【正文】 單相全控橋電路中 VT VT3 導(dǎo)通，輸出波形等于 ??u2。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。因此，在電源電壓 u2 的一個周期里，以下方程均成立： 4 tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮到初始條件：當(dāng) ?t＝ 0 時 id＝ 0 可解方程得： )c os1(2 2d tLUi ?? ?? ? ?? ? ???? 20 2d )(d)c os1(221 ttLUI = LU?22 =(A) ud與 id的波形如下圖： 0 ? 2 ? ? tu20 ? 2 ? ? tud0 ? 2 ? ? tid 當(dāng) α ＝ 60176。 9. 試說明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點。 3 電力 MOSFET 驅(qū)動電路的特點：要求驅(qū)動電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動功率小且電路簡單。 MOSFET 的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開路時極易受靜電干擾而充上超過 ? 20 的擊穿電壓，所以為防止MOSFET 因靜電感應(yīng)而引起的損壞，應(yīng)注意以下幾點： ① 一般在不用時將其三個電極短接； ② 裝配時人體、工作臺、電烙鐵必須接地，測試時所有儀器外殼必須接地； ③ 電路中，柵、源極間常并聯(lián)齊納二極管以防止電壓過高 ④ 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過電壓。 0 02 ? 2 ?2 ?? ??4?4 ?25 ?4a) b) c)圖1 4 30 圖 143 晶閘管導(dǎo)電波形 解： a) Id1=π21 ??? ??4 )(sin ttdIm=π2mI( 122?)? Im I1= ??? ??? 4 2 )()s in(21 tdtI m=2mI ?2143? ? Im b) Id2 =π1 ??? ??4 )(sin ttdIm=πmI( 122?)? Im I2 = ??? ??? 4 2 )()s in(1 tdtI m=22mI ?2143? ? m c) Id3=π21 ?20 )(? ?tdIm=41 Im I3 = ?20 2 )(21 ? ?? tdI m =21 Im 4. 上題中如果不考慮安全裕量 ,問 100A 的晶閘管能送出的平均電流 Id Id Id3 各為多少 ？這時，相應(yīng)的電流最大值 Im Im Im3 各為多少 ? 解：額定電流 I T(AV) =100A 的晶閘管，允許的電流有效值 I =157A，由上題計算結(jié)果知 a) Im1? ?， Id1 ? Im1? b) Im2? ?, Id2 ? Im2? 2 c) Im3=2 I = 314, Id3=41 Im3= 5. GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結(jié)構(gòu) ， 為什么 GTO 能夠自關(guān)斷 ， 而普 通晶閘管不能 ？ 答： GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結(jié)構(gòu)，由 P1N1P2 和 N1P2N2 構(gòu)成兩個晶體管 V V2,分別具有共基極電流增益 1? 和 2? ，由普通晶閘管的分析可得， 1? + 2? =1 是器件臨界導(dǎo)通的條件?；颍?uAK0 且 uGK0。35 第 7 章 軟開關(guān)技術(shù) 31 第 6 章 PWM 控制技術(shù) 4 第 3 章 直流斬波電路 40 第 8 章 組合變流電路 2. 維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？ 答：維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即維持電流。 1? + 2? ＞ 1，兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通； 1? + 2? ＜ 1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 7. IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的驅(qū)動電路各有什么特點？ 答： IGBT 驅(qū)動電路的特點是：驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻， IGBT 是電壓驅(qū)動型器件， IGBT 的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器。 8. 全控型器件的緩沖電路的主要作用是什么？試分析 RCD緩沖電路中各元件的作用。 解：對 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小 開 關(guān) 速 度 低 于 電 力MOSFET,電壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低 開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低 電 力 MOSFET 開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置 第 3 章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負載供電， L＝ 20mH， U2＝ 100V，求當(dāng) α ＝ 0?和60?時的負載電流 Id，并畫出 ud與 id波形。時，在 u2 正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L 儲能，電感 L 儲藏的能量在 u2 負半周期 180?~300?期間釋放，因此在 u2 一個周期中 60?~300?期間以下 微分方程成立： tUtiL ?sin2dd2d ? 考慮初始條件： 當(dāng) ?t＝ 60?時 id＝ 0 可解方程得： )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c o s21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時 ud與 id的波形如下圖： ? tudid+ +? t? tu20?+ + 5 2．圖 29 為具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，問該變壓器還有直流磁化問題嗎？試說明： ① 晶 閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ； ② 當(dāng)負載是電阻或電感時，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時相同。 ① 以晶閘管 VT2 為例。 可見，兩者的輸出電壓相同，加到同樣的負載上時，則輸出電流也相同。 100179。 流過晶閘管的電流有效值為： IVT＝ Id∕ 2 ＝ （ A） 晶閘管的額定電流為： IN＝（ ~2）179。因此，二極管承受的電壓不會出現(xiàn)正的部 分。 100179。 ∕ ＝ 6~8（ A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。原因如下： 變壓器二次繞組在一個周期內(nèi)：當(dāng) a1c2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時， a1 的電流向下流， c2的電流向上流；當(dāng) c1b2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時， c1 的電流向下流， b2 的電流向上流；當(dāng)b1a2 對應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時， b1 的電流向下流， a2 的電流向上流；就變壓器的一次繞組而言，每一周期中有兩段時間（各為 120?）由電流流過 ，流過的電流大小相等而方向相反，故一周期內(nèi)流過的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會被直流磁化。 。 100179。 解： ① ud、 id和 iVT1 的波形如 圖 ： ② Ud、 Id、 IdT 和 IVT 分別如下 Ud＝ ?＝ 179。 ?? = 6 0 176。 最后，作出整流電壓 Ud的波形如下： 15．三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載， U2=100V， R=1Ω， L=∞ ， LB=1mH，求當(dāng) ?=30?時、 E=50V 時 Ud、 Id、 ??的值并作出 ud與 iVT 1 和 iVT 2 的波形。 ud、 iVT 1 和 iVT 2 的波形如下： O?? tO ? t?u du 2 11 16．三相橋式不可控整流電路，阻感負載， R=5Ω， L=∞ ， U2=220V， XB=，求Ud、 Id、 IVD、 I2 和 ??的值并作出 ud、 iVD 和 i2 的波形。 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVD＝ Id∕ 3＝ ∕ 3＝ （ A） I2a＝ 32 Id＝ （ A） ud、 iVD1 和 i2a的波形如下： u di VT 1? tO? tO?I du a u b u c?i VT 2? tO?I dOu a u b u cu2 12 u2udiV D 1? tO? tO? tO? tOuaubuc? t1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵi2a IdId 17．三相全控橋，反電動勢阻感負載， E=200V， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， ?=60?，當(dāng) ① LB=0 和 ② LB=1mH 情況下分別求 Ud、 Id的值，后者還應(yīng)求 ??并分別作出 ud與 iT 的波形。＝ （ V） Id＝（ Ud－ E）∕ R＝（ － 200）∕ 1＝ （ A） ②當(dāng) LB＝ 1mH 時 Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程組得： Ud＝（ U2R cosα ＋ 3XBE）∕（ π R＋ 3XB）＝ （ V） Id＝ （ A） Δ Ud＝ （ V） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2 )60cos( ??? ＝ γ ＝ 176。變壓器二次側(cè)電流中含有 2k＋ 1（ k＝ 3…… ）次 即奇次諧波，其中主要的有 3 次、 5 次諧波。 解：在第 3 題中已知電路為單相全控橋，其輸出 電流平均值為 Id＝ （ A） 于是可得： I23＝ 2 2 Id∕ 3π ＝ 2 2 179。 解：第 13 題中，電路為三相橋式全控整流電路，且已知 14 Id＝ （ A） 由此可計算出 5 次和 7 次諧波分量的有效值為： I25＝ 6 Id∕ 5π＝ 6 179。 ∕π＝ （ A） 基波因數(shù)為 ?＝ I1∕ I＝ I1∕ Id＝ ∕ ＝ 電路的輸入功率因數(shù)為： ?＝ ? ?cos ＝ cos30176。 ③ 在兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系是一樣的，整流電壓 ud和整流電流 id的波形形狀一樣。178。）次諧波。）次諧波，整流輸出電壓中含有 2 48 等即 24k（ k=1， 2， 3178。 26．使變流器工作于有源逆變狀態(tài)的條件是什么？ 答：條件有二： ①直流側(cè) 要有電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均 電壓； ② 要求晶閘管的控制角 α π /2，使 Ud為負值。 1=(W) 28．單相全控橋，反電動勢阻感負載， R=1Ω， L=∞ ， U2=100V， L=，當(dāng) EM=99V，?=60?時求 Ud、 Id和 ??的值。 29．什么是逆變失敗？如何防止逆變失??？ 答：逆變運行時，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路， 16 或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變顛覆。 31．三相全控橋，電動機負載，要求可逆，整流變 壓器的接法是 D， y5，采用 NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后 30?的 RC 濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。所以同步信號只要再滯后 150176。 答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓 V 導(dǎo)通一段時間 ton，由電源 E 向 L、R、 M 供電，在此期間， uo＝ E。 2．在圖 31a 所示的降壓斬波電路中，已知 E=200V， R=10Ω ， L 值極大， EM=30V，T=50μ s,ton=20μ s,計算輸出電壓平均值 Uo，輸出電流平均值 Io。 此時輸出平均電壓為 Uo = ETton = 205100? =25(V) 輸出平均電流為 Io = REU Mo = ? =30(A) 輸出電流的最大和最小值瞬時值分別為 Imax=REmee ???????