【正文】 A B C C N n N a1 b1c1 B c1 n A c2 a2b2c2 a2 b1 a1 b2 圖 260 變壓器二次繞組的曲折接法及其矢量圖 答：變壓器鐵心不會被直流磁化。 6. 晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中 VT VT2為晶閘管），電路如圖 211 所示，U2=100V， 電阻電感負載， 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。 解： ① ud、 id和 i2的波形如下圖： u2 O ud O id O i2 O ??????????????????Id Id Id ??t ??t ??t ??t ② 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＝ U2 cosα ＝ 100cos30176。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。 解：注意到二極管的特點：承受電壓為正即導(dǎo)通。 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） ∕＝ 26~35（ A） 具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 解： ① ud、 id、和 i2的波形如下圖： u2 O ud O id O i2 O ?????????????????????????Id Id ?t ?t ?t ?t ② 輸出平均電壓 Ud、電流 Id，變壓器二次電流有效值 I2分別為 Ud＝ U2 cosα ＝ 100cos30176。 5 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3．單相橋式全控整流電路， U2＝ 100V，負載中 R＝ 2Ω ， L 值極大，當(dāng) α ＝ 30176。 對于電感負載：（ α ~ π＋α ）期間，單相全波電路中 VT1導(dǎo)通，單相全控橋 電路中 VT VT4導(dǎo)通，輸出電壓均與電源電壓 u2相等；（ π ＋ α ~ 2π＋α ）期間，單相全波電 路中 VT2導(dǎo)通，單相全控橋電路中 VT VT3導(dǎo)通，輸出波形等于 ??u2。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 VT2承受的最大電 壓為 2 2U2。 以下分析晶閘管承受最大反向電壓及輸出電壓和電流波形的情況。 2U2； ② 當(dāng)負載是電阻或電感時， 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。因此，在電源電壓 u2的一個周期里，以下方程均成立： L d i d ?? 2U2sin ??t d t 考慮到初始條件：當(dāng) ?t＝ 0 時 id＝ 0 可解方程得： U 22(1 ??cos ) id?? ??L ?t ?? 1 ??2?? U ?? ?? ??I d ??2 = 0 22(1 cos t)d( t) ??L U 22=(A) ?L ud與 id的波形如下圖： u2 0 ud 0 id 0 ?????????????????2????2???????2???????t ?t ?t 當(dāng) α ＝ 60176。 解： α ＝ 0?時，在電源電壓 u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時，負載電感 L 儲能，在晶閘管開始 導(dǎo)通時刻，負載電流為零。 9. 試說明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點。 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。 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。 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。 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。 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+ ???，而 GTO 則為 ?1+???， 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。 0 ??????????2??????0 ???????5?????2?? 0 ?????2??4 a) 4 b) 4 2 c) 圖 143 晶 閘管導(dǎo)電波形 解： a) Id1= 1 ?????Im sin????td( t) = Im( 2?1 ) ?? Im 2π 1 4 2π 2 3? 1 ???????????t2 ?t = Im ?? Im I1= 2?4? ( Imsin ) d ( ) 2 4 2??1 ????b) Id2=π ?? ??Imsin td( t) = Im( 2?1 ) ?? Im 4 π 2 ??I2= ???? ???2 ?? 2Im 3?1 1 ?(Imsin t) d ( t) = 4 ??2 4 2?? ?? c) Id3= 1 ?02 Imd (?t) =14Im 2π 1 ???22 ?? 1Im I3= 2?? Imd ( t) = 2 4. 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 Id Id Id3各為 多少？這時，相應(yīng)的電流最大值 Im Im Im3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 a) Im1??I ??， Id1?? Im1?? b) Im2? I ??, Id2?? Im2?? c) Im3=2 I = 314, Id3=1Im3= 4 5. 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 V V2,分 別具有共基極電流增益 ?1和 ?2，由普通晶閘管的分析可得， ?1+?2=1 是器件臨界導(dǎo)通 的條件。 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。 或： uAK0 且 uGK0。 40 第 8 章 組合變流電路 35 第 7 章 軟開關(guān)技術(shù) 目 錄 第 1 章 電力電子器件 1 第 2 章 整流電路 4 第 3 章 直流斬波電路 20 第 4 章 交流電力控制電路和交交變頻電路 26 第 5 章 逆變電路 31 第 6 章 PWM 控制技術(shù) 42 第 1 章 1. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？ 電力電子器件 答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。 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。 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 Id Id Id3與電流有效值 I I I3。 ?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。 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。 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。 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。 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。 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，負載電流經(jīng) VDs從 Cs分流，使 du/dt 減小，抑制過電壓。 解：對 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較如下表： 器 件 IGBT GTR GTO 電 力 MOSFET 優(yōu) 點 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 耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流 能力強，飽和壓降低 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 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 3 缺 點 開關(guān)速度低于電力 MOSFET,電 壓，電流容量不及 GTO 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 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極 負脈沖電流大，