【正文】 管 VT VT2的電流有效值為： IVT＝31Id＝ （ A） 流過(guò)二極管 VD VD4的電流有效值為： IVD＝32Id＝ （ A） 7. 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。 ∕ ＝ 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。＝ (A) Id ＝ (Ud－ E)/R＝ (－ 60)/2＝ 9(A) I2＝ Id ＝ 9(A) ③晶閘管承受的最大反向電壓為： 2 U2＝ 100 2 ＝ （ V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVT＝ Id ∕ 2 ＝ （ A） 故晶閘管的額定電壓為： UN＝ (2~3)179。 100179。 整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形如下： 0 ? 2 ? ? t? t? tu2uV D 2uV D 400 5．單相橋式全控整流電路， U2=100V，負(fù) 載中 R=2Ω， L值極大，反電勢(shì) E=60V，當(dāng) =30?時(shí)，要求： ① 作出 ud、 id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 I2； ③ 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。因此，二極管承受的電壓不會(huì)出現(xiàn)正的部分。 4．單相橋式半控整流電路，電阻性負(fù)載，畫(huà)出整流二極管在一周內(nèi)承受的電壓波形。 流過(guò)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。＝ （ V） Id＝ Ud /R＝ ＝ （ A） I2＝ Id ＝ （ A） ③晶閘管承受的最大反向電壓為： 2 U2＝ 100 2 ＝ （ V） 考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為： UN＝（ 2~3）179。 100179。時(shí)，要求：①作出 ud、id、和 i2的波形； 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； ③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。 可見(jiàn)，兩者的輸出電壓相 同，加到同樣的負(fù)載上時(shí)，則輸出電流也相同。 ② 當(dāng)單相全波整流電路與單相全控橋式整流電路的觸發(fā)角 相同時(shí)，對(duì)于電阻負(fù)載：（ 0~α）期間無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0；（α ~π）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 ~π＋α )期間，均無(wú)晶閘管導(dǎo)通，輸出電壓為 0； (π＋α ~ 2π )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，輸出電壓等于 u2。 ① 以晶閘管 VT2為例。 因?yàn)閱蜗嗳煽卣麟娐纷儔浩鞫螠y(cè)繞組中，正負(fù)半周內(nèi)上下繞組內(nèi)電流的方向相反，波形對(duì)稱(chēng)，其一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零，故不會(huì)有直流磁化的問(wèn)題。時(shí)，在 u2正半周期 60?~180?期間晶閘管導(dǎo)通使電感 L儲(chǔ)能，電感 L儲(chǔ)藏的能量在 u2負(fù)半周期 180?~300?期間釋放，因此在 u2一個(gè)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(shí) id＝ 0可解方程得： )c os21(2 2d tLUi ?? ?? 其平均值為 )(d)c os21(221 3532d ttLUI ???? ?? ?? ? = LU?22 2 =(A) 此時(shí) 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(wèn)該變壓器還有直流磁化問(wèn)題嗎？試說(shuō)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(shí)，其輸出電壓和電流的波形與單相全控橋時(shí)相同。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。 解：對(duì) IGBT、 GTR、 GTO和電力 MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表 ： 器 件 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) IGBT 開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)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(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小 開(kāi)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(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低 開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)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(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低 電 力 MOSFET 開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò) 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(duì)電感負(fù)載供電， L＝20mH， U2＝ 100V，求當(dāng)α＝ 0?和 60?時(shí)的負(fù)載電流 Id，并畫(huà)出 ud與 id波形。 RCD 緩沖電路中，各元件的作用是：開(kāi)通時(shí)， Cs經(jīng)Rs 放電， Rs 起到限制放電電流的作用；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng) VDs從 Cs分流，使 du/dt減小，抑制過(guò)電壓。 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。 GTO 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是： GTO 要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，幅值和陡度要求更高，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分。 7. IGBT、 GTR、 GTO和電力 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？ 答： IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻， IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件， IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集 成驅(qū)動(dòng)器。 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。 1? +2? ＞ 1，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而導(dǎo)通；1? + 2? ＜ 1，不能維持飽和導(dǎo)通而關(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(jì)算各波形的電流平均值 Id Id Id3與電流有效值 I I I3。 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 為關(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。 42 第 1 章 電力電子器件 1. 使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？ 答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流（脈沖）。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 26 第 5章 逆變電路 178。178。178。178。178。 4 第 3章 直流斬波電路 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 目 錄 第 1章 電力電子器件 178。178。178。178。178。 1 第 2章 整流電路 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 20 第 4章 交流電力控制電路和交交變頻電路 178。178。178。178。178。178。 31 第 6章 PWM控制技術(shù) 178。178。178。178。178。 35 第 7章 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 178。178。178。178。178。 40 第 8章 組合變流電路 178。178。178。178。178。或： uAK0且 uGK0。 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(guò)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。 0 02 ? 2 ?2 ?? ??4?4 ?25 ?4a) b) c)圖1 4 30 圖 143 晶閘管導(dǎo)電波形 解： a) Id1=π21 ??? ??4 )(sin ttdIm=π2mI ( 122? )? Im I1= ??? ??? 4 2 )()sin(21 tdtI m=2mI?2143? ? Im b) Id2 =π1 ??? ??4 )(sin ttdIm=πmI ( 122? )? Im I2 = ??? ??? 4 2 )()sin(1 tdtI m= 22mI?2143? ? m c) Id3=π21 ?20 )(? ?tdIm=41 Im I3 = ?20 2 )(21 ? ?? tdIm =21 Im 4. 上題中如果不考慮安全裕量 ,問(wèn) 100A 的晶閘管能送出的平均電流 Id Id Id3各為多少？這時(shí)，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(jì)算結(jié)果知 a) Im1? ?， Id1 ? Im1? b) Im2? ?, Id2 ? Im2? c) Im3=2 I = 314, Id3=41 Im3= 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(gè)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。 GTO 之所以能夠自行關(guān)斷，而普通晶閘管不 能，是因?yàn)?GTO 與普通晶閘管在設(shè)計(jì)和工藝方面有以下幾點(diǎn)不同： 1) GTO在設(shè)計(jì)時(shí) 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(shí)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(mén)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(gè) GTO 元陰極面積很小，門(mén)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(mén)極抽出較大的電流成為可能。 MOSFET的輸入電容是低泄漏電容，當(dāng)柵極開(kāi)路時(shí)極易受靜電干擾而充上超過(guò) ? 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(diǎn)： ① 一般在不用時(shí)將其三個(gè)電極短接； ② 裝配時(shí)人體、工作臺(tái)、電烙鐵必須接地，測(cè)試時(shí)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(guò)高 ④ 漏、源極間也要采取緩沖電路等措施吸收過(guò)電壓。 GTR 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程，減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。 電力 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻， 驅(qū)動(dòng)功率小且電路簡(jiǎn)單。 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(guò)電壓， du/dt或過(guò)電流和 di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 9. 試說(shuō)明 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 解：α＝ 0?時(shí)，在電源電壓 u2的正半周期晶閘管導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電感 L 儲(chǔ)能，在晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)刻，負(fù)載電流為零。因此，在電源電壓 u2的一個(gè)周期里，以下方程均成立： tUtiL ?sin2dd 2d ? 考慮到初始條件：當(dāng) t＝ 0時(shí) id＝ 0可解方程得： )c os1(2 2d tLUi ?? ?? ? ?? ? ???? 20 2d )(d)c os1(221 ttLUI = LU?22 =(A) ud與 id的波形如下圖： 0 ? 2 ? ? tu20 ? 2 ? ? tud0 ? 2 ? ? tid 當(dāng)α＝ 60176。 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(méi)有直流磁化的問(wèn) 題。 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。當(dāng) VT1導(dǎo)通時(shí)，晶閘管VT2通過(guò) VT1與 2 個(gè)變壓器二次繞組并聯(lián)，所以 VT2承受的最