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电力电子变流技术课后答案第2章第二章 单相可控整流电路习题与思考题解2-1．什么是整流？它是利用半导体二极管和晶闸管的哪些特性来实现的？解：整流电路是一种AC ／DC 变换电路，即将交流电能变换为直流电能的电路，它是利用半导体二极管的单向导电性和晶闸管是半控型器件的特性来实现的。
2-2．某一电热装置（电阻性负载），要求直流平均电压为75V ，电流为20A ，采用单相半波可控整流电路直接从220V 交流电网供电。
计算晶闸管的控制角α、导通角θ、负载电流有效值，并选择晶闸管。
解：(1)整流输出平均电压Ｕd =⎰παωωπ22).(.sin 221t td U =⎰παωωπ).(.sin 2212t td U=2cos 145.02cos 1222ααπ+≈⎪⎭⎫⎝⎛+U Ucos α=5152.0122045.0752145.022=-⨯⨯=-UUd则 控制角α≈60° 导通角θ=π-α=120°(2).负载电流平均值I d =R U d=20(A)则 R ＝U d ／I d ＝75／20=3.75Ω负载电流有效值I ，即为晶闸管电流有效值I V1，所以 I =I V1=()⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπt d t R U 22sin 221=παπαπ22sin 412-+RU＝37.6(A)(3).当不考虑安全裕量时I V1=k fe I VEAR =1.57I VEAR则晶闸管通态平均电流 I VEAR =I V1 /1.57=37.4 /1.57=23.9(A)晶闸管可能承受的最大正反向电压为311220222≈⨯=U (V)所以，可选择额定通态平均电流为30A 、额定电压为400V 的晶闸管。
按裕量系数2，可选择额定通态平均电流为50A 、额定电压为700V 的晶闸管。
2-3．带有续流二极管的单相半波可控整流电路，大电感负载保证电流连续。
试证明输出整流电压平均值2cos 122απ+=U Ud，并画出控制角为α时的输出整流电压u d 、晶闸管承受电压u V1的波形。
单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。
2．检查学生教材，习题册是否符合要求。
3．宣布上课。
引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。
讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。
比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。
在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。
这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。
同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。
这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。
电压与电流的波形如图13-2-2所示。
桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。
实验二 晶闸管可控整流电路一、实验目的1、 学习单结晶体管和晶闸管的简易测试方法。
2、 熟悉单结晶体管触发电路（阻容移相桥触发电路）的工作原理及调试方法。
3、 熟悉用单结晶体管触发电路控制晶闸管调压电路的方法。
二、实验原理可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。
图20－1 所示为单相半控桥式整流实验电路。
主电路由负载R L （灯炮）和晶闸管T 1组成，触发电路为单结晶体管T 2及一些阻容元件构成的阻容移相桥触发电路。
改变晶闸管T 1的导通角，便可调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯炮负载的亮度变化看出。
晶闸管导通角的大小决定于触发脉冲的频率f ，由公式)η11ln(RC 1f -=图4－1 单相半控桥式整流实验电路可知，当单结晶体管的分压比η（一般在0.5～0.8之间）及电容C 值固定时，则频率f 大小由R 决定，因此，通过调节电位器Rw ，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控调压的目的。
用万用电表的电阻档(或用数字万用表二极管档)可以对单结晶体管和晶闸管进行简易测试。
图20－2 为单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号。
好的单结晶体管PN结正向电阻R EB1、R EB2均较小，且R EB1稍大于R EB2，PN结的反向电阻R B1E、R B2E均应很大，根据所测阻值，即可判断出各管脚及管子的质量优劣。
(a) (b) (c)图4－2 单结晶体管BT33管脚排列、结构图及电路符号图4－3 为晶闸管2P4M 管脚排列、结构图及电路符号。
晶闸管阳极(A)—阴极(K) 及阳极(A) —门极(G) 之间的正、反向电阻R AK、R KA、R AG、R GA均应很大，而G — K之间为一个PN结，PN结正向电阻应较小，反向电阻应很大。
(a) (b) (c)图4－3 晶闸管管脚排列、结构图及电路符号三、实验设备及器件1、±5V、±12V 直流电源2、可调工频电源3、万用电表4、双踪示波器5、交流毫伏表6、直流电压表7、晶闸管 3CT3A 单结晶体管 BT33二极管 IN4007×4 稳压管 IN4735灯炮 12V／0.1A四、实验内容1、单结晶体管的简易测试用万用电表R×10Ω档分别测量EB1、EB2间正、反向电阻，记入表20－1。
21. 单相半波可控整流电路对电感负载供电， L ＝20mH ， U 2＝100V ，求当 α＝0 和 60 时的负载电流 I d ，并画出 u d 与 i d 波形。
解： α＝0 时，在电源电压 u 2 的正半周期晶闸管导通时，负载电感 导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u 2 的负半周期，负载电感导通。
因此，在电源电压 u 2 的一个周期里，以下方程均成立：L di d 2U 2 sin tdt2考虑到初始条件：当 t ＝0时 i d ＝0可解方程得：2U 2 i d(1 cos t)L1 2 2U 22(1 cos t)d( t) L2U 2=2u d 与 i d 的波形如下图：量在 u 2负半周期180 ~300 期间释放，因此在 u 2 一个周期中 60 ~300 期间以下微分方程成 立： L d d itd2U 2 sin t其平均值为此时 u d 与 i d 的波形如下图：α ＝ 60 °时， L 储能， 电感 L 储藏的能L 储能，在晶闸管开始 L 释放能量，晶闸管继续I d考虑初始条件：当t ＝ 60 时 i d ＝ 0 可解方程得：i d2U 2 L 1( cos t)I d52U 2 1 33 2U L 2 (12 cos t)d( t) =2U 22L =11.25(A)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：①晶闸管承受的最大反向电压为2 2U2 ；②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。
①以晶闸管VT 2为例。
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L ＝20mH ，U 2＝100V ，求当α＝0︒和60︒时的负载电流I d ，并画出u d 与i d 波形。
解：α＝0︒时，在电源电压u 2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u 2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u 2的一个周期里，以下方程均成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件：当ωt ＝0时i d ＝0可解方程得：)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图：当α＝60°时，在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能，电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放，因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立：t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件：当ωt ＝60︒时i d ＝0可解方程得：)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A)此时u d 与i d 的波形如下图：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2U；②当负载是电阻或电感时，其问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为22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。
