哈工大电力电子 2014作业3章

电力电子技术基础

电气工程系 2014年 2月

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作业（3章）

第3章 整流电路 习题

第1部分：简答题

1.什么是半波整流器？什么是全波整流器？举例说明其拓扑结构有什么不同？

2. 针对晶闸管变流器，给出下列名词的定义：自然换流点，触发延迟角，导通角和移相控制范围。

3.什么是变流器的相位控制方式？

4.什么是有源逆变？简述有源逆变产生的条件，并比较晶闸管变流器整流工作模式与逆变工作模式的差别。

5.逆变角是如何定义的？简述当晶闸管变流器工作于逆变状态时，应如何限制逆变角才能保证正常换流？简述逆变失败的原因及逆变失败所产生的后果。

6.晶闸管三相桥式变流电路，在设计触发电路时，为什么要采用“双窄脉冲”触发方式？晶闸管单相桥式变流电路，是否也需要采用这种双窄脉冲触发方式，为什么？ 7.为什么随着触发角α的增加，晶闸管整流器的功率因数会变降低？

8.二极管桥式整流电路，负载侧并联大电容时，为什么在启动时会产生突入电流，突入电流有何危害，如何抑制突入电流？

第2部分：画图及计算题

1. 当要求设备即可以在115V，又可以在230V交流输入电压下工作时，可采用如图3－1所

示倍压整流电路为设备提供直流电源。当输入电压为230V时，电压选择开关断开；当输入电压为115V时，电压选择开关闭合。试说明在这两种情况下整流输出电压是相同的。

图 3－1

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2. 图3－2所示单相桥式半控整流电路（半控指将变流器中的一半晶闸管换成二极管，所以只有一半器件是可控的），大电感负载（近似认为负载电流恒定为Id），回答下列问题： 1)画出在α＝0º，α＝90º时直流输出电压vd，电源电流is，S1中电流is1，D1中电流iD1的波形（规定：器件的正向导电方向为电流的正方向）。

2)推导直流输出电压Vd的解析表达式（即Vd与相电压有效值Vs,触发角α的关系表达式）。 3)说明该电路能否工作于有源逆变状态。试说明单相桥式半控整流电路与全控变流电路（全部器件都是晶闸管）相比，有那些优缺点？

图3－2

3. 单相桥式晶闸管变流电路如图3－3所示，交流电源电压有效值Vs=100V，负载中rd =2Ω，Ld值极大，反电势Ed=60V，假定Ls＝0。回答下列问题： 1）计算使晶闸管能触发导通的最小触发角2）当

；

=30°时，求整流输出平均电压Vd 、平均电流Id，输入电流有效值Is，输入电流畸

变率THD，功率因数PF。 提示：

图3－3

is(t)2221Id[sin(t)sin3(t)]3 3

4.图3－4为简化的三相晶闸管变流电路（Ls=0），交流电源线电压有效值为VLL，负载电流为Id,回答下列问题：

1)试画出α＝30º时，输出电压vd，电源电流is，晶闸管T1上电压vT1（电压的参考方向：阳极正，阴极负），和晶闸管T1中电流iT1的波形。 2) 再画出此时其它5只晶闸管上的电压和电流波形。

3)计算晶闸管上承受的反向峰值电压vT_peak,晶闸管中电流的平均值idT和有效值IT_eff。(用VLL和Id来表达)

4)如果有一个晶闸管T1不能导通，画出此时的整流电压vd波形；如果有晶闸管T1被击穿而短路，其它晶闸管受什么影响？

图3－4

5.三相桥式晶闸管变流电路如图3－5所示，交流电源线电压有效值VLL=380V（50Hz），反电动势阻感负载，Ed=200V，rd=1Ω，Ld=∞，α=60°。Ls=0情况下，计算整流输出平均电压Vd 、平均电流Id，输入电流有效值Is，输入电流畸变率THD，功率因数PF。 提示： i26I[sin(t)1sin5(t))ad5图3－5

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第3部分：仿真题

1.利用Simulink对图3-6中的单相桥式整流电路进行电路仿真，并回答下列问题： 1）记录电源电压vs及整流输出电压vd和电流id的波形。 2）记录整流输出平均电压Vd及平均电流Id； 3）计算输入电流畸变率THD及功率因数PF

4) 当滤波电容为Cd＝200，500，1000，1500uF时，观察并估计各种情况下整流输出电压的脉动幅度(峰－峰值)ΔVdpp,并说明滤波电容的取值对整流输出电压脉动的影响。

图3-6

提示：可在下图基础上绘制波形图。

vs-vsVs120VLs1mHRs1mΩCd1000μFRload20(60Hz)Ot

uaubucOt

uduabuacubcubaucaucbuabuacOt

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2.利用Simulink对图3－7中的单相逆变器进行电路仿真，电路参数如下： vs＝120V（60Hz）,Ls＝1.3mH, Ld＝20mH, Ed＝88V, α＝135º 回答下列问题：

1）记录电源电压vs、电流is及整流输出电压vd、电流id的稳态波形。 2）当α继续增加时，寻找负载电流连续和断续临界点处的α值。

图3－7 图3-7

第4部分：书后习题

3．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：

① 作出ud、id、和i2的波形；

② 求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

5．单相桥式全控整流电路，U2=200V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=100V，当=45时，要求：

① 作出ud、id和i2的波形；

② 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； ③ 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

13．三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时，要求：

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①画出ud、id和iVT1的波形； ②计算Ud、Id、IdVT和IVT。

14．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当=60时求Ud、Id与的数值，并画出整流电压ud的波形。

17．三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，=60，当①LB=0和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求并分别作出ud与iVT的波形。

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