电力电子变流技术 全本书课后答案

第一章电力半导体器件

习题与思考题

解

1-1.品闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？

解：品闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的品闸管，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/L以上。导通后的品闸管管压降很小。

使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过品闸管的电流减小至某个小的数值一维持电流

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的品闸管，维持电流/H=4mA,使用在题1-2图中的电路中是否

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

lv500x10s7

因为/v</H，而儿</L，/L为擎住电流，通常/L=(2~4)加。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a=0。时，最大输出平均电压

U产0.45(/2=0.45x220=99(V)

平均电流/^=—=—=9.9(A)

1VARR10

波形系数Kf=%xl57

所以,八=所°/VAK=1.57X9.9=15.5(A)

而KP100-3允许流过的电流有效值为公=1.57X100=157(A),h.<1、<人,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

UF产。册“=7^=0x220”311(V)>3。。(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A=150/l=150(A),

即为平均值，亦是有效值。而M=150A,A=150(A)<157(A),即九<，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=0.5Q,L=0.5H,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,中回路电压方程为

吟—

主电路电流。按下式由零上升

「如小)

品闸管要维持导通，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/户15mA代入，得

—(l-e-,)>15x1O~3

0.5'7

取「«l-r,

B150uSo

所以，门极触发电流脉冲宽度至少应大于150us。

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

V2(7=V2x220«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),

3X310=930(V),则选择额定电压为700V〜1000V的晶闸管。

1-5.若题1-4中晶闸管的通态平均电流为IOOA,考虑晶间管的安全裕量，试分别计算

导电角为180°和90°时，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/vi

等于定义管子额定通态平均电流时的电流有效值/VE，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，

儿=居『(小in-L)=y

则有772=1.57Aw

所以，晶闸管允许的峰值电流为

A=2X1.57X100=314(A)

当导通角0=90°时，

则有品=157—

所以，晶闸管允许的峰值电流为

/；M=2V2X1.57X100«444(A)

考虑取安全裕量数为2时，则当导通角4=180。时，电路允许的峰值电流为

Ai=314/2=157A,

当导通角。=90°时，电路允许的峰值电流为

3444/2=222(A).

1-7.题上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/“、4、%、

心、心各是多少？这时相应的电流最大值K、乙、%、阪、心又是多少？

解：额定通态平均电流入EAR为IOOA的晶闸管允许通过电流的有效值为

=

/V£^VEARx=100x1.57=157A

利用上题结果，图(a)/尸与=/\，E=157A

则Z..=214(A)

I314

/=-^=--=100/

ldiJt3.14

图(b)/2=0.467w=/V£=157A

则Z,z=341(A)

*=024"81.8A

图(c)7?=O.65Z,n=/ve=157A

则3241(A)

心=0.48%=115.94

图(d)/4=0.5/m=IV£=l57A

则7.4=314(A)

/“4=0.25/",=78.5A

图⑹人=泰乙=心=1574

则7,5=444(A)

I444

1=—=—=55.5A

id588

1-8.晶闸管的额定电流是怎样定义的？有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八%.它是在规定的条件下，品闸管允

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”10℃，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170C,品闸管结温不超过额定值。

额定通态平均电流八蹄的电流等级如教材表1—2所示。通常50A以下的管子分为1、

5、10、20、30、50A等级，100-1000A的管子分为100、200、300、400、500、600、800、

1000A等级。

额定通态平均电流八网与在同一定义条件下的有效值/VE具有如下关系：

‘VE=K狂」\，EAR

其中，K.=-^-=-«1.57为定义条件下的波形系数。

*2

1-9.导通角。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。不同，电流的波形不一样，因而波形系数亦不相同，〃角愈小，波形

系数愈大。晶闸管电流的有效值、平均值八.与波形系数后具有如下关系：

Al=Kt\jrviAR

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，就能保证晶间管在实际运行工作时，不致

于因电流过我而损坏。

上述这一原则可归结为：使实际运行管子电流波形的有效直八I,等于定义管子额定通

态平均电流/⑼1时的电流有效值",即

V\VEje・“YEAR

则晶闸管额定电流

1_/VI_人”

1-10.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，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。

一是阳极电压力过高，达到或超过/G=0时的转折电压UBO时，使漏电流急剧增加；二是

UA的电压上升率du.x/di太快。

这两种因素造成的最终结果都是便从Mlx.通过反向偏置的人结向P2M（门极M）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/B2,它相当于从

门极提供的/G的作用，使其二等效三极管的明、g2极快上升至。1+&2%1,即广（Q—

a2）^0,进而使阳极电流A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。

1/2.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，另一种是由/力是耐受量高；主要用于折波与高频逆变电路。

（2）。双向晶闸管

双向晶间管是一种五层结构的二端器件，具有四种触发方式，分别为I，、I->HL、Ill

二，其中1八I触发灵敏度较高，IH触发灵敏度稍低，较为常用，而HI.触发灵敏度最低，

一般不用，使用不当会损坏晶闸管。双向晶闸管主要用于交流且路，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)0逆导品闸管

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，与普通品闸管相比，

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，消除了品闸管与

二极管之间的连线电感，减小了换流时间，使品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)

可关断品闸管GT0(GateTurn-offThyristor)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品闸管。

GTO与普通品闸管的关断机理不同，有两个市要的特征参数需要特别注意，分别为最

大可关断电流/AT。和电流关断增益日,口其定义分别为

最大可关断电流/AT。：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。

电流关断增益匹M电流关断增益的定义为阳极电流〃与使其关断所需的最小门极电

流的比值，即

通常GTO的尸只有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口和关断时惊匕,来表示，即

£g=Zd+tT

t/r(=心+Zr

其中，北为延迟时间，£r为上升时间，a为存值得时间，G为卜降时间。

开关损耗发生在器件的开关过程中，瞬态功率损耗为

Ap=/cU

维持的时间长了，就有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P18~19中的图1-15却图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。SB,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%B,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USB减小到G点的低电压区（10〜15V）,

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「，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B〜G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击穿？兀采取什么措施防止？

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

触发功率尸SB=，SB.UsB,进而达到二次击穿临界触发能量EsB=PsBr=，SBUsB

r,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于电路，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，功率品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，使品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更合型器件。

1-18.MOS棚控晶闸管（MCT）有何突出的优点？

解：MOS栅控品闸管（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：i类是高压集成电路HVIC,它是高耐压功率电了•器件与控制电路的单片集

成；另一类是智能功率集成电路SPIC（SmarlPower-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/。。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。、负载

电流有效值，并选择晶闸管。

解：（1）整流输出平均电压

Ud=：J42U2sin①id（①力=（,亚U2sin

1+cosa……1+cosa

=0.4567--------

r2

5^-22

0.45U

则控制角。=60°导通角〃=n-a=120°

(2).负载电流平均值

U.

/d=—=20(A)

R

则R=UJ〃=75/20=3.75。

负载电流有效值/，即为品闸管电流有效值/vi，所以

1.八冗一a

/=/vi=—sin2tz+-----=37.6(A)

2乃R4乃2乃

(3).当不考虑安全裕量时

/VI=WVEAR=1.57/VEAR

则品闸管通态平均电流/VEAR=/VI/1.57=37.4/1.57=23.9(A)

品闸管可能承受的最大正反向电压为

y[lU2=72x220®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，大电感负我保证电流连续。试证明输

出整流电压平均值U”=乂犯•匕等■,并画出控制角为a时的输出整流电压山、晶闸

TC2

管承受电压内的波形。

解:%=y-J^V2t/2sinCD.td{a).t)=jV2f/2sinco.td(a).t)

1+cosa入…，1+COSQT

x0.45U,--------

~2~2

控制角为a时的输出整流电压纳、晶闸管承受电压W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卬、电流id和晶闸管电压“W波形：写出3、人计算公式。

解：电阻性负载电路

输出电流山与输出电压处相位相同，波形相似。晶闸管导通区间从a至n,导通角。

=九一a。"d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与输出电压卬相位不相同，电流id滞后于电压股。

而且，电流电不能随电压以突变。品闸管导通区间从。开始并超过n过零点，导通角〃>n

一a。如波形从。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。的大小，

与负载电感值/有关，/越大，储能越多，。亦越大，如波形进人变压器二次电压负半周的

部分亦越多，输出电压的平均值〃亦下降的越多。当负载为大电感负载时，A近似等于零,

此时输出平均电流心亦很小。

电阻负载输出电压如、电流后和晶闸管电压"VI波形参阅教材P27中的图2-1。

电阻负载上、〃计算公式如下：

(1)整流输出平均电压

j叵U?sinJ2sin(o.td[a)J)

\/2(l+cosa>j„..l+cosa

=—U,--------«0.45力--------

7T\2)22

(2).负我电流平均值

/d=

R

2-5.单相半波大电感负我可控整流电路中，带续流二极管和不带续流二管在输出电压

〃d和电流小晶闸管电压HV1用电流刖、续流二极管电压“V2和电流2波形上有何区别。

写出带续流二极管时“八id、I”、兀2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“d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/d亦很小。输出电压〃d和电流id、晶闸管

电压”I和电流M的波形参阅教材P30中的图2-2。其中，M的波形与心的波形相同。

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

变负的过零点时，由于电感应电动势的作用使续流二级管导通，品闸管被迫关断，所以，品

闸管导通区间从。至门，导通角。=又一。.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，品闸管电流刖、续流二极管电流内2近似为正向矩形波，

导通角分别为。=又一a和O=Jt+a。

输出电压小和电流小品闸管电压«vi和电流M、续流二极管电压“V2和电流加波形参阅

教材P31中的图2-3„

带续流二极管时阳、id、M、兀2的平均值和有效值计算公式如下：

（1）输出电压的平均值”为

（2）输出电压的有效值值U为

（3）输出电流的平均值〃为

（4）输出电流的有效值值/为

"R

（5）晶闸管的平均电流/WAR为

/viAR=J-「〃d（3/）=〃

2.71%2〃

（6）晶闸管电流的有效值加为

（7）续流二极管的平均电流/V2AR为

/v2AR=/「"1/（*=

2乃J02乃

（8）续流二极管电流的有效值仆2为

V27tV2乃

2-6.有一单相桥式全控整流电路,负载为电阻性，要求。=30°时，〃=80V,Z<=7Ao计

和整流变压器的副边电流心，按照上述工作条件选择品闸管。

解：h=U,i/R,则R=Ud//d=80/70=1.14Q

“1=0.95X(l+cosa)/2

则5=95V

82.12(A)

九*=58(A)

ZVEAR=/VI/kfe=58/1.57237(A)

考虑裕量系数2,

2X37=74(A)

26U2=2xV2x95«268.7(V)

选额定电流100A.额定电压300V的晶闸管。

2".单相全控桥式整流电路接大电感负载，已知S=100V,R=10Q,a=45°。

(I)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。画出如、id、iv“、及变压器次级电流/3的波形。

解：(I)负载端不接续流二极管V4时

输出电压平均值为

U.=—PV2C/,sin(o.t(cl(o.t)=Ucosa»0.9U,cosa

InJo7t~

=0.9X100X0.707〜63.7(V)

输出直流电流平均值为

—6.37(A)

dR

品闸管电流的有效值为

VI

（2）负载端接续流二极管V4时

输出电压平均值

1+CCS"

U,=—「sinx0.9(7,=0.9x100x0.854=76.8(V)

2万％2

输出直流电流平均值为

（二"々7.68（A）

cR

晶闸管与整流二极管电流的有效值A、几为

135

—x7.68=4.70(A)

360

续流二极管电流的有效值几为

2

x7.68=3.84(A)

变压器二次电流的有效值为

=V2/vl=72x4.70=6.65(A)

接续流二极管时的〃八小八⑴、，V4及变压器次级电流，2的波形参阅教材P41中的图

28

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。〜100V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，最小控制角明『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

1+cosa

Ud=D9Ud

当输出平均电压也为100V时

cosa=

%nin工-

当输出平均电压后为30V时

导通角。=又一。，所以晶闸管导通角。=90°〜46°。

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。即最大叫”,时，计算

晶闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。

=

Zi=20A,则品闸管平均电流AIAK=IA/210A

当a=134°=134n/18C=0.7444n时

波形系数为

，/学+2万（一夕工3.22

V2(l+COS6Z)

晶闸管电流的有效值为

=AJI•TIA=3.22x10=32.2(A)

交流侧电流的有效值为

Clvia45.5(A)

交流电源容量为

S2=I2U2=45.5X220=10010VA«10.01KVA

2）采用变压器降压供电时

1+cosa

Ud=0.9U2

当a.f30°时，输出电压为100V,则变压器二次电压为

2Ud_2xl(X)

119(V)

%0.9(l+cosa)0.9(l+cos30)

当以=30V时的最大控制角明“、为

a时E16°

品闸管导通角〃=文一。，则〃=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0即最大a山时，计算

品闸管电流有效值和变压器二次电流有效值。

ZF20A,则品闸管平均电流A.AR=IJ2=10A

当a=116°=U6n/18c=0.6444n时

波形系数为

正警返三i“69

v2(l+cosa)

品闸管电流的有效值

/门=K/JV]AR=2,69x10=26.9(A)

变压器二次电流的有效值

I2=V2ZV1=38.0(A)

变压器二次容量

S2=I2U2=38.0x119=45224.52

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。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20〜B0V连续可调，最大负载电流为20A,最小控制角%皿=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。

解：1、在最小控制角明m和最大整流输出电压时，计算变乐器二次电压“

252x80

a95.3(V)

%0.9(1+COS6Z)0.9(l+cos30°)

2、在最小整流输出电压时计算出最大控制角

当以=20V时的最大控制角明“、为

2x20

cosa二澈TX-0..5336

max0.9x95.3

则O.M.=122°

3、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及，因为品闸管、

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。变压器二

次电流人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，以保

证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人於九.与有效值几、氐

其最大值出现在a,『30°时,所以

:

^150-x20=8.3A

VIA?—'V2AR-2

乃360n

续流二极管电流的平均值人.与有效值lu

其最大值出现在a皿=122,时，所以

1223

"■UR一而x20=13.6A

IVi=A-Id=x20=16.5A

'"乃"V18()

变压器二次电流的有效值h

其最大值出现在。巾=30°时，所以

=，士门厅+㈠)＞。。胃亍/=V2/vl=18.2A

则变压器二次容量

S2=I2U2=18.2x95.3=1734.5VA®1.7^44

2-10.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，负载两端并接续

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

U&=—P141Us\n(o.t(dco.t)=,cosa之0.9(7,costz

2乃Jo~7T

共负载两端并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

力=09力匕箸

乙

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

0.9力匕詈

2-11.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a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。=其。

而反电动势式负载时，当a小于不导电角6时，0=n-26：当a大于不导电角6时，

晶闸管的导通角0=n-a-6e

所以，反电动势负载时的波形系数自大于电阻性负载时的波形系数4?。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甩流大一些。

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品闸管的导通时间。

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？电动机的反电动势以不起作用吗？

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：在最小的负载电流人低速轻载情况下)时，

保证负载电流连续，即品闸管导电角。=180°。这是在最不利情况下，为保证电流连续选择

的电感£值，当负载电流大于上山时，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

电动机的反电动势及不是不起作用，串平波电抗器的反电势负载电流连续时，晶闸管

导通角〃=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，负载电流打波形基本平直，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

k=(U^-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输出电压以、晶闸

管电流M和变压器二次电流在波形的差别。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，输出电压卬、晶闸管电流M和变压器二

次电流右波形如教材P37中的图2-6(d)、(f)、(g)、(h)所示。晶闸管导电角为"，

对应桥臂对管轮流导通和关断，电流加波形为为180°的正向矩形波。变压器二次电流，a

波形为正负180°的矩形波。当。＞0°时，输出电压“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，输出电压切和变压器二次电流12的波形与不接续流二极

管V4时相同，如教材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

…，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(1)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带为人但图2-8(f)和

图2-8(i)波形上有斜线的部分对应的“期间，为同一桥臂的晶闸管和整流二极管续流期间。

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〃d波形是相同的，在。

角对应的区间，输出电压以为零。变压器二次电流波形为正负"一。的矩形波，在。角对

应的区间，由于是续流期间，变压器二次电流心为零。但接续流二极管电路，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。为60°、90°的愉出

电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流〃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

。=60。时，愉出电压和晶闸管电压、电流波形参阅教材P48中的图34,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网管电流波形

相同。

。=900时，可参照上述波形，将控制角a移至900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>30。时，小波形断续，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9=JT-a-30°

整流输出电压平均值

Usinco.td((D.t)=U、1+coJ—+a0.675^/21+co+/a

2乃6a~2乃"

当a=60°时，0=90°,3=0.675〃。

当a=90°时，0=60°,£Z(1=0.675^[l-0.5]=0.3375^.

(2)大电感负载

o=6()a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12的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。

。=90°时，可参照上述波形，将控制角。移至90°处开始即可，但品闸管导通角仍为

0=120°o

由于大电感负载电流连续，则

品闸管导通角为,)=120°

整流输出平均电压为

3f—/~/、3\/6

6

Ud=—LV26'2sina)Jd(co.t)=----U2cosa*1.11U2cosa

2乃~2兀~

当。=60°时，0=120°,a,=l.176kos60°=0.585以

当。=90°时，0=120°,a>=l.17^cos900=0

3-2.三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知5=220V、R=11.7Q。计算a

=60°时负载电流id、品闸管电流刖、变压器副边电流质的平均值、有效值和品闸管上最大

可能正向阻断电压值。改为电阻负载，重复上述计算。

解：(1)大电感负载

整流输出平均电压为

Ud=1.17(72cosa=1.17x220x0.5=128.7(V)

负我电流平均值为

Ud_128.7

~R~11.7«11(A)

负载电流有效值为

U”二128.7

a11(A)

~R~11.7

晶闸管电流的平均值为

5=：xll=3.7(A)

JJ

晶闸管电流的有效值为

=—x11=6.35(A)

6

变压器二次电流平均值为

2Z/»Rn=^VI\/\InR=~3hai=—3xl1=3.7(A)

变压器二次电流有效值为

/丫1=-j=Ix11=6.35(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

uFM=>/6U2=瓜x220工538.9(V)

当a=60。时的实际正向咀断电压为

u右=V6(/sin60=V6x220x«466.8(V)

r2*■2

(2)电阻性负载

由于Q>30。时，△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

1+coJ—+a0.675^1+coJ^+(z

Ud=—|7Gv,sin(o.td((D.t)=U、2

2乃喋+a-2乃'

=148.6(V)

负载电流平均值为

U_148.6

(lX12.7(A)

~R~11.7

负载电流有效值为

3「(y[lU2sin6zX

石E一£

Q16.3(A)

晶闸管电流的平均值/凹AR为

/ll»A勺Cl