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第2至第8章作业 第2章 电力电子器件
1. 使晶闸管导通的条件是什么？
答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？
答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？
答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4. 图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
图1 晶闸管导电波形
解：a) Id1=
Im21?=(?1)?0.2717 Im Isin?td(?t)?m2π22π?4(Imsin?t)2d(?t)=
I1=
12????4Im231?0.4767 Im ?42?b) Id2 =
2Im1?=(?1)?0.5434 Im Isin?td(?t)?mπ?4π2I2 =
1?2??(Imsin?t)d(?t)=4?Im231??0.898 Im 22?12c) Id3=Imd(?t)=0.25Im
2π?01I3 =
2????20Imd(?t)=0.5Im
27. 晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？
答：A:触发信号应有足够的功率。 B：触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 C：触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。
第3章 整流电路
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1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0°和60°时的负载电流Id，并画出ud与id波形。
解：α＝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：
考虑到初始条件：当?t＝0时id＝0可解方程得：
2U2==22.51(A)
?L ud与id的波形如下图：
当α＝60°时，在u2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u2负半周期180?~300?期间释放，因此在u2一个周期中60?~300?
did?2U2sin?t dt 考虑初始条件：当?t＝60?时id＝0可解方程得：
期间以下微分方程成立：L其平均值为
1Id?2???5?332U212U2
=11.25(A) (?cos?t)d(?t)=
2?L?L2 此时ud与id的波形如下图：
2．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=60V，当a=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。
解：①ud、id、和i2的波形如下图：
②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＝0.9 U2 cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）
Id＝Ud /R＝77.97/2＝38.99（A）
I2＝Id ＝38.99（A）
③晶闸管承受的最大反向电压为：
2U2＝1002＝141.4（V）
考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：
UN＝（2~3）×141.4＝283~424（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：
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IVT＝Id∕2＝27.57（A）
晶闸管的额定电流为：
IN＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A）
具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。
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。 5．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当a=60°时求Ud、Id与g 的数值，并画出整流电压ud的波形。
解：考虑LB时，有：
Ud＝0.9U2cosα－ΔUd ΔUd＝2XBId∕π Id＝（Ud－E）∕R
解方程组得：
Ud＝（πR 0.9U2cosα＋2XBE）∕（πR＋2XB）＝44.55（V）
ΔUd＝0.455（V） Id＝4.55（A）
又∵
cos?－cos(???)＝2IdXB∕U2
即得出
cos(60???)=0.4798
换流重叠角
? ＝ 61.33°? 60°=1.33°
最后，作出整流电压Ud的波形如下：
6．单相桥式全控整流电路中，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 ~ 90?。
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，ud的波形如下： 当负载为电感时，ud的波形如下：
8．三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当a=60°时，要求：
① 画出ud、id和iVT1的波形；
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② 计算Ud、Id、IdT和IVT。
解：①ud、id和iVT1的波形如下图： ②Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud＝1.17U2cos?＝1.17×100×cos60°＝58.5（V）
Id＝Ud∕R＝58.5∕5＝11.7（A） IdVT＝Id∕3＝11.7∕3＝3.9（A）
IVT＝Id∕3＝6.755（A）
9．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VT1不能导通，整流电压ud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。
10．三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a=60°时，要求：
① 画出ud、id和iVT1的波形； ② 计算Ud、Id、IdT和IVT。
解：①ud、id和iVT1的波形如下： ②Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud＝2.34U2cos?＝2.34×100×cos60°＝117（V）
Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A） IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A） IVT＝Id∕3＝23.4∕3＝13.51（A）
11．三相全控桥，反电动势阻感负载，E=200V，R=1Ω，L=∞，U2=220V，a=60°，当①LB=0和②LB=1mH情况下分别求Ud、Id的值，后者还应求g 并分别作出ud与iT的波形。
解：①当LB＝0时：
Ud＝2.34U2cosα＝2.34×220×cos60°＝257.4（V）
Id＝（Ud－E）∕R＝（257.4－200）∕1＝57.4（A）
②当LB＝1mH时
Ud＝2.34U2cosα－ΔUd ΔUd＝3XBId∕π Id＝（Ud－E）∕R
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解方程组得：
Ud＝（2.34πU2R cosα＋3XBE）∕（πR＋3XB）＝244.15（V）
Id＝44.15（A） ΔUd＝13.25（V） 又∵cos?－cos(???)＝2XBId∕6U2
cos(60???)＝0.4485
γ＝63.35°－60°＝3.35°
ud、IVT1和IVT2的波形如下：
12．三相桥式全控整流电路中，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： 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 ~ 120?，当负载为电感负载时，要求的晶闸管移相范围是0 ~ 90?。
13．三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＝1、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?1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。
14．三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a=60°时，要求：（1）计算Ud、Id、IdT和IVT；（2）i2的5、7次谐波分量的有效值I25、I27；（3）输入功率因数。
解：（1）Ud、Id、IdT和IVT分别如下
Ud＝2.34U2cos?＝2.34×100×cos60°＝117（V）
Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A） IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A） IVT＝Id∕3＝23.4∕3＝13.51（A） （2）由此可计算出5次和7次谐波分量的有效值为：
I25＝6Id∕5π＝6×23.4∕5π＝3.65（A） I27＝6Id∕7π＝6×23.4∕7π＝2.61（A） （3）基波电流的有效值：
I1＝6Id∕π＝6×23.39∕π＝18.243（A） 基波因数为?
?＝I1∕I＝I1∕Id＝0.955
电路的输入功率因数为：
?＝? cos?＝0.955 cos60°＝0.48
2017年华南理工大学《电力电子技术》作业随堂联系模拟试题
