電力電子習(xí)題集

1、典型題解析例31 圖3l（a）為帶續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路 AC_DC，大電感負(fù)載，保證電流連續(xù)。試證明輸出整流電壓平均值為并畫出控制角為時輸出整流電壓Ud，晶閘管承受電壓UVT的波形？解 輸出整流電壓Ud和晶閘管承受電壓UVT的波形如圖3-1(c)、(d)所示。例32 上題中，U2220V, R10歐，要求輸出整流電壓的平均值為030V連續(xù)可調(diào)。試求控制角范圍，選擇晶閘管定額，并計算變壓器次級容量。解 由當(dāng)Ud30V時，有 當(dāng)Ud0V時，對應(yīng)180º。所以，控制角的范圍是180º113º . 假設(shè)L>>R， 則輸出電流波形為一水平直線，即Id

2、Ud/R30103A由上述計算可知，Ud在030V之間，Id在03A之間。那么，流過晶閘管電流的有效值為：當(dāng)113º時，IVT取最大值，即則，選晶閘管的通態(tài)平均電流為（裕量取1.5）其額定電壓為（裕量取2）變壓器次級容量例33 某電阻負(fù)載要求()24 V直流電壓，最大負(fù)載電流Id30 A，如果采用用單相半波可控整流電路，而用下列兩種方式供電，是否都能滿足要求？1） 采用220V交流電源直接供電；2） 采用變壓器降到60V供電。試比較兩種供電方案的晶閘管導(dǎo)通角、額定電流、電壓值，電源與變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)解 采用220V電源直接供電，當(dāng)=0º時，有采用60 V電源供電，當(dāng)=

3、0º時，Ud。045U227V，所以，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)角，均能滿足輸出電壓Ud在024 V的要求。下面分析兩種方案的利弊：(1) 采用220 V交流電源直接供電，輸出電壓、電流的波形如下圖其中：U2=220V，Ud=24V則 121º =180º - 121º =59º因為晶閘管所承受最大反向電壓為電源電壓峰值，所以晶閘管的額定電壓為（裕量取2）考慮安全裕量為2，晶閘管額定電流(通態(tài)平均電流)為：而 則 電源所供給的有功功率電源所供給的視在功率電源側(cè)功率因數(shù)（2）如果采用變壓器降壓到60V供電輸出電壓、電流的波形如圖：其中：U2=60V，Ud=24

4、V則 39º =180º - 39º =141º考慮安全裕量為2，晶閘管額定電流、額定電壓分別為變壓器二次側(cè)容量為變壓器二次側(cè)所供給的有功功率變壓器二次側(cè)功率因數(shù)結(jié)論：增加了整流變壓器后，使控制角減小，選擇的晶閘管的額定電壓、額定電流都減小，而且要求電源容量減小，功率因數(shù)提高。由此可以看出，應(yīng)當(dāng)盡量使晶閘管電路工作在小控制角狀態(tài)。例34 某一電熱裝置，其直流電阻為35歐，大電感負(fù)載，希望在075 V范圍內(nèi)可調(diào)，采用單相半波可控整流電路直接從220 V交流電網(wǎng)供電，試計算晶閘管和二極管的額定電壓和電流，不考慮安全裕量。解 由于負(fù)載是大電感，所以必須接續(xù)流二

5、級管VD，否則會導(dǎo)致輸出電壓和電流很小，使電路不能正常工作。式中：U2=220V，Ud=75V則 59º =180º -59º =121º而Ud=75V時, IdUd/R75352.1A晶閘管的電流的有效值：晶閘管的額定電流：晶閘管額定電壓：流過二極管VD的電流有效值： 結(jié)論：VT的額定電流大于等于0.775A； VT的額定電壓大于等于311V。VD的額定電流大于等于1.7/1.57=1A； VD的額定電壓大于等于311V。例3. 5 具有續(xù)流二極管的單相半波可控整流電路對大電感負(fù)載供電，其中電阻R75 歐，電源電壓220 V。試計算當(dāng)控制角為30

6、86;和60º時，晶閘管和續(xù)流二級管的平均電流值和有效值，在什么情況下續(xù)流二極管電流平均值大于晶閘管的電流平均值。解 電路如圖所示(1) 當(dāng)=30°時晶閘管的電流的平均值：晶閘管的電流的有效值：流過二極管VD的電流平均值：流過二極管VD的電流有效值：(2) 當(dāng)=60°時 結(jié)論：要使IdVD>IdVT,只需滿足當(dāng)=0°時IdVD=IdVT, 所以IdVD永遠(yuǎn)也不可能小于IdVT例3. 6 具有變壓器中心插頭的單相雙半波可控整流電路如圖25 (1)說明該變壓器是否存在直流磁化問題。(2)試?yán)L出=45º 電阻性負(fù)載輸出整流電壓Ud，晶閘管承受電

7、壓UVT的波形。(3)若將VT換成普通整流二極管VD，繪出相應(yīng)波形，并推導(dǎo)輸出直流電壓。解 (1)理想變壓器 式中， 為變壓器副端匝數(shù)；為磁通。則當(dāng)導(dǎo)通時：當(dāng)導(dǎo)通時：在一個周期內(nèi)變壓器鐵芯中總磁通增量為因為在一個周期內(nèi)變壓器磁通增量為0，所以該變壓器鐵心中不存在直流磁化。(2) 45°波形如圖36(a)所示。圖3-6例3 .6波形圖(3) 所求波形如圖3-6(b)所示。例37 圖3-7為帶續(xù)流二極管的單相雙半波可控整流電路，負(fù)載為大電感性，L>>R，已知U2220 V，R20，60°(1)試求晶閘管的電壓、電流定額，考慮安全裕量為2，選擇晶閘管型號。(2)計算續(xù)

8、流二極管電流平均值和有效值。 圖3-7例3 .7圖解 整流電路輸出電壓ud，晶閘管的電壓uVT，電流iVT波形及續(xù)流二極管電流iVDR波形分別如圖38(a)、(b)、(c)和(d)所示。晶閘管的電流的有效值：晶閘管的額定電流： 圖3-8例3 .7波形圖晶閘管的額定電壓：考慮安全裕量為2，則故，晶閘管的型號選為KP1014。例38 單相橋式半控整流電路接電阻性負(fù)載，要求輸出整流電壓0100 V連續(xù)可調(diào)，30 V以上時要求負(fù)載電流達(dá)到20 A。采用220 V變壓器降壓供電，最小控制角min30°，試求：(1)交流側(cè)電流有效值及變壓器容量；(2)選擇晶閘管的型號。解 單相橋式半控整流電路接

9、電阻性負(fù)載，其工作過程及輸出電壓Ud與單相橋式全控整流電路完全相同。當(dāng)控制角為最小時，對應(yīng)的整流輸出電壓為最大值當(dāng)Ud=30V時，求所對應(yīng)的控制角。當(dāng)116°時，要保證整流電路輸出電流為20A，所需變壓器一、二次側(cè)電流有效值為最大。變壓器二次側(cè)電流有效值為：變壓器一次側(cè)電流有效值為：所求變壓器二次側(cè)電壓為119 V，一、二次側(cè)電流有效值分別為38 A和2055 A，變壓器容量為45 kVA。選擇晶閘管時，也應(yīng)以最大角考慮，即116°，流過晶閘電流的有效值晶閘管承受最大電壓為：考慮安全裕量為2，則故，晶閘管的型號選為KP504。例39 單相橋式半控整流電路，由220 V經(jīng)變壓

10、器供電，負(fù)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(fù)載電流為20 A，最小控制角min30°.試計算晶閘管、整流管、續(xù)流二極管的電流定額以及變壓器容量。解 當(dāng)輸出電壓Ud80 V時，對應(yīng)的控制角為最小min30°當(dāng)輸出電壓Ud20 V時，對應(yīng)的控制角為最大。（1）計算晶閘管、整流管的參數(shù)考慮最嚴(yán)重的工作狀態(tài)，即min30°時的情況。晶閘管電流有效值IVT為晶閘管通態(tài)平均電流ITa為因為整流二極管電流波形與晶閘管一樣，所以其電流有效值和j態(tài)平均電流與晶閘管相等。(2)計算續(xù)流二極管VDR的電流定額考慮最嚴(yán)重的工作狀態(tài)，是在控制角為最大時

11、，即max122.3°時的情況，其有效值和通態(tài)平均電流分別為不考慮安全裕量，所求晶閘管、整流二極管和續(xù)流二極管的額定流分別為83 A，83 A和105 A。(3)計算變壓器容量S考慮最嚴(yán)重的工作狀態(tài)，在min30°時的情況，變壓器二次側(cè)電流有效值I2取最大，此時I2為結(jié)論 由例38和例39計算可知，在計算晶閘管的電流額時，與負(fù)載性質(zhì)是緊密相連的。在給定輸出電流Id后，阻性載晶閘管電流有效值與Id之比(IVTId)隨著的增加而增加，而大電感性負(fù)載則相反，IVTId的值隨著的增加而減小。所以考最嚴(yán)重的工作狀態(tài)，純阻性負(fù)載時，IVTmax對應(yīng)max，而大電感性負(fù)載，IVTmax對

12、應(yīng)min。例310 單相半控橋式整流電路，接有續(xù)流二極管，對直流電動機電樞供電，主電路中平波電抗器的電感量足夠大。電源電壓為220V，控制角，此時負(fù)載電流為30A。計算晶閘管、整流管和續(xù)流二極管的電流平均值和有效值、電源容量及功率因數(shù)。解 由于平波電抗器的容量足夠大，所以可視為大電感負(fù)載，整流輸出電流的波形可視為一水平直線。當(dāng)時，晶閘管的平均電流為整流二極管的電流平均值與晶閘管的電流平均值相等，均為晶閘管電流有效值為整流二極管和晶閘管的電流有效值為續(xù)流二極管的電流平均值為續(xù)流二極管的電流有效值為電源繞組中電流有效值為輸出直流平均電壓為：電源容量為kV·A輸出的有功功率為功率因數(shù)為例3

13、11 電阻性負(fù)載的單相橋式半控整流電路，其中一只晶閘管被燒斷，如圖 322（a）所示。試畫出輸出電壓波形以及未燒斷的晶閘管兩端電壓波形，并求出整流輸出電壓的表達(dá)式。圖 322 例311 圖 解 一只晶閘管被燒斷，整流輸出的波形及未燒斷的晶閘管兩端電壓波形如圖322（b）所示。從波形圖看，晶閘管VT在正向電壓作用下，在某時刻觸發(fā)其門極，則VT導(dǎo)通，在電源電壓過零時關(guān)斷，在電源的負(fù)半周整個電路不通，當(dāng)晶閘管再一次承受正向電壓并被觸發(fā)導(dǎo)通時，才有輸出電壓，由此分析，波形為單相半波可控整流電路，其輸出電壓為例 3.12 如圖323所示，整流電路供反電動勢負(fù)載，電抗器足夠大，電源電壓為220V，負(fù)載電流

14、為50A，試計算晶閘管、續(xù)流二極管的電流平均值、有效值。若電樞回路電阻為0.2，求電動機的反電動勢。圖323 例 3.12 圖解 反電動勢負(fù)載接大電感，整流電路輸出電流的波形可視作一水平直線。例313 單相全控橋（見圖326），反電動勢阻感負(fù)載， ，當(dāng)時，求，和的數(shù)值。圖326 例313 圖解 則 ， 由 得 例314 在電阻性負(fù)載三相半波可控整流電路中，如果窄脈沖出現(xiàn)過早，即在移到自然換相之前，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？畫出負(fù)載側(cè)波形。解 如圖3-27 所示，當(dāng)觸發(fā)脈沖觸發(fā)a相晶閘管，則a相晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)觸發(fā)b相晶閘管時，由于a相電壓高于b相電壓，a相晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，b相晶閘管因承受反壓而不導(dǎo)通。過了

15、自然換相點后，盡管b相電壓高于a相電壓，但b相晶閘管的觸發(fā)脈沖已消失，所以b相晶閘管仍不導(dǎo)通。a相晶閘管導(dǎo)通到過零點結(jié)束。接著導(dǎo)通的是c相晶閘管。由此可以看出，由于晶閘管間隔導(dǎo)通而出現(xiàn)了輸出波形相序混亂現(xiàn)象，這是不允許的。圖3-27例3 .14波形圖例315 在三相半波整流電路如圖328（a）所示，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出時，在純電阻性負(fù)載和大電感性負(fù)載下的整流電壓波形和晶閘管VT2兩端電壓波形。解 VT1管無觸發(fā)脈沖，純電阻性負(fù)載波形及VT2晶閘管兩端波形如圖328(b)所示，由圖可以看出，0 區(qū)間，VT3導(dǎo)通，所以VT2承受反壓，區(qū)間，無晶閘管導(dǎo)通， VT2承受相電壓，區(qū)間，晶閘管V

16、T2導(dǎo)通，VT2兩端電壓為零，區(qū)間無晶閘管導(dǎo)通，為相電壓，在區(qū)間，VT3又導(dǎo)通，為線電壓，如果循環(huán)下去。當(dāng)負(fù)載為大電感性時，則輸出電壓波形及的波形如圖328（c）所示，當(dāng)VT2 導(dǎo)通時，=0，當(dāng)VT3導(dǎo)通時，在t1,t2區(qū)間，VT2、 VT3均截止，此時。（a）電路圖(b)純阻性負(fù)載波形圖 (c)大電感負(fù)載波形圖圖328 例 3.15 圖例316三相半波整流電路，三只晶閘管都不觸發(fā)時，晶閘管兩端電壓波形是怎樣的？解 三相半波整流電路當(dāng)三只晶閘管都不觸發(fā)時，無輸出電流。晶閘管陰極與零線等電位，所以晶閘管兩端電壓波形為該相交流電壓波形。例317 三相半波整流電路，阻感負(fù)載，欲借調(diào)節(jié)達(dá)到維持為恒值，

17、已知，附加直流端電壓降，供電電壓經(jīng)常在11.15額定范圍內(nèi)變化，求：（1）和變化范圍。（2）變壓器容量。（3）變壓器二次側(cè)功率因數(shù)。解 （1） 又 所以 為可靠換相取，當(dāng)時 此為U2的最小值。當(dāng)U2max=1.15U2=564.04V時，它對應(yīng)的控制角為最大。則 故所求為513V，變化范圍是。（2）要求變壓器的容量，首先必須求出變壓器一次和二次側(cè)電流有效值，如圖330所示為,波形。 圖330 例317 波形圖因為變壓器二次側(cè)電流的直流分量不可能感應(yīng)到原邊，所以波形如圖330（b）所示kV·AkV·A kV·A(3)求變壓器二次側(cè)功率因數(shù)有功功率 例318 試分析如

18、圖331（a）所示三相全控橋式整流電路故障時的波形。（1）熔斷器1FU熔斷。（2）熔斷器2FU熔斷。（3）熔斷器2FU、3FU熔斷。解 （1）熔斷器1FU熔斷時ud的波形如圖331（b）陰影部分所示。凡與U相相關(guān)的電壓均無輸出，如線電壓、。（2）熔斷器2FU熔斷時ud的波形如圖3-31（c）陰影部分所示.。V字頭線電壓無輸出，如線電壓、。圖331 例 3.18 圖（3）熔斷器2FU、3FU熔斷時ud的波形如圖3-31（d）陰影部分所示.。凡V，W字頭線電壓均無輸出，例如線電壓，。例319 三相全控橋式整流電路，當(dāng)一只晶閘管短路時，電路會發(fā)生什么情況？答 在三相橋式電路中，若一只晶閘管發(fā)生短路，

19、例如共陰極組中一只管子短路，則其余共陰極組中任意一只晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，都要引起電源線電壓短路，使管子連續(xù)燒壞，嚴(yán)重時，還會損壞輸入變壓器。所以要求每只晶閘管橋路中應(yīng)串接快速熔斷器，以保護(hù)晶閘管及整個電路。例320三相半波可控整流如圖3-32（a）所示，負(fù)載為大電感負(fù)載，如果U相晶閘管脈沖丟失，試畫出時的波形。圖332 例 3.20 圖解 時的波形圖如圖3-32（b）陰影部分所示例321 三相全控橋式整流電路中，變壓器二次側(cè)能否接成三角形？解 能接成三角形。例322 三相可控整流，時，U相晶閘管的觸發(fā)脈沖在線電壓的波形上是多少度？解 因為，觸發(fā)脈沖在相電壓波形上是90°，而線電壓超前

20、為30°，所以，觸發(fā)脈沖在線電壓位置是120°。例323 一般三相可控整流裝置中，如果電源三相進(jìn)線相序接反，會產(chǎn)生什么問題？解 如果電源三相進(jìn)線相序接反，會出現(xiàn)缺相或亂相。所謂亂相是該導(dǎo)通的晶閘管不導(dǎo)通，不該導(dǎo)通的晶閘管導(dǎo)通了。在單寬脈沖和雙脈沖觸發(fā)的三相橋式電路中，原來調(diào)整好的移相范圍會前移60°，使系統(tǒng)不能正常工作，所以晶閘管裝置的進(jìn)線相序必須符合規(guī)定。例324 三相半波可控整流電路，負(fù)載端電感足夠大，畫出時晶閘管VT1兩端電壓波形，從波形上看晶閘管承受的最大正反向電壓為多少？解 圖3-33為晶閘管VT1所承受的電壓波形。從波形上看，晶閘管正反向最大電壓為線電

21、壓峰值，即。圖3-33例3 .24波形圖例325 三相半波可控整流電路，電阻性負(fù)載，畫出時，晶閘管VT1兩端電壓波形，從波形上看晶閘管承受的最大正反向電壓為多少？解 圖3-34位晶閘管VT1所承受的電壓波形。當(dāng)時，晶閘管所承受的最大正向電壓為，承受反向最大電壓為。圖3-34 例3 .25波形圖例326 三相半波整流電路，且電感性負(fù)載，由于電感不夠大，只能使晶閘管陽極電壓過零后，再維持導(dǎo)通30°。（1）畫出波形。（2）列出電壓平均值的計算公式。（3）畫出晶閘管VT1兩端電壓波形。圖3-36 例3 .26波形圖解 （1）圖3-36（a）陰影部分為波形。（2）輸出電壓為（3）晶閘管VT1兩

22、端電壓波形如圖3-36（b）陰影部分所示。VT1 ，VT2 及VT3均不導(dǎo)通時，VT1管承受U相相電壓；當(dāng)VT2或VT3導(dǎo)通時，VT1管承受線電壓。例327 三相半波可控整流，大電感負(fù)載，輸出電流恒定，換相重疊角，控制角。（1）求整流輸出電壓。（2）畫出整流輸出電壓的波形。（3）畫出晶閘管VT1兩端電壓波形。圖3-37例3 .27波形圖解 （1） 若，則（2）整流輸出的波形如圖3-37（a）陰影部分所示。（3）晶閘管VT1兩端電壓波形如圖3-37（b）陰影部分所示。例328 某廠自制晶閘管電鍍電源，調(diào)壓范圍為215V。在9V以上最大輸出電流均可達(dá)130A，主電路采用三相半波可控整流電路。（1）

23、試計算整流變壓器二次電壓。（2）試計算9V時的延遲角。（3）選擇晶閘管的型號。（4）計算變壓器二次側(cè)容量。解 （1）不考慮控制角裕量時，有， （2）當(dāng)時，有 所以對應(yīng)的控制角，此時應(yīng)為 因，故 （3）對于三相半波可控整流電路純電阻負(fù)載，在輸出電流平均值不變的情況下。愈大，流經(jīng)晶閘管的電流有效值也越大，因此在計算值時，應(yīng)考慮時的工作狀態(tài)。， 考慮電壓、電流裕量，可選KP100-1晶閘管。（4） ， kV·A例329 若在維修中觀察輸出電壓波形如圖3-38（b）所示，試判斷三相半控橋式電路中哪只器件有故障，并指出此時等于多少度？圖338 例329 圖解 由圖3-38可知，是VT3管子觸發(fā)

24、脈沖消失，或VT3管子內(nèi)部斷路。此時，延遲角。例330 已知三相橋式全控整流的變壓器二次相電壓，折算到變壓器二次側(cè)每相漏感電感，電阻，求：電路輸出最高電壓，最大電流。解 （1） （2）代入數(shù)值后解得 例331 圖3-39 所示的三相全控橋式整流電路，晶閘管VT1 ，VT3 ，VT5以延遲角觸發(fā)；晶閘管VT4 ，VT6 ，VT2以延遲角觸發(fā)，試就下列幾種情況計算整流輸出電壓的平均值。（1） ，；（2） ，；（3） ，。圖339 例331 圖解 設(shè)相電壓有效值為，線電壓有效值為，則當(dāng)時，有 當(dāng)，時，有 當(dāng)，時，有例332 三相全控橋整流電路，求：（1）確定變壓器二次電壓。（2）選擇晶閘管電壓等級。

25、解 （1） ， （2） （23）482723V應(yīng)選額定電壓大于500V的晶閘管。例333 現(xiàn)有單相橋式、單相雙半波、三相半波三種電路，純阻性負(fù)載，且負(fù)載電流都是50A，問串在晶閘管中的熔斷器電流是否一樣大？為什么？解 選擇熔斷器，考慮時的情況，因為此時流過熔斷器電流最大。單相橋式可控整流電路，流過熔斷器電流為雙正弦半波，如圖342（a）所示，所以，熔斷器按有效值80A選擇。圖342 例333 圖單相雙半波可控整流電路，流過熔斷器電流為正弦半波，如圖3-42（b）所示，所以，則熔斷器按40A選擇。三相半波可控整流時，流過熔斷器電流波形如圖3-42（c）所示，該電流有效值為又因為 所以 熔斷器按3

26、0A選擇。例334 三相半波可控整流電路，阻感性負(fù)載，變壓器原端線電壓為380V，欲調(diào)節(jié)達(dá)到輸出電流為恒值，已知變壓器漏抗，附加直流端電壓降，供電電壓存在±10%額定電壓波動，求：（1）變壓器二次側(cè)電壓；（2）控制角的變化范圍；（3）變壓器容量及二次側(cè)功率因數(shù)。 圖343 例 3.34 圖解 （1）由變壓器漏抗引起的輸出電壓的壓降為 設(shè) 則 又 由以上兩式得 為可靠換相，一般取。則 此值為的最小值。又由已知供電電壓存在±10%的波動，所以變壓器二次側(cè)額定電壓為 變壓器二次側(cè)額定電壓最大值，此時對應(yīng)控制角為最大值，則 所以所求 的變化范圍為30°44.88°

27、;。（2）匝比 變壓器二次側(cè)電流有效值為 變壓器二次側(cè)電流平均值為 因為變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，它是不能感應(yīng)到變壓器原邊的，只有的交流分量才能感應(yīng)到變壓器原邊。由圖2-43（b）可得有效值為則變壓器一次側(cè)電流有效值為變壓器二次側(cè)容量為 kVAkVA則變壓器容量為 kVA變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為kW變壓器二次側(cè)功率因數(shù)為 說明 視在功率只是電壓和電流有效值的乘積，它并不能準(zhǔn)確反映能量交換和消耗的程度，在一般電路中，特別是在非正弦電路中，視在功率并不遵守能量守恒定律。此題中變壓器繞組中的電流為方波，含有大量的諧波分量，特別是變壓器的二次側(cè)繞組還含有直流分量，所以。例335 畫出單相半波

28、可控整流電路，在時，如下五種情況的和的波形。（1）電阻性負(fù)載。（2）大電感負(fù)載不接續(xù)流二極管。（3）大電感負(fù)載接續(xù)流二極管。（4）反電動勢負(fù)載不串入平波電抗器。（5）反電動勢負(fù)載串入平波電抗器，又接續(xù)流二極管，但負(fù)載電流仍然無法連續(xù)。解 （1）電阻性負(fù)載，純電阻負(fù)載時，和的波形如圖3-44所示。圖344 純電阻負(fù)載原理圖及波形圖（2）電感性負(fù)載接續(xù)流二極管，因為是大電感性負(fù)載，所以可以認(rèn)為流經(jīng)電感的電流波形是一條水平直線，和的波形如圖3-45所示。圖3-45（3）大電感負(fù)載不接續(xù)流二極管。雖然負(fù)載電感很大，但也是一無源器件，所以當(dāng)時，晶閘管T的最大導(dǎo)通角也就是180°，此時平均值為零

29、。根據(jù)電感的特性，流經(jīng)電感的電流緩慢變化，不可能突變，且此電路中，具體波形如圖3-46所示。圖346（4）反電動勢負(fù)載不串入平波電抗器。由于負(fù)載中接有反電動勢負(fù)載，在分析晶閘管導(dǎo)通、截止時應(yīng)將反電勢E考慮進(jìn)去，且T的導(dǎo)通角，此題中，則肯定。當(dāng)T導(dǎo)通時，。當(dāng)T截止時，。波形如圖3-47所示。圖3-47（5）反電動勢負(fù)載，串入平波電抗器，接續(xù)流二極管，電流不連續(xù)。所求波形圖如圖2-48所示。承受電壓；1） 當(dāng)T導(dǎo)通時，2） 當(dāng)T截止且導(dǎo)通時，有 當(dāng)，T均截止時，有圖2-48例336 單相半控橋整流電路中續(xù)流二極管作用是什么？何種情況下，流過續(xù)流二極管的電流平均值大于流過晶閘管電流的平均值？答 （1

30、）單相半控橋整流電路，其續(xù)流二極管的作用如下；1）可以避免發(fā)生一個晶閘管直通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的失控現(xiàn)象發(fā)生。2）可以避免輸出直流電壓過低，甚至接近為零。（2）根據(jù)公式，當(dāng)電感很大時，流經(jīng)晶閘管和續(xù)流二極管的電流平均值分別為， 式中，為整流電路輸出平均電流。由上式可以得出：當(dāng)時，。例337 單相半控橋電路對恒溫電路供電，已知電爐的電阻為，直接由220V交流電網(wǎng)輸入，試選擇晶閘管型號及求電爐功率為多少？解 （1）選擇晶閘管參數(shù)，應(yīng)考慮最嚴(yán)重的工作狀態(tài)，當(dāng)時，流過晶閘管電流最大，此時，也最大。（1）晶閘管電流通態(tài)平均電流為（2）晶閘管承受最大電壓值為 （3）電爐功率為 則 例338 三相半波可控

31、整流電路如圖3-51（a）所示，負(fù)載為電動機，串入足夠大的平波電抗器，與續(xù)流二極管并聯(lián)，電動機負(fù)載為40A，電樞回路總電阻為0.2，求：當(dāng)時，流過晶閘管與續(xù)流管的電流平均值、有效值以及電動機反電動勢各為多少？并畫出電壓、電流波形。解 由于負(fù)載反并聯(lián)二極管，所以整流輸出電壓波形如圖3-47（b）所示，此時， 圖351 例338 圖求流過晶閘管VT1電流平均值流過晶閘管VT1電流有效值為 流過續(xù)流二極管VDR電流平均值為 流過續(xù)流二極管VDR電流有效值為 設(shè)電動機的反電動勢為，則由回路方程，得 例339 三相全控橋整流電路大電感負(fù)載，求時，和值，并畫出電壓電流波形。解 輸出電壓平均值輸出電流平均值

32、為電源電流有效值為 晶閘管電流有效值為 所求電壓電流波形如圖3-52所示。圖352 例339 圖1.1 典型題解析例61 如圖6 -2 所示，若直流側(cè)經(jīng)電抗器接的是電阻負(fù)載，則時，電路的工作情況如何？直流側(cè)的平均電壓有可能出現(xiàn)負(fù)值嗎？晶閘管導(dǎo)通角可能達(dá)到嗎？圖6 -2 例61的圖解：波形的正半部分總是要大于負(fù)半部分，隨著電抗器電感的增加，兩部分的面積越來越接近，平均電壓不可能出現(xiàn)負(fù)值，當(dāng)電抗器電感足夠大時，極限值為零。晶閘管導(dǎo)通角以為理想極限值，一般要小一些。例62 接反電動勢的橋式可控整流電路在什么情況下工作在以下狀態(tài)：（1）整流與待整流；（2）逆變與待逆變。解 （1）整流與待整流?？刂平窃?/p>

33、整流工作區(qū)，即，晶閘管橋路起可控整流作用，將交流能量轉(zhuǎn)化為直流能量供給負(fù)載，這種狀態(tài)稱為整流。由于直流輸出端存在反電動勢，當(dāng)其幅值大于直流輸出電壓，即時，整流輸出電流，電路無法實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，此狀態(tài)稱為待整流狀態(tài)，一旦，橋路立即進(jìn)入整流狀態(tài)。（2）逆變與待逆變。當(dāng)控制角在逆變工作區(qū)，即或時，且反電動勢的幅值大于，則可控橋路將直流能量反饋回交流電網(wǎng)，此為逆變狀態(tài)。但若反電動勢的幅值小于，則輸出電流，橋路無法實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，此時橋路稱為待逆變狀態(tài)。例63 無源逆變電路中電壓型逆變器與電流型逆變器各有何特點？解 電壓型逆變器的特點為（1）直流側(cè)并接大電容濾波，保證以近似電壓源對逆變器供電。（2）輸出電壓

34、為方波，電流側(cè)為負(fù)載參數(shù)決定的RL充放電形式的波形。（3）當(dāng)開關(guān)換流時，為了給儲存于L中的能量提供通路，每個逆變開關(guān)器件都應(yīng)反并聯(lián)二極管，使能量向直流側(cè)反饋。（4）為避免上、下橋臂同時開通造成短路，它們的控制信號必須互差180°，考慮到開關(guān)器件開關(guān)時間，應(yīng)留有適當(dāng)死區(qū)時間。電流型逆變器的特點為（1）直流側(cè)串接大電感濾波，以獲得近似理想的電流源。（2）各逆變開關(guān)直接改變直流電流極性，因此逆變器輸出電流是矩形波，與負(fù)載參數(shù)和性質(zhì)無關(guān)。但輸出電壓波形與負(fù)載有關(guān)。（3）直流側(cè)提供電流源，電流不能反向，因此不需要為逆變開關(guān)反并聯(lián)二極管。但為了吸收換流時負(fù)載電感中的貯能，應(yīng)在輸出端設(shè)吸收電容。（

35、4）直流側(cè)提供無脈動的直流電流，但輸入到逆變器的電壓是脈動的。例64 下列各種變流裝置中，能實現(xiàn)有源逆變電路的，在括號中畫“”,不能的畫“×”。（1）單相雙半波可控整流電路。（）（2）接續(xù)流二極管的單相雙半波可控整流電路。（×）（3）單相全控橋式整流電路。（）（4）單相半控橋式整流電路。（×）（5）三相半波可控整流電路。（）（6）帶續(xù)流二極管的三相半波可控整流電路。（×）（7）三相橋式全控整流電路。（）例65 在圖6-3（a）中標(biāo)明，及方向，并指出與的大小關(guān)系，當(dāng)和最小值均為30°時，的取值范圍為多少？圖6 -3 例65的電路圖解 圖6-3（a

36、）是整流電動機狀態(tài)。，及方向已標(biāo)在圖6-3（a）中，且；圖6-3（b）是逆變發(fā)電機狀態(tài)。，及方向已標(biāo)在圖6-3（b）中，且。當(dāng)，三相可控電路時，則的取值范圍是30°105°，即移相范圍要求120°。例66 圖6-4（a）電路工作在逆變狀態(tài)，某晶閘管兩端電壓波形如圖6-4（b）所示，試指出這是第幾只晶閘管兩端的電壓波形？，為何值？解 從圖6-4（b）的波形可以看出，且圖中波形為晶閘管VT2兩端的電壓波形。圖6 -4 例66的圖例67 上題中，由于某種原因，VT2管的觸發(fā)脈沖丟失，電路會出現(xiàn)什么情況？試畫出負(fù)載端電壓波形并進(jìn)行分析。圖6 -5 例67的圖解 t2時刻，

37、 脈沖丟失，晶閘管VT2無法導(dǎo)通，VT1因承受正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)通，無法關(guān)斷，所示電壓沿著變化。t3時刻，VT3管觸發(fā)，但由于t3時刻，VT3無法導(dǎo)通，仍為VT1導(dǎo)通，所以是沿著變化。t4時刻，對已導(dǎo)通的VT1管不起作用，直至t5時刻才從U相換到V相，所以丟失一個脈沖的波形如圖6-5所示。從上面的分析可知，電壓由負(fù)變正，使與反電動勢順極性串聯(lián)，而且回路的總有效電阻又很小，容易引起晶閘管的過電流而燒壞管子，因此電路工作在逆變狀態(tài)下不允許丟失脈沖。例68 直接由三相交流電網(wǎng)供電的卷揚機負(fù)載調(diào)速電路，如圖6-6（a）所示。在重物下降時，當(dāng)時能實現(xiàn)有源逆變，試求：（1）電動機處于什么工作狀態(tài)？晶閘管電路

38、處于什么工作狀態(tài)？流過電樞的電流是多少？（2）畫出與波形，如果不計變壓器漏抗，并假定電感足夠大，標(biāo)出，和。(3)若使電路逆變角突然增大，電動機轉(zhuǎn)速如何變化？說明變化過程。圖6 -6 例68的圖 解（1）電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)，晶閘管電路處于有源逆變工作狀態(tài)，電樞電流為（2），及，和波形如圖3-6（b）所示。（3）逆變角突然增大時，也下降，而電動機因機械慣性轉(zhuǎn)速來不及改變，所以反電動勢不變，則流過電動機電流增大，電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)的電磁轉(zhuǎn)矩增大，所以引起電動機轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速n下降到一定值時，即反電動勢達(dá)到一定值時，使恢復(fù)到原值，重新使電動機軸上轉(zhuǎn)矩平衡，電動機以較低的轉(zhuǎn)速使重物恒速下降。

39、例69 在單相橋式全控整流電路中，若，當(dāng)時，能否實現(xiàn)有源逆變？為什么？畫出這時的電流電壓波形圖。圖6 -7 例69的波形圖解 所以無法實現(xiàn)有源逆變。波形如圖6-7所示。例610 在單相橋式全控整流電路中，若，當(dāng)時，能否實現(xiàn)有源逆變？求這時電動機的制動電流多大？并畫出這時的電壓、電流波形圖。解 因為 ，所以電路可以實現(xiàn)有源逆變。制動電流電壓、電流波形圖如圖6-8所示。圖6 -8 例610 的圖例611 三相半波可控整流電路，足夠大，能使電流連續(xù)，試問：時，為何值？如若，問這時電流多大？為什么？解 三相半波可控整流電路中 所以 當(dāng)時，有 由于 ，所以，電路不能工作在有源逆變狀態(tài)，而是一種待逆變狀態(tài)

40、。例612 單相雙半波電路，反電動勢阻感性負(fù)載工作在逆變狀態(tài)，已知，此時。（1）求逆變角。（2）求換相重疊角。（3）作出，和曲線。圖6 -9 例612的圖解 （1）求逆變角逆變輸出電壓為 由變壓器引起的壓降為 式中，m=2,則 又由 得 則 評注 變壓器漏抗對逆變電路的影響是使其輸出電壓幅值升高，所以此處前為“+”號。（2）求換相重疊角由公式 得 而 則 （3），和的波形如圖6 9所示。例613 單相全控橋反電動勢阻感性負(fù)載， ，當(dāng) ，時，求，和的值。解 （1）求， 而 則 又 由以上兩式得 （2）由公式 式中 則 例614 三相半波變流器，反電動勢阻感性負(fù)載， ，當(dāng) ，時，求，和的值，并作出

41、，的曲線。解 （1）求， 式中 則 又 由以上兩式得 （2）求由 式中 則 （3）圖6 -10 例614的圖例615 三相全控橋變流器，反電動勢阻感性負(fù)載， ，當(dāng) ，時，求：（1），和的值。（2）求送回電網(wǎng)的平均功率是多少？解 （1）求， 則 （2）求 （3）解法1 解法2 回路中電感及變壓器漏抗不吸收有功功率，而所求平均功率即為有功功率，所以以上兩種解法結(jié)果完全一致。例616 無源逆變器負(fù)載性質(zhì)對逆變器工作方式有何影響？解 根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及參數(shù)的不同，逆變器中開關(guān)管換流方式不同。一般逆變器負(fù)載為RLC的二階電路，根據(jù)參數(shù)的不同，電路呈現(xiàn)為振蕩和二階慣性。設(shè)負(fù)載電路阻尼系數(shù)，諧振頻率，當(dāng)時，負(fù)載

42、為欠阻尼震蕩，逆變器可采用負(fù)載換向，但為保證可靠換流，其負(fù)載必須呈容性。當(dāng)時，負(fù)載為臨界阻尼或過阻尼，表現(xiàn)為二階慣性，逆變器必須采用強迫換流或硬開關(guān)方式。當(dāng)負(fù)載中L=0，C=0或純阻性，逆變器也必須采用硬開關(guān)或強迫換流。需要說明的是：只有負(fù)載換流逆變器可使用晶閘管，其他形式的逆變器均采用全控型開關(guān)器件。例617（1）單極性和雙極性PWM逆變器有何區(qū)別？（2）調(diào)制比和載波比對PWM逆變器運行有何影響？如何選擇？圖6 -11 例617的圖解（1）單極性PWM逆變器是指逆變器輸出的半個周期中，被調(diào)制成的脈沖輸出電壓只有一種極性，正半周為+Ud和零，負(fù)半周為-Ud和零，如圖611（a）所示。雙極性PW

43、M逆變器是指逆變器輸出的每半個周期都被調(diào)制成在±Ud之間變化的等幅不等寬脈沖列，如圖611（b）所示。在近似相同的載波比條件下，單極型逆變器比雙極型逆變器運行有更好的諧波仰制效果。圖為單極性運行輸出電壓躍變幅度為Ud，而雙極性為2Ud，因此單極性諧波幅值較小，輸入電流中的紋波也比較小。（2）調(diào)制比的變化可連續(xù)改變逆變器輸出的基波幅值，但在同一載波比的條件下，調(diào)制比增加，使得逆變器調(diào)節(jié)的線性度變差，且低次諧波幅值增加。（3）載波比越高，逆變器輸出的頻率中所含最低次諧波的次數(shù)越高，這樣越容易濾除，基波幅值調(diào)節(jié)線性度越好，頻率調(diào)節(jié)范圍也越寬。但調(diào)制比越高，開關(guān)器件的工作頻率也相應(yīng)提高，使開

44、關(guān)損耗增加，效率降低，嚴(yán)重時將影響裝置的可靠運行。（4）在工程設(shè)計中，一般將調(diào)制比設(shè)計在0.8左右。至于載波比，則根據(jù)所選中的開關(guān)器件的型號及電路的實際要求定。應(yīng)保證逆變器的效率在85%以上。例618 簡述獲得SPWM波形的基本方法。解 理論上講，在給出了正弦波幅值、頻率，并按系統(tǒng)要求選定每半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，每個SPWM波中的脈沖寬度和間隔可明確地計算出來。但是實際的逆變器控制電路中，實時地在線計算每個脈沖間隔和寬度十分困難，特別是輸出正弦波的幅值和頻率變化時更不適用。目前采用方法三種：硬件生成法、微機控制法和專用芯片法。圖6 -14 例618的圖（1）硬件生成法：把期望的波形作為調(diào)制信號

45、對載波信號（一般選用三角波）進(jìn)行比較來獲得所需要的SPWM波。如圖614所示。改變載波信號的頻率就可改變逆變器開關(guān)管的工作頻率，改變調(diào)制波的幅值就可調(diào)節(jié)逆變器的幅值，改變的頻率就可改變逆變器的輸出頻率。（2）采用微機控制生成SPWM控制波：利用微機計算出調(diào)制波與載波的交點時刻，以此作為逆變開關(guān)管的開關(guān)時刻，從而實現(xiàn)SPWM控制。微機執(zhí)行程序要花時間，為了簡化程序，提高運算速度，常運用查表法求取相應(yīng)值。（3）專用芯片生成：專用芯片生成SPWM波相比前兩種電路簡單、實時性好，這種芯片一般都與微機接口，受微機控制，通過軟件很方便就可以改變SPWM的參數(shù)，且可靠性較高。目前使用的芯片如SA828系列已

46、廣泛運用于各種逆變電路中。例619 橋式逆變電路如圖616（a）所示，逆變器輸出電壓為一方波，如圖616（b）所示，已知，逆變器頻率，負(fù)載，。求：（1）輸出電壓基波分量；（2）輸出電流基波分量；（3）輸出電流有效值；（4）輸出功率。 圖6 -16 例619的圖解 （1）對圖316（b）中展開成傅立葉級數(shù)為其中基波分量為基波分量有效值為（2）基波阻抗為則所求輸出電流的基波分量為(3) ,9次以上的諧波電流因幅值太小忽略不計，故（4）輸出功率為 說明 從電流基波分量有效值與電流有效值比較可見，在電感較大時，二者近似相等，可用基波分量近似代替輸出電流。1.2 典型題解析例71 試分析降壓、升壓、升降

47、壓及庫克變換器的特點。 解 4種DCDC變換器中前3種是用電感作為傳送能量的元件，最后一種是用電容作為傳送能量的元件。 降壓變換器的特點：(1) 如圖71所示，V0是V1在個周期內(nèi)的平均值。V0時有時無，而V1則是平直的。因此變換器可以看成是一個有低通濾波器的電壓斬波器。 (2) 變換器的輸入電流is是脈動的，與變換器的工作狀態(tài)無關(guān)。 升壓變換器的特點： (1)如圖7-2所示，在連續(xù)工作狀態(tài)下，變換器輸出電壓與輸入電壓是非線性關(guān)系。 (2)在連續(xù)工作狀態(tài)下，輸入電流不是脈動的，紋波電流隨L的增加而減小。 升降壓變換器的特點： (1)如圖7-3所示，電壓增益隨占空比D變化，可以降壓，也可以升壓，

48、這是其主要優(yōu)點。 (2)輸入電流，輸出電流都是脈動的，為此須加濾波器平波其應(yīng)用電路稍顯復(fù)雜。例73 降壓式變換器電路如圖7-9所示。輸入電壓為27 V±l0，輸出電壓為15 V，最大輸出功率為120W，最小功率為10 W。晶體管導(dǎo)通飽和電阻Rsat=02 歐，輕載時關(guān)斷時間為5s，忽略開通時間，若工作頻率為30kHz。 (1)求占空比變化范圍；圖7-9 例7.3圖(2)保證整個工作范圍電感電流連續(xù)時電感值； (3) 當(dāng)輸出紋波電壓為U0=100mV時, 求濾波電容值；(4) 如去電感臨界連續(xù)電流為4A，求電感量, 并求在最小輸出功率時的占空比.(5) 如線圈電阻為0.2歐, 在最低輸

49、出電壓最大輸出功率時, 求最大占空比和效率。解 （1）變換器輸出電壓為 U0=DUi (2) 臨界電感為 （3）由公式，得 式中，D取最小值0.505，則（4）由公式當(dāng)電感取值為0.031mHz時。若輸出功率只有10W，此時變換器工作在斷續(xù)狀態(tài)，有如下關(guān)系令 式中 當(dāng)Ui=24.3V時，M取最大值所求空占比 （5）設(shè)電路工作在連續(xù)狀態(tài)，此時根據(jù)有功功率恒定的原理得 則 由此得 Ii=5025A則 例74 升壓式DCDC變換器如圖7-10所示, 輸入電壓為27V±10%, 輸出電壓為45V, 輸出功率為750W,效率為95%, 若等效電阻為R=0.05歐.(1) 求最大的占空比(2) 如要求輸出60V是否可能?為什么?圖7-10 例4.4圖解 輸入電流的平均值為設(shè)Ii 為理想的常值，則當(dāng)Ui取最小值時，D為最大值（2）如果要求輸出電壓60V，此時占空比D為理論上說明此電路是可以輸出60V電壓的。例75 已知如圖7-13所示的DCDC變換器, 如要求輸出電壓為24V, 負(fù)載電阻為R=0.4歐, 晶體管和二極管通態(tài)壓降