电力电子习题课件.ppt

1、u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)例题例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载带阻感负载,电阻电阻为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）d2d1 cos0.452UUIRRd210A;5;220VIRU/2晶闸管电流平均值晶闸管电流平均值dVTd/2102

2、.5A22II晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值VTd/2105A22IIu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)例题例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载带阻感负载,电阻电阻为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）dVDRd/2107.5A22II续流二极管电流

3、平均值续流二极管电流平均值续流二极管电流有效值续流二极管电流有效值VDRd/2108.66A22IIu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)u2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO-+b)c)d)e)f)g)iVDRa)例题例题:具有续流二极管的单相半波可控整流电路具有续流二极管的单相半波可控整流电路,带阻感负载带阻感负载,电阻电阻为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）22311VU 晶闸

4、管承受的最大电压为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管中电流的平均值、有效值，画出波形。解：解：（1）输出电压平均值dT17.54 A2II 输出负载电流平均值20.9cos0.9220cos6099VdUU晶闸管中电流平均值/99/424.8AddIUR晶闸管中电流有效值/212.4AdT

5、dII3.2.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻感负载阻感负载Rudida bVT1 VT2VT3 VT4u2i2L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。3.2.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻感负载阻感负载例题 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

6、续流二级管的输出电压平均值输出负载电流平均值20.9(1cos)/20.9220(1cos60)/2148.5VdUU/37.125AddIUR3.2.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻感负载阻感负载例题 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。晶闸管中电流平均值和有效值120/36012.4AdTdII续流二极管中电流平均值和有效值TTd12037.12521.4 A2360II120/36012.4AdTdIIDRDRd2 60

7、37.12521.4 A2360II(6060)/36012.4AdDRdII3.2.2.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路-阻感负载阻感负载3.2.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路例题例题 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。解：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。d22032

8、222112sind()2sind()221 cos1 cos600.450.450.451220.451.750.45 220 1.75173.25VUUttUttUUUU3.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题例题 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。d221cos0.90.9100 V2UUUd25 4100 VdUI R设=0时Ud最大 2111VU12=/=220/1112K U U变比2mm01

9、sind()222IIItt最大有效值dmm012sind()IIttI最大平均值fd=/=1.112 2KI I(1)(2)3.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载222111 27.75=3.08KV ASU IU I变压器容量2212111/427.75A2UIsinR负载电阻R的最大功率PR（3）（4）例题例题 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。22Rd2542.5KWPI R3.2.4 单相桥式半控

10、整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题例题 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）。d21cos0.92UU22405VmUU峰值电压21 cos200.9250 V2U2286.4VU2222UU晶闸管承受的最大正向电压为，最大反向电压为m22/405/2516.2AIUR晶闸管承受的最大电流3.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：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(

11、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单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：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 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单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：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单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：具有中点二极管的单相半控

12、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23.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：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=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

13、3.2.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-电阻负载电阻负载例题：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。d2202002212sind()2 2sind()2sind()2sind()2cos2cos23cosUUttUttUttttUttU例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d21 cos1 cos600.90.9 220148.5 V22UUdd148.529.7 A5UIRDRT36023602

14、 1201202120 (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T18018060120 3.2.4.2 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路-阻感负载阻感负载(带续流二极管)例题例题 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，重复上述计算。1、对于大电感负载d21.17cos128.7VUUdd128.711A11.7UIRddT3.67A3IIddT3.67A3IIddd221333.67A3IIIdT26.35A3III例题例题 三相半波整流电路

15、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，重复上述计算。2、对于电阻负载d20.6751cos(/6)148.5VUUdd148.512.7A11.7UIRddTd24.23A3IIIdT27.33A3III例题例题 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

16、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)晶闸管的移相范围0300o；0150o时150300d22150150300150212sind()2sin(120)d()21coscos(120)22(13cos)2UUttUttttU150o 300o时300d23002212sin(120)d()22cos(120)221cos(120)2UUttUtU2dmax223)2UU当=0o时例题：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，负载电流平均值Id、晶闸

17、管电流IdT、IT，变压器副边电流i2的有效值I2。d22.34cos2.34 220 cos60257.4VUU21380VU2220VUdd257.422A11.7UIRddT7.33A3IIddT12.7A3IId20I2d0.8160.8162217.95AII 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 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响例：三相桥式不可控整流电路

18、，阻感负载例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和 的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。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。时的情况。解方程组得：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二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。22.34cos3/dddBdddUUUUX IIUR222.34cos/(1 3/)486.9V/486.9/59

19、7.38A2coscos()6cos()0.89226.93dBddBdUUXRIURX IU2/397.38/356.22 A2/379.51AVDdadIIII例题例题 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 d22.34cos2.34 220 cos60257.4VUUdd257.420057.4A1UEIR(2)LB0，LB=1mH时 Bd2ddd2.34cos26 314 0.0012.34 220 cos602257.4

20、0.3mXUUIII-1Bd2-12X=cos cos62 314 0.001cos cos6044.156062203.35IUddd2001UERII dd244.2V44.63AUI1三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。例题例题 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

21、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)。d21.17cos1.17 100 cos900UU dd()/=(30-0)/1=30AIEUR(1)当=90时d21.17cos1.17 100 cos6058.5VUU(2)当=60时(3)2min1.17cosEUmi

22、n2arccos()75.141.17EUdUE当dd,0EUI因为所以75.14 90例题例题 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LB=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iT的曲线。Bd2ddd31.17cos1.17 100 cos302101.3250.15XUUUII dsdd150UER II d42.33AId107.7VU11Bd222 0.314 42.33cos cos30cos cos3066 100

23、17.05XIU例题例题 作出ud及晶闸管中流过的电流iT的曲线。nomnomnomEUIR1矿井提升机在拉起重物时 330 1350 0.01316.5Vnom2min2.34cosUU2nommin/(2.34cos)330/(2.34*cos30)=162.84VUU2矿井提升机在放下重物时 nomnomnom316.5VEUIR11nomnom150316.594.95V500nEEn1ddUEIR94.95 1350 0.0181.45V22.34cosdUU2arccos()77.662.34dUU2=162.84VU11nomnomnEnE1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例

24、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：i10 /2 2 5/2 tIm1i2Im20 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晶闸管晶闸管-电流电流参数参数（1）实际电流波形i1的平均值、有效值和波形系数i10 /2 2 5/2 tIm1平均值m1m1d122)d(sin21IttII有效值2221111111(sin)sin222242mmmItIItd(ttI2波形系数1fd12.222IKI1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数（1）若不考虑安全裕量，求KP100

25、型晶闸管中流过i1电流时所能承受的最大平均电流值。i10 /2 2 5/2 tIm1TavTd1ff1.571.57 10070.7A2.22IIIKK考虑安全裕量Id1=70.7/(1.52)=35.3547.13A1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数（2）实际电流波形i2的平均值、有效值和波形系数320m2m2d23)d(21ItII平均值有效值22m22m220112()d()22323mIIItI3波形系数2fd231.73IKI1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数TavTd2ff1.571.57 10090.7A1.73IIIKK（2）若不考虑安全裕量，求KP100型晶闸管中流过i2

26、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)=45.3560.46A1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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？d1m1m1012sind()127.3AIIttI21m1m1011sind()141.4A2IIttI有效值f11=1.112 2K波形系数波形系数平均值1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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

27、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？f11.11KTavd1f1d1Tavf1.57127.2 1.1190A1.571.57II KIIK（5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000）d1127.3AId1f1Tav127.2 1.11(1.52)(1.52)135180A1.571.57I KI1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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

28、定电流为多大的晶闸管？d2m2m2m2/313sind()0.47895.6A2IIttII22m2m2m2/3113sind()0.634126.8A38IIttII2f2d2=1.326IKI波形系数平均值有效值1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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？f21.326Kd2f 2Tav95.6 1.32680.76A1.571.57IKI（5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，

29、800，1000）d295.6AId2f 2Tav95.6 1.326(1.52)(1.52)121.1161.5A1.571.57IKI1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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？/2m3d3m301d()50A24IIIt2/2m33m301d()100A22IIIt3f3d3=2IKI波形系数平均值有效值1.3晶闸管晶闸管-电流电流参数参数例例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

30、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？f32Kd2f 2Tav50263.7A1.571.57IKI（5，10，20，30，50，80，100，200，300，400，500，600，800，1000）d350AId3f 3Tav502(1.52)(1.52)95.55127.4A1.571.57IKI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=20V，求输出电流平均值Io。onods20 20080(V)

31、50tUUToo808(A)10UIR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电路电路-例例题题omo80206(A)10UEIR 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。dmax27(1 10%)29.7(V)U解:(1)输入电压的变化值为2.1 Buck电路电路-例例题题dmin27(1 10%)24.

32、3(V)U占空比变化范围为od150.5050.61724.329.7UDU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。sdsosooLBLBoo22omin3omin(1)(1)(1)(1)222215(1)(1 0.505)0.186m22 10 30 10TUTUTUULDDDDDIIII fUDHPf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(

33、2-5)得2.1 Buck电路电路-例例题题例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。ooff4050133.3(V)4025TUEt输出电流平均值为：oo133.36.667(A)20UIR 解：输出电压平均值为：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。ooo10W1A10VPIU解:2.3 Buck-Boost 例题do100.4115UDDDU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IoB322sooB30.05 1010(1)(1 0.4)1.8A22 0.05 10TUIDL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oodoBM1010.3155UIDUI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3sooBM30.05 10105A22 0.05 10TUIL