可控整流电路

1、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 =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。=90时，可参照上述波形，将控制角 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 30时， ud 波形断续，每相晶闸管导电期间为 至本相的正变负过零点，故有晶闸管导通角为

2、 - -30 整流输出电压平均值32U 2 sin .td .t32cos0.675U 2 1 cosU d2U 2 12666当 =60 时， =90， d=0.675 U2 。当 =90 时， =60， d=0.675 U21-0.5=0.3375U2 。(2)大电感负载 =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 i2 的波形图与相对应相的晶闸管电流波形相同。=90时，可参照上述波形，将控制角 移至 90处开始即可，但晶闸管导通角仍为 120。由于大电感负载电流连续，则晶闸管导通角为 120整流输出平均电压为U d353662U 2sin .t

3、d .tcos 1.17U 2 cosU 2262当 =60 时， =120， d=1.17 U2cos60=0.585 U2。当 =90 时， =120， d=1.17 U2cos90 =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=11.7 。计算 =60 时负载电流i d、晶闸管电流iV1 、变压器副边电流i2 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U d1.17U 2 cos1.172200.5 128.7 (V)负载电流平均值为I dU d128.711()R11.7负载电

4、流有效值为II dU d128.711 ()R11.7晶闸管电流的平均值I V1AR 为I V1AR1 I d1113.7 (A)33晶闸管电流的有效值为I V11 I d1116.35 ( )33变压器二次电流平均值为I 2ARI V1AR1I d1113.7 (A)33变压器二次电流有效值为I 2I V 11I d1116.35 ( )33三相半波可控整流电路可能出现的最大正向阻断电压为uFM6U 26220538.9 (V)当 =60 时的实际正向阻断电压为uF6U 2 sin 6062203466.8 (V)2(2)电阻性负载由于 30时， Ud 波形断续，每相晶闸管导电期间为 至本相

5、的正变负过零点，故有整流输出电压平均值U d32U 2321 cos0.675U 21 cos2sin .td .tU 26266148.6 (V)II V 1负载电流平均值为U d148.612.7 ( )I d11.7R负载电流有效值为232U 2 sin tU 235122 6d tR26sin2R23 16.3(A)晶闸管电流的平均值I V1AR为I A1VR1 I d112.7 4.2 (A)33晶闸管电流的有效值为212U 2 sin tU 215122 6d tR26sin2R23I 9.4(A)3变压器二次电流平均值为I 2ARI A1VR1 I d112.7 4.2 (A)3

6、3变压器二次电流有效值为I2IV19.4()由于 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u FM22 220 311 (V)U 23-3某电解装置系电阻性负载，要求输出电压U d=220V ，输出电流Id=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 min =30，估算此时整流变压器的次级容量 S2，并与 =0时的次级容量 S20 作比较，然后加以说明。最后选择晶闸管。解：由于 30，整流输出平均电压U d1.17U 2 cosU d则U 21.17 cos(1).当 = min=30 时， U 2U d2201.17217

7、.1(V)1.17 cos0.866RU d2200.55 ( )I d400变压器二次相电流有效值为5212U 2 sintU 2123I 2I V162Rdt23cos26R2=217.10.6342250.3 (A)0.55则 S2=3U2I 2=3 217.1 250.3=163020.4(VA) 163(KVA)(2).当 0时，U 20U d220188 (V)1.17 cos1.175212U 2 sintU 2123则I 2062Rdt23cos26R21.170.6864234.6 (A)0.55则 S20=3 U20I 20=3 188 234.6=132314.4(VA)

8、 132.3(KVA)从上可见，S2s20。说明可控整流电路的设计，应尽量使其在较小的控制角下运行。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=I =250.3AV12当不考虑安全裕量时 I=I 1.57=250.31.57=159.4(A)VEARV1晶闸管承受的最高电压峰值为6U 26 217.1 531.8 (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

9、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V1 将继续导通至该相相电压过零点，i d 波形中的 iV12 及其与之对应部分的输出电压ud 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

10、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 V1 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 ud 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 =30 和 60时整流输出电压波形图。6）写

11、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12。（ 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12。(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：1uB u Aud2(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：uLC1uBA2(5). =30时整流输出电压波形，参阅教材P51 中的图 3-7(b) ， =60时整流输出电压波形参照教材P51 中的图 3-7(b) ，移至 =60

12、起始即可，但波形延至每相晶闸管导通角为 120+ 。其中， 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U dU dU d3 6 U 2 cos3Xc I d223-6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

13、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 25 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。3-7根据图3-9（ a）所示三相不控桥式整流电路说明：1）在 U 点是哪两个元件换流？2）每一个元件的导通角为多少？3）输出电压 ud 的平均值为多少？4）画出元件 V22 的电压波形，并说明元件的反峰电压为多少？解： (1).U 点是 V26 V22 换流。(2).每一个元件的导通角为 120。(3).输出电压ud 的平均值为

14、362.34U 2U dU 2(4). V22 的电压波形参阅教材P55 中的图 3-9(e) ,将波形依次后移60，即将 R 点起始的波形移至点起画即可。V22 从点起始导通120，端电压为；之后依次分别承受线电压 uAC 和 uC 各 120。元件的反峰电压为6U 2 ，即线电压的峰值。3-8在理想的三相全控桥式整流电路中，当控制角 =0、 =30时，回答下列各问：1）各换流点分别为哪些元件换流？2）各元件的触发脉冲相位及波形？3）各元件的导通角为多少？4）同一相的两个元件的触发信号在相位上有何关系？5）输出电压 ud 的波形及表达式。解： (1). 当控制角 =0时，各晶闸管的触发脉冲发

15、自各自的自然换相点，即R是 V25 V21， S 是 V21 V23， T 是 V23 V25的换流点； U 是 V26 V22，V 是 V22V24， W是 V24 V26 的换流点。当控制角 =30时，各晶闸管的触发脉冲依次相对各自的自然换相点后移30，以上各管的换流从此位置开始。(2).按 V11 、 V12 、 V13 、 V14 、V15 、V16 顺序，单脉冲触发时，每隔0依次为每一晶闸管发一个触发脉冲。双脉冲触发时，按V11 V12 、V12 V13 、 V13 V14 、 V14 V15 、V15 V16 、 V16 V11 顺序，每隔 0依次为相邻一对晶闸管同时各发一个触发脉

16、冲。当控制角 =0时的触发脉冲波形及相位参阅教材P57 中的图 3-11(d) 和(c) 。当控制角 =30时，各晶闸管的触发脉冲依次相对上图后移30即可。(3).各晶闸管的导通角为 120。(4). 同一相的两个晶闸管的触发信号在相位上相差180。(5). 输出电压 ud 的波形当控制角 =0时，参阅教材 P55 中的图 3-9(c)。输出电压 ud 的表达式U d3 6 U 2 cos2.34U 2当控制角 =60时，参阅教材P58 中的图 3-12(b) ，须将 =30的波形依次后移30，变换成 =60的波形。输出电压 ud 的表达式U d3 6 U 2 cos2.34U 2 cos60

17、1.17U 23-9 三相全控桥式整流电路，L=0.2H ， Rd=4。要求 U d 在 0-220V 之间变化。试求(1).整流变压器次级相电压U2；(2).计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量系数2 计算，选择晶闸管；变压器次级电流有效值 I 2；计算整流变压器次级容量 S2。解：L2 fL23.14500.262.8 ( ) ，而Rd=4( )，所以 ， LRd，按大电感负载情况计算，三相全控桥式整流电路，相当于最小控制角 min=0计算 .整流变压器次级相电压 U2Ud=2.34U 2,，则 U 2=220 2.3494(V)(2).计算晶闸管电压、电流值，如果电压、电流按裕量

18、系数2 计算，选择晶闸管晶闸管承受的最大峰电压为U V1m6U 2230.35(V)按裕量系数2 计算，则 U=230.25 2=460.5(V) ，选额定电压500V 晶闸管。I dU d22055（A）R4I V1AR1 I d15016.7 (A)33IV 11I d31.75 (A)3则AV 1 EARI V131.7520.2 1.571.57按裕量系数2 计算，则 20.2 2=40.4(A),选额定通态平均电流为50A 的晶闸管。(3). 计算变压器次级电流有效值I 2I 22 I d44.9 (A)3(4).计算整流变压器次级容量S2S2=3U 2I2=3 9444.9=126

19、61.8(VA)12.66(KVA)3-10三相桥式大电感性负载全控整流电路，变压器副边线电压380V 、负载电阻11.7 、 =60。画出ud、 i d、 i V1 、 i2 波形；计算输出电压ud、负载电流i d、晶闸管电流iV1 、变压器副边电流i 2 的平均值、有效值。解： ud 、i d、 iV1 、 i 2 波形参阅教材P58 中的图3-12，须将 =30的波形依次后移30，变换成 =60 的波形。输出电压平均值U d 2.34U 2 cos2.34U 2 Lcos1.35U 2 L cos1.35 380 0.5 256.5 (3V)输出电压有效值63213U =6U 2 sin

20、 t d t=3U2cos2233213 291(v) 3U2L3cos22负载电流平均值负载电流有效值晶闸管电流平均值晶闸管电流的效值变压器二次电流平均值变压器二次电流有效值U d256.5I d22 （A）R11.7de=d=22(A)I V1AR1 I d7.3 (A)3I V1112.7 (A)I d3I2AR =0(A)I 22I V112.7217.96 A18 A3-11龙门刨床，其工作台由60kW 、 220V 、 305A 的直流电动机拖动。由三相桥式全控整流电路供电。整流变压器初、次级线电压分别为380V 和 220V 。要求起动电流限制在500A 。当负载电流降至 10A 时，电流仍保持连续。计算控制角理论上最