王兆安第四版电力电子技术课后答案(8)

第4章 交流电力控制电路和

交交变频电路

1. 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0时输出功率为

最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角α。 解：α=0时的输出电压最大，为

Uomax?1???(2U1sin?t)2d?t?U1 0此时负载电流最大，为

IUomaxomax?R?U1R 因此最大输出功率为

PU2max?UomaxIomax?1R 输出功率为最大输出功率的80%时，有：

P?0.8P(0.8U1)2omax?R 此时，

Uo?0.8U1

又由

U2????o?Usin12??? 解得

α=60.54°

同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有：

Uo?0.5U1

又由

U2????o?Usin12??? α=90°

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2．一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试

求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当α=

?时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2?L2??50?2?10?3φ=arctan（）=arctan（）=0.89864=51.49°

R0.5解：①负载阻抗角为：

开通角α的变化范围为：

φ?α<π

即

0.89864?α<π

③当α=φ时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为

Pomax=I功率因数为

2omax?220R???R2?(?L)2???R=37.532(KW) ??2??Pomax37532??0.6227 U1Io220?273.98cos??0.6227

实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即

④α=

?时，先计算晶闸管的导通角，由式（4-7）得 2-???sin(+θ-0.89864)=sin(?0.89864)etan?

22θ=2.375=136.1°

解上式可得晶闸管导通角为： 也可由图4-3估计出? 的值。

此时，晶闸管电流有效值为

IVT?=

U1sin?cos(2?????) ??cos?2?Zsin2.375?cos(??0.89864?2.375)22032.375?=123.2(A)

cos0.898642??0.80326

电源侧功率因数为

2IoR ??U1Io其中：

Io?2IVT=174.2(A)

于是可得出

2IoR174.22?0.5????0.3959

U1Io220?174.2

3．交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。

交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载载所消耗的平均功率。

与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负

交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也

用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电

流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控

整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需

要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流易于设计制造。

没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。

4．什么是TCR，什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？ 答：TCR是晶闸管控制电抗器。TSC是晶闸管投切电容器。 二者的基本原理如下：

值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、

交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，

TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率（或提供感性的无功功率），通过对晶闸管开通 TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率（提供容性的无功功率）。