1 2sind()2 2sind() 2 sind()2sind() 2 cos2cos

14、2 3cos UUttUtt U tttt U tt U 例单相半控桥式整流电路（带续流二极管），阻感负 载，R=5，U2=220V，=60。求流过晶闸管、整流二极管 和续流二极管的电流平均值与有效值。 解 (1)整流电压平均值 d2 1 cos1 cos60 0.90.9 220148.5 V 22 UU d d 148.5 29.7 A 5 U I R DRT 36023602 120120 2120 (2)负载电流平均值 (3)晶闸管和整流二极管每周期的导电角 T3.2.4.2 单相桥式半控整流电路-阻感负载(带续流二极管) 例题 三相半波整流电路向大电感性负载

15、供电，已知U2=220V， R=11.7。计算=60o时负载电流Id、晶闸管电流IT、变压器副边电 流i2的平均值和有效值。改为电阻负载，重复上述计算。 1、对于大电感负载 d2 1.17cos128.7VUU d d 128.7 11A 11.7 U I R d dT 3.67A 3 I I d dT 3.67A 3 I I dd d2 21 33 3.67A 3 II I d T2 6.35A 3 I II 例题 三相半波整流电路向大电感性负载供电，已知 U2=220V，R=11.7。计算=60o时负载电流Id、晶闸管电 流IT、变压器副边电流i2的平均值和有效值。改为电阻负 载，重复上述

16、计算。 2、对于电阻负载 d2 0.6751cos(/6)148.5VUU d d 148.5 12.7A 11.7 U I R d dTd2 4.23A 3 I II d T2 7.33A 3 I II 例题 在三相半波整流电路中，如果u相的触发脉冲消失， 试绘出在电阻性负载和电感性负载下的整流电压波形。设 =30。 例题 图a是两相零式可控整流电路，电阻负载，由三相交流电源中 的u、v两相供电。设t= 0时，=0。 1)画出晶闸管控制角 =0和 =60时输出电压ud的波形； 2)求晶闸管的移相范围； 3)Ud的最大值Udmax是多少？ 4)推导出输出电压平均值Ud的计算公式。 (2) 晶闸

17、管的移相范围0300o； 0150o时 150300 d22 150 150300 150 2 1 2sind()2sin(120 )d() 2 1 coscos(120 ) 2 2 (13cos) 2 UUttUtt tt U 150o 300o时 300 d2 300 2 2 1 2sin(120 )d() 2 2 cos(120 ) 2 2 1cos(120 ) 2 UUtt U t U 2 dmax 2 23) 2 U U 当=0o时 例题：三相桥式全控整流电路，大电感性负载，变压器副边线电压 U2l=380V，负载电阻R=11.7，控制角 =60。计算输出电压平 均值Ud，负载电流平

18、均值Id、晶闸管电流IdT、IT，变压器副边电 流i2的有效值I2。 d2 2.34cos2.34 220 cos60257.4VUU 21 380VU 2 220VU d d 257.4 22A 11.7 U I R d dT 7.33A 3 I I d dT 12.7A 3 I I d2 0I 2d 0.8160.8162217.95AII 0 t 0 t 5 1 1 3 3 5 5 1 0 t 6 6 2 2 4 4 6 6 ug ug 30 u v w u 0 t ud 60 0 t uv uw vw vu wu wv uv ud 60 0 t id i2u 0 t iT1 3.6 变

19、压器漏感对整流电路的影响 例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V， XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和 的值并作出ud、iVD和i2的波形。 解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情 况。 解方程组得： 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 ud、iVD1和i2a的波形如图3-27所示。 2 2.34cos 3/ / dd dBd dd UUU UX I IUR 2 2 2.34cos/(1 3/)486.9V /486.9/597.38A 2 coscos() 6 cos()0.89226.93 dB dd Bd UUXR IU

20、R X I U 2 /397.38 /356.22 A 2 / 379.51A VDd ad II II 例题 三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L=， U2=220V，=60o，当1)LB=0和2)LB=1mH的情况下分别求Ud，Id 的值，后者还应求，并分别作出ud与iT的波形。 (1)LB=0时 d2 2.34cos2.34 220 cos60 257.4V UU d d 257.4200 57.4A 1 UE I R (2) LB0 ，LB=1mH时 B d2d d d 2.34cos 2 6 314 0.001 2.34 220 cos60 2 257.40.3 m

21、X UUI I I -1 B d 2 -1 2X =cos cos 6 2 314 0.001 cos cos6044.1560 6220 3.35 I U ddd 2001UERII dd 244.2V44.63AUI 1三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相 的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？ 1三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相 的自然换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？ 答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相之 间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差180。 例题 当变流装置处于逆变状

22、态工作时，由于控 制系统失误，一相控制脉冲丢失，试问将会出现 什么问题？以三相零式共阴极组电路波形加以分 析。 例题4.8 当变流装置处于逆变状态工作时，由于 控制系统失误，一相控制脉冲丢失，试问将会出 现什么问题？以三相零式共阴极组电路波形加以 分析。 例题 三相半波可控整流电路，U2=100V，E=30V， R =1 ，L=，求 (1) 当 =90o时的Id 。 (2) 当 =60o时的Id 。(3) 真正逆变状态的 角范围(不考虑 重叠角)。 d2 1.17cos1.17 100 cos900UU dd ()/=(30-0)/1=30AIEUR (1) 当=90时 d2 1.17cos1

23、.17 100 cos6058.5VUU (2) 当=60时 (3) 2min 1.17cosEU min 2 arccos()75.14 1.17 E U d UE 当 dd ,0EUI 因为所以 75.14 90 例题 三相半波共阴极组电路，反电动势阻感负载， U2=100V，电枢电阻RS=1，平波电抗器L=，变压 器漏感L B=1mH，E=150V，当电路处于逆变状态 =30时，求晶闸管电路输出逆变电压平均值Ud ，逆 变电流平均值Id 及重叠角，并作出ud 及晶闸管中流 过的电流i T 的曲线。 B d2dd d 3 1.17cos1.17 100 cos30 2 101.3250.1

24、5 X UUUI I dsdd 150UER II d 42.33AId 107.7V U 11 B d 2 22 0.314 42.33 cos cos30cos cos30 66 100 17.05 X I U 例题 作出ud 及晶闸管中流过的电流iT的曲线。 nomnomnom EUIR 1矿井提升机在拉起重物时 330 1350 0.01316.5V nom2min 2.34cosUU 2nommin /(2.34cos)330/(2.34*cos30 )=162.84VUU 2矿井提升机在放下重物时 nomnomnom 316.5VEUIR 1 1nom nom 150 316.59

25、4.95V 500 n EE n 1dd UEIR 94.95 1350 0.0181.45V 2 2.34cos d UU 2 arccos()77.66 2.34 d U U 2=162.84V U 11 nomnom nE nE 1.3晶闸管-电流参数 例1.1： 实际流过晶闸管的电流波形i1和i2如图，其 峰值分别为Im1和Im2。计算结果如下： i1 0 /2 2 5/2 t Im1 i2 Im2 0 2/3 2 8/3 t 若不考虑安全裕量，求KP100型晶闸管中流过i1和i2电流时 所能承受的最大平均电流值。 1.3晶闸管-电流参数 （1）实际电流波形i1的平均值、有效值和波形系

26、数 i 1 0 /2 2 5/2 t Im1 平均值 m1 m1d1 2 2 )d(sin 2 1I ttII 有效值 2 2 2 1 111 111 (sin)sin2 22242 m mm It IItd( ttI 2 波形系数 1 f d1 2.22 2 I K I 1.3晶闸管-电流参数 （1）若不考虑安全裕量，求KP100型晶闸管中流过i1电流 时所能承受的最大平均电流值。 i 1 0 /2 2 5/2 t Im1 TavT d1 ff 1.571.57 100 70.7A 2.22 II I KK 考虑安全裕量Id1=70.7/(1.52)=35.3547.13A 1.3晶闸管-电

27、流参数 （2）实际电流波形i2的平均值、有效值和波形系数 3 2 0 m2 m2d2 3 )d( 2 1I tII平均值 有效值 22 m2 2m22 0 112 () d() 223 2 3 m I IItI 3 波形系数 2 f d2 31.73 I K I 1.3晶闸管-电流参数 TavT d2 ff 1.571.57 100 90.7A 1.73 II I KK （2）若不考虑安全裕量，求KP100型晶闸管中流过i2电流 时所能承受的最大平均电流值。 考虑安全裕量Id2=90.7/(1.52)=45.3560.46A 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电

28、流波形，其最大值 为Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量时，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ d1m1m1 0 12 sind()127.3A IIttI 2 1m1m1 0 11 sind()141.4A 2 IIttI 有效值 f1 1 =1.11 2 2 K 波形系数波形系数 平均值 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电流波形，其最大值 为Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ f1 1.11K Tavd1f1 d1Tav f 1

29、.57127.2 1.11 90A 1.571.57 II K II K （5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000） d1 127.3AI d1f1 Tav 127.2 1.11 (1.52)(1.52)135180A 1.571.57 I K I 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电流波形，其最大值 为Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量时，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ d2m2m2m2 /3 13 sind()0.47895.6A 2 IIttII

30、 2 2m2m2m2 /3 113 sind()0.634126.8A 38 IIttII 2 f2 d2 =1.326 I K I 波形系数 平均值 有效值 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电流波形，其最大值 为Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ f2 1.326K d2f 2 Tav 95.6 1.326 80.76A 1.571.57 IK I （5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000） d2 95.6AI d2

31、f 2 Tav 95.6 1.326 (1.52)(1.52)121.1161.5A 1.571.57 IK I 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电流波形，其最大值 为Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量时，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ /2 m3 d3m3 0 1 d()50A 24 I IIt 2 /2 m3 3m3 0 1 d()100A 22 I IIt 3 f3 d3 =2 I K I 波形系数 平均值 有效值 1.3晶闸管-电流参数 例1.2： 图中波形的阴影部分为晶闸管中的电流波形，其最大值 为

32、Im，计算各波形电流平均值、有效值与波形系数。若设Im均为 200A，不考虑安全裕量，各应选择额定电流为多大的晶闸管？ f3 2K d2f 2 Tav 502 63.7A 1.571.57 IK I （5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000） d3 50AI d3f 3 Tav 502 (1.52)(1.52)95.55127.4A 1.571.57 IK I 例2-1 在图2-1所示的降压斩波电路中，已知Ud=200V， R=10，L值极大，Ts=50 s，ton=20s，计算输出电压 平均值Uo，输出电流平均值Io。若存在负载Em

33、=20V，求输 出电流平均值Io。 on od s 20 200 80(V) 50 t UU T o o 80 8(A) 10 U I R 解：由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为 输出电流平均值为 2.1 Buck电路- 例题 om o 8020 6(A) 10 UE I R 若存在负载Em=20V，输出 电流平均值为 例2-2 在图2-1所示的降压斩波电路中，已知 Ud=2710%V， Uo =15V，最大输出功率为 Pomax=120W，最小输出功率为Pomin=10W，若工作频率 为30kHz，求 (1)占空比变化范围； (2)保证整个工作范围电感电流连续时的电感值。 d

34、max 27(1 10%)29.7(V)U 解: (1)输入电压的变化值为 2.1 Buck电路- 例题 dmin 27(1 10%)24.3(V)U 占空比变化范围为 o d 15 0.5050.617 24.329.7 U D U 例2-2 在图2-1所示的降压斩波电路中，已知 Ud=2710%V， Uo =15V，最大输出功率为 Pomax=120W，最小输出功率为Pomin=10W，若工作频率 为30kHz，求 (1)占空比变化范围； (2)保证整个工作范围电感电流连续时的电感值。 sdsosoo LBLBoo 22 o min 3 omin (1)(1)(1)(1) 2222 15

35、(1)(1 0.505)0.186m 22 10 30 10 TUTUTUU LDDDDD IIII f U DH Pf 解: (2)因为IL= Io,当负载最小，占空比最小时，所需要的电感 越大，当Uo不变时，由式(2-5)得 2.1 Buck电路- 例题 例2-3 在图2-5所示的升压斩波电路中，已知Ud=50V，L 值和C值极大，R=20，采用脉宽调制控制方式，当 TS=40s，ton=25s时，计算输出电压平均值Uo，输出 电流平均值Io。 o off 40 50133.3(V) 4025 T UE t 输出电流平均值为： o o 133.3 6.667(A) 20 U I R 解：输

36、出电压平均值为： 2.2 Boost电路-例题 例2-4 升降压复合斩波电路中，工作频率为20kHz， L=0.05mH，输出电容C足够大，Ud=15V， Uo =10V，输 出功率为Po=10W，求占空比。 o o o 10W 1A 10V P I U 解: 2.3 Buck-Boost 例题 d o 10 0.4 115 UD D DU 若工作于连续电流模式则 带入2-37，可得D=0.4时电流临界连续的负载电流IoB 3 22 so oB 3 0.05 1010 (1)(1 0.4)1.8A 22 0.05 10 TU ID L 例2-4 升降压复合斩波电路中，工作频率为20kHz， L=0.05mH，输出电容C足够大，Ud=15V， Uo =10V，输 出功率为Po=10W，求占空比。 解: 2.3 Buck-Boost 例题 oo doBM 101 0.3 155 UI D UI 因输出电流Io=1AIoB,所以电路工作于电流断续模式， 由式2-39和式2-46得 3 so oBM 3 0.05 1010 5A 22 0.05 10 TU I L R ud id a b VT1 VT2 VT3 VT4 u2 i2 L 例题 单相全控桥式整流电路，接大电感负载，U2=220V，负载电 阻R=4。（2）当负载两端接有续流二极管时，试求输出电压