第三章可控整流电路

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α为60°、90°的输出电压和晶闸管电压、电流、变压器二次电流i 2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α=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i 2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。

α=90°时，可参照上述波形，将控制角α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α>30°时，u d 波形断续，每相晶闸管导电期间为α至本相的正变负过零点，故有 晶闸管导通角为 θ＝π-α-30° 整流输出电压平均值()⎰+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==παπαπαππωωπ62226cos 1675.06cos 1223..sin 223U U t td U U d 当α=60°时，θ=90°，Ｕd =0.675U 2 。

当α=90°时，θ=60°，Ｕd =0.675U 2[1-0.5]=0.3375U 2 。

(2)大电感负载α=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i 2的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。

α=90°时，可参照上述波形，将控制角α移至90°处开始即可，但晶闸管导通角仍为θ＝120°。

由于大电感负载电流连续，则 晶闸管导通角为 θ＝120°整流输出平均电压为()ααπωωπαπαπcos 17.1cos 263..sin 223222656U U t td U U d ≈==⎰++ 当α=60°时，θ=120°，Ｕd =1.17U 2cos 60°=0.585U 2。

当α=90°时，θ=120°，Ｕd =1.17U 2cos 90°=03-2．三相半波可控整流电路向大电感性负载供电，已知U 2=220V 、R =11.7Ω。

计算α=60°时负载电流i d 、晶闸管电流i V1、变压器副边电流i 2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，重复上述计算。

解：(1)大电感负载 整流输出平均电压为7.1285.022017.1cos 17.12=⨯⨯==αU U d (V)负载电流平均值为 117.117.128≈==R U I d d (Ａ) 负载电流有效值为 117.117.128≈==≈R U I I d d (Ａ) 晶闸管电流的平均值AR V I 1为 7.31131311=⨯==d AR V I I (A) 晶闸管电流的有效值为 35.61131311=⨯==d V I I (Ａ)变压器二次电流平均值为7.311313112=⨯===d AR V AR I I I (A) 变压器二次电流有效值为35.611313112=⨯===d V I I I (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 9.538220662≈⨯==U u FM (V) 当α=60°时的实际正向阻断电压为 8.46623220660sin 62≈⨯⨯==U F u (V) (2)电阻性负载由于α>30°时，U d 波形断续，每相晶闸管导电期间为α至本相的正变负过零点，故有整流输出电压平均值()⎰+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==παπαπαππωωπ62226cos 1675.06cos 1223..sin 223U U t td U U d 6.148=(V)负载电流平均值为 7.127.116.148≈==R U I d d (Ａ) 负载电流有效值为()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎰+απαππωωππαπ232sin 216523sin 2232622R U t d R t U I ≈16.3(A)晶闸管电流的平均值AR V I 1为 2.47.1231311=⨯==d VR A I I (A) 晶闸管电流的有效值为()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎰+απαππωωππαπ232sin 216521sin 22126221R U t d R t U I V I 31=≈9.4(A)变压器二次电流平均值为2.47.12313112=⨯===d VR A AR I I I (A) 变压器二次电流有效值为4.912==V I I (Ａ)由于α>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 311220222≈⨯==U u FM (V)3-3．某电解装置系电阻性负载，要求输出电压U d =220V ，输出电流I d =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αmin =30°，估算此时整流变压器的次级容量S 2，并与α=0°时的次级容量S 20作比较，然后加以说明。

最后选择晶闸管。

解：由于α≤30°，整流输出平均电压 αcos 17.12U U d = 则 αcos 17.12dU U =(1).当α=αmin =30°时，αcos 17.12d U U =＝1.217866.017.1220=⨯(V) 55.0400220===d d I U R (Ω) 变压器二次相电流有效值为 ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎰++αππωωπαπαπ2cos 233221sin 22126562212R U t d R t U I I V =3.2506342.055.01.217=⨯(A) 则S 2=3U 2I 2=3×217.1×250.3=163020.4(VA)≈163(KVA)(2).当α＝0°时，18817.1220cos 17.120≈==αd U U (V)则 =20I ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰++αππωωπαπαπ2cos 233221sin 221265622R U t d R t U 6.2346864.055.017.1=⨯=(A) 则S 20=3U 20I 20=3×188×234.6=132314.4(VA)≈132.3(KVA)从上可见，S 2>s 20。

说明可控整流电路的设计，应尽量使其在较小的控制角α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I V1=I 2=250.3A当不考虑安全裕量时I VEAR =I V1／1.57=250.3／1.57=159.4(A) 晶闸管承受的最高电压峰值为8.5311.217662≈⨯=U (V) 按裕量系数22×159.4=318.8(A) 2×531.8=1063.6(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 ）和P48中的图3-3（a ）、（b ）、（c ），当触发B 相晶闸管V12的触发脉冲2出现在自然换相点S 之前时，则B 相晶闸管V12承受反向电压不能导通，A 相晶闸管V1１将继续导通至该相相电压过零点，i d 波形中的i V12及其与之对应部分的输出电压u d 波形均为零。

大电感负载的波形参阅教材P49中的图3-5（b ）、（d ），当触发B 相晶闸管V12的触发脉冲出现在自然换相点S 之前时，则B 相晶闸管V12承受反向电压不能导通，不能完成换相，此期间i V12的波形为零。

而A 相晶闸管V1１将继续导通至该相相电压过零点，并进入负半周，直到c 相晶闸管V13的触发脉冲到来，V13被触发导通为止。

与之对应部分的输出电压u d 波形进入交流电源的负半周，正半周的波头不再存在。

3-5．在有交流电感时的三相半波可控整流电路（如图3-7（a ）所示）： （1）换流期间交流电抗上的压降有什么规律？ （2）换流期间输出点的电压呈现什么规律？ （3）以一对元件换流为例来说明上述规律。

（4）以交流一相为例写出换流压降的表达式。

（5）分别描述α=30°和60°时整流输出电压波形图。

（6）写出交流电抗对输出电压平均值影响的表达式。

解：(1).换流期间交流电抗上的压降为参与换流（换相）的二相的线电压的1／2。

（2）换流期间输出点的电压瞬时值为参与换流（换相）的二相相电压之和的1／2。

(3).以A 相的晶闸管V11向B 相的晶闸管V12换流为例，换流期间输出点的电压瞬时值为：()A B d u u u +=21(4). 以A 相的晶闸管V11向B 相的晶闸管V12换流为例，换流期间交流电抗上的压降，即换流压降为： BA LC u u 21=(5). α=30°时整流输出电压波形，参阅教材P51中的图3-7(b)，α=60°时整流输出电压波形参照教材P51中的图3-7(b)，移至α=60°起始即可，但波形延至每相晶闸管导通角为θ＝120°+γ。

其中，γ为换相重叠角。

(6). 换流期间交流电抗上的压降，即换流压降的影响将使输出电压平均值下降，输出平均电压将为d d d d I XcU U U U παπ23cos 2632'-=∆-=3-6．在三相桥式整流电路中，为什么三相电压的六个交点就是对应桥臂的自然换流点？并说明各交点所对应的换流元件都有哪些？解：三相桥式整流电路中，每只二级管承受的是相邻二相的线电压，承受正向电压时导通，反向电压时截止。

三相电压的六个交点是其各线电压的过零点，是二级管承受正反向电压的分界点，所以，是对应桥臂的自然换流点。

参阅教材P55中的图3-9(a)、(b)，相电压正半周的交点分别是共阴极组二极管的自然换相点，即R 是V25→V21，S 是V21→V23，T 是V23→Ｖ25的自然换流点；相电压负半周的交点分别是共阳极组二极管的自然换相点，即U 是V26→V22，V 是V22→V24，W 是V24→V26的自然换流点。