电力电子技术样卷

一、填空题1、晶闸管的关断条件是（晶闸管的阳极电流不为正值） 。2、晶闸管并联使用时，应采用（均流）措施。3、有源逆变的条件有二： 一是有直流电势， 电势极性与晶闸管的导通电流方向一致， 其电压值大于变流器直流平均电压；其次是晶闸管的（控制角α在90?~180?之间），使Ud为负值。4、变频电路中，晶闸管的换流一般有（3）种方式。5、某晶闸管的平均电流Id=100A，波形系数Kf=1.5，其额定电流为（95.5414）A。【公式IN=Kfld/1.57】6、某整流电路，在控制角α条件下，输出平均电流为Id，波形系数为Kf，则电路的通态平均电流为（Kfld/1.57）7、三相桥式可控整流电路电阻性负载时，其移相范围是（0~120?）。【三相半波0~150?】8、变流器工作在逆变状态时，将变流器的交流侧接到交流电源上，交流电可将直流电逆变为50Hz的交流电送到电网，这种逆变称为（有源逆变）。9、电压源型无源电路中，晶闸管的换流是在同（组）中进行，其输出的相电压为（6π的梯形）波形。10、晶闸管过电流保护的基本思想：一般是（消除）过电流。11、IGBT(晶体管)的控制极应采用（连续的）控制信号。12、功率晶体管其开关速度较快，在电机控制方面适用于频率在（1～5）kHz的范围。13、如果晶闸管的通态平均电流为100A，则晶闸管的平均电流（可以）超过100A。14、三相全控桥式可控整流电路输出电压的脉动频率为（300Hz）。【50*6】15、三相半波整流电路中自然换相点的相位与相电压的过零点的相位差为（30°）。16、直流电通过可控的电力电子器件变换成交流电，这种变流过程称为（逆变）。17、电流源型无源逆变电路中，晶闸管的换流是在同（组）中进行。18、电压源型无源逆变（变频）电路，其输出相电压波形为（6π的梯形波）。幅值为直流电源电压的（2/3）。与晶闸管并联的阻容保护，是为了抑制晶闸管（关断时）时产生的过电压。20、晶闸管过电压保护的基本思想是设法将过电压的幅值（抑制）到安全范围之内。21、晶闸管串联使用时，应采取（均压）措施。22、晶闸管为PNPN四层三端结构，具有单向（可控）导电性的特性。23、整流电路是一种 AC－DC变换电路，即将交流电能变换为（直流电能）的电路。24、m相可控整流电路中，在变压器漏抗影响下的等效内阻为（ mXB/2π）。25、电流源型变频电路的输出线电压为六拍矩形波，而输出相电压为（ ）波形。26、晶闸管过电压保护的基本思想：一般是（抑制）过电压。27、电力电子技术是应用于电力领域的电子技术， 是使用电力电子器件对电能进行变换和 （控制）的技术。28、绝缘栅双极晶体管综合了 GTR和MOSFET的优点，是三端功率器件，具有（基极 B）、集电极C和发射极 E。29、改变SPWM逆变器的调制比，可以改变（ ）的幅值。30、抑制过电压的方法之一，是用（ ）吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。1二、简述题1、简述额定电流为 200A的晶闸管，其实际平均电流能否超过 200A使用？2、在三相桥式全控整流电路中，负载是电阻性的。如果有一个晶闸管失效，不能导通，此时整流波形如何？3、简述为什么交流调压电路的输出电流通常是断续的？答：采用相位控制的交流调压电路，通过调节晶闸管的控制角可以调节调压电路的输出电压。如电流连续，则输出电压连续，输出电压与输入电压相同，即输出电压不能调节，因此交流调压电路的输出电流通常是断续的。4、晶闸管关断的条件是什么， 如何实现？晶闸管处于阻断状态时， 其两端的电压由什么决定？5、采用锯齿波触发电路的整流电路，主电路的晶闸管上交流电源与相应触发电路的同步交流信号相位相差多少？并说明。6、三相半波整流电路的负载是电阻和电感，其中 ωL＞＞R。当α＞π/2时，电路的工作情况如何？直流侧的平均电压可能出现负值吗？晶闸管的导通角可能达到 2π/3吗？7、三相半波逆变电路中，直流侧接的是反电势 E和大电感 L，若E＞Ud时，情况如何？若 E＜Ud时，情况又如何？8、晶闸管如欲当二极管使用，如何连接 ?(较简单的要加一种器件 )9、三相半波整流电路，电阻性负载实验中，某学生调节控制电压 Uct=1—2V之间变化，相应控制角α=150°—180°，但是电路的输出电压 Ud始终为零。试简述其原因。10、在三相桥式全控整流电路中，负载是电阻性的。如果有一个晶闸管失效，不能导通，此时整流波形如何？如果有一个晶闸管被击穿，其他晶闸管受什么影响？11、简述为什么实现有源逆变只能采用全控电路， 而不能采用半控或有续流二极管电路？12、电压源型逆变器能否工作于再生制动状态，为什么？13、发生过电压的原因有哪些？过电压保护的原则是什么？可以采用哪些过电压保护措施？14、晶闸管并联使用时，为什么需要采用均流措施？15、简述电压源型无源逆变电路的特点。216、驱动电路的隔离有什么作用？常用的驱动电路隔离方法有哪两种？答：由于主电路的电压较高，而控制电路的电压较低，所以驱动电路必须与主电路之间有良好的电气隔离，从而保证驱动控制电路的安全和提高抗干扰能力。常用的驱动电路隔离方法有两种，即光电隔离和磁隔离。光电隔离通常采用光电耦合器，磁隔离通常采用脉冲变压器。17、电压源型无源逆变电路为什么要采用与晶闸管并联的续流二极管？答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。18、发生过电流的原因有哪些？过电流保护的原则是什么？可以采用哪些过电流保护措施？答：过电流产生的原因有：短路、逆变失败、过载等。过电流保护的原则：消除过电流。过电流保护的措施有：快速熔断器、快速开关、过流继电器、电抗器、电流反馈控制等。19、额定电流为 100A的晶闸管能否承受长期通过 150A的直流负载而不过热？答：额定电流为100A的晶闸管能否承受长期通过150A的直流负载而不过热。因晶闸管的额定电流ITa定义为：在环境温度为40℃和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工频正弦半波导电，结温稳定在额定值125℃时，所对应的通态平均电流值。这就意味着晶闸管通过任意波形、有效值为1.57ITa的电流时，其发热温升正好是允许值，而恒定直流的平均值与有效值相等，故额定电流100A的晶闸管通过157A的直流负载电流，其发热正好是允许值。20、绝缘栅双极型功率晶体管（ IGBT）有何突出的优点？答：绝缘栅双极型功率晶体管（IGBT）是兼备功率场效应管MOSFET的栅极电压激励、高速开关特性和GTR的大电流低导通电阻特性于一体的复合型器件。21、无源逆变电路与有源逆变电路有何不同？两种电路的不同之处主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源；而无源逆变电路的交流侧直接和负载连接。22、一般三相可控整流电路，如果电源三相进线相序接反，会产生什么问题？由于三相可控整流电路主电路中的晶闸管交流电源的相位与对应晶闸管的触发电路中的同步交流信号相位相差 180°当电源三相进线相序接反时，晶闸管电源相位与相应触发相位不同步，造成晶闸管受正压时无触发脉冲，或晶闸管有触发脉冲时受反压，晶闸管不能导通，电路输出掉波形，输出减小。3三、计算题1、单相桥式半控整流电路向电阻负载供电，画出电路中整流二极管在一个周期内承受电压的波形。1、解：u2,uTDUωt2、三相全控可控整流电路对电阻反电势负载供电。R＝1Ω，E＝70.7V，U2＝100V。当α＝60°时，求：1、整流电路输出电压的平均值Ud；2、整流电路输出电流的平均值Id；3、整流电流中晶闸管电流的平均值IdT。2、解：1、整流电路输出电压的平均值Ud2.34U2cosUd2.34100cos60Ud117V2、整流电路输出电流的平均值IdUdER11770.7Id1Id46.3A3、整流电流中晶闸管电流的平均值IdT1Id146.33IdT3IdT15.4A43、某车床刀架采用小惯量 GZ180直流电动机，其额定功率为 5.5kW，额定电压220V，额定电流28A，由三相半波整流电路供电，变压器二次侧相电压 U2＝220V。要求启动电流限制在60A，并当负载电流降至3A时，电流仍连续。计算：1、整流变压器的二次侧电流I2及一次侧电流I1；(10分)2、整流变压器的视在功率S；（5分)3、晶闸管的额定参数；(5分)4、平波电抗器L的电感量。(5分)3、解：1、二次侧电流I21Id3I2128＝16.17A3设一次侧电压U1＝220V一次侧电流I1U2I2U1I122016.17＝16.17220或I10.471Id＝0.47128＝13.19A2、变压器视在功率S1S1S2或S3U1I112S3U1I13U2I212S322013.19＋322016.17＝9689（VA）23、晶闸管重复电压URRD2U2l23220539V取2～3的电压余量，即1078V～1617V取整，则晶闸管的额定电压 UN＝1500V即Id60A,晶闸管的平均电流IdT120A设计晶闸管时选用启动电流。Id令ITav20A3取1.5～2倍的安全余量，即30A～40A。取整，则晶闸管额定电流为IN40A晶闸管可以选用KP40-15。4、平波电抗器U2L1.46220L1.46＝107mHIdmin354、一台单向交流调压器（VT1,VT2对称反并联），其交流电源 u1＝230sinωt，负载是阻感负载，其中 R＝0.05Ω，XL＝8.5Ω，f＝50Hz，求1、此调压电路控制角的控制范围；2、该电路输出电流的最大有效值（5分）；3、该电路的最大输出功率（5分）；4、解：1.LarctanRarctanXLR8.5arctan90所以晶闸管的控制范围为：90()≤≤180（π）22. 当 时，输出电流的有效值最大2U1ImXL2R2Im230/30.05215.6(A)8.523. 当输出电流最大时，输出功率最大PmaxIm2RPmax15.620.0512.168()W65、单相桥式整流电路中， U2=100V，R=4Ω，L值极大，电源电压 E=50V，顺向依次串联（极性相加） 。当α=300时。求：1、输出平均电压和电流；（5分）2、晶闸管电流的平均值。（4分）3、做出ud、id和i2的波形。（6分）5、解：1、Ud＝0.9U2cosα0.9×100×cos30°78.0(V)Id＝(Ud+E)/R=(78.0+50)/4=32(A)ud、id和i2的波形如下图所示u2udidωtOi2ωt6、三相全控桥的负载端 R=0.8，L＝5mH。U2l＝230V，工作于逆变状态，E＝-290V。β＝π/6时，估算主电路内电流是否连续，并计算：1、输出电流平均值Id；(8分)2、输出电流有效值（须考虑6次谐波，其中C60.17）；（5分)2U2l3、 晶闸管的平均电流 IdT和有效值 IT；(4分)4、交流电源端的功率因数。 (3分)6、解：1、整流电路输出电压平均值Ud2U2lmsincos6sinmUd2230cos()66Ud269(V)7输出电流平均值IdUdERId269(290)0.8Id26.3(A)估算主电路电流是否连续：主电路连续所需最小电感为Lmin0.693U2IdLmin0.693230/33.5(mH)5mH,所以，主电路电流id连续。26.32、已知C60.17，6次谐波电流有效值为2U2lI60.17U2lR2(6L)2I60.172304.13(A)0.82(62505103)2I6Id2I62I26.324.13226.6(A)3、晶闸管的平均电流IdT1Id3IdT126.38.77(A)3晶闸管的电流有效值IdT1I3IdT115.4(A)26.634、有功功率PRI2EIdP0.826.6229026.37060.95(W)视在功率S2U2lIS223026.68650.86(W)cosPS87060.95cos 0.8168650.867、单相对称交流调压器（VT1,VT2对称反并联），用于阻感负载，其中U1＝110V，R＝9Ω，L＝14mH，f＝50Hz，求1、此调压电路控制角的控制范围（4分）；2、当α＝20°时，负载电流有效值和表达式（6分）。7、解：1.tanLR32501410tan90.488tan10.48826所以晶闸管的控制范围为： 26°≤ ≤180°当α＝20°时，φ＞α电流连续，晶闸管宜用宽脉冲或脉冲列触发。电流是正弦波，滞后负载电压φ角。负载电流的有效值为IU1L)2R2(I11010.98(A)92(25014103)2负载电流的表达式i2Isin(t)8、在一次三相半波电阻性负载实验中，当控制角α=90°时，某学生误将U、V两相的触发脉冲接反了(触发脉冲具有足够的宽度)，请画出此时的电压波形，并分析之。8、解：U、V两相的触发脉冲接反，使得U相的触发脉冲加到V相电源上，V相的触发脉冲加到U相电源上。控制作用交换了，使电路的输出波形发生变化。此时，V相所对应的脉冲ugV的相位与V相过零电压同相位，uv≥0V。V相所对应的晶闸管导通180°；U相电压当有触发脉冲时为负值，它所对应的晶闸管不导通；W相的工作情况与原来工作状态相同。电压波形如右图所示的阴影部分。9u2U V W UωtugugV ugU ugWωt9、三相半波可控整流电路对电阻、电感、反电势负载供电。 R＝1Ω，L＝∞，E＝40V，U＝100V当α＝60°时，求U、I和I。2dddT9、解:Ud1.17U2cos1.17100cos60058.5VIdUdE58.540R18.5A1IdT1Id118.56.17A3310、三相全控桥式变流器，接反电势、电阻、电感负载。其中，U2=220V，0R=1Ω，L值极大，LB=1mH。当E=400V、β=60时，求：2、此时送回电网的平均功率是多少？10、解：1、 Ud1=2.34 U2cosα=2.34×220×cos12002.34×220×（－0.5）－257.4Id＝（Ud1－E）/（R＋mXB/2π）（Ud1－E）/（R＋mfLB）-3＝（－257.4＋400）/(1+6×50×1×10)10Ud=2.34U2cosα－mXB/2πId＝－257.4－0.3×109.7＝－290.3（V）√2Usin(π/m)cosα－cos（α＋γ）＝XId/B2lcos（α＋γ）＝cosα－XBId/√2U2l=cos1200-2πfLBId/√2×√3×220×sin(π/6)=-0.5－0.1278=-0.62780α＋γ =128.90γu2l=8.9uduWV uUV uUW uVW uVU uWU uWV(4分)ωt图需要补充2、P=Ud1Id=－257.4×109.7×10-3kW=－28.2368kW11、三相全控桥式整流电路工作在逆变状态，在直流侧，R＝1Ω，L＝5mH，E＝200V，交流相电压U2＝110V，整流变压器折算到二次侧的漏感LB＝1mH，控制角α＝120°。计算Ud、Id、γ和输出电流有效值（要考虑幅值最大的一个高次谐波）I、晶闸管电流的平均值和有效值以及交流电源端的功率因数。（当α＝120°时，6次谐波电压幅值的标幺值为0.28）11、解：Ud1＝2.34U2cosα2.34×110×cos120°-128.7VId＝(Ud1－E)/(R＋mXB/2π)＝（－128.7＋200）/(1＋6×2π×50×1×10－3/2π)＝54.85A）Ud＝2.34U2cosα－mXBId/2π2.34U2cosα－mfLBId＝－145.2V用近似公式计算保证电流连续的临界电感量L＝0.693U2/Id1.39mH现L＝5mH。故在上述运行条件下电流是连续的。cos（120°＋γ）＝cos120－XBId/√2U2lsin（π/3）cos120°－2π×50×1×10－3×54.85/√2×110×sin（π/3）＝－0.628γ＝8.9°由于三相桥中，最大幅值的高次谐波是 6次谐波，其电压幅值的标幺值为：11C6 0.282U2l次谐波电流有效值：I60.283110(62505103)21253.355.63A19.4242IId2I6254.852 5.63255.14A晶闸管电流的平均值和有效值分别为Id118.28AIdT54.85A33I131.84AIT55.14A33送回电网的功率为P＝UdId＝-128.7×54.85＝－7.059Kw视在功率为：S＝2U2lI2311055.14VA14.86VA12、一个交流单相全波晶闸管调压器。VT如图11L所示，用以控制从u=220√2sinVTωt交流电源送至电阻为0.23Ω、电感RU1为0.73mH的串联负载电路的功率。试求：⑴晶闸管的控制范围；单相交流调压器图1⑵ 输出电流的最大有效值；⑶ 最大输出功率和功率因数；12、解：⑴ φ＝arctg ωL/R=arctg2 ×3.14×50×0.73×10-3/0.23π/4所以晶闸管的控制范围为：π /4≤φ≤π⑵ 当φ＝π/4时，输出电流的有效值最大2 2＝220/√(0.232+0.232)12677(A)当输出电流最大时，输出功率最大Pmax=Im2R=6772×0.23=105415W＝105.415kW视在功率为：PS＝U1Im＝220×677＝148.94kW功率因素：cosφ＝Pmax/PS105.415÷148.940.708四、设计题1、设计题试设计一个可控整流电路，负载为电阻。要求电路的输出电压Ud=100～200V可调，Id=500A。1、 设计可控整流电路，画出整流电路图并说明设计的思想（6分）。2、 设计电路中的变压器和整流器件额定参数（4分）。1、200×500＝100Kw,可控整流电路应考虑三相电解：1.由于输出功率达到路；由于三相桥式电路没有直流磁化问题，电网能平衡运行，输出功率较大,且变流器输出功率4kW以下的变流器可以采用单相变流器,4kW以上的装置至少采用三相桥式电路.因此，设计电路采用三相可控桥式整流电路，变压器采用/Y接法,以消除3次谐波。如下图所示。U1U2VT1VT3VT5RV1V2LW1W2VT4VT6VT2设αmin＝00由Ud=2.34 U2cos