哈工大电力电子 2014作业3章

黑龙江省精品课程
电力电子技术基础
作业（3章）
电气工程系
2014年2月
第3章整流电路习题
第1部分：简答题
1.什么是半波整流器？什么是全波整流器？举例说明其拓扑结构有什么不同？
2. 针对晶闸管变流器，给出下列名词的定义：自然换流点，触发延迟角，导通角和移相控制范围。

3.什么是变流器的相位控制方式？
4.什么是有源逆变？简述有源逆变产生的条件，并比较晶闸管变流器整流工作模式与逆变工作模式的差别。

5.逆变角是如何定义的？简述当晶闸管变流器工作于逆变状态时，应如何限制逆变角才能保证正常换流？简述逆变失败的原因及逆变失败所产生的后果。

6.晶闸管三相桥式变流电路，在设计触发电路时，为什么要采用“双窄脉冲”触发方式？晶闸管单相桥式变流电路，是否也需要采用这种双窄脉冲触发方式，为什么？
7.为什么随着触发角α的增加，晶闸管整流器的功率因数会变降低？
8.二极管桥式整流电路，负载侧并联大电容时，为什么在启动时会产生突入电流，突入电流有何危害，如何抑制突入电流？
第2部分：画图及计算题
1.当要求设备即可以在115V，又可以在230V交流输入电压下工作时，可采用如图3－1所
示倍压整流电路为设备提供直流电源。

当输入电压为230V时，电压选择开关断开；当输入电压为115V时，电压选择开关闭合。

试说明在这两种情况下整流输出电压是相同的。

图 3－1
2. 图3－2所示单相桥式半控整流电路（半控指将变流器中的一半晶闸管换成二极管，所以只有一半器件是可控的），大电感负载（近似认为负载电流恒定为Id ），回答下列问题： 1)画出在α＝0º，α＝90º时直流输出电压vd ，电源电流is ，S1中电流is1，D1中电流iD1的波形（规定：器件的正向导电方向为电流的正方向）。

2)推导直流输出电压Vd 的解析表达式（即Vd 与相电压有效值Vs,触发角α的关系表达式）。

3)说明该电路能否工作于有源逆变状态。

试说明单相桥式半控整流电路与全控变流电路（全部器件都是晶闸管）相比，有那些优缺点？
图3－2
3. 单相桥式晶闸管变流电路如图3－3所示，交流电源电压有效值Vs=100V ，负载中rd =2Ω，Ld 值极大，反电势Ed=60V ，假定Ls ＝0。

回答下列问题： 1）计算使晶闸管能触发导通的最小触发角；
2）当
=30°时，求整流输出平均电压Vd 、平均电流Id ，输入电流有效值Is ，输入电流畸
变率THD
，功率因数PF 。

提示：
图3－3
22
1
()2
[sin()sin 3()]3
s d i t I t t ωαωαπ=-+-
4.图3－4为简化的三相晶闸管变流电路（Ls=0），交流电源线电压有效值为VLL ，负载电流为Id,回答下列问题：
1)试画出α＝30º时，输出电压vd ，电源电流is ，晶闸管T1上电压vT1（电压的参考方向：阳极正，阴极负），和晶闸管T1中电流iT1的波形。

2) 再画出此时其它5只晶闸管上的电压和电流波形。

3)计算晶闸管上承受的反向峰值电压vT_peak,晶闸管中电流的平均值idT 和有效值IT_eff 。

(用VLL 和Id 来表达)
4)如果有一个晶闸管T1不能导通，画出此时的整流电压vd 波形；如果有晶闸管T1被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？
图3－4
5.三相桥式晶闸管变流电路如图3－5所示，交流电源线电压有效值VLL=380V （50Hz ），反电动势阻感负载，Ed=200V ，rd =1Ω，Ld =∞，α=60°。

Ls=0情况下，计算整流输出平均电压Vd 、平均电流Id ，输入电流有效值Is ，输入电流畸变率THD ，功率因数PF 。

提示： 图3－5
612[sin()sin 5())
5
a
d i I t t ωαωαπ=---
第3部分：仿真题
1.利用Simulink 对图3-6中的单相桥式整流电路进行电路仿真，并回答下列问题： 1）记录电源电压vs 及整流输出电压vd 和电流id 的波形。

2）记录整流输出平均电压Vd 及平均电流Id ； 3）计算输入电流畸变率THD 及功率因数PF
4) 当滤波电容为Cd ＝200，500，1000，1500uF 时，观察并估计各种情况下整流输出电压的脉动幅度(峰－峰值)ΔVdpp ,并说明滤波电容的取值对整流输出电压脉动的影响。

图3-6
提示：可在下图基础上绘制波形图。

ωt
v s
O
-v s
ωt
O u a
u b
u c
u d
u ab u ac
u bc u ba u ca u cb u ab u ac
ωt
O
120V (60Hz)
1mH 1m Ω1000μF 20s s s d load V L R C R =====Ω
2.利用Simulink对图3－7中的单相逆变器进行电路仿真，电路参数如下：
vs＝120V（60Hz）,Ls＝1.3mH, Ld＝20mH, Ed＝88V, α＝135º
回答下列问题：
1）记录电源电压vs、电流is及整流输出电压vd、电流id的稳态波形。

2）当α继续增加时，寻找负载电流连续和断续临界点处的α值。

图3－7
图3-7
第4部分：书后习题
3．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：
①作出u d、i d、和i2的波形；
②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；
③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

5．单相桥式全控整流电路，U2=200V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=100V，当α=45︒时，要求：
①作出u d、i d和i2的波形；
②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；
③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

13．三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60︒时，要求：
①画出u d、i d和i VT1的波形；
②计算U d、I d、I dVT和I VT。

14．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，L B=0.5mH，当α=60︒时求U d、I d与γ 的数值，并画出整流电压u d的波形。

17．三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，α=60︒，当①L B=0和②L B=1mH情况下分别求U d、I d的值，后者还应求γ 并分别作出u d与i VT的波形。