自考電力電子變流技術(shù)_全本書課后答案

1、電力系統(tǒng)及其自動化 電力電子變流技術(shù)第一章電力半導(dǎo)體器件 習題與思考題解1-1晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 解：晶閘管導(dǎo)通的條件是：陽極承受正向電壓，處于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門極加正向觸發(fā)電壓，才能使其導(dǎo)通。門極所加正向觸發(fā)脈沖的最小寬度，應(yīng)能使陽極電流達到維持通態(tài)所需要的最小陽極電流，即擎住電流以上。導(dǎo)通后的晶閘管管壓降很小。使導(dǎo)通了的晶閘管關(guān)斷的條件是：使流過晶閘管的電流減小至某個小的數(shù)值維持電流以下。其方法有二：） 減小正向陽極電壓至某一最小值以下，或加反向陽極電壓；） 增加負載回路中的電阻。 1-2型號為KP100-3的晶閘管，維持電流IH=4mA，使用在題

2、1-2圖中的電路中是否合理？為什么（不考慮電壓、電流裕量）？解：根據(jù)機械工業(yè)部標準JB1144-75規(guī)定，型為普通閘管，KP100-3的晶閘管，其中100是指允許流過晶閘管的額定通態(tài)平均電流為100A，3表示額定電壓為300V。對于圖(a)，假若晶閘管V被觸發(fā)開通，由于電源為直流電源，則晶閘管流過的最大電流為 因為IV < IH，而IH < IL，IL為擎住電流，通常IL=(24) IH。可見，晶閘管流過的最大電流遠小于擎住電流，所以，圖(a)不合理。對于圖(b)，電源為交流220V，當=0°時，最大輸出平均電壓 （）平均電流(A)波形系數(shù)所以，Kf 。1.57×

3、;9.915.5(A)而KP100-3允許流過的電流有效值為IVE1.57×100157(A)， IL< IV<IVE，所以，電流指標合理。但電路中晶閘管可能承受的最大正反向峰值電壓為 (V)>300(V)所以，圖(b)不滿足電壓指標，不合理。對于圖(c)，電源為直流電源，觸發(fā)導(dǎo)通后，流過的最大電流為IV1501150(A),即為平均值，亦是有效值。而IVE150A，IV150(A)<157（A），即IL< IV<IVE,所以電流指標合理。同時，晶閘管承受的正向峰值電壓為150V，小于300V，電壓指標合理。所以圖(c)合理。 1-3在題圖1-3電

4、路中，E=50V，R=0.5，L=0.5H，晶閘管擎住電流為15mA。要使晶閘管導(dǎo)通，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)為多少？解：晶閘管導(dǎo)通后，主回路電壓方程為 主電路電流按下式由零上升 晶閘管要維持導(dǎo)通，id必須上升達到擎住電流值以上，在此期間，門極脈沖應(yīng)繼續(xù)維持，將Id=15mA代入，得 取， t150s。所以，門極觸發(fā)電流脈沖寬度至少應(yīng)大于150s。1-4單相正弦交流電源，交流電源電壓有效值為220V。晶閘管和負載電阻串聯(lián)連接。試計算晶閘管實際承受的最大正反向電壓。若考慮晶閘管的安全裕量，其額定電壓應(yīng)如何選?。拷猓涸撾娐愤\行可能出現(xiàn)施加于晶閘管上最大正反向峰值電壓為 （V）若考慮晶閘管的安全裕

5、量，通常選擇額定電壓為正常工作峰值電壓的23倍。×310620(V),3×310930(V),則選擇額定電壓為700V1000V的晶閘管。1-5若題1-4中晶閘管的通態(tài)平均電流為100A，考慮晶閘管的安全裕量，試分別計算導(dǎo)電角為180°和90°時，電路允許的峰值電流各是多少？解： 在不考慮安全裕量時，選擇晶閘管的原則是：使實際運行管子電流的有效值IV1等于定義管子額定通態(tài)平均電流時的電流有效值IVE，即兩種情況下，管芯的結(jié)溫相同并小于或等于額定結(jié)溫。當導(dǎo)通角180°時， 則有 Im/21.57IVEAR 所以，晶閘管允許的峰值電流為m=2

6、15;1.57×100314（）當導(dǎo)通角90°時， 則有 所以，晶閘管允許的峰值電流為(A)考慮取安全裕量數(shù)為2時，則當導(dǎo)通角180°時，電路允許的峰值電流為 Im1=3142157，當導(dǎo)通角90°時，電路允許的峰值電流為 m24442222(A).1-6.題1-6圖中陰影部分表示晶閘管導(dǎo)電區(qū)間。各波形的電流最大值均為Im,試計算各波形電流平均值Id1、Id2、Id3、Id4、Id5，電流有效值I1、I2、I3、I4、I5和它們的波形系數(shù)Kf1、Kf2、Kf3、Kf4、Kf5.解： 1-7題1-6中如果不考慮安全裕量，問100A晶閘管能送出的電流平均值I

7、d1、Id2、Id3、Id4、Id5各是多少？這時相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3、Im4、Im5又是多少？解：額定通態(tài)平均電流IVEAR為100A的晶閘管允許通過電流的有效值為 利用上題結(jié)果，圖(a) 則 Im1=314(A) 圖（b） 則 Im=341(A) 圖(c) 則 Im=241(A) 圖(d) 則 Im=314(A) 圖(e) 則 Im5=444(A) 1-8晶閘管的額定電流是怎樣定義的？有效值和平均值之間有何關(guān)系？解：晶閘管的額定電流即指其額定通態(tài)平均電流VEAR .它是在規(guī)定的條件下，晶閘管允許連續(xù)通過工頻正弦半波電流的最大平均值。如教材圖1-8所示。這些條件是：環(huán)境溫度

8、+，冷卻條件按規(guī)定，單相半波整流電路為電阻負載，導(dǎo)通角不小于170，晶閘管結(jié)溫不超過額定值。額定通態(tài)平均電流VEAR的電流等級如教材表所示。通常50以下的管子分為1、5、10、20、30、50等級，1001000的管子分為100、200、300、400、500、600、800、1000等級。 額定通態(tài)平均電流VEAR與在同一定義條件下的有效值IVE具有如下關(guān)系： 其中， 為定義條件下的波形系數(shù)。1-9導(dǎo)通角不同，電流的波形不一樣，如何來選擇晶閘管的電流容量？ 解：導(dǎo)通角不同，電流的波形不一樣，因而波形系數(shù)亦不相同，角愈小，波形系數(shù)愈大。晶閘管電流的有效值、平均值V1AR 與波形系數(shù)Kf1具有如

9、下關(guān)系： IV1 = Kf1V1AR 具有相同平均值而波形不同的電流，因波形不同，其有效值是不相同的。流經(jīng)同一晶閘管發(fā)熱情況也不相同，因為決定發(fā)熱的因素是電流的有效值，管芯發(fā)熱效應(yīng)是和電流的有效值大小有關(guān)。 因此，選擇晶閘管額定電流參數(shù)的原則是：使電路各種實際運行情況下（特別是最不利的情況）管芯的結(jié)溫小于或等于額定結(jié)溫。這樣，就能保證晶閘管在實際運行工作時，不致于因電流過載而損壞。上述這一原則可歸結(jié)為：使實際運行管子電流波形的有效值V1，等于定義管子額定通態(tài)平均電流VEAR時的電流有效值IVE ，即則晶閘管額定電流1-10晶閘管導(dǎo)通后，門極改加適當大小的反向電壓，會發(fā)生什么情況？解：晶閘管承受

10、正向陽極電壓，并已導(dǎo)通的情況下，門極就失去了控制作用。因此，晶閘管導(dǎo)通后，門極改加適當大小的反向電壓，晶閘管將保持導(dǎo)通狀態(tài)不變。1-11門極斷路時，晶閘管承受正向陽極電壓它會導(dǎo)通嗎？若真的導(dǎo)通，是什么情況？解：門極斷路時，晶閘管承受正向陽極電壓，有兩種情況可造成晶閘管的非正常導(dǎo)通。一是陽極電壓UA過高，達到或超過IG時的轉(zhuǎn)折電壓UB0時，使漏電流急劇增加；二是UA的電壓上升率duAdt太快。這兩種因素造成的最終結(jié)果都是使從N1區(qū)通過反向偏置的J2結(jié)向P2區(qū)（門極區(qū)）注入了足夠數(shù)量的漏電流（空穴流），充當了二等效三極管電路中的基極電流IB2，它相當于從門極提供的IG的作用，使其二等效三極管的1、

11、2極快上升至12，即1-(12)，進而使陽極電流IA大大增加，并只受外電路電阻的限制，晶閘管進入導(dǎo)通狀態(tài)。這兩種不加門極觸發(fā)控制信號使晶閘管從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)的情況是非正常工作狀態(tài)，在實際使用中是不允許的，因為發(fā)生此類情況常造成器件的損壞。1-12晶閘管的一些派生器件的主要功能和特點是什么？解：晶閘管的一些派生器件的主要功能和特點如下：(1). 快速晶閘管快速晶閘管的開關(guān)時間短，動態(tài)特性比普通晶閘管好，快速晶閘管一般分為兩種，一種是主要是關(guān)斷時間短，另一種是didt是耐受量高。主要用于斬波與高頻逆變電路。(2)。雙向晶閘管雙向晶閘管是一種五層結(jié)構(gòu)的三端器件，具有四種觸發(fā)方式，分別為+、-、

12、+、=，其中+、-觸發(fā)靈敏度較高，_觸發(fā)靈敏度稍低，較為常用，而+觸發(fā)靈敏度最低，一般不用，使用不當會損壞晶閘管。雙向晶閘管主要用于交流電路，例如移相調(diào)壓控制、零電壓開關(guān)和靜態(tài)開關(guān)等。由于其內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)關(guān)系，目前器件的額定電壓和額定電流與普通晶閘管相比較還較低，重施加dudt的能力也較差。(3)。逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管是將逆阻型晶閘管和大功率二極管集成在一個管芯上，與普通晶閘管相比，具有正向壓降小、關(guān)斷時間短、溫度特性較好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點。同時，消除了晶閘管與二極管之間的連線電感，減小了換流時間，使晶閘管承受反向偏壓的時間增長，提高了換流能力。而且減少了裝置的元件數(shù)目，縮小了體積，提高了經(jīng)濟性

13、能。主要適用于逆變電路和斬波電路。 (4).可關(guān)斷晶閘管（）可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor）既可用門極正脈沖信號控制其導(dǎo)通，又可用門極負脈沖信號控制其關(guān)斷的逆阻型三端器件。與普通晶閘管相比，快速性好，工作頻率高，控制方便，其最高耐壓容量目前稍遜于普通晶閘管。與普通晶閘管的關(guān)斷機理不同，有兩個重要的特征參數(shù)需要特別注意，分別為最大可關(guān)斷電流和電流關(guān)斷增益off。其定義分別為最大可關(guān)斷電流：表征用門極負脈沖控制信號可關(guān)斷的最大陽極電流，它是用來表征容量大小的參數(shù)。電流關(guān)斷增益off：電流關(guān)斷增益的定義為陽極電流與使其關(guān)斷所需的最小門極電流min的比值，即通常的off只

14、有左右，但是，的導(dǎo)通或關(guān)斷只需一個窄脈沖電流即可，它需要的是瞬時功率，盡管關(guān)斷時需要較大的負門極電流，但平均功率較小。因此，的平均激勵功率，比相同容量的大功率晶體管小。 1-13何謂功率晶體管的開關(guān)特性？用圖描述它的開關(guān)過程。功率晶體管的開關(guān)特性是描述功率晶體管在開關(guān)過程中的開關(guān)時間、電流電壓、開關(guān)損耗等參數(shù)的性能。功率晶體管的開關(guān)時間可用開通時間ton和關(guān)斷時間toff來表示，即 ton=td+tr toff=ts+tf 其中，td為延遲時間，tr為上升時間，ts為存值得時間，tf為下降時間。開關(guān)損耗發(fā)生在器件的開關(guān)過程中，瞬態(tài)功率損耗為Dp=iCuc維持的時間長了，就有可能導(dǎo)致管子產(chǎn)生二次

15、擊穿?？傞_關(guān)損耗與開關(guān)頻率（開關(guān)次數(shù)）有關(guān)，開關(guān)頻率愈高，總開關(guān)損耗愈大。各種參數(shù)的開關(guān)性能描述圖參閱教材P1819中的圖1-15和圖1-16。 1-14描述功率晶體管的二次擊穿特性？解：二次擊穿現(xiàn)象在發(fā)射結(jié)正偏壓、零偏壓和反偏壓都可能發(fā)生，其特性曲線參閱教材P19中的圖。 現(xiàn)以零偏壓曲線OEBGH來說明二次擊穿現(xiàn)象的發(fā)生過程。當增大到，即達到點時，集電極電壓達到通常所說的擊穿電壓，集電結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，這就是一次擊穿。由于一次擊穿效應(yīng)，晶體管的電流迅速上升到點，達到，即達到了二次擊穿觸發(fā)功率，進入了二次擊穿區(qū)。但并不立即產(chǎn)生二次擊穿，而需要一個觸發(fā)時間來積累觸發(fā)能量臨界值，一旦達到這個臨界值，

16、管壓突然從點減小到點的低電壓區(qū)（1015V），同時電流急劇增大。如果沒有適當?shù)谋Ｗo措施，電流將繼續(xù)沿曲線增大到點，造成管子的永久性損壞。這種從高電壓小電流向低電壓大電流躍變的現(xiàn)象，稱為晶體管的二次擊穿。二次擊穿觸發(fā)時間，對于不同類型的二次擊穿，時間的長短相差很大，短的幾乎是瞬時的，晶體管的狀態(tài)不能穩(wěn)定在區(qū)域內(nèi)，而且點是不可逆的，即使電路的保護措施可使晶體管回到觸發(fā)前的狀態(tài)，但二次擊穿已在管子內(nèi)部留下了損害傷痕，性能變壞，重復(fù)幾次仍然使管子永久性失效。1-5為什么功率晶體管在開關(guān)瞬變過程中容易被擊穿？可采取什么措施防止？解：在電路開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬變過程中，電路將產(chǎn)生過高的電壓或電流，有可能達到二次擊穿

17、觸發(fā)功率，進而達到二次擊穿臨界觸發(fā)能量 ，產(chǎn)生二次擊穿。采用錯開關(guān)期間瞬變電流和電壓最大值相位的緩沖吸收保護電路，減小開關(guān)期間的瞬時功率，是破壞二次擊穿產(chǎn)生的條件，抑制二次擊穿的有效措施。1-16功率晶體管反偏安全工作區(qū)很大，如何應(yīng)用？ 解：在實際應(yīng)用中，功率晶體管基極回路采用足夠的反向偏置電壓，或者在若關(guān)斷功率晶體管時，驅(qū)動電路產(chǎn)生負脈沖關(guān)斷電壓，使晶閘管工作在反向偏置工作區(qū)，來提高管子的電壓承受能力。1-17絕緣柵雙極型功率晶體管（IGBT）有何突出的優(yōu)點？解：絕緣柵雙極型功率晶體管（IGBT）是兼?zhèn)涔β蕡鲂?yīng)管MOSFET的柵極電壓激勵、高速開關(guān)特性和GTR的大電流低導(dǎo)通電阻特性于一體的

18、復(fù)合型器件。 1-18MOS柵控晶閘管（MCT）有何突出的優(yōu)點？解：MOS柵控晶閘管（MCT）是將MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動功率與快速的開關(guān)特性與晶閘管的高電壓大電流特性結(jié)合在一起的新型復(fù)合器件。1-19功率集成電路PIC的基本結(jié)構(gòu)組成如何？解：功率集成電路PIC至少包含一個半導(dǎo)體功率器件和一個獨立功能電路的單片集成電路， PIC分為兩大類：一類是高壓集成電路HVIC，它是高耐壓功率電子器件與控制電路的單片集成；另一類是智能功率集成電路SPIC(Smart Power-IC)，它是功率電子開關(guān)器件與控制電路、保護電路、故障監(jiān)測電路以及傳感器等電路的多種功能電路的集成。第二章單相可控整流電

19、路習題與思考題解2-1什么是整流？它是利用半導(dǎo)體二極管和晶閘管的哪些特性來實現(xiàn)的？解：整流電路是一種ACDC變換電路，即將交流電能變換為直流電能的電路，它是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦院途чl管是半控型器件的特性來實現(xiàn)的。2-2某一電熱裝置（電阻性負載），要求直流平均電壓為75V，電流為20A，采用單相半波可控整流電路直接從220V交流電網(wǎng)供電。計算晶閘管的控制角、導(dǎo)通角、負載電流有效值，并選擇晶閘管。解：(1)整流輸出平均電壓 d= = cos=則控制角60° 導(dǎo)通角=-=120° (2).負載電流平均值 Id=20(A) 則RUdId7520=3.75 負載電流有效值I，

20、即為晶閘管電流有效值IV1，所以I=IV1=37.6(A)(3).當不考慮安全裕量時 IV1=kfeIVEAR=1.57IVEAR則晶閘管通態(tài)平均電流IVEAR=IV1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A)晶閘管可能承受的最大正反向電壓為 (V)所以，可選擇額定通態(tài)平均電流為30A、額定電壓為400V的晶閘管。按裕量系數(shù)2，可選擇額定通態(tài)平均電流為50A、額定電壓為700V的晶閘管。2-3帶有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路，大電感負載保證電流連續(xù)。試證明輸出整流電壓平均值，并畫出控制角為時的輸出整流電壓ud、晶閘管承受電壓uV1的波形。解： d= = 控制角為時的輸出整流電壓ud

21、、晶閘管承受電壓uV1的波形參閱教材P31中的圖2-3（b）、(c)、(d)和(h)。2-4將單相半波可控整流電路中電阻負載和電感性負載的工作原理作個比較，找出差別，并畫出電阻負載輸出電壓ud、電流id和晶閘管電壓uV1波形；寫出Ud、Id計算公式。解：電阻性負載電路輸出電流id 與輸出電壓ud相位相同，波形相似。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。ud波形從至變壓器二次電壓正變負的過零點。電感性負載電路由于電感的儲能作用，輸出電流id 與輸出電壓ud相位不相同，電流id滯后于電壓ud。而且，電流id不能隨電壓ud突變。晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從開始并超過過零點，導(dǎo)通角>。ud波形從開始至變壓器二次電壓正

22、變負的過零點后，進入負半周。導(dǎo)通角的大小，與負載電感值L有關(guān)，L越大，儲能越多，亦越大，ud波形進入變壓器二次電壓負半周的部分亦越多，輸出電壓的平均值Ud亦下降的越多。當負載為大電感負載時，Ud近似等于零，此時輸出平均電流Id亦很小。電阻負載輸出電壓ud、電流id和晶閘管電壓uV1波形參閱教材 27中的圖2-1。電阻負載Ud、Id計算公式如下： (1)整流輸出平均電壓 d= = (2).負載電流平均值 Id= 2-5單相半波大電感負載可控整流電路中，帶續(xù)流二極管和不帶續(xù)流二管在輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1、續(xù)流二極管電壓uV2和電流iV2波形上有何區(qū)別。寫出帶續(xù)流二極管

23、時ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值計算公式。 解：不帶續(xù)流二管時，當負載為大電感負載時，輸出電壓ud波形與橫坐標所圍的正負面積相等，Ud近似等于零，此時輸出平均電流Id亦很小。輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1的波形參閱教材P30中的圖2-2。其中，iV1的波形與id的波形相同。帶續(xù)流二極管時，由于續(xù)流二極管的作用，晶閘管從開始導(dǎo)通，至變壓器二次電壓正變負的過零點時，由于電感應(yīng)電動勢的作用使續(xù)流二級管導(dǎo)通，晶閘管被迫關(guān)斷，所以，晶閘管導(dǎo)通區(qū)間從至，導(dǎo)通角。由于負載為大電感負載，所以負載電流id脈動很小，近似為一平行橫坐標的直線，晶閘管電流iV1、續(xù)流二極管電流iV2

24、近似為正向矩形波，導(dǎo)通角分別為和。輸出電壓ud和電流id、晶閘管電壓uV1和電流iV1、續(xù)流二極管電壓uV2和電流iV2波形參閱教材P31中的圖2-3。帶續(xù)流二極管時ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值計算公式如下：（）輸出電壓的平均值Ud為Ud=0.45U2 （）輸出電壓的有效值值U為U =（）輸出電流的平均值Id為 （）輸出電流的有效值值I為I （）晶閘管的平均電流IV1AR為IV1AR= （）晶閘管電流的有效值IV1為IV1= （）續(xù)流二極管的平均電流IV2AR為IV2AR= （）續(xù)流二極管電流的有效值IV2為IV2=2-6有一單相橋式全控整流電路，負載為電阻性，要求=30

25、6;時，Ud=80V，Id=7A。計算整流變壓器的副邊電流I2，按照上述工作條件選擇晶閘管。解：Id=UdR，則R=UdId=8070=1.14 Ud=0.9U2×(1+cos)2則U2=95V 82.12 (A) (A) IVEAR=IV1kfe =581.5737 (A)考慮裕量系數(shù)2， ×3774(A) (V)選額定電流100A、額定電壓300V的晶閘管。 2-7單相全控橋式整流電路接大電感負載，已知U2=100V，R=10，=45°。（1）負載端不接續(xù)流二極管V4，計算輸出整流電壓、電流平均值及晶閘管電流有效值。（2）負載端接續(xù)流二極管V4，計算輸出整流電

26、壓、電流平均值及晶閘管、續(xù)流二級管電流有效值。畫出ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2的波形。解：（1）負載端不接續(xù)流二極管V4時輸出電壓平均值為 0.9×100×0.70763.7(V)輸出直流電流平均值為(A) 晶閘管電流的有效值為=4.5(A) (2）負載端接續(xù)流二極管V4時輸出電壓平均值(V) 輸出直流電流平均值為(A) 晶閘管與整流二極管電流的有效值IV1、IV2為(A) 續(xù)流二極管電流的有效值IV4為=(A)變壓器二次電流的有效值I2為 (A) 接續(xù)流二極管時的ud、id、iV11、iV4及變壓器次級電流i2的波形參閱教材 41中的圖2-8。2-8單

27、相橋式半控整流電路接電阻性負載，要求輸出整流電壓0100V連續(xù)可調(diào)，30V以上時要求負載電流能達到20A。當（1）采用220V交流電網(wǎng)直接供電；2）采用變壓器降壓供電，最小控制角min=30°，試分析比較二種供電方式下晶閘管的導(dǎo)通角和電流有效值、交流側(cè)電流有效值及電源容量。解：（1）采用220V交流電網(wǎng)直接供電時 當輸出平均電壓d為100V時則當輸出平均電壓Ud為30V時則導(dǎo)通角，所以晶閘管導(dǎo)通角90°46°。要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負載電流，故應(yīng)在最小即最大max時，計算晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶閘管平均電流IV1A

28、RId2=10A當134°=134180=0.7444時波形系數(shù)為晶閘管電流的有效值為（） 交流側(cè)電流的有效值為（）交流電源容量為2）采用變壓器降壓供電時Ud=0.9 U2當min=30°時，輸出電壓為100V，則變壓器二次電壓為(V) 當Ud=30V時的最大控制角max為max116°晶閘管導(dǎo)通角，則150°64°要求在此導(dǎo)通角范圍之間，均能輸出20A負載電流，故應(yīng)在最小即最大max時，計算晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值。Id=20A,則晶閘管平均電流IV1ARId2=10A當116°=116180=0.6444時波形系數(shù)為

29、晶閘管電流的有效值（）變壓器二次電流的有效值（）變壓器二次容量 可見，在可控整流電路輸出較低電壓時，采用變壓器供電有利于降低所用晶閘管的額定電流和額定電壓，以及交流電源的容量。因為采用變壓器供電可使可控整流電路在較小控制角和較低的變壓器二次電壓下運行。2-9單相橋式半控整流電路，由220V經(jīng)變壓器供電，負載為大電感性并接有續(xù)流二極管。要求輸出整流電壓2080V連續(xù)可調(diào)，最大負載電流為20A，最小控制角min30°。試計算晶閘管、整流管、續(xù)流二極管的電流平均值、有效值以及變壓器容量。解：1、在最小控制角min和最大整流輸出電壓時，計算變壓器二次電壓U2 (V)2、在最小整流輸出電壓時計

30、算出最大控制角max當Ud=20V時的最大控制角max為 則max=122°3、在最不利的條件下，計算各器件的電流有效值和變壓器二次有效值I2，因為晶閘管、整流管、續(xù)流二極管電流有效值涉及管芯的發(fā)熱和合理選擇器件的電流額定容量。變壓器二次電流I2涉及變壓器容量的選擇，這些量的計算必須以電路運行中的最大值為基礎(chǔ)，以保證器件和設(shè)備的安全運行。晶閘管與整流二極管電流的平均值IV!AR、IV2AR與有效值IV1、IV2 其最大值出現(xiàn)在min=30°時,所以 續(xù)流二極管電流的平均值IV4AR與有效值IV4其最大值出現(xiàn)在max=122°時，所以 A變壓器二次電流的有效值I2

31、其最大值出現(xiàn)在min=30°時,所以 則變壓器二次容量 2-10單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路接大電感負載，負載兩端并接續(xù)流二極管的作用是什么？兩者的作用是否相同？解：單相橋式全控整流電路大電感負載整流輸出平均電壓為其負載兩端并接續(xù)流二極管是為了使交流電源電壓進入負半周時，由續(xù)流二極管續(xù)流，使晶閘管關(guān)斷，提高整流輸出電壓的平均值。整流輸出平均電壓為 單相橋式半控整流電路接大電感負載，負載兩端并接續(xù)流二極管的作用是為了避免失控現(xiàn)象的發(fā)生，保證整流電路的安全運行。整流輸出平均電壓亦為 2-11單相可控整流電路供電給電阻負載或蓄電池充電（反電勢負載），在控制角相同，負載電流平均

32、值相等的條件下，哪一種負載晶閘管的額定電流值大一些？為什么？解：反電動勢負載電路中晶閘管的額定電流大一些。因為當控制角為時，電阻性負載時，晶閘管的導(dǎo)通角-。而反電動勢式負載時，當小于不導(dǎo)電角時，-2；當大于不導(dǎo)電角時，晶閘管的導(dǎo)通角-。所以，反電動勢負載時的波形系數(shù)Kf1大于電阻性負載時的波形系數(shù)Kf2。當負載電流平均值相等的條件下，反電動勢負載時的晶閘管電流的有效值大于電阻性負載時的晶閘管電流的有效值。因此，反電動勢負載晶閘管的額定電流大一些。2-12直流電動機負載的特點及其等效電路如何？串接平波電抗器的意義何在？解：直流電動機反電動勢負載，其等效電路為一直流反電動勢和電阻串聯(lián)。由于反電勢的

33、作用，晶閘管的導(dǎo)通角變小，負載電流將出現(xiàn)斷續(xù)，通常反電勢負載的內(nèi)阻又很小，所以輸出同樣的平均電流，峰值電流很大，因而電流的有效值大，要求電源的容量亦大。對于直流電動機負載，將使其機械特性變軟，整流換相時產(chǎn)生火花。為使負載電流連續(xù)，克服上述缺點，常在反電勢負載的整流輸出端串聯(lián)平波電抗器，其目的是利用電感的儲能作用來平衡電流的脈動和延長晶閘管的導(dǎo)通時間。2-13串平波電抗器電動機負載與大電感負載在單相全控橋整流電路中，輸出電壓波形一樣嗎？為什么？電動機的反電動勢Ed不起作用嗎？解：在理想的情況下，二種電路輸出電壓的波形是一樣的。因為平波電抗器電感量的選擇原則是：在最小的負載電流Idmin（低速輕載

34、情況下）時，保證負載電流連續(xù)，即晶閘管導(dǎo)電角=180°。這是在最不利情況下，為保證電流連續(xù)選擇的電感L值，當負載電流大于Idmin時，L的儲能增多，電流就不會不連續(xù)。當負載電流連續(xù)時，其輸出電壓的波形與大電感負載電路相同電動機的反電動勢Ed不是不起作用，串平波電抗器的反電勢負載電流連續(xù)時，晶閘管導(dǎo)通角=180°，波形與大電感負載時相同，輸出電壓U d交流分量幾乎全部降落在電抗器上，反電勢負載（例如直流電動機）上的電壓脈動很小，負載電流id波形基本平直，可以近似看成為平行于橫坐標的直線，晶閘管電流波形為180°的矩形波。所以，各種參數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系，也與大電感負載時

35、相同。只是由于反電勢的作用，負載電流的平均值為Id=(Ud-E)/R，2-14對單相大電感性負載可控整流電路，畫圖說明全控橋和半控橋輸出電壓ud、晶閘管電流iV1和變壓器二次電流i2波形的差別。半控橋加續(xù)流二極管與其不加續(xù)流二極管時又有何差別？解：單相全控橋大電感性負載可控整流電路，輸出電壓ud、晶閘管電流iV1和變壓器二次電流i2波形如教材P37中的圖2-6(d)、(f)、(g)、（h）所示。晶閘管導(dǎo)電角為=，對應(yīng)橋臂對管輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，電流iV1波形為為180°的正向矩形波。變壓器二次電流i2波形為正負180°的矩形波。當>0°時，輸出電壓u d波形將進

36、入交流電源的負半周。半控橋加接續(xù)流二極管V4后，輸出電壓ud和變壓器二次電流i2的波形與不接續(xù)流二極管V4時相同，如教材P41中的圖2-8(d)、(j)所示。而晶閘管和整流二極管的導(dǎo)電角為=-。圖2-8（f）和圖2-8 (i)波形上有斜線的部分不再存在，這部分的導(dǎo)電功能由續(xù)流二極管V4來代替，如教材圖2-8（l）所示。不加續(xù)流二極管時，晶閘管的導(dǎo)通角和整流二極管的導(dǎo)電角為=，但圖2-8（f）和圖2-8 (i)波形上有斜線的部分對應(yīng)的期間，為同一橋臂的晶閘管和整流二極管續(xù)流期間。半控橋不加續(xù)流二極管和加接續(xù)流二極管兩種情況的輸出電壓ud波形是相同的，在角對應(yīng)的區(qū)間，輸出電壓ud為零。變壓器二次電

37、流i2波形為正負-的矩形波，在角對應(yīng)的區(qū)間，由于是續(xù)流期間，變壓器二次電流i2為零。但接續(xù)流二極管電路，在續(xù)流期間，晶閘管和整流二極管全部關(guān)斷。第三章可控整流電路習題與思考題解3-1分別畫出三相半波可控整流電路電阻負載和大電感負載在為60°、90°的輸出電壓和晶閘管電壓、電流、變壓器二次電流i2的波形圖。晶閘管導(dǎo)通角各為多少？輸出電壓各為多少？解：(1)電阻性負載=60°時，輸出電壓和晶閘管電壓、電流波形參閱教材P48中的圖3-4，其中晶閘管電流波形可在圖3-4(c)中讀出，變壓器二次相電流i2的波形圖與相對應(yīng)相的晶閘管電流波形相同。=90°時，可參照上

38、述波形，將控制角移至90°處開始即可，晶閘管仍導(dǎo)通至相電壓正變負的過零點處。 由于>30°時，ud波形斷續(xù)，每相晶閘管導(dǎo)電期間為至本相的正變負過零點，故有 晶閘管導(dǎo)通角為-30° 整流輸出電壓平均值當=60°時，=90°，d=0.675U2 。當=90°時，=60°，d=0.675U21-0.5=0.3375U2 。(2)大電感負載=60°時，輸出電壓和晶閘管電壓、電流波形參閱教材P49中的圖3-5，變壓器二次相電流i2的波形圖與相對應(yīng)相的晶閘管電流波形相同。=90°時，可參照上述波形，將控制角移至

39、90°處開始即可，但晶閘管導(dǎo)通角仍為120°。由于大電感負載電流連續(xù)，則 晶閘管導(dǎo)通角為120°整流輸出平均電壓為當=60°時，=120°，d=1.17U2cos60°=0.585U2。當=90°時，=120°，d=1.17U2cos90°=03-2三相半波可控整流電路向大電感性負載供電，已知U2=220V、R=11.7。計算=60°時負載電流id、晶閘管電流iV1、變壓器副邊電流i2的平均值、有效值和晶閘管上最大可能正向阻斷電壓值。改為電阻負載，重復(fù)上述計算。解：(1)大電感負載整流輸出平均電

40、壓為 (V)負載電流平均值為 ()負載電流有效值為 ()晶閘管電流的平均值為 (A)晶閘管電流的有效值為 ()變壓器二次電流平均值為 (A)變壓器二次電流有效值為 ()三相半波可控整流電路可能出現(xiàn)的最大正向阻斷電壓為(V)當=60°時的實際正向阻斷電壓為(V)(2)電阻性負載 由于>30°時，Ud波形斷續(xù)，每相晶閘管導(dǎo)電期間為至本相的正變負過零點，故有 整流輸出電壓平均值 (V)負載電流平均值為()負載電流有效值為16.3(A)晶閘管電流的平均值為 (A)晶閘管電流的有效值為 9.4(A)變壓器二次電流平均值為 (A)變壓器二次電流有效值為 ()由于>30

41、76;，負載電流出現(xiàn)斷續(xù)，所以，電路可能出現(xiàn)的最大正向阻斷電壓為(V)3-3某電解裝置系電阻性負載，要求輸出電壓Ud=220V，輸出電流Id=400A，采用經(jīng)整流變壓器的三相半波可控整流電路，電源是三相380V的交流電網(wǎng)，考慮min=30°，估算此時整流變壓器的次級容量S2，并與=0°時的次級容量S20作比較，然后加以說明。最后選擇晶閘管。解：由于30°，整流輸出平均電壓 則(1).當=min=30°時，(V) ()變壓器二次相電流有效值為 =(A)則S2=3U2I2=3×217.1×250.3=163020.4(VA)163(KVA

42、)(2).當0°時，(V)則 (A)則S20=3U20I20=3×188×234.6=132314.4(VA)132.3(KVA)從上可見，S2>s20。說明可控整流電路的設(shè)計，應(yīng)盡量使其在較小的控制角下運行。這樣，在輸出同樣大小負載電流時，使整流晶閘管電流和變壓器二次電流、電壓的有效值較小，可降低器件和變壓器的額定容量。由于晶閘管電流的有效值IV1=I2=250.3A當不考慮安全裕量時IVEAR=IV11.57=250.31.57=159.4(A)晶閘管承受的最高電壓峰值為(V)按裕量系數(shù)2 2×159.4=318.8(A) 2×531

43、.8=1063.6(V) 選擇額定通態(tài)平均電流為400A，額定電壓為1200V的晶閘管。3-4在三相半波可控整流電路中，如果控制脈沖出現(xiàn)在自然換相點以前，可能出現(xiàn)什么情況，能否換相？畫出波形圖分析說明。解：出現(xiàn)在換相點之前的觸發(fā)脈沖，不能完成晶閘管的換相。電阻負載波形圖參閱教材P47中的圖3-3（b）、（c）、（d）和P48中的圖3-3（a）、（b）、（c），當觸發(fā)B相晶閘管V12的觸發(fā)脈沖2出現(xiàn)在自然換相點S之前時，則B相晶閘管V12承受反向電壓不能導(dǎo)通，A相晶閘管V1將繼續(xù)導(dǎo)通至該相相電壓過零點，id波形中的iV12及其與之對應(yīng)部分的輸出電壓ud波形均為零。大電感負載的波形參閱教材P49中

44、的圖3-5（b）、（d），當觸發(fā)B相晶閘管V12的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)在自然換相點S之前時，則B相晶閘管V12承受反向電壓不能導(dǎo)通，不能完成換相，此期間iV12的波形為零。而A相晶閘管V1將繼續(xù)導(dǎo)通至該相相電壓過零點，并進入負半周，直到c相晶閘管V13的觸發(fā)脈沖到來，V13被觸發(fā)導(dǎo)通為止。與之對應(yīng)部分的輸出電壓ud波形進入交流電源的負半周，正半周的波頭不再存在。3-5在有交流電感時的三相半波可控整流電路（如圖3-7（a）所示）：（1） 換流期間交流電抗上的壓降有什么規(guī)律？（2）換流期間輸出點的電壓呈現(xiàn)什么規(guī)律？（3）以一對元件換流為例來說明上述規(guī)律。（4）以交流一相為例寫出換流壓降的表達式。（5）分別

45、描述=30°和60°時整流輸出電壓波形圖。（6）寫出交流電抗對輸出電壓平均值影響的表達式。解：(1).換流期間交流電抗上的壓降為參與換流（換相）的二相的線電壓的12。（2） 換流期間輸出點的電壓瞬時值為參與換流（換相）的二相相電壓之和的12。(3).以A相的晶閘管V11向B相的晶閘管V12換流為例，換流期間輸出點的電壓瞬時值為： (4). 以A相的晶閘管V11向B相的晶閘管V12換流為例，換流期間交流電抗上的壓降，即換流壓降為： (5). =30°時整流輸出電壓波形，參閱教材P51中的圖3-7(b)，=60°時整流輸出電壓波形參照教材P51中的圖3-7(

46、b)，移至=60°起始即可，但波形延至每相晶閘管導(dǎo)通角為120°+。其中，為換相重疊角。(6). 換流期間交流電抗上的壓降，即換流壓降的影響將使輸出電壓平均值下降，輸出平均電壓將為 3-6在三相橋式整流電路中，為什么三相電壓的六個交點就是對應(yīng)橋臂的自然換流點？并說明各交點所對應(yīng)的換流元件都有哪些？解：三相橋式整流電路中，每只二級管承受的是相鄰二相的線電壓，承受正向電壓時導(dǎo)通，反向電壓時截止。三相電壓的六個交點是其各線電壓的過零點，是二級管承受正反向電壓的分界點，所以，是對應(yīng)橋臂的自然換流點。參閱教材P55中的圖3-9(a)、(b)，相電壓正半周的交點分別是共陰極組二極管的自

47、然換相點，即R是V25V21，S是V21V23，T是V2325的自然換流點；相電壓負半周的交點分別是共陽極組二極管的自然換相點，即U是V26V22，V是V22V24，W是V24V26的自然換流點。3-7根據(jù)圖3-9（a）所示三相不控橋式整流電路說明：（1） 在U點是哪兩個元件換流？（2）每一個元件的導(dǎo)通角為多少？（3）輸出電壓ud的平均值為多少？（4）畫出元件V22的電壓波形，并說明元件的反峰電壓為多少？解：(1).U點是V26V22換流。(2).每一個元件的導(dǎo)通角為120°。(3).輸出電壓ud的平均值為 (4). V22的電壓波形參閱教材P55中的圖3-9(e) ,將波形依次后移60°，即將R點起始的波形移至點起畫即可。V22從點起始導(dǎo)通120°，端電壓為；之后依次分別承受線電壓uAC和uC各120°。元件的反峰電壓為，即線電壓的峰值。3-8在理想的三相全控橋式整流電路中，當控制角=0°、=30°時，回答下列各問：（1）各換流點分別為哪些元件換流？（2）各元件的觸發(fā)脈沖相位及波形？（3）各元件的導(dǎo)通角為多少？（4