《电力电子技术》习题解答.

1、电力电子技术习题解答第2章思考题与习题2.1晶闸管的导通条件是什么 ？导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触 发电压和电流（或脉冲）。导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压Ua决定。2.2晶闸管的关断条件是什么 ？如何实现？晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么 决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流Ia减小，Ia下降到维持电流Ih以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶 闸管的关断，其两端电压大小由电源电压

2、Ua决定。2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、 正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电 压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维 持电流Ih会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：（1） lg=O,阳极电压升高至相当高的数值；（1）阳极电压上升率 du/dt过高；（3）结温过高。2.5请简述晶闸管的关断时间定义。答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导

3、晶闸管、光控晶闸管等。2.7请简述光控晶闸管的有关特征。答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管 电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。2.8型号为KP100-3，维持电流lH=4mA的晶闸管，使用在图题 2.8所示电路中是否合理，为什么？(暂不考虑电压电流裕量)图题2.8答：(a)因为|人二00V二2mA ： I H，所以不合理。5OK0200V(b) I a20A, KP100的电流额定值为100A，裕量达5倍，太大了。10门150V(c) I a150A，大于额定值，所以不合理。102.9图题2.9中实线部分

4、表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为Im,试计算各图的电流平均值电流有效值和波形系数。r /rrc.Jiji3/f 一n/3n2ir7n/3亦 0r s-v/3n2ii 7tt/3u)/flofl k/42tt 9n/4图题2 9解：图(a):, 1I T(AV)=-2-Imsin td( t)=“I兀2I(Imsin t) d( t)= m) 2如亠=1.57I T(AV)图(b):1兀2It(av)=I msin -td f t) = I mn 10兀图(c):图(d):图(e):1 二2I m0 (ImSint) d(.t)=；Kf=匚=1.11I T(AV),1尹3it(av)= I

5、 m sin td ( t) = IIt=(n(I m sin C0t)2d(C0t) = Im.3I TKf=一=1.26I T(AV)It(AV)= -1-1 mSin，td(7)= 3 Im-V4兀3：o.63lm8 二7 尸 t)2d( t) = I 10外ItKf=1.78I T(AV)1 丑IIT(AV)=04 I md( t)=-2兀082I mmd(t)=2如上=2.831 T(AV)图(f):, 1It(av)= - o2丑I2Imd( t)=严4lT=j幻2仁（祖）=Lm2Kf=ItI T(AV)2.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流

6、分别是多少解：按有效值相等原则，晶闸管流过有效值为1.57X 100=157A(a)图波形系数为1.57，则有:1.57 It(av)=1.57100A ,It(av) = 100 A(b)图波形系数为1.11,则有:1.11 It(av)=1.57100A ,It(av)=141.4A(c)图波形系数为1.26，则有:1.261 T(AV)=1.57100A ,It(av)=124.6A(d)图波形系数为1.78，则有:1.78 It(av)=1.57100A ,It(av)=88.2A(e)图波形系数为2.83，则有:2.831 T(AV)=1.57100A,It(av)=55.5A(f)

7、图波形系数为2,则有:21 T(AV)=1.57100A ,It(av)=78.5A2.11某晶闸管型号规格为 KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?解：KP代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A , 8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V，D代表通态平均压降为 0.6V UT :：: 0.7V。2.12 如閤題2.12所示，试画出负载Rd上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。解：其波形如下图所示:2.13在图题2.13中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号(触发电压为脉冲)图题2.13解：由题意可得晶闸管导通时的回路方程：LdiA RiA 二 E dt的宽

8、度最小应为多少微秒(设晶闸管的擎住电流I L=15mA) ?L=1RE 一可解得 iA (1 -e )，R要维持晶闸管导通，iA(t)必须在擎住电流Il以上，即50 tQ(1 e 丄)_15 10”0.5t -150 10“ =150s ,所以脉冲宽度必须大于150卩s。2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题2.14所示，交流电源电压有效值为220V。(1) 考虑安全裕量，应如何选取晶闸管的额定电压？(2) 若当电流的波形系数为Kf=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考虑晶闸管的安全裕量，应如何选择晶闸管的额定电流？T-200 V图题2.14解：(1)考虑安全裕量，取实

9、际工作电压的 2倍Ut=220 2- 2 : 622V, 取 600V(2)因为Kf=2.22,取两倍的裕量，则:2It(av) 2.22 100A得:It(av)=111(A)取 100A。2.15什么叫GTR的一次击穿？什么叫GTR的二次击穿？答：处于工作状态的 GTR，当其集电极反偏电压 Uce渐增大电压定额 BUceo时，集电极电流Ic 急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。发生一次击穿时，如果继续增大Uce，又不限制Ic, Ic上升到临界值时，Uce突然下降，而Ic继续增大（负载效应），这个现象称为二次击穿。2.16怎样确定GTR的安全工作区SOA?答：

10、安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区 RBSOA正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由 GTR的最大允许集电极功耗 FCm以及二次击穿功率 Psb, I cm BUM四条限制 线所围成的区域。反偏安全工作区又称为GTR的关断安全工作区，它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCe,电流Ic限制界线所围成的区域。2.17 GTR对基极驱动电路的要求是什么？答：要求如下：（1 ）提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断，（2 ）实现主电路与控制电路隔离，（3）自动保护功能，以便

11、在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR。（4 ）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。2.18在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路？答：缓冲电路可以使 GTR在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了GTRpl.同时承受高电压、大电流。另一方面，缓冲电路也可以使GTR的集电极电压变化率 和集电极电dt流变化率di得到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏GTRdt2.19与GTR相比功率MOS管有何优缺点?答：GTR是电流型器件，功率 MOS是电压型器件，与 GTR相比，功率MOS管的工作速度快， 开关频率高，驱动功率小且驱动电路

12、简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并且输入阻抗可达几 十兆欧。但功率MOS的缺点有：电流容量低，承受反向电压小。2.20从结构上讲，功率 MOS管与VDMOS管有何区别?答：功率MOS采用水平结构，器件的源极S，栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧， 通态电阻大，性能差，硅片利用率低。VDMO睬用二次扩散形式的 P形区的N+型区在硅片表面的结深之差来形成 极短的、可精确控制的沟道长度（13Am ）、制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度咼。2.21试说明VDMOS的安全工作区。答：VDMO的安全工作区分为：（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电阻限制线，最大漏极电流限制线，最大功耗

13、限制线，最大漏源电压限制线构成。（2）开关安全工作区：由最大峰值漏极电流Icm最大漏源击穿电压 B5s最高结温Ijm所决定。（3）换向安全工作区：换向速度 Q 定时，dt由漏极正向电压 UDS和二极管的正向电流的安全运行极限值I FM决定。2.22试简述功率场效应管在应用中的注意事项。答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。2.23与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点?答：IGBT的开关速度快，其开关时间是同容量GTR的1/10, IGBT电流容量大，是同容量 MOS勺10倍；与VDMOSGTR相比，IGBT的耐压可以做得很高，最大允许电压Ucem可达45

14、00V, IGBT的最高允许结温Tjm为150C,而且IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格 VDMOS勺1/10，输入阻抗与 MOS同。2.24下表给出了 1200V和不同等级电流容量IGBT管的栅极电阻推荐值。试说明为什么随着电 流容量的增大，栅极电阻值相应减小？电流容量/A255075100150200300栅极电阻/Q502515128.253.3答：对一定值的集电极电流，栅极电阻增大栅极电路的时间常数相应增大，关断时栅压下降到 关断门限电压的时间变长，于是IGBT的关断损耗增大。因此，随着电流容量的增大，为了减小关断损耗，栅极电阻值

15、相应减小。应当注意的是，太小的栅极电阻会使关断过程电压变化加剧，在损 耗允许的情况下，栅极电阻不宜使用太小。2.25在SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT 及MCT 器件中，哪些器件可以承受反 向电压？哪些可以用作静态交流开关？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向电压。 SCR可以用作静态开关。2.26试说明有关功率 MOSFET驱动电路的特点。答：功率MOSFET驱动电路的特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频 率咼。2.27 试述静电感应晶体管 SIT 的结构特点。答： SIT 采用垂直导电结构，沟道短而宽，适合于高电压，大电流的场

16、合，其漏极电流具有负温度系数，可避免因温度升高而引起的恶性循环漏极电流通路上不存在PN结，一般不会发生热不稳定性和二次击穿现象，其安全工作区范围较宽 ,关断它需加 10V 的负栅极偏压 UGS , 使其导通，可以加 56V的正栅偏压+UGs,以降低器件的通态压降。2.28 试述静电感应晶闸管 SITH 的结构特点。答：其结构在SIT的结构上再增加一个 P+层形成了无胞结构。SITH的电导调制作用使它比 SIT 的通态电阻小，通态压降低，通态电流大，但因器件内有大量的存储电荷，其关断时间比SIT要慢，工作频率低。2.29 试述 MOS 控制晶闸管 MCT 的特点和使用范围。答：MCT具有高电压，

17、大电流，高载流密度，低通态压的特点，其通态压降只有GTR的1/3 左右，硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的，另外，MCT可承受极高的di/dt和du/dt。使得其保护电路简化，MCT的开关速度超过GTR，且开关损耗也小。2.30 缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压du/dt 或者过电流 di/dt, 减少器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路是对du/dt 抑制的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt ，减小关断损耗。开通缓冲电路是对di/

18、dt 抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt ，减小器件的开通损耗。第3 章 思考题与习题3.1 开关器件的开关损耗大小同哪些因素有关？答：开关损耗与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。3.2 试比较Buck电路和Boost电路的异同。答；相同点：Buck电路和Boost电路多以主控型电力电子器件（如GTO , GTR, VDMOS和IGBT等）作为开关器件，其开关频率高，变换效率也高。不同点：Buck电路在T关断时，只有电感 L储存的能量提供给负载，实现降压变换，且输入电 流是脉动的。而Boost电路在T处于通态时，电源Ud向电感L充电，同时电容C集结的能量提供给 负载，

19、而在 T 处于关断状态时，由 L 与电源 E 同时向负载提供能量，从而实现了升压，在连续工作状态下输入电流是连续的。3.3 试简述Buck-Boost电路同Cuk电路的异同。答：这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同，Buck-Boost电路是在关断期内电感L给滤波电容C补充能量，输出电流脉动很大，而Cuk电路中接入了传送能量的耦合电容G，若使Ci足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。3.4试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（E uck）

20、,升压斩波电路（E oost）,升降压斩波电路（Euck-B oost）和库克（C ook）斩波电路。降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流 电机的再生制动。升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤 波器的要求。3.5试分析反激式和正激式变换器的工

21、作原理。答：正激变换器：当开关管T导通时，它在高频变压器初级绕组中储存能量，同时将能量传递到次级绕组，根据变压器对应端的感应电压极性，二极管Di导通，此时 D2反向截止，把能量储存到电感L中，同时提供负载电流IO ；当开关管T截止时，变压器次级绕组中的电压极性反转过来， 使得续流二极管 D2导通（而此时Di反向截止），储存在电感中的能量继续提供电流给负载。变换器N2的输出电压为：UO 2 DU dNi反激变换器：当开关管 T导通，输入电压 Ud便加到变压器 TR初级Ni上，变压器储存能量。 根据变压器对应端的极性，可得次级N2中的感应电动势为下正上负，二极管D截止，次级N2中没有电流流过。当T

22、截止时，N2中的感应电动势极性上正下负，二极管 D导通。在T导通期间储存在 变压器中的能量便通过二极管 D向负载释放。在工作的过程中，变压器起储能电感的作用。输出电压为U。=山一ud3.6试分析全桥式变换器的工作原理。答：当Ug1和Ug4为高电平，Ug2和Ug3为低电平，开关管 和T4导通，丁2和丁3关断时，变压器 建立磁化电流并向负载传递能量；当Ug1和Ug4为低电平，Ug2和Ug3为高电平，开关管 T?和T3导通,Ti和T4关断，在此期间变压器建立反向磁化电流，也向负载传递能量，这时磁芯工作在B - H回线的另一侧。在Ti、T4导通期间(或T2和T3导通期间)，施加在初级绕组 Np上的电压

23、约等于输入电压 Ud。与半桥电路相比，初级绕组上的电压增加了一倍，而每个开关管的耐压仍为输入电压。2=+|D %IX13.7 有一开关频率为 50kHz的Buck变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH，输入电压 Ud=15V，输出电压 Uo=1OV(1) 求占空比D的大小；(2) 求电感中电流的峰-峰值 I;(3) 若允许输出电压的纹波 Uo/Uo=5%，求滤波电容 C的最小值。解: (1)Ud1015= 0.667詡L（3）因为C min3.80.05Uo(Ud -Uo)UdD(l-D) 15 0.667(1-0.660fLUdfL2U。2 (1_f -50kHz: 22 U

24、- D)(亍)20.05 2f 21 -D二 2 (1 _ D)=1333A50 103 0.05 10；1-0.6672 o3 2 = 6.66 汇 10 F = 6.66 pF0.05 8Lf 0.05 8 0.05 10(50 10 )图题3.8所示的电路工作在电感电流连续的情况下,器件T的开关频率为100kHz ,电路输入电压为交流 220V，当Rl两端的电压为 400V时:求占空比的大小;当Rl=40 Q时，求维持电感电流连续时的临界电感值;解：（1）由题意可知:U0Ud1 - DUd -U0U0400 -220400=0.45Ud(VD) =（其中I0KU00.45 0.01 10

25、* 22020(1-0.45)= 27.23H400= 10A)DTsRLCDTsUoR(_ 匚 U 00.45 1040 0.01=11.25F3.9在Boost变换电路中，已知 Ud=50V , L值和C值较大，R=20 Q，若采用脉宽调制方式, 当T s=40卩s, ton=20卩s时，计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值10。解：u。=to上 Ud =丛 50 =100Vtoff1 D 0.5由于L和C的值都比较大，10020=5A3.10有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定,并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压Ud=10V，输出电压Uo调

26、节为5V不变。试求：(1) 占空比；(2) 电容器C1两端的电压 Uc1；(3) 开关管的导通时间和关断时间。解:(1)因为 U 0-5D亠UO -Ud-5 -10 3Uc1tonoff=(11 1U d10 =15V1-D311DT3 =6.67 七3 50X032 1-D)T亍=13.34 七3 5010第4章思考题与习题4.1什么是电压型和电流型逆变电路？各有何特点？答：按照逆变电路直流侧电源性质分类，直流侧为电压源的逆变电路称为电压型逆变电路，直 流侧为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。电压型逆变电路的主要特点是：(1) 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流电压基本无脉

27、动，直流回路呈现 低阻抗。（2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，而交流 侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同，其波形接近于三角波或正弦波。（3）当交流侧为阻感性负载时，需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给 交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了二极管。（4）逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压无脉动，故功率的脉动是由 交流电压来提供。（5）当用于交直交变频器中，负载为电动机时，如果电动机工作在再生制动状态，就必须 向交流电源反馈能量。因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实

28、现，这就 需要给交直整流桥再反并联一套逆变桥。电流型逆变电路的主要特点是：（ 1） 直流侧串联有大电感，相当于电流源，直流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。（2） 因为各开关器件主要起改变直流电流流通路径的作用，故交流侧电流为矩形波，与负载性 质无关，而交流侧电压波形和相位因负载阻抗角的不同而不同。（3） 直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不能反向，故可控器件不必反并联二极管。（4） 当用于交直交变频器且负载为电动机时，若交直变换为可控整流，则很方便地实现 再生制动。4.2 电压型逆变电路中的反馈二极管的作用是什么？ 答：在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电

29、容起缓冲无功 能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 当输出交流电压与电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压与电流极 性相反时，由反馈二极管提供电流通道。4.3 为什么在电流型逆变电路的可控器件上要串联二极管？ 解：由于全电路开关管采用自关断器件，其反向不能承受高电压，所以需要在各开关器件支路 串入二极管。4.4 三相桥式电压型逆变电路采用 180导电方式，当其直流侧电压 U d=100V 时。（1）求输出相电压基波幅值和有效值（2）求输出线电压基波幅值和有效值（3）输出线电压中五欢谐波的有效值。解：输出相电压基波幅值2U

30、dx/U AN1md 二 0.637U d 二 0.637 100 = 63.7V输出相电压基波有效值UAN1 =UAN1m=0.45Ud =0.45X100= 45V、2输出线电压基波幅值W3U d2屈疋 100x/U AB1m1. 1 100 - 110V3131输出线电压基波有效值U AB1m、6U d- 6 100U ABm7ovJ2兀兀输出线电压中5次谐波3U d1匚、Uab5(si n5t)兀5输出线电压中5次谐波有效值U AB5 = 15.59V120导电型？为什么?5J2兀4.5全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能否构成解：全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能构成120

31、0导电型。由于三相桥式逆变电路每个桥臂导通1200，同一相上下两臂的导通有 600间隔，各相导通依次相差1200，且不存在上下直通的问题，所以其能构成1200导电型。但当直流电压一定时，其输出交流线电压有效值比 180导电型低得多，直流电源电压利用率低。4.6并联谐振型逆变电路利用负载电压进行换流，为了保证换流成功应满足什么条件？答：为了保证电路可靠换流，必须在输出电压U0过零前t?时刻触发T2、T3,称t?为触发引前时间。为了安全起见，必须使 tf =tr ktq式中k为大于1的安全系数，一般取为 23。4.7试说明PWM控制的工作原理。答：将一个任意波电压分成N等份，并把该任意波曲线每一等

32、份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应任意波N等份的中点重合，得到一系列脉冲列。这就是 PWM波形。但在实际应用中，人们采用任意波与等腰三角形相交的方法来确定各矩 形脉冲的宽度。PWM控制就是利用 PWM脉冲对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值 相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。4.8单极性和双极性 PWM调制有什么区别?解：单极性PWM控制方式在调制信号 U r的正半个周期或负半个周期内，三角波载波是单极性 输出的，所得的PWM波也是单极性范围内变化的。而双极性PWM控制方式中，三角波载波始终 是有正有负，而输出

33、的PWM波是双极性的。4.9试说明PWM控制的逆变电路有何优点?答：PWM电路优点如下:(1 )可以得到所需波形的输出电压，满足负载需要;(2)整流电路采用二极管整流，可获得较高的功率因数;(3)只用一级可控的功率环节，电路结构简单;大大的加快了逆变器的响应速度。(4 )通过对输出脉冲的宽度控制就可以改变输出电压的大小,4.10图题4.10所示的全桥逆变电路，如负载为 RLC串联，R = 10Q , L = 31.8 mH , C=159卩F，逆变器频率 f= 100 Hz , Ud= 110 V、求:(1) 基波电流的有效值;(2) 负载电流的谐波系数。216图题4.10解：(1)基波电压的

34、有效值为：UO1 =2 2Ud =：0.9Ud =0.9 110=99V基波时的负载阻抗：乙=.R2(丄 - 1 )2V C= 102(2二 100 0.0318 -1)22.311V 2兀00590基波电流的有效值为：1仏4.44AZ122.3(2 )其主要的谐波是三次谐波与五次谐波，对应的负载阻抗分别为:gR2(3丄-3；)2102(6 二 100 0.0318 16)2 =60.7V6兀 X10059x10Z5R2(5 L -1 )25coC=102(10 二 100 0.03182=100.4010二 100 159 10其电流谐波系数分别为:1 032.2Ud0.54 Z3K3心二空

35、=0.122 = 1弓1014.443Z31 052忌Z5:0.20K5I 05I 010.204.44“044上。3Z54.11在图4.10所示的单相全桥逆变电路中，直流电源Ud=300 V，向 R= 5Q , L= 0.02H 的阻感性负载供电。若输出波形为近似方波，占空比D= 0.8,工作频率为 60 Hz，试确定负载电流波形,并分析谐波含量。计算时可略去换相的影响和逆变电路的损耗。试求对应于每种谐波的负载功率。解：输出方波电压瞬时值为Uo= 如 sinncotn =1,3,5, n DjI输出电压和电流波形为:1驱动l41；:D. 1 D 1心和 i基波电压和各谐波电压的有效值为:U

36、O1U O32 弘 =0.9Ud =0.9 300 = 270V1 1jUo90/ , UO5=5Uo54V1 1UO7小沁，UO9基波和各谐波的负载阻抗为：卜 2 2 - 2 2Z!R2( L)= 52(2二 60 0.02)2 =9.04Z3 = R2 (3 丄)2 = 52 (6二 60 0.02)2 =23.15Z5 = .R2(5丄)2f f52(10二600.02)2 =38.25乙二.R2(7丄)2 = .52(14二600.02)2 =52.99Z9 RL(9L)2 二 52一(18厂60一0.02)2 =68.01?基波和各谐波电流的有效值为：Uo1270Z19.04Uo55

37、4Z5-38.25Uo930Z9-68.01= 0.44 AI01I o51 o929.88A,-1.41A,01I o3I o7U03Z3Uo7Z7-903.89 A23.15型二 0.73A52.9922R = 4464.1W , P03 = 1。3 R = 75.7W2 2 2P05 =lo5 R =9.94W, FO7 = I07 R = 2.66W,巳9 =l9 R = 0.97W第5章思考题与习题5.1什么是整流？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。5.2单相半波可控整流电路中，如果：(1) 晶闸管门极

38、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Ud和晶闸管两端电压 UT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 U20Ei mA叫L，-：5.3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

39、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。5.4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a =0, T2被烧坏，如下图：a r -也Ac r%术5.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id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Rd上的Ud与Id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Pd =Udld不等于负载有功功率P =UI。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud与Id外还有

40、谐波分量 Ui，U2, 和丨1,丨2，负载上有功功率为= Pd2 Pl2 *卩22 Pd二Udld。相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。5.6某电阻性负载要求 024V直流电压，最大负载电流ld=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 时：Udo=0.45U2=0.45 220 =99V由变压器降压到60V供电当

41、,-0时：Ud=0.45U2=0.45 60 =27V因此，只要调节:-都可以满足输出 024V直流电压要求。(1)采用由220V交流直接供电时：1 COS：U d - 0.45U 22U d=24V 时：121180-121=59Ut =、2U2 =311V| i八切221 t 一 tnsin cct dt 賂 84A2二 0Rr= d _-0.8.1Id 30I t84It（av）:,54 A1.571.57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P = l22R =842 0.8 =5644.8W电源提供视在功率S =U 212 = 84220

42、 = 18.58kVAP电源侧功率因数PF0.305S(2)采用变压器降压到 60V供电：Ud =0.45U21 cos：Q00QU d=24V 时:39 ,)- 1 80 -39 =1 4 1Ut h；： 2U 2 = 84.4V/ 1 応 21J-z 0 r2H gA2430= 08I T(AV)1.5751.381.57:32.7AP 二 l22R =51.382 0.8 二 2112W取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为168.8V和65.4A。变压器二次侧视在功率S = u2l2 =60 51.38 = 3.08kVA电源侧功率因数PPF0.68S变压器二次侧有功功率5.

43、7某电阻性负载，Rd=50 Q要求Ud在0600V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) 连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A/ mm2);(3) 负载电阻上消耗的最大功率。解: (1)单相半波二=0 时,U2600 -1333V ,ld =匕 二600 =12A0.450.45Rd 50晶闸管的最大电流有效值IT =1.57Id =18.8A晶闸管额定电流为It(av)= 12(A)1.57晶闸管承受最大电压为U RM - - 2U 2 =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

44、线截面积为S _ I j = 18.86二3.13mm2负载电阻上最大功率Pr= IT2R =17.7kW(2)单相全控桥，-0时,U2Ud 600负载电流有效值晶闸管的额定电流为晶闸管承受最大电压为0.90.9= 1.11ld =13.3AIT(AV) _上 6(A)1.57U RM - , 2U 2 =1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和所选导线截面积为S T j =13.36 ： 2.22mm2负载电阻上最大功率PR = 12R =8.9kWRd20A。(Kf=1.11)5.8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5.8所示。(1) 说明整

45、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a =60时的输出电压 Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。(3) 画出电阻性负载a =60时晶闸管两端的电压Ut波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少？图题5.8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。其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为2 2U 2电阻性负载：1 cos：0.9 220 (1 COS600)Ud =0.9U2148.5V2 2感性负载：U d =

46、0.9U2cos： = 99V必八S AI5.9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Ud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，Ud=0。触发脉冲宽度为15。时，能触发晶闸管，其波形图相当于a =0时的波形。5.10 三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10 Q,相电压有效值 U2=220V。求a =45时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流It，画出Ud、iT2、U

47、T3的波形。1% L解：Ud6 2U2 sin td ( t) = 1.17U 2 cos:2 / 3甞七因为：U 2 =220V，: =45Ud=1.17U2COS45 =182VUdRd182V10.1= 18.2AIdT 7ld =6.1A2兀 3Ud、：T2、Ut3波形图如下所示:Ud波形。图题5.115.11在图题5.11所示电路中，当 a =60时，画出下列故障情况下的(1) 熔断器1FU熔断。(2) 熔断器2FU熔断。熔断器2FU、3FU同时熔断。解：这三种情况下的波形图如下所示:u t占! 呼屮屮少屮屮in n rf ji n 仃仃丫上占化血辻丘亡I d都是40A，(C)5.1

48、2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单相半波：ldT=ld=40AIt =1.57 IdT =62.8A(Kf=1.57)、 1单相桥式：IdT= Id=20A2lT1 ld -28.3A:21三相半波：心=-ld=13.3A3当：=0 时 Ud=1.17U 2 U2=Ud/1.17QQU2 J 1 2兀43o Wc(兰30时 lT =J(+co2QT Rd、2江 32ld 12二 3d() : 23.5A1.17 2二 325.13三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4 Q,要求Ud

49、从0220V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Ud=2.34U 2 COS；不考虑控制角裕量，-0时U 2 =匕 94V2.34U2l = 3U2 = 168.2V(2)晶闸管承受最大电压为,6U 2二230.3V取2倍的裕量，Urm=460.6V1晶闸管承受的平均电流为心=-Id3又因为V=55A所以 ldT=18.33A，取 2 倍的裕量 ldTmax=36.67(A)选择KP50- 5的晶闸管。5.14单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管Dw两端如并接滤波电容，电

50、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Dw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。5.15三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U2=220V ,电动机负载电流为 40A,负载回路总电阻为 0.2 Q,求当a =60时流过晶闸管的电流平均值与有效值、 电动机的反电势。1解：电流平均值为：ldT= ld=40/3=13.33I d电流有效值为：It d = 0.5111 d =23AV3设电动机的反电势为 丘，则回路方程为：Ud 二Ed Id%15 niot而Ud6. 2U2 sin，td(，t) =1.17U2 COS： = 128.7V2兀/3刊所以ED =128.7 -40 0.2 =120.7V5.16三相全控桥电