电力电子技术复习习题解析华北电力大学

1、第一章电力电子器件一、本章主要内容及重点与难点【主要内容】本章主要讨论电力电子器件的分类以及典型电力电子器件的结构、电气符号、工作原 理、基本特性与主要参数。在学习过程中，主要应掌握以下内容：1 .电力电子器件的概念与特征；2 .电力电子器件的分类；3 .电力二极管的工作原理、基本特性与主要参数；4 .晶闸管（SCR）的工作原理、基本特性与主要参数；5 .几种典型全控型电力电子器件（ GTO; GTR; PowerMOSFET; IGBT ）的工作原理、 基本特性与主要参数；6 .上述全控型电力电子器件的性能比较。【重点与难点】本章重点在于半控型器件一一晶闸管，要重点掌握晶闸管的的结构、电气符

2、号、开关规律、静态特性以及主要参数。（重点应该再加上 MOS和IGBT ,因为这2种器件应用应用很广很重要。）本章难点在于晶闸管额定电流、额定电压的定义以及实际使用中如何选择晶闸管的参 数。二、典型习题解析例1-1下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（）。A晶闸管属于电流驱动双极型器件C晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用B晶闸管具有单向导电性D晶闸管的擎住电流大于维持电流【答案】A、B、C、D【解析】本题主要考察对晶闸管特性的熟悉程度，四个选项的描述均正确。A选项考察晶闸管的分类；B选项考察半导体器件的特点；C选项考察晶闸管白开关特性；D选项考察晶闸管的主要参数例1-2双向晶闸管的额定电流是

3、以（A平均值 B有效值【答案】B, C【解析】本题主要考察双向晶闸管与）定义的；GTO的额定电流是以（）定义的。C最大值 D瞬时值GTO额定电流的定义，双向晶闸管的正向伏安特性与反向伏安特性相同，用于交流电路中，其额定电流是以有效值定义的。GTO的阳极电流如过大，可能会出现无法由门极控制关断的情况，因此其额定电流是以最大 可关断阳极电流定义的。例1-3下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）。A GTO B GTR C PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本题主要考察对电导调制效应的理解，电导调制效应仅在双极型器件中起作用，单极型器件仅有一种载流子参与导电，因此不存

4、在电导调制效应。题目中所列选项仅PowerMOSFET为单极型器件，故为排除项。例1-4下列电力电子器件中，电流容量最大的是（）；开关频率最高的是（）。A GTO B GTR C PowerMOSFETD IGBT【答案】A, C【解析】本题主要考察全控型电力电子器件的特点，GTO导通时饱和程度较深，适用于高压大容量场合，PowerMOSFET属于单极型器件，没有少子的存储效应，因此开关 速度较快，适用于高频电路。例1-5下列电力电子器件中，（）的驱动功率较小。A SCR B GTO C GTR D IGBT【答案】D【解析】本题主要考察对电压型驱动电路与电流型驱动电路的区别，电压型驱动电路的

5、输入阻抗高，要求的驱动功率小，驱动电路简单，上述器件中仅有IGBT为电压驱动型器件。例1-6晶闸管刚由断态转入通态并且去掉门极信号，仍能维持其导通所需的最小阳极电流，称为（）。A.维持电流B.擎住电流C.浪涌电流 D.额定电流【答案】A【解析】本题主要考察晶闸管维持电流的定义，晶闸管触发导通后， 维持其导通所必须的最小电流为维持电流。例1-7由于二次击穿现象对 GTR的危害极大，因此规定了 GTR的安全工作区，此安全工 作区由（）曲线组成。A. 2条 B. 3条 C. 4条 D. 5条【答案】C【解析】本题主要考察GTR安全工作区的限制条件，GTR的安全工作区由集电极最大电流、 最高工作电压、

6、最大耗散功率与二次击穿临界线四条曲线限制。例1-8下列电气符号中，GTO的电气符号是（）。A.BC. D.【答案】A【解析】本题主要考察对电气符号的认识，A为GTO, B为逆导晶闸管，C为双向晶闸管，D为晶闸管。例1-9图1-1所示电路，一只晶闸管与灯泡串联，加上直流电压U,开关S闭合前灯泡亮不亮？ ,原因是 ;开关 S闭合后灯泡亮不亮？ ,原因是开关S闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？ ,原因是 。图i-i【答案】不亮；没有门极触发脉冲，晶闸管处于断态；亮；晶闸管承受正向电压且门极有触 发脉冲，导通；亮；晶闸管导通后门极即失去控制作用。【解析】本题主要考察对晶闸管开关规律的理解。晶

7、闸管导通必须同时具备两个条件，一正向阳极电压，二是具有门极触发脉冲； 一旦晶闸管导通后，内部正反馈过程形成, 门极就失去了控制作用。例1-10图1-2所示电路，Ui=100V, R=1 Q,触发角 灯0。，考虑两倍安全裕量，选择合适 的晶闸管。【答案】晶闸管的额定电压 Ut=282V,可选择300V的器件晶闸管的额定电流It=90A,可选择100A的器件【解析】本题考查对晶闸管额定电流与额定电压的定义以及如何选择晶闸管的额定参数。晶闸管的额定电压一般选择器件所承受的最高正、反向电压中的较大值，本题中晶闸管承受的最高正、反反向电压均为.%12 100V 141V ,考虑两倍安全裕量，Uvt=28

8、2V,可选择300V的器件；晶闸管的额定电流是按正弦半波电流的平均值定 义的，选择器件则按照有效值相等的原则，由于”=0。，流过晶闸管的电流波形为正弦半波，因此晶闸管的额定电流1T 045匕 口45 100 45A,考虑两倍安全裕R1量，It=90A,可选择100A的器件。三、课后习题解答1 .晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管关断的条件是什么，如何实现？答：晶闸管正常导通的条件是：1）晶闸管承受正向阳极电压（Uak0）;2）在门极施加触发电流（Ugk0,这里还得加上IG0,电流驱动器件，光写有电压不严谨）。晶闸管关断的条件是：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下（I

9、a1两个晶体管饱和导通；0C1+ 021.15,而GTO则为 凶+ 02=1.05饱 和程度不深，在门极控制下易于退出饱和。3) GTO在设计时，2较大，晶体管 V2控制灵敏，而 “1很小，这样晶体管 V1的集 电极电流不大，易于从门极将电流抽出，从而使 GTO关断。5、GTO与GTR同为电流控制器件，前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同？答：1) GTO与GTR驱动信号的相同之处在于：GTO与GTR都是电流型驱动型器件， 其开通和关断都要求有相应的触发脉冲， 要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。2) GTO与GTR驱动信号的区别在于：GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信号，而

10、GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号； GTO的电流增益(尤其是关断电流增益很小)小于GTR,无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度，其对触发电流信号(尤 其是关断门极负脉冲电流信号)的要求比GTR高。6、试比较 GTR、GTO、MOSFET、IGBT 之间的差异和各自的优缺点。答：GTR、GTO、MOSFET、IGBT之间的差异及各自的优缺点如下表所示:器件优 点缺 点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，电流驱动型需要驱动功率大，驱动电路复杂，存在 2次击穿问题GTO电压、电流容量很大，适用于大 功率场合，具有电导调制效应， 其通流能力很强

11、电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电 流大，开关速度低，驱动功率很大，驱动 电路复杂，开关频率低MOSFET开关速度快，开关损耗小，工作频率高，门极输入阻抗高，热稳 定性好，需要的驱动功率小，驱动电路简单，没有 2次击穿问题电流谷量小，耐压低，通态损耗较大，一 般适合十局频小功率场合IGBT开关速度高，开关损耗小，通态 压降低，电压、电流容量较高。 门极输入阻抗高，驱动功率小， 驱动电路简单开关速度不及电力 MOSFET ,电压、电流 容量/、及GTO。四、补充习题1 .试说明什么是电导调制效应及其作用。答：当PN结通过正向大电流时，大量空穴被注入基区（通常是 N型材料），基区的空穴浓 度（少

12、子）大幅度增加，这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。为了维持 基区半导体的电中性，基区的多子（电子）浓度也要相应大幅度增加。这就意味着， 在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了，也就是电导率大大增加了。这种现象被称为基区的电导调制效应。电导调制效应使半导体器件的通态压降降低，通态损耗下降；但是会带来反向恢复问题，使关断时间延长，相应也增加了开关损耗。2 .在图1-4所示电路中，若使用一次脉冲触发，试问为保证晶闸管充分导通，触发脉冲宽 度至少要多宽？图中，E=50V; L=0.5H; R=0.5? ; Ii_=50mA （擎住电流）。解之得：可靠导通条件为:解得：解：晶闸管可

13、靠导通的条件是：必须保证当阳极电流上升到大于擎住电流之后才能撤掉触 发脉冲。当晶闸管导通时有下式成立：E Ldi Ri dtE Rti R(1 eL)i Il 0.05E 鸟 50t0.05 (1 e L ) 20 (1 e 0.5 )R0.5100 c 4t ln 5e s100 0.05t 500us3 .请画出VDMOS （或IGBT ）管栅极电流波形，并说明电流峰值和栅极电阻有何关系以 及栅极电阻的作用。答：VDMOSFET和IGBT都是电压驱动型器件，由于存在门极电容，其门极电流的波形类似于通过门极电阻向门极电容的充电过程，其峰值电流为Ip= Uge/Rgo栅极电阻的大小对器件的静态

14、和动态开关特性有很大的影响：Rg增加，则开通时间、关断时间、开通损耗关断损耗增加；脸和位移电流减小；触发电路振荡抑止能力强，反之则作用dt相反。因此在损耗容许的条件下， Rg可选大些以保证器件的安全，具体选择要根据实 际电路选。典型的应用参数为：+ Uge=15V, Uge=（510）V , Rg=350欧。Ugs*iG .4 .限制功率MOSFET应用的主要原因是什么？实际使用时如何提高MOSFET的功率容量？答：限制功率MOSFET应用的主要原因是其电压、电流容量难以做大。 因为MOSFET是单u 2.5极性器件，所以通态损耗较大，其通态电阻为RDSon U-（公式应该是正比于，用等号不合

15、适）。高压大电流时，当额定电压比较高且电流大时，其通态电阻（对应损耗）达到令人难以接受的程度（目前的市场水平最大为 IXYS公司的器件1200V/38A ）。 实际使用时，由于 MOSFET具有正的温度系数，可以方便地采用多管并联的方法来提高其功率容量。第二章相控整流电路一、本章主要内容及重点与难点【主要内容】本章主要讨论各种相控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算方法。在学习过程中，主要应掌握以下内容：1 .单相桥式全控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算；2 .单相桥式半控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算；3 .三相半波可控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算；4 .三相桥式全

16、控整流电路的工作原理、波形分析及数值计算；5 .变压器漏感对整流电路的影响；6 .有源逆变的概念、有源逆变产生的条件及逆变失败；7 .电容滤波的不可控整流电路分析；8 .整流电路的谐波与无功功率及其影响。【重点与难点】本章重点在于分析不同电路结构、不同负载形式下的相控整流电路的工作原理与波形， 主要包括以下内容：1 .理解“可控”的概念，在分析问题时充分考虑晶闸管的开关规律；2 .注意负载性质不同对整流电路中晶闸管开关的影响，尤其是大电感的影响；3 .不同电路结构、不同负载形式相控整流电路中晶闸管的移相范围、导通时间；4 .负载电压、负载电流、晶闸管所承受的电压、晶闸管电流、变压器二次侧电流波

17、形分析；5 .有源逆变的概念及其实现的条件；6 .如何分析有源逆变电路；7 .变压器漏感的存在对整流电路和有源逆变电路的影响。本章难点在于不同电路结构、不同负载形式相控整流电路的波形分析。、典型习题解析例2-1如图2-1所示的单相桥式半控整流电路中续流二极管VD的作用有（）。A减轻晶闸管的负担C防止出现失控现象B提高整流电压的平均值D起电压钳位作用idLR图2-1【答案】A、B、C【解析】 本题主要考察对半控整流电路的认识，半控整流电路在正常工作时与全控整流电 路相同，但是在阻感负载下，如果一只晶闸管的脉冲丢失，可能会造成一只晶闸管导通，两 只二极管轮流导通的 “失控”现象，这主要是由于二极管

18、是不可控器件，不具备正向承压能力造成的。因此通常采用在负载两端反并联续流二极管的方法。同时，该续流二极管在电源电压的负半周为负载电流提供了通路，既减轻了晶闸管的负担，又提高了输出负载电压的数值。例2-2如图2-1所示的单相桥式半控整流电路, 过晶闸管的电流有效值为（）。L R ,触发角为a,负载电流为Id,流VD的存在,【解析】本题主要考察单相桥式半控整流电路的工作情况，由于续流二极管 在电源电压的负半周， 负载电流经VD流通，而不再流经晶闸管，因此在电源电压的一个周期内，每只晶闸管导通时间为 ，因此流过晶闸管的电流有效值为iId。例2-3如图2-1所示的带续流二极管的单相桥式半控整流电路与单

19、相桥式全控整流电路，同样是电阻性负载，设变压器二次侧电压为U2,则晶闸管承受的最高正向电压为（）。a u 2, - u 2 bU- u 2, V2U 2 cV2U 2,u2 d V2U 2, V2U 22222【答案】C【解析】本题主要考察带续流二极管的单相桥式半控整流电路与单相桥式全控整流电路在电阻负载下晶闸管承受正向电压的区别，以UVT1为例，由于单相桥式半控整流电路中的二极管承受正向电压则导通，因此在电源电压的正半周，晶闸管VT1的触发脉冲到来之前（电阻性负载，VT2已关断），与二极管 VD4串联的晶闸管 VT1承受全部电源电压，其最大值 为2；而单相桥式全控整流电路全部采用可控器件，注

20、意晶闸管导通的两个条件，同样以UVT1为例，在电源电压的正半周，晶闸管VT1的触发脉冲到来之前，VT1-VT4四只晶闸管均阻断，因此 VT1与VT4共同承担电源电压，即Uvt1 = U2/2,其最大值为 U2 o2例2-4单相桥式全控整流电路，阻感性负载，L Ro设变压器二次侧电压为U2,则晶闸管承受的最高正、反向电压分别为（）。AU 2,U 2 B U 2 , V2u2 CV2U 2 U 2 D V2U 2 V2U 22222【答案】D【解析】本题主要考察单相桥式全控整流电路在阻感负载下的工作情况。由于L R ,因此在任一瞬间总有一组晶闸管导通， 而导通的晶闸管对未导通的晶闸管产生影响，即给

21、未导通的晶闸管施加了反向电压。以 UVT1为例，VT2导通时使得 VT1承受电源电压U2,其最 大值为 底2。这一点与电阻性负载情况有区别，要尤其注意。例2-5单相桥式全控整流电路带电阻性负载与阻感性负载（L R）情况下，晶闸管触发角的移相范围分别为（）。A 90；, 90；B90、180； C180；, 90；D 180；, 180，【答案】C【解析】本题主要考察对晶闸管触发角移相范围的理解。移相范围是指使得输出电压在最大值与最小值之间变化的触发角的可调范围。单相桥式全控整流电路带电阻性负载，触发角为00时输出电压为最大值，触发角为180时输出电压为0,因此其移相范围为180 ;单相桥式全控

22、整流电路带阻感性负载，有于大电感的存在，输出电压的波形中出现负半周波形， 其平均值降低，触发角为 0。时输出电压为最大值，触发角为90。时输出电压为0,因此其移相范围为90。R）,负载电压为Ud,反电势为E,例2-6单相桥式全控整流电路，阻感反电势负载（L则负载电流为（UdRBUd E RU2 E R本题主要考察单相桥式全控整流电路带阻感反电势负载的工作情况，由于L R,因此当Ud E时，电感即起续流作用，与阻感负载相比相当于电感续流的时间提前了，该电路的波形分析与阻感负载相同，只是在计算负载电流时， 要考虑反电势的存在,所以 1d UE oR例2-7下列电路中，存在变压器铁心直流磁化现象的有

23、（）。A单相半波可控整流电路C单相桥式全控整流电路B单相桥式半控整流电路D单相全波可控整流电路【答案】A【解析】本题主要考察对变压器铁心直流磁化现象的理解，变压器铁心中有直流成分时会 导致铁心饱和成为变压器铁心直流磁化现象，为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积， 就会增加设备容量。 上述选项中，单相半波可控整流电路的负载电流（直流分量）经过变压器二次绕组，存在变压器铁心直流磁化现象；其它三个电路中，变压器二次侧电流为正、负半周对称的交流分量，不存在直流分量，因此不存在变压器铁心直流磁化现象。例2-8三相半波可控整流电路与三相桥式全控整流电路，电阻性负载，晶闸管触发角的移 相范围分别为（）。A

24、 90 , 120B 90 , 150 C 120 , 150 D 150 , 120【答案】A【解析】本题主要考察对三相可控整流电路的认识，三相可控整流电路与单相可控整流电路不同，晶闸管触发角的起始位置 （炉0 ）位于自然换相点（以Ua的过零点作为坐标原点， 产0位于 3=30处，而单相可控整流电路的a=0位于 3=0处），这是三相可控整流电路中晶闸管能够导通的最早时刻，因此三相半波可控整流电路在电阻性负载情况下晶闸管的移相范围为150 ；又由于三相桥式全控整流电路的负载电压为线电压，线电压的过零点 超前相电压 30。，因此三相桥式全控整流电路在电阻性负载情况下晶闸管的移相范围为120 。例

25、2-9三相半波可控整流电路，电阻性负载，晶闸管承受的最高正、反向电压分别为（）。aV2U2, V2UB 2U2, .6u2 c 、.6u2, 2U2 d 6u2 , 6u2【答案】B【解析】 本题主要考察对三相可控整流电路的分析，三相半波可控整流电路带中线，输出 负载电压为相电压，晶闸管上承受的电压为线电压。当 “W 300负载电流连续时，三相的晶 闸管轮流导通，每只晶闸管导通120。，晶闸管上承受的正向线电压小于变压器二次侧相电压（0=30晶闸管上承受的正向线电压达到最大，此时U2l=1.225U2J2U2, U2为变压器二次侧相电压有效值）；当 的30。负载电流断续时，三相晶闸管均阻断，晶

26、闸管上承受的正向电压为相电压，其最大值为仞2。而晶闸管承受的最高反向电压为疯2。例2-10三相桥式全控整流电路，电阻性负载，晶闸管承受的最高正、反向电压分别为（）。A 疯2, 72U2 B 同 2, 病2 C屈2, 同2 D 晒2, 病2【答案】D【解析】本题主要考察对三相桥式全控整流电路的分析，三相桥式全控整流电路输出负载 电压为线电压，晶闸管上承受的电压为线电压。以Uvti为例分析晶闸管上承受的电压波形如下图所示，由图可见，晶闸管承受的正、反向电压均为J6u2。例2-11下列电路能够完成有源逆变的有（）。A单相桥式全控整流电路C 单相全波整流电路B单相桥式半控整流电路D 单相半波可控整流电

27、路【答案】A、B【解析】本题主要考察有源逆变产生的条件，由于有源逆变的实现要求输出电压为负值，因此半控整流电路以及单相半波整流电路是不能实现有源逆变的，只有全控整流电路才能实现有源逆变。设变压器二次侧电压为U2,反电势为例2-12单相桥式全控整流电路工作在有源逆变状态,E,负载电压为 Ud,则负载电流为（E UdRUdB Ud ERU2 ERB本题主要考察有源逆变电路输出电压与电流的关系，整流电路工作在有源逆变状态下，输出电压反向，为负值；反电势亦为负值，且Ud,而负载电流的方向与整流时相同，为正值，因此IdUE oR例2-13三相桥式全控变流电路既可以工作在整流状态，又可以工作在有源逆变状态

28、，当其 为直流电机供电时，下列说法正确的是（）。A”90。，变流器工作在整流状态，直流电机作电动机运行B”R, U2=220V, R=2 Q, E=200V ,o=60 ,试计算：1 ）作出负载电压Ud、晶闸管电压UVT1、负载电流id、晶闸管电流iVT1、iVT4以及变压器二 次侧电流ia的波形；2）计算Ud、Id的平均值及Ia的有效值；3）若VT1的触发脉冲消失，分析负载电压Ud及晶闸管电压UVT1的波形。VT1VT3VT5_C八八idVT4VT6VT2【解析】本题主要考察三相桥式全控整流电路带阻感反电势负载情况。阻感反电势负载的 波形分析与阻感负载相同，大电感情况下负载电流连续、平直，每

29、只晶闸管导通120。1）波形分析如下图所示2)UdIdIa3)2.34U 2 cos 2.34 220 cos60 257.4 VUd ER31d257.4 200 28.7a23.42 aVT2触发脉冲到来,开通， VT6 承受反向电压关断，由于 VT1触； 发脉冲丢失，VT5继续导通，此 时 VT2、VT5 导通，ud =0!VT1脉冲丢失，大电感的存在 使得之前导通的VT5、VT6不1能关断，继续导通，Ud=Ucbr=一|vti脉冲丢失，大电感的存在! /|使得VT5不能关断，继续导 :|通，直到VT3导通，UvT1=Uac !例2-18三相桥式全控整流电路，电阻负载，试作出VT1触发脉

30、冲丢失情况下的负载电压Ud及晶闸管电压UVT1的波形。【解析】以 炉60。为例。VT1触发脉冲丢失后，分析电阻性负载与阻感负载情况下分析负 载电压Ud及晶闸管电压UVT1波形的关键在于 VT1脉冲到来之前导通的晶闸管是否关断？何Uca过零后 VT5、VT6即关断，Ud=0,直至 VT2、VT3时会关断？电阻性负载情况，线电压 导通时Ud=Ubc。Uca过零，VT5、VT6|关断，VT3的触发脉冲|到来之前，Ud =0VT1脉冲丢失，之前导通的VT5、VT6不能关 ；断，继续导通，Ud =Ucb:VT1脉刀获,VT5、 ；VT6继续导通至Uca过I 苓，UVT1=Uactt|由于此时b相电压最低

31、，VT6有触发:脉冲，能够导通，但由于 VT1的触；发脉冲丢失不能形成电流通路，I VT6实际上处于虚通状态，UvT1=Uab-3下河正星低一 VT2看市谖 脉冲，VT6向VT2换流，VT2导通， 由于VT1的触发脉冲丢失同样不能 形成电流通路，VT2实际上处于虚匚:通状态，UVT1= Uac例2-19三相桥式全控整流电路，如图所示，线电压Uab=400V , R=10Q, L极大，1) 当 出60, E=- 306V时，能否实现有源逆变？求此时的Ud、Id ;2) 作出负载电压ud、晶闸管电压UVT1、负载电流id、晶闸管电流iVT1、iVT4以及变压器二次侧电流ia的波形。VT1VT3VT

32、5-TWAniaUdVT4VT6VT2【解析】本题主要考察三相桥式全控整流电路实现有源逆变的条件以及在有源逆变条件下电路的波形分析。分析有源逆变电路的波形与整流电路的方法相同，需注意的是逆变角不同于触发角，“十户兀。注意有源逆变电路波形与整流电路波形的区别。一是晶闸管触发相位的影响，二是在有源逆变工作状态下，晶闸管工作在电源电压的负半周，输出负载电压波形大部分位于负半周，而晶闸管在大部分时间内承受正向电压。1)当 3=600，E=- 306V 时Ud2.34U2 cosU ab2.34 cos4002.34 cos60270.2 V由于E Ud ,因此可以实现有源逆变。IdUd270.2 (

33、306) 3.58A102)ud0-V VT10i d0上Uab U ac I Ubc U ba| U UUab |Uaci VT1tttVT3触发脉冲丢失情况下的例2-20试作出三相半波可控整流电路工作于有源逆变状态下, 负载电压Ud波形，并说明会造成什么后果？【解析】分析方法与例 18相同。在有源逆变状态下，触发脉冲丢失易产生逆变失败。例如 下图中VT3触发脉冲丢失后，之前导通的VT2会继续导通到正半波。当VT1再次获得触发 脉冲时，由于此时UbUa,因此VT1承受反压而无法导通，输出电压Ud为正值，和直流电动势同极性，造成短路，即逆变失败。因此有源逆变电路的触发电路一定要工作可靠。U21

34、00 ii9(v)2 1.8661) I21 2U 2 sin t 2(R )d t79.33sin 22omin=30时，maxsin 3.278.18(A)三、课后习题解答1.单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压在0100V连续可调，输出电压平均值为30 V时，负载电流平均值达到 20A。系统采用220V的交流电压通过降压变压器供 电，且晶闸管的最小控制角 淅in = 30。，（设降压变压器为理想变压器） 。试求：1）变压器二次侧电流有效值I2；2）考虑安全裕量，选择晶闸管电压、电流定额；3）作出“=60 时，Ud、id和变压器二次侧i2的波形。解：由题意可知负载电阻 R区理1.

35、5欧，Id 20单相全控整流的直流输出电压为Ud -2U2（1 cos ）Omin=30,带入上式可求得直流输出电压最大平均值为100V,且此时的最小控制角为2）晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为IvtUVTI 2max22U278.18255.28(A)168.29(V)考虑3倍余量，选器件耐压为168X 3=500V;额定电流为(55.28/1.57) X 3= 100A3)2,试作出单相桥式半控整流电路带大电感负载，在a= 30 时的Ud、并计算此时输出电压和电流的平均值。id、iVT1、iVD4 的波形。解:otttt.ivT2 ivD 3;0i VT1 ivD4，0 idAo*i

36、2Udi输出电压和电流的平均值分别为:Ud1 cos0.9U2 0.84U22IdUl 0.9U2 3 0.84匕R R 2R3.单相桥式全控整流电路，U2=100V,负载中R=2 ?, L值极大，反电动势 E=60V,当a= 30 时,试求：1）作出ud、id和i2的波形;2）求整流输出电压平均值Ud、电流Id,以及变压器二次侧电流有效值I 2。解：整流输出电压平均值Ud0.9U2 cos 0.9IdidUd、电流3100 2Id,以及变压器二次侧电流有效值I2分别为:77.94(V)Ud E 77.94 60R2Id 8.97(A)8.97(A)R=4Q,电源4.某一大电感负载采用单相半控

37、桥式整流接有续流二极管的电路，负载电阻 电压 U2=220V, of兀/3求：1）输出直流平均电压和输出直流平均电流；2）流过晶闸管（整流二极管）的电流有效值;3）流过续流二极管的电流有效值。解：1）电路波形图见第 2题UdId1 cos0.9U22Ud 148.50.9 220 0.7537,125(A)148.5(V)2)IvTJ1. 21 d 37.1252-Id d( t) = 一21.43(A)3)1 d i 031dd ( t)Id321.43(A)5,三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法，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？试作出共阳极接法的

38、三相半波可控的整流电路在a= 30 时的 Ud、ivT1、UVT1 的波形。解：a、b两相的自然换相点不是同一点，它们在相位上差180度，见下图。共阴极三相半波共阴极换相点共阳极接法的三相半波可控的整流电路在a= 30时的Ud、im、uvt1的波形如下图ivTUdototUVT1A9Uba UcaJiubUcuad6.三相半波可控整流电路带大电感性负载，8=兀/3 R=2Q, U2=220V,试计算负载电流Id,并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。解：Ud1.17U2cos 1.17 220 0.5 128.7(V)IdUd 128.764.35(A)R 2230IvTId2、Id,d(

39、 t) -0.5771 d37.13(A)按裕量系数确定晶闸管的电流定额为:2 47.30 50(A);电压定额为: 1.576U2 2 10771200(V)7.三相桥式全控整流电路，U2= 100V,带阻感性负载，R=5 ?,L值极大，当a= 60,1)2)3)4)试求： 作出Ud、id和iVT1的波形；计算整流输出电压平均值Ud、电流Id,以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值|VT；求电源侧的功率因数；估算晶闸管的电压、电流定额。解：1)U2UaUabUac乂)工乂丸X X工X tt2) Ud 2.34112 cos2.34 100 0.5 117(V)U 1171d 优 了 23

40、4(A)IdIdVT 1 7.8(A)IdIvt ； 13.51(A)3)由功率因数的定义知:Iicos I10.955cos0.955*0.50.47754)按2倍余量估算，晶闸管的电压定额为：V6U2 26 100 2 489.90 500(V);晶闸管的电流定额为：1.5713 511351 2 17.21 20(A)1.578.三相桥式不控整流电路带阻感性负载,R=5?, L=OOU2=220V, Xb=0.3 ?,求 Ud、Id、IVD、I2和丫的值，并作出Ud、iVD1和i2的波形。解：三相桥式不控整流电路相当于三相桥式全控整流电路在触发角为0度时的情况，则Ud2.34U 2 co

41、smXb I d 2.34U 2 cos 26 0.3I d2IdUdUdR5, 一一 一 Ud 486.90(V)代入已知量联立求解上述2个方程可得：d Id 97.38(A)二极管的电流平均值为：Ivd - 97竺 32.46(A) 33变压器二次侧电流有效值为：12 日d 79.51(A),2XB1d 口由 cos cos( )=-可得 6U22XBld 2 0.3 97.381 cos= 0.1084； cos 0.8916；26.936U26 220Ud、iVD1和i2的波形的波形如下：U2= 0 UaUbUd上iniUab Uac Ubc| 叫！ v!baI i IE ：!Uab

42、j Uac U i Uab I uac Ubc I Uba (比早 ucb Uab ( uac1 ! K ： i I 3 ! E ! fi I K 1；/； :Ivdi Ioi2 49 .请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。答：（1）外部条件一一直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势，其极性与晶闸管导通 方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压。（2）内部条件一一变流器直流侧输出直流平均电压必须为负值，即 介兀/2 Ud0。以上两条件必须同时满足，才能实现有源逆变。10 .什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：当变流器工作于逆变工况时， 一旦由于触发脉冲丢失、 突发电源缺相或断相等原

43、因 造成换流失败，将使输出电压 Ud进入正半周，与 Em顺向连接，由于回路电阻很小，造成 很大的短路电流，这种情况叫逆变失败或逆变颠覆。为了保证逆变电路的正常工作，必须1）选用可靠的触发器，2）正确选择晶闸管的参数，3）采取必要的措施，减小电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通，4）保证交流电源的质量，5）逆变角3的角度有一最小限制，留出充足的换向余量角。11 .三相全控桥式变流器，已知 L足够大、R=1.2 Q U2=200V、Em= 300V,电动机运行于发电制动状态，制动过程中的负载电流为66A,问此时变流器能否实现有源逆变？若能求此时的逆变角,解：电动机处于发电制动状态可以提供逆变能量，满足有源逆变的外部条件，可以实现有源逆变。三相全控桥式变流器处于有源逆变时有：Ud 2.34U2 cos2.34U2 cos（）（1）而 Id_E,即 66 Ud 300 , Ud 220.8（V）R1.2将Ud 220.8V）带入（1）式可得：220.8 2.34 200 cos（ ） ;61.85 或 118.1590。12 .三相全控桥式变流器， 带反电动势阻感负载，已知R=1 ? , L=oo, U2=220V, LB=1mH ,当Em = - 400V, 3= 60时求Ud、Id和丫的