【正文】 作用。3）用紅筆或用陰影面積標(biāo)出三相全控橋電路在α＝30176。時(shí)，電阻性負(fù)載的直流輸出電壓的波形圖，同時(shí)要對(duì)應(yīng)畫出其所用的雙窄脈沖（α＝30176。），并標(biāo)出序號(hào)。如V，計(jì)算此時(shí)的直流輸出電壓Ud。4）三相半波可控整流電路，整流變壓器的聯(lián)接組別是D/Y—5，鋸齒波同步觸發(fā)電路中的信號(hào)綜合管是NPN型三極管。試確定同步變壓器TS的接法鐘點(diǎn)數(shù)為幾點(diǎn)鐘時(shí)，觸發(fā)同步定相才是正確的，并畫出矢量圖。6．計(jì)算題1）三相橋式全控整流電路，Ld極大，Rd=4Ω，要求Ud從0—220V之間變化。試求：（1） 不考慮控制角裕量時(shí)，整流變壓器二次相電壓。（2） 計(jì)算晶閘管電壓、電流平均值，如電壓、電流裕量取2倍，請(qǐng)選擇晶閘管型號(hào)。（3） 變壓器二次電流有效值I2。（4） 計(jì)算整流變壓器二次側(cè)容量S22）三相半波整流電路，如圖所示：將變壓器二次側(cè)繞組等分為二段，接成曲折接法，每段繞組電壓為100V。試求：（1） 晶閘管承受的最大反壓是多少？（2） 變壓器鐵心有沒有直流磁化？為什么？3）三相半波可控整流電路，大電感負(fù)載，電感內(nèi)阻為2Ω，直接由220V交流電源供電，控制角α為60度，計(jì)算負(fù)載平均電壓Ud、流過晶閘管的電流的平均值IdT與有效值IVT。六、自我檢測(cè)題答案1． 填空題1）快速熔斷器、串進(jìn)線電抗器、接入直流快速開關(guān)、控制快速移相使輸出電壓下降2）避雷器；阻容吸收；硒堆；壓敏電阻；整流式阻容吸收；3）大于60186。小于120186。的寬脈沖，脈沖前沿相差60186。的雙窄脈沖，4）240186。；0186?！?80186。5）阻容保護(hù)、壓敏電阻、硒堆。6）整流，逆變，整流，逆變，7）變流橋，不流經(jīng)負(fù)載，αβ8）150，300，三相橋式全控整流橋，三相半波可控流電路9）0186。150186。；0186。120186。10）同步環(huán)節(jié)；鋸齒波形成；脈沖形成；整形放大；強(qiáng)觸發(fā)及輸出11）陰；陽；60度；120；兩；陰；陽；不在同一橋臂上2． 判斷題1） 2）√ 3） 4） 5）√ 6） 7）√ 3． 選擇題1）C 2)B 3)C 4)B 5)B 6)D 7)A 8)A4．問答題1）、A：根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號(hào)電壓us與對(duì)應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。 B：根據(jù)整流變壓器TS的接法與鐘點(diǎn)數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽極電壓的矢量。再根據(jù)A確定同步信號(hào)US與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系，畫出對(duì)應(yīng)的同步相電壓矢量和同步線電壓的矢量。 C：根據(jù)同步變壓器二次線電壓矢量位置，定出同步變壓器TS的鐘點(diǎn)數(shù)和接法。只需把同步變壓器二次電壓Usu、Usv、Usw分別接到VT1，VT3，VT5管的觸發(fā)電路；Us(U)、Us(v)、Us(w)分別接到VTVTVT2的觸發(fā)電路，與主電路的各個(gè)符號(hào)完全對(duì)應(yīng)，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路同步。2）見畫圖題1）3）六個(gè)鋸齒波斜率一致，在移相范圍內(nèi)，六個(gè)脈沖總是均勻的，輸出電壓波形的六個(gè)波頭是均勻?qū)ΨQ。如果某個(gè)鋸齒波的斜率偏?。ɑ虼螅瑒t這個(gè)觸發(fā)電路發(fā)出的脈沖就會(huì)較正常時(shí)間滯后（或提前），使輸出電壓波形的六個(gè)波頭不再一致。4）電網(wǎng)電壓換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流、器件換流5）見教材5．畫圖題1）2）①星形接法的硒堆過電壓保護(hù)；②三角形接法的阻容過電壓保護(hù)；③橋臂上的快速熔斷器過電流保護(hù)；④晶閘管的并聯(lián)阻容過電壓保護(hù)；⑤橋臂上的晶閘管串電感抑制電流上升率保護(hù)；⑥直流側(cè)的壓敏電阻過電壓保護(hù)；⑦直流回路上過電流快速開關(guān)保護(hù)；VD是電感性負(fù)載的續(xù)流二極管；Ld是電動(dòng)機(jī)回路的平波電抗器；3）Ud=4）由于采用鋸齒波同步觸發(fā)電路，用NPN三極管做綜合管，故同步電壓應(yīng)滯后于晶閘管陽極電壓180186。相位角。并畫出矢量圖如下：同步變壓器的聯(lián)接組別應(yīng)選擇D/Y=11。6．計(jì)算題1）U2φ=94V；KP50—5；I2=44。9A；S2=。2） 沒有被磁化。因?yàn)樵谇劢臃〞r(shí)，流過同一相的兩段繞組的電流大小相等，方向相反，故變壓器鐵心內(nèi)不會(huì)被直流磁化。3）Ud=； IdT=； IT=；模塊目三 開關(guān)電源開關(guān)電源是一種高效率、高可靠性、小型化、輕型化的穩(wěn)壓電源，是電子設(shè)備的主流電源。廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。各種計(jì)算機(jī)設(shè)備、彩色電視機(jī)等家用電器等都大量采用了開關(guān)電源。本課題介紹了開關(guān)電源的相關(guān)知識(shí)：開關(guān)器件（電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、DC/DC變換電路、開關(guān)狀態(tài)控制電路以及軟開關(guān)技術(shù)。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1．掌握開關(guān)電源主要器件（大功率晶體管GTR、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET）的工作原理和特性。2．掌握DC/DC變換電路的基本概念和工作原理。3．了解PWM控制電路的基本組成和工作原理。4．熟悉PWM控制器集成芯片。5．掌握DC/DC變換電路、PWM控制電路中各物理量的計(jì)算方法。6．掌握開關(guān)電源電路的調(diào)試、故障分析及排除技能。7．在合作中培養(yǎng)協(xié)作精神。二、主要概念提示及難點(diǎn)釋疑1．電力晶體管在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。晶體管通常連接稱共發(fā)射極電路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib0）時(shí)大電流導(dǎo)通；反偏（Ib0）時(shí)處于截止高電壓狀態(tài)。因此，給GTR的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它將工作于導(dǎo)通和截止的開關(guān)工作狀態(tài)。2．電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管當(dāng)D、S加正電壓（漏極為正，源極為負(fù)），UGS=0時(shí)， D、S之間無電流通過；如果在G、S之間加一正電壓UGS，當(dāng)UGS大于某一電壓UT時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。電壓UT稱開啟電壓或閥值電壓，UGS超過UT越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流越大。3．DC/DC變換電路DC/DC變換電路是將一種直流電源變換為另一種直流電源的電力電子裝置。常見的DC/DC變換電路有非隔離型電路、隔離型電路和軟開關(guān)電路。（1）降壓斬波電路降壓斬波電路是一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的電路。輸出電壓平均值為式中k為斬波器的占空比（2）升壓斬波電路升壓斬波電路的輸出電壓總是高于輸入電壓。輸出電壓平均值為（3）升降壓斬波電路升降壓斬波電路可以得到高于或低于輸入電壓的輸出電壓。輸出電壓為：上式中，若改變占空比k，則輸出電壓既可高于電源電壓，也可能低于電源電壓。由此可知，當(dāng)0k1/2時(shí)，斬波器輸出電壓低于直流電源輸入，此時(shí)為降壓斬波器； 當(dāng)1/2k1時(shí)，斬波器輸出電壓高于直流電源輸入，此時(shí)為升壓斬波器。（4）正激電路在輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下如果輸出電感電路電流不連續(xù)，輸出電壓將高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下。（5）反激電路當(dāng)工作于電流連續(xù)模式時(shí)，反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。（6）半橋電路當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下。（7）全橋電路當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下。（8）推挽電路當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，有如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于式中的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下。4．開關(guān)狀態(tài)控制電路開關(guān)狀態(tài)的控制方式主要有占空比控制和幅度控制兩大類。占空比控制又包括脈沖寬度控制和脈沖頻率控制兩大類。目前，集成開關(guān)電源大多采用PWM控制方式。5．軟開關(guān)技術(shù)在原有硬開關(guān)電路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)很小的電感、電容等諧振元件，構(gòu)成輔助網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零，這樣就可以消除開程中電壓、電流重疊的現(xiàn)象，降低、甚至消除開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，這種電路稱為軟開關(guān)電路。具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān)。三、學(xué)習(xí)方法 1．對(duì)比法。電力晶體管和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的學(xué)習(xí)要對(duì)照模擬電子技術(shù)中所學(xué)的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管，其結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及參數(shù)都類似。 2．討論分析法：讀者要學(xué)習(xí)與他人討論分析問題，并了解其他讀者的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)收獲，提高學(xué)習(xí)效率。四、典型題解析 例31 降壓式斬波電路，輸入電壓為27V177。10%，輸出電壓為15V，求占空比變化范圍； 解：降壓斬波電路輸出電壓，則，則，則 例32 升壓式斬波電路，輸入電壓為27V177。10%，輸出電壓為45V，輸出功率為750W，效率為95%，若等效電阻為R=。（1） 求最大占空比；（2） 如果要求輸出60V，是否可能？為什么？解：輸入電流的平均值為設(shè)Ii為理想的常值，則（1）當(dāng)取最小值時(shí)，k為最大值（2）如果要求輸出電壓60V，此時(shí)占空比為理論上說明此電路是可以輸出60V電壓的。 例33 有一降壓斬波電路，U=120V，負(fù)載電阻R=6Ω，開關(guān)周期性通斷，通30μs，斷20μs，忽略開關(guān)導(dǎo)通壓降，電感L足夠大。試求：（1） 負(fù)載電流及負(fù)載上的功率。（2） 若要求負(fù)載電流在4A時(shí)仍能維持，則電感L最小應(yīng)取多大？解：依據(jù)題意，開關(guān)通斷周期T=50μs占空比（1） 負(fù)載電壓的平均值負(fù)載電流的平均值負(fù)載功率的平均值 （2）設(shè)占空比不變，當(dāng)負(fù)載電流為4A時(shí)，處于臨界連續(xù)狀態(tài)，則電感量L為五、自我檢測(cè)題 1）請(qǐng)?jiān)谡_的空格內(nèi)標(biāo)出下面元件的簡(jiǎn)稱：電力晶體管　 ；功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管　 ?。?2）為了減小變流電路的開、關(guān)損耗，通常讓元件工作在軟開關(guān)狀態(tài)，軟開關(guān)電路種類很多，但歸納起來可分為 與 兩大類。 3）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的圖形符號(hào)是 ；電力晶體管的圖形符號(hào)是 ； 4）直流斬波電路在改變負(fù)載的直流電壓時(shí)，常用的控制方式有 、 、 三種。 5）直流斬波電路按照輸入電壓與輸出電壓的高低變化來分類有 斬波電路； 斬波電路； 斬波電路。 6）功率開關(guān)管的損耗包括兩方面，一方面是 ；另一方面是 。 7）大功率晶體管產(chǎn)生二次擊穿的條件有 、 和 。 8）開關(guān)型DC/DC變換電路的3個(gè)基本元件是 、 和 。 2．判斷題 1）電力晶體管屬電流驅(qū)動(dòng)型開關(guān)管，而電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管則屬電壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)管。（ ） 2）在GTR的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，為了使GTR快速導(dǎo)通，應(yīng)盡可能使基極驅(qū)動(dòng)電流大些。 （ ） 3．選擇題 1）下列元器件中， 屬于不控型， 屬于全控型， 屬于半控型。 A、普通晶閘管 B、整流二極管 C、電力晶體管 D、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 E、雙向晶閘管 F、可關(guān)斷晶閘管 G、絕緣柵雙極型晶體管 2）下列器件中， 最適合用在小功率、高開關(guān)頻率的變換電路中。 A、GTR B、IGBT C、MOSFET D、GTO 3）下列器件中，屬于電流控制型器件的是 ，屬于電壓控制型器件的是 。 A、普通晶閘管 B、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 C、電力晶體管 D、絕緣柵雙極型晶體管4．分析題根據(jù)下圖簡(jiǎn)述升壓斬波電路的基本工作原理。（圖中設(shè)：電感L、與電容C足夠大）5．計(jì)算題在圖示升壓斬波電路中，已知E=50V，負(fù)載電阻R=20Ω，L值和C值極大，采用脈寬調(diào)制控制方式，當(dāng)T=40181。s，ton=25181。s時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值U0，輸出電流平均值I0。六、自我檢測(cè)題答案1）GTR MOSFET2）零電壓電路，零電流電路3）4）等頻調(diào)寬控制；等寬調(diào)頻控制；脈寬與頻率同時(shí)控制5）降壓；升壓；升降壓6）導(dǎo)通損耗、開關(guān)過程中損耗7）大電流、高電壓、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)8）功率開關(guān)管、電感、電容2．判斷題1）√ 2）3．選擇題1）B、CDFG、AE 2）C 3）AC、BD4．分析題1）當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，設(shè)充電電流為I1，L值很大，I1基本恒定，同時(shí)電容C向負(fù)載供電，C很大，使電容器電壓U0基本不變，設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為ton，在ton時(shí)間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為EI1ton；當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，E與L同時(shí)向電容充電，并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為toff，在toff時(shí)間內(nèi)L釋放的能量為（U0E）I1toff，在一周期內(nèi)L積蓄的能量與釋放的能量相等?？汕蟮茫? 分析不難看出該斬波電路是升壓斬波電路。5．計(jì)算題U0=；I0=；項(xiàng)目四 中頻感應(yīng)加熱電源 中頻電源裝置是一種利用晶閘管元件把三相工頻電流變換成某一頻率的中頻電流的裝置，廣泛應(yīng)用在感應(yīng)熔煉和感應(yīng)加熱的領(lǐng)域。本項(xiàng)目介紹與中頻感應(yīng)電源相關(guān)的知識(shí)：中頻感應(yīng)加熱裝置的基本原理、無源逆變的基本概念、并聯(lián)諧振逆變電路等內(nèi)容。一、 本課題學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1．了解中頻感應(yīng)加熱裝置的基本原理及應(yīng)用。2．掌握中頻感應(yīng)加熱裝置的組成、各部分電路（三相橋式整流電路、觸發(fā)電路、并聯(lián)諧振逆變電路、保護(hù)電路）的工作原理。3