1、第 2 章 整流电路2. 2 图 2-8 为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该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 2 U2;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，该变压器没有直流磁化问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次侧绕组中，在正负半周上下绕组中的电流方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不存在直流磁化的问题。以下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。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，
2、所以 VT2 承受的最大电压为 2 U2。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，对于电阻负载：(O )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 VTl、VT4 导通，输出电压均与电源电压 U2相等；( )期间均无晶闸管导通，输出电压为0；( 2 )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U 2。对于电感负载： ( )期间，单相全波电路中 VTl 导通，单相全控桥电路中 VTl、VT4 导通，输出电压均与电源电压 U2 相等； (2 )期间，单相全波电路中 VT2 导通，单相全控
3、桥电路中VT2、VT3 导通，输出波形等于-U2。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，U 2=100V，负载中 R=20，L 值极大，当 = 30时，要求：作出 Ud、I d、和 I2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：U d、I d、和 I2的波形如下图：输出平均电压 Ud、电流 Id、变压器二次电流有效值 I2分别为：Ud=0.9U2cos=0.9100cos 3077.97（V）IdUd/R=77.97/2=38.99(A)I2=Id=38.
4、99(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2=100 =141.4(V) -考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN=(23)141.4=283424(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：IVT=Id/ 2=27.57(A) 晶闸管的额定电流为：IN=(1.52)27.57/1.57=2635(A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。2.4.单相桥式半控整流电路，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:承受电压为正即导通。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
5、受的电压波形如下：2.5.单相桥式全控整流电路，U 2 =100V，负载 R=20，L 值极大，反电势 E=60V，当 30时，要求：作出 Ud、I d和 I2的波形；求整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2；考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：U d、I d和 I2的波形如下图：整流输出平均电压 Ud、电流 Id、变压器二次测电流有效值 I 分别为：Ud=0.9U2cos=O.9100cos 30=77.97(V)Id=(Ud一 E)/R=(77.97 一 60)/2=9(A)I2=Id=9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2=100 =141.4(
6、V)流过每个晶闸管的电流有效值为：IVT=Id/ 2=6.36(A)故晶闸管的额定电压为：UN=(23)141.4=283424(V)晶闸管的额定电流为：IN=(1.52)6.36/1.57=68(A)晶闸管额定电压和电流的具体敢值可按晶闸管产品系列参数选取。2.6.晶闸管串联的单相半控桥(桥中 VT1、VT2 为晶闸管)，电路如图2-88 所示，U 2=100V 电阻电感负载,，R=20，L 值很大，当 = 60时求流过器件电流的有效值，并作出 Ud、I d、I VT、I D的波形。解：U d、I d、I VT、I D的波形如下图：负载电压的平均值为Ud=)(59.672)3cos(19.0
7、)(sin213 VUtd 负载电流的平均值为Id=Ud/R=67.52/2=33.75(A)流过晶闸管 VTl、VT2 的电流有效值为IVT=d3119.49(A)流过二极管 VD3、VD4 的电流有效值为IVD= d32=27.56(A)2.7.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 Ud 的波形。解：假设 = 0，当负载为电阻时，U d的波形如下：当负载为电感时，Ud 的波形如下：2.8.三相半波整流电路，可以将整流变压器的二次绕组分为两段成为曲折接法，每段的电动势相同，其分段布置及其矢量如图所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增
8、加 10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么?图 变压器二次绕组的曲折接法及其矢量图答：变压器铁心不会被直流磁化。原因如下：变压器二次绕组在一个周期内，当 a1c2对应的晶闸管导通时，a l的电流向下流，c 3的电流向上流；当 clb2对应的晶闸管导通时，c l的电流向下流，b 2的电流向上流；当 bla2对应的晶闸管导通时，b l的电流向下流，a 2的电流向上流；就变压器的一次绕组而言，每一周期中有两段时间(各为 10)有电流流过，流过的电流大小相等而方向相反，故一周期内流过的电流平均值为零，所以变压器铁心不会被直流磁化。2.9.三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
9、换相点是同一点吗？如果不是，它们在相位上差多少度？答：三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b 两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差 180。2.10.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是 ，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，例如都是 a 相，在相位上差多少度？答：相差 180。2.ll.三相半波可控整流电路，U 2=100V，带电阻电感负载，R=5， L 值极大，当 6时，要求：画出 Ud、I d和 IVT1的波形； 计算 Ud、I d、I dT和 IVT。解：U d、I d和 IVT1的波形如下
10、图：U d、I d、I dT和 IVT分别如下Ud=1.17U2cos=1.17100cos 60=58.5(V)IdU d/R=58.5/5=11.7(A)IdVT=Id/3=11.7/3=3.9(A)IVT=Id/ 3=6.755(A)12.在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压 Ud波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？答：假设 VTl 不能导通，整流电压波形如下：假设 VT1 被击穿而短路，则当晶闸管 VT3 或 VT5 导通时，将发生电源相间短路，使得 VT3、VT5 也可能分别被击穿。2.13.三相桥式全控整流电路，U2
11、 =100V，带电阻电感负载 R=5，L值极大，当 = 60时，要求：画出 Ud、I d和 IVT1的波形计算 Ud、I d、I dT和 IVT解：U d、I d和 IVT1的波形如下：U d、I d、I dT和 IVT分别如下Ud=2.34U2cos=2.34100cos 60=117(V)Id=Ud/R=117/5=23.4(A)IDVT =Id/3=23.4/3=7.8(A)IVT=Id/ 3=23.4/ =13.51(A)2.14.单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？其中主要的是哪儿次？答：单相桥式全控
12、整流电路，其整流输出电压中含有 2K (K=l、2、3)次谐波，其中幅值最大的是 2 次谐波。变压器二次侧电流中含有 2K+l(K=、2,3)次即奇次谐波，其中主要的有 3 次、5 次谐波。2.15.三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(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。2.16.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
13、路相比有何主要异同?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 U2相等时，双反星形电路的整流电压平均值 Ud是三相桥式电路的 1/2，而整流电流平均值 Id是三相桥式电路的 2 倍。在两种电路中，晶闸营的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 Ud和整流电流 Id的波形形状一样。整流电路多重化的主要目的是什么?答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面：一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干
14、扰。2.17.使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么?答：条件有二：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角 2使 Ud为负值。2.18.什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变夫败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等。2.19.单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，
15、当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管移相范围分别是多少？答：单相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 180，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 9。三相桥式全控整流电路，当负载为电阻负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 2，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是 0 90。2.20.试说明 PWM 控制的基本原理。答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性 环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲
16、的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。以正弦 PWM 控制为例。把正弦半波分成 N 等分，就可把其看成是 N 个彼此相连的脉 冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 /N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等，就得到 PWM 波形。各 PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。可见，所
