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100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A,则lm=』2157“222(A);
Idb=0.6366lm141.33(A)。
Idc=
lmSin(.t)d(・t)=—lm:
0.47751m
I^J1fj[(lmsi^t)2d^t^皑(1—c°
s2cot)d(cot)
「3.■-32
im
JI
0.6342Im
38
100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A,则
ldc=0.47751m118.21(A)。
Idd
-Jsin(t)d(t)=丄3I
2…孑
也:
0.23871m
4■:
157
」0634T247.56(A);
I
(1-cos2,t)d(,t)
lmsin,t)2d(,t)=
](£
+彳)=0.4485Im
100A的晶闸管允许流过的电流有效值为157A,则lm157350.06(A);
0.4485
ldd=0.2387|m:
83.56(A)。
Ide=丄°
4imd(・t)二
2兀
-Im=0.125lm2二4
J1n
le石『lm2d(cot)^0.3536*
100A的晶闸管允许流过的电流有效值为
157A,
则Im
157444.00(A);
0.3536
Ide二0・125lm二55.5(A)o
1
Idf
;
lmd(・t)二一一Im=0.25lm
If
、4壮(・,t)=0.5*
则:
-二157=314(A);
0.5
平均值为:
ldf=0.25314=78.5(A)
4、为什么晶闸管不能用门极负脉冲信号关断阳极电流,而GTO却可以?
GTC和普通晶闸管同为PNPN吉构,由P1NP2和N1P2N2构成两个晶体管V、V2分别具有共基极电流增益a1和a2,由普通晶闸管得分析可得,a1+a2=1是器件临界导通
的条件。
a1+a2>
1两个晶体管饱和导通;
a1+a2<
1不能维持饱和导通而关断。
GTO能关断,而普通晶闸管不能是因为GTC在结构和工艺上有以下几点不同:
A多元集成结构使每个GTC元的阴极面积很小,门极和阴极的距离缩短,从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
BGTO导通时a1+a2更接近1,晶闸管a1+a2>
1.15,而GTC则为a1+a2〜1.05,饱和程度不深,在门极控制下易于退出饱和。
CGTO在设计时,a2较大,晶体管V2控制灵敏,而a1很小,这样晶体管V1的集电极电流不大,易于从门极将电流抽出,从而使GTC关断。
5、GTC与GTR同为电流控制器件,前者的触发信号与后者的驱动信号有哪些异同?
二者都是电流型驱动型器件,其开通和关断都要求有相应的触发脉冲,要求其触发电流脉冲的上升沿陡且实行强触发。
GTR要求在导通期间一直提供门极触发电流信
号,而GTO当器件导通后可以去掉门极触发电流信号;
GTO的电流增益(尤其是关断电
流增益很小)小于GTR无论是开通还是关断都要求触发电流有足够的幅值和陡度,其对触发电流信号(尤其是关断门极负脉冲电流信号)的要求比GTR高。
6、试比较GTRGTOMOSFETIGBT之间的差异和各自的优缺点
见下表
器件
优点
缺点
GTR
耐压高,电流大,开关特性
好,通流能力强,饱和压降低
开关速度低,电流驱动型需要驱动功率大,驱动电路复杂,存在2次击穿冋题
GTO
电压、电流容量很大,适用于大功率场合,具有电导调制效应,其通流能力很强
电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率很大,驱动电路复杂,开关频率低
MOSFET
开关速度快,开关损耗小,工作频率咼,门极输入阻抗咼,热稳定性好,需要的驱动功率小,驱动电路简单,没有2次击穿问题
电流容量小,耐压低,通态损耗较大,一般适合于咼频小功率场合
IGBT
开关速度高,开关损耗小,通态压降低,电压、电流容量较高。
门极输入阻抗高,驱动功率小,驱动电路简单
开关速度不及电力MOSFET电压、电流容量不及GTO
习题二
1、单相桥式全控整流电路接电阻性负载,要求输出电压在0〜100V连续可调,输出电
压平均值为30V时,负载电流平均值达到20A。
系统采用220V的交流电压通过降压变压器供电,且晶闸管的最小控制角amin=30°
(设降压变压器为理想变压器)。
试
求:
(1)变压器二次侧电流有效值I2;
(2)考虑安全裕量,选择晶闸管电压、电流定额;
(3)作出a=60°
时,Ud、id和变压器二次侧i2的波形。
由题意可知负载电阻^Ud^30=1.5欧,
Id20
单相全控整流的直流输出电压为Ud二刘2(1cos:
)
直流输出电压最大平均值为100V,且此时的最小控制角为amin=30°
,带入上式
可求得
匕=‘00“Z19(V)
V2X1.866
(1)
I2
a
:
'
79.33
兀-a
ji
sin2:
2二
(2)晶闸管的电流有效值和承受电压峰值分别为
Ivt
78.18
55.28(A)
UVT=沁2=168.29(V)
考虑3倍余量,选器件耐压为168X3=500V;
额定电流为(55.28/1.57)X3
=100A
(3)
Udi
jff
、4
r\.
「屮/3
n/31
/I
*
*jL、—*
id」
s
/
¥
—
K-
i2」
h.
%h
A
r1
、
\
z‘
•r
J
!
/⑹匚丿
©
t
2、试作出图2-7(第44页)所示的单相桥式半控整流电路带大电感负载,在a=30
时的w、id、ivti、ivd4的波形。
并计算此时输出电压和电流的平均值。
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
.0
iVT1
iVD4
.iVT2
iJ^fV2
id
L
Ud
R
U2*
Udj
*‘t
3
Id
kt
la:
0U
ivd;
Id_T_
输出电压和电流的平均值分别为:
b
dH
1+cosot
5=0.9丄0.84丄
Id二巴=0.9出
RR
1亠cos、:
=0.84
U2
3、单相桥式全控整流电路,12=100V,负载中R=2?
L值极大,反电动势E=60V,
当a=30°
时,试求:
(1)作出Ud、id和i2的波形;
(2)求整流输出电压平均值U、电流Id,以及变压器二次侧电流有效值丨2。
整流输出电压平均值U、电流Id,以及变压器二次侧电流有效值I2分别为:
Ud“9U2COS-0.9100—77.94(V)
_Ud-E
-R
77.94-60
■8.97(A)
12=ld=8.97(A)
iJT^V
12
*t
申
Pm
PM
Cm
7
iff
Al
\M1F
恳t
id*
R=4Q,
4、某一大电感负载采用单相半控桥式整流接有续流二极管的电路,负载电阻
电源电压L2=220V,a=n/3,求:
(1)输出直流平均电压和输出直流平均电流;
(2)流过晶闸管(整流二极管)的电流有效值;
(3)流过续流二极管的电流有效值。
(1)电路波形图见第2题
Ud=0.9U2—=0.92200.75=148.5(V)
148.5
4
=37.125(A)
(2)
山需賈呻)二才穿町如)
ID
21.43(A)
180度,见下图
VTi
VT2
cVT3
共阴极三相半波
Ub
Ud&
共阳极换相点
ia
共阴极换相点
Ua
共阳极三相半波
5、三相半波可控整流电路的共阴极接法和共阳极接法,a、b两相的自然换相点是同
一点吗?
如果不是,它们在相位上差多少度?
试作出共阳极接法的三相半波可控的整流电路在a=30°
时的Ud、iVT1、UVT1的波形。
a、b两相的自然换相点不是同一点,它们在相位上差多少
共阳极接法的三相半波可控的整流电路在a=30°
时的Ud、ivTi、UVT1的波形如下图
iVT1JL
Uc
--t
UVT#,
UbaUca
6、三相半波可控整流电路带大电感性负载,a=n13,F=2Q,U2=220V,试计算负载
电流Id,并按裕量系数2确定晶闸管的额定电流和电压。
Ud=1.17U2COS:
=1.172200.5=128.7(V)
128.7
=64.35(A)
•0.5771
-37.13(A)
按裕量系数2确定晶闸管的电流定额为:
出247.3050(A);
电压定额
1.57
为:
6U22-1077:
1200(V)
7、三相桥式全控整流电路,U2=100V,带阻感性负载,R=5?
L值极大,当a=
60°
试求:
(1)作出Ud、id和S的波形;
(2)计算整流输出电压平均值U、电流Id,以及流过晶闸管电流的平均值IdVT和有效值IVT;
(3)求电源侧的功率因数;
(4)估算晶闸管的电压、电流定额。
⑵Ud=2.34U2COS:
=2.341000.5=117(V)
二平-23.4(A)
需二牛=7.8(A)
J:
13.51(A)
(3)由功率因数的定义知:
■=11cos=0.955cos=0.955*0.5=0.4775
I1
(4)按2倍余量估算,晶闸管的电压定额为:
6U22=61002:
489.90:
500(V);
晶闸管的电流定额为:
特2二需2w(A)
8、三相桥式不控整流电路带阻感性负载,R=5?
L=r,U=220V,Xb=0.3?
,求
U、Id、IVD、I2和Y的值,并作出Ud、iVD1和i2的波形
0度时的情况,
三相桥式不控整流电路相当于三相桥式全控整流电路在触发角为贝V
mXb6汇0.3
Ud=2.34U2cos-Id=2.34U2COSId
2兀2兀
UdUd
Id二二
R5
代入已知量联立求解上述
2个方程可得:
Ud=486.90(V)
Id=97.38(A)
二极管的电流平均值为:
心苧竽®
6⑴
变压器二次侧电流有效值为:
d
79.51(A)
2xI
由cosa-cos(a中?
)=£
d可得
g6U2
1_cosF=2XBId_=20.397.38:
0.1084;
cosUO.8916;
:
26.93
V6U276x220
Ud、iVD1和i2的波形的波形如下:
U
9、请说明整流电路工作在有源逆变时所必须具备的条件。
(1)外部条件一一直流侧应有能提供逆变能量的直流电动势,其极性与晶闸
管导通方向一致,其值大于变流器直流侧的平均电压。
(2)内部条件一一变流器直流
侧输出直流平均电压必须为负值,即a>
n/2,Ud<
0。
以上两条件必须同时满足,才能
实现有源逆变。
10、什么是逆变失败?
如何防止逆变失败?
当变流器工作于逆变工况时,一旦由于触发脉冲丢失、突发电源缺相或断相等原因造成换流失败,将使输出电压Ud进入正半周,与Em顺向连接,由于回路电阻很
小,造成很大的短路电流,这种情况叫逆变失败或逆变颠覆。
为了保证逆变电路的正常工作,必须1)选用可靠的触发器,2)正确选择晶闸管
的参数,3)采取必要的措施,减小电路中du/dt和di/dt的影响,以免发生误导通,4)保证交流电源的质量,5)逆变角卩的角度有一最小限制,留出充足的换向余量角。
11、三相全控桥式变流器,已知L足够大、R=1.2◎、U=200V、Ef—300V,电动机运
行于发电制动状态,制动过程中的负载电流为66A,问此时变流器能否实现有源逆
变?
若能求此时的逆变角卩。
电动机处于发电制动状态可以提供逆变能量,满足有源逆变的外部条件,可以实现有源逆变。
三相全控桥式变流器处于有源逆变时有:
Ud=2.34U2cos;
=2.34U2cos(叮「药
(1)
而Id=Ud_Em,即66=Ud300,Ud-—220.8(V)
R1.2
将Ud=~220.8(V)带入
(1)式可得:
-220.8=2.34200cosg「:
);
一:
=61.85或:
=118.1590。
12、三相全控桥式变流器,带反电动势阻感负载,已知R=1?
L=丰U=220V,
LB=1mH当Em=-400V,卩=60°
时求U、Id和丫的值,及此时送回电网的有功功率是多少?
Ud=2.34U2COS:
mXbI
=2.34U2co^6LB
._Ud—Em
I^^_
2个方程可得:
--290.31(V)
=109.69(A)
由换流重叠角公式可得:
cos-・_cos(-・•)=2XBh=20.3142109.69=0.1279V6U2220ys
cos(120°
)=-0.1279-COS120=-0.6279
即=8.90
送回电网的有功功率为:
P=EmId-ld2R=400109.69—109.6921=31.84(kW)。
13、三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有哪些次数的谐波?
其中最大的是
哪一次?
变压器二次电流中含有哪些次数的谐波?
其中主要的是哪几次?
对于m相
全控整流电路呢?
三相桥式全控整流电路,其整流输出电压中含有6k(k=1、2、3…)次的谐波,其
中最大的是6次谐波。
变压器二次电流中含有6k±
1(k=1、2、3…)次的谐波,其中主要的是哪5、7次谐波。
对于m相全控整流电路,其整流输出电压中含有2mk(k=1、2、3…)次的谐波,
其中最大的是2m次谐波。
变压器二次电流中含有2mk±
1(k=1、2、3…)次的谐波,其中主要的是哪2mk±
1次谐波。
23、
14、试计算第3题(单相桥式全控整流电路)中i2的3、5、7次谐波分量的有效值II25、I27,并计算此时该电路的输入功率因数。
由第3题的解答可知:
12=ld-8.97(A),贝V
I23
22Id228.97
3兀
、2.69(A);
—互=^^1.62A
I27
2-2Id228.97
1.15(A)
基波有效值121
二但:
.8.08(A)
I808
输入功率因数‘十。
…両沁“90cos30"
7794。
15、试计算第7题(三相桥式全控整流电路)中的i2的5、7次谐波分量的有效值|25、
I27o
由第7题的解答可知:
Id=UL-23.4(A),则
6Id623.4
I25
5二5二
3.65(A)
壬丄空2.61(A)o
16、三相晶闸管桥式全控整流器接至10.5kV交流系统。
已知10kV母线的短路容量为
150MVA整流器直流侧电流Id=400A,触发延迟角a=15°
,不计重叠角Y,试
(1)基波功率因数COS01、整流器的功率因数入;
(2)整流侧直流电压Ud;
(3)有功功率、无功功率和交流侧基波电流有效值;
(4)截止到23次的各谐波电流的大小、总谐波畸变率。
(1)cos1=cos:
-cos15'
00.9659
怎=0.955cos1=0.9550.9659:
0.9224
⑵Ud
=2.34U2cos:
=2.34
10.5
cos15:
13.70(kV)
(3)基波电流有效值
厂厂
121二一6^=上400311.88(A)
nji
总电流有效值
400:
326.60(A)
有功功率
310.5326.600.9224■5478.80(kW)
无功功率
q»
S2_P2=.(310.5326.60)2-5478.80:
2294.13(kVAR)
(4)仅含有6k±
1
(k=1、2、3…)次的谐波,
6400"
2.38(A);
127
6|6
1d
亍1“无400、44.55(A)
I211
640^.28.35(A);
11■:
17、
答:
_6Id
6
13二
"
137:
卫I
19二
I213
1219
400:
23.99(A)
16.41(A)
I217J
177:
ccd
23二
1223
THDj
100%
丄400“8.35(A);
17二
6400:
-13.56(A);
总谐波畸变率为:
.62.3844.5528.3523.9918.3516.4113.56
311.88
=28.76%
晶闸管整流电路的功率因数是怎么定义的?
它与那些因素有关?
晶闸管整流电路的功率因数由畸变因子v和位移因子cos1构成,表达式为:
■=vcos、
11
=—cos•蔦
具体而言:
由移相触发角:
•和整流电路的结构决定。
5W,
1.(*)一升压换流器由理想元件构成,输入输出U0=24V固定不变,最大输出功率为使换流器工作在连续电流方式的最小电感。
由Uo=24V固定不变,最大输出功率为
Ud在8〜16V之间变化,通过调整占空比使开关频率20kHz,输出端电容足够大,求
5W可知
R%241152」
当输入
P5
Ud为8V时
U。
1—
82
Ud—D&
-1
1-D8
243
输入Ud为16V时
161
11%C*1
Ud—D16—1
1一口6
则实际工作时的占空比范围为:
D=-
由电流断续条件公式可得
L_D(1_D)
RT一2
即lDd-D)RT
D(1-D)在D=1〜?
范围内是单调下降的,在1/3处有最大值,所以
33
=0.43mH
D(1—D)2RT弓1
121
)2*115.2*-
320000
5一1^匸“為二競二⑷
3•在图3-1所示的降压斩波电路中,已知U=100V,R=0.5Q,L=1mH采用脉宽调制
控制方式,T=20口s,当ton=5口s时,试求:
(1)输出电压平均值UO、输出电流的平均值Io;
(2)(*)输出电流的最大和最小瞬时值(由于课本上没讲,这一问是否可以取消?
),判断负载电流是否断续;
(3)(*)当ton=3口s时,重新进行上述计算。
25
05
=50A
5
(1)U0「DUj100「25V
20
⑵mW00
E100
0.001
=0.002
20*10
0.002
=0.01
丄=0.0025
T
e°
.°
025
乎“249•卄0,所以电流连续。
1-尹E
Imax珂_m)R
max
-0)黑=50.2A
Im*m)討
0.0025
e1100
丙0)49.8A
e-10.5
(3)同
(2)
U0=DE=色100=15V
15
=30A
ton
巴=0.0015
0.0015
二爲—=0.149
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