【正文】 出 ud、 iVD 和 i2 的波形。 最后，作出整流電壓 Ud 的波形如下： O?? tO ? t?udu 2 15．三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， U2=100V， R=1Ω， L=∞ ， LB=1mH，求當(dāng) ?=30?時(shí)、 E=50V 時(shí) Ud、 Id、 ??的值并作出 ud 與 iVT1 和 iVT2 的波形。＝ 117（ V） Id＝ Ud∕ R＝ 117∕ 5＝ （ A） IDVT＝ Id∕ 3＝ ∕ 3＝ （ A） IVT＝ Id∕ 3 ＝ ∕ 3 ＝ （ A） 14．單相全控橋，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1Ω， L=∞ ， E=40V， U2=100V， LB=，當(dāng) ?=60?時(shí)求 Ud、 Id 與 ??的數(shù)值，并畫(huà)出整流電壓 ud 的波形 。 解： ① ud、 id 和 iVT1 的波形如下： ?? = 6 0 176。 100179。 。原因如下： 變壓器二次繞組在一個(gè)周期內(nèi)：當(dāng) a1c2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， a1 的電流向下流，c2 的電流向上流；當(dāng) c1b2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， c1 的電流向下流， b2 的電流向上流；當(dāng) b1a2 對(duì)應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通時(shí)， 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(shí)間（各為 120?）由電流流過(guò)，流過(guò)的電流大小相等而方 10 向相反，故一周期內(nèi)流過(guò)的電流平均值為零，所以變壓器鐵心不會(huì)被直流磁化。 ∕ ＝ 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。 100179。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn) 7 正的部分。 流過(guò)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。 100179。 可見(jiàn)，兩者的輸出電壓 相同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。 ① 以晶閘管 VT 2 為例。時(shí)，在 u2 正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L 儲(chǔ)能，電感 L 儲(chǔ)藏的能量在 u2 負(fù)半周期 180?~300?期間釋放，因此在 u2 一個(gè)周期中 60?~300?期間以下微分方程成立： tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮初始條件：當(dāng) ?t＝ 60?時(shí) id＝ 0 可解方程得： 5 )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c o s21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時(shí) ud 與 id 的波形如下圖： ? tudid+ +? t? tu20?+ + 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(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)明： ① 晶閘管承受的最大反向電壓為 2 22U ； ② 當(dāng)負(fù)載是電阻或電感時(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。 解：對(duì) IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表： 器 件 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) IGBT 開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)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(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小 開(kāi)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(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低 開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng) 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低 電 力 MOSFET 開(kāi)關(guān)速度 快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò) 10kW 的電力電子裝置 4 第 2 章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對(duì)電感負(fù)載供電， L＝ 20mH， U2＝ 100V，求當(dāng) α ＝ 0?和 60?時(shí)的負(fù)載電流 Id，并畫(huà)出 ud 與 id 波形。 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。 7. IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？ 答： IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻， IGBT 是電壓驅(qū)動(dòng)型器件， IGBT 的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。 1? + 2? ＞ 1，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通； 1? + 2? ＜ 1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 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 第 2 章 整流電路 目 錄 第 1 章 電力電子器件 4 第 3 章 直流斬波電路 35 第 7 章 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 40 第 8 章 組合變流電路 要使晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。 GTO 之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不能，是因?yàn)?GTO 與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方 面有以下幾點(diǎn)不同： 1) GTO 在設(shè)計(jì)時(shí) 2? 較大，這樣晶體管 V2 控制靈敏，易于 GTO 關(guān)斷； 2) GTO 導(dǎo)通時(shí)的 1? + 2? 更接近于 1，普通晶閘管 1? + 2? ? ，而 GTO 則為1? + 2? ? ， GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門(mén)極控制關(guān)斷提供了有利條件； 3) 多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè) GTO 元陰極面積很小，門(mén)極和陰極間的距離大為縮短，使得 P2 極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門(mén)極抽出較大的電流成為可能。 GTR 驅(qū)動(dòng)電路 的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定 3 的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 答：全控型器件緩沖電路的主要作用是抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓， du/dt或過(guò)電流和 di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 解： α ＝ 0?時(shí)，在電源電壓 u2 的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感 L 儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。 答：具有變壓器中心抽頭的單相全波可控整流電路，該變壓器沒(méi)有直流磁化的問(wèn) 題。當(dāng) VT 1 導(dǎo)通時(shí)，晶閘管 VT 2 通過(guò) VT 1 與 2 個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 VT 2 承受的最大電壓為 2 22U 。 3．單相橋式全控整流電路， U2＝ 100V，負(fù)載中 R＝ 2Ω ， L 值極大，當(dāng) α ＝ 30176。 cos30176。 ∕ ＝ 26~35（ A） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。在電路中器件均不導(dǎo)通的階段，交流電源電壓由晶閘管平衡。 cos30176。 6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中 VT VT 2 為晶閘管），電路如圖 211 所示，U2=100V，電阻電感負(fù)載， R=2Ω， L 值很大，當(dāng) ?=60?時(shí)求流過(guò)器件電流的有效值，并作出 ud、 id、 iVT、 iD 的波形。 9．三相半波整流電路的共陰極接法與共陽(yáng)極接法， a、 b 兩相的自然換相點(diǎn)是同一點(diǎn)嗎？如果不是，它們?cè)谙辔簧喜疃嗌俣龋? 答：三相半波整流電路的共陰極接法與共 陽(yáng)極接法， a、 b 兩相之間換相的的自然換相點(diǎn)不是同一點(diǎn)。 11．三相半波可控整流電路， U2=100V，帶電阻電感負(fù)載， R=5Ω， L 值極大，當(dāng) ?=60?時(shí)，要求： ① 畫(huà)出 ud、 id 和 iVT1 的波形； ② 計(jì)算 Ud、 Id、 IdT和 IVT。 cos60176。u2uduabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ ⅥubucO ? t? t1O ? tid? tO? tOiVT1 ② Ud、 Id、 IdT和 IVT分別如下 Ud＝ ?＝ 179。 解：考慮 LB時(shí)，有： 12 Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕ π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程組得： Ud＝（ π R ＋ 2XBE）∕（ π R＋ 2XB）＝ （ V） Δ Ud＝ （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ U2 即得出 )60cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。 解：考慮 LB時(shí)，有： Ud＝ － Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕ 2π Id＝（ Ud－ E） ∕ R 解方程 組得： Ud＝（ π R ＋ 3XBE）∕（ 2π R＋ 3XB）＝ （ V） Δ Ud＝ （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ 6 U2 13 即得出 )30cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。 解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路 α ＝ 0176。 解： ①當(dāng) LB＝ 0 時(shí)： Ud＝ ＝ 179。－ 60176。 19．三相橋式全控整流電路，其整流輸出電壓中含有哪些次數(shù)的諧波？其中幅值最大的是哪一次？變壓器二次側(cè)電流中含有哪些次數(shù)的諧波？其中主要的 是哪幾次？ 答：三相橋式全控整流電路的整流輸出電壓中含有 6k（ k＝ 3…… ）次的諧波，其中幅值最大的是 6 次諧波。 ∕ 3π＝ （ A） 16 I25＝ 2 2 Id∕ 5π ＝ 2 2 179。 ∕ 5π＝ （ A） I27＝ 6 Id∕ 7π＝ 6 179。＝ ② 第 13 題中基波電流的有效值： I1＝ 6 Id∕π＝ 6 179。 24．整流電路多重化的主要目的是什么？ 17 答：整流電路多重化的目的主要包括兩個(gè)方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾。）次諧波，整流輸出電壓中含有 1 24 等即 12k（ k=1， 2， 3178。 24 脈波整流電路的交流輸入電流中含有 23 次、 25 次、 47 次、 49 次等，即 24k?1（ k=1， 2， 3178。178。 27．三相全控橋變流器，反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， LB=1mH，當(dāng) EM=400V， ?=60?時(shí)求 Ud、 Id 與 ??的值，此時(shí)送回電網(wǎng)的有功 功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud＝ (π ?β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 3XBId∕π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯(lián)立求解，得 Ud＝ [ U2R cos(π ?β )＋ 3XBEM]∕ (π R＋ 3XB)＝ － （ V） Id＝ （ A） 由下式可計(jì)算換流重疊角： ?cos － )cos( ??? ＝ 2XBId∕ 6 U2＝ )120cos( ??? ＝ ? γ ＝ ?－ 120?＝ ? 送回電網(wǎng)的有功功率為 P= RIIE ddM 2|| ? =400179。 18 解： 由題意可列出如下 3 個(gè)等式： Ud＝ (π β )－ Δ Ud Δ Ud＝ 2XBId∕ π Id＝（ Ud－ EM） ∕ R 三式聯(lián)立求解，得 Ud＝ [π R (π β )＋ 2XBEM]∕（ π R＋ 2XB）＝ － （ V） Id＝ （ A） 又∵ ?cos － )cos( ??? ＝ 2 BdXI ∕ U2= 即得出 )120cos( ??? = 換流重疊角 ? ＝ 176。 防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出充足的換向裕量角 β 等。 解：整流變壓器接法如下圖所示 19 abcABC 以 a 相為例， ua的 120?對(duì)應(yīng)于 α =90?，此時(shí) Ud=0，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。就可以了。然后使 V 關(guān)斷一段時(shí)間 toff，此時(shí)電感 L 通過(guò)二極管 VD 向 R 和 M 供電， uo＝ 0。 解：由于 L 值極大，故負(fù)載電流連續(xù)，于是輸出電壓平均值為 Uo= ETton = 5020200? =80(V) 輸出電流平均值為 Io = REU Mo = 103080? =5(A) 3．在圖 31a 所示的降壓斬波電路中， E=100V， L=1mH， R= ， EM=10V