第2章思考题与习题
什么是整流它与逆变有何区别
答:整流就是把交流电能转换成直流电能,而将直流转换为交流电能称为逆变,它是对应于整流的逆向过程。
单相半波可控整流电路中,如果:
(1)晶闸管门极不加触发脉冲;
(2)晶闸管内部短路;
(3)晶闸管内部断开;
试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。
答:(1)负载两端电压为0,晶闸管上电压波形与U2相同;
(2)负载两端电压为U2,晶闸管上的电压为0;
—
(3)负载两端电压为0,晶闸管上的电压为U2。
某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电,在流过负载电流平均值相同的情况下,哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些
答:带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感,当其电流增大时,在电感上会产生感应电动势,抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些,在流过负载电流平均值相同的情况下,为防此时管子烧坏,应选择额定电流大一些的管子。
某电阻性负载的单相半控桥式整流电路,若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断,试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。
解:设α=0,T2被烧坏,如下图:
相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么带大电感负载时,负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么
答:相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波,除了直流U d 与I d 外还有谐波分量
,,21U U 和 ,,21I I ,负载上有功功率为 +++=2
2212P P P P d >d d d I U P =。
相控整流电路带大电感负载时,虽然U d 存在谐波,但电流是恒定的直流,故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。
:
某电阻性负载要求0~24V 直流电压,最大负载电流I d =30A ,如采用由220V 交流直接供电和由变压器降压到60V 供电的单相半波相控整流电路,是否两种方案都能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、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。
解:采用由220V 交流直接供电当
0=α时:
U do ==? =99V
由变压器降压到60V 供电当
0=α时:
U d ==? =27V
因此,只要调节α都可以满足输出0~24V 直流电压要求。
(1) 采用由220V 交流直接供电时:
2cos 145.02
α+=U U d ,
U d ==24V 时
121≈α 59121180=-=θ
V U U T 31122==
(
A t d t R
U I T 84]sin 2[21022≈=?π
ωωπ
Ω===
8.03024d d I U R
A I I T AV T 5457.184
57.1)(≈==
取2倍安全裕量,晶闸管的额定电压、额定电流分别为622V 和108A 。
电源提供有功功率
W R I P 8.56448.08422
2=?== 电源提供视在功率 kVA I U S 58.182208422=?==
电源侧功率因数
305.0≈=
S P
PF
(2) 采用变压器降压到60V 供电:
2cos 145.02
α+=U U d ,
U d ==24V 时
39≈α, 14139180=-=θ
'
V
U U T 4.8422==
A t d t R
U I T 38.51]sin 2[21022≈=?π
ωωπ
Ω===
8.03024d d I U R
A I I T AV T 7.3257.138
.5157.1)(≈==
取2倍安全裕量,晶闸管的额定电压、额定电流分别为和65.4A 。
变压器二次侧有功功率
W R I P 21128.038.512
2
2=?== 变压器二次侧视在功率 kVA I U S 08.338.516022=?==
电源侧功率因数
68.0≈=
S P
PF
某电阻性负载,R d =50Ω,要求U d 在0~600V 可调,试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给,分别计算:
(1) 晶闸管额定电压、电流值;
(2) ,
(3) 连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A /mm 2);
(4) 负载电阻上消耗的最大功率。
解:(1)单相半波 0=α时,V U U d 133345.060045.02===,A R U I d d d 1250600===
晶闸管的最大电流有效值 A I I d T 8.1857.1==
晶闸管额定电流为 I T(AV)
=
≥
57.1T
I 12(A)
晶闸管承受最大电压为 22U U RM ≥
=1885V
取2倍安全裕量,晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和30A 。
所选导线截面积为
213.368.18mm J I
S ==≥
负载电阻上最大功率 kW R I P T R 7.172
==
(2)单相全控桥 0=α时,V U U d 6679.06009.02===,A R U I d d d 1250600===
/
负载电流有效值 A I I d 3.1311.1== (K f =
晶闸管的额定电流为 I T(AV)=≥57.1T I 6(A) I T =2I
晶闸管承受最大电压为 22U U RM ≥
=1885V
取2倍安全裕量,晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和20A 。
所选导线截面积为
222.263.13mm J I
S ≈=≥
负载电阻上最大功率
kW R I P R 9.82
== 整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题所示。 (1) 说明整流变压器有无直流磁化问题
(2) 分别画出电阻性负载和大电感负载在α=60°时的输出电压U d 、电流i d 的波形,比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U 2=220V ,分别计算其输出直流电压值U d 。 (3)画出电阻性负载α=60°时晶闸管两端的电压u T 波形,说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少
!
图题
解:(1)因为在一个周期内变压器磁通增量为零,所以没有直流磁化。 (2)其波形如下图所示,与单相全控桥式整流电路相同。
电阻性负载: V
U U d 5.1482)
60cos 1(2209.02cos 19.002=+??=+=α
感性负载: V U U d 99cos 9.02==α
(3)其波形如下图所示,晶闸管承受的最大反向电压为222U 。
带电阻性负载三相半波相控整流电路,如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处,分析电路工作情况,画出触发脉冲宽度分别为10°和20°时负载两端的电压 u d 波形。
解:三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点,如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处,触发脉冲宽度为10°时,不能触发晶闸管, u d =0。触发脉冲宽度为15°时,能触发晶闸管,其波形图相当于α=0°时的波形。
,
三相半波相控整流电路带大电感负载,R d =10Ω,相电压有效值U 2=220V 。求α=45°时负载直流电压U d 、流过晶闸管的平均电流I dT 和有效电流I T ,画出u d 、i T2、u T3的波形。
解:
==?++)(sin 23/212656t td U U d ωωπαπ
απαcos 2U
因为:=2U 220V ,0
45=α
U d =
45cos 2U =182V
A V
R U I d d d 2.1810182=Ω==
A I I I d d T dT 1.631
2===
πθ
A I I I d d T T 5.1031
2===
πθ
u d 、i T2、u T3波形图如下所示:
在图题所示电路中,当α=60°时,画出下列故障情况下的u d 波形。 (1) 熔断器1FU 熔断。 (
(2) 熔断器2FU 熔断。
(3) 熔断器2FU 、3FU 同时熔断。
图题
解:这三种情况下的波形图如下所示:
(a)
(b)
。
(c)
现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载,负载电流I d 都是40A ,问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大
解:设
0=α 单相半波:I dT =I d =40A
A I I dT T 8.6257.1=?= (K f
=
单相桥式:I dT =21
I d =20A
A I I d T 3.2821
=?=
三相半波:I dT =31
I d =13.3A
当0
0=α时 U d =2
U 2=U d /
30≤≤αo 时
)2cos 2
332(212αππ+=
d
T R U I
(
A
I d 5.23)23
32(2117.1≈+=
ππ
三相全控桥式整流电路带大电感负载,负载电阻R d =4Ω,要求U d 从0~220V 之间变化。试求:
(1)不考虑控制角裕量时,整流变压器二次线电压。
(2)计算晶闸管电压、电流值,如电压、电流取2倍裕量,选择晶闸管型号。 解:(1)因为U d =2αcos ;不考虑控制角裕量,
0=α时
V U U d
9434.22==
V U U l 2.168322==
(2)晶闸管承受最大电压为V U 3.23062= 取2倍的裕量,U RM =
晶闸管承受的平均电流为I dT =31I d
)
又因为
A V
R U I d d d 554220=Ω==
所以I dT =18.33A ,取2倍的裕量I dTmax =(A) 选择KP50—5的晶闸管。
单结晶体管触发电路中,作为U bb 的削波稳压管w D 两端如并接滤波电容,电路能否正常工作如稳压管损坏断开,电路又会出现什么情况
答:在稳压管w D 两端如并接滤波电容后,电路能否正常工作。如稳压管损坏断开,单结晶体管上峰值电压太高,不利于单结晶体管工作。
三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器,相电压有效值U 2=220V ,电动机负载电流为40A ,负载回路总电阻为Ω,求当α=60°时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。
解:电流平均值为:I dT =31
I d =40/3=
电流有效值为:A
I I I d d T 23511.03
===
设电动机的反电势为E D ,则回路方程为:
L d D d R I E U +=
*
而 V U t td U U d 7.128cos 17.1)(sin 23/2165
622===?++απαπαωωπ
所以 V E D 7.1202.0407.128=?-=
三相全控桥电路带串联L d 的电动机负载,已知变压器二次电压为100V ,变压器每相绕
组折合到二次侧的漏感L 1为100μH ,负载电流为150A ,求:
(1)由于漏抗引起的换相压降;
(2)该压降所对应整流装置的等效内阻及α=0°时的换相重叠角。
解:(1) πγ231d I X U =V
5.12150
1010050236=?????=-ππ
(2)
α
αγ-X -
=-)62(cos cos 2
11U I d
11)100
6150
101005021(cos 61
≈?????-
=--π
等效内阻
Ω==
01.01505.1A V
r
晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护,选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行 答:晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护,而不能用高电压、高电流的晶闸管代替,因为在电感性负载装置中,晶闸管在开关断过程中,可能会出现过冲阳极电压,此时极易损坏晶闸管。当未采取过电流保护,而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。
什么是有源逆变有源逆变的条件是什么有源逆变有何作用
答:如果将逆变电路交流侧接到交流电网上,把直流电逆变成同频率的交流电,反送到电网上去称为有源逆变。
有源逆变的条件:
(1) 一定要有直流电动势,其极性必须与晶闸管的导通方向一致,其值应稍大于变流器直流侧的平均电压;
(2) 变流器必须工作在2π
α>
的区域内使U d <0。
有源逆变的作用:
它可用于直流电机的可逆调速,绕线型异步电动机的串级调速,高压电流输电太阳能发电等方面。
无源逆变电路和有源逆变电路有何区别
答:有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上,把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。无源逆变电路的交流侧直接接到负载,将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。
有源逆变最小逆变角受哪些因素限制为什么
答:最小有源逆变角受晶闸管的关断时间t q 折合的电角度δ、换相重叠角γ以及安全裕量角θ'的限制。如果不能满足这些因素的要求的话,将导致逆变失败。