电力电子技术第2章答案

第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答

2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。 解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：

2

cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：

A R I U d d 50510=⨯==

可以求得控制角α为：

01220

45.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。

所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 52

1222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=π

απ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为

()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==

续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为

()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==

2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周上下绕组电流的方向相反，波形对称，其一个周期的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

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：

（1） 以晶闸管 2VT 为例。当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。

（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α相同时，

对于电阻负载：

（α~0）期间无晶闸管导通，输出电压为0；（πα~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与

电源电压2u 相等；(παπ+~)期间，均无晶闸管导通，输出电压为0；(παπ2~+)期间，单相全波电路中2VT 导通，单相全控桥电路中2VT 、3VT 导通，输出电压等于2u -。

对于电感负载：

（απα+~）期间，单相全波电路中VT1导通，单相全控桥电路中1VT 、4VT 导通，输出电压均与电源电压2u 相等；（απαπ++2~）期间，单

相全波电路中2VT 导通，单相全控桥电路中2VT 、3VT 导通，输出波形

等于2u -。

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，电阻性负载，V U 2202=，

Ω=2L R ，ο30=α，试计算

(1) 输出电压d U 和输出电流d I ；

(2) 晶闸管额定电压和额定电流。

解：（1）输出电压平均值为：

V U U d 7.1842

30cos 12209.02cos 19.02=+⨯⨯=+=ο

α 输出电流为： A R U I L d d 35.922

7.184=== （2）晶闸管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U ，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为

()V U U M TN 933~6223~2==

晶闸管流过的电流为负载电流的一半，

A R U I T 76242sin 2

=-+=π

αππα 考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：

A I I T AV T 96~7357

.1)2~5.1()(==

2-4 单相桥式全控整流电路，V U 1002=，负载中Ω=2L R ，L 值极大，反电势E=60V ，当α=30°时，求：

（1）画出d d i u ,和2i 的波形；

（2）整流输出平均电压d U 、电流d I 及变压器二次侧电流有效值2I ；

（3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。 解：(1) ,,d d i u 和2i 的波形如下图：

（2）输出平均电压d U ，电流d I ，变压器二次电流有效值2I 分别为 ()

V U U d 97.7730cos 1009.0cos 9.02=⨯⨯==οα

A R E U I d d 99.82

6097.77=-=-= ()A I I d 99.82==

（3）晶闸管承受的最大反向电压为：

)(4.141210022A U ==

考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压为：

)(424~2834.141)3~2(V U TN =⨯=

流过晶闸管的电流有效值为：

)(34.62I d

A I T ==

考虑1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为：

())(08.8~06.657.1/34.6)2~5.1(A I AT T =⨯=

2-5 单相桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0~100V 连续可调，30V 以上要求负载电流达到20A 。采用由220V 变压器降压供电，最小控制角ο30min =α.试求：

（1）交流侧电流有效值； （2）选择晶闸管电压、电流定额。

解：（1）交流侧输出电压有效值为：

()

21

sin d U td t παωωπ=⎰=21cos 0.92

U α+ min α=30°，此时输出电压最大，代入上式得到：

1002

30cos 19.02cos 19.022=+=+=U U U d α 得，2U =119V

d U =30~100V 变化时，d I =20A ，由于在30V 时，导通角小，因此此时的电流有效值最大，此时R =1.5Ω，触发角为

302

cos 11199.02cos 19.02=+⨯⨯=+=ααU U d 116=α

交流侧电流有效值为：