第2章 交流-直流变换电路习题

1、一、填空题2-1、从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为 角，用 表示。控制角、。2-2、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为） 、；2-3、三相半波可控整流电路，输出平均电压波形脉动频率为 HZ；而三相全控桥整流电路，输出平均电压波形脉动频率为 HZ；这说明 电路的纹波系数比 电路要小。150，300，三相桥式全控整流桥，三相半波可控流电路，2-4、要使三相全控桥式整流电路正常工作，对晶闸管触发方法有两种，一是用 触发；二是用 触发。 大于60º小于120º的宽脉冲，脉冲

2、前沿相差60º的双窄脉冲，2-5、三相桥式全控整流电路是由一组共 极三只晶闸管和一组共 极的三只晶闸管串联后构成的，晶闸管的换相是在同一组内的元件进行的。每隔 换一次相，在电流连续时每只晶闸管导通 度。要使电路工作正常，必须任何时刻要有 只晶闸管同时导通，一个是共 极的，另一个是共 极的元件，且要求不是 的两个元件。阴；阳；60度；120；两；阴；阳；不在同一桥臂上；2-6、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会 ，解决的办法就是在负载的两端 接一个 。 减小、反向并接、续流二极管。2-7、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角 、电流波形不连续、

3、呈 状、电流的平均值 。要求管子的额定电流值要 些。 小、脉冲、小、大。2-8、带平衡电抗器的双反星形电路，变压器绕组同时有 相导电；晶闸管每隔 度换一次流，每只晶闸管导通 度，变压器同一铁心柱上的两个绕组同名端 ，所以以两绕组的电流方向也 ，因此变压器的铁心不会被 。 两相；60；120；相反；相反；磁化；2-9、锯齿波触发电路的主要是由 、 、 、 、 环节组成。同步环节；锯齿波形成；脉冲形成；整形放大；强触发及输出；2-10、晶闸管整流装置的功率因数定义为 侧 与 之比。交流、有功功率、视在功率。二、问答题2-1、单相半波可控整流电路，如（1）晶闸管内部短路，（2）晶闸管内部开路，在下面

4、的坐标中画出其直流输出电压Ud和晶闸管两端电压UT的波形。 答：2-2、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；（3）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U2。2-3、单相桥式半控整流电路，电阻性负载。当控制角=90º时，画出：负载电压ud、晶闸管VT1电压uVT1、整流二极管VD2电压uVD2，在一周期内的电压波形图。 9、2-4、相控整流电路带电阻性负载时，

5、负载电阻上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，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不等于负载有功功率。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud与Id外还有谐波分量和，负载上有功功率为>。相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。2-5、带电阻性负载三相半波可控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10°和15°时负载两端的

6、电压ud波形。答：三相半波可控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，触发脉冲宽度为10°时，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=0°时的波形。2-6、请利用六块锯齿波同步触发电路的X、Y控制端，来组成六路互相相差60°的双窄脉冲触发系统图，并画出其脉冲输出波形的相互关系图。 答：2-7、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吗？如果不是，它们在相位上差多少度？答：相差2-8、具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该

7、变压器还有直流磁化问题吗？试说明：晶闸管承受的最大反向电压为2U2：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的变压器没有直流磁化的问题。 因为在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的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。 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，对于电阻性负

8、载：（0）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VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压相等；（）期间均无晶闸管导通，输出电压为0；（）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。 对于电感负载：（）期问，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中VT1、VT4导通，输出电压均与电源电压相等；（）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。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。2-9、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

9、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相等时，双反星形电路的整流电压平均值是三相桥式电路的1/2而整流电流平均值是三相桥式电路的2倍。 在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压和整流电流的波形形状一样。2-10、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？其中幅值最大的是哪一次？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？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6K（

10、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。三、计算题3-1、某电阻性负载要求024V直流电压，最大负载电流30A，如采用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、电源侧功率因数。解：由220V交流直接供电，当时： 由变压器降压到60V供电，当时：因此，只要调节 都可以满足输出024V直流电压要求。（1）采用220V交流直接供电时：由，得时，；取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为62

11、2V和108A。因为单相半波相控整流电路中，所以电源提供有功功率 电源提供视在功率 电源侧功率因数 （2）采用变压器降压到60V供电：由，得时，；取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为168.8V和65.4A。变压器二次侧有功功率 变压器二次侧视在功率 电源侧功率因数 。由此可以比较两种方案的优劣。3-2、单相半波可控整流电路对电感负载供电，L=20mH，U2=100V，求当=0o时和60o时的负载电流Id，并画出Ud与Id波形。解：=0o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

12、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：考虑到初始条件：当t = 0时id=0可解方程：ud与id的波形如下图： 当=60o时，在u2的正半周期60o 180o期间，晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180o 300o期间释放，因此在u2的一个周期中60o 300o期间，以下微分方程成立：考虑到初始条件：当t = 60o时id = 0可解方程得： 其平均值为：ud与id的波形如下图：3-3、阻感负载，电感极大，电阻，电路采用有续流二极管的单相半控桥电路，输入电压=220V，当控制角60°时，求流过晶闸管的平均电流值IdT有效值IT，流过续流二极

13、管的电流平均值IdD有效值ID解：整流的平均电压负载平均电流流过晶闸管的电流平均值流过晶闸管的电流有效值流过续流二极管的电流平均值流过续流二极管的有效值3-4、单相桥式全控整流电路，=100V，负载中R=2，L值极大当=时，要求: 作出、和的波形；求整流输出平均电压、电流，变压器二次电流有效值；考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：输出平均电压、平均电流，变压器二次电流有效值的波形如下图：输出平均电压、平均电流，变压器二次电流有效值分别为； 晶闸管承受的最大反向电压为=141.4(V) ；考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为=（23）×141.4=283424（V）。具体选择

14、400V。流过晶闸管的电流有效值为； 晶闸管的额定电流为。具体选择30A。3-5、单相半控桥式整流电路，电阻性负载，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：承受正向电压即导通。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：3-6、单相桥式全控整流电路，=100V，负载R=2，L值极大，反电势E=60V，当=时，要求: 作出、和的波形；求整流输出平均电压、平均电流，变压器二次电流有效值；不考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：输出平均电压、平均电流，变压器二次电流的波形如下图：

15、输出平均电压、平均电流和变压器二次电流有效值分别为； 晶闸管承受的最大反向电压为=141.4(V) ；不考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为=141.4（V）。具体选择200V。流过晶闸管的电流有效值为；晶闸管的额定电流为。具体选择4A。3-7、晶闸管串联的单相半控桥，电路如题图2-8所示，=100V，阻感负载，R=2，L值极大，当=时，求流过器件电流的有效值，并作出作出、和的波形的波形。解：、和的波形如下图: 负载电压的平均值为；负载电流的平均值为流过晶闸管VTl、VT2的电流有效值为流过二极管VD3、VD4的电流有效值为=3-8、如图所示，变压器一次电压有效值为220V，二次各段电压有效值为1

16、00V，电阻性负载，R=10，当控制角=90º时，求输出整流电压的平均值Ud，负载电流Id，并绘出晶闸管、整流二极管和变压器一次绕组电流的波形。 答案波形解：输出电压平均值为输出电流平均值为A变压器一次侧电流波形，整流二极管电流，两只晶闸管电流的合成电流波形，如右图所示。3-9、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2-11所示。（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=60°时的输出电压和电流的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知=220V，分别计算其输出直流电压值。（3）画出电阻性负载=60°时晶闸管

17、两端的电压波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少?图题2-11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。电阻性负载感性负载（3）其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为。3-10、在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压的波形。解：假设=，当负载为电阻时，的波形如左图，当负载为电感时，的波形如右图： 3-11、三相半波可控整流电路，=100V，带电阻电感负载，R=5，L值极大，当时，要求：画出、和的波形；计算、和。解： 、和的波形如下图：、和分别计算如下VAA3-

18、12、三相半波可控整流电路，电感极大，电阻Rd=2，=200V，当，求出接续流二极管和不接续流二极管两种电路结构下的整流电压和整流电流和流过晶闸管的电流有效值。解： 按续流二极管的时(电感的续流电流直接从续流二极管流过，将晶闸管短路，Ud无负半波形)=（pi/6 +） pi范围内定积分。不接续流二极管 V; ; 3-13、三相桥式全控整流电路，=100V，带阻感性负载，R=5，L极大。当控制角=60º时，求：（1）画出、和的波形。（2）计算负载直流平均电压、平均电流；流过晶闸管的平均电流和有效电流的值。解：； ； 3-14、三相桥式全控整流电路，Ld极大，Rd=4，要求Ud从0220

19、V之间变化。试求：（1）不考虑控制角裕量时，整流变压器二次相电压。（2）计算晶闸管电压、电流平均值，如电压、电流裕量取2倍，请选择晶闸管型号。（3）变压器二次电流有效值I2。（4）计算整流变压器二次侧容量S2解：=94V；KP50-5；=44.9A；S2=12.66KVA。3-15、用阴影面积标出三相全控桥电路在30°时，电阻性负载的直流输出电压波形图，同时对应画出其所用的双窄脉冲（30°），并标出序号。如V，计算此时的直流输出电压。 3-16、在图题2-21所示电路中，当=60°时，画出下列故障情况下的波形。（1）熔断器1FU熔断。（2）熔断器2FU熔断。（3）熔断器2FU、3FU同时熔断。图题2-21解：这三种情况下的波形图如下所示：(a) (b) (c)3-17、已知三相桥式全控整流电路，整流变压器为/Y-7接法，采用NPN锯齿波同步触发电路，电路要求工作在整