【正文】 ，ωL﹥﹥R，R=4Ω，要求Ud從0～220V之間變化。試求： 1)、不考慮控制角裕量時(shí)，整流變壓器二次線電壓。 2)、計(jì)算晶閘管額定電壓，電流值，如電壓，電流裕量取2倍，選擇晶閘管型號(hào)。 3)、變壓器二次電流有效值I2。 （10分） 解：∵ 負(fù)載為大電感∴ 流過(guò)負(fù)載的電流可看為直線（1分）1）當(dāng)α=0時(shí)，輸出電壓平均值為220V由式知（2分）2）由題知，（1分） 故取額定電壓500V（1分）∵（1分） ∴（1分）（1分） 故取額定電流50A（1分）因此，選取晶閘管的型號(hào)為KP505（1分）3）（1分）2. 解： 1）2）3）考試試卷( 18 )卷一晶閘管主電路對(duì)觸發(fā)電路的要求是什么？（5分）答：(1) 發(fā)電路輸出的脈沖應(yīng)具有足夠大的功率；(2) 觸發(fā)電路必須滿足主電路的移相要求；(3) 觸發(fā)電路必須與主電路保持同步。 晶閘管的額定電流IT(AV)、維持電流IH和擎住電流IL是如何定義？（5分）答：1) 在環(huán)境溫度小于40℃和標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通的條件下， 晶閘管可以連續(xù)導(dǎo)通的工頻正弦半波電流平均值稱為通態(tài)平均電流IV(AV)或正向平均電流，通常所說(shuō)晶閘管是多少安就是指這個(gè)電流。 簡(jiǎn)述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的特點(diǎn)是什么？（5分）IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大。MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。 單相橋式和三相半波可控整流器流電路大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流Id都是40A，試問(wèn)晶閘管中電流的平均值、有效值各是多少？（5分）1）20A、 (2）、四、作圖題（本題共2小題，每小題10分，共20分）單相半全控橋帶大電感性負(fù)載，試畫(huà)出α=30176。時(shí)Ud、Id、IUVT2各波形（下圖波形幅值為相電壓，不考慮失控現(xiàn)象）。試畫(huà)出三相半波可控整流電路（電感性負(fù)載），畫(huà)α=30176。時(shí)，整流輸出電壓Ud的波形和Id、IVTUVT1各波形（下圖波形幅值為相線電壓）。a =30176。u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac五、計(jì)算題（本題共2小題，共20分）三相半波可控整流電路，ωL﹥﹥R，R=4Ω，要求Ud從0～220V之間變化。試求：1)、不考慮控制角裕量時(shí)的，整流變壓器二次線電壓。 2)、計(jì)算晶閘管額定電壓，電流值，如電壓，電流裕量取2倍，選擇晶閘管型號(hào)。 3)、變壓器二次電流有效值I2。 （10分）解：∵＞＞4Ω∴負(fù)載為大電感，流過(guò)負(fù)載的電流可看為直線（1分）1）當(dāng)α=0時(shí)，輸出電壓平均值為220V由式知（2分）2）由題知，（1分） 故取額定電壓500V（1分）∵（1分） ∴（1分）（1分） 故取額定電流50A（1分）因此，選取晶閘管的型號(hào)為KP505（1分）3）（1分）2. 已知流過(guò)晶閘管的電流波形和波形系數(shù)Kf值，若要求平均電流均為80A，求晶閘管的通態(tài)額定平均電流。（暫不考慮余量） （10分）解： 1）2）3）六、分析題（本題共2小題，共20分）三相全控橋阻感負(fù)載，主回路整流變壓器的接法是△/Y－1，采用NPN管的鋸齒波觸發(fā)器，要求在整流與逆變狀態(tài)運(yùn)行。同步變壓器二側(cè)電壓經(jīng)RC濾波器濾波后（滯后角為60176。）接到觸發(fā)電路。試問(wèn)：同步變壓器的的接法為？畫(huà)出主回路整流變壓器和同步變壓器接法。（要求給出矢量分析圖） （10分）電路如圖，試畫(huà)出該逆變器1200導(dǎo)通型三相逆變器電壓波形（UAO 、UBO、UCO、UAB)。 （10分）解：∵ 有600RC濾波環(huán)節(jié) ∴ 同步變壓器接線為Y/Y511UABUabUab△/Y5△/Y11Uab：UAOUBOUCOUABwtwtwtwt三、簡(jiǎn)答題（本題共3小題，每題5分，共15分）如題圖221所示的單相橋式半控整流電路中可能發(fā)生失控現(xiàn)象，何為失控，怎樣抑制失控？（5分）當(dāng)a 突然增大至180176?；蛴|發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，其平均值保持恒定，稱為失控。增加續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。換流方式各有那幾種？各有什么特點(diǎn)？（5分）器件換流是利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。電網(wǎng)換流是將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門(mén)極可關(guān)斷能力，但不適用于沒(méi)有交流電網(wǎng)的無(wú)源逆變電路。負(fù)載換流是由負(fù)載提供換流電壓的換流方式。強(qiáng)迫換流是設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強(qiáng)迫換流。交交變頻電路的主要特點(diǎn)和不足是什么？其主要用途是什么？（5分）效率較高（一次變流）、可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作、低頻輸出波形接近正弦波接線復(fù)雜，采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管。受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低。輸入功率因數(shù)較低。輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。四、作圖題（本題共2小題，每小題15分，共30分）如圖所示為一個(gè)三相橋式電壓型逆變電路：(1)結(jié)合電路原理圖，說(shuō)明其主要特點(diǎn)； (7分)(2)當(dāng)該電路采用180176。導(dǎo)電方式工作時(shí)，試畫(huà)出UUN和UUV的電壓波形。(8分)(1)每橋臂導(dǎo)電180176。，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120 176。任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。(2)單相半控橋電路，U2=100V，電阻電感負(fù)載，R=2Ω，L值很大，當(dāng)a =60176。時(shí),畫(huà)出ud、id、iVT的波形。(15分)OU2OudIdIdOOOIdIdIdawtwtwtwtwtapapaIVT1IVT2五、計(jì)算題（本題共3小題，每題10分，共30分）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。時(shí)，要求：①作出ud、id、和i2的波形； (4分)②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2； (4分)③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。(2分)2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4② Ud＝　Id＝　I2＝③ 晶閘管的額定電壓234伏　 三相橋式全控整流電路，U2=100V，帶電阻電感負(fù)載，R=5Ω，L值極大，當(dāng)α=60176。時(shí)，要求：①畫(huà)出ud、id和iVT!的波形； (5分)②計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。(5分)解：①ud、id和 iVT1的波形如下圖：②Ud、Id、IdT和IVT分別如下 Ud＝＝100cos60176。＝117（V） Id＝Ud∕R＝117∕5＝（A） IDVT＝Id∕3＝∕3＝（A） IVT＝Id∕ 3＝∕ 3＝（A）在圖所示的升壓斬波電路中，已知E=50V，L值和C值極大，R=20Ω，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40μs，ton=25μs時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io。假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為，設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為，穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等， Uo=80伏 Io= 4 安什么是逆變失敗？如何防止逆變失敗？（5分）逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。采用最小逆變角βmin防止逆變失敗。什么是異步調(diào)制？什么是同步調(diào)制？?jī)烧吒饔泻翁攸c(diǎn)？分段同步調(diào)制有什么優(yōu)點(diǎn)？（5分）載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式，是異步調(diào)制。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí)使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù)，是同步調(diào)制。異步調(diào)制的特點(diǎn)是當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較??；當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對(duì)稱的影響就變大。同步調(diào)制的特點(diǎn)是使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N為奇數(shù)。分段同步調(diào)制——異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用。在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式效果接近。什么是軟開(kāi)關(guān)？采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的目的是什么？（5分）通過(guò)在電路中增加小電感、小電容等諧振元件，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，零電流關(guān)斷，消除電壓、電流的重疊。降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲，這樣的電路稱為軟開(kāi)關(guān)電路，具有該開(kāi)關(guān)過(guò)程的開(kāi)關(guān)稱為軟開(kāi)關(guān)，目的是進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率和減少損耗。什么是換相重疊角？換相重疊角是什么原因造成的？（5分）在三相整流電路中，由于換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間電角度，稱為換相重疊角。由于變壓器漏抗對(duì)電路的影響，造成換流電路中的電流不能發(fā)生突變引起的換相重疊角。試說(shuō)明IGBT、GTR和GTO各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？（5分）簡(jiǎn)述降壓斬波電路的工作原理。(5分)簡(jiǎn)述圖31a 所示的降壓斬波電路工作原理。 答：降壓斬波器的原理是：在一個(gè)控制周期中，讓 V導(dǎo)通一段時(shí)間ton，由電源 E 向 L、R、M供電，在此期間，uo＝E。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。一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓。輸出電壓小于電源電壓，起到降壓的作用。四、作圖題（本題共2小題，每小題10分，共20分）分析題圖315a所示的電流可逆斬波電路，并結(jié)合題圖315b的波形，繪制出各個(gè)階段電流流通的路徑并標(biāo)明電流方向。解：電流可逆斬波電路中，V1 和 VD1 構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第 1 象限；V2和 VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第 2象限。 圖37b中，各階段器件導(dǎo)通情況及電流路徑等如下： V 導(dǎo)通，電源向負(fù)載供電：V1關(guān)斷，VD1續(xù)流：V2導(dǎo)通，L上蓄能：V2關(guān)斷，VD2導(dǎo)通，向電源回饋能量在三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓ud的波形。解：ud的波形如下：五、計(jì)算題（本題共2小題，每小題15分，共30分）單相橋式半控整流電路帶電阻負(fù)載工作，設(shè)交流電壓有效值U2＝100V，控制角 a ＝p/3 rad,負(fù)載電阻Rd＝2Ω, L 值極大，試求： ①輸出電壓的平均值 Ud ； (5分)②輸出電流有效值Id (5分)③作出ud、id、和iVT、iD的波形；(5分)解：ud、id、iVT、iD的波形如下圖：負(fù)載電壓的平均值為：負(fù)載電流的平均值為：Id＝Ud∕R＝∕2＝（A）流過(guò)晶閘管VTVT2的電流有效值為：流過(guò)二極管VDVD4的電流有效值為：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)a =60176。時(shí)，要求：①畫(huà)出ud、id和iVT!的波形；(8分) ②計(jì)算Ud、Id、IdT和IVT。 (7分)解：①ud、id和 iVT1的波形如下圖：②Ud、Id、IdT和IVT分別如下Ud＝＝100cos60176。＝（V）Id＝Ud∕R＝∕5＝（A）IdVT＝Id∕3＝∕3＝（A）IVT＝Id∕ 3＝（A）