第2章--思考题与习题答案

第2章思考题与习题2.1什么是整流？它与逆变有何区别？答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。2.2单相半波可控整流电路中，如果：(1)晶闸管门极不加触发脉冲；(2)晶闸管内部短路；(3)晶闸管内部断开；试分析上述三种情况负载两端电压ud和晶闸管两端电压uT的波形。答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同；（2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0；（3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。2.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。2.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。解：设α=0，T2被烧坏，如下图：2.5相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么?带大电感负载时，负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么?答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率dddIUP不等于负载有功功率UIP。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流Ud与Id外还有谐波分量,,21UU和,,21II，负载上有功功率为22212PPPPddddIUP。相控整流电路带大电感负载时，虽然Ud存在谐波，但电流是恒定的直流，故负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积等于负载有功功率。2.6某电阻性负载要求0~24V直流电压，最大负载电流Id=30A，如采用由220V交流直接供电和由变压器降压到60V供电的单相半波相控整流电路，是否两种方案都能满足要求?试比较两种供电方案的晶闸管的导通角、额定电压、额定电流、电路的功率因数及对电源容量的要求。解：采用由220V交流直接供电当0时：Udo=0.45U2=0.45220=99V由变压器降压到60V供电当0时：Ud=0.45U2=0.4560=27V因此，只要调节都可以满足输出0~24V直流电压要求。(1)采用由220V交流直接供电时：2cos145.02UUd，Ud==24V时12159121180VUUT31122AtdtRUIT84]sin2[210228.03024ddIURAIITAVT5457.18457.1)(取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为622V和108A。电源提供有功功率WRIP8.56448.084222电源提供视在功率kVAIUS58.182208422电源侧功率因数305.0SPPF(2)采用变压器降压到60V供电：2cos145.02UUd，Ud==24V时39,14139180VUUT4.8422AtdtRUIT38.51]sin2[210228.03024ddIURAIITAVT7.3257.138.5157.1)(取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为168.8V和65.4A。变压器二次侧有功功率WRIP21128.038.51222变压器二次侧视在功率kVAIUS08.338.516022电源侧功率因数68.0SPPF2.7某电阻性负载，Rd=50Ω,要求Ud在0~600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：(1)晶闸管额定电压、电流值；(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A／mm2)；(3)负载电阻上消耗的最大功率。解：（1）单相半波0时,VUUd133345.060045.02,ARUIddd1250600晶闸管的最大电流有效值AIIdT8.1857.1晶闸管额定电流为IT(AV)57.1TI12(A)晶闸管承受最大电压为22UURM=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和30A。所选导线截面积为213.368.18mmJIS负载电阻上最大功率kWRIPTR7.172（2）单相全控桥0时,VUUd6679.06009.02,ARUIddd1250600负载电流有效值AIId3.1311.1(Kf=1.11)晶闸管的额定电流为IT(AV)57.1TI6(A)IT=2I晶闸管承受最大电压为22UURM=1885V取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V和20A。所选导线截面积为222.263.13mmJIS负载电阻上最大功率kWRIPR9.822.8整流变压器二次侧中间抽头的双半波相控整流电路如图题2.8所示。(1)说明整流变压器有无直流磁化问题?(2)分别画出电阻性负载和大电感负载在α=60°时的输出电压Ud、电流id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U2=220V，分别计算其输出直流电压值Ud。（3）画出电阻性负载α=60°时晶闸管两端的电压uT波形，说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少?图题2.8解：（1）因为在一个周期内变压器磁通增量为零，所以没有直流磁化。（2）其波形如下图所示，与单相全控桥式整流电路相同。电阻性负载：VUUd5.1482)60cos1(2209.02cos19.002感性负载：VUUd99cos9.02(3)其波形如下图所示，晶闸管承受的最大反向电压为222U。2.9带电阻性负载三相半波相控整流电路，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，分析电路工作情况，画出触发脉冲宽度分别为10°和20°时负载两端的电压ud波形。解：三相半波相控整流电路触发脉冲的的最早触发时刻在自然换流点，如触发脉冲左移到自然换流点之前15°处，触发脉冲宽度为10°时，不能触发晶闸管，ud=0。触发脉冲宽度为15°时，能触发晶闸管，其波形图相当于α=0°时的波形。2.10三相半波相控整流电路带大电感负载，Rd=10Ω，相电压有效值U2=220V。求α=45°时负载直流电压Ud、流过晶闸管的平均电流IdT和有效电流IT，画出ud、iT2、uT3的波形。解：)(sin23/212656ttdUUd1.17cos2U因为：2U220V，045Ud=1.1745cos2U=182VAVRUIddd2.1810182AIIIddTdT1.6312AIIIddTT5.10312ud、iT2、uT3波形图如下所示：2.11在图题2.11所示电路中，当α=60°时，画出下列故障情况下的ud波形。(1)熔断器1FU熔断。(2)熔断器2FU熔断。(3)熔断器2FU、3FU同时熔断。图题2.11解：这三种情况下的波形图如下所示：(a)(b)(c)2.12现有单相半波、单相桥式、三相半波三种整流电路带电阻性负载，负载电流Id都是40A，问流过与晶闸管串联的熔断器的平均电流、有效电流各为多大?解：设0单相半波：IdT=Id=40AAIIdTT8.6257.1(Kf=1.57)单相桥式：IdT=21Id=20AAIIdT3.2821三相半波：IdT=31Id=13.3A当00时Ud=1.17U2U2=Ud/1.1730o时)2cos2332(212dTRUIAId5.23)2332(2117.12.13三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4Ω，要求Ud从0~220V之间变化。试求：(1)不考虑控制角裕量时，整流变压器二次线电压。(2)计算晶闸管电压、电流值，如电压、电流取2倍裕量，选择晶闸管型号。解：（1）因为Ud=2.34U2cos；不考虑控制角裕量，0时VUUd9434.22VUUl2.168322（2）晶闸管承受最大电压为VU3.23062取2倍的裕量,URM=460.6V晶闸管承受的平均电流为IdT=31Id又因为AVRUIddd554220所以IdT=18.33A，取2倍的裕量IdTmax=36.67(A)选择KP50—5的晶闸管。2.14单结晶体管触发电路中，作为Ubb的削波稳压管wD两端如并接滤波电容，电路能否正常工作?如稳压管损坏断开，电路又会出现什么情况?答：在稳压管wD两端如并接滤波电容后，电路能否正常工作。如稳压管损坏断开，单结晶体管上峰值电压太高，不利于单结晶体管工作。2.15三相半波相控整流电路带电动机负载并串入足够大的电抗器，相电压有效值U2=220V，电动机负载电流为40A，负载回路总电阻为0.2Ω，求当α=60°时流过晶闸管的电流平均值与有效值、电动机的反电势。解：电流平均值为：IdT=31Id=40/3=13.3电流有效值为：AIIIddT23511.03设电动机的反电势为ED，则回路方程为：LdDdRIEU而VUttdUUd7.128cos17.1)(sin23/2165622所以VED7.1202.0407.1282.16三相全控桥电路带串联Ld的电动机负载，已知变压器二次电压为100V，变压器每相绕组折合到二次侧的漏感L1为100μH，负载电流为150A，求：(1)由于漏抗引起的换相压降；(2)该压降所对应整流装置的等效内阻及α=0°时的换相重叠角。解：(1)231dIXUV5.121501010050236(2))62(coscos211UId11)1006150101005021(cos61等效内阻01.01505.1AVr2.17晶闸管装置中不采用过电压、过电流保护，选用较高电压和电流等级的晶闸管行不行?答：晶闸管装置中必须采用过电压、过电流保护，而不能用高电压、高电流的晶闸管代替，因为在电感性负载装置中，晶闸管在开关断过程中，可能会出现过冲阳极电压，此时极易损坏晶闸管。当未采取过电流保护，而电路过载或短路时更易损坏晶闸管。2.18什么是有源逆变？有源逆变的条件是什么？有源逆变有何作用？答：如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到电网上去称为有源逆变。有源逆变的条件：（1）一定要有直流电动势，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；（2）变流器必须工作在2的区域内使Ud0。有源逆变的作用：它可用于直流电机的可逆调速，绕线型异步电动机的串级调速，高压电流输电太阳能发电等方面。2.19无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。无源逆变电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。2.20有源逆变最小逆变角受哪些因素限制？为什么？答：最小有源逆变角受晶闸管的关断时间tq折合的电角度、换相重叠角以及安全裕量角的限制。如果不能满足这些因素的要求的话，将导致逆变失败。