《电子电力技术》学习指导与习题解答 第6章.docx

第6章可控整流电路6.1 学习要求（1） 了解品闸管的基木结构、工作原理、特性曲戏和主要参数。（2） 了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压*7电流的波形.（3）了解单结晶体管及触发电路的工作原理.6.2 学习指导本章重点：（1）品闸管的基本结构、工作原理、特性曲线和主要参数.（2）单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形.（3）单结晶体管及触发电路的工作原理。本章难点：（I）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取.（2）单相可控整流电路接电感性负载输出电压与电流的分析，（3）第结晶体管触发电路的工作原理.本章考点：（1）单相可控整流电路输出直流电压的计算。（2）单相可控整流电路接电阻性负载谕出电球的分析.（3）单相半控桥式整流电路中晶闸管的选取。6.2.1 晶间管品附管又称可控硅，是一种可控的单向导通元件,有阳板A、阴板K和控制板G三个电极.品闸管的导通条件为：（I）在阳极和阳极之间加适当的正向电压Uak.（2）在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压UG品闸管一只导通后,控制极就失去控制作用而维持阳极与阴极之间的导通,管乐降约为IV左右。品附管由导通变截止称为关断，关断条件为：（I）晶-管阳极电流小于雒持电流/H.(2)或将阳极与电海断开或给阳极与阴极之11J加反向电压.品闸管的主要参数有：额定正向平均电流If,排持电流h,正向史复修伯电压UFR1，反向虫或爆伯电压URRM，若晶网管工作时通过的电流为vso承受的最高正向电压为Ufm.最高反向电压为URM.则应按照下列各式选取晶闸管：ImsoUFRMN(2-3)UHMURRm1-3Xrm6.2.2 单相可控整流电路I,单和可控平;发终通电路(1)电阻性负载：电路及其电压与电波波形如图6.1所示.导通角4=180-控制角。的调整范困为0180'.»6.1接电阻性负S1.的单相可控华波整Jfi电路及其电乐与电流波彩输出电压的平均值为，输出电流的平均值为:=°45U-,I+8SaR1.2品例管承受的最高正向电压为:UfU=QU*品闸管承受的最高反向电压为：品附管中电流的平均值为：VSO=.变压器副边电流的有效值为：，2啜亭（2）电懑性负段：电路及火电压与电流波形如图6.2所示.没有接续流二极管VD时，导通知e>180-a.输出电压的平均值为:to<0.45t,1.i2接上续波二极管VD时.导通角6=180-a,输出电纸的平均值为：%=0.45小上*2输出电流的平均值为：/.=%=045匹&&.2晶闸管中电流的平均值为：'SO=Ie2.单相半控桥式空流电路单相半拄桥式整流电路及其电压与电流波形如图6.3所示.输出电压的平均值为：输出电流的平均值为:/”三=0姓1±£晶闸管承受的展高正向电压为:晶同管承受的最高反向电乐为，晶俯管中电流的平均值为:VSO=3变压器副边电流的有效值为:I2U2sin2a+2万1.a6.2.3单结晶体管触发电路I.单站检体管的鳍构及件性单结晶体管两个基极BrB?和一个发射极E,两携极间的电阻RBfi=Atn+Atc,当发射极不加也压，两个基极之间加电压UHB时，*船上的电压为：式中7称为分JK比,一般约在O3O.9之间.单结晶体管的伏安特性曲战如图6.4所示。（1）当1.VUp="a+Ud时,单结晶体管截止.P点称为嶂点,UP为峰点电压./P为峰点电流.（2）当Ue>"p时,单结晶体管导通./E迅速增大,UE减小,进入负Bi区。（3）当UEVUY时，单结晶体管由导通恢复到截止状态，V点称为谷点，UV为谷点电压，八为谷点电流。蟾点P和谷点V是单结晶体管的特殊点,Ue>"p时导通,t<"v时极止.6.4外结晶体管的伏安特性3.单结耳体管触发电珞电路如图6.5所示,波形如图6.6所示。（I）触发电路由单站晶体管脉冲发生电路组成，输出触发脓冲电压“”同时供给两个品同管,但每半周只对一个晶闸管起触发作用.（2）变压器原边绕祖与主电路接在同一交流电源，主电路交流电压位过零时，触发电路电源电压“2也过零，保证了两者同步，从而获得有规律的输出电压波形.（3）心经桥式电路整流后褥到全波整流电压ho1.再转换为梯形波z作为触发电路的同步电源，（4）在旬个半冏期内,第一次电容C由O开始充电,当Uc=¼.（单结品体管峥点电压）时单结晶体管导通，随后电容迅速向小电阻&放电,在岛上形成一个尖脓冲电Hu当放电到UE=UV（单结晶体管谷点电JK）时单结晶体管截止.然后又由（A，开始充电，如此反究，直到电源电压减小到0,结束半个周期，UC=。,从而获得一系列的尖脉冲电压“但只有第一个脓冲起到触发品闸管的作用，一旦品J管被触发导通,后面的脉冲不再起作用.«01fj卬也，UC0f川3,图6.6单结晶体管触发电路的波形6.2.4晶海管的保护1 .过电流保护晶同管过电流保护措施有以下几种：（I）快速烙断器保护。（2）过电流维电器保护。（3）过流搬止保护.前两种方法中保护元件有3种接入方式：交流（输入）但、出流（输出）侧、元件保。2 .过也压保护晶间管过电压保护措施有以下几种：（1）阳容保护，（2）晒堆保护.保护元件也有3种接入方式：交流恻、直流侧和元件侧.6.3习题解答6.1 晶同管与具有一个PN结的二极管和具有两个PN结的三极管相比有何区别？W晶闸管、：极管以及三极管虽然是3种截然不同的涔件，但它们都可以作为单方向导电的开关.然而，即使作为开关使用，它们之间却也存在着很大的差异.与二极管比较品饵管具有可控性，即在阳极和阴极之间加上正向电压的时候.并且在控制极和阳极之间也加上正向电压品闲管才能导通.二极管没有可控性，只要在阳极和阴极之间加上正向电压：极管就会昨通。此外，晶闸管号通后可以通过几十至上千安培的电流，比二极管大得多。与三极管比较,品闸管不具有放大作用,只有当控制极电流达到某一数值时,W1.极与阴极之间由阻断突然变为导通，导通后可以通过几十至上千安培的电流，弁且控制极就不再起控制作用。三极管具有放大作用，在放大区集电极电流与携极电流成正比，即使在饱和区或截止区，也UJ以通过改变基板电流使其脱离饱和区或豉止区，仍可用基极电流去控制集电极电流的大小.6.2 端闸管导通的条件是什么？品闸管导通后，通过管子阳极的电流大小由哪些因素决定？晶网管阻断时，承受电压的大小由什么决定？解晶同管的导通条件是：在阳极和阴极之间加适当的正向电乐UAK并且在捽制极和阴极之间加适当的正向触发电压(<1K.因为品苗管导通后的管压降约为IV左右,电源电压Ua几乎全部加到负载电阻R*上.阳极电流="，所以，船闸管导通后阳极的电流大小基本上由电流电压R'UA和负载电阻R,决定。晶闸管阻管分正向正向和反向阻断两种情况.正向阻断时所承受的正向电压由正向转折电压Ubo决定，超过此做时晶闸管被击穿导通而损坏，通常将正向转折电压UBo的80%规定为正向阻断峰值电压UFRM，反向阻断时所承受的反向电压由反向转折电压URR决定,胡过此伯时晶同管被反向击穿，湖电流剧烈增大而损坏.通常将反向转折电压U1.(R的80%规定为反向阻断峰伯电压UFf(M.6.3 品闸管由导通变为阻断状态的条件是什么？为什么品附管导通后控制极就失去控制作用？M晶闸管由导通变为阻断状态的条件是，晶闸管阳极电流小于维持电流u,或将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加反向电压.由于品闸管内部存在强烈的电流正反馈,在触发信号使晶间管导通后.正反馈即可维持晶网管的饱和导通状态，所以,M闸管导通后控制极就失去控制作用.6.4 某电阻鑫要024V可调直流电压，采用单相可控半波整流电路。现有两种供电方案：(1220V交流电网直接供电：2用整流变压揖供电.=6(>V.试比较两种供电方案下晶网管的导通角以及所选购相可控半波整流电路是否能满足负投的要求？分析所选总和可控半波整流电路的导通用，=Iso-,而控制角。的调整范附为0-180°,所以，欲知所选单和可控半波整流电路是否能满足负靓的要求，只要求出控制角的调整范用是否为01.80即可.解I1.1.单相可控半波整波电路输出直流电Ht的表达式：U1.O.453上罗得品同管的控制角为：(2U,1.aarixos-JI0.45(/.)(I)采用220V交流电网I1.接供电时品闸管的控制角为：a=arccos(-2-1Uarcco(-2x24-11=121°10.45tj)10.45X220)品闸管的导通角为：=18,-a=1.8(r-121o=59o因为控制角。的调整范困在0-180'之内，所以,所选总相可控半波整漉电路能满足他战的要求。(2)采用整流变压器供电.5=60V时品闸管的控制处为：aa11xos"1IarccoJ=*'-1|38.9。1.v0.45C/,)0.45X60)品闱管的壮通角为：O=Is(/一=18-389°=141.1°因为控制角<«的调整池阚在O1X()'之内所以,所选单相可控半波整流电路能满足负载的要求.6.5有一电阻性负栽，需要直流电压60V,电流30A。采用单相可控半波整流电路，由电网22OV电压供电，试计算品闸管的导通用、电流的有效值以及管子承受的最大正反向电压.分析根据有效值的定义，电流的有效值/=,*><(“).为了保证品闸管在出现瞬时过电张时不致损坏,通常根捌下式选取品闸管所承受的正向和反向重或峥值电压UFRM和Urrm：UFRMe(23)U,URRM2(2-31CrmS由单相可控半波整流电路输出口流电压的表达式:Z=0.453归等得晶闸管的控制角力;a=arccos(赢TiU-E晶俯管的导通角为:tf三18C-1805-77.80三1012o品闸管电流的有效值为；二Q等Sindd(MJ-sin2+.1-asin2a+喝“3°Rin(2x77.8。)+-62（八）品闸管所承受的最拓正向电乐UFM、最高反向电压URM都等于：Ur,Urm-、&½企x22O31O(V)为了保证品闸管在出现照时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向田贪峰值电压Ufrm和URRm：UFRMN(2-3)UHu=(2-3)×3IO=620«-930(V>URRM娄(23)(/RM=(23)x310=620930(V>6.6 一单相UJ控半波里流电路，负载电阻K10C,由电网220V电压供电，控制角a=60。,试计算整流电压的平均值、电流的行效值以及管子承受的最大正反向电压.M因为是单相可控半波整流,电路，所以整流电压的平均值为：,n1+cos,_M>+cos603.U=0.45(72-=0.45×22O×=74.25<V)电流有效值为:=-J-sin2zz+R1,V42ff手拈留=13.95（八）品闸管所承受的最高正向电kUFM、最高反向电乐URM都等于:UHVI=URM=瓜220=310(V)为了保证品闸管在出现瞬时过电压时不致投坏，通常根据下式选取品闸管所承受的正向和反向重型峰值电纸UFRM和Urrm,SRM妾(23)Upk1=(23)310=620930(V)UrrmH(2-3RKM=(2-3)/310=62093«(V)6.7 单相半控桥式整波电路共输入交流电质有效值为220V,负敬为IkQ电阻，试求控制角=(及90,时负就上电压和电流的平均伯，并画出相应的波形,分析热据单相半控桥式整流电路负裁上电压的平均值力=0.9UiS詈可知.控制角a不同，负就上电压的平均假不同，电流的平均值以及相应的波形也不同。解(1)控制角=(F时负我上电Hi的平均值为：U0=O.W,=0.9X220X=198(V)0222电流的平均慎为：仁RRA相应的波形如图6.7所示.1.a)=(F时的波形(2)控制角=90°时负我上电压的平均值为；(V)Uo=0.9U2!±=0.9x220x11：=99电流的平均值为：o=2-=y=99(mA)ttVSO1.Y1./1.T1./7“、必21/IZ1.0I1/1/Ib)a=903时的波形图6.76.76.8 一电阻性负栽，要求在O60V范国内调压，枭用单指半控桥式整流电路，直接由220V交流电源供电，试计总熔流输出平均电压为30V和60V时品附管的导通角.分析本时可先应用(/。=0.第2上詈求出控制角。，则导通角，=18(P-%«由中相半控桥式整通电路输出直流电压的友达式：5子得品附管的控制向为：aarccos-叫余-1I【0.9%(1)输出平均电压为30V时品J?的控制ff为：«arccos-11.ar<xos(12x30-11-134.2°(0.9%)(0.9x220)导通用为；6) =1.80p-a=ISr-1.34.2o=45.8a(2)箱出平均电压为60V时晶网管的控制知为：a=arccosf"",>-1=arccos(-J=I1.3.2。0.9(/,)I0.9x220J导通用为：0=1.8(r-=!8(F-113.2o=66.8o6.9 在电阻性负载单相半控排式整流电路中,已知当控制由a=(P时，输出直流电压，,=150V,输出内流电流4、=5OA,如果将输出直流电压调到”,=120V,则需要将控制角。调到多大？这时的输出宜流电流/“是多少？分析本应可先应用=00时U11=0.9火=0.9%=15OV求出变压器副边电压U2,然后再求Z=I20V时的控制角。和输出克流电流/0。解Ih单相可控半波整流电路输出直流电某的表达式：叫号得变压涔副边电质的有效值为：.2U(I2×15OIAA7八U27*-100.'V)-O.9(1.+cosa)0.9×(1.+cos0)将输出百.流电压调到Uty=I2OV时的控制向为：CCO僚)=)=53h负我电阻为:R4,150R1=/<.50这时的输出H流电流为：/=-=40（八）°R1.36.10 在电阻性负载单相半拉桥式整流电路中,要求怆出直流电H；-在0-6OV的范围内连续可闲.若采用变压器供电，试计。变压着副边电压有效值U2<JgU流电压的10%波动)和晶闸管控制角的调节范困，分析本题计算变压器副边电压S时需要考虑电源电压的10%波动.应在计律所得结果的基础上加大10%.而不是减小10%.S由总相半控桥式整通电路输出直流电压的表达式：V4、得变乐器副边电J卡的有效值为：.叫2×6O,vUi"/E"1“"66.7(V)'0.9(1.+cos)0.9×(1.+cosO°)U2=66.7x1.1=74(V)考虑电源电压的10%波动，则S应取：此时的控制角为:1,=ov时的控制角为：=arccos|=arc>c(>sf-1.'=18000.9%)10.9×74)品闸管控制角的调节范用为=36jo180%6.11 在上题中,如果不用变压器,而直接将整流电路的输入端接在220V的交流电源上，要使怆出宜流电压U“仍在Q60V的范围内连续可诩.则晶闻管控制角。的调节范附变为多少？分析根据以=0.9力上强可知.在输出出流电H：U。可调范围不变的情况下，输入的交流电压S增大，则晶向管控制角。的调节范田变小.解由单相半控桥式整流电路输出后.流电压的表达式：Z=O.肛得晶同管的控制角为,所以,U>=6()V时的控制角为：a-ar<xos卫J-1-arecosf2x-11-113.2°(0.9(/,1,0.9x220)(2U"0-Io.w2U1,=OV时的控制角为：=arccosf-1I=180°10.9×74)晶用管控制角的调节范困为=11321800,6.12 有一电阳性负载，需要可谓的内流电压U1,=060V,直流电流/0=0-10A.采用球相半控桥式整流电路试计算变压器副边电压有效假Ui.并选择整流元件.分析根据Uc.=09U1.上受2可知，在品闸管控制角最小即4=(F时输出n流电压”,最大.为u1,=6ov.S由单相半控桥式整通电路输册互流电压的友达式：q=0孙匕*0'C得变张着副边电出的有效值为：2Uo2×60Ui"，叫“J卜66.7(V)0.9(1.+cosa)0.9×(I+cos0°)晶丽管所承受的最高正向电压UFM、最高反向电压URM和二极管所承受的最高反1.,1,1.电压UDRM都等于：UFM=URM=UDRM=百=百X667=94<V)流过晶闸管和：极管电流的平均值为：/VSO=t>=go=gx0=5（八）为了保证品丽管在出现瞬时过电压时不致报坏，通常根据下式选取晶闲管所承受的正向和反向北熨峰值电压SRM和Urrm:UFRMN(23)Ufw=(23)×94=I88-282(V)UrrmN(2311RM»(2-3)x94=188-282(V)选I0A、200V的晶闸管和10A、100V的：极管，6.4习题与考研试题精选6-1单相半控桥式整流电路如图6.8所示,由市电220V直接供电.已知负载电B11.=60.输出直流电压a=060V.试求：（I）晶闸管导通用”的可调惹困。（2）品闸管电流的平均值/vs。和有效值K（3）品间管承受的正向和反向最大电乐UFM和Urm.6-2单相半控桥式整流电路如图6.9所示，已知负数电吼叫一=6。，怆山直流电压U1.）=O-60V,试求：（I）变压器副边电压有效伯S和电流有效值/2.（2）品削管导通角。的可调慈国。（3）品间管电流的平均值Zvso和有效值I.（4）品例管承受的正向和反向最大电压UFM和UKM图6.8习JB61的图图6.9习咫62的图6-3第和半拄桥式整流电路如图60所示.已知交流电压有效值U2=220V,直液电源的电动势E=155V.（I）画出a=6（尸时整流电压Uo和电流/。的波形.（2）求出品闸管导通用。6-4在如图6.11所示可控整流电路中，已知交流电压有效值=22OV.负载电PJI/?1.=50.求负载平均电流分别为IA和2A时品闸管的导通角O.VSO-J1W2Svdi不VT)2J,VD52i4图6.10Aisa6-3的图6.11习题6-4的图6-5电感性负我采用单相半控桥式整流电路，如图6.12所示，己知交流电压有效值%=22OV,负我电阻®=5。，晶闸管控制角a=60。，试求：(I)出电压平均值Ua和给出电流平均值/<.(2)晶网管的电流平均值Cs。和二极管的电流平均值1>-(3)说明续流二极管Vg的作用。6-6电感性负载采用单相半控桥式整流电路，如图6.13所示，已知交流电压有效值3=100V,负载电阻R=50C.品出管控制用=6O3试求：(1)分析电路工作情况.而出电压、电流波形.(2)说明此电感性负我电路中为什么不用续流二极管.(3)输出电压平均伯5和输出电流平均值/°。(4)品闸管的电流平均值vso和二极管的电流平均值/.>.图6.12习卷6-5的图图6.13习题6-6的图