1、第 3 章 整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L20mH，U 2100V，求当 0和 60时的负载电流 Id，并画出 ud 与 id 波形。解：0时，在电源电压 u2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 L 储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压 u2 的负半周期，负载电感 L 释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压 u2 的一个周期里，以下方程均成立： tUtiLsind2考虑到初始条件：当 t0 时 id0 可解方程得： )cos1(2t0d (dLI= =22.51(A)U2ud 与 id 的波形如下图：0 2 tu20 2 tud0 2 tid当 60时
2、，在 u2 正半周期 60180期间晶闸管导通使电感 L 储能，电感 L 储藏的能量在 u2 负半周期 180300期间释放，因此在 u2 一个周期中 60300期间以下微分方程成立： tUtiLsind2考虑初始条件：当 t60时 id0 可解方程得： )cos1(2t其平均值为= =11.25(A)(ds2(2135d tLUILU2此时 ud 与 id 的波形如下图：tudid + + ttu20+ +2图 2-9 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 ；当负载是电阻或电感时，U其输出电压和电流的波形与单相全控桥
3、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的问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。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，所以 VT2 承受的最大电压为 2 。U 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：（0）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
4、VT1、VT 4 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、VT 3 导通，输出电压等于 u2。对于电感负载：（ ）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中VT1、VT 4 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，单相全控桥电路中 VT2、VT 3 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。3单相桥式全控整流电路，U 2100V ，负载中 R 2，L 值极大，当 30时，要求：作出
5、 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：u2O tO tO tudidi2O tIdId输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U2 cos0.9100cos30 77.97（V）IdU d /R77.97/238.99（A）I2I d 38.99（A）晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：UN（23）141.4283424 （V）具体数值可按晶闸管产品系列
6、参数选取。流过晶闸管的电流有效值为：IVTI d 27.57（A）2晶闸管的额定电流为：IN（ 1.52）27.571.572635（A）具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。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受的电压波形如下： 0 2 tttu2uVD2uVD4005单相桥式全控整流电路，U 2=100V，负载中 R=2，L 值极大，反电势 E=60V，当=30时，要求： 作出 ud、i d 和 i
7、2 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：u2O tO tO tudidi2O tIdIdId 整流输出平均电压 Ud、电流 Id，变压器二次侧电流有效值 I2 分别为Ud0.9 U 2 cos0.9100cos3077.97(A)Id (U dE)/R(77.9760)/29(A)I2I d 9(A)晶闸管承受的最大反向电压为：U2100 141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVTI d 6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN(23)141.428
8、3424（V）晶闸管的额定电流为：IN(1.52)6.361.5768（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。6. 晶闸管串联的单相半控桥（桥中 VT1、VT 2 为晶闸管） ，电路如图 2-11 所示，U2=100V，电阻电感负载， R=2，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：u2O tO tO tudidO tO tIdIdIdiVT1iVD2负载电压的平均值为：67.5（V）2)3/cos(19.0)(sin132d UtU负载电流的平均值为：IdU d
9、R67.52233.75 （A ）流过晶闸管 VT1、VT 2 的电流有效值为：IVT Id19.49（A ）31流过二极管 VD3、VD 4 的电流有效值为：IVD Id27.56（A）27. 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 ，当负载为电阻时，u d 的波形如下：0ud ua ub ucO tud ua ub ucO t当负载为电感时，u d 的波形如下： ud ua ub ucO tud ua ub ucO t8三相半波整流电路，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
10、其矢量如图 2-60 所示，此时线圈的绕组增加了一些，铜的用料约增加 10%，问变压器铁心是否被直流磁化，为什么？a1ABCNn N AB Cn2-60b1 c1a2 b2 c2 a1b1c1a2b2c2图 2-60 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 1 的电流向下流，c 2 的电流向上流；当 c1b2 对应的晶闸管导通时，c 1 的电流向下流，b 2 的电流向上流；当 b1a2 对应的晶闸管导通时，b 1 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（
11、各为 120）由电流流过，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。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。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 ，那末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。11三相半波可控整流电路，U 2=100V，带电阻
12、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 的波形如下图：udua ubucidO tO tO tiVT1=30u2 uaubucO tU d、I d、I dT 和 IVT 分别如下Ud1.17U 2cos1.17100cos60 58.5（V）IdU dR 58.5511.7（A）IdVTI d311.733.9（A）IVTI d 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
13、短路，其他晶闸管受什么影响？答：假设 VT1 不能导通，整流电压 ud 波形如下：udO t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、VT 5 也可能分别被击穿。13三相桥式全控整流电路，U 2=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：= 60u2uduabuacubcubaucaucbuabuacua ub ucO tt1O tid tO tOiVT1U d、I d、I dT 和
14、 IVT 分别如下Ud2.34 U2cos2.34100cos60117（V）IdU dR117523.4（A）IDVTI d323.437.8（A）IVTI d 23.4 13.51（A）14单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1，L=， E=40V，U 2=100V，L B=0.5mH，当 =60时求 Ud、I d 与 的数值，并画出整流电压 ud 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud0.9U 2cosU dU d2X BIdId（U dE）R解方程组得：Ud（R 0.9U 2cos 2X BE）（R2X B）44.55（V）U d0.455（V ）Id4.55（A ）又 U 2cos)(B
15、dI即得出=0.479860换流重叠角 61.33 60=1.33最后，作出整流电压 Ud 的波形如下：O tO tudu215三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R =1，L=，L B=1mH，求当 =30时、E=50V 时 Ud、I d、 的值并作出 ud 与iVT1 和 iVT2 的波形。解：考虑 LB 时，有：Ud1.17U 2cosU dU d3X BId2Id（U dE）R解方程组得：Ud（R 1.17U 2cos 3X BE）（2R3X B）94.63（V）U d6.7（V ）Id44.63（A ）又 2 U2cos)(BdI6即得出=0.75230换流重叠角
16、 41.28 30=11.28ud、i VT1 和 iVT2 的波形如下： udiVT1 tO tO IduaubuciVT2 tO IdOuaubucu216三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U 2=220V，X B=0.3，求Ud、I d、I VD、I 2 和 的值并作出 ud、i VD 和 i2 的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。Ud2.34U 2cosU dU d3X BIdIdU dR解方程组得：Ud2.34U 2cos （13X B/R）486.9（V）Id97.38（A ）又 2 U2cos)(BdI6即得出=0.892cs换流重叠角 26.93二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为IVDI d397.38332.46（A）I2a Id79.51（A）2ud、i VD1 和 i2a 的波形如下： u2udiVD1 tO tO tOtOua ub uct1uabuacubcubaucaucbuabuac i2a IdId17三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1，L=，U 2=220V， =60，当L B=0 和L B=1mH 情况下分别求 Ud、I d 的值，后者还应求 并分别作出 ud 与 iT 的波形。解：当 LB0 时：
