【正文】 晶閘管導(dǎo)通的最小電流即維持 電流要使晶閘管由導(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3 圖 143 中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形各波形的電流最大值均為Im試計算各波形的電流平均值 Id1Id2Id3 與電流有效值 I1I2I30 2 04 4 5 2 0 24 2a b c 圖 143 晶閘管導(dǎo)電波形解a Id1 1 p I m p I m sinwtd wt  2 1 02717 I2π 42π 2I1 1 p 2 p I m sin wt d wt I m 3 104767 Im2p 41 p2 4 2pI m 2b Id2 πp I m sinwtd wt 4 1 05434 Im2I2 1 p 2p I m sin wt d wt 06741Ip 41 p 1c Id3 2 I m d wt Im2π 0 42 1I3 2 I m d wt Im2p 0 24 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 Id1Id2Id3 各為多少這時相應(yīng)的電流最大值 Im1Im2Im3 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Ia Im1b Im204767I0674132935 Id1 02717 Im1 894823290 Id2 05434 Im2 126561c Im3 2 I 314 Id3 4Im3 7855 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 V1V2分 別具有共基極電流增益a1 和a 2 由普通晶閘管的分析可得a1 a 2 1 是器件臨界導(dǎo)通 的條件a1 a 2 ＞1兩個等效晶體管過飽和而導(dǎo)通a1 a 2 ＜1不能維持飽和導(dǎo)通而 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a 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a1 a 2 更接近于 1普通晶閘管a1 a 2115而 GTO 則為a1 a 2條件105GTO 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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6 如何防止電力 MOSFET 因靜電感應(yīng)應(yīng)起的損壞答電力 MOSFET 的柵極絕緣層很薄弱容易被擊穿而損壞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7 IGBTGTRGTO 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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GTO 驅(qū)動電路的特點是GTO 要求其驅(qū)動電路提供的驅(qū)動電流的前沿應(yīng)有足夠的幅 值和陡度且一般需要在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流關(guān)斷需施加負(fù)門極電流幅值和 陡度要求更高其驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分電力 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dudt 或過電流和 didt減小器件的開關(guān)損耗RCD 緩沖電路中各元件的作用是開通時Cs 經(jīng) Rs 放電Rs 起到限制放電電流的 作用關(guān)斷時負(fù)載電流經(jīng) VDs 從 Cs 分流使 dudt 減小抑制過電壓9 試說明 IGBTGTRGTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點解對 IGBTGTRGTO 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(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 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＝20mHU2＝100V求當(dāng)α＝0 和 60時的負(fù)載電流 Id并畫出 ud 與 id 波形解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)載電流為零在電源電壓 u2 的負(fù)半周期負(fù)載電感 L 釋放能量晶閘管繼續(xù) 導(dǎo)通因此在電源電壓 u2 的一個周期里以下方程均成立L d idd t2U 2sin wt考慮到初始條件當(dāng)wt＝0 時 id＝0 可解方程得id1 2pI2U 2 1wL2U 2 1coswt coswt d wt d 2p 0 wL 2U 2 wL 2251 A ud 與 id 的波形如下圖u20 2 w tud0 2 w tid0 2 w t當(dāng)α＝60176。 31 第 6 章 PWM 控制技術(shù) 26 第 5 章 逆變電路 目 錄第 1 章 電力電子器件 4 第 3 章 直流斬波電路 ＝7797VId＝Ud R＝77972＝3899AI2＝Id ＝3899A③晶閘管承受的最大反向電壓為2 U2＝100 2 ＝1414V考慮安全裕量晶閘管的額定電壓為UN＝231414＝283424V具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取 流過晶閘管的電流有效值為IVT＝Id∕ 2 ＝2757A晶閘管的額定電流為IN＝1522757∕157＝2635A具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取4．單相橋式半控整流電路電阻性負(fù)載畫出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形 解注意到二極管的特點承受電壓為正即導(dǎo)通因此二極管承受的電壓不會出現(xiàn)正的 部分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整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下u20 2 wtuVD20 wtuVD40 wt5．單相橋式全控整流電路U2 100V負(fù)載中 R 2ΩL 值極大反電勢 E 60V當(dāng)a 30 時要求① 作出 udid 和 i2 的波形② 求整流輸出平均電壓 Ud電流 Id變壓器二次側(cè)電流有效值 I2③ 考慮安全裕量確定晶閘管的額定電壓和額定電流解①udid 和 i2 的波形如下圖u2O w t udaO w tid IdId Id2aO w t②整流輸出平均電壓 Ud電流 Id變壓器二次側(cè)電流有效值 I2 分別為Ud＝09 U2 cosα＝09100cos30176。a b cO wtua ub ucudO a wtiVT1O wt idOwt②UdIdIdT 和 IVT 分別如下Ud＝117U2cosa＝117100cos60176。 60176。 1128176。＝2574V Id＝Ud－E∕R＝2574－200∕1＝574A②當(dāng) LB＝1mH 時解方程組得Ud＝234U2cosα－ΔUd ΔUd＝3XBId∕π Id＝Ud－E∕RUd＝234πU2R cosα＋3XBE∕πR＋3XB＝24415VId＝4415AΔUd＝1325V又∵ cosa － cos ag ＝2XBId∕ 6 U2cos 60g ＝04485γ＝6335176。＝078②第 13 題中基波電流的有效值I1＝ 6 Id∕π＝ 6 2339∕π＝18243A基波因數(shù)為電路的輸入功率因數(shù)為l＝nn＝I1∕I＝I1∕Id＝0955cosa ＝0955 cos60176。次諧波整流輸出電壓中含有 1224 等即 12kk 12329．什么是逆變失敗如何防止逆變失敗 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30．單相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路中當(dāng)負(fù)載分別為電阻負(fù)載或電 感負(fù)載時要求的晶閘管移相范圍分別是多少 答單相橋式全控整流電路當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時要求的晶閘管移相范圍是 0 180 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時要求的晶閘管移相范圍是 0 90 三相橋式全控整流電路當(dāng)負(fù)載為電阻負(fù)載時要求的晶閘管移相范圍是 0 120 當(dāng)負(fù)載為電感負(fù)載時要求的晶閘管移相范圍是 0 90 31．三相全控橋電動機負(fù)載要求可逆整流變壓器的接法是 Dy5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)形式解整流變壓器接法如下圖所示A aB bC c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該點與鋸齒波的中點重合即對應(yīng)于同步信號的 300 所以同步信號滯后 ua 180176。同理輸出功率為最大輸出功率的 50時有U o又由U o U105U1sin 2a p a2p pα 90176。導(dǎo)電方式Ud 100V試求輸出相電壓的基波幅 值 UUN1m 和有效值 UUN1輸出線電壓的基波幅值 UUV1m 和有效值 UUV1輸出線電壓中 5 次諧波的有效值 UUV5解輸出相電壓的基波幅值為U UN1m輸出相電壓基波有效值為U UN1輸出線電壓的基波幅值為2U dpU UN1m20637U d 637 V 045U d 45 V U UV1m輸出線電壓基波的有效值為2 3U dp11U d 110 V U UV1U UV1m26U d 078U d 78 V p輸出線電壓中五次諧波 uUV5 的表達(dá)式為其有效值為uUV52 3U d sin 5wt5pU UV52 3U d 1559 V 5 2p6．并聯(lián)諧振式逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相為保證換相應(yīng)滿足什么條件答假設(shè)在 t 時刻觸發(fā) VT2VT3 使其導(dǎo)通負(fù)載電壓 uo 就通過 VT2VT3 施加在 VT1 VT4 上使其承受反向電壓關(guān)斷電流從 VT1VT4 向 VT2VT3 轉(zhuǎn)移觸發(fā) VT2VT3 時 刻 t 必須在 uo 過零前并留有足夠的裕量才能使換流順利完成7．串聯(lián)二極管式電流型逆變電路中二極管的作用是什么試分析換流過程 答二極管的主要作用一是為換流電容器充電提供通道并使換流電容的電壓能夠得以 保持為晶閘管換流做好準(zhǔn)備二是使換流電容的電壓能夠施加到換流過程中剛剛關(guān)斷的 晶閘管上使晶閘管在關(guān)斷之后能夠承受一定時間的反向電壓確保晶閘管可靠關(guān)斷從 而確保晶閘管換流成功以 VT1 和 VT3 之間的換流為例串聯(lián)二極管式電流型逆變電路的換流過程可簡述如下給 VT3 施加觸發(fā)脈沖由于換流電容 C13 電壓的作用使 VT3 導(dǎo)通而 VT1 被施以反 向電壓而關(guān)斷直流電流 Id 從 VT1 換到 VT3 上C13 通過 VD1U 相負(fù)載W 相負(fù)載VD2 V