电力电子技术答案

1、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Ua决定。2.3温度升高时

2、，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=0，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 tq trr tgr。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、逆导晶闸管、光

3、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1.8所示电路中是否合理，为什么？（暂不考虑电压电流裕量）1U0 V(hl(Cl图题1.8了。答:(a)(b)（C）因为因为因为2.9IaIaIa100V50K200V10150V12 mA20A150A1H，所以不合理。KP100的电流额定值为 100 A，裕量达5倍，太大，大于额定值，所以不合理。图题1.9中实线部分表示流

4、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。解：图（a）：It(av)= 210 ImSin td( t) Imit八1mSin td(吐ItKf= It(aV) =1.57 0IT2(1"/ 0»*»t211tatr /fx.U il3t 4C'32e liL'if'V 01 n n.'3712h HtlOh , 口，图题1 . 90 it-42k 9x4vU" Srt.-2讪0 祝图(b):1It(av)= 0的 td( t)Im图（C）:J丄 0 (ImSin t)2d( t)

5、ItKf= It(aV) =1.11Im1 _lmSin td( t)I T(AV)=3=2 l m_(lmSin t)2d( t)0.631mItKf= It(av) =1.26图(d):_lmSinIt(av)= 23td( t)=4 ImlT=(ImSin2t) d( t)(1 V3 =iJ*6 T0.521mItKf= It(AV) =1.78图(e):1 _It(av)= F lmd(Imt)= 8Im0 = 272ItKf= It(AV) =2.83图(f):1 _It(av)=F lmd(Imt)=Gd( t)垃=2ItKf= It(aV) =22.10上题中,如不考虑安全裕量,

6、问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少？解：(a)图波形系数为1.5 7,则有：1.57T(AV)=1.57100A ,It(av) = 100 A(b)图波形系数为1.11,则有：1.11It(AV)=1.57100A ,It(av)=141.4A(c)图波形系数为1.26,则有：1.26It(AV)=1.57100A ,It(av)=124.6A(d)图波形系数为1.78,则有：1.78It(av)=1.57100A ,It(av)=88.2A(e)图波形系数为2.83,则有：2.83It(AV)=1.57100A,It(av)=55.5A(f)图波形系数为2，则有：21T

7、(AV)=1.57 100A ,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 °.6VUt O.7V 。2.12 如图题1.12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1.13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）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流I L=15mA）？解:可解得尺图题1.13由题意可得晶闸管导通时的回

8、路方程:普 RiA EiA |（1 e）=R =1要维维持持晶闸管导通,iA（t）必须在擎住电流Il以上，即昱(10.5e t)15 10 3t 150610150 s，所以脉冲宽度必须大于150S。1.14所示，交流电源电压有效2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题值为220V。（1）考虑安全余量，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，考虑晶闸管的安全余量，应如何选择晶闸管的额定电流？ 解：（1）考虑安全余量，取实际工作电压的2倍Ut=220 2 忑 622V, 取 600V(2)因为 Kf=2.22,取两倍的裕

9、量，则:得:2It(av)2.22It(av)=111(A)100A取 100A。-21M) V图题1.142.15什么叫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：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

10、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 PcM以及二次击穿功率Psb，IcM，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I C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:(2)实现主电路与控制电路隔离,自动保护功能，以便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

11、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 GTR同时承受咼电压、du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 dtdi和集电极电流变化率 dt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GTR2.19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勺缺点有：电流容量低，承受反向电压小。2.20从结构上讲，功率 MOS管与VDM

12、OS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采用二次扩散形式的P形区的M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（13制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度高。2.21试说明VDMOS的安全工作区。答: VDMOS勺安全工作区分为：（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I CM,最大漏源击穿电压 BUDs最高结温Ijm所决定。（3）换向安全工作区:d£换

13、向速度dt 一定时，由漏极正向电压Ubs和二极管的正向电流的安全运行极限值Ifm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的10倍；与VDMOS GTR相比，IGBT的耐压可以做得很高，最大允许电压UCem可达4500V, 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VD

14、MOS勺1/10，输入阻抗与 MOS(1)提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断,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，栅极电阻不使

15、用宜太小。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

16、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Ss ,使其导通，可以加 56V的正栅偏压+U3S,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，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

17、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,减少器关断缓冲电路是对 du/dt抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制电路是对 di/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

18、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，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-

19、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Ci,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（Buck）,升压斩波电路（B oost）,升降压斩波电路（B uck-B oost）和库克（C ook）斩波电路。降压斩波电路是： 一种输出

20、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

21、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。变换器的输出电压为:n2Uo DUdNi反激变换器:D截止,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 次级N2中没有电流流过。当 T截止时，N2中的感应电动势极性上正下负，二极管器起储能电感的作用。输出电压为Uo山旦UdN1 1 D3.6试分

22、析全桥式变换器的工作原理。答：当Ugi和ug4为高电平，ug2和ug3为低电平，开关管 Ti和T4导通，T2和T3关断时,变压器建立磁化电流并向负载传递能量；当Ugi和Ug4为低电平，Ug2和Ug3为高电平，开关管T2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。“ILO一11智'1 *LkAD,叫lT% T3.7 有一开关频率为50kHz的Bu

23、ck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求占空比D的大小;求电感中电流的峰-峰值 I ;若允许输出电压的纹波 U0/U0=5%，求滤波电容 C的最小值。Ud解：(1) UoU010U?150.667Il(2)Uo(UdU。)UdD(1 D)（3）因为0.05fLUdU。U。2齐1f 50kHzfLd）（¥）2fc（1 d）（¥）215 嘗71 0型 1.333A50 103 0.05 1032 JlCfc20.05 2f 22(1 D)Cmin0.05 8Lf20.05 8 0.05(50 103)2 66 1

24、0'F6.66（3）若允许输出电压纹波系数为0.01，求滤波电容 C的最小值。3.8100kHz ，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的开关频率为电路输入电压为交流 220V，当Rl两端的电压为400V时：（1）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:U0(2)UdU0L0= 2Tsu0-452I0K400 220400=0.450.01 10 3 22010=49.5 H,1 0K(其中U04004010ADTs3) U0rlcDTsU。0.45 10 53.9在Boost变换电路中，已知方式，当 Ts=40s

25、, ton=20 s 时,U0ton toff解:toffUd由于L和C的值都比较大,U 0100l0 R 205A3.10有一开关频率为持恒定,试求:(1)解:Rl U011.25 F40 0.01Ud=50V , L值和C值较大，R=20 Q,若采用脉宽调制计算输出电压平均值U0和输出电流平均值|0。1 D 0.550kHz的库克变换电路,假设输出端电容足够大，使输出电压保并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压占空比;电容器C1两端的电压 Uc1；开关管的导通时间和关断时间。(1)因为UoUd=10V，输出电压 U0调节为5V不变。U。汽UdD Uo Ud5 103(注意Uo5V)U C1-

26、U1 D11015V13ton150 1036.67 stoff (1D)T-1313.34 s3 50 10 3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

27、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) 当用于交一直一交变频器中，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现，这就需要给交一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

28、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) 当用于交一直一交变频器且负载为电动机时，若交一直变换为可控整流，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?式中k为大于1的安全系数，一般取为23。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

29、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Ud=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U AN 1m2Ud0.637Ud0.637 10063.7V输出相电压基波有效值输出线电压基波幅值输出线电压基波有效值输出线电压中5次谐波输出线电压中5次谐波有效值4.5解:U AN

30、1U AB1 mU ABmU AN 1m"TT0.45Ud2j3Ud2U3U AB1m12UAB5U AB50.45 100 45V1.1 100 11CVV6Ud 76 100 g 78V込(1sin5t)52®57215.59V全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能否构成全控型器件组成的电压型三相桥式逆变电路能构成120导电型？为什么?4亠亠0120导电型。,_ -0.-0由于三相桥式逆变电路每个桥臂导通120，同一相上下两臂的导通有 60间隔，各相._ 0. _ 0导通依次相差120，且不存在上下直通的问题，所以其能构成120导电型。但当直流电压定时，其输出交流线电

31、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份所包围的面积都用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到腰三角形 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

32、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Ur的正半个周期或负半个周期内，三角波载波基波时的负载阻抗:Z1片(L为2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:可以得到所需波形的输出电压，满足负载需要;整流电路采用二极管整流，可获得较高的功率因数;(4)只用一级可控的功率环节，电路结构简单;通过对输出脉冲的宽度控制就可以改变输出电

33、压的大小，大大的加快了逆变器的 响应速度。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。2 IIIT图题4.10解：(1)基波电压的有效值为:2/2uUo1 d 0.9Ud 0.9 110 99V严(2100 0.0318210015910 J22.3Io1基波电流的有效值为：Uo1994.44 A22.3(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:Z3I 212评(6100 O.03186

34、100159 10 6)60.7Z5102 (10100 0.0318 10100 159 10 J100.4其电流谐波系数分别为:k34Ud0.7k34UdZ50.424.11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= 5 Q, 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u。坯sinn t1,3,5, n输出电压和电流波形为:丁还 -卩|嬰功丁I _ 1 1 =7：心人心；

35、r基波电压和各谐波电压的有效值为:UO1旦 0.9Ud0.9 300 27CVUo3U o19CVUo5U o154V3，5Uo71U138.6VUo9 SO1 30V79基波和各谐波的负载阻抗为:乙JR2(L)2J52(2 60 0.02)29.04Z3Jr2(3L)2J52(6260 0.02)23.15Z5Jr2(5L)2J52(1060 0.02)238.25Z7Jr2(7L)2J52(14260 0.02)52.99Z9Jr2(9L)2J52(1860 0.02)268.011 o5Uo1270乙9.04Uo554Z538.25Uo930Z968.01I o9Io129.88A1.4

36、1A0.44A基波和每种谐波的负载功率为:RiI o31 o72Io1 RUo3Uo7Po5 Io52R 9.94WPo79023.153.89A38.652.994464.1WPo3Io72R 2.66WPo9I0.73A21。3 R 75.7WO92R 0.97W基波和各谐波电流的有效值为: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) 晶闸管门极不加触发脉冲;(2) 晶闸管内部短路;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

37、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L2o5.3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。阴极之间被烧断,5.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路

38、，若其中一只晶闸管的阳、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。Ld与Id的乘积是否等于负载有功功5.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的率，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 UdId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外还有谐波分量U1，U2，和 I1, I2,，负载上有功功率为 PJPdRP2>PdUdld。PiP2解：设a =0, T2被烧坏，如下图: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

39、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Id=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=0.45U 2=0.45 220 =99V由变压器降压到60V供电当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:Ud1 cos0.45U 2

40、Ud=24V 时12118012159Ut3117ItrS t2d t84AUd 24Id 300.8IT(AV)It1.57竺54A1.57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i22r842 0.85644.8W电源提供视在功率U2I28422018.58kVA电源侧功率因数采用变压器降压到PFS 0.30560V供电:1 cosU d 0.45U 2Ud=24V 时3918039141Ut422 84.4VIt2旦sin t2d tR51.38AUd24300.81T(AV)It15751熒 32.7A1.57取2倍安全裕量，晶闸管的额定

41、电压、额定电流分别为168.8V 和 65.4A。变压器二次侧有功功率I22R51.3820.82112W变压器二次侧视在功率U2I260 51.383.08kVA电源侧功率因数PFP0.68S5.7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;连接负载的导线截面积（导线允许电流密度j=6A /mm2）;负载电阻上消耗的最大功率。解：（1）单相半波时U2Ud0.45045 1333/IdUdR60012A50晶闸管的最大电流有效值It1.57Id18.8A晶闸管额定电流为It(av)It1.5712(A

42、)晶闸管承受最大电压为U RMU2 =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。所选导线截面积为23.13mm负载电阻上最大功率PrIt2R17.7kW（2）单相全控桥时U2Ud0.9600667V0.9IdUdRd60012A50负载电流有效值1.11Id13.3A(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为It|t(av) 1.576(A)IIt= V22晶闸管承受最大电压为Urm 72 =18852取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和 20A。所选导线截面积为S yJ 13.%2.22mm2负载电阻上最大功率Pr I 2R 8.9

43、kW5.8所示。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(1)说明整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=22OV，分别计算其输出直流电压值Udo(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？a1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。电阻性负载:Ud0.9U2o0.9 220 (1 cos") 148.5V感

44、性负载:Ud0.9U2cos 99V其波形如下图所示,晶闸管承受的最大反向电压为2腹2厶。215。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。J_>IItI(I5.9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Id 10.5 A如触发脉冲左移解：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,到自然换流点之前15°处，触发脉冲宽度为 10°寸，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。2.10三相半波相控整流电路带

45、大电感负载,Rd=10 Q,相电压有效值 U2=22OV。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、UT3的波形。Ud解：J2u2Sin td(t)117U 2 COS因为：U2220V ,450Ud=1.17U 2COS45 =182vIdUdRd182V1018.2AI dT13Id6.1AIt&IdUd、iT2、UT3波形图如下所示:5.11解:在图题2.11所示电路中，当熔断器1FU熔断。熔断器2FU熔断。a =60时，画出下列故障情况下的Ud波形。熔断器2FU、3FU图题2.11这三种情况下的波形图如下所示:Uf-百Aiv&#

46、174;_rw叫未*.丿汨*'、I 一”-1 士丄1戈-空 i.E卜fl毁一 I加Ob-_ _ ip _ _L丄口 申二* 屮n 口 门 d n h . 一 ；”m、L -F » T - n - r -0-L卜-皆 _ 于-«. - 冷吐r廿丘丘(b)3- I' I-'L 吨F】性.士.幻岀上二I n -J“二* 二汇二上 rw.l£ S - -(C)5.12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Id都是40A，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：设单相半波:ldT=|d=40AIt 1.5

47、7 IdT62.8A(Kf=1.57)单相桥式:IdT= 2 Id=20AIt28.3A三相半波:1IdT = 3ld=13.3A0 时 Ud=1.17U 2U2=Ud/1.17It30时UJ丄(乙週cos2Rd V 232丄丄乙A1.17 V23223.5A5.13三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,U2氐94VU2lV3U2168.2V0时晶闸管承受最

48、大电压为uSu?230.3V取2倍的裕量，Urm=460.6V晶闸管承受的平均电流为1IdT= 3 |dU d 220V55ARd41 d又因为所以 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 ,

49、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。解：电流平均值为:1IdT=3Id=40/3=13.3电流有效值为:It乂 0.5111 d 23AV3设电动机的反电势为Ed,则回路方程为:UdEdIdRLUdV2U 2 sin td( t) 1.17U2cos 128.7V所以Ed128.7400.2120.7V解: (1)225.16三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为 100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感L 1为100卩H，负载电流为150A，求:(1)由于漏抗引起的换相压降;(2)该压降所对应整流装置的等效内阻及a =0时的换相重叠角。u3X1ld3 250 100 10 61501.5VCOS 1 (cos2 1ld)虫U 2cos 1 (1-50 100 10 6 150) 11J 6 100r0.01等效内阻15