电力电子课后规范标准答案.doc

/. 第一章第一章 电力电子器件电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么？使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲） 。 或者 UAK >0 且 UGK>0 1.2 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持 电流。 1.3 图图 143 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 Im , 试计算各波形的电流平均值试计算各波形的电流平均值 Id1,Id2,Id3与电流有效值与电流有效值 I1，I2，I3 解:a) Id1=Im2717 . 0 ) 1 2 2 ( 2 Im )(d)(sinIm 2 1 4 tt I1=Im4767 . 0 2 1 4 3 2 Im )()sin(Im 2 1 4 2 wtdt b) Id2=Im5434 . 0 ) 1 2 2 ( Im )(sinIm 1 4 wtd t I2=Im6741 . 0 2 1 4 3 2 Im2 )()sin(Im 1 4 2 wtdt c) Id3= 2 0 Im 4 1 )(Im 2 1 td I3=Im 2 1 )(Im 2 1 2 0 2 td 1.4.上题中如果不考虑安全裕量上题中如果不考虑安全裕量,问问 100A 的晶阐管能送出的平均电流的晶阐管能送出的平均电流 Id1、Id2、Id3 各为多各为多 少少?这时这时,相应的电流最大值相应的电流最大值 Im1,Im2,Im3 各为多少各为多少? 解:额定电流 IT(AV)=100A 的晶闸管,允许的电流有效值 I=157A,由上题计算结果知 /. a) Im1A, Id10.2717Im189.48A35.329 4767 . 0 I b) Im2 Id2 ,90.232 6741 . 0 A I A56.1262Im5434 . 0 c) Im3=2I=314 Id3= 5 . 783Im 4 1 1.5.GTO 和普通晶闸管同为和普通晶闸管同为 PNPN 结构结构,为什么为什么 GTO 能够自关断能够自关断,而普通晶闸管不能而普通晶闸管不能? 答:GTO 和普通晶阐管同为 PNPN 结构,由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1、V2，分 别具有共基极电流增益和，由普通晶阐管的分析可得，是器件临界导12121 通 的条件。两个等效晶体管过饱和而导通；不能维持饱和导121121 通而关断。 GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺 方面有以下几点不同： l)GTO 在设计时较大,这样晶体管 V2 控制灵敏,易于 GTO 关断;2 2)GTO 导通时的更接近于 l,普通晶闸管,而 GTO 则为215 . 121 ，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利05 . 1 21 条件; 3)多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得 P2 极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 1.6.如何防止电力如何防止电力 MOSFET 因静电感应应起的损坏因静电感应应起的损坏? 答:电力 MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱,容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏 电容,当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过20 的击穿电压所以为防止 MOSFET 因 静电感应而引起的损坏,应注意以下几点: 一般在不用时将其三个电极短接; 装配时人体、工作台、电烙铁必须接地,测试时所有仪器外壳必须接地; 电路中,栅、源极间常并联齐纳二极管以防止电压过高 漏、源极间也要采取缓冲电路等措施吸收过电压。 1.7.IGBT、GTR、GTO 和电力和电力 MOSFET 的驱动电路各有什么特点的驱动电路各有什么特点? 答:IGBT 驱动电路的特点是:驱动电路具有较小的输出电阻,GBT 是电压驱动型器件,IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 GTR 驱动电路的特点是:驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿,并有一定的过冲,这样 可加速开通过程,减小开通损耗,关断时,驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流,并 加反偏截止电压,以加速关断速度。 GTO 驱动电路的特点是:GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和 /. 陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值和陡度要求 更高,其驱动电路通常包括开通驱动电路,关断驱动电路和门极反偏电路三部分。 电力 MOSFET 驱动电路的特点:要求驱动电路具有较小的输入电阻,驱动功率小且电路简 单。 1.8.全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么?试分析试分析 RCD 缓冲电路中各元件的作用。缓冲电路中各元件的作用。 答:全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压,du/dt 或过电流和 di/dt, 减小 器件的开关损耗。 RCD 缓冲电路中,各元件的作用是: 开通时,Cs 经 Rs 放电,Rs 起到限制放电电流的作用; 关断时,负载电流经 VDs 从 Cs 分流,使 du/dt 减小,抑制过电压。 1.9.试说明试说明 IGBT、GTR、GTO 和电力和电力 MOSFET 各自的优缺点各自的优缺点。 解:对GBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表： 器件优点缺点 IGBT开关速度高,开关损耗小,具有 耐脉冲电流冲击的能力,通态 压降较低,输入阻抗高,为电压 驱动,驱动功率小 开关速度低于电力 MOSFET, 电压,电流容量不及 GTO GTR耐压高，电流大，开关特性 好，通流能力强，饱和压降 低 开关速度低,为电流驱动,所需 驱动功率大,驱动电路复杂,存 在二次击穿问题 GTO电压、电流容量大,适用于大 功率场合,具有电导调制效应, 其通流能力很强 电流关断增益很小,关断时门 极负脉冲电流大,开关速度低, 驱动功率大,驱动电路复杂.开 关频率低 电力 MOSFET开关速度快,输入阻抗高,热稳 定性好,所需驱动功率小且驱 动电路简单,工作频率高,不存 在二次击穿问题 电流容量小,耐压低,一般只适 用于功率不超过 10kW 的电 力电子装置 1.10 什么是晶闸管的额定电流？什么是晶闸管的额定电流？ 答：晶闸管的额定电流就是它的通态平均电流，国标规定：是晶闸管在环境温度为 40。C 和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许的最大工频正弦半波电流的 平均值。 /. 1.11 为什么要限制晶闸管断电电压上升律为什么要限制晶闸管断电电压上升律 du/dt? 答：正向电压在阻断状态下，反向结 J2相当的一个电容加在晶闸管两端电压上升率过大， 就会有过大的充电电流，此电流流过 J3,起到触发电流的作用，易使晶闸管误触发，所以要 限制 du/dt。 1.12为什么要限制晶闸管导通电流上升率为什么要限制晶闸管导通电流上升率 di/dt? 答：在晶闸管导通开始时刻，若电流上升过快，会有较大的电流集中在门集附近的小区域 内，虽然平均电流没有超过额定值，但在小的区域内局部过热而损坏了晶闸管，所以要限 制通态 di/dt. 1.13 电力电子器件工作时产生过电压的原因及防止措施有哪些？电力电子器件工作时产生过电压的原因及防止措施有哪些？ 答：产生原因： a.由分闸,合闸产生的操作过电压 b.雷击引起的雷击过电压 c.晶闸管换相过程中产生的换相电压。并联续流=集管令控元件的换相时产生的换相 电压 措施： 压触发电阻，交流侧 RC 抑制电路，直流侧 RC 控制电路，直流侧 RC 抑制电路，变压 器屏蔽层，避雷器，器件关断过电压 RC 抑制电路。 第第 2 2 章章 整流电路整流电路 2.1.单相半波可控整流电路对电感负载供电单相半波可控整流电路对电感负载供电,Z =20mH,U2=100V,求当求当时和时和时的时的 060 负载电流负载电流 Id,并画出并画出 Ud 与与 Id 波形。波形。 解: 时,在电源电压 U2 的正半周期晶闸管导通时,负载电感 L 储能,在晶闸管开始导通 0 时刻,负载电流为零。在电源电压 U2 的负半周期,负载电感 L 释放能量,晶闸管继续导通。 因此,在电源电压 U2 的一个周期里,以下方程均成立: tU dt di L d sin22 考虑到初始条件：当时 id=0 可解方程：0t ）（tcos1 L U22 Id /. 2 0 )(dtcos1 L U22 2 1 Idt ）（ )(51.22 U22 A L Ud 与 Id 的波形如下图： 当 a=时,在 U2 的正半周期期间, 晶闸管导通使电惑 L 储能,电感 L 储藏6060180 的能量在 U2 负半周期期间释放,因此在 U2 的一个周期中期间，以18030060300 下微分方程成立： tU dt di L d sin22 考虑到初始条件：当时 id=0 可解方程得： 60t id=)cos 2 122 t dt U （ 其平均值为 Id= 3 5 3 22 )25.11 L2 U2 )()cos 2 1 ( 2 2 1 Atdt L U （ 此时 Ud 与 id 的波形如下图： /. 2. 2 图图 2-9 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化问题问该变压器还有直流磁化问题 吗吗?试说明试说明: 晶闸管承受的最大反向电压为晶闸管承受的最大反向电压为 2U2;2 当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。 答:具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问题。 因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相 反，波形对称, 其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。 以下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。 以晶闸管 VT2 为例。当 VT1 导通时,晶闸管 VT2 通过 VT1 与 2 个变压器二次绕组 并联,所以 VT2 承受的最大电压为 2U2。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相同时,对于电阻负载;(O )期间无晶闸管导通,输出电压为 0；()期间,单相全波电路中 VT1 导通,单相全控桥 电路中 VTl、VT4 导通,输出电压均与电源电压 U2相等;( +)期间均无晶闸管导通, 输出电压为 0;( + 2)期间,单相全波电路中 VT2 导通,单相全控桥电路中 VT2、VT3 导通,输出电压等于U2。 对于电感负载;( +)期间,单相全波电路中 VTl 导通,单相全控桥电路中 VTl、VT4 导通,输出电压均与电源电压 U2 相等;( + 2+)期间,单相全波电路中 VT2 导通,单相全控桥电路中 VT2、VT3 导通,输出波形等于-U2。 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单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中负载中 R=20,L 值极大值极大当当=时时,30 要求要求:作出作出 Ud、Id、和、和 I2 的波形的波形; 求整流输出平均电压求整流输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次电流有效值变压器二次电流有效值 I2; 考虑安全裕量考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解:Ud、Id、和 I2 的波形;如下图: /. 输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次电流有效值 I2 分别为 Ud=0.9U2cos=0.9100cos77.97（V）30 IdUd/R=77.97/2=38.99(A) I2=Id=38.99(A) 晶闸管承受的最大反向电压为: U2=100=141.4(V) -22 考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为: UN=(23)141.4=283424(V) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 流过晶闸管的电流有效值为: IVT=Id/=27.57(A) 2 晶闸管的额定电流为: IN=(1.52)27.57/1.57=2635(A) 具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。 2.4.单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路,电阻性负载电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受的电压波形。画出整流二极管在一周内承受的电压波形。 解:注意到二极管的特点:承受电压为正即导通。因此,二极管承受的电压不会出现正的部分。 在电路中器件均不导通的阶段,交流电源电压由晶闸管平衡。整流二极管在一周内承受的电 压波形如下: /. 2.5.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路,U2 =100V,负载负载 R=20,L 值极大值极大,反电势反电势 E=60V,当时当时,要求要求: 作出作出 Ud、Id 和和 I2 的波形的波形; 求整流输出平均电压求整流输出平均电压 Ud、电流、电流 Id,变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值 I2; 考虑安全裕量考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解:Ud、Id 和 I2 的波形如下图: 整流输出平均电压 Ud、电流 Id,变压器二次测电流有效值 I 分别为: Ud=0.9U2cos=O.9100cos=77.97(V)30 Id=(Ud 一 E)/R=(77.97 一 60)/2=9(A) I2=Id=9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为: U2=100=141.4(V)22 流过每个晶闸管的电流的有效值为: IVT=Id/=6.36(A)2 故晶闸管的额定电压为: UN=(23)141.4=283424(V) /. 晶闸管的额定电流为: IN=(1.52)6.36/1.57=68(A) 晶闸管额定电压和电流的具体敢值可按晶闸管产品系列参数选取。 2.6.晶闸管串联的单相半控桥晶闸管串联的单相半控桥(桥中桥中 VT1、VT2 为晶闸管为晶闸管),电路如图电路如图 2-11 所示所示,U2=100V 电阻电阻 电感负载电感负载, R=20,L 值很大值很大,当当=时求流过器件电流的有效值时求流过器件电流的有效值,并作出并作出 Ud、Id、IVT,ID的的60 波形。波形。 解: Ud、Id、IVT,ID的波形如下图: 负载电压的平均值为: Ud=)(59.67 2 ) 3 cos(1 29 . 0)(sin22 1 3 VUttdU 负载电流的平均值为: Id=Ud/R=67.52/2=33.75(A) 流过晶闸管 VTl、VT2 的电流有效值为: IVT=19.49(A)Id 3 1 流过二极管 VD3、VD4 的电流有效值为: IVD=27.56(A)Id 3 2 2.7.在三相半波整流电路中在三相半波整流电路中,如果如果 a 相的触发脉冲消失相的触发脉冲消失,试绘出在电阻性负载和电感性试绘出在电阻性负载和电感性 负载下负载下 整流电压整流电压 Ud 的波形。的波形。 解:假设=,当负载为电阻时,Ud 的波形如下:0 /. 当负载为电感时，Ud 的波形如下： 2.8.三相半波整流电路三相半波整流电路,可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法,每段每段 的电动的电动 势相同势相同,其分段布置及其矢量如图所示其分段布置及其矢量如图所示,此时线圈的绕组增加了一些此时线圈的绕组增加了一些,铜的用料约增加铜的用料约增加 10%,问问 变压器铁心是否被直流磁化变压器铁心是否被直流磁化,为什么为什么? 图 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图 答: 变压器铁心不会被直流磁化。原因如下: 变压器二次绕组在一个周期内:当 a1c2 对应的晶闸管导通时,al 的电流向下流,c3 的电流 向上流;当 clb2 对应的晶闸管导通时,cl 的电流向下流,b2 的电流向上流;当 bla2 对应的晶闸 管导通时,bl 的电流向下流,a2 的电流向上流;就变压器的一次绕组而言,每一周期中有两段时 间(各为)由电流流过,流过的电流大小相等而方向相反,故一周期 内流过的电流平均值120 为零,所以变压器铁心不会被直流磁化。 2.9.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,a、b 两相的自然换相点是同一点两相的自然换相点是同一点 吗吗? /. 如果不是如果不是,它们在相位上差多少度它们在相位上差多少度? 答:三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法,a、b 两相之间换相的的自然换相点不是 同一点。它们在相位上相差180 2.10.有两组三相半波可控整流电路有两组三相半波可控整流电路,一组是共阴极接法一组是共阴极接法,一组是共阳极接法一组是共阳极接法,如果它如果它 们的触们的触 发角都是发角都是,那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说,例如都是例如都是 a 相相, 在相位上差多少度在相位上差多少度? 答:相差180 2.ll.三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路,U2=100V,带电阻电感负载带电阻电感负载,R=50,L 值极大值极大,当当时时,要求要求:60 画出画出 Ud, Id 和和 IVT1的波形的波形; 计算计算 Ud、Id、IdT和和 IVT 解: Ud, Id 和 IVT1的波形如下图: Ud、Id、IdT和 IVT分别如下 Ud=1.17U2cos=1.17100cos=58.5(V)60 IdUd/R=58.5/5=11.7(A) IdvT=Id/3=11.7/3=3.9(A) IVT=Id/=6.755(A)3 12.在石相桥式全控整流电路中在石相桥式全控整流电路中,电阻负载电阻负载,如果有一个晶闸管不能导通如果有一个晶闸管不能导通,此时的整流电压此时的整流电压 Ud 波形如何波形如何?如果有一个晶闸管被击穿而短路如果有一个晶闸管被击穿而短路,其他晶闸管受什么影响其他晶闸管受什么影响? /. 答:假设 VTl 不能导通,整流电压波形如下: 假设 VT1 被击穿而短路,则当晶闸管 VT3 或 VT5 导通时,将发生电源相间短路,使得 VT3、VT5 也可能分别被击穿。 2.13.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路,U2 =100V,带电阻电感负载带电阻电感负载 R=50,L 值极大值极大, 当当= 时时,60 要求要求: 画出画出 Ud, Id 和和 IVT1的波形的波形 计算计算 Ud、Id、IdT 和和 IVT 解:Ud, Id 和 IVT1的波形如下: Ud、Id、IdT 和 IVT分别如下 Ud=2.34U2cos=2.34100cos=117(V)60 Id=Ud/R=117/5=23.4(A) IDVT =Id/3=23.4/3=7.8(A) IVT=Id/=23.4/=13.51(A)33 /. 2.14.单相全控桥单相全控桥,反电动势阻感负载反电动势阻感负载,R=1,L=,E=40V, U2=100V,LB=0.5mH,当当=时时,求求60 Ud、Id 与与的数值的数值,并画出整流电压并画出整流电压 Ud 的波形。的波形。 解:考虑 LB时,有: Ud=0.9U2cos-ud ud=2XBId/ Id(Ud-E)/R 解方程组得: 2.15.三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路,反电动势阻感负载反电动势阻感负载,U2=100V, R=1,L= B=lrnH, 求当求当= 时、时、E=50V 时时 Ud、Id、的值并作出的值并作出 Ud 与与 IVTl和和 IVT2的波形。的波形。30 解:考虑 LB 时，有: Ud=1.17U2cos-ud ud=3XBId/2 Id(Ud-E)/R 解方程组得: Ud)(63.94)32/()3cos17 . 1 (2VXREXURBB Ud=6.7(V) Id=44.63(A) 又因为： /. 26/2)cos(cosUIdXB 即得出 cos()=0.75230 换流重叠角 =28.113028.41 Ud 与 IVTl和 IVT2的波形如下: 2.16.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?其中幅值最大的是哪其中幅值最大的是哪 一次一次?变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?其中主要的是哪儿次其中主要的是哪儿次? 答:单相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有 2K (K=l、2、3)次谐波,其中幅 值 最大的是 2 次谐波。变压器二次侧电流中含有 2K+l(K=、2,3)次即奇次谐波,其中主 要的有 3 次、5 次谐波。 2.17.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?其中幅值最大其中幅值最大 的的 是哪一次是哪一次?变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波?其中主要的是哪几次其中主要的是哪几次? 答:三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有 6K(K=l、2、3)次的谐波,其中幅值最 大的是 6 次谐波。变压器二次侧电流中含有 6K+l(K=l、2、3)次的谐波,其中主要的是 5、7 次谐波。 2.18.试计算第试计算第 2.3 题中题中 I2 的的 3、5、7 次谐波分量的有效值次谐波分量的有效值 I23,I25,I27 解:在第 3 题中己知电路为单相全控桥,其输出电流平均值为 Id=38.99 (A) 于是可得: /. I23= 38.99/3 =11.7(A)223/22Id I25= x38.99/5=7.02(A)223/22Id I37= X38.99/7=5.01(A)223/22Id 2.19.带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有何主要异同? 答:带平衡电抗器的双反星形可控整流电路与三相桥式全控整流电路相比有以下异同点: 三相桥式电路是两组三相半波电路串联,而双反星形电路是两组三相半波电路并联, 且后者需要用平衡电抗器; 当变压器二次电压有效值 U2相等时,双反星形电路的整流电压平均值 Ud 是三相桥 式电路的 1/2 而整流电流平均值 Id 是三相桥式电路的 2 倍。 在两种电路中,晶闸营的导通及触发脉冲的分配关系是一样的,整流电压 Ud 和整流 电流 Id 的波形形状一样。 2.20.整流电路多重化的主要目的是什么整流电路多重化的主要目的是什么? 答:整流电路多重化的目的主要包括两个方面,一是可以使装置总体的功率容量大,二是能够 减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。 2.21.十二脉波、二十四脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐十二脉波、二十四脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐 波波? 答:12 脉波电路整流电路的交流输入电流中含有 ll 次、13 次、23 次、25 次等即 12Kl(K=1,2,3.)次谐涉,整流输出电压中含有 12、24 等即 12K(K=1,2,3.)次谐波。 24 脉波整流电路的交流输入电流中含有 23 次、25 次、47 次、49 次等,即 24K 1(K=l, 2,3.)次谐波,整流输出电压中含有 24、48 等即 24K(K=1,2,3.)次谐波。 2.22.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么? 答:条件有二: 直流侧要有电动势,其极性须和晶闸管的导通方向一致,其值应大于变流电路直流 侧的平均电压; 要求晶闸管的控制角使 Ud 为负值。 2 2.23.什么是逆变失败什么是逆变失败?如何防止逆变失败如何防止逆变失败? 答：逆变运行时,一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使 变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路 /. 电流,称为逆变失败或逆变颠覆。 防止逆变夫败的方法有:采用精确可靠的触发电路,使用性能良好的晶闸管,保证交流电 源的质量,留出充足的换向裕量角等。 2.24.单福桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中单福桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中,当负载分别为电阻负载或电当负载分别为电阻负载或电 感感 负载时负载时,要求的晶闸管移相范围分别是多少要求的晶闸管移相范围分别是多少? 答:单相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是 0，当负载180 为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是 O。90 三相桥式全控整流电路,当负载为电阻负载时,要求的晶闸管移相范围是 0，当负120 载为电感负载时,要求的晶闸管移相范围是 O90 2.25 某一电阻负载，要求输出直流电压某一电阻负载，要求输出直流电压 Ua=0-24v,最大负载电流最大负载电流 Id=30A。采用单相半波。采用单相半波 可控整流电路。用可控整流电路。用 220V 直接供电或用变压器降压到直接供电或用变压器降压到 60V 供电。计算两种方案下，不考虑供电。计算两种方案下，不考虑 完全裕量时，晶闸管的导通角完全裕量时，晶闸管的导通角 ，额定电流，额定电流 IN, 额定电压额定电压 UN,电源的功率因数和电源容量。电源的功率因数和电源容量。 解：U2=220v 时 Ud=0.45U2 2 )cos1 (1 Cos= 1=1= 0.5 245 . 0 2 U Ud 22045. 0 242 120 1=180120601 电流平均值 Id=30A Rd=0.8 Rd Ud 30 24 电流有效值 I = Rd U Rd U2 A83 2 2 4 2sin 额定电流 IN=53A 57 . 1 I 57 . 1 4 .83 额定电压 UN Udm= VU311220222 功率因数 Cos=0.302 2 2sin 4 1 电源视在功率 S1=U2I=220KVA36.18 4 . 83 U2=60v 时 IN UN84.21412A 8 . 33 /. Cos S2=3.18KVA71 . 0 2 2.26 阻感负载，电感极大，电阻阻感负载，电感极大，电阻 Rd=5,电路为此有连续二极管的单相半控桥电路，输入电路为此有连续二极管的单相半控桥电路，输入 电压电压 U2=220V,当控制角当控制角260时，求流过晶闸管平均电流值时，求流过晶闸管平均电流值 IdT有效值有效值 IT,流过续流二流过续流二 极管电流平均值极管电流平均值 IDd有效值有效值 ID 解： 整流的平均电压 Ud=0.9U2 V149 2 60cos1 2209 . 0 2 cos1 负载平均电流： Id=A Rd Ud 30 5 149 流过晶闸管电流平均值 IdT=AId1030 360 60180 2 电流有效值 IT=AId 3 . 17 2 2 电流续流二极管电流平均值 IDd=AId1030 180 602 有效值 IDd=AId 3 . 1730 180 602 2.28 单相全控桥式电路，电阻性负载，控制角单相全控桥式电路，电阻性负载，控制角 60 画出电气原理图，整流电压 Ud 波形图，任意晶闸管在一个周期内两端电压波形图，变 压器付边电流 i2波形图，变压器付边电流 I2波形图 解： 见 P47 图 25 2.29 三相半波可控整流电路，电压极大，电阻三相半波可控整流电路，电压极大，电阻 Rd=2 U2=220V,当当，求出按续流，求出按续流 60 二极管和不按续流二极管两种电路结构下的整流电压，整流电流并选择晶闸管。二极管和不按续流二极管两种电路结构下的整流电压，整流电流并选择晶闸管。 解： 按续流二极管的时 Ud=0.675 6 cos12U =0.675V135) 36 cos(1200 Id=A Rd Ud 5 . 67 2 135 IT=AId75.33 5 . 67 360 60150 360 150 /. 晶闸管：IN （1.52）A 4231 57 . 1 TI UN（23）1000V70062U 不接续流二极管 Ud=1.17U2 V11760cos Id= A Rd Ud 5 . 58 2 117 IT=AId75.33 5 . 58 3 1 3 1 晶闸管：IN（1.52）42A31 57 . 1 TI UN（23）7501000V26U 2.30 单相半波可控整流电路中，脉冲间隔单相半波可控整流电路中，脉冲间隔= ( ),晶闸管最大导通角晶闸管最大导通角（ ） ，max 晶闸管承受的晶闸管承受的（ ） ，晶闸管可以承受的最大电压，晶闸管可以承受的最大电压 Udm=（ ） ，整流，整流max 电压的脉动次数电压的脉动次数 m=（ ） ；三相桥式可控整流电路中的；三相桥式可控整流电路中的（ ） ， （ ）, Udm=( ), m=( )。max 答案：单相：2，U2, 1 2 三相： 6,6, 3 2 , 3 2U 2.31 单相桥式电路中脉冲间隔单相桥式电路中脉冲间隔（ ） ，晶闸管最大导通，晶闸管最大导通（ ） ，晶，晶max 闸管承受的最大电压闸管承受的最大电压 Udm=( ), 整流电压脉冲次数整流电压脉冲次数 m=( ); 三相半波电路中三相半波电路中 = ( ),整流电压脉动次数整流电压脉动次数 m=( );三相半波电路中三相半波电路中（ ） ， max （ ） ，Udm= ( ), m= ( ); 答案： 单相桥式： ，U2，22 三相半波： 3,6, 3 2 , 3 2U 2.32 电阻性负载：单相桥式电路，脉冲移相范围电阻性负载：单相桥式电路，脉冲移相范围=( ),电流开始断续时电流开始断续时（ k ）;三相半波电路脉冲移相范围三相半波电路脉冲移相范围（ ） ，电流开始断续时，电流开始断续时（ ）;k 三相桥式电路脉冲移相范围三相桥式电路脉冲移相范围（ ） ，电流开始断续时，电流开始断续时（ ）k 答案：单相桥式 0，0；三相半波 0，；三相桥式 0，15030120 60 2.33三相半波可控整流电路对直流电动机供电，当三相半波可控整流电路对直流电动机供电，当，理想空载转速，理想空载转速 60 n0=1000rpm,在在时，理想空载转速时，理想空载转速 n01=( ); 时，理想空载转时，理想空载转 30 902 /. 速速 n02=( ), , n03=( )1203 答案：1000rpm, 866rpm, 500rpm 2.34.电路形式为两组三相桥式并联可逆电路，负载为直流电动机，请画出：电气原理电路形式为两组三相桥式并联可逆电路，负载为直流电动机，请画出：电气原理 图和直流电动机运行四个象限变流器的工作情况（电动机运行状态，变流器工作状图和直流电动机运行四个象限变流器的工作情况（电动机运行状态，变流器工作状 态，整流电压极性，直流电动机反电势极性，主电路电流方向）态，整流电压极性，直流电动机反电势极性，主电路电流方向） 答案：p89 图 25b , c 2.35.电路形式为三相半波电路，负载为电阻，当电路形式为三相半波电路，负载为电阻，当时，请画出电气原理图，整流时，请画出电气原理图，整流 30 电压波形图，脉冲序列，晶闸管电压波形图，脉冲序列，晶闸管 T1在一个周期内承受电压波形图。在一个周期内承受电压波形图。 答案：P52 图 212a,图 213 2.36电路形式为三相桥式可控整流电路，负载电极大，当电路形式为三相桥式可控整流电路，负载电极大，当请画出电气原理图，请画出电气原理图， 90 整流电压整流电压 Ud 波形图，脉冲序列，晶闸管波形图，脉冲序列，晶闸管 T1在一个周期内承受电压在一个周