电力电子变流技术全本书课后答案

1、第一章电力半导体器件习题与思考 题解1-1.晶闸管导通的条件是什么怎样使晶闸管由导通变为关断解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在 门极加正向触发电压， 才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流I L以上。导通后的晶闸管管压降很小。使导通了的晶闸管关断的条件是： 使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值一维持电流I H以下。其方法有二：1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；2）增加负载回路中的电阻。1-2.型号为KP100-3的晶闸管，维持电流I*4mA,使用在题1-2图中的电路中是否

2、合 理为什么（不考虑电压、电流裕量）解：根据机械工业部标准 JB1144-75规定，KP型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A, 3表示额定电压为 300V。对于图（a）,假若晶闸管 V被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为1001V 500 1032 mA因为Iv < Ih,而Ih < Il, Il为擎住电流，通常Il=（24） Ih。可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，所以，图 （a）不合理。对于图（b）,电源为交流220V,当“ =0°时，最大输出平均电压Ud 0.45U20.45 22

3、0 99 (V)平均电流波形系数I VARUd 99R 109.9(A)所以,KfL 1.57I VARI V = Kf o IvAR=X = (A)而KP100-3允许流过的电流有效值为Ive= X 100= 157(A), Il< |v<|ve,所以，电流指标合理。但电路中晶闸管V可能承受的最大正反向峰值电压为UFm URm 2U 2 220 311(V)>300(V) 所以，图(b)不满足电压指标，不合理。对于图(c),电源为直流电源，V触发导通后，流过V的最大电流为Iv= 150/1 = 150(A),即为平均值，亦是有效值。而Ive= 150A, Iv= 150(A

4、)<157 (A),即Il< Iv<|ve,所以电流指标合理。同时，晶闸管承受的正向峰值电压为150V,小于300V,电压指标合理。所以图(c)合理。1-3.在题图1-3电路中，E=50V, R=Q, L=,晶闸管擎住电流为 15mA。要使晶闸管导通，门极触发电流脉冲宽度至少应为多少解：晶闸管导通后，主回路电压方程为L diddtRidE主电路电流id按下式由零上升E1d R/ tR/L1 e晶闸管要维持导通，id必须上升达到擎住电流值以上，在此期间，门极脉冲应继续维持, 将Id=15mA代入，得50 t31 e t15 10 30.5t>150 科 s。所以，门极触发

5、电流脉冲宽度至少应大于150 科 s。1-4.单相正弦交流电源，交流电源电压有效值为220V。晶闸管和负载电阻串联连接。试计算晶闸管实际承受的最大正反向电压。若考虑晶闸管的安全裕量， 其额定电压应如何选取解：该电路运行可能出现施加于晶闸管上最大正反向峰值电压为<2UG 220 310 (V)若考虑晶闸管的安全裕量，通常选择额定电压为正常工作峰值电压的2 3倍。2X310= 620(V),3X 310=930(V),则选择额定电压为 700V1000V的晶闸管。1-5.若题1-4中晶闸管的通态平均电流为100A,考虑晶闸管的安全裕量，试分别计算导电角为180°和90°时

6、，电路允许的峰值电流各是多少解：在不考虑安全裕量时，选择晶闸管的原则是：使实际运行管子电流的有效值Iv1等于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值Ive,即两种情况下，管芯的结温相同并小于或等于额定结温。当导通角0 = 180°时，IV1 2,2 ,01msin t d tIm2则有Im/2 =所以，晶闸管允许的峰值电流为m=2X X 100=314 (A)当导通角0 = 90°时,则有I V11.,221msi"t 2dIm22Im2,21.571 VEAR所以，晶闸管允许的峰值电流为|m 221.57100444(A)考虑取安全裕量数为 2时，则当导通角e=1

7、80°时，电路允许的峰值电流为Im1=314/2= 157A,当导通角0=90°时，电路允许的峰值电流为I m2 = 444/2= 222(A).1-6.题1-6图中阴影部分表示晶闸管导电区间。各波形的电流最大值均为Im,试计算各波形电流平均值Kf3、Kf4、Kf5.解：Id1、Id2、Id3、Id4、Id5,电流有效值I1、|2、I3、I4、I5和它们的波形系数Kf1、K2、I d1I1KfeIm.Sin tdIm-0.32 ImImSinf 0.5ImId1 21.57Im.Sin td tIm 0.24Imd21.92I d 332一 一,d t 0.461 m2.

8、,Im.Sin td t2321d2Im 0.48Im2 .I mSin t d t2%0.65I mK f313I d30.651m0.48Im1.35I d40Tm.dtIm2Im40.25ImI4I；dtLm20.5II d5Kf4I4I d4Lm2_Lm4m.dtIm24Im80.125ImI；dtIm2.20.35ImImI42、2I d4Im2.831-7 .题1-6中如果不考虑安全裕量，问 100A晶闸管能送出的电流平均值Idi、Id2、Id3、Id4、Id5各是多少这时相应的电流最大值Im1、Im2、Im3、Im4、Im5又是多少解：额定通态平均电流IVEAR为100A的晶闸管

9、允许通过电流的有效值为Ive IVEAR kfe1100 1.57 157 A利用上题结果，图115 1VE 157A12则Im1=314(A)d1Im3143.14100A图(b)I 2 0.46Im Ive 157A则Im2=341(A)Id2 0.24Im 81.8a图 I 3 0.65Im Ive 157A则Im3=241(A)I d3 0.48I m 115.9A d 3图(d) I 4 0.5Im Ive 157A则Im4=314(A)Id4 0.25Im 78.5a图(e)泰1mIVE 157AIm5=444(A)| d5Im44455.5A1-8.晶闸管的额定电流是怎样定义的有

10、效值和平均值之间有何关系解：晶闸管的额定电流即指其额定通态平均电流I VEAR.它是在规定的条件下，晶闸管允许连续通过工频正弦半波电流的最大平均值。如教材图1-8所示。这些条件是：环境温度 +4 0C,冷却条件按规定，单相半波整流电路为电阻负载，导 通角不小于170 C,晶闸管结温不超过额定值。额定通态平均电流 I VEAR的电流等级如教材表1 2所示。 通常50 A以下的管子分为 1、 5、10、20、30、50 A等级，100 1000 A 的管子分为 100、200、300、400、500、600、800、 1000 A等级。额定通态平均电流I vear与在同一定义条件下的有效值Ive具

11、有如下关系：1 VEK fe.| VEAR其中，Kfe 1.57 为定义条件下的波形系1 VEAR 2 数。1-9.导通角e不同，电流的波形不一样，如何来选择晶闸管的电流容量解：导通角e不同，电流的波形不一样，因而波形系数亦不相同，e角愈小，波形系数愈大。晶闸管电流的有效值、平均值 1V1AR与波形系数Kf1具有如下关系：IV1 = Kf1 I V1AR具有相同平均值而波形不同的电流，因波形不同，其有效值是不相同的。流经同一晶 闸管发热情况也不相同，因为决定发热的因素是电流的有效值，管芯发热效应是和电流的有效值大小有关。因此，选择晶闸管额定电流参数的原则是：使电路各种实际运行情况下（特别是最不

12、 利的情况）管芯的结温小于或等于额定结温。这样，就能保证晶闸管在实际运行工作时，不致于因电流过载而损坏。Ivi,等于定义管子额定通上述这一原则可归结为：使实际运行管子电流波形的有效值 态平均电流I vear时的电流有效值Ive ,即则晶闸管额定电流1 V1 1 VE Kfe.IVEARI VEARI V1I V11.571-10.晶闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压，会发生什么情况解：晶闸管承受正向阳极电压，并已导通的情况下，门极就失去了控制作用。因此，晶 闸管导通后，门极改加适当大小的反向电压，晶闸管将保持导通状态不变。1-11 .门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压它会导通吗若真的导通，

13、是什么情况解：门极断路时，晶闸管承受正向阳极电压，有两种情况可造成晶闸管的非正常导通。一是阳极电压Ua过高，达到或超过Ig=O时的转折电压 UB0时，使漏电流急剧增加；二是 Ua的电压上升率 duA/ dt太快。这两种因素造成的最终结果都是使从N1区通过反向偏置的 上结向巳区(门极区)注入了足够数量的漏电流(空穴流)，充当了二等效三极管电路中的基极电流底，它相当于从门极提供的Ig的作用，使其二等效三极管的a1、“2极快上升至a 1+“2=1,即1-(“1 +"2)=0,进而使阳极电流 Ia大大增加，并只受外电路电阻的限制，晶闸管进入导通状态。这两种不加门极触发控制信号使晶闸管从阻断状

14、态转入导通状态的情况是非正常工作 状态，在实际使用中是不允许的，因为发生此类情况常造成器件的损坏。1-12 .晶闸管的一些派生器件的主要功能和特点是什么解：晶闸管的一些派生器件的主要功能和特点如下：(1) .快速晶闸管快速晶闸管的开关时间短，动态特性比普通晶闸管好，快速晶闸管一般分为两种，一种是主要是关断时间短，另一种是di/dt是耐受量高。主要用于斩波与高频逆变电路。(2)。双向晶闸管双向晶闸管是一种五层结构的三端器件，具有四种触发方式，分别为I+、1-、出+、出=,其中I +、I -触发灵敏度较高，m 一触发灵敏度稍低，较为常用，而出+触发灵敏度最低，般不用，使用不当会损坏晶闸管。 双向晶

15、闸管主要用于交流电路，例如移相调压控制、零电压开关和静态开关等。由于其内部工艺结构关系，目前器件的额定电压和额定电流与普通晶闸管相比较还较低，重施加du/dt的能力也较差。(3)。逆导晶闸管逆导晶闸管是将逆阻型晶闸管和大功率二极管集成在一个管芯上，与普通晶闸管相比， 具有正向压降小、关断时间短、温度特性较好、额定结温高等优点。同时，消除了晶闸管与 二极管之间的连线电感，减小了换流时间，使晶闸管承受反向偏压的时间增长，提高了换流能力。而且减少了装置的元件数目，缩小了体积，提高了经济性能。主要适用于逆变电路和斩波电路。(4).可关断晶闸管(GTO)可关断晶闸管GTO ( Gate Turn-off

16、 Thyristor)既可用门极正脉冲信号控制其导通， 又可用门极负脉冲信号控制其关断的逆阻型三端器件。与普通晶闸管相比，GTO快速性好，工作频率高，控制方便，其最高耐压容量目前稍逊于普通晶闸管。GT O与普通晶闸管的关断机理不同，有两个重要的特征参数需要特别注意，分别为最大可关断电流I AT。和电流关断增益B off。其定义分别为最大可关断电流Iat。：表征用门极负脉冲控制信号可关断的最大阳极电流，它是用来 表征GTO容量大小的参数。电流关断增益B off：电流关断增益的定义为阳极电流I A与使其关断所需的最小门极电流I Gmin的比值，即Iaoff I1 Gmin |通常GTO的B off

17、只有5左右，但是，GTO的导通或关断只需一个窄脉冲电流即可， 它需要的是瞬时功率，尽管关断时需要较大的负门极电流，但平均功率较小。因此，GTO 的平均激励功率，比相同容量的大功率晶体管小。1-13 .何谓功率晶体管的开关特性用图描述它的开关过程。功率晶体管的开关特性是描述功率晶体管在开关过程中的开关时间、电流电压、开关损耗等参数的性能。功率晶体管GTR的开关时间可用开通时间ton和关断时间toff来表示，即ton=td+trtoff=ts+tf其中，td为延迟时间，tr为上升时间，ts为存值得时间，tf为下降时间。开关损耗发生在器件的开关过程中，瞬态功率损耗为 P=icuc维持的时间长了，就有

18、可能导致管子产生二次击穿。总开关损耗与开关频率（开关次数）有关，开关频率愈高，总开关损耗愈大。各种参数的开关性能描述图参阅教材P1819中的图1-15和图1-16。1-14.描述功率晶体管的二次击穿特性解：二次击穿现象在发射结正偏压、零偏压和反偏压都可能发生，其特性曲线参阅教材P19中的图1 17。现以零偏压曲线 OEBGH来说明二次击穿现象的发生过程。当 Uce增大到Usb,即达到 E点时，集电极电压达到通常所说的击穿电压，集电结发生雪崩击穿，这就是一次击穿。由于一次击穿效应，晶体管的电流迅速上升到B点， 达到I sb,即达到了二次击穿触发 功率Psb,进入了二次击穿区。但并不立即产生二次击

19、穿，而需要一个触发时间来积累触发 能量临界值，一旦达到这个临界值，管压突然从B点 U sb减小到G点的低电压区（1015V）, 同时电流急剧增大。如果没有适当的保护措施，电流将继续沿GH曲线增大到H点，造成管子的永久性损坏。这种从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象，称为晶体管的二次击穿。二次击穿触发时间r,对于不同类型的二次击穿，时间的长短相差很大， 短的几乎是瞬时的，晶体管的状态不能稳定在BG区域内，而且G点是不可逆的， 即使电路的保护措施可使晶体管回到触发前的状态，但二次击穿已在管子内部留下了损害伤痕，性能变坏，重复几次仍然使管子永久性失效。1-5.为什么功率晶体管在开关瞬变过程中容易被

20、击穿可采取什么措施防止解：在电路开关转换瞬变过程中，电路将产生过高的电压或电流，有可能达到二次击穿触发功率PsB=IsB. UsB,进而达到二次击穿临界触发能量EsB = PsB T = I SbUsBT ,产生二次击穿。采用错开关期间瞬变电流和电压最大值相位的缓冲吸收保护电路，减小开关期间的瞬时功率，是破坏二次击穿产生的条件，抑制二次击穿的有效措施。1-16.功率晶体管反偏安全工作区很大，如何应用解：在实际应用中，功率晶体管基极回路采用足够的反向偏置电压，或者在若关断功率晶体管时，驱动电路产生负脉冲关断电压，使晶闸管工作在反向偏置工作区，来提高管子的电压承受能力。1-17.绝缘栅双极型功率晶

21、体管（IGBT）有何突出的优点解：绝缘栅双极型功率晶体管（IGBT）是兼备功率场效应管 MOSFET的栅极电压激励、 高速开关特性和 GTR的大电流低导通电阻特性于一体的复合型器件。1-18. MOS栅控晶闸管（MCT）有何突出的优点解：MOS栅控晶闸管（MCT）是将MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率与快速的开关特 性与晶闸管的高电压大电流特性结合在一起的新型复合器件。1-19.功率集成电路 PIC的基本结构组成如何解：功率集成电路 PIC至少包含一个半导体功率器件和一个独立功能电路的单片集成电路，PIC分为两大类：一类是高压集成电路HVIC,它是高耐压功率电子器件与控制电路的单片集成；另一

22、类是智能功率集成电路SPIC（Smart Power-IC）,它是功率电子开关器件与控制电路、保护电路、故障监测电路以及传感器等电路的多种功能电路的集成。第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1 .什么是整流它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的解：整流电路是一种 AC/DC变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利 用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。2-2.某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V,电流为20A,采用单相半波可控整流电路直接从 220V交流电网供电。计算晶闸管的控制角 “、导通角0、负载电 流有效值，并选择晶闸管。解

23、：（1）整流输出平均电压1 21Ud=、2U 2 sin .td（ .t） = - 2U2 sin .td（ .t）2 1 cos1 cos=U2 0.45U222cos a = 2Ud 12 751 0.51520.45U20.45 220则 控制角a =60° 导通角e = Tt-a=120°(2) .负载电流平均值Id=" =20(A)R则R= Ud/Id=75/20=a负载电流有效值I,即为晶闸管电流有效值IV1,所以I=Iv1= J-2U2 sin t d t =U2 sin 2=(A)2 RR 42(3) .当不考虑安全裕量时Iv1 = kfeIvEA

24、FF则晶闸管通态平均电流IVEAR=IV1 /= /=(A)晶闸管可能承受的最大正反向电压为,2U2.2 220 311 (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A、额定电压为400V的晶闸管。按裕量系数2,可选择额定通态平均电流为50A、额定电压为700V的晶闸管。2-3.带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。试证明输出整流电压平均值 Ud 为2 1 00s ,并画出控制角为a时的输出整流电压Ud、晶闸管承受电压UV1的波形。解：21 2 1Ud=j2U2 sin .td(上)=/ 2U 2 sin .td( .t)1 cos21 0.45U2-cos2控制角为a时的

25、输出整流电压Ud、晶闸管承受电压 UV1的波形参阅教材 P31中的图2-3(b)、(c)、(d)和(h)。2-4.将单相半波可控整流电路中电阻负载和电感性负载的工作原理作个比较，找出差别，并画出电阻负载输出电压山、电流id和晶闸管电压uvi波形；写出Ud、Id计算公式。解：电阻性负载电路输出电流id与输出电压Ud相位相同，波形相似。晶闸管导通区间从“至兀，导通角。=兀一a。 Ud波形从“至变压器二次电压正变负的过零点。电感性负载电路由于电感的储能作用，输出电流 id与输出电压Ud相位不相同，电流id滞后于电压Udo而且，电流id不能随电压Ud突变。晶闸管导通区间从 a开始并超过兀过零点，导通角

26、 0兀波形从a开始至变压器二次电压正变负的过零点后，进入负半周。导通角0的大小,与负载电感值L有关，L越大，储能越多，8亦越大，Ud波形进入变压器二次电压负半周的 部分亦越多，输出电压的平均值 Ud亦下降的越多。当负载为大电感负载时，Ud近似等于零，此时输出平均电流Id亦很小。P 27中的图2-1。电阻负载输出电压 /、电流id和晶闸管电压Uvi波形参阅教材电阻负载Ud、Id计算公式如下:(1)整流输出平均电压Ud=： 2 2U2sin .td(.t) =,2U2sin .td( .t)2一U21 cos20.45U21 cos2(2).负载电流平均值Id =Ud2-5 .单相半波大电感负载可

27、控整流电路中，带续流二极管和不带续流二管在输出电压Ud和电流id、晶闸管电压UV1和电流iV1、续流二极管电压 UV2和电流iV2波形上有何区别。写 出带续流二极管时 Ud、id、iV1、iV2的平均值和有效值计算公式。解：不带续流二管时，当负载为大电感负载时，输出电压Ud波形与横坐标所围的正负面积相等，Ud近似等于零，此时输出平均电流Id亦很小。输出电压 Ud和电流id、晶闸管电压UV1和电流iV1的波形参阅教材 P30中的图2-2。其中，iV1的波形与id的波形相同。带续流二极管时，由于续流二极管的作用， 晶闸管从a开始导通， 至变压器二次电压正所以，晶变负的过零点时，由于电感应电动势的作

28、用使续流二级管导通，晶闸管被迫关断, 闸管导通区间从a至兀， 导通角。=兀一由于负载为大电感负载， 所以负载电流id脉动很小，近似为一平行横坐标的直线，晶闸管电流ivi、续流二极管电流iv2近似为正向矩形波, 导通角分别为0 = 7t a|0 = 7t + ao输出电压Ud和电流id、晶闸管电压uvi和电流ivi、续流二极管电压UV2和电流iv2波形参阅教材P31中的图2-3。带续流二极管时Ud、id、ivi、iv2的平均值和有效值计算公式如下:输出电压的平均值Ud为(2)(3 )Ud=*2输出电压的有效值值U为2U 2 sin t dit = U 2 sin 2输出电流的平均值Id为IdUd

29、R(4)输出电流的有效值值UdR(5)晶闸管的平均电流IviAR 为I-2Idd.t(6)晶闸管电流的有效值Ivi为1V仔2Id2d( t)2.1d(7)续流二极管的平均电流Iv2AR为iIv2AR=201dd .t(8)续流二极管电流的有效值Iv2为Iv2=i2一 Idd .t202.1da =30° 时，Ud=80V, Id=7Ao2-6.有一单相桥式全控整流电路，负载为电阻性，要求计算整流变压器的副边电流I2,按照上述工作条件选择晶闸管。解：Id=Ud/R,则 R=Ud/Id=80/70=aUd = X (1+COS a )/2U2=95VI 2U21t =sin 2R 2(A

30、)I V158 (A)IVEAF=IV1/kfe =58/= 37 (A)考虑裕量系数2,2 x 37= 74(A)2 . 2U 22 .2 95 268.7 (V)选额定电流100A、额定电压300V的晶闸管。2-7.单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知U2 = 100V, R=10Q , a =45°。(1)负载端不接续流二极管 V4,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管电流有效值。(2)负载端接续流二极管 V4,计算输出整流电压、电流平均值及晶闸管、续流二级管电流有效值。画出 Ud、id、Mi、iV4及变压器次级电流i2的波形。解：(1)负载端不接续流二极管V4时输出电压平均

31、值为Ud,2 2.八.2U 2 sin .t d .t U 2 cos 0.9U 2 cos=X 100X" (V)输出直流电流平均值为IdUd6.37 (A)晶闸管电流的有效值为1V1221Idd .t =(A)J2（2）负载端接续流二极管V4时输出电压平均值2 UUd 2U2sin2输出直流电流平均值为.td.t0.9U21 cos0.9 100 0.854 76.8(V)Id7.68(A)晶闸管与整流二极管电流的有效值Ivi、IV2 为11V11V 2212d .t2 Id续流二极管电流的有效值IV4为I V4变压器二次电流的有效值I2为接续流二极管时的Ud、1353607.6

32、8 4.70(A)01d2dt45,1807.683.84 (A)12211d21d 2d.21Vl 2 4.70 6.65 (A)id、W11、iV4及变压器次级电流i2的波形参阅教材P41中的图2-8。2-8.单相桥式半控整流电路接电阻性负载，要求输出整流电压 0100V连续可调，30V以上时要求负载电流能达到20A。当（1）采用220V交流电网直接供电；2）采用变压器降压供电，最小控制角a min=30。，试分析比较二种供电方式下晶闸管的导通角和电流有效值、 交流侧电流有效值及电源容量。解：（1）采用220V交流电网直接供电时Ud 0.9Ud1 cos当输出平均电压Ud为100V时cos

33、2Ud0.9U22 1000.0101min900.9 220当输出平均电压Ud为30V时cos2Ud 10.9U22 3010.9 2200.6970max13446° 。导通角Q = K-a ,所以晶闸管导通角0 =90°e即最大 m max时，计要求在此导通角范围之间，均能输出20A负载电流，故应在最小算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。Id=20A,则晶闸管平均电流IV1AR= Id/2=10A当“=134° =134 兀 / 180=兀时波形系数为Kf1sin 22 (.2 (1 cos)3.22晶闸管电流的有效值为IV1K”viar 3.2210

34、 32.2(A)交流侧电流的有效值为721Vl45.5 (A)交流电源容量为S2I2U2 45.5 220 10010VA 10.01KVA2）采用变压器降压供电时,1 cosUd= U22当" min=30°时，输出电压为100V,则变压器二次电压为2U dU 2 0.9 1 cos2 100119 (V) 0.9 1 cos 30当Ud=30V时的最大控制角 a max为cos max2Ud 10.9U22 301 0.43980.9 119m max =116晶闸管导通角 8 =兀一 a,则9 =150 64要求在此导通角范围之间，均能输出20A负载电流，故应在最小。

35、即最大a max时，计算晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。Id=20A,则晶闸管平均电流|V1AR= Id/2=10A当“=116° =116 兀/180=兀时波形系数为Kf1sin 22 (.2 (1 cos)2.69晶闸管电流的有效值I V1K f iI V1AR 2,6910 26.9(A)变压器二次电流的有效值,.2Iv138.0 (A)变压器二次容量S2I2U238.0119 4522VA 4.52 KVA可见，在可控整流电路输出较低电压时,采用变压器供电有利于降低所用晶闸管的额定电流和额定电压，以及交流电源的容量。 因为采用变压器供电可使可控整流电路在较小控制 角a

36、和较低的变压器二次电压下运行。2-9.单相桥式半控整流电路， 由220V经变压器供电，负载为大电感性并接有续流二极管。要求输出整流电压 2080V连续可调，最大负载电流为20A,最小控制角a min = 30° 。试计算晶闸管、整流管、续流二极管的电流平均值、有效值以及变压器容量。U2解：1、在最小控制角a min和最大整流输出电压时，计算变压器二次电压U22Ud2 800.9 1 cos0.91 cos3095.3 (V)2、在最小整流输出电压时计算出最大控制角当Ud=20V时的最大控制角a max为2UdC0S max八 c, ,0.9U 22 2010.53360.9 95.3

37、因为晶闸管、变压器二以保证V1AR V2ARId 150- 20 8.3 a 2360I V1 I V2 I d21502036012.9 Am max=1223、在最不利的条件下，计算各器件的电流有效值和变压器二次有效值I2,整流管、续流二极管电流有效值涉及管芯的发热和合理选择器件的电流额定容量。 次电流I2涉及变压器容量的选择，这些量的计算必须以电路运行中的最大值为基础,器件和设备的安全运行。晶闸管与整流二极管电流的平均值Iv!AR、IV2AR与有效值IV1、IV2其最大值出现在a min=30。时，所以续流二极管电流的平均值IV4AR与有效值IV4其最大值出现在a max=122

38、6;时，所以1221V 4AR I d20 13.6 A1801V4 hf篙 20 165A变压器二次电流的有效值I2其最大值出现在a min=30°时，所以18.2 AI2J2-Id2 Id 2 d .t 弋1 d J2Ivi则变压器二次容量S2 I2U2 18.2 95.3 1734.5VA 1.7KVA2-10.单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路接大电感负载, 流二极管的作用是什么两者的作用是否相同解：单相桥式全控整流电路大电感负载整流输出平均电压为22、. 2Ud - 2U 2 sin .t d .t U 2 cos2 0负载两端并接续0.9U 2 cos其负载两端并

39、接续流二极管是为了使交流电源电压进入负半周时，由续流二极管续流, 使晶闸管关断，提高整流输出电压的平均值。整流输出平均电压为10.9Ud -cos2单相桥式半控整流电路接大电感负载，负载两端并接续流二极管的作用是为了避免失控现象的发生，保证整流电路的安全运行。整流输出平均电压亦为10.9Ud -cos22-11 .单相可控整流电路供电给电阻负载或蓄电池充电（反电势负载），在控制角“相同，负载电流平均值相等的条件下，哪一种负载晶闸管的额定电流值大一些为什么解：反电动势负载电路中晶闸管的额定电流大一些。因为当控制角为a时，电阻性负载时，晶闸管的导通角0 = Tt - a。而反电动势式负载时，当a小

40、于不导电角8时，。=兀-2 8；当a大于不导电角8时，晶闸管的导通角0 = %-a - 8。所以，反电动势负载时的波形系数 9大于电阻性负载时的波形系数Kf2o当负载电流平均值相等的条件下，反电动势负载时的晶闸管电流的有效值大于电阻性负载时的晶闸管电流 的有效值。因此，反电动势负载晶闸管的额定电流大一些。2-12 .直流电动机负载的特点及其等效电路如何串接平波电抗器的意义何在解：直流电动机反电动势负载，其等效电路为一直流反电动势和电阻串联。由于反电势的作用，晶闸管的导通角变小，负载电流将出现断续，通常反电势负载的内 阻又很小，所以输出同样的平均电流，峰值电流很大，因而电流的有效值大，要求电源的

41、容 量亦大。对于直流电动机负载，将使其机械特性变软，整流换相时产生火花。为使负载电流连续，克服上述缺点，常在反电势负载的整流输出端串联平波电抗器，其目的是利用电感的储能作用来平衡电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。2-13.串平波电抗器电动机负载与大电感负载在单相全控桥整流电路中，输出电压波形一样吗为什么电动机的反电动势Ed不起作用吗解：在理想的情况下，二种电路输出电压的波形是一样的。因为平波电抗器电感量的选择原则是：在最小的负载电流Idmin (低速轻载情况下)时，保证负载电流连续，即晶闸管导电角0 =180°。这是在最不利情况下， 为保证电流连续选择 的电感L值，当负载电流大于Id

42、min时，L的储能增多，电流就不会不连续。当负载电流连续 时，其输出电压的波形与大电感负载电路相同电动机的反电动势 Ed不是不起作用，串平波电抗器的反电势负载电流连续时，晶闸管 导通角0=180° ,波形与大电感负载时相同，输出电压Ud交流分量几乎全部降落在电抗器上，反电势负载(例如直流电动机)上的电压脉动很小，负载电流id波形基本平直，可以近似看成为平行于横坐标的直线，晶闸管电流波形为180。的矩形波。所以，各种参数之间的数量关系，也与大电感负载时相同。只是由于反电势的作用，负载电流的平均值为Id=(Ud-E)/ R,2-14.对单相大电感性负载可控整流电路，画图说明全控桥和半控桥

43、输出电压ud、晶闸管电流iv1和变压器二次电流i2波形的差别。半控桥加续流二极管与其不加续流二极管时又 有何差别解：单相全控桥大电感性负载可控整流电路，输出电压Ud、晶闸管电流iv1和变压器二次电流i2波形如教材P37中的图2-6(d)、(f)、(g)、 (h)所示。晶闸管导电角为 0=汽，对应 桥臂对管轮流导通和关断，电流 M波形为为180°的正向矩形波。变压器二次电流 i2波形 为正负180°的矩形波。当a>00时，输出电压 u d波形将进入交流电源的负半周。半控桥加接续流二极管 V4后，输出电压Ud和变压器二次电流i2的波形与不接续流二极 管V4时相同，如教材

44、P41中的图2-8(d)、(j)所示。而晶闸管和整流二极管的导电角为0 =汽-a。图2-8 (f)和图2-8 (i)波形上有斜线的部分不再存在，这部分的导电功能由续流二极管 V4来代替，如教材图2-8 (l)所示。不加续流二极管时，晶闸管的导通角和整流二极管的导电角为0=汽，但图2-8 (f)和图2-8 (i)波形上有斜线的部分对应的a期间，为同一桥臂的晶闸管和整流二极管续流期间。Ud波形是相同的，在半控桥不加续流二极管和加接续流二极管两种情况的输出电压 角对应的区间，输出电压 Ud为零。变压器二次电流i2波形为正负n-a的矩形波，在a角对应的区间，由于是续流期间，变压器二次电流i2为零。但接

45、续流二极管电路，在续流期间，晶闸管和整流二极管全部关断。第三章可控整流电路习题与思考题解3-1.分别画出三相半波可控整流电路电阻负载和大电感负载在a为60。、90。的输出电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流i2的波形图。晶闸管导通角各为多少输出电压各为多少解：(1)电阻性负载a =60°时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材 P48中的图3-4,其中晶闸管 电流波形可在图3-4(c)中读出，变压器二次相电流i2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。a =90°时，可参照上述波形，将控制角a移至90°处开始即可，晶闸管仍导通至相电压正变负的过零点处。由于a

46、>30°时，Ud波形断续，每相晶闸管导电期间为a至本相的正变负过零点,故有晶闸管导通角为0 = Tt - a -30 °整流输出电压平均值.2U 2 sin.td.t 茎5 1 cos - 260.675U2 1 cos-6当 a =60° 时，0 =90 , Ud=。当 a =90° 时，0 =60° , Ud=。(2)大电感负载a =60°时，输出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P49中的图3-5,变压器二次相电流i2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。a =90°时，可参照上述波形，将控制角a移至90

47、76;处开始即可，但晶闸管导通角仍为0 = 120°。由于大电感负载电流连续，则晶闸管导通角为0 = 120°整流输出平均电压为Ud22".2U 2 sin .td.tU2 cos1.17U2 cos当 a =60°时,0 =120° , Ud=°二。当 a =90°时,0 =120° , Ud=03-2.三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知U2=220V、R=Qo 计算 a =60°时负载电流id、晶闸管电流M、变压器副边电流i2的平均值、有效值和晶闸管上最大可能正向阻断电压值。改为电阻负载，重

48、复上述计算。解：(1)大电感负载整流输出平均电压为Ud 1.17U 2 cos 1.17 220 0.5 128.7 (V)负载电流平均值为IdUdR128.7 - 11(A)11.7负载电流有效值为I IdUd128.711.711(A)晶闸管电流的平均值Iviar为I11I V1ARI d31 1133.7 (A)晶闸管电流的有效值为11V1，3I1d 、.311 6.35(A)变压器二次电流平均值为变压器二次电流有效值为I 2AR I V1AR31d113.7 (A)I 2 I V11,3Id116.35(A)三相半波可控整流电路可能出现的最大正向阻断电压为u FM .- 6U 2622

49、0 538.9 (V)当a =60°时的实际正向阻断电压为uF.6U 2sin 60,3466.8(V)(2)电阻性负载由于a >30时,Ud波形断续,每相晶闸管导电期间为a至本相的正变负过零点，故有整流输出电压平均值Ud.td.t3 2”21 cos 一 60.675U2 1 cos 6148.6(V)负载电流平均值为IdUdR148.611.712.7(A)负载电流有效值为t22U2sin t 2 , dU2-sin 2"(A)晶闸管电流的平均值1V1 AR 为I A1VR12.7 4.2(A)晶闸管电流的有效值为1 V12U2Sin t 2U212'si

50、n 22变压器二次电流平均值为1 2AR1 A1VR31d1112.734.2 (A)变压器二次电流有效值为I V19.4(A)由于a >30。，负载电流出现断续，所以,电路可能出现的最大正向阻断电压为uFM.2U2220 311(V)3-3.某电解装置系电阻性负载，要求输出电压Ud=220V,输出电流Id=400A,采用经整流变压器的三相半波可控整流电路，电源是三相380V的交流电网，考虑 amin=30° ,估算此时整流变压器的次级容量S2,并与a =0。时的次级容量S20作比较，然后加以说明。最后选择晶闸管。解：由于aW 30° ,整流输出平均电压U d 1.1

51、7U 2 cosU2Ud1.17 cos.当 a = a min=30° 时，U2Ud1.17 cos220 217.1(V) 1.17 0.866Ud 220Id 4000.55(q )变压器二次相电流有效值为1 21 V11 a:262U 2 sin t 2 , dU2R 23一cos2 2217.1=0.6342 250.3(A)0.55贝U &=3U2I2=3X X =(VA)=163(KVA)(2).当 a = 0° 时,U 20Ud2201.17 cos 1.17188 (V)1 201562622U 2 sin tU2R1 23cos22321 171

52、17 0.6864 234.6 (A)0.55则 S20=3U20I20=3X 188X =(VA) = (KVA)从上可见，S2>S20O说明可控整流电路的设计，应尽量使其在较小的控制角a下运行。这样，在输出同样大小负载电流时，使整流晶闸管电流和变压器二次电流、电压的有效值较 小，可降低器件和变压器的额定容量。由于晶闸管电流的有效值IV1=I2=当不考虑安全裕量时IvEAR=|Vl/=/=(A)晶闸管承受的最高电压峰值为.6U2,6 217.1 531.8(V)按裕量系数22X =(A) 2X =(V)选择额定通态平均电流为400A,额定电压为1200V的晶闸管。3-4.在三相半波可控整流电路中，如果控制脉冲出现在自然换相点以前，可能出现什 么情况，能否换相画出波形图分析说明。解：出现在换相点之前的触发脉冲，不能完成晶闸管的换相。电阻负载波形图参阅教材 P47中的图3-3 (b)、 ( c)、 (d)