电力电子技术(王云亮第二版)第2章答案

第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答

2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：

2

cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：

A R I U d d 50510=?==

可以求得控制角α为：

01220

45.0502145.02cos 2≈-??=-=U U d α 则α=90°。

所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 52

1222212==-=-==?ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=π

απ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为

()()V U U M TN 933~6223113~23~2=?==

续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为

()()V U U M TN 933~6223113~23~2=?==

2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周上下绕组电流的方向相反，波形对称，其一个周期的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：

（1） 以晶闸管 2VT 为例。当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变

压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。

（2）当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角α相同时，

对于电阻负载：

（α~0）期间无晶闸管导通，输出电压为0；（πα~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与

电源电压2u 相等；(παπ+~)期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；(παπ2~+)期间，单相全波电路中2VT 导通，单相全控桥电路中2VT 、3VT 导通，输出电压等于2u -。

对于电感负载：

（απα+~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与电源电压2u 相等；（απαπ++2~）期间，单

相全波电路中2VT 导通，单相全控桥电路中2VT 、3VT 导通，输出波形

等于2u -。

可见，两者的输出电压相同，加到同样的负载上时，则输出电流也相同。

2-3 单相桥式全控整流电路，电阻性负载，V U 2202=，

Ω=2L R ， 30=α，试计算

(1) 输出电压d U 和输出电流d I ；

(2) 晶闸管额定电压和额定电流。

解：（1）输出电压平均值为：

V U U d 7.1842

30cos 12209.02cos 19.02=+??=+=

α 输出电流为： A R U I L d d 35.922

7.184=== （2）晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U ，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为

()V U U M TN 933~6223~2==

晶闸管流过的电流为负载电流的一半，

A R U I T 76242sin 2

=-+=π

αππα 考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：

A I I T AV T 96~7357

.1)2~5.1()(==

2-4 单相桥式全控整流电路，V U 1002=，负载中Ω=2L R ，L 值极大，反电势E=60V ，当α=30°时，求：

（1）画出d d i u ,和2i 的波形；

（2）整流输出平均电压d U 、电流d I 及变压器二次侧电流有效值2I ；

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：(1) ,,d d i u 和2i 的波形如下图：

（2）输出平均电压d U ，电流d I ，变压器二次电流有效值2I 分别为 ()

V U U d 97.7730cos 1009.0cos 9.02=??== α

A R E U I d d 99.82

6097.77=-=-= ()A I I d 99.82==

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

)(4.141210022A U ==

考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为：

)(424~2834.141)3~2(V U TN =?=

流过晶闸管的电流有效值为：

)(34.62I d

A I T ==

考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：

())(08.8~06.657.1/34.6)2~5.1(A I AT T =?=

2-5 单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0~100V 连续可调，30V 以上要求负载电流达到20A 。采用由220V 变压器降压供电，最小控制角 30min =α.试求：

（1）交流侧电流有效值； （2）选择晶闸管电压、电流定额。

解：（1）交流侧输出电压有效值为：

()

21

sin d U td t παωωπ=?=21cos 0.92

U α+ min α=30°，此时输出电压最大，代入上式得到：

1002

30cos 19.02cos 19.022=+=+=U U U d α 得，2U =119V

d U =30~100V 变化时，d I =20A ，由于在30V 时，导通角小，因此此时的电流有效值最大，此时R =1.5Ω，触发角为

302

cos 11199.02cos 19.02=+??=+=ααU U d 116=α

交流侧电流有效值为：

A R U I 382sin 212

2=-+=π

απαπ （2）晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为22U ，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管电压定额为：

V U U TN )424~8.282(2)3~2(2==

晶闸管电流是输出电流的二分之一，考虑1.5~2倍的安全裕量， 则晶闸管的额定电流为：

A I I I T AV T 34~262

57.1)2~5.1(57.1)2~5.1(2)(===

2-6 在单相桥式全控整流电路中，若有一晶闸管因为过流烧毁断路，画出此时输出电压波形。如果有一晶闸管因为过流烧成短路，结果又会怎样？

解：假设1VT 因为过流烧毁断路，则整流电压u d 波形与单相半波

整流电路的波形一样，相位差180度。

假设1VT 因过流而短路，则当晶闸管2VT 导通时，将发生电源相间短路，使得2VT 也可能因为过流而烧毁。如果2VT 因为过流烧毁断路，则整流电压u d 波形如上图所示，相位差180度；如果2VT 因为过流烧毁而短路，则会引起变压器和电源过流。

2-7 单相桥式全控整流电路中给电阻性负载供电和给反电势负载蓄电池供电，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得大一些？为什么？