1、第一章電力電子器件一、本章主要內(nèi)容及重點與難點【主要內(nèi)容】本章主要討論電力電子器件的分類以及典型電力電子器件的結(jié)構(gòu)、電氣符號、工作原 理、基本特性與主要參數(shù)。在學(xué)習(xí)過程中，主要應(yīng)掌握以下內(nèi)容：1 .電力電子器件的概念與特征；2 .電力電子器件的分類；3 .電力二極管的工作原理、基本特性與主要參數(shù)；4 .晶閘管（SCR）的工作原理、基本特性與主要參數(shù)；5 .幾種典型全控型電力電子器件（ GTO; GTR; PowerMOSFET; IGBT ）的工作原理、 基本特性與主要參數(shù)；6 .上述全控型電力電子器件的性能比較?！局攸c與難點】本章重點在于半控型器件一一晶閘管，要重點掌握晶閘管的的結(jié)構(gòu)、電氣符

2、號、開關(guān)規(guī)律、靜態(tài)特性以及主要參數(shù)。（重點應(yīng)該再加上 MOS和IGBT ,因為這2種器件應(yīng)用應(yīng)用很廣很重要。）本章難點在于晶閘管額定電流、額定電壓的定義以及實際使用中如何選擇晶閘管的參 數(shù)。二、典型習(xí)題解析例1-1下列對晶閘管特性的敘述中，正確的是（）。A晶閘管屬于電流驅(qū)動雙極型器件C晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極就失去了控制作用B晶閘管具有單向?qū)щ娦訢晶閘管的擎住電流大于維持電流【答案】A、B、C、D【解析】本題主要考察對晶閘管特性的熟悉程度，四個選項的描述均正確。A選項考察晶閘管的分類；B選項考察半導(dǎo)體器件的特點；C選項考察晶閘管白開關(guān)特性；D選項考察晶閘管的主要參數(shù)例1-2雙向晶閘管的額定電流是

3、以（A平均值 B有效值【答案】B, C【解析】本題主要考察雙向晶閘管與）定義的；GTO的額定電流是以（）定義的。C最大值 D瞬時值GTO額定電流的定義，雙向晶閘管的正向伏安特性與反向伏安特性相同，用于交流電路中，其額定電流是以有效值定義的。GTO的陽極電流如過大，可能會出現(xiàn)無法由門極控制關(guān)斷的情況，因此其額定電流是以最大 可關(guān)斷陽極電流定義的。例1-3下列電力電子器件中，存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的是（）。A GTO B GTR C PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本題主要考察對電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的理解，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)僅在雙極型器件中起作用，單極型器件僅有一種載流子參與導(dǎo)電，因此不存

4、在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。題目中所列選項僅PowerMOSFET為單極型器件，故為排除項。例1-4下列電力電子器件中，電流容量最大的是（）；開關(guān)頻率最高的是（）。A GTO B GTR C PowerMOSFETD IGBT【答案】A, C【解析】本題主要考察全控型電力電子器件的特點，GTO導(dǎo)通時飽和程度較深，適用于高壓大容量場合，PowerMOSFET屬于單極型器件，沒有少子的存儲效應(yīng)，因此開關(guān) 速度較快，適用于高頻電路。例1-5下列電力電子器件中，（）的驅(qū)動功率較小。A SCR B GTO C GTR D IGBT【答案】D【解析】本題主要考察對電壓型驅(qū)動電路與電流型驅(qū)動電路的區(qū)別，電壓型驅(qū)動電路的

5、輸入阻抗高，要求的驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，上述器件中僅有IGBT為電壓驅(qū)動型器件。例1-6晶閘管剛由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并且去掉門極信號，仍能維持其導(dǎo)通所需的最小陽極電流，稱為（）。A.維持電流B.擎住電流C.浪涌電流 D.額定電流【答案】A【解析】本題主要考察晶閘管維持電流的定義，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后， 維持其導(dǎo)通所必須的最小電流為維持電流。例1-7由于二次擊穿現(xiàn)象對 GTR的危害極大，因此規(guī)定了 GTR的安全工作區(qū)，此安全工 作區(qū)由（）曲線組成。A. 2條 B. 3條 C. 4條 D. 5條【答案】C【解析】本題主要考察GTR安全工作區(qū)的限制條件，GTR的安全工作區(qū)由集電極最大電流、 最高工作電壓、

6、最大耗散功率與二次擊穿臨界線四條曲線限制。例1-8下列電氣符號中，GTO的電氣符號是（）。A.BC. D.【答案】A【解析】本題主要考察對電氣符號的認識，A為GTO, B為逆導(dǎo)晶閘管，C為雙向晶閘管，D為晶閘管。例1-9圖1-1所示電路，一只晶閘管與燈泡串聯(lián)，加上直流電壓U,開關(guān)S閉合前燈泡亮不亮？ ,原因是 ;開關(guān) S閉合后燈泡亮不亮？ ,原因是開關(guān)S閉合一段時間后再打開，斷開開關(guān)后燈泡亮不亮？ ,原因是 。圖i-i【答案】不亮；沒有門極觸發(fā)脈沖，晶閘管處于斷態(tài)；亮；晶閘管承受正向電壓且門極有觸 發(fā)脈沖，導(dǎo)通；亮；晶閘管導(dǎo)通后門極即失去控制作用?！窘馕觥勘绢}主要考察對晶閘管開關(guān)規(guī)律的理解。晶

7、閘管導(dǎo)通必須同時具備兩個條件，一正向陽極電壓，二是具有門極觸發(fā)脈沖； 一旦晶閘管導(dǎo)通后，內(nèi)部正反饋過程形成, 門極就失去了控制作用。例1-10圖1-2所示電路，Ui=100V, R=1 Q,觸發(fā)角 燈0。，考慮兩倍安全裕量，選擇合適 的晶閘管?！敬鸢浮烤чl管的額定電壓 Ut=282V,可選擇300V的器件晶閘管的額定電流It=90A,可選擇100A的器件【解析】本題考查對晶閘管額定電流與額定電壓的定義以及如何選擇晶閘管的額定參數(shù)。晶閘管的額定電壓一般選擇器件所承受的最高正、反向電壓中的較大值，本題中晶閘管承受的最高正、反反向電壓均為.%12 100V 141V ,考慮兩倍安全裕量，Uvt=28

8、2V,可選擇300V的器件；晶閘管的額定電流是按正弦半波電流的平均值定 義的，選擇器件則按照有效值相等的原則，由于”=0。，流過晶閘管的電流波形為正弦半波，因此晶閘管的額定電流1T 045匕 口45 100 45A,考慮兩倍安全裕R1量，It=90A,可選擇100A的器件。三、課后習(xí)題解答1 .晶閘管正常導(dǎo)通的條件是什么，導(dǎo)通后流過的電流由什么決定？晶閘管關(guān)斷的條件是什么，如何實現(xiàn)？答：晶閘管正常導(dǎo)通的條件是：1）晶閘管承受正向陽極電壓（Uak0）;2）在門極施加觸發(fā)電流（Ugk0,這里還得加上IG0,電流驅(qū)動器件，光寫有電壓不嚴謹）。晶閘管關(guān)斷的條件是：流過晶閘管的電流降低到維持電流以下（I

9、a1兩個晶體管飽和導(dǎo)通；0C1+ 021.15,而GTO則為 兇+ 02=1.05飽 和程度不深，在門極控制下易于退出飽和。3) GTO在設(shè)計時，2較大，晶體管 V2控制靈敏，而 “1很小，這樣晶體管 V1的集 電極電流不大，易于從門極將電流抽出，從而使 GTO關(guān)斷。5、GTO與GTR同為電流控制器件，前者的觸發(fā)信號與后者的驅(qū)動信號有哪些異同？答：1) GTO與GTR驅(qū)動信號的相同之處在于：GTO與GTR都是電流型驅(qū)動型器件， 其開通和關(guān)斷都要求有相應(yīng)的觸發(fā)脈沖， 要求其觸發(fā)電流脈沖的上升沿陡且實行強觸發(fā)。2) GTO與GTR驅(qū)動信號的區(qū)別在于：GTR要求在導(dǎo)通期間一直提供門極觸發(fā)電流信號，而

10、GTO當器件導(dǎo)通后可以去掉門極觸發(fā)電流信號； GTO的電流增益(尤其是關(guān)斷電流增益很小)小于GTR,無論是開通還是關(guān)斷都要求觸發(fā)電流有足夠的幅值和陡度，其對觸發(fā)電流信號(尤 其是關(guān)斷門極負脈沖電流信號)的要求比GTR高。6、試比較 GTR、GTO、MOSFET、IGBT 之間的差異和各自的優(yōu)缺點。答：GTR、GTO、MOSFET、IGBT之間的差異及各自的優(yōu)缺點如下表所示:器件優(yōu) 點缺 點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，電流驅(qū)動型需要驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在 2次擊穿問題GTO電壓、電流容量很大，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

11、電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負脈沖電 流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率很大，驅(qū)動 電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低MOSFET開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，工作頻率高，門極輸入阻抗高，熱穩(wěn) 定性好，需要的驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，沒有 2次擊穿問題電流谷量小，耐壓低，通態(tài)損耗較大，一 般適合十局頻小功率場合IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，通態(tài) 壓降低，電壓、電流容量較高。 門極輸入阻抗高，驅(qū)動功率小， 驅(qū)動電路簡單開關(guān)速度不及電力 MOSFET ,電壓、電流 容量/、及GTO。四、補充習(xí)題1 .試說明什么是電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)及其作用。答：當PN結(jié)通過正向大電流時，大量空穴被注入基區(qū)（通常是 N型材料），基區(qū)的空穴濃 度（少

12、子）大幅度增加，這些載流子來不及和基區(qū)的電子中和就到達負極。為了維持 基區(qū)半導(dǎo)體的電中性，基區(qū)的多子（電子）濃度也要相應(yīng)大幅度增加。這就意味著， 在大注入的條件下原始基片的電阻率實際上大大地下降了，也就是電導(dǎo)率大大增加了。這種現(xiàn)象被稱為基區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使半導(dǎo)體器件的通態(tài)壓降降低，通態(tài)損耗下降；但是會帶來反向恢復(fù)問題，使關(guān)斷時間延長，相應(yīng)也增加了開關(guān)損耗。2 .在圖1-4所示電路中，若使用一次脈沖觸發(fā)，試問為保證晶閘管充分導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖寬 度至少要多寬？圖中，E=50V; L=0.5H; R=0.5? ; Ii_=50mA （擎住電流）。解之得：可靠導(dǎo)通條件為:解得：解：晶閘管可

13、靠導(dǎo)通的條件是：必須保證當陽極電流上升到大于擎住電流之后才能撤掉觸 發(fā)脈沖。當晶閘管導(dǎo)通時有下式成立：E Ldi Ri dtE Rti R(1 eL)i Il 0.05E 鳥 50t0.05 (1 e L ) 20 (1 e 0.5 )R0.5100 c 4t ln 5e s100 0.05t 500us3 .請畫出VDMOS （或IGBT ）管柵極電流波形，并說明電流峰值和柵極電阻有何關(guān)系以 及柵極電阻的作用。答：VDMOSFET和IGBT都是電壓驅(qū)動型器件，由于存在門極電容，其門極電流的波形類似于通過門極電阻向門極電容的充電過程，其峰值電流為Ip= Uge/Rgo柵極電阻的大小對器件的靜態(tài)

14、和動態(tài)開關(guān)特性有很大的影響：Rg增加，則開通時間、關(guān)斷時間、開通損耗關(guān)斷損耗增加；臉和位移電流減?。挥|發(fā)電路振蕩抑止能力強，反之則作用dt相反。因此在損耗容許的條件下， Rg可選大些以保證器件的安全，具體選擇要根據(jù)實 際電路選。典型的應(yīng)用參數(shù)為：+ Uge=15V, Uge=（510）V , Rg=350歐。Ugs*iG .4 .限制功率MOSFET應(yīng)用的主要原因是什么？實際使用時如何提高MOSFET的功率容量？答：限制功率MOSFET應(yīng)用的主要原因是其電壓、電流容量難以做大。 因為MOSFET是單u 2.5極性器件，所以通態(tài)損耗較大，其通態(tài)電阻為RDSon U-（公式應(yīng)該是正比于，用等號不合

15、適）。高壓大電流時，當額定電壓比較高且電流大時，其通態(tài)電阻（對應(yīng)損耗）達到令人難以接受的程度（目前的市場水平最大為 IXYS公司的器件1200V/38A ）。 實際使用時，由于 MOSFET具有正的溫度系數(shù)，可以方便地采用多管并聯(lián)的方法來提高其功率容量。第二章相控整流電路一、本章主要內(nèi)容及重點與難點【主要內(nèi)容】本章主要討論各種相控整流電路的工作原理、波形分析及數(shù)值計算方法。在學(xué)習(xí)過程中，主要應(yīng)掌握以下內(nèi)容：1 .單相橋式全控整流電路的工作原理、波形分析及數(shù)值計算；2 .單相橋式半控整流電路的工作原理、波形分析及數(shù)值計算；3 .三相半波可控整流電路的工作原理、波形分析及數(shù)值計算；4 .三相橋式全

16、控整流電路的工作原理、波形分析及數(shù)值計算；5 .變壓器漏感對整流電路的影響；6 .有源逆變的概念、有源逆變產(chǎn)生的條件及逆變失敗；7 .電容濾波的不可控整流電路分析；8 .整流電路的諧波與無功功率及其影響?！局攸c與難點】本章重點在于分析不同電路結(jié)構(gòu)、不同負載形式下的相控整流電路的工作原理與波形， 主要包括以下內(nèi)容：1 .理解“可控”的概念，在分析問題時充分考慮晶閘管的開關(guān)規(guī)律；2 .注意負載性質(zhì)不同對整流電路中晶閘管開關(guān)的影響，尤其是大電感的影響；3 .不同電路結(jié)構(gòu)、不同負載形式相控整流電路中晶閘管的移相范圍、導(dǎo)通時間；4 .負載電壓、負載電流、晶閘管所承受的電壓、晶閘管電流、變壓器二次側(cè)電流波

17、形分析；5 .有源逆變的概念及其實現(xiàn)的條件；6 .如何分析有源逆變電路；7 .變壓器漏感的存在對整流電路和有源逆變電路的影響。本章難點在于不同電路結(jié)構(gòu)、不同負載形式相控整流電路的波形分析。、典型習(xí)題解析例2-1如圖2-1所示的單相橋式半控整流電路中續(xù)流二極管VD的作用有（）。A減輕晶閘管的負擔(dān)C防止出現(xiàn)失控現(xiàn)象B提高整流電壓的平均值D起電壓鉗位作用idLR圖2-1【答案】A、B、C【解析】 本題主要考察對半控整流電路的認識，半控整流電路在正常工作時與全控整流電 路相同，但是在阻感負載下，如果一只晶閘管的脈沖丟失，可能會造成一只晶閘管導(dǎo)通，兩 只二極管輪流導(dǎo)通的 “失控”現(xiàn)象，這主要是由于二極管

18、是不可控器件，不具備正向承壓能力造成的。因此通常采用在負載兩端反并聯(lián)續(xù)流二極管的方法。同時，該續(xù)流二極管在電源電壓的負半周為負載電流提供了通路，既減輕了晶閘管的負擔(dān)，又提高了輸出負載電壓的數(shù)值。例2-2如圖2-1所示的單相橋式半控整流電路, 過晶閘管的電流有效值為（）。L R ,觸發(fā)角為a,負載電流為Id,流VD的存在,【解析】本題主要考察單相橋式半控整流電路的工作情況，由于續(xù)流二極管 在電源電壓的負半周， 負載電流經(jīng)VD流通，而不再流經(jīng)晶閘管，因此在電源電壓的一個周期內(nèi)，每只晶閘管導(dǎo)通時間為 ，因此流過晶閘管的電流有效值為iId。例2-3如圖2-1所示的帶續(xù)流二極管的單相橋式半控整流電路與單

19、相橋式全控整流電路，同樣是電阻性負載，設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為U2,則晶閘管承受的最高正向電壓為（）。a u 2, - u 2 bU- u 2, V2U 2 cV2U 2,u2 d V2U 2, V2U 22222【答案】C【解析】本題主要考察帶續(xù)流二極管的單相橋式半控整流電路與單相橋式全控整流電路在電阻負載下晶閘管承受正向電壓的區(qū)別，以UVT1為例，由于單相橋式半控整流電路中的二極管承受正向電壓則導(dǎo)通，因此在電源電壓的正半周，晶閘管VT1的觸發(fā)脈沖到來之前（電阻性負載，VT2已關(guān)斷），與二極管 VD4串聯(lián)的晶閘管 VT1承受全部電源電壓，其最大值 為2；而單相橋式全控整流電路全部采用可控器件，注

20、意晶閘管導(dǎo)通的兩個條件，同樣以UVT1為例，在電源電壓的正半周，晶閘管VT1的觸發(fā)脈沖到來之前，VT1-VT4四只晶閘管均阻斷，因此 VT1與VT4共同承擔(dān)電源電壓，即Uvt1 = U2/2,其最大值為 U2 o2例2-4單相橋式全控整流電路，阻感性負載，L Ro設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為U2,則晶閘管承受的最高正、反向電壓分別為（）。AU 2,U 2 B U 2 , V2u2 CV2U 2 U 2 D V2U 2 V2U 22222【答案】D【解析】本題主要考察單相橋式全控整流電路在阻感負載下的工作情況。由于L R ,因此在任一瞬間總有一組晶閘管導(dǎo)通， 而導(dǎo)通的晶閘管對未導(dǎo)通的晶閘管產(chǎn)生影響，即給

21、未導(dǎo)通的晶閘管施加了反向電壓。以 UVT1為例，VT2導(dǎo)通時使得 VT1承受電源電壓U2,其最 大值為 底2。這一點與電阻性負載情況有區(qū)別，要尤其注意。例2-5單相橋式全控整流電路帶電阻性負載與阻感性負載（L R）情況下，晶閘管觸發(fā)角的移相范圍分別為（）。A 90；, 90；B90、180； C180；, 90；D 180；, 180，【答案】C【解析】本題主要考察對晶閘管觸發(fā)角移相范圍的理解。移相范圍是指使得輸出電壓在最大值與最小值之間變化的觸發(fā)角的可調(diào)范圍。單相橋式全控整流電路帶電阻性負載，觸發(fā)角為00時輸出電壓為最大值，觸發(fā)角為180時輸出電壓為0,因此其移相范圍為180 ;單相橋式全控

22、整流電路帶阻感性負載，有于大電感的存在，輸出電壓的波形中出現(xiàn)負半周波形， 其平均值降低，觸發(fā)角為 0。時輸出電壓為最大值，觸發(fā)角為90。時輸出電壓為0,因此其移相范圍為90。R）,負載電壓為Ud,反電勢為E,例2-6單相橋式全控整流電路，阻感反電勢負載（L則負載電流為（UdRBUd E RU2 E R本題主要考察單相橋式全控整流電路帶阻感反電勢負載的工作情況，由于L R,因此當Ud E時，電感即起續(xù)流作用，與阻感負載相比相當于電感續(xù)流的時間提前了，該電路的波形分析與阻感負載相同，只是在計算負載電流時， 要考慮反電勢的存在,所以 1d UE oR例2-7下列電路中，存在變壓器鐵心直流磁化現(xiàn)象的有

23、（）。A單相半波可控整流電路C單相橋式全控整流電路B單相橋式半控整流電路D單相全波可控整流電路【答案】A【解析】本題主要考察對變壓器鐵心直流磁化現(xiàn)象的理解，變壓器鐵心中有直流成分時會 導(dǎo)致鐵心飽和成為變壓器鐵心直流磁化現(xiàn)象，為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積， 就會增加設(shè)備容量。 上述選項中，單相半波可控整流電路的負載電流（直流分量）經(jīng)過變壓器二次繞組，存在變壓器鐵心直流磁化現(xiàn)象；其它三個電路中，變壓器二次側(cè)電流為正、負半周對稱的交流分量，不存在直流分量，因此不存在變壓器鐵心直流磁化現(xiàn)象。例2-8三相半波可控整流電路與三相橋式全控整流電路，電阻性負載，晶閘管觸發(fā)角的移 相范圍分別為（）。A

24、 90 , 120B 90 , 150 C 120 , 150 D 150 , 120【答案】A【解析】本題主要考察對三相可控整流電路的認識，三相可控整流電路與單相可控整流電路不同，晶閘管觸發(fā)角的起始位置 （爐0 ）位于自然換相點（以Ua的過零點作為坐標原點， 產(chǎn)0位于 3=30處，而單相可控整流電路的a=0位于 3=0處），這是三相可控整流電路中晶閘管能夠?qū)ǖ淖钤鐣r刻，因此三相半波可控整流電路在電阻性負載情況下晶閘管的移相范圍為150 ；又由于三相橋式全控整流電路的負載電壓為線電壓，線電壓的過零點 超前相電壓 30。，因此三相橋式全控整流電路在電阻性負載情況下晶閘管的移相范圍為120 。例

25、2-9三相半波可控整流電路，電阻性負載，晶閘管承受的最高正、反向電壓分別為（）。aV2U2, V2UB 2U2, .6u2 c 、.6u2, 2U2 d 6u2 , 6u2【答案】B【解析】 本題主要考察對三相可控整流電路的分析，三相半波可控整流電路帶中線，輸出 負載電壓為相電壓，晶閘管上承受的電壓為線電壓。當 “W 300負載電流連續(xù)時，三相的晶 閘管輪流導(dǎo)通，每只晶閘管導(dǎo)通120。，晶閘管上承受的正向線電壓小于變壓器二次側(cè)相電壓（0=30晶閘管上承受的正向線電壓達到最大，此時U2l=1.225U2J2U2, U2為變壓器二次側(cè)相電壓有效值）；當 的30。負載電流斷續(xù)時，三相晶閘管均阻斷，晶

26、閘管上承受的正向電壓為相電壓，其最大值為仞2。而晶閘管承受的最高反向電壓為瘋2。例2-10三相橋式全控整流電路，電阻性負載，晶閘管承受的最高正、反向電壓分別為（）。A 瘋2, 72U2 B 同 2, 病2 C屈2, 同2 D 曬2, 病2【答案】D【解析】本題主要考察對三相橋式全控整流電路的分析，三相橋式全控整流電路輸出負載 電壓為線電壓，晶閘管上承受的電壓為線電壓。以Uvti為例分析晶閘管上承受的電壓波形如下圖所示，由圖可見，晶閘管承受的正、反向電壓均為J6u2。例2-11下列電路能夠完成有源逆變的有（）。A單相橋式全控整流電路C 單相全波整流電路B單相橋式半控整流電路D 單相半波可控整流電

27、路【答案】A、B【解析】本題主要考察有源逆變產(chǎn)生的條件，由于有源逆變的實現(xiàn)要求輸出電壓為負值，因此半控整流電路以及單相半波整流電路是不能實現(xiàn)有源逆變的，只有全控整流電路才能實現(xiàn)有源逆變。設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為U2,反電勢為例2-12單相橋式全控整流電路工作在有源逆變狀態(tài),E,負載電壓為 Ud,則負載電流為（E UdRUdB Ud ERU2 ERB本題主要考察有源逆變電路輸出電壓與電流的關(guān)系，整流電路工作在有源逆變狀態(tài)下，輸出電壓反向，為負值；反電勢亦為負值，且Ud,而負載電流的方向與整流時相同，為正值，因此IdUE oR例2-13三相橋式全控變流電路既可以工作在整流狀態(tài)，又可以工作在有源逆變狀態(tài)

28、，當其 為直流電機供電時，下列說法正確的是（）。A”90。，變流器工作在整流狀態(tài)，直流電機作電動機運行B”R, U2=220V, R=2 Q, E=200V ,o=60 ,試計算：1 ）作出負載電壓Ud、晶閘管電壓UVT1、負載電流id、晶閘管電流iVT1、iVT4以及變壓器二 次側(cè)電流ia的波形；2）計算Ud、Id的平均值及Ia的有效值；3）若VT1的觸發(fā)脈沖消失，分析負載電壓Ud及晶閘管電壓UVT1的波形。VT1VT3VT5_C八八idVT4VT6VT2【解析】本題主要考察三相橋式全控整流電路帶阻感反電勢負載情況。阻感反電勢負載的 波形分析與阻感負載相同，大電感情況下負載電流連續(xù)、平直，每

29、只晶閘管導(dǎo)通120。1）波形分析如下圖所示2)UdIdIa3)2.34U 2 cos 2.34 220 cos60 257.4 VUd ER31d257.4 200 28.7a23.42 aVT2觸發(fā)脈沖到來,開通， VT6 承受反向電壓關(guān)斷，由于 VT1觸； 發(fā)脈沖丟失，VT5繼續(xù)導(dǎo)通，此 時 VT2、VT5 導(dǎo)通，ud =0!VT1脈沖丟失，大電感的存在 使得之前導(dǎo)通的VT5、VT6不1能關(guān)斷，繼續(xù)導(dǎo)通，Ud=Ucbr=一|vti脈沖丟失，大電感的存在! /|使得VT5不能關(guān)斷，繼續(xù)導(dǎo) :|通，直到VT3導(dǎo)通，UvT1=Uac !例2-18三相橋式全控整流電路，電阻負載，試作出VT1觸發(fā)脈

30、沖丟失情況下的負載電壓Ud及晶閘管電壓UVT1的波形?！窘馕觥恳?爐60。為例。VT1觸發(fā)脈沖丟失后，分析電阻性負載與阻感負載情況下分析負 載電壓Ud及晶閘管電壓UVT1波形的關(guān)鍵在于 VT1脈沖到來之前導(dǎo)通的晶閘管是否關(guān)斷？何Uca過零后 VT5、VT6即關(guān)斷，Ud=0,直至 VT2、VT3時會關(guān)斷？電阻性負載情況，線電壓 導(dǎo)通時Ud=Ubc。Uca過零，VT5、VT6|關(guān)斷，VT3的觸發(fā)脈沖|到來之前，Ud =0VT1脈沖丟失，之前導(dǎo)通的VT5、VT6不能關(guān) ；斷，繼續(xù)導(dǎo)通，Ud =Ucb:VT1脈刀獲,VT5、 ；VT6繼續(xù)導(dǎo)通至Uca過I 苓，UVT1=Uactt|由于此時b相電壓最低

31、，VT6有觸發(fā):脈沖，能夠?qū)?，但由?VT1的觸；發(fā)脈沖丟失不能形成電流通路，I VT6實際上處于虛通狀態(tài)，UvT1=Uab-3下河正星低一 VT2看市諼 脈沖，VT6向VT2換流，VT2導(dǎo)通， 由于VT1的觸發(fā)脈沖丟失同樣不能 形成電流通路，VT2實際上處于虛匚:通狀態(tài)，UVT1= Uac例2-19三相橋式全控整流電路，如圖所示，線電壓Uab=400V , R=10Q, L極大，1) 當 出60, E=- 306V時，能否實現(xiàn)有源逆變？求此時的Ud、Id ;2) 作出負載電壓ud、晶閘管電壓UVT1、負載電流id、晶閘管電流iVT1、iVT4以及變壓器二次側(cè)電流ia的波形。VT1VT3VT

32、5-TWAniaUdVT4VT6VT2【解析】本題主要考察三相橋式全控整流電路實現(xiàn)有源逆變的條件以及在有源逆變條件下電路的波形分析。分析有源逆變電路的波形與整流電路的方法相同，需注意的是逆變角不同于觸發(fā)角，“十戶兀。注意有源逆變電路波形與整流電路波形的區(qū)別。一是晶閘管觸發(fā)相位的影響，二是在有源逆變工作狀態(tài)下，晶閘管工作在電源電壓的負半周，輸出負載電壓波形大部分位于負半周，而晶閘管在大部分時間內(nèi)承受正向電壓。1)當 3=600，E=- 306V 時Ud2.34U2 cosU ab2.34 cos4002.34 cos60270.2 V由于E Ud ,因此可以實現(xiàn)有源逆變。IdUd270.2 (

33、306) 3.58A102)ud0-V VT10i d0上Uab U ac I Ubc U ba| U UUab |Uaci VT1tttVT3觸發(fā)脈沖丟失情況下的例2-20試作出三相半波可控整流電路工作于有源逆變狀態(tài)下, 負載電壓Ud波形，并說明會造成什么后果？【解析】分析方法與例 18相同。在有源逆變狀態(tài)下，觸發(fā)脈沖丟失易產(chǎn)生逆變失敗。例如 下圖中VT3觸發(fā)脈沖丟失后，之前導(dǎo)通的VT2會繼續(xù)導(dǎo)通到正半波。當VT1再次獲得觸發(fā) 脈沖時，由于此時UbUa,因此VT1承受反壓而無法導(dǎo)通，輸出電壓Ud為正值，和直流電動勢同極性，造成短路，即逆變失敗。因此有源逆變電路的觸發(fā)電路一定要工作可靠。U21

34、00 ii9(v)2 1.8661) I21 2U 2 sin t 2(R )d t79.33sin 22omin=30時，maxsin 3.278.18(A)三、課后習(xí)題解答1.單相橋式全控整流電路接電阻性負載，要求輸出電壓在0100V連續(xù)可調(diào)，輸出電壓平均值為30 V時，負載電流平均值達到 20A。系統(tǒng)采用220V的交流電壓通過降壓變壓器供 電，且晶閘管的最小控制角 淅in = 30。，（設(shè)降壓變壓器為理想變壓器） 。試求：1）變壓器二次側(cè)電流有效值I2；2）考慮安全裕量，選擇晶閘管電壓、電流定額；3）作出“=60 時，Ud、id和變壓器二次側(cè)i2的波形。解：由題意可知負載電阻 R區(qū)理1.

35、5歐，Id 20單相全控整流的直流輸出電壓為Ud -2U2（1 cos ）Omin=30,帶入上式可求得直流輸出電壓最大平均值為100V,且此時的最小控制角為2）晶閘管的電流有效值和承受電壓峰值分別為IvtUVTI 2max22U278.18255.28(A)168.29(V)考慮3倍余量，選器件耐壓為168X 3=500V;額定電流為(55.28/1.57) X 3= 100A3)2,試作出單相橋式半控整流電路帶大電感負載，在a= 30 時的Ud、并計算此時輸出電壓和電流的平均值。id、iVT1、iVD4 的波形。解:otttt.ivT2 ivD 3;0i VT1 ivD4，0 idAo*i

36、2Udi輸出電壓和電流的平均值分別為:Ud1 cos0.9U2 0.84U22IdUl 0.9U2 3 0.84匕R R 2R3.單相橋式全控整流電路，U2=100V,負載中R=2 ?, L值極大，反電動勢 E=60V,當a= 30 時,試求：1）作出ud、id和i2的波形;2）求整流輸出電壓平均值Ud、電流Id,以及變壓器二次側(cè)電流有效值I 2。解：整流輸出電壓平均值Ud0.9U2 cos 0.9IdidUd、電流3100 2Id,以及變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為:77.94(V)Ud E 77.94 60R2Id 8.97(A)8.97(A)R=4Q,電源4.某一大電感負載采用單相半控

37、橋式整流接有續(xù)流二極管的電路，負載電阻 電壓 U2=220V, of兀/3求：1）輸出直流平均電壓和輸出直流平均電流；2）流過晶閘管（整流二極管）的電流有效值;3）流過續(xù)流二極管的電流有效值。解：1）電路波形圖見第 2題UdId1 cos0.9U22Ud 148.50.9 220 0.7537,125(A)148.5(V)2)IvTJ1. 21 d 37.1252-Id d( t) = 一21.43(A)3)1 d i 031dd ( t)Id321.43(A)5,三相半波可控整流電路的共陰極接法和共陽極接法，a、b兩相的自然換相點是同一點嗎?如果不是，它們在相位上差多少度？試作出共陽極接法的

38、三相半波可控的整流電路在a= 30 時的 Ud、ivT1、UVT1 的波形。解：a、b兩相的自然換相點不是同一點，它們在相位上差180度，見下圖。共陰極三相半波共陰極換相點共陽極接法的三相半波可控的整流電路在a= 30時的Ud、im、uvt1的波形如下圖ivTUdototUVT1A9Uba UcaJiubUcuad6.三相半波可控整流電路帶大電感性負載，8=兀/3 R=2Q, U2=220V,試計算負載電流Id,并按裕量系數(shù)2確定晶閘管的額定電流和電壓。解：Ud1.17U2cos 1.17 220 0.5 128.7(V)IdUd 128.764.35(A)R 2230IvTId2、Id,d(

39、 t) -0.5771 d37.13(A)按裕量系數(shù)確定晶閘管的電流定額為:2 47.30 50(A);電壓定額為: 1.576U2 2 10771200(V)7.三相橋式全控整流電路，U2= 100V,帶阻感性負載，R=5 ?,L值極大，當a= 60,1)2)3)4)試求： 作出Ud、id和iVT1的波形；計算整流輸出電壓平均值Ud、電流Id,以及流過晶閘管電流的平均值IdVT和有效值|VT；求電源側(cè)的功率因數(shù)；估算晶閘管的電壓、電流定額。解：1)U2UaUabUac乂)工乂丸X X工X tt2) Ud 2.34112 cos2.34 100 0.5 117(V)U 1171d 優(yōu) 了 23

40、4(A)IdIdVT 1 7.8(A)IdIvt ； 13.51(A)3)由功率因數(shù)的定義知:Iicos I10.955cos0.955*0.50.47754)按2倍余量估算，晶閘管的電壓定額為：V6U2 26 100 2 489.90 500(V);晶閘管的電流定額為：1.5713 511351 2 17.21 20(A)1.578.三相橋式不控整流電路帶阻感性負載,R=5?, L=OOU2=220V, Xb=0.3 ?,求 Ud、Id、IVD、I2和丫的值，并作出Ud、iVD1和i2的波形。解：三相橋式不控整流電路相當于三相橋式全控整流電路在觸發(fā)角為0度時的情況，則Ud2.34U 2 co

41、smXb I d 2.34U 2 cos 26 0.3I d2IdUdUdR5, 一一 一 Ud 486.90(V)代入已知量聯(lián)立求解上述2個方程可得：d Id 97.38(A)二極管的電流平均值為：Ivd - 97竺 32.46(A) 33變壓器二次側(cè)電流有效值為：12 日d 79.51(A),2XB1d 口由 cos cos( )=-可得 6U22XBld 2 0.3 97.381 cos= 0.1084； cos 0.8916；26.936U26 220Ud、iVD1和i2的波形的波形如下：U2= 0 UaUbUd上iniUab Uac Ubc| 叫！ v!baI i IE ：!Uab

42、j Uac U i Uab I uac Ubc I Uba (比早 ucb Uab ( uac1 ! K ： i I 3 ! E ! fi I K 1；/； :Ivdi Ioi2 49 .請說明整流電路工作在有源逆變時所必須具備的條件。答：（1）外部條件一一直流側(cè)應(yīng)有能提供逆變能量的直流電動勢，其極性與晶閘管導(dǎo)通 方向一致，其值大于變流器直流側(cè)的平均電壓。（2）內(nèi)部條件一一變流器直流側(cè)輸出直流平均電壓必須為負值，即 介兀/2 Ud0。以上兩條件必須同時滿足，才能實現(xiàn)有源逆變。10 .什么是逆變失敗？如何防止逆變失??？答：當變流器工作于逆變工況時， 一旦由于觸發(fā)脈沖丟失、 突發(fā)電源缺相或斷相等原

43、因 造成換流失敗，將使輸出電壓 Ud進入正半周，與 Em順向連接，由于回路電阻很小，造成 很大的短路電流，這種情況叫逆變失敗或逆變顛覆。為了保證逆變電路的正常工作，必須1）選用可靠的觸發(fā)器，2）正確選擇晶閘管的參數(shù)，3）采取必要的措施，減小電路中du/dt和di/dt的影響，以免發(fā)生誤導(dǎo)通，4）保證交流電源的質(zhì)量，5）逆變角3的角度有一最小限制，留出充足的換向余量角。11 .三相全控橋式變流器，已知 L足夠大、R=1.2 Q U2=200V、Em= 300V,電動機運行于發(fā)電制動狀態(tài)，制動過程中的負載電流為66A,問此時變流器能否實現(xiàn)有源逆變？若能求此時的逆變角,解：電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)可以提供逆變能量，滿足有源逆變的外部條件，可以實現(xiàn)有源逆變。三相全控橋式變流器處于有源逆變時有：Ud 2.34U2 cos2.34U2 cos（）（1）而 Id_E,即 66 Ud 300 , Ud 220.8（V）R1.2將Ud 220.8V）帶入（1）式可得：220.8 2.34 200 cos（ ） ;61.85 或 118.1590。12 .三相全控橋式變流器， 帶反電動勢阻感負載，已知R=1 ? , L=oo, U2=220V, LB=1mH ,當Em = - 400V, 3= 60時求Ud、Id和丫的