电力电子学期末试题(10页)

《电力电子学期末试题(10页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子学期末试题(10页)（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、河北科技师范学院2006-2007学年1学期电气工程专业本科04电力电子学期末试题 A卷答案一、简答题（本大题共5小题，共35分）1、维持品闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ （5分）答；维持品闸管导通，要求：导通期间，如果门极电流为零，阳极电流需大于维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除 触发信号后，电流大于能维持导通所需的擎住电流。（2.5分）要使品闸管由导通变为关断，可采用的方法是利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的 电流降到接近于零的维持电流以下。（2.5分）2、图1所示为GTR勺一种驱动电路，试给出二极管 VD2的作用原理。（5分）图1 GTR马区动电路答：二

2、极管VD2和电位补偿二极管 VD3构成贝 克嵌位电路，可使 GTR导通时处于临界饱和状 态。（2分）当负载轻时，如果V5的发射极电流全部注入V, 会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。（1分） 有了贝克嵌位电路以后，当 V过饱和使得集电 极电位低于基极电位时，VD2就会自动导通，使 多余的驱动电流流入集电极，维持Ubc o。这 样，就使得V导通时始终处于临界饱和。（2分）3、单相全控桥式整流电路，其整流输出的电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？ （5分）答：单相全控桥式整流电路，具整流输出的电压中含有2k k 1,2,3,次谐

3、波，其中幅值最大的是2次谐波。（2.5分）单相全控桥式整流电路，变压器二次电流中含有n 2k 1,k 1,2,3,次数的谐波，其中主要的是3、5、7次。（2.5分）4、交流电力电子开关和机械开关相比有何优点和缺点。（5分）答：和机械开关相比，交流电力电子开关开关响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。（4分）控制线路较复杂；其缺点是关断时没有明显的回路断开点，必须与机械式隔离开关串联使用（1分）才能保证回路检修时的电气安全5、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流性逆变电路中没有反馈二极管? （5分）答：电压型逆变电路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

4、功的作 用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联反馈二极管。（2.5 分） 电流型逆变电路当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作 用，因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样给开关器件反 并联二极管。（2.5分）6、什么是SPW跛形的自然采样法？绘图说明什么是 SPW跛形的规则采样法？和自然采样法 相比，规则采样法有什么优缺点？ （ 6分）SPW械形的规则采样法（1分）答：按照SPW肺制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交 点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPW帔形的方法称为自然米样法。（2分）规则采样法取三角波

5、两个正峰值之间为一个采样周期，如图所 示，在三角波的负峰值时刻对正弦信号波采样而得到D点，过D点作一水平线和三角波分别交于 A点和B点，在A点时刻和 B时刻控制开关器件的通断。得到的脉冲宽度和自然采样法得 到的脉冲宽度非常接近。（2分）和自然采样法相比，规则采样法是一种应用较广的工程实用方 法，其效果接近于自然采样法，但计算量却比自然采样法小得 多。缺点是波形不如SPW帔形样很接近正弦波。（1分）7、试说明图2所示利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路带交流电动机负 载时的工作原理？ （ 4分）图2利用可控变流器实现再生反馈的电 压型间接交流变流电路答：当负载回馈能量时，中间直流电

6、压升高，使不可控整流电路停止工作（2分），可控变流器工作于 有源逆变状态，中间直流电压极性不变，而电流反 向，通过可控变流器将电能反馈回电网（2分）。二、（17分）三相桥式全控整流电路，三相交流电源变压器二次星形联结，相电压U2 220V , 带阻感负载，R 10 , L ，当 600时要求：1）在图3中画出直流电压ud、直流电流id、 品闸管VT1电压uvt1和电流比丁1的波形；2）计算直流电压Ud、电流Id、晶闸管电流平均 值IdVT和有效值Ivt、变压器二次电流有效值12、交流侧功率因数 。解：1）见图 3, ud （3 分）、id （1 分）、uvt 1 （3 分）、ivT1 （2 分

7、）；2）直流电压平均值： Ud 2.34U2 cos 2.34 220 cos600 257.4V（1 分）直流电流平均值：I d Ud ”74 25.74A（1分）d R 10品闸管电流有效值：IVT品闸管电流平均值：IdVT11,330.577 25.74 14.85A1.25.74 8.85A3变压器二次电流有效值：IVT ,2Id 0.816 25.74 21A3uduab uac ubc uba uca ucb uab u.雨/acA：Ai（1分）（1分）（1分）uVT1idtiVT1 .图3直流电压Ud、直流电流id、晶闸管VT1电压UVT 1和电流ivT1的波形;三相桥式全控整流

8、电路大电感负载，基波因数:3-0 955（1分）位移因数:功率因数:1 cos 1 coscos600 0.510.955 0.5 0.4775（1分）（1分）三、（10分）三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R 2 ,l，三相交流电源线电压U2 L 220V交流侧漏电感LB 1mH,当负载电动势EM 300V,逆变角600时求直流电压Ud、电流Id与换相重叠解：交流侧漏抗：X B触发角:1800L1200的值，此时送回电网的有功功率 P是多少?2 fL 314 1 10 3 0.314（0.5 分）（0.5 分）输出电压：Ud 2.34U2 cos0.3Id （2 分）2200 3X BUd

9、 2.34 cos 1200 -B Id 148.6-3直流输出电流 Id UdEM148.6 03 d 300 65.83A（2 分）d R2Ud 148.6 0.3Id 148.6 0.3 65.83168.34V（1 分）换相重叠角：cos cos2XBId 2 0.314 65.83 0.13299.30（2 分）、6U22 220送回电网有功功率：P Ud Id 168.34 65.83 11082W（2分）四、（8分）图4所示升压斩波电路中，已知E 60V,L和C值极大，R 20 ,采用脉宽调制控制方式，当T 40 s,tn 30 s时，计算输出电压平均值U0、和输出电流平均值I

10、0解：占空比:ton 理 0 75图4升压斩波电路T 40 电流连续，输出电压平均值：11U 0E 60 240V11 0.75输出电流平均值：U0240I0012AR 20（2分）（3分）（3分）五、（10分）试推导图5所示Zeta斩波电路输入电压和输出电压关系。解：当V处于通态时，E-V-Li回路和 回路导通：UA EE-V-Ci-L 2-R（2分）当V处于断态时，Li-CI-VD回路和L2-R-VD回路导通：U A uC1。（2分）电感、电容不消耗能量，一周期内电感电压平均值 为零，所以一周期内：图5 Zeta斩波电路A点平均电压U A 00电容C平均电压Uci U0（2分）（2分）t9

11、而 U A-on ET浮 Uci E 1U00从而U0E01（2分）六、（10分）一单相交流调压器，电源为工频50Hz,250V ,阻感串联作为负载，其中R 1 ,L 2mH。试求：1）开通角的变化范围；2）负载电流的最大有效值；3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数；4）当/3时，晶闸管电流有效值、晶闸管导通角（查图4-3曲线图）和电源侧功率因数；3解：1） 阻抗角 arctan arctan 32.130（1 分）R1开通角 的移相范围为32.1301800（ 1分）2）当 时，输出电流连续，输出电压取得最大输出有效值U0max Ui 250V（1分）负载阻抗：Z| Jr2L 2,1 31

12、4 0.002 2 1.181输出电流取得最大有效值:I 0 maxU 0max一丁2501.181211.7A（1分）3）当时，负载电流连续,输出功率取得最大有效化Pmax 102maxR 211.72 1 44817W电源侧功率因数：cos coscos32.130 0.8474）当/3时，由于32.130,查表的1400U1sin cos 2IVT 2 Z .cos250140sin1400 cos1200 32.130 1400-21.181；180cos32.13084.450.7778 0.5279 96.5A（1分）（1分）（1分）（1分）PJ2R_S U1I0136.52 12

13、50 136.50.546（2分）I0.2IVT 2 96.5 136.5A七、（10分）三相桥式电压型逆变电路，1800导电方式，Ud 200V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值Uun 1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、 中5次谐波的有效值Uuv 5和7次谐波的有效值Uuv 7。解：输出相电压的基波幅化UUN1m 生 2-00 127.3V输出相电压的基波有效值:U UN 1输出线电压的基波幅值:UUV 1mU UN 1m22 - 3U d127.3* 90V220.5V输出线电压的基波有效值:U UV 1UUV 1m输出线电压的5次谐波有效值：UUV52UUV

14、5m220.5 155.9V输出线电压的7次谐波有效值：UUV52UUV 5m22.3Ud .2 n 2 3Ud .2 n2.3 2002 52.3 200、2 731.2V22.3V输出线电压（1.5 分）（1.5 分）（1.5 分）（1.5 分）（2分）（2分）河北科技师范学院2006-2007学年1学期电气工程专业本科 04电力电子学期末试题 B卷答案一、简答题（本大题共5小题，共35分）1、使晶闸管导通的条件是什么？ （ 5分）答、晶闸管阳极和阴极间承受正向电压，（2.5分）门极与阴极间有足够的触发电流。（2.5分）2、单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为纯电阻负

15、载或大电感负载时，晶闸管的 角移相范围分别是多少？ （ 6分）1）要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向 电压。2）要求晶闸管的控制角/2,使Ud为负值。答：单相桥式全控整流电路纯电阻负载，晶闸1 单相桥式全控整流电路大电感负载，晶闸管的 三相桥式全控整流电路纯电阻负载，晶闸管的 三相桥式全控整流电路大电感负载，晶闸管的 3、无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？（ 答：有源逆变电路交流侧接有交流电源； 无源逆变电路交流侧直接和负载连接；4、使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？ 答：变流器工作于有源逆变状态的条件是：角移相范围是00 1800; （1.5分）角移相范围是00 900 ;（

16、1.5分）角移相范围是00 1200；（1.5分）角移相范围是00 900 ;（1.5分）4分）（2分）（2分）（4分）致，其值应大于变流电路直流侧的平均 （2分）（2分）5、什么是交流电力控制电路？交流调压电路和交流调功电路有何区别？各用于什么样的负 载？ （5分）答：把两个品闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力， 这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。（1分）在每个周波内通过对品闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路 称为交流调压电路。（1分）交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电机软启动、异步电机调速、供电系统中无功功率的 调

17、节，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次 电压。（1分）以交流电的周期为单位控制品闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便地 调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路。（1分）交流调功电路常用于电炉的温度控制。（1分）6、换流方式有哪些？各有什么特点？ （ 6分） 答：换流方式有： 1）器件换流。特点是利用全控性器件的自关断能力进行换流。（1.5分）2）电网换流。特点是由电网提供换流电压，借助于电网电压实现换流，换流时把负的电网电 压施加在欲关断的管上使其关断。（1.5分）3）负载换流。特点是由负载提供换流电压，负载电流的相位超前于负载电

18、压，负载为电容性负载。（1.5分）4）强迫换流。特点是设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流 使其关断，强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现。（1.5分）7、何为双PWW路？其优、缺点是什么？ （ 5分）答：整流电路和逆变电路都采用 PW雕制的间接交流变流电路，简称为双 PWMfe路。（2分） 优点：1）通过对整流电路进行PWM6制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位， 因而输入功率因数为1,并且中间直流电路的电压可以调节。（1分）2）当负载为电动机时，电动机可以运行在电动运行状态，也可以工作在再生制动状态。改变 输出交流的相序即可使电动机正传或反转。（

19、1分）缺点：由于整流电路和逆变电路均为 PWM6制且需要采用全控型器件，所以控制复杂，成本 也偏高，实际应用还不多。（1分）二、（17分）三相半波可控整流电路，U2 100V ,带阻感负载，R 20 ,L ，当 600 时，要求：1）在图1中画出直流电压ud、直流电流id、晶闸管VT1电压uVT1和电流iVT1的 波形；2）计算直流电压Ud、电流Id、晶闸管电流平均值IdVT和有效值Ivt、变压器二次电流有效值I 20解：1）见图 1 ud （3分）、id （1.5 分）、uvt1 （3 分）、ivT1 （2 分）；2）直流电压平均值：Ud 1.17U2cos 1.17 100 cos600

20、58.5V（1.5 分）直流电流平均值：Id Ud 585 2.925A（1.5分）d R 201 .一一品闸管电流有效值：IVT-Id 0.577 2.925 1.69A（1.5分）311晶闸管电流平均值：IdVT -Id 2.925 0.975A（1.5分）33变压器二次电流有效值：I 2 J1Id 1 2.925 1.69A（1.5分）3 d 3uVT10.05442（2分）（1分）3.540 （2 分）（2分）解：占空比:（2分）（3分）（3分）t=t图1直流电压ud、直流电流id、晶闸管VT1电压uVT1和电流iVT1的波形；三、（10分）三相全控整流桥，反电动势阻感负载，E 150

21、V, R 5 ,1 ，三相交流电源相电压U 2 220V ,600 ,交流侧漏电感Lb 1mH ,求直流电压Ud、电流I d与换相重叠的值和交流侧输入的有功功率P。解：交流侧漏抗： XB L 2 fL 314 1 10 3 0.314（1 分）直流输出电压：Ud 2.34U2 cos Ud 2.34 220cos600 3XB- I d 257.4 0.3Id（2 分）U d E 257.4 0.3I d 150直流输出电流Id d d 46.7Ad R2Ud 257.4 0.3I d 257.4 0.3 46.7 243.4V2XBId 2 0.314 46.7换相重登角：cos cosB

22、d6U2、6 220交流输入有功功率：P UdId 243.4 46.7 11367W四、（8分）图2所示的降压斩波电路中，已知 E 250V , R 15 ,L值极大，EM 40V 0 采用脉宽调制控制方式，当T 50 s,ton 20 s时，计算输出电压平均值U0、和输出电流平 均值I 0。图2降压斩波电路T 50电流连续，所以负载电压平均值:U0 E 0.4 250 100V 输出电流平均值：15I。幽/ 4A图3 Sepic斩波电路而 Ua M UC1toff-UoE 1五、（10分）试推导图3所示Sepic斩波电路输入电压和输出电压关系 解：当V处于通态时，E-Li-V回路和L2-C

23、1-V回路导通：U A UC1（2分）当V处于断态时，E-L1-C1-VD-负载回路和L2-VD-负载回路导通：U A Uo 0（2分）电感不消耗能量，一周期内电感电压平均值为零，所以一周期内：A点平均电压UA 0。（2分）电容G平均电压Uc1 E（2分）Uo 0 ,从而 Uo E（2 分）1六、（10分）一单相交流调压器，电源为工频50Hz,200V ,阻感串联作为负载，其中R 0.5 ,L 1mH。试求：1）开通角 的变化范围；2）附在电流的最大有效值；3）最大解：1）阻抗角 arctan_ 3,314 1 10 30arctan32.130.5（1分）输出功率及此时电源侧的功率因数；4）

24、当 /3时，晶闸管电流有效值、晶闸管导通角（查 图4-3曲线图）和电源侧功率因数；开通角的移相范围为32.1301800（1分）2）当 时，输出电流连续，输出电压取得最大输出有效值Umax Ui 200V（1分）负载阻抗：Z| 荷2 0.52314 0.001 2 0.5904输出电流取得最大有效值:I 0 maxU 0maxZ2000.5904338.8A（1分）3）当时，负载电流连续,电源侧功率因数：cos cos输出功率取得最大有效值：Pmax（1分）（1分）cos32.130 0.847U0 I0200 338.8 0.847 57.5kWmax max4）当/3时，由于 32.130

25、,查表的 1400（ 1分）（1分） IU1 sin cos 2VT 2 |z| icos（1分）200140sin1400 cos1200 32.130 1400,J20.5904 . 180cos32.130135.140.7778 0.5279 154.4AI 0，2IVT 2 154.4 218.4AUo U11 sin 2 sin 222001401 sin1200 sin 1200 2800184V,180 3.14.22 一L2R 218.40.50.546U1I 0200 218.4（2分）七、（10分）三相桥式电压型逆变电路，1800导电方式，Ud 150V。试求输出相电压的

26、基波幅值UUN1m和有效值Uun 1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV 1、输出线电压中5次和7次谐波的有效值解：输出相电压的基波幅值:U UV 5 和 U UV 72UU UN 1m2 15095.5V（1.5 分）输出相电压的基波有效值:U UN 1输出线电压的基波幅值:UUV 1mU UN 1m.22,3Ud95.5 67.5V22 .3 150 165.4V（1.5 分）（1.5 分）输出线电压的基波有效值:U UV 1UUV 1m输出线电压的5次谐波有效值：U165.4*117V（1.5 分）UV5UV 5m输出线电压的7次谐波有效值：UUV52UUV 5m22 3Ud ,2 n2 3Ud ,2 n2 3 150.2 52 3 150. 2 723.4V16.7V（2分）（2分）