【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，反電動勢阻感負(fù)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 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，反電動勢阻感負(fù)載， R=1Ω， L=∞ ， E=40V， U2=100V， LB=，當(dāng) ?=60?時求 Ud、 Id 與 ??的數(shù)值，并畫出整流電壓 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 10 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。 ∕ ＝ 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出現(xiàn) 7 正的部分。 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。 100179。 可見，兩者的輸出電壓 相同，加到同樣的負(fù)載上時，則輸出電流也相同。 ① 以晶閘管 VT 2 為例。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(fù)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 ?sin2dd 2d ? 考慮初始條件：當(dāng) ?t＝ 60?時 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 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(fù)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。 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(qiáng)，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(qiáng) 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負(fù)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 4 第 2 章 整流電路 1. 單相半波可控整流電路對電感負(fù)載供電， L＝ 20mH， U2＝ 100V，求當(dāng) α ＝ 0?和 60?時的負(fù)載電流 Id，并畫出 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。 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。 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，是因為 GTO 與普通晶閘管在設(shè)計和工藝方 面有以下幾點不同： 1) GTO 在設(shè)計時 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 GTO 元陰極面積很小，門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，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。 GTR 驅(qū)動電路 的特點是：驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流有足夠陡的前沿，并有一定 3 的過沖，這樣可加速開通過程，減小開通損耗，關(guān)斷時，驅(qū)動電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動電流，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)因過電壓， du/dt或過電流和 di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。 解： α ＝ 0?時，在電源電壓 u2 的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負(fù)載電感 L 儲能，在晶閘管開始導(dǎo)通時刻，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，該變壓器沒有直流磁化的問 題。當(dāng) VT 1 導(dǎo)通時，晶閘管 VT 2 通過 VT 1 與 2 個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?時求流過器件電流的有效值，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極接法， a、 b 兩相的自然換相點是同一點嗎？如果不是，它們在相位上差多少度？ 答：三相半波整流電路的共陰極接法與共 陽極接法， a、 b 兩相之間換相的的自然換相點不是同一點。 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，要求： ① 畫出 ud、 id 和 iVT1 的波形； ② 計算 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，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，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： 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)生的諧波和無功功率對電網(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，反電動勢阻感負(fù)載， R=1Ω， L=∞ ， U2=220V， LB=1mH，當(dāng) EM=400V， ?=60?時求 Ud、 Id 與 ??的值，此時送回電網(wǎng)的有功 功率是多少？ 解：由題意可列出如下 3 個等式： 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?對應(yīng)于 α =90?，此時 Ud=0，處于整流和逆變的臨界點。就可以了。然后使 V 關(guān)斷一段時間 toff，此時電感 L 通過二極管 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